現(xiàn)代家具加工技術發(fā)展研究

崔曉磊，沈 雋

(1.青島農業(yè)大學 藝術學院，山東 青島 266109；2.東北林業(yè)大學 材料科學與工程學院，哈爾濱 150040)

1 家具工業(yè)及家具加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 我國家具工業(yè)及家具加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過近二三十年的發(fā)展，我國家具行業(yè)已經(jīng)有了較大的發(fā)展。目前我國家具企業(yè)超過3萬多家，從業(yè)人口近1 200萬人。2010年家具生產總值已接近8 100億元，早已超過美國，成為世界第一大制造國；2005年出口產值超過330億美元，超過意大利，成為世界家具出口第一大國[1]。形成了以廣州為中心的珠江三角洲家具產業(yè)集群、以上海和浙江為中心的長江三角洲家具產業(yè)集群、以京津為中心的環(huán)渤海及京津地區(qū)產業(yè)集群、以川陜?yōu)榇淼闹形鞑考揖弋a業(yè)集群以及以實木為主的山東家具產業(yè)集群[2]。但在家具產業(yè)蓬勃發(fā)展的同時也存在一些問題，如產品的附加值過低；很多企業(yè)缺乏獨立的研發(fā)能力，主要靠OEM的生產方式，對外單的依賴較大；大部分中小企業(yè)缺乏先進的管理模式，生產率較低；產品的質量不夠穩(wěn)定等問題。

從加工技術來看，自20世紀以來家具加工技術以機械化加工為主，在一些規(guī)模較大的企業(yè)中，出現(xiàn)了信息化、數(shù)控化的加工方式，如CNC加工中心、數(shù)控鏤銑機和自動噴涂設備等。加工設備在以前測繪仿制和自主研發(fā)技術含量較低的機械化、半機械化的木工機床的基礎上，采取了引進和學習共發(fā)展的策略，不斷吸收工業(yè)發(fā)達國家和地區(qū)的家具先進技術。目前我國某些產品如成型立銑、鉆孔機、裁板機和四面刨等木工設備已較為成熟，逐漸形成了科研、生產、銷售和人才培養(yǎng)的完整體系。至20世紀末時，在全國企業(yè)中，己有80%以上擺脫了落后的手工操作，實現(xiàn)了半機械化和機械化生產。同時，國外先進技術和現(xiàn)代化管理的引進也極大地提高了我國家具工業(yè)的技術和管理水平。

1.2 國外家具工業(yè)及家具加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀

在世界家具產業(yè)中，德國是家具生產大國，家具產量占歐洲產量的三分之一，其產品以款式簡潔、功能實用和做工精細而著稱，強調其功能性和舒適性，素有“理性家具”之稱，并擁有著名的科隆國際家具展；意大利家具聞名于世，引領了家具界的時尚。其產品線條簡單、明快，色彩以時尚的黑白灰為主并點綴亮色，是世界第二家具出口大國，米蘭國際家具展也被稱為家具業(yè)的“盛會”，聞名遐邇；北歐家具以濃郁的“人情味”被人們所喜愛，其重視自然材質及手工的結合，在世界享有盛譽，產品亦大量出口世界各地。美國家具以實木為主，受全球化的影響，家具業(yè)發(fā)展受阻，產品大量進口。

國外發(fā)達國家的加工技術已基本實現(xiàn)自動化，生產效率高。德國、意大利、美國和中國臺灣是國際家具木工機械的主要生產國家和地區(qū)，在國際市場供給中占主導地位[3]；德國木工機械制造業(yè)居世界第一，產品主要出口到美國、奧地利、法國、英國、瑞士、日本、意大利、俄羅斯和中國等國家。其注重研發(fā)投入，每年以5%～10%的營業(yè)額投入到新技術研發(fā)中，為其持續(xù)發(fā)展奠定了基礎；意大利作為世界第二位的木工機械制造業(yè)，有300多家機械和刀具制造商，是“意大利木工機械及刃具制造商協(xié)會”的會員，擁有較好的性價比[4]。一直以來，美國的木工機械制造業(yè)得到穩(wěn)定快速發(fā)展，生產的家具產品質量也較高，是世界進口高檔木工機械的主要國家。中國臺灣家具工業(yè)在20世紀實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，借助臺灣經(jīng)濟的高速啟動，家具工業(yè)實現(xiàn)了外向型的轉變。同時，臺灣家具木工機械也取得了輝煌的成就，在20世紀末的時候，臺灣成為世界第三家具木工機械的輸出基地及世界第五大家具木工機械生產地?？傊?，德國的豪邁、威力、伊瑪、意大利的比亞斯、SCM均代表了國外木工機械的最高水平[5]。

2 現(xiàn)代家具加工先進機械設備

2.1 板式家具加工先進機械設備

我國在20世紀70年代以后，引入板式家具生產線，而從90年代以來板式家具在我國得到了迅速的發(fā)展。板式家具其因簡潔時尚、性能穩(wěn)定、價格便宜和便于搬運等特點，受到人們的喜愛。其生產工藝流程歸納起來可分為機械加工、組裝、砂光、涂飾、品檢和包裝入庫六個部分，在這六個部分里又包括了很多工序。下面結合生產工藝對機械加工、砂光和涂飾三個加工部分的主要先進加工設備及其用途進行簡要介紹。

2.1.1 電子開料鋸

開料，也就是裁板，這里主要是指根據(jù)產品的下料單和人造板的規(guī)格進行具體的規(guī)劃裁板，對于常規(guī)的形狀可直接裁出凈料。電子開料鋸是家具制造企業(yè)最重要的大型設備之一，經(jīng)過不斷的技術革新，新型的電子開料鋸在細節(jié)上有了更多改進，如金田豪邁的HPL 380 PC 全自動電腦數(shù)控板材開料鋸，不僅具備了Holzma3系列產品的所有強大功能，其附加可選配置完美配合自動進料系統(tǒng)，使HPL380的功能更加強大。提出了“批量等于1”的概念，傳統(tǒng)的生產線要求每一批次的板件規(guī)格要相同，換一種規(guī)格就要重新調機；而HPL 380 PC可以使不同規(guī)格的板材在同一條生產線同時生產而不用調機，極大的提高了生產效率。除了HPL 380 PC 全自動電腦數(shù)控板材開料鋸外，金田豪邁還具有的HPP 180 PLUS 全自動電腦數(shù)控板材開料鋸、HKL 430 CNC控制全自動電腦數(shù)控板材縱橫開料鋸、HPL 430 全自動計算機板材開料鋸和HKL 570 縱橫裁切電子開料鋸等先進開料設備。

2.1.2 封邊機

封邊，是現(xiàn)代板式家具零部件邊部處理的常用方法，最常用的封邊材料有PVC條和薄木條等?？煞譃榍€封邊機和直線封邊機兩種。新型的曲線封邊機借鑒CNC封邊的工作原理，改變了原有的封邊形式，它首先把工件固定，然后讓封邊機的封邊頭順著工件的邊部做封邊處理，從而降低了勞動強度[6]。2012年米蘭展上，推出了安裝在數(shù)控雕刻機機架上的數(shù)控曲線封邊機，非常具有創(chuàng)新性和實用性。直線封邊機為全自動式，比較先進的有金田豪邁的KDF140 2C 自動直線封邊機，德國制造，組件德國進口、中國組裝，具有性能穩(wěn)定的18 m/min的高速進料系統(tǒng)；KDN 120 全自動直線封邊機，熱熔膠單邊封邊機，右手側操作，封邊帶厚度0.4～8 mm；其重型550封邊機，以滾臺送料、皮帶回料、機械收轉向和上下料的全自動生產線為輔，為批量等于1的產品提供了實用的數(shù)控生產線。

2.1.3 鉆孔機

鉆孔，在產品制造過程中，鉆孔的類型有用于定位零件的圓榫孔、用于連接和安裝的連接件孔和用于各類螺釘?shù)囊龑Э?。鉆空的孔徑、深度要一致，孔與孔之間的尺寸也要準確。

鉆孔機分半自動和自動兩種。金田豪邁TSG2Tand MOD榫頭/榫孔/圓孔機是非常簡單的小機器，在寶利諾巴吉已經(jīng)有90年的生產歷史，成為經(jīng)典產品；其NB 65 半自動三排鉆，具有THK精準雙直線導軌液晶顯示定位及氣動鎖緊系統(tǒng)；另外，還有BST 503 全自動多軸六排鉆機和鏤銑鉆孔中心等先進設備。

2.1.4 CNC加工中心

現(xiàn)代的CNC加工中心集合了科技化和智能化，在一定程度上可代替人工操作，實現(xiàn)了家具的個性化定制?，F(xiàn)代先進的CNC加工中心可以實現(xiàn)以下功能：任意角度鉆孔、任意角度鋸切、高質量封邊和多工件加工等。米蘭木工機械展會上，德國豪邁的雙橫梁多頭多工位加工中心，表現(xiàn)出了較高的性價比，簡單實用、功能齊全、效率高，吸引了眾多參觀者。

2.1.5 砂光機

砂光，也稱打磨，是進行第一遍底漆之前的準備工序。板材在加工過程中會留下一些劃痕和刀痕等，因此要對其進行處理。砂光設備是家具表面加工必不可少的設備，其砂光效率、砂光精度及設備性能的優(yōu)劣對家具表面質量有著至關重要的影響。從基材砂光到油漆砂光要求各不相同，要防止產生砂穿、表面圓角和砂痕等缺陷[7]。砂光機又可分為帶式砂光機和盤式砂光機兩種。先進帶式砂光機配備了激光掃描技術，通過激光進行工件的無接觸識別并進行壓力識別；另外，配有氣囊技術的砂光機，每個砂光頭都允許三種不同的工作壓力，還可通過單個氣囊進行壓力循環(huán)控制；回轉盤式砂光機具有4個獨立的轉軸，4個砂光盤都是獨立的單元，能模糊砂痕。用于油漆砂光的金田豪邁SWT 325 RL/335 RRL 家具定厚油漆砂光機，砂帶長度2 620 mm、砂帶寬度370 mm，砂光精度也較高。另外還有L.B.A.1500 磨面拋光機、Compact Lux 板材邊緣單側拋光機和IMPRESSION GOLD 精砂油漆及單板砂光機等先進設備。2012年米蘭展會上出現(xiàn)了大型超長的數(shù)控砂邊機，全自動大型超長砂邊機的單機長度達15m，為板式家具的砂邊提供了智能化設備，極大的提高了生產效率。

2.1.6 噴涂設備

涂裝部分依次包括擦底色、噴底漆，噴二道底漆、打油磨、補色、修色和噴面漆。它是保證產品質量和合格率非常重要的一部分，直接關系到產品的外在形態(tài)。金田豪邁的VEN SPRAY CONTOUR噴涂設備，可先噴涂工件的邊框、側邊和外形，然后再噴涂工件的平面(或先噴涂平面，再噴涂邊框、側邊和外形)，可作為2.5D工件平面噴涂設備使用，也可作為3D工件噴涂設備使用，合理的工件放置(與其他已有的系統(tǒng)相比較)可靈活使用幾乎所有的油漆系統(tǒng)；其自動油漆噴涂線是非常靈活的框架加工生產線(門框-窗-室內裝飾等)，可以50 m/min的速度進行自動加工，能夠使用不同種類的油漆以及干燥車自動裝載功能，使得這條生產線在保證油漆數(shù)量和質量以及穩(wěn)定的油漆效果的同時也提升了生產線的經(jīng)濟效益[8]。

2.2 實木家具加工先進機械設備

實木家具有其悠久的歷史，以自然環(huán)保著稱。其生產工藝流程主要包括干燥、配料、毛料加工、凈料加工、部件裝配、總裝配、涂飾、包裝和入庫幾個部分。上面已結合板式家具生產介紹過一些設備，下面結合實木家具生產工藝將上面未講到的，而實木家具生產中又經(jīng)常用到的一些先進設備進行簡單介紹。

2.2.1 鋸 機

鋸機是以鋸作為刀具，通過條鋸或帶鋸往復運動或圓盤鋸旋轉運動來鋸割木料。常見的鋸機有帶鋸機和圓鋸機。窄鋸路技術采用了新材料和配備了精密馬達，從而提高了刀具的動態(tài)平衡能力[2]。速度可達60 m/min，嵌板鏈進料，精確度高，可調鋸切高度，可快速調換工件并且具有鋸材浪費少和出材率高等優(yōu)點。在德國威力推出的復試鋸材裁板鋸后，意大利又將鋸材裁板鋸的最大加工長度擴大到4 m，并進一步提高了其精度。

2.2.2 四面刨

四面刨是一種木工機床類的刨床產品，主要用于加工木方、木板、裝飾木線條和木地板等木制品，可對木材的上下及側面進行同時刨光處理。性能卓越的四面刨一般都具有結構緊湊、經(jīng)久耐用和加工精度高等特點。德國威力公司是國際生產實木家具機械的龍頭企業(yè)，幾乎壟斷了國際上四面刨床的高端市場，從4軸到10軸，威力的四面刨規(guī)格齊全，精度高，刨床都有自動上下料臺，自動化程度非常高，設計完美，如Uniline系列四面刨。

2.2.3 數(shù)控鏤銑機

數(shù)控鏤銑機是計算機利用設定的程序控制其刀架移動(水平或垂直方向)、工作臺移動及刀頭轉動“進行自動操作”以完成家具某一零部件的加工。數(shù)控鏤銑機在家具及木制品行業(yè)的應用使機械加工的自動化程度、加工精度和生產效率得到了進一步提高，是計算機輔助家具設計與制造技術的重要組成部分，也是提高家具設計與制造水平的重要舉措[9]。其加工精度較高，定位精度通常為±0.01 mm，重復定位精度可為±0.005 mm；可用來加工零部件的復雜曲線、刨削大面積的曲面以及依賴手工雕刻的復雜圖案。數(shù)控鏤銑機X軸和Y軸的定位速度已達到36 m/min，Z軸的定位速度可達12 m/min，主軸轉速達18000 r/min，實現(xiàn)了快速定位和高速切削。2012年米蘭展上，出現(xiàn)了鏤銑與曲線帶鋸組合機，解決了數(shù)控鏤銑機曲線下料夾緊困難、效率低、下料成本高和曲線下料鋸口精度低等問題。

3 現(xiàn)代家具加工技術的發(fā)展趨勢

3.1 自動化程度不斷提高

結合計算機和信息技術發(fā)展，設備的自動化程度將不斷提高，國外大部分產品已經(jīng)數(shù)控化。切削速度和進給量不斷提高，多刀通過式聯(lián)合機床和多工序集中的加工中心就成了主要的發(fā)展方向，如聯(lián)合了鋸、銑、鉆、開榫和砂光等功能的雙端銑床、多種加工工藝聯(lián)合的封邊機、集中了多種切削加工工序的數(shù)控加工中心等，減少了輔助工作時間，自動化程度不斷提高，大大提高了生產效率[10]。

3.2 加工精度不斷提高

隨著科學和新技術的不斷出現(xiàn)，設備的加工精度也會越來越高。目前普通機床的加工精度可達1～5 μm，納米級精度的機床也已出現(xiàn)，不斷向金屬加工的領域靠近，如國外砂光機定厚精度為0.01 mm；步進電機與滾珠絲杠配合的帶鋸側向進給機構的進尺精度可達0.025 mm；數(shù)控銑床的加工精度可達0.02～0.05 mm，精度的不斷提高保證了家具產品的工藝質量[10]。

3.3 計算機和信息技術的應用不斷提高

刀具、數(shù)控工件、重要部件以及工作過程將廣泛采用傳感器，其精度、靈敏度和掃描頻率將會進一步的提高；計算機應用水平的不斷提高，也使柔性化生產和自動化生產技術的實施和更新得以保證。另外，在現(xiàn)代大規(guī)模定制產品的大潮中，如豪邁和圓方推出的定制產品軟件，可謂高度集中了計算機軟件技術、網(wǎng)絡技術和數(shù)據(jù)庫技術，推動了整個家具產業(yè)的信息化，為未來家具工業(yè)的發(fā)展指明了方向。

3.4 與高新技術的結合不斷提高

新材料、新工藝和新技術的出現(xiàn)，將會給現(xiàn)代家具機械設備的發(fā)展注入新的活力，一些新的加工方法將會在家具工業(yè)中得到逐步的廣泛應用。如激光、高壓切割、超聲波檢測、電子離子技術、磨料射流砂光等非傳統(tǒng)的加工方法。這些技術的應用將會給家具工業(yè)帶來新的發(fā)展，為其蓬勃持續(xù)發(fā)展奠定良好的技術支持。

4 我國家具企業(yè)加工環(huán)節(jié)存在的問題及對策

4.1 制造模式落后、機械化程度低

現(xiàn)階段我國家具工業(yè)總體上還屬于勞動密集型的傳統(tǒng)產業(yè)。全國3萬多家的家具企業(yè)中，絕大部分屬于中小企業(yè)，其制造模式落后，機械化相對較低，以手工、半機械化和機械化相結合的形式并存。據(jù)調查，2006年我國家具機械設備的數(shù)控率僅在5%，普遍存在設備種類單一、加工精度不夠、標準滯后和數(shù)控化水平低等一系列不足之處，加工制造能力不能滿足設計的需求和大規(guī)模生產的需要，尤其是實木家具的生產機械化水平最低，已難以滿足高速發(fā)展的家具工業(yè)的需求。針對此情況，我國木工機械行業(yè)應加強自身的研發(fā)能力，結合家具生產的實際，加強對加工機械的改進和研發(fā)；另外，家具企業(yè)也應加大對設備的投入，提高生產和技術水平，提高機械化，趕超國際水平。生產能力的提高也必然帶來產品質量的提高，能為企業(yè)的后續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎。

4.2 缺乏對加工設備的維護及合理使用

為保證機械設備處于良好的技術狀態(tài)，減少磨損，提高機械利用率，降低機械運行和維護成本，確保安全生產，必須強化對機械設備的維護和保養(yǎng)工作。然而我國大部分的家具企業(yè)都沒有建立對機械設備定期維護機制，問題較多，這就導致了機械磨損嚴重，維修費用高及存在生產安全隱患等問題。另外，一些企業(yè)從國外引進新型先進設備后，機械利用率較低，缺乏專業(yè)的使用人員，對機械的開發(fā)率不夠，很多先進的功能未被使用，甚至有些企業(yè)花巨資購買的CNC加工中心因操作上的困難被長期放置，資源被大大的浪費。針對以上兩點，一方面家具企業(yè)應該建立健全運營機制，加強對機械維護的意識，真正的理解“工欲善其事，必先利其器”的道理。只有設備在優(yōu)良的運行條件下，產品的工藝才能得以保證，才能生產出高品質的產品；另一方面，企業(yè)應加強專業(yè)高層次人才的引進和定期培訓，熟悉設備的性能，增強設備的利用率，最大程度的使用設備。Ratnasinga等在安全科學雜志中指出，工人缺乏對機械的了解及興趣是造成生產事故的重要原因[11-12]。因此做好此工作，亦可大大減少事故的出現(xiàn)，實現(xiàn)安全生產。

5 結束語

我國已經(jīng)成為世界第一家具制造大國，提高其加工技術水平已成為行業(yè)發(fā)展的當務之急。世界家具強國如德國、意大利和美國等無不依托并擁有先進的家具加工制造設備和生產線。國內的家具加工機械廠家應有決心把自己的企業(yè)打造成中國的豪邁和SCM。只有設備先進了，才能生產出高質量和高附加值的產品，才能使我國的家具工業(yè)走向世界，才能在全球化的經(jīng)濟浪潮中再創(chuàng)輝煌，成為真正的世界家具強國。

【參 考 文 獻】

[1]朱長嶺.中國家具業(yè)前景展望[J].家具，2011(1)：16.

[2]陳 銘.20世紀中國家具加工技術與設備發(fā)展研究[D].南京：南京林業(yè)大學，2011.

[3]李 黎.關于我國家具機械工業(yè)的思考[J].林產工業(yè)，2010(3)：3.

[4]賀宏奎，李 黎，郭建方.DMC公司及其砂光機[J].中國木業(yè)，2001，15(1)：33-36.

[5]馬 巖.2012米蘭國際木工機械展會展示的新技術[J].林業(yè)機械與木工設備，2012(8)：7.

[6]張 玉.家具木工設備最新生產技術發(fā)展趨勢(一) [J].林業(yè)機械與木工設備，2008(3)：14.

[7]張 玉.家具木工設備最新生產技術發(fā)展趨勢(二) [J].林業(yè)機械與木工設備，2008(4)：10.

[8]http：//www.homagchinagf.com/index.asp.

[9]喬洪君.數(shù)控鏤銑機的加工工藝及特點[J].林業(yè)機械與木工設備，2005(5)：45.

[10]李 黎.家具機械發(fā)展趨勢與選用的幾個技術問題[J].林業(yè)機械與木工設備，2007(1)：4-5.

[11]張 杰，任忠先.現(xiàn)代家具結構設計的科學方法[J].森林工程，2013，29(4)：141-144.

[12]Ratnasingam J，Ioras F，Abrudan I V.An evaluation of occupational accidents in the wooden furniture industry -A regional study in South East Asia[J].Safety Science,2012,50(5)：1191.