（机械工程专业论文）板式家具抽屉生产工艺及专用数控设备研究.pdf

摘要 随着人们物质生活水平的不断提高，对于抽屉产品的需求主要包括实木抽屉和人造 板材抽屉。但是实木家具加工成本相对较高，不能满足大众客户的需求，其市场需求的 批量化进程缓慢。相反，在我国板式家具加工技术的迅速发展和加工精度的不断提高的 带动下，其板式家具产品的品质不断改善，已经越来越受到千家万户的青睐。 本套板式家具抽屉产品加工采用三台数控加工机床，本文针对其中一台专用加工设 备进行详细论述，这台专用加工设备采用的是多主轴、多刀架、多工序的复合加工技 术，当待加工件通过可移动式对中定位夹紧机构夹紧后，可实现某些工序同时加工，不 仅提高了产品的加工效率，还提高了产品加工精度，一次性装夹完成多道工序的加工， 极大的减少了因多次装夹带来的装夹误差、重复定位误差、多次对刀误差。 根据我国板式家具抽屉结构尺寸标准化、系列化的特点和批量生产的情况，采用相 对优化的工艺路线来确定抽屉生产加工的组成部分。并且在每个组成部分中合理的安排 数控板式家具抽屉加工工序，每个工序多以数控机床加工为主。采用抽屉板料专用加工 设备保证每块板料加工位置之间的相对误差较小，同时减小了累积加工误差，也加大了 抽屉整体装配精度。在满足角部结合性能和强度的前提下，板式家具抽屉板件间连接宣 采用三合一连接件，由其涨栓、螺栓、偏心件三部分组成。专用数控抽屉加工生产设备 是采用多种孔的钻削或铣削工序相结合的数控复合加工机床，同时还要借鉴先进制造技 术的应用，尽量提高专用设备的自动化程度，减少工人的劳动强度，提高抽屉生产效 率。 数控复合加工机床是实现多工序在一台机器上加工，其并非是加工工序的简单堆 积，而是在优化已有的传统工艺工序过程和机床结构配置的基础上创新发展出来的。抽 屉数控专用加工设备是多工序在一台机床上加工的复合机床。 本文在最后论述了数控专用加工设备的结构组成，并通过p r 0 e 仿真动画模拟了抽 屉产品的加工过程，通过仿真视频文件的播放，检查抽屉专用加工设备的各个零部件间 是否干涉。 关键词板式家具；抽屉；数控；专用加工设备 a b s t r a c i a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u si m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d s ，t h em a t e r i a lr e q u i r e m e n to f t h ed r a w e rp r o d u c t i o n si sm a i n l yc o n s i s to fs o l i dw o o da n da r t i f i c i a lp a n e l h o w e v e r , t h ec o s t o fs o l i dw o o df u r n i t u r em a n u f a c t u r i n gi sr e l a t i v e l yh i g h ，w h i c hc a nn e i t h e rm e e tt h ed e m a n d s o fm o s tp u b l i cc u s t o m e r s ，a n dt h em a s sp r o c e s so fi t sm a r k e td e m a n di ss l o w o p p o s i t e l y , w i t h t h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ep a n e lf u r n i t u r ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya n dt h ei m p r o v e m e n to f p r o c e s s i n ga c c u r a c y , t h eq u a l i t yo ft h ep a n e lf u r n i t u r eh a sb e e ni m p r o v e dc o n s t a n t l ya n dw i n s m o s tu s e r s f a v o r t h i ss e to fp a n e lf u r n i t u r ed r a w e rp r o c e s s i n gh a st h r e ec n cm a c h i n et o o l s i nt h i sp a p e r o n eo ft h es p e c i a lp r o c e s s i n ge q u i p m e n ti sd i s c u s s e di nd e t a i l i ti sb a s e do nt h em u l t i 。s p i n d l e ， m u l t i t u r r e t ，m u l t i - o p e r a t i o nc o m p o s i t ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y s o m ep r o c e s s e sc a n b er e a l i z e d a tt h es a m et i m ei nt h ep r o c e s s i n ga f t e rt h ep a r t st ob ep r o c e s s e dt h r o u g ht h em o v a b l ec e n t e r p o s i t i o nf a s t e n i n gd e v i c e ，b o t hi m p r o v i n gt h ep r o c e s s i n ge f f i c i e n c y o fp r o d u c t sa n dt h e a c c u r a c y i tc a l la c c o m p l i s h an u m b e ro fp r o c e s s e sw i t ho n e t i m ef i x t u r e ，r e d u c i n gt h e i n a c c u r a c yb r o u g h tb yt h er e p e a t e d l yc l a m p i n g , p o s i t i o n i n ga n d t o o ls e t t i n g a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ed r a w e rw i t hs i z es t a n d a r d i z a t i o n ，s e r i a l i z a t i o n ，a n d m a s sp r o d u c t i o ni nc h i n a sp a n e lf u r n i t u r ei n d u s t r y , t h er e l a t i v eo p t i m i z e dp r o c e s sr o u t eh a s b e e na d o p t e dt od e t e r m i n et h ec o m p o n e n t so ft h ew h o l ed r a w e rp r o c e s s i n g m a n u f a c t u r i n g p r o c e d u r e sh a v eb e e na r r a n g e dr e a s o n a b l yi nt h i sc n c d r a w e rp r o c e s s i n ga n dm a i n l ya d o p t i n g t h ec n cm a c h i n ei ni n d i v i d u a lp r o c e s s u s i n gt h es h e e tm e t a ld r a w e rw i t hd e d i c a t e d p r o c e s s i n ge q u i p m e n tt oe n s u r et h a tt h er e l a t i v ee r r o r sb e t w e e nt h ep r o c e s s i n gp o s i t i o no ft h e s h e e ti ss m a l l i tr e d u c e dt h ea c c u m u l a t i o no ft h ep r o c e s s i n ge r r o r s ，a n da l s oi n c r e a s e dt h e w h o l ea s s e m b l yp r e c i s i o no ft h ed r a w e r i nt h ep r e m i s eo fm e e t i n gt h ec o r n e r ss t r e n g t ha n dt h e b o n d i n gp r o p e r t i e s ，t r i p l ec o n n e c t o rs h o u l db ea d o p t e db e t w e e nt h ep l a t e so ft h ep a n e lf u r n i t u r e d r a w e rw h i c hc o m p o s e db ys u p p o s i t o r y , b o l t ，a n de c c e n t r i cp i e c e s ad e d i c a t e dp r o c e s s i n gl i n e o ft h ec n cd r a w e rs h o u l dh a v eb e e nd e s i g n e dc o m b i n i n gm a n yp r o c e s s e ss u c ha sd r i l l i n g ， m i l l i n ga n d s oo n ，t a k i n gt h ea p p l i c a t i o no ft h ea d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g yf o r r e f e r e n c ea tt h es a m et i m e ，i no r d e rt om a x i m i z et h ed e g r e eo fa u t o m a t i o no ft h es p e c i a l i z e d e q u i p m e n t ，r e d u c et h el a b o ri n t e n s i t ya n di m p r o v et h ee f f i c i e n c yo f t h ew h o l ep r o c e s s c n cm a c h i n et o o li sam u l t i p r o c e s s m a c h i n ep r o c e s s i n g i t sn o tj u s tas i m p l e a c c u m u l a t i o no ft h ep r o c e s s e s ，b u ta ni n n o v a t i o nd e v e l o p m e n tb yo p t i m i z i n gt h ee x i s t i n g t r a d i t i o n a lp r o c e s sa n dm a c h i n ec o n f i g u r a t i o n s t h ee q u i p m e n ti nt h i sp r o c e s s i n gi sac o m p l e x a n dm u l t i p r o c e s sm a c h i n ew o r k i n go nas i n g l em a c h i n et 0 0 1 f i n a l l y , t h i sa r t i c l ed i s c u s s e st h ec o m p o s i t i o n so ft h ec n cs p e c i a lp r o c e s s i n ge q u i p m e n t a b s t r a c t i nt h i sp r o c e s s ，u s i n gp r o et os i m u l a t et h ea n i m a t i o no ft h ed r a w e r sp r o d u c t i o np r o c e d u r e a n dt oc h e c kt h a tw h e t h e rt h e r ei si n t e r f e r e n c ea m o n gt h ep a r t sa n dc o m p o n e n t st h r o u g ht h e v i d e os i m u l a t i o n k e y w o r d s ：p a n e lf u r n i t u r e ：d r a w e r ：c n c ；s p e c i a lp r o c e s s i n ge q u i p m e n t - i i i - 1 绪论 1 1 引言 2 0 世纪8 0 年代中国家具工业还处于一个以手工和半机械化为主的传统产业中，经 过改革开放后2 0 多年的发展十分迅速，现以发展成为一个以机械化生产为主，门类齐 全、蓬勃发展的重要产业，并已初具规模。机械化和自动化技术在某种意义上代替或减 轻了人的体力劳动，以计算机辅助制造技术和信息化技术为中心的先进技术，则引起了 传统家具业一场新的技术变革，主要表现在生产模式、管理模式、经营模式及人们思想 理念的变化。各种先进制造技术主要应用在机械、电子等行业，家具行业应用的还很少 或没有应用。其中值得家具行业借鉴的技术有：g t 、e r p 、b c t 、i e 、c r m 、c n c 、 p d m 、s c m 、f m s 、t q e 、m i s 、m r pi i 等i l l 。g t 、e r p 、f m s ( 或f m c ) 是对我国家具 制造业影响更大的技术，因此它们的应用将在我国家具行业起着改造和提升的作用。 对于板式家具抽屉的切削加工，主要包括板材锯切、钻孔、铣槽以及因面板美观性 要求的不同，可采用贴面处理或雕花处理。贴面处理是由天然纹理木材制成的各种图案 薄木与中密度纤维板基材胶贴而成，装饰自然而真实，美观而华丽，并且在颜色和质地 方面的变化可给人以各种不同的感受；面板的雕花处理也可以美化抽屉，根据雕刻的图 案使其呈现与众不同感觉。板式家具抽屉在外形设计上也有很多变化，可以做出实木不 能完成的造型，具有独特个性美观。在加工过程中板材原料品质的控制是相当重要的， 板材的品质控制重点有：材料的质量( 毛边、撕裂、凹陷、压痕、变形等) 、含水率、 尺寸、刀痕、拼板胶的配比及质量、拼板压力、加压时间、布胶的方法及用量、板材的 握钉力及平整度等。 在板材加工时为了保证抽屉产品的品质，在进行下料时首先选择含水率适当的中密 度纤维板，选择边角余料时应根据抽屉板材的大小合理下锯。为了保证板材的质量，首 先对纤维板材锯切或铣削一个初基准面，之后加工板材各基准面保证抽屉产品各块板料 的平整度和表面粗糙度。 板式家具抽屉板材力n - r _ 采用自动化生产线进行产品加工应有足够大的产量。对于抽 屉产品外形设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。在大批量 生产中采用自动化生产线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩 减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效 益。 1 2 国内数控板式家具抽屉加工技术的发展及现状 目前，我国的抽屉加工技术主要是以传统的手工加工和普通机床加工为主，很少采 用数控加工。与数控加工方法相比，传统的手工加工方法存在生产率低、工人劳动强度 东北林业人学硕i ：学位论文 大、对工人的技术水平要求高以及抽屉产品质量不容易控制等缺点；而机床加工方法需 要手动进给，并且加工工序相对分散。对于板式家具抽屉的整个生产流程来讲降低了产 品的加工精度，增加了劳动强度，批量生产效率低下。 建国前我国几乎没有自己的木材加工机械工业，大部分机床依靠进口。1 9 5 0 年后， 我国木工机床行业得到了飞速发展，4 0 多年来，我国对木制品的加工技术已从传统手工 加工技术、仿制和测绘发展到独立设计制造木工机床。现已有4 0 多个系列，1 0 0 多个品 种。已形成了一个包括设计、制造和科研开发的产业体系。 国内板式家具抽屉的发展主要是从上个世纪八十年代末九十年代初开始的，经历了 一个从无到有、从幼稚到成熟的发展历程。板式家具抽屉的加工技术至今二十余年的发 展道路上主要经历了两个主要发展阶段：一是九五年前后中国板式家具抽屉生产技术的 第一次发展，当时分南北两派。北方企业以天坛、光明、华鹤等一批优秀的国营企业为 代表，抽屉产品主要走同式风格，多是板式同实木结合；南方主要是一些港资企业， 如：恒益、迪信、富运、伟安等，抽屉产品风格主要是欧式现代款式。当时的企业无论 是从南到北其板式抽屉的加工设备、主要原材料、五金配件都要依赖进口，在第一次发 展浪潮中一些经营不善的企业，如恒益、爱富兰等虽然在企业硬件设施如生产设备等有 所加强，但在市场营销、产品开发、生产管理等一些软件上没能及时跟上，最后被无情 淘汰出局【2 】。二是近两年本土家具厂抽屉加工技术的飞速发展，大家正在经历类似十年 前的首批国内板式家具企业的发展过程，但这次的发展过程同以前相比出现一些根本性 的变化，如：市场已由卖方市场转到买方市场，整个板式家具生产行业已发生了本质的 转变，国产板式家具抽屉加工设备比重已经超过半成以上，新技术的出现使抽屉加工设 备开始出现自动化。另外，生产的主要原材料( 板材、油漆) 以及辅料五金配件等大都 已国产化，再加上从业人员比以前成熟壮大了很多。 目前，国内板式家具抽屉制造业正步入到计算机数字控制和加工中心阶段。五轴联 动木工加工机床、柔性加工单元、柔性制造系统、集成加工系统和智能集成加工系统尚 在研究阶段，但计算机数控化、柔性化、智能化和集成化已成为机械制造与自动化控制 技术发展的总趋势，也是2 l 世纪板式家具抽屉加工技术发展趋势i j j 。 1 3 国外数控板式家具抽屉加工技术的发展及现状 为了适应板式家具工业产品生命期短，市场流行趋势变化快，多品种、中小批量生 产的要求，国外从2 0 世纪8 0 年代中期就已开发生产出了家具柔性加工系统。在1 9 9 4 年的米兰和1 9 9 6 年的汉诺威国际木工机械博览会上，意大利的s c m 公司和德国的 h o m a g 公司推出的厨房家具和办公家具抽屉柔性生产线，使家具的柔性生产系统进入 了工业化大规模应用阶段。 在国外，德国迈克威力股份有限公司会根据你所提供的不同种类抽屉产品资料，提 供给您完成各种加工任务的经济有效技术方案。所提供的设备有：锯分下料、优选横 截、加工刀具、磨刀机、自动化进出料系统、刀具测量系统以及设备操纵系统来组成整 l 绪论 ! 一i l l l 皇皇昌昌葛暑皇重量墨 套生产线。使板式家具抽屉加工系统更具备自动化、柔性化、更适应社会发展需求。 在国外，未来板式家具加工机床的发展方向向安全无公害加工生产系统迅速发展。 安全性差、噪音、粉尘是板式家具抽屉加工工业以及其他产品加工工业中的三大公害。 虽然多年努力仍无法从根本上解决。随着人们生活水平的不断改善，环境保护的呼声越 来越高，人们更加重视自身的生活质量。因此，未来板式家具抽屉的设计加工工艺流 程、制造和使用必须符合环保要求，达到安全，低噪，无尘【3 l 。所以进一步解决三大公 害仍将是今后板式家具行业乃至木工机械不断努力的方向。 1 4 板式家具抽屉加工技术的前景展望 生产线加工将是未来板式家具抽屉发展的新方向。采用数控复合加工机床组线是大 批量机械产品实现高效率、高质量和经济性生产加工的关键设备，其在某些产品的生产 制造上也起到不可替代的作用。现针对复合加工机床组线来说明一下国内机械加工生产 线的发展情况。 现代数控复合加工机床组线作为机电一体化产品，它是集控制、测量、驱动、监 控、刀具和机械组件等技术的综合反映。我国早期组合机床自动化生产线主要利用机、 电、气、液压控制，但近年来随着数控技术、电子技术、计算机技术等方面的综合发 展，数控复合加工机床的机械结构和控制系统的自动化程度也发生了历史性的变革。 1 4 1 生产线中设备的数控多主轴、多刀架机床发展方向 ( 1 ) 向大型的方向发展。因为复合加工主轴系统优点之一是减少零件在多工序和 多工艺加工过程中的多次安装调整和夹紧的时间，由于大型零件一般多是结构复杂、要 求加工的部位和工序较多、安装定位也较费时费事，所以采用数控机床进行复合加工比 较有利。因此为了适应大型、重型机械行业发展大型复杂化产品的加工需要，数控复合 加工机床有向大型化发展趋势。如在c i m t - 2 0 0 5 上，北京市机电院高技术有限公司展出 的m c 2 0 0 0 龙门式五面加工中心，工作台面为1 2 5 0 m m 2 2 0 0 m m ；秦川机床集团展出 v t m 1 8 0 双柱立式车一铣中心，最大车削直径为0 2 4 0 0 m m 。在j i m t o f - 2 0 0 4 上，同本 大隈公司展出的五轴联动的动梁龙门加工中心工作台面为2 0 0 0 m m x 3 0 0 0 m m ；德国瓦德 里希科堡公司新近推出的龙门式车铣复合加工中心，工作台面宽度达4 5 0 0 m m - - 6 5 0 0 m m 。在c c m t - 2 0 0 6 上，沈阳机床股份有限公司展出的s c h i e s s v m g1 2 8 龙门立式 车一铣复合加工机床最大车削直径达( d 3 2 0 0 m m ，车削高度2 5 0 0 m m ；s s c k z s 0 4 0 0 0 大 型车削中心的加工直径长度= o s 0 0 m m x 4 0 0 0 m m ；桂林机床股份公司展出的 x h z 2 3 2 0 4 5 轴龙门式加工中心，工作台面为2 0 0 0 m m x 4 0 0 0 m m ；济南二机床集团展出 的五轴定梁式镗铣加工中心，工作台面办为2 0 0 0 m m 4 0 0 0 m m 等。这就足以说明数控复 合加工机床大型化的发展趋势了。 ( 2 ) 向结构模块化和功能可快速重组的方向发展。因为结构模块化是数控复合加 工机床快速发展的基础，而数控复合加工机床的功能可快速重组则是其能快速响应市场 需求，并能抢占市场的重要条件，因此国外许多有名的机床制造厂商早已为此而努力研 东北林业人学顶 ：学位论文 发。事实上，一些技术先进的厂家( 如瑞士的m i k r o n 公司，美国的哈斯和哈梃公司， 德国d m g ，e m a g 和t r a u b 公司等) 的许多产品都已实现结构模块化的设计了，并 正在向如何实现功能快速重组的方面努力。 综上所述，由于数控复合】j n - e 机床集多种工序甚至多种工艺于一体，工件一次装夹 后便可在其上完成全部或大部分加工，这不仅减少了工件的装夹次数和许多非加工时 间，提高了加工精度和效率，而且还减少了零件加工所需的设备台数和生产厂房的占地 面积，从而也减少了企业相关的人、财、物的投入，降低了生产成本，提高了企业的经 济效益，因此，数控复合加工机床肯定是数控机床和制造技术的重要发展方向之一。抽 屉生产线中的加工机床应均是数控复合加工机床。 从理论上讲，一台数控机床所复合的加工工艺和工序愈多愈好，但实际上总是有限 的。因为要受到具体所要复合的工艺和工序之间的相互关系和要求，以及实现复合加工 在技术( 含软、硬件设计、实施) 上的可能性和经济上的合理性等诸多因素的制约。因 此，在扩大数控复合加工机床的复合能力时，必须对所要复合的工艺和工序进行深入的 技术和经济方面的研究分析【4 引。 1 4 2 生产线中的数控j n - r 机床n t 技术的前景展望 生产线的数控加工机床为了进一步提高产品生产率和经济效益，改变单工序加工机 床的产出率，已向多主轴、多刀架、多工位的方向发展。如e m o 2 0 0 5 上c h i r o n 公司 的新产品d z l 5 k w ，d z l 8 w ，d z l 2 k s 等都是双主轴的加工中心；m a k i n o 公司的 t w i n f l e xm d 为双卧主轴或双立主轴的加工中心，并各有换刀机械手；m a z a k 的 i n t e g r e x3 0 0 i v 和德国s t a m a 的m c 7 2 6 m t 均为两个车削主轴和一个铣削主轴的三主 轴车一铣复合加工机床；德国i n d e x 公司的v 1 6 0 d 为双主轴、双转塔刀架的倒置式数 控车床，可同时加工两个相同的零件；同本n a k a m u r a - t o m e 公司的s u p e r n t y 3 为 双主轴，三转塔刀架的车一铣加工中心，德国t r a u b 公司的t n x 8 0 6 5 为双主轴四转 塔刀架的车一铣中心等。这些机床之所以采用多主轴、多刀架的结构，除部分是出于加 工工艺和工序的需要外，很多是出于采用多主轴同时加工多个相同的零件和多刀架同时 对同一零件进行多工序加工，可以在加工时间上使辅助时间和基本时间相互重合，从而 能成倍地提高复合加工机床单位时间内的产出成果。因为这些多主轴、多刀架的机床实 质上是相当于两台或多台相同的数控复合加工机床组合在起，只是采用了共同的床身 和同一个数控系统进行控制。不过这样的一台多主轴、多刀架机床的成本要比多台独立 的单主轴机床的总成本要便宜，所以在经济上还是合算的j 。 1 5 本课题研究的目的和意义 随着人造板材的广泛应用和实木家具的昂贵价格，加大了人们对板式家具的需求。 由于板式家具抽屉数控专用加工设备的研发，极大的缩短了国内外在人造板材加工技术 方面的差距。使板式家具抽屉加工产品向高效率、高精度、大批量和柔性化等方向的飞 速发展。具体研究内容表现在以下几方面： 1 绪论 _ _ - f i i l ( 1 ) 生产节拍时间进一步缩短。早期生产线要实现短节拍，通常采用的是并列双 工位的办法。现在生产加工主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的。缩短基本时 间主要是采用新刀具材料和特殊刀具来实现，即通过提高切削速度和进给速度来减少产 品力n - r _ 的基本工时。缩短辅助时间主要是压缩工件传递、加工模块快速引进即加工模块 由工进转换为快进至刀具切入工件所用的时间。抽屉专用数控加工设备采用气动运输， 使随行夹具具有高速、敏捷等特点，使抽屉的生产节拍时问进一步缩短。 ( 2 ) 柔性化进展迅速。随着数控组合机床的出现，改变了传统的那种由电磁继电 器电路组成的组合机床控制系统，而且数控组合机床机械结构以及通用零部件标准也发 生了巨大的变化。使过去那种组合机床的刚性自动线和生产线也具有了一定的柔性度。 随着数控加工技术的出现和发展，数控加工模块组成的柔性组合机床和柔性自动线通过 应用和改变数控程序来实现主轴自动换刀和改变力n - r _ 行程、工作循环、切削参数以及加 工位置的变化，来适应多系列产品的加工。对于抽屉的角部连接采用三合一连接件，因 连接件的型号来加工孔的大小和位置，通过数控力n - r _ 模块来实现。 单坐标加工模块由数控滑台和主轴部件以及电主轴等组成。多轴加工模块是一种重 要模块，可缩短主传动链，减少功率损耗。其主要用于加工箱体或盘类工件的柔性组合 机床和柔性自动生产线。多轴加工模块因不同的结构形式基本上可分为自动换箱式多轴 加工模块、转塔式多轴加工模块以及回转工作台式多轴加工模块。随着木工高速电主轴 的应用，抽屉专用数控加工设备采用多个电主轴联合加工，并且在应用数控加工模块的 基础上使板式家具抽屉生产具有一定的柔性。 除上述各种c n c 加工模块以外，机器人和伺服驱动机构也是柔性组合机床和柔性 自动线的重要组成部件。尤其是在柔性自动线上，目前通常采用的是龙门式空架机器人 进行工件自动上、下料或用于工件的转位和翻转。针对不同产品的工件，可在生产线附 近设置手爪库，以实现手爪的自动更替。在央具上配备伺服驱动机构，可以使工件组内 不同种类工件的自动夹紧。这将是未来板式家具抽屉加工设备的发展方向。 ( 3 ) 加工精度逐渐提高。为了满足用户对产品加工精度的要求，除了进一步提高 主轴部件和夹具的精度外，还优化抽屉产品的加工工艺流程。采用刀具尺寸测量控制系 统来降低因机床以及工件的热变形等带来的一系列加工误差，当前空心工具锥柄 ( h s k ) 和过程统计质量控制( s p c ) 技术的应用已成为自动线提高和监控加工精度的 新技术手段。空心工具锥柄是一种采用径向和轴向双向定位的新型刀具座，其优点是具 有较高的抗弯刚度、扭转刚度和重复定位精度。过程统计质量控制是基于工序能力用于 监控工件加工质量的一种方法，可对整个生产过程中的加工质量进行连续监控。并且采 用专用的随行央具，通过一次定位央紧，来实现所有工序的加工。减少误差累计，提高 了抽屉板材的切削精度。 ( 4 ) 可靠性和利用率的不断改进和提高。为提高抽屉加工过程的可靠性、利用率 和加工质量，一般采用过程监控。即对抽屉板材的各组成设备的功能、加工过程和工件 加工质量进行监控，以便快速识别故障、快速进行故障诊断和早期预报加工偏差，使操 东北林业大学硕t ：q - 位论文 作人员和维修人员能及时地进行控制以及预防事故的发生，以此来缩短设备调试周期、 减少设备停机时间和避免加工质量偏差出现。 目前，板式家具抽屉加工技术在一定程度还远落后于金属切削加工技术，无论是从 j n - r 精度、定位精度，还是从生产节拍时间的缩短程度上以及柔性化进展速度，但是数 控技术、电子技术、计算机技术等组合机床技术在板式家具抽屉加工机床上的应用，必 将使板式家具加工技术得到飞速发展。 1 6 本论文研究的主要内容 通过对国内外板式家具抽屉力i - r _ 技术的发展现状以及未来板式家具力n - r _ 技术的发展 方向的论述，本论文的主要研究内容如下： ( 1 ) 首先了解国内外人造板材加工技术相关情况，论述了以人造板材抽屉为主要 研究对象，突出研究了抽屉的结构特点，根据抽屉的类型和结构特点先建立三维尺寸模 型，在根据抽屉结构特点突出研究了抽屉板材整体加工工艺流程，分析并配置抽屉生产 设备的组成情况，并针对期中一台抽屉专用加工设备设计进行详细论述。 ( 2 ) 在了解板式家具抽屉生产工艺的基础上，主要研究了抽屉各块板料上的多种 孔或槽的加工工艺并以此为基础而进行详细描述，使抽屉各块板材上所有孔或槽的加工 工艺流程在专用加工机床上全部完成，对于部分工序的加工可同时进行，在减少辅助加 工时间的基础上缩短基本加工时间，使其提高生产率。 ( 3 ) 针对抽屉板材的加工，采用电主轴直接驱动刀具回转切削，大大的缩短了主 传动链，减少了因带传动、齿轮传动、链传动等带来的效率损失。突出了对电主轴的受 力分析，以及采用a n s y s 软件分析电主轴在高速切削木材时受到径向切削力的情况下 主轴的变形量对主轴精度的影响。 ( 4 ) 针对数控专用加工设备的打孔或铣槽加工误差进行了详细表述，突出研究了 在一次性央紧板材的情况下，各种刀具对板材进行多方位、单工序或多工序加工，保证 各孔距和槽距，提高了各块板材间的安装精度，同时减少了因多工序加工带来的累积误 差。并且论述了生产节拍和生产纲领的确定，介绍了机床使用过程中需要做的维护和保 养要求。 ( 5 ) 针对板式家具抽屉数控专用加工设备的切削加工工艺，进行动画仿真，检查 设备的整体运行情况，是否有干涉现象。从仿真模型的建立，模拟板材加工过程，通过 步进电机和气缸驱动实现数控专用加工设备在x 、y 、z 三维坐标系中对板材加工。 2 板家只抽屉结构特点分析 2 板式家具抽屉结构特点分析 2 1 板式家具抽屉的组成及其结构 抽屉的组成部分人致可分为以卜两种： ( 1 ) 抽屉面板、抽屉侧板、抽屉后板、 ( 2 ) 抽屉面板、抽屉前板、抽屉侧板、 l 沁k i 玺i2 1抽屉结构图一 抽屉底板。具体结构如图2 1 ： 抽屉后板、抽屉底板。具体结构如图2 2 ： 图2 - 2 抽屉结构图二 抽屉的尺弋j j 主要有宽( b ) ，长或深( l ) 和高( h ) 几个数值来确定。为使抽屉滑 动灵活，其长度应该人十宽度( l b ) 。由于实木抽屉部件受干燥、潮湿的影响将产，l ： 形变，因此实木抽屉的高( h ) 应该小于1 6 0 m m l 8 j 。 板式家具抽屉板料问连接方式一般町分为固定式、待装式和拆装式三种1 9j 。对于固 定式连接较多采用圆隼和木螺钉或外加乳白胶进行固定，这种连接方式一般用于实木家 具抽屉。待装式和拆装式是人造板式家具主要采用的连接方式，其采用h 余件将抽屉的 各块板材连成一体。常用的连接件包括：三合一连接件、阴合一连接件、圆柱螺母连接 件、直角倒刺连接件、梯形连接件和偏心连接件等等i l 伊12 1 。 2 2 板式家具抽屉形状的分类方法 抽屉板材问的连接丰要是通过五金件或者榫结合，普通抽屉前板设有把手或锁具。 抽屉前板是抽屉的可见部分，f j 仃板可以雕花或贴面为板式家具的外观起到美化作用。前 板连接形式大体可分为四种：平接式、沉入式、凸出式和叠加式【引。具体结构见图2 3 ： ( 1 ) 、p 接式抽腥 j 订板：使f j ，j 板在整个厚度平行结合到柜体边缘卜，若要保证抽屉 能灵活的滑动，就必须使侧板村i 体边缘斟有一定的窄隙。采用平接方法可以将这螳缝 隙良好的遮t 矗起米。前板反而人f f l i 移 地甲接到柑体边缘后，家j 抽j i i f 的诈面便不是个 、l ，| f 【i 了，这时应考虑红 j i j _ 板i ：进行装饰一p t 加：i ：，雕花或贴而以达到定炎化效果。 ( 2 ) 衫c 入j l = 抽屉前板：前板杉c 入丰| i 体内部。移个卡i i 体像框架一样将前板包含剑内 部。为了使宝占构美观，i j i 板沉入深度般为4 r a m 7 r a m 。如果沉入深度太小，则达4 i 剑 效果。 东北林业大学硕十学位论文 ( 3 ) 凸出式抽屉前板：令抽屉前板凸出柜体边缘。采用这种结构，凸出距离一般 不能小于4 m m 。在保证抽屉能灵活的滑动的前提下，抽屉前板的四周一定要同柜体结 合严密，使装饰效果更美观。 ( 4 ) 叠加式抽屉前板：采用凸出式前板装饰，其缺点是前板与柜体接触部位可 见，为了避免这一缺点，可采用叠加前板的方法。这种方法优点很多，首先是抽屉前板 和柜体的接触部位全部遮盖住，其次只需要胶粘的工序。另外两个优点是防尘性能好， 加强抽屉的止位性能【1 3 j 。 图2 3 前板连接种类：平接式、沉入式、凸出式、叠加式 抽屉的侧板和前板采用三合一连接件进行连接，在各板料的相应位置上钻取合理大 小的孔。在前板、侧板和后板上开有相同宽度槽使其与底板连接，其具体尺寸根据抽屉 大小、规格、样式的不同而有一定差别。 2 3 板式家具抽屉各块板材的基本参数 一般来说，抽屉面板采用厚度为1 5 - - 2 5 m m 的中密度纤维板( 双面用三聚氰氨纸饰 面) ，抽屉侧板和抽屉后板采用厚度为1 0 - 1 5 m m 的中密度纤维板( 双面用三聚氰氨纸 饰面) ，抽屉底板采用厚度为3 - , 5 m m 的胶合板( 双面用三聚氰氨纸饰面) ，而实际所采 用材料的品种、规格由设计需要而定。 2 3 1 抽屉侧板尺寸设计 ( 1 ) 抽屉侧板长度的确定： 抽屉侧板长度k = 所需抽屉路轨的长度 。而抽屉路轨的长度为定值， 常用的抽屉路轨的长度规格可分为：2 5 0 m m ( 1 0 i n c h ) - - 6 0 0 m m ( 2 4 i n c h ) ，其中每种规格 按5 0 m m 递加，即2 5 0 + 5 0 n ( n = o 、l 、- - - - - - 7 ) 共8 种规格。在此把这8 种规格定为 ，因此可依据 来确定抽屉侧板的长度。 要想具体确定所需哪种长度规格的路轨就须先知道安装抽屉的内空厶长度。通常情 况下根据安装抽屉的抽屉后板与前板之问的距离来计算所需路轨的长度规格。一般取此 距离减去2 0 - - - 6 0 m m ，即用安装抽屉的内空长度f 1 一( 2 0 6 0 ) m m 后所得的距离与 相对照，取相近的 中的某一长度即可。但有一点须注意：安装抽屉 内空芝 + 3 ( 1 n m ) 1 4 j 。 ( 2 ) 抽屉侧板高度的确定： 抽屉侧板的标准高度定为 ，即高度规格可分为：6 0 + 2 0 n ( 1 1 - - - - - 0 、l 、 2 7 ) 。具体选择哪一种高度，根据抽屉最低安装距离要求以及实际需要而定。对于 2 板家具抽腻结构特点分析 单个抽屉的最低安装距离要求是以能把抽屉放进柜体为准。 抽屉侧板最大值= 安装抽屉净空高度h 一1 6 - - 5 ( m m ) ，即：= h - - 2 1 。这里1 6 m m 为抽屉板上表面距柜体上安装最小间隙，5 r a m 为抽屉板下表面距柜体下安装最小间 隙。计算出的抽屉侧板最大高度值可与 相对照，耿相近的数值比所算取 的最大值小的即可1 1 4 j 。 例如，在一个床头柜罩有一个抽屉，其抽屉安装净空高度为1 3 0 r a m ，则抽屉侧板 长度最大值l m = 1 3 0 - - 1 6 - - 5 = 1 0 9 ( m m ) 。对照抽屉侧板的标准高度a o ，可取 抽屉侧板高度为l o o m m 。 ( 3 ) 抽屉侧板上孔的位置、大小、深度以及孔边距的确定： 设定抽屉侧板底端为所有高度的基准，取高度为1 0 0 m m 的抽屉侧板为例来具体说 明孔的位置排布： 孔的位置确定 对于采用3 2 m m 系统加工抽屉板材上的孔位。利用排钻打孔，规定抽屉侧板底端至 抽屉侧板最下孑l 中心的距离为3 2 m m 。但是由于侧板和后板的链接、侧板和面板的连接 一般采用五金件连接，其连接形状一般可视为l 型、t 型两种l l5 。其形状见下图2 4 ： 图2 _ 4l 型、t 型连接板材样品 对于偏心件采用0 1 5 的孔位置，可详见偏心连接件安装孔的位置与尺寸规格表：如 表2 1 ，在表2 1 中带宰号表示连接件是厂商规定的安装孔距，其安装孔距s 见图2 5 和 图2 - 6 1 1 5 l ： 表2 1 偏心连接件安装孔的位置与尺寸 9 8 ( 尼龙螺 三合一 1 51 3 52 32 4 *2 52 82 9 +3 03 33 4 *3 5 母) 8 0 1 2 ( 金属螺母) 二合一 1 5 1 3 5 2 4 ( 螺杆d ) 5 ( 在小质材料 6 ( 在卷成材1 26 ( 往竹集成材 “ 上) 东北林业人学硕上学位论文 图2 5l 型偏心连接件安装孔的位置与尺寸 图2 - 6t 型偏心连接件安装孔的位置与尺寸 。抽屉连接件孔大小、深度以及孔边距的确定 若抽屉板采用三合一连接件的偏心轮大小、深度为1 5 1 3 5 m m ，则连接杆的大 小、深度为8 1 2 m m ，孔边距可以取为2 4 m m 。三合一连接件螺杆的具体尺寸型号表 见附录a 的表a 1 ： 0 抽屉侧板上槽的大小、位置以及深度确定 槽的大小：抽屉底板采用嵌入式安装在抽屉各块板材之间，在安装时需要考虑有一 定的安装余量万。一般取安装余量为万= 0 5 m m ，抽屉侧板槽的宽度、深度皆可取为 3 m m ，即抽屉侧板上槽的大小可定为3 3 m m 。 槽的位置：规定槽的最下端离抽屉侧板底端的距离最小值为h 螭= l o m m ，若抽屉 侧板孔采用3 2 m m 系统加工，侧板上的连接孔为两排，所以槽的下端离抽屉最下孔中心 的距离最大值为2 4 m m 。 槽的长度：由于抽屉底板是采用嵌入式的形式，因此抽屉侧板上的槽要开通槽。 2 3 2 抽屉后板尺寸设计 抽屉后板长度的确定 一般抽屉路轨( 包括托底、央底、三节路轨) 的宽度为1 2 5 m m ，抽屉侧板的厚度 2 板式家具抽_ i f 哇结构特点分析 若为1 5 m m ，那么抽屉后板的长度，后= 安装抽屉净空宽度h 一( 1 2 5 x 2 + 1 5 x 2 ) m m ， 即：l z = h 5 5 ，即须在安装抽屉净空宽度的基础上减去5 5 m m 。但实际应用这个尺寸并 不适宜，主要是原因在安装抽屉路轨的定轨部分时所用自攻螺钉会外露一些，在考虑 到抽屉能自由活动时，往往在抽屉每边各给出l m m 的活动余量。因此，z 后垢_ h 一 5 7 ( m m ) 。 抽屉后板高度的确定 一般在板式家具抽屉安装前，因设备存在加工误差以及人为误差，导致在安装时造 成抽屉后板的顶端不是很平齐。在实际生产中，取抽屉后板的高度比抽屉侧板的高度少 l m m 。 因此，抽屉后板的高度扳高= - - l ( m m ) 。 2 3 3 抽屉底板尺寸设计 抽屉底板是以嵌入抽屉面板、抽屉侧板和抽屉后板之间的3 x 3 m m 槽中进行安装 的，则：抽屉底板长度雇2 抽屉后板长度名扳+ 2 5 2 ( m m ) ，名= 名板+ 5 r n m ； 抽屉底板宽度k = - - 1 2 + 2 5 x 2 ( m m ) = 一7 ( m m ) 。 2 3 4 抽屉面板尺寸设计 若采用抽屉面板缩进的形式： ( 1 ) 抽屉面板尺寸的确定 抽屉面板的长度= 安装抽屉内净空长度，净窄一2 2 ( m m ) ，即，嘶= k 空- - 4 ( m m ) ； 抽屉面板的高度h 面板= 安装抽屉内净空高度k