多功能曲直線封邊機(jī)的設(shè)計(jì)研究

屈李安 任兵兵 劉 芬

（ 山東英才學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院，山東 濟(jì)南250104）

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)居民生活質(zhì)量不斷提高，家具的種類也呈現(xiàn)多樣化。 人們?cè)谫?gòu)買家具時(shí)經(jīng)常會(huì)首先考慮家具的外觀，而板材封邊的質(zhì)量是決定家具外觀的主要因素之一，提高家具板材的封邊技術(shù)已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。 傳統(tǒng)家具板材的封邊是采用人工的方式來(lái)完成，隨著科技化腳步的持續(xù)加快，現(xiàn)代板式家具的封邊則多采用自動(dòng)化的設(shè)備。 本文在目前已有的家具板材封邊機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化研究， 對(duì)封邊機(jī)各組成部分的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并利用NX 軟件完成了三維建模和整體裝配。

2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作過(guò)程

本文所設(shè)計(jì)的多功能曲直線封邊機(jī)整機(jī)三維模型如圖1 所示，主要由工作臺(tái)：1、吸附裝置2、導(dǎo)軌3、膠帶傳送與熔膠裝置4、預(yù)壓緊裝置5、修邊裝置6、復(fù)壓緊裝置7 等組成。

圖1 多功能曲直線封邊機(jī)整體三維模型

該封邊機(jī)的工作過(guò)程如下：首先，將板材放置在工作臺(tái)上，吸附裝置對(duì)其進(jìn)行固定；然后，膠帶傳送裝置把封邊條傳送至需封邊的位置， 熔膠裝置中的輻射源發(fā)射激光對(duì)封邊條上的膠質(zhì)層進(jìn)行輻射，使其處于熔融狀態(tài)；繼而，預(yù)壓緊裝置對(duì)封邊條進(jìn)行壓緊，切斷刀切斷封邊條；最后，修邊裝置對(duì)板材邊緣進(jìn)行粗修、精修和拋光，復(fù)壓緊裝置進(jìn)行二次壓緊。 在工作過(guò)程中，板材在吸附裝置作用下靜止，膠帶傳送與熔膠裝置、預(yù)壓緊裝置、修邊裝置、復(fù)壓緊裝置等在導(dǎo)軌帶動(dòng)下沿板材邊緣移動(dòng)，依次自動(dòng)完成供膠、封邊、壓緊和修邊等工作，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)一體化板材封邊，能夠適用于不同大小的板材封邊， 也可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)家具板材直線邊和曲線邊的封邊和美觀。

3 具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 導(dǎo)軌。 本文所設(shè)計(jì)的封邊機(jī)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸板材的封邊，因此導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)采用板塊拼接式，如圖1 所示。 這樣在實(shí)際工作中，操作人員可以根據(jù)需要封邊板材的尺寸大小拼接導(dǎo)軌，操作方便快捷，適應(yīng)性強(qiáng)。

3.2 膠帶傳送與熔膠裝置。膠帶傳送與熔融裝置由封邊條托盤、傳送支架、分光鏡、輻射源、切斷刀等組成，其三維模型如圖2 所示。

圖2 膠帶傳送與熔膠裝置

傳統(tǒng)的熱熔膠是板材封邊加工的最大障礙，使用熱熔膠需要較長(zhǎng)的加熱時(shí)間、會(huì)造成很大的能量損耗、易污染板材和加工裝置，并且需要配置涂膠系統(tǒng)等。 本文所設(shè)計(jì)的封邊機(jī)采用新型的激光封邊技術(shù)取代傳統(tǒng)的熱熔膠封邊，無(wú)需額外配置任何涂膠系統(tǒng)，能夠有效減少加熱時(shí)間和能量損耗，提高封邊效率，避免污染工件和加工裝置。 激光發(fā)射裝置中的輻射源采用發(fā)光二極管，這樣的設(shè)計(jì)能夠有效減少輻射外泄，提高封邊效率，降低成本，且不會(huì)對(duì)人體造成危害，使封邊過(guò)程更加安全。 當(dāng)封邊條被傳送到板材邊緣時(shí)，輻射源會(huì)發(fā)射激光對(duì)封邊條上的膠質(zhì)層進(jìn)行輻射， 光能轉(zhuǎn)化為大量的熱能，使膠質(zhì)層呈現(xiàn)熔融狀態(tài)，當(dāng)粘合性達(dá)到最高時(shí)，壓緊裝置對(duì)板材和封邊條進(jìn)行壓緊。

3.3 壓緊裝置。壓緊裝置包括預(yù)壓緊裝置和復(fù)壓緊裝置，由壓緊輪和支架等組成，其三維模型如圖3 所示。內(nèi)置彈簧式結(jié)構(gòu)，外置增減壓軟質(zhì)泡沫為其提供壓力緩沖， 避免在封邊過(guò)程中由于力的不穩(wěn)定性導(dǎo)致木材的挪動(dòng)， 從而影響封邊的美觀性。 熔膠裝置熔膠后，預(yù)壓緊裝置立即對(duì)封邊條進(jìn)行壓緊，隨后修邊裝置對(duì)板材封邊邊緣進(jìn)行修整，最后復(fù)壓緊裝置進(jìn)行二次壓緊。

3.4 修邊裝置。修邊裝置由電動(dòng)機(jī)、齒輪箱、修邊刀等組成，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)齒輪傳動(dòng)為精修刀提供動(dòng)力。 其工作性能的高低決定了封邊加工最終的美觀性，三維模型如圖4 所示。

圖3 壓緊裝置

圖4 修邊裝置

3.5 吸附裝置

在多功能曲直線封邊機(jī)的工作過(guò)程中， 吸附裝置起到關(guān)鍵性作用，它直接關(guān)系到封邊的最終效果。 如果吸附力強(qiáng)度過(guò)小，則可能會(huì)在壓緊、修邊的工作過(guò)程中出現(xiàn)板材偏移現(xiàn)象，從而會(huì)導(dǎo)致封邊條的粘貼不齊或損壞板材等問(wèn)題。 本設(shè)計(jì)中的吸附裝置中單個(gè)吸附管的吸力大概為0.5Mpa，吸附表面如圖5 所示。當(dāng)板材放置在工作臺(tái)上后，氣動(dòng)部分自動(dòng)打開，通過(guò)吸附管吸住板材，同時(shí)接觸板材部分的吸附管被抬升至工作高度，開始工作。 而沒有接觸板材部分的吸附管將會(huì)停止工作， 等待下一板材的放置， 決定是否工作。 這樣的設(shè)計(jì)可以方便快捷地調(diào)整吸附力大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同材質(zhì)、尺寸板材的封邊。

4 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的多功能曲直線封邊機(jī)可以同時(shí)滿足曲、 直線板型木材的自動(dòng)供膠、封邊、壓緊和修邊的一體化加工。 避免了因木材本身有樹節(jié)等天然缺陷而達(dá)不到使用要求，造成的資源浪費(fèi)；同時(shí)，還可以改變天然木材本身的結(jié)構(gòu)，最大限度地減少板材的干縮和濕脹等一系列問(wèn)題，提高板材的穩(wěn)定性。 該封邊機(jī)具有自動(dòng)化程度高、工作效率高、封邊質(zhì)量高、生產(chǎn)成本低、環(huán)保省料、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足不同材質(zhì)、形狀和尺寸板材的批量化生產(chǎn)，滿足各種家具造型生產(chǎn)的實(shí)際需求， 有效促進(jìn)個(gè)性化板式家具在家具行業(yè)中的發(fā)展。

圖5 吸附表面