东北林业大学硕士学位论文
4 家具抽屉生产线中的数控专用加工设备总体设计
4.1 数控家具抽屉生产线的总体方案
在80年代初期，发达国家的板式家具抽屉生产线己达到了平均1.4分钟就可生产一件家具的全自动化程度。在我国板式家具零部件的生产线加工才刚刚起步，板式家具抽屉生产线主要由以下三部分组成：
（1）抽屉规格板料的数控裁板加工设备（功能类比如意大利GABBIANI自动纵横电子开料锯AXIOMA125）：本设备主要是利用其它加工设备加工的剩余板料或边料，经专用横截锯或纵剖锯裁出厂家规定尺寸板料并通过切槽铣刀或锯铣刀加工前板、侧板、后板的横槽，以保证抽屉前板、侧板、后板与底板的装配。生产工艺主要包括下料、切槽[21]。
数控机床本身具有精度高、柔性好、加工产品品质高等特点。在加工不同系列的零部件时可改变程序代码便可加工出不同形状和精度的产品，减少了操作人员的人为加工误差。在加工一个系列产品时无需改变程序代码和工件坐标系的设定。伴随着现代家具抽屉规格尺寸的系列化、标准化的推出，所以在机床设计下料时可根据数控系统的程序代码加工出所需尺寸的板料，其走刀路线可调用预先已编制好的系统软件程序。保证每块板料槽口到基准边的距离，并且其基准边亦也可作为下一道加工工序的基准面。
（2）抽屉主体数控专用加工设备：本设备主要是加工由第一台设备加工后符合规格的板料。由于抽屉板材所需加工的孔为标准孔，用于连接和定位作用。保证孔位尺寸和精度是实现板式家具抽屉产品互换性的首要条件，当工件被夹具定位加紧进行机械加工时，影响其加工精度的因素有安装误差、定位误差、加紧误差、加工工序不合理误差、多次对刀误差等，如果误差累积将会降低产品的品质。抽屉主体数控专用加工设备对工件进行加工时，采用专用夹具和气缸一次定位夹紧，多把刀具按预先制定的工艺路线逐步对工件进行钻削或铣削，减少了多次定位的累积加工误差。通过移动机构带动刀具钻取多种孔或铣一定尺寸的槽。由于抽屉每块板材所需加工孔的类型不同，同一类型孔的数量较少，排数最多三排。多排钻整机尺寸相对较大，适合于大批量钻取一系列较多孔的加工，满足不了多类型孔的加工。在对抽屉的侧面加工时，因抽屉规格的不同可更换刀具对其侧面开孔或铣槽。本设备生产工艺主要包括钻取多种孔：三合一连接孔、把手孔、螺纹连接孔等[22]。机器整体结构见下4-1图：
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1.对中定位机构 2. 被加工工件 3.龙门刀具加工机构 4.龙门梁 5. 龙门侧刀加工机构 6. 推料气缸 7.
机架
图4-1 抽屉主体数控专用加工设备
抽屉主体数控加工设备的加工过程：首先通过进料机构将被加工工件2送至工作台，对中定位机构1将被加工工件2对中，通过推料气缸6将其夹紧，之后龙门梁4上的龙门刀具加工机构3和龙门侧刀加工机构5上的刀具通过数控操作系统开始分别对抽屉板材上的加工位置进行找位、加工，满足一次性定位加紧将工件加工完成，实现加工自动化。板材加工后通过通过推料气缸6将板材推出工作台，进行下块板材加工。
本套生产线加工的抽屉前板和侧板的连接采用三合一连接件，由于三合一连接件和把手的标准化、系列化，可减少孔的加工类型。把被加工板料的加工位置和走刀路径的系列通过代码程序输入到系统控制软件中，待加工时直接调用[23～25]。
（3）贴面或雕花设备：本设备主要是利用前几套工序加工后的板料，经本设备进行表面装饰处理。生产工艺主要包括贴面或前面板表面雕花。
贴面：主要是将印有木质花纹、石质花纹及色彩斑斓的装饰原纸胶贴在基材表面上，这样不仅可以减少木材的使用率，还可以节省木材加工费用。装饰板表面的花纹和图案有品质好、制造工艺简单、易于清洁等优点[26]。
其主要工艺流程见图4-2：
图4-2 贴面工艺流程图
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雕花：在抽屉加工生产线中，在前表面装饰板上雕刻出厂家所要求的精美图案。雕刻技术可分为激光雕刻技术和机械雕刻技术两大类，而机械雕刻技术又分为数控雕刻技术和仿形雕刻技术。本机床采用的数控雕刻技术是利用设计者设计图案扫描到计算机数控系统中，通过控制系统来自动加工出复杂的工艺图案。具有精度高、自动化程度高、生产效率高、生产周期短、宜于批量生产等优点。采用数控雕刻机也拓宽了雕刻领域，只需改变控制系统的软件程序，便可雕刻出精美浮雕图案和各种复杂的曲面[27]。
对于复杂雕花工艺一般采用三维数控雕刻机，当被加工工件由专用夹具定位加紧后，三个步进电机分别带动齿轮、齿条啮合或丝杆旋转实现刀具的X向、Y向移动和Z向竖直进给，具体加工路线按控制系统提供的路径对板料进行切削[28]。
当上述加工工序完成后，批量生产的各类板材零部件交由检验室，根据
（GB18580—2001）《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》规定中密度纤维板、高密度纤维板、刨花板、定向刨花板等甲醛释放量≤9 mg/100g，E1级可直接用于室内，E2级甲醛释放量≤30 mg/100g必须饰面处理后允许用于室内。经检验合格后交付客户使用。在结合各类型抽屉结构的基础上，调整加工工序，使其满足系列化、精度高和互换性的基础来制定抽屉生产线的组成部分。
4.1.1 家具抽屉数控生产线的各设备命名方法
目前，我国木工机械设备的分类与编号主要是依据《木工机床型号编制方法》（GB12448-90）和《人造板机械设备型号编制方法》（GB/T18003-1999）而进行设备编制的。板式家具抽屉数控生产线是针对人造板而进行加工的木材加工设备，所以其设备的命名方法可依据这两种标准而定。具体命名准则如下：
（1）木材加工机床按其产品的工作原理、结构性能特点和使用范围划分。
（2）在同类木材加工机床中，可按结构性能和使用范围基本相同的机床，划分为同一组中。
（3）在同一类的木材加工机床中，其主参数名称相同，其数值按一定要求排列，工件及刀具本身相对运动的特点基本相同，而且基本结构及布局型式相同的机床，属为同一系列。
（4）木材加工机床型号是机床产品的代号，由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。型号中有固定含义的汉语拼音字母，例如同类代号及通用性代号和有固定含义的结构特性代号，皆按其相应的汉字字意读音。没有固定含义的汉语拼音字母，如无固定含义的结构特性代号及重大改进顺序号，则按汉语拼音字母的名称读音[3]。
4.1.2 板式家具抽屉生产线中的各设备标号
本套生产线由3台数控加工机床组成，第一台数控机床利用其他生产线或作业加工后的剩余边角余料进行回收利用，其主要加工工艺流程为先锯切一边作为基准边，之后再定位夹紧，锯切其他三边，使其大小满足所要求的抽屉板材规格，在锯切其他三边同时，根据需要还可以加工出抽屉底板与前板、侧板、后板的连接槽。根据《木工机床型
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号编制方法》（GB12448-90）、《人造板机械设备型号编制方法》（GB/T18003-1999）和加工工艺流程可知第一台数控机床类代号为MJ（木锯），通用特性及结构特性代号为K（数控），组、系代号及主参数可表示为614（参数来源见GB12448-90），所以其设备编号可表示为MJK614。
第二台数控加工机床主要是利用前面加工后的剩余板料在进行深加工，主要工艺流程为钻取抽屉各类板材上的孔，如果需要可以铣连接槽，还可以对前板进行端面加工处理。根据《木工机床型号编制方法》（GB12448-90）、《人造板机械设备型号编制方法》（GB/T18003-1999）和加工工艺流程可知，其机床类代号为MD（木多），通用特性及结构特性代号为K（数控），组、系代号及主参数可表示为414（参数来源见GB12448-90），所以其设备编号可表示为MDK414。
第三台数控机床主要是利用前两台加工后的板料，进行最后加工，其主要工艺流程是雕花或贴面处理。根据根据《木工机床型号编制方法》（GB12448-90）、《人造板机械设备型号编制方法》（GB/T18003-1999）和加工工艺流程可知，其机床类代号为MX（木铣），通用特性及结构特性代号为K（数控），组、系代号及主参数可表示为504（参数来源见GB12448-90），所以其设备编号可表示为MXK504。
4.2 抽屉专用数控加工设备的驱动系统设计
4.2.1 专用数控加工设备驱动系统
抽屉板材主体数控专用加工设备的驱动系统如图4-3，由步进电机（86BYG350CH-SAKSML-0201）1驱动蜗轮蜗杆减速器2带动齿轮4旋转，传递动力。步进电机的矩频特性曲线如图4-4[29]：
1.步进电机 2.涡轮蜗杆减速器 3.齿轮轴 4.齿轮
图4-3 数控专用加工设备的驱动系统
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图4-4 86BYG350CH-SAKSML-0201矩频特性曲线
抽屉板材主体数控专用加工设备的驱动系统在通过齿轮齿条啮合传递动力实现龙门机构和加工板材机构纵向和水平方向的移动。步进电机的转矩特性曲线如图4-4和刀具在龙门上通过齿轮齿条啮合图4-5：
1. 加工板材机构 2. 齿条 3.龙门梁
图4-5 刀具在龙门上通过齿轮齿条啮合图
根据步进电机（86BYG350CH-SAKSML-0201）矩频特性曲线、涡轮蜗杆的传动比
i和齿轮的直径d可知加工板材机构在X向、Y向、Z向移动速度范围v：
v??dni
?3.14?0.0285?10~2000?5 （4-1）
??0.17898~35.796?m/min式中：d—涡轮蜗杆减速器轴端齿轮直径（m） n—步进电机的转速（r/min）
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