貼面用薄木拼花工藝數(shù)控化探索與分析

■施嘉維 祁憶青 黃瓊濤 溫院生 Shi Jiawei & Qi Yiqing & Huang Qiongtao & Wen Yuansheng

(1.2.南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇南京 210037；3.4.宜華生活科技股份有限公司，廣東汕頭 515834）

近些年，薄木貼面家具在市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，究其原因：其一是薄木貼面家具有著與實(shí)木家具相似的美麗外觀；其二是具備良好的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性；與此同時(shí)，中國(guó)家具原材料已呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)。薄木是一種優(yōu)質(zhì)的貼面用材，需求量也變得越來越大。除了專門制作木皮貼面的廠家之外，其余廠家的薄木拼花工藝基本都靠工人手工去完成，工作效率較為低下，無法滿足家具市場(chǎng)的對(duì)薄木貼面家具的需求[1]。

薄木材料在貼面家具中的使用量越來越大，但是國(guó)內(nèi)家具廠家薄木拼花的機(jī)械化、自動(dòng)化的水平還很低。本文通過對(duì)目前薄木拼花工藝的分析與歸納，了解薄木拼花工藝的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)薄木拼花工藝未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 薄木拼花的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

吳智慧[2]在《木家具制造工藝學(xué)》的貼面一章中對(duì)手工選拼和拼縫機(jī)膠拼的方法進(jìn)行了闡述，將薄木膠貼工藝分為濕貼工藝和干貼工藝，對(duì)兩種方法的使用情況和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了解釋。馬俊穎[3]運(yùn)用工業(yè)工程中時(shí)間研究和動(dòng)作研究的分析方法對(duì)全手工拼花作業(yè)進(jìn)行了優(yōu)化。劉培義[4]對(duì)薄木拼花單元進(jìn)行了拆分，總結(jié)為方形單元、菱形單元、三角形單元、圓形和異形單元總結(jié)了拼花單元的制備原則，對(duì)拼花單元進(jìn)行編號(hào)優(yōu)化。劉培義[5]等人對(duì)薄木拼花的一般工藝進(jìn)行了總結(jié)，薄木縱向拼接設(shè)備可用于膠線拼接法和膠水拼接法，對(duì)于小片或非順紋薄木的拼接，通常采用膠紙帶或手動(dòng)拼縫機(jī)進(jìn)行，非常復(fù)雜的可用激光切割機(jī)進(jìn)行切割工作。吳兆遷[6]等研究出一種新型的滾動(dòng)式單板剪切機(jī)，對(duì)提高單板剪切效率有很大幫助。馮建菁[7]對(duì)薄木拼花的工作總結(jié)為：薄木貼面的拼花環(huán)節(jié)基本還是全手工操作，從宏觀角度規(guī)范了整個(gè)拼花作業(yè)過程，減少手工操作隨意性。許美琪[8]對(duì)單板含水率控制及單板的膠線拼接法進(jìn)行了闡述，并且提出紙帶拼接后還需要砂光和干燥，是勞動(dòng)密集型工藝。呂俊平[9]設(shè)計(jì)出了一種數(shù)控雙向裁板鋸可以在一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)板材的縱橫向鋸切，并開發(fā)設(shè)計(jì)了數(shù)控雙向裁板鋸設(shè)備及下鋸優(yōu)化理論。過秉忠[10]對(duì)芬蘭一家膠合板工廠單板的分級(jí)和單板缺陷修補(bǔ)作了介紹，對(duì)單板拼花進(jìn)行了研究。欒鳳艷[11]對(duì)薄木貼面干法、濕法、冷壓法和熱壓法工藝進(jìn)行了研究，探討了薄木貼面中常見的質(zhì)量缺陷及預(yù)防措施。李軍[12]對(duì)常見的平面現(xiàn)代木家具部件裝飾技術(shù)進(jìn)行了介紹，主要有貼木皮技術(shù)，貼紙技術(shù)，其他平面裝飾技術(shù)，真空覆膜技術(shù)、包覆技術(shù)。祁憶青[13]對(duì)貼面加工工藝主要問題和解決方法進(jìn)行研究，對(duì)貼面加工工藝中遇到的問題提出了解決方法。孫魁[14]對(duì)傳統(tǒng)工藝的薄木拼縫的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了研究，對(duì)自動(dòng)拼縫機(jī)的工作原理進(jìn)行研究，一種是通過專用膠線機(jī)將兩張單板連接起來，一種是大批量生產(chǎn)薄木貼面的工廠，需采用尿醛膠工藝。李賜生[15]研究了薄木拼接方式，有紙膠帶拼接、膠線拼接、膠拼接、無紡布拼接等；分別論述了各種拼接加工的特性以及拼接的設(shè)備和工藝技術(shù)要求。徐煜智[16]等人研究了竹單板的激光切割以及激光切割在鑲嵌工藝中的應(yīng)用，得出了竹單板激光切割的適合參數(shù)。范彥宏[17]等研究了正交實(shí)驗(yàn)法在激光切割工藝參數(shù)選取中的應(yīng)用，運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)激光切割工藝參數(shù)進(jìn)行研究。林彩梅基于CAD/CAM對(duì)石材拼花設(shè)計(jì)與加工進(jìn)行了研究，運(yùn)用CAD和PHOTOSHOP進(jìn)行拼花的設(shè)計(jì)，運(yùn)用MasterCAM進(jìn)行石材拼花模擬加工。得出CAD/CAM的運(yùn)用能夠提高拼花設(shè)計(jì)效率的結(jié)論。羅慈航[18]整理了數(shù)控技術(shù)在木材加工行業(yè)裝備中的運(yùn)用，總結(jié)歸納了國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)產(chǎn)品在木材加工行業(yè)中的運(yùn)用。劉衛(wèi)紅[19]等人針對(duì)目前市場(chǎng)上數(shù)控裁切控制系統(tǒng)的缺陷，提出基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)控裁切機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案；硬件部分采用ARM+FPGA構(gòu)件，軟件部分采用模塊化的實(shí)現(xiàn)方案，優(yōu)化了數(shù)控裁切的控制系統(tǒng)。樂磊[20]等人研究了如何運(yùn)用PHOTOSHOP、CAD以及明度測(cè)定對(duì)薄木按顏色進(jìn)行分類裁切，得出預(yù)設(shè)的形狀后進(jìn)行拼接，可以較好的完成薄木設(shè)計(jì)要求進(jìn)行裁切的生產(chǎn)任務(wù)。林作新[21]對(duì)榫卯加工的工藝流程提出了數(shù)控化改造的想法。吳海波[22]從數(shù)控雕刻發(fā)展概況入手，提出了用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造的技術(shù)對(duì)現(xiàn)代茶藝家具制造技術(shù)進(jìn)行改善。張豪[23]基于機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)為家具零件精度檢測(cè)和生產(chǎn)工藝系統(tǒng)管理提供了一個(gè)高效的新技術(shù)

表1 薄木分類方式

表2 薄木厚度統(tǒng)計(jì)

表3 薄木含水率統(tǒng)計(jì)

1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

R Scarimbolo[24]提供了一種新型的基材表面覆貼單板的方法。KP Prince[25]和JR Prince公開了一種在塑料泡沫基材表面覆貼單板的發(fā)明專利。SY Zhang[26],Q Yu,J Beau lieu等人研究了拼花裝飾地板單板的制造方法，該發(fā)明揭示了拼花裝飾地板裝飾木單板的制作方法。

2 常用薄木種類介紹

薄木是一種常見的裝飾材料。為了節(jié)省成本的同時(shí)提高木材利用率，且獲取較好的外觀質(zhì)量，越來越多的家具企業(yè)選擇使用薄木對(duì)家具進(jìn)行貼面。薄木材料有多種分類方式（表1）。

在薄木用于家具表面裝飾的過程中，常用按制造薄木的樹種進(jìn)行分類，并按照生產(chǎn)要求用不同種類、等級(jí)的薄木材料對(duì)家具進(jìn)行覆面。工人根據(jù)薄木紋理、有無缺陷、表面是否透光等情況對(duì)薄木進(jìn)行分級(jí)，一般為A、B、C三個(gè)等級(jí)；筆者所在廣東某家具公司對(duì)薄木的分類依據(jù)為：A級(jí)薄木主要為面板使用紋理清晰，紋路為大山紋或小山紋，表面美觀光滑無缺陷，B級(jí)薄木作為側(cè)板使用，紋理不清晰，紋路多為半山紋半直紋，C級(jí)薄木作為背板使用，顏色不美觀，有缺陷，多為魚鱗紋、直紋，且可能為拼皮。根據(jù)用于制造薄木的樹種分類，該公司有六種薄木，分別為：椴木皮、西南樺木皮、松木皮、相思木皮、艷陽花木皮、水曲柳木皮。以下是對(duì)上述木皮的基本性質(zhì)介紹：

2.1 椴木皮

椴木皮一般為奶白色，木紋多為順直紋，且木紋較細(xì)，不易干裂，耐磨耐腐蝕性好，韌性好。

2.2 西南樺木皮

西南樺木皮一般為褐色，花紋美麗，結(jié)構(gòu)細(xì)膩；木紋多呈現(xiàn)大山紋或小山紋，干縮比小，力學(xué)性能、加工性能好。

2.3 松木皮

松木皮多為黃褐色，顏色不均相思木皮一般為褐色，紋理呈波浪形，結(jié)構(gòu)細(xì)膩，色澤典雅。耐熱性能較好。

2.4 相思木皮

相思木皮一般為褐色，紋理呈波浪形，結(jié)構(gòu)細(xì)膩，色澤典雅。耐熱性能較好。

2.5 艷陽花木皮

艷陽花木皮多為棕黃色，高光澤，收縮率低，強(qiáng)度中等，耐腐蝕性好。

2.6 水曲柳木皮

水曲柳木皮一般為棕黃色，木紋清晰美麗，堅(jiān)硬耐磨，韌性大，易加工[27]。

3 薄木的保存方式

薄木材料厚度較小且易破損，因此在薄木加工的整個(gè)環(huán)節(jié)中需要妥善的保存、運(yùn)送薄木。為了能使拼花對(duì)稱，或者素面拼寬時(shí)能使花紋一致、色差較小，薄木必須按刨切順序分摞進(jìn)行擺放，并且在每摞薄木的第一張上粘貼薄木生產(chǎn)廠家的條形碼，上面標(biāo)有長(zhǎng)度、寬度、張數(shù)、總面積等信息。筆者所在廣東某家具公司的木皮車間有三種保存薄木的方式：其一是裁切前將薄木用黑色塑料薄膜蓋好；其二是將薄木置于可以移動(dòng)的支架上以備裁切；其三是裁切拼接完成后置于恒溫恒濕的養(yǎng)生室。木皮正確地進(jìn)行保存主要是為了控制木皮的含水率，使含水率達(dá)到貼面要求。本人調(diào)查了實(shí)習(xí)所在廠家所用薄木的厚度與含水率（表2、表3）。

由表格可見薄木的厚度均在0.4mm左右，且含水率滿足薄木貼面的要求。

4 薄木拼花所用到的設(shè)備

4.1 薄木裁切設(shè)備

筆者所在的家具廠的一車間使用兩臺(tái)薄木裁切機(jī)，一臺(tái)用于薄木定長(zhǎng)，一臺(tái)用于薄木定寬。在使用裁切機(jī)時(shí)，工人需根據(jù)圖紙上貼面用薄木的凈料尺寸來裁切木皮，裁切尺寸一般在長(zhǎng)、寬方向上留有10cm的加工余量。廠中的薄木裁切一般為直線裁切，其中部分直線異形裁切是用自制的專用模板進(jìn)行裁切，專用模板的使用雖然較為精確以及便捷，但該家具廠模板具有針對(duì)性，沒有形成統(tǒng)一的工藝方法，需進(jìn)行改進(jìn)。在對(duì)薄木進(jìn)行裁切時(shí)，可以按照所用的薄木單元進(jìn)行分類裁切，將這些不同形狀的薄木單元進(jìn)行分類，可以有效的解決裁切的多樣化，個(gè)性化等問題，使薄木裁切有章可循，對(duì)薄木拼花生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化有所幫助。除了上述定長(zhǎng)定寬的薄木裁切設(shè)備，還有手拉鋸、鐳射機(jī)等機(jī)器對(duì)薄木進(jìn)行裁切。

4.2 薄木拼接設(shè)備

4.2.1 手工薄木拼花設(shè)備

手工拼接薄木的設(shè)備一般有兩種，一種是利用手提式熱熔膠線機(jī)（圖1）。

另一種是使用紙膠帶進(jìn)行拼接.水膠帶（圖2）。

基材平整則采用熱熔膠線機(jī)對(duì)薄木進(jìn)行拼接，不平整則使用紙膠帶拼縫，因?yàn)樵谶M(jìn)行異形部件貼面時(shí)，所用到的機(jī)器為正負(fù)壓熱壓機(jī)，該機(jī)器不同于普通熱壓機(jī)的地方在于：壓力沒有普通熱壓機(jī)那么大，因此在覆面時(shí)，采用熱熔膠線拼接薄木會(huì)導(dǎo)致膠線無法融化，在表面出現(xiàn)膠痕。

4.2.2 機(jī)械薄木拼花設(shè)備

除了手工對(duì)薄木進(jìn)行拼接之外，還有拼縫機(jī)對(duì)薄木進(jìn)行膠拼，常見的拼縫機(jī)有兩種：一種是無紙帶拼縫機(jī)，另一種是有紙帶拼縫機(jī)。顧名思義，無紙帶拼縫機(jī)在膠拼時(shí)無需用到膠帶紙，只需要在薄木的側(cè)面進(jìn)行涂膠，在無紙帶拼縫機(jī)的加熱錕和加熱墊板的作用下固化膠合。

有紙帶拼縫機(jī)在工作時(shí)，可以選擇將紙膠帶貼于薄木表面，也可以貼于薄木背面，當(dāng)貼于薄木表面時(shí)，由于薄木較薄，在砂光去除紙膠帶時(shí)需要小心謹(jǐn)慎，必要時(shí)要對(duì)殘缺補(bǔ)位涂上修補(bǔ)膩?zhàn)?，?dāng)紙膠帶貼于薄木背面時(shí)，要注意由于薄木較薄，紙膠帶很容易在薄木表面顯現(xiàn)，且耐水性較差，易造成薄木與基材脫離。

5 拼花工藝流程

筆者實(shí)習(xí)所在家具公司的拼花車間常用手提式熱熔膠線機(jī)進(jìn)行薄木拼花操作。工人操作時(shí)，通過手工來回?cái)[動(dòng)熱熔膠線機(jī)，使其在薄木條間的接縫處形成拼接，在常溫下固化對(duì)薄木完成拼接。對(duì)于拼花的工藝流程及用時(shí)統(tǒng)計(jì)，筆者做了一個(gè)調(diào)查，假以說明手工拼花工藝存在的問題，并尋求解決的方法。（圖3）是414#床頭柜柜面貼面拼花的工藝圖紙。（表4）是414#床頭柜柜面拼花工藝圖紙。

5.1 414#柜柜面拼花工藝流程

①先用釘子（工藝圖中標(biāo)四角星處為打釘子處）固定上道工序（內(nèi)補(bǔ)兩塊封皮和上封皮已經(jīng)拼接好，方便定位）拼好的薄木拼花。用時(shí)1分07秒。②放置模板，對(duì)齊，切去余料。用時(shí)3分。③在邊角處劃線（工藝圖中表圓圈處為劃線處，詢問工人師傅得知是方便梯形小料的裁切）將事先裁切好的下、左、右封皮以及小料和之前拼好的木皮進(jìn)行拼接。其中梯形小料先與內(nèi)封皮拼接。下封皮拼接，用時(shí)1分22秒。左封皮拼接，用時(shí)30秒。左部梯形小料拼接，用時(shí)10秒。右封皮拼接，用時(shí)30秒。右部梯形小料拼接，用時(shí)10秒。④拼三角和左右兩邊以及下方邊料時(shí)都有重疊，需要用美工刀切去。切除余料用時(shí)54秒。兩側(cè)小料與左/右、下封皮拼接用時(shí)25秒。⑤放置到成品存放區(qū)，用壓具壓好。起釘子，用時(shí)14秒。用手抹平釘口，用時(shí)6秒。與標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行對(duì)比，然后放好。用時(shí)30秒。

表4 414#柜柜面工藝流程時(shí)間統(tǒng)計(jì)

5.2 工藝改進(jìn)方法

①利用磁石（或其他方式）代替釘子固定，省去處理釘口的工序，更便于操作。

②用美工刀裁去余料，用模具自帶刃口，一次性壓出所需形狀。

③在切除左右三角小料的余料時(shí)，可以將涂膠拼接一并完成（針對(duì)機(jī)器操作），免除對(duì)齊這一難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的步驟。

6 結(jié)語

目前對(duì)于薄木拼花的研究大多為工藝與工時(shí)方面的研究，工藝方面主要研究拼花所用的設(shè)備；運(yùn)用數(shù)控技術(shù)及CAD/CAM相關(guān)軟件對(duì)拼花進(jìn)行數(shù)控化改造；工時(shí)方面的研究主要針對(duì)薄木拼花的手工操作，規(guī)范手工薄木拼花，從而提高工作效率。對(duì)于薄木裁切這一環(huán)節(jié)，考慮將縱切橫截的成角度的直線鋸與裁切曲線的機(jī)器（鐳射機(jī)）集成在一臺(tái)機(jī)器上，利用CNC數(shù)控機(jī)床，設(shè)計(jì)特殊的刀頭以及加緊方式對(duì)薄木進(jìn)行裁切，或采用精密裁板鋸對(duì)薄木進(jìn)行裁切；或采用刀模對(duì)薄木進(jìn)行“壓切”。

薄木拼接的環(huán)節(jié)是耗時(shí)最多的環(huán)節(jié)，對(duì)于這一問題有兩個(gè)方案：一種為對(duì)拼縫機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠完成較為復(fù)雜的薄木拼接；另外一種是借助數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)全新的薄木拼接機(jī)。在薄木拼接這一環(huán)節(jié)，雖然無章可循，但是也有許多原理可以借鑒，如打印機(jī)原理可以用于薄木的展平與鋪平，為拼接環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備；很多不同行業(yè)的相似原理都可能運(yùn)用起來，需要進(jìn)一步的探索與實(shí)踐。

（責(zé)任編輯：張 楊）

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