现代家具加工技术发展研究

崔晓磊，沈 隽

(1.青岛农业大学 艺术学院，山东 青岛 266109；2.东北林业大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150040)

1 家具工业及家具加工技术的发展现状

1.1 我国家具工业及家具加工技术的发展现状

经过近二三十年的发展，我国家具行业已经有了较大的发展。目前我国家具企业超过3万多家，从业人口近1 200万人。2010年家具生产总值已接近8 100亿元，早已超过美国，成为世界第一大制造国；2005年出口产值超过330亿美元，超过意大利，成为世界家具出口第一大国[1]。形成了以广州为中心的珠江三角洲家具产业集群、以上海和浙江为中心的长江三角洲家具产业集群、以京津为中心的环渤海及京津地区产业集群、以川陕为代表的中西部家具产业集群以及以实木为主的山东家具产业集群[2]。但在家具产业蓬勃发展的同时也存在一些问题，如产品的附加值过低；很多企业缺乏独立的研发能力，主要靠OEM的生产方式，对外单的依赖较大；大部分中小企业缺乏先进的管理模式，生产率较低；产品的质量不够稳定等问题。

从加工技术来看，自20世纪以来家具加工技术以机械化加工为主，在一些规模较大的企业中，出现了信息化、数控化的加工方式，如CNC加工中心、数控镂铣机和自动喷涂设备等。加工设备在以前测绘仿制和自主研发技术含量较低的机械化、半机械化的木工机床的基础上，采取了引进和学习共发展的策略，不断吸收工业发达国家和地区的家具先进技术。目前我国某些产品如成型立铣、钻孔机、裁板机和四面刨等木工设备已较为成熟，逐渐形成了科研、生产、销售和人才培养的完整体系。至20世纪末时，在全国企业中，己有80%以上摆脱了落后的手工操作，实现了半机械化和机械化生产。同时，国外先进技术和现代化管理的引进也极大地提高了我国家具工业的技术和管理水平。

1.2 国外家具工业及家具加工技术的发展现状

在世界家具产业中，德国是家具生产大国，家具产量占欧洲产量的三分之一，其产品以款式简洁、功能实用和做工精细而著称，强调其功能性和舒适性，素有“理性家具”之称，并拥有著名的科隆国际家具展；意大利家具闻名于世，引领了家具界的时尚。其产品线条简单、明快，色彩以时尚的黑白灰为主并点缀亮色，是世界第二家具出口大国，米兰国际家具展也被称为家具业的“盛会”，闻名遐迩；北欧家具以浓郁的“人情味”被人们所喜爱，其重视自然材质及手工的结合，在世界享有盛誉，产品亦大量出口世界各地。美国家具以实木为主，受全球化的影响，家具业发展受阻，产品大量进口。

国外发达国家的加工技术已基本实现自动化，生产效率高。德国、意大利、美国和中国台湾是国际家具木工机械的主要生产国家和地区，在国际市场供给中占主导地位[3]；德国木工机械制造业居世界第一，产品主要出口到美国、奥地利、法国、英国、瑞士、日本、意大利、俄罗斯和中国等国家。其注重研发投入，每年以5%～10%的营业额投入到新技术研发中，为其持续发展奠定了基础；意大利作为世界第二位的木工机械制造业，有300多家机械和刀具制造商，是“意大利木工机械及刃具制造商协会”的会员，拥有较好的性价比[4]。一直以来，美国的木工机械制造业得到稳定快速发展，生产的家具产品质量也较高，是世界进口高档木工机械的主要国家。中国台湾家具工业在20世纪实现了跨越式的发展，借助台湾经济的高速启动，家具工业实现了外向型的转变。同时，台湾家具木工机械也取得了辉煌的成就，在20世纪末的时候，台湾成为世界第三家具木工机械的输出基地及世界第五大家具木工机械生产地。总之，德国的豪迈、威力、伊玛、意大利的比亚斯、SCM均代表了国外木工机械的最高水平[5]。

2 现代家具加工先进机械设备

2.1 板式家具加工先进机械设备

我国在20世纪70年代以后，引入板式家具生产线，而从90年代以来板式家具在我国得到了迅速的发展。板式家具其因简洁时尚、性能稳定、价格便宜和便于搬运等特点，受到人们的喜爱。其生产工艺流程归纳起来可分为机械加工、组装、砂光、涂饰、品检和包装入库六个部分，在这六个部分里又包括了很多工序。下面结合生产工艺对机械加工、砂光和涂饰三个加工部分的主要先进加工设备及其用途进行简要介绍。

2.1.1 电子开料锯

开料，也就是裁板，这里主要是指根据产品的下料单和人造板的规格进行具体的规划裁板，对于常规的形状可直接裁出净料。电子开料锯是家具制造企业最重要的大型设备之一，经过不断的技术革新，新型的电子开料锯在细节上有了更多改进，如金田豪迈的HPL 380 PC 全自动电脑数控板材开料锯，不仅具备了Holzma3系列产品的所有强大功能，其附加可选配置完美配合自动进料系统，使HPL380的功能更加强大。提出了“批量等于1”的概念，传统的生产线要求每一批次的板件规格要相同，换一种规格就要重新调机；而HPL 380 PC可以使不同规格的板材在同一条生产线同时生产而不用调机，极大的提高了生产效率。除了HPL 380 PC 全自动电脑数控板材开料锯外，金田豪迈还具有的HPP 180 PLUS 全自动电脑数控板材开料锯、HKL 430 CNC控制全自动电脑数控板材纵横开料锯、HPL 430 全自动计算机板材开料锯和HKL 570 纵横裁切电子开料锯等先进开料设备。

2.1.2 封边机

封边，是现代板式家具零部件边部处理的常用方法，最常用的封边材料有PVC条和薄木条等。可分为曲线封边机和直线封边机两种。新型的曲线封边机借鉴CNC封边的工作原理，改变了原有的封边形式，它首先把工件固定，然后让封边机的封边头顺着工件的边部做封边处理，从而降低了劳动强度[6]。2012年米兰展上，推出了安装在数控雕刻机机架上的数控曲线封边机，非常具有创新性和实用性。直线封边机为全自动式，比较先进的有金田豪迈的KDF140 2C 自动直线封边机，德国制造，组件德国进口、中国组装，具有性能稳定的18 m/min的高速进料系统；KDN 120 全自动直线封边机，热熔胶单边封边机，右手侧操作，封边带厚度0.4～8 mm；其重型550封边机，以滚台送料、皮带回料、机械收转向和上下料的全自动生产线为辅，为批量等于1的产品提供了实用的数控生产线。

2.1.3 钻孔机

钻孔，在产品制造过程中，钻孔的类型有用于定位零件的圆榫孔、用于连接和安装的连接件孔和用于各类螺钉的引导孔。钻空的孔径、深度要一致，孔与孔之间的尺寸也要准确。

钻孔机分半自动和自动两种。金田豪迈TSG2Tand MOD榫头/榫孔/圆孔机是非常简单的小机器，在宝利诺巴吉已经有90年的生产历史，成为经典产品；其NB 65 半自动三排钻，具有THK精准双直线导轨液晶显示定位及气动锁紧系统；另外，还有BST 503 全自动多轴六排钻机和镂铣钻孔中心等先进设备。

2.1.4 CNC加工中心

现代的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，实现了家具的个性化定制。现代先进的CNC加工中心可以实现以下功能：任意角度钻孔、任意角度锯切、高质量封边和多工件加工等。米兰木工机械展会上，德国豪迈的双横梁多头多工位加工中心，表现出了较高的性价比，简单实用、功能齐全、效率高，吸引了众多参观者。

2.1.5 砂光机

砂光，也称打磨，是进行第一遍底漆之前的准备工序。板材在加工过程中会留下一些划痕和刀痕等，因此要对其进行处理。砂光设备是家具表面加工必不可少的设备，其砂光效率、砂光精度及设备性能的优劣对家具表面质量有着至关重要的影响。从基材砂光到油漆砂光要求各不相同，要防止产生砂穿、表面圆角和砂痕等缺陷[7]。砂光机又可分为带式砂光机和盘式砂光机两种。先进带式砂光机配备了激光扫描技术，通过激光进行工件的无接触识别并进行压力识别；另外，配有气囊技术的砂光机，每个砂光头都允许三种不同的工作压力，还可通过单个气囊进行压力循环控制；回转盘式砂光机具有4个独立的转轴，4个砂光盘都是独立的单元，能模糊砂痕。用于油漆砂光的金田豪迈SWT 325 RL/335 RRL 家具定厚油漆砂光机，砂带长度2 620 mm、砂带宽度370 mm，砂光精度也较高。另外还有L.B.A.1500 磨面抛光机、Compact Lux 板材边缘单侧抛光机和IMPRESSION GOLD 精砂油漆及单板砂光机等先进设备。2012年米兰展会上出现了大型超长的数控砂边机，全自动大型超长砂边机的单机长度达15m，为板式家具的砂边提供了智能化设备，极大的提高了生产效率。

2.1.6 喷涂设备

涂装部分依次包括擦底色、喷底漆，喷二道底漆、打油磨、补色、修色和喷面漆。它是保证产品质量和合格率非常重要的一部分，直接关系到产品的外在形态。金田豪迈的VEN SPRAY CONTOUR喷涂设备，可先喷涂工件的边框、侧边和外形，然后再喷涂工件的平面(或先喷涂平面，再喷涂边框、侧边和外形)，可作为2.5D工件平面喷涂设备使用，也可作为3D工件喷涂设备使用，合理的工件放置(与其他已有的系统相比较)可灵活使用几乎所有的油漆系统；其自动油漆喷涂线是非常灵活的框架加工生产线(门框-窗-室内装饰等)，可以50 m/min的速度进行自动加工，能够使用不同种类的油漆以及干燥车自动装载功能，使得这条生产线在保证油漆数量和质量以及稳定的油漆效果的同时也提升了生产线的经济效益[8]。

2.2 实木家具加工先进机械设备

实木家具有其悠久的历史，以自然环保著称。其生产工艺流程主要包括干燥、配料、毛料加工、净料加工、部件装配、总装配、涂饰、包装和入库几个部分。上面已结合板式家具生产介绍过一些设备，下面结合实木家具生产工艺将上面未讲到的，而实木家具生产中又经常用到的一些先进设备进行简单介绍。

2.2.1 锯 机

锯机是以锯作为刀具，通过条锯或带锯往复运动或圆盘锯旋转运动来锯割木料。常见的锯机有带锯机和圆锯机。窄锯路技术采用了新材料和配备了精密马达，从而提高了刀具的动态平衡能力[2]。速度可达60 m/min，嵌板链进料，精确度高，可调锯切高度，可快速调换工件并且具有锯材浪费少和出材率高等优点。在德国威力推出的复试锯材裁板锯后，意大利又将锯材裁板锯的最大加工长度扩大到4 m，并进一步提高了其精度。

2.2.2 四面刨

四面刨是一种木工机床类的刨床产品，主要用于加工木方、木板、装饰木线条和木地板等木制品，可对木材的上下及侧面进行同时刨光处理。性能卓越的四面刨一般都具有结构紧凑、经久耐用和加工精度高等特点。德国威力公司是国际生产实木家具机械的龙头企业，几乎垄断了国际上四面刨床的高端市场，从4轴到10轴，威力的四面刨规格齐全，精度高，刨床都有自动上下料台，自动化程度非常高，设计完美，如Uniline系列四面刨。

2.2.3 数控镂铣机

数控镂铣机是计算机利用设定的程序控制其刀架移动(水平或垂直方向)、工作台移动及刀头转动“进行自动操作”以完成家具某一零部件的加工。数控镂铣机在家具及木制品行业的应用使机械加工的自动化程度、加工精度和生产效率得到了进一步提高，是计算机辅助家具设计与制造技术的重要组成部分，也是提高家具设计与制造水平的重要举措[9]。其加工精度较高，定位精度通常为±0.01 mm，重复定位精度可为±0.005 mm；可用来加工零部件的复杂曲线、刨削大面积的曲面以及依赖手工雕刻的复杂图案。数控镂铣机X轴和Y轴的定位速度已达到36 m/min，Z轴的定位速度可达12 m/min，主轴转速达18000 r/min，实现了快速定位和高速切削。2012年米兰展上，出现了镂铣与曲线带锯组合机，解决了数控镂铣机曲线下料夹紧困难、效率低、下料成本高和曲线下料锯口精度低等问题。

3 现代家具加工技术的发展趋势

3.1 自动化程度不断提高

结合计算机和信息技术发展，设备的自动化程度将不断提高，国外大部分产品已经数控化。切削速度和进给量不断提高，多刀通过式联合机床和多工序集中的加工中心就成了主要的发展方向，如联合了锯、铣、钻、开榫和砂光等功能的双端铣床、多种加工工艺联合的封边机、集中了多种切削加工工序的数控加工中心等，减少了辅助工作时间，自动化程度不断提高，大大提高了生产效率[10]。

3.2 加工精度不断提高

随着科学和新技术的不断出现，设备的加工精度也会越来越高。目前普通机床的加工精度可达1～5 μm，纳米级精度的机床也已出现，不断向金属加工的领域靠近，如国外砂光机定厚精度为0.01 mm；步进电机与滚珠丝杠配合的带锯侧向进给机构的进尺精度可达0.025 mm；数控铣床的加工精度可达0.02～0.05 mm，精度的不断提高保证了家具产品的工艺质量[10]。

3.3 计算机和信息技术的应用不断提高

刀具、数控工件、重要部件以及工作过程将广泛采用传感器，其精度、灵敏度和扫描频率将会进一步的提高；计算机应用水平的不断提高，也使柔性化生产和自动化生产技术的实施和更新得以保证。另外，在现代大规模定制产品的大潮中，如豪迈和圆方推出的定制产品软件，可谓高度集中了计算机软件技术、网络技术和数据库技术，推动了整个家具产业的信息化，为未来家具工业的发展指明了方向。

3.4 与高新技术的结合不断提高

新材料、新工艺和新技术的出现，将会给现代家具机械设备的发展注入新的活力，一些新的加工方法将会在家具工业中得到逐步的广泛应用。如激光、高压切割、超声波检测、电子离子技术、磨料射流砂光等非传统的加工方法。这些技术的应用将会给家具工业带来新的发展，为其蓬勃持续发展奠定良好的技术支持。

4 我国家具企业加工环节存在的问题及对策

4.1 制造模式落后、机械化程度低

现阶段我国家具工业总体上还属于劳动密集型的传统产业。全国3万多家的家具企业中，绝大部分属于中小企业，其制造模式落后，机械化相对较低，以手工、半机械化和机械化相结合的形式并存。据调查，2006年我国家具机械设备的数控率仅在5%，普遍存在设备种类单一、加工精度不够、标准滞后和数控化水平低等一系列不足之处，加工制造能力不能满足设计的需求和大规模生产的需要，尤其是实木家具的生产机械化水平最低，已难以满足高速发展的家具工业的需求。针对此情况，我国木工机械行业应加强自身的研发能力，结合家具生产的实际，加强对加工机械的改进和研发；另外，家具企业也应加大对设备的投入，提高生产和技术水平，提高机械化，赶超国际水平。生产能力的提高也必然带来产品质量的提高，能为企业的后续发展奠定坚实的基础。

4.2 缺乏对加工设备的维护及合理使用

为保证机械设备处于良好的技术状态，减少磨损，提高机械利用率，降低机械运行和维护成本，确保安全生产，必须强化对机械设备的维护和保养工作。然而我国大部分的家具企业都没有建立对机械设备定期维护机制，问题较多，这就导致了机械磨损严重，维修费用高及存在生产安全隐患等问题。另外，一些企业从国外引进新型先进设备后，机械利用率较低，缺乏专业的使用人员，对机械的开发率不够，很多先进的功能未被使用，甚至有些企业花巨资购买的CNC加工中心因操作上的困难被长期放置，资源被大大的浪费。针对以上两点，一方面家具企业应该建立健全运营机制，加强对机械维护的意识，真正的理解“工欲善其事，必先利其器”的道理。只有设备在优良的运行条件下，产品的工艺才能得以保证，才能生产出高品质的产品；另一方面，企业应加强专业高层次人才的引进和定期培训，熟悉设备的性能，增强设备的利用率，最大程度的使用设备。Ratnasinga等在安全科学杂志中指出，工人缺乏对机械的了解及兴趣是造成生产事故的重要原因[11-12]。因此做好此工作，亦可大大减少事故的出现，实现安全生产。

5 结束语

我国已经成为世界第一家具制造大国，提高其加工技术水平已成为行业发展的当务之急。世界家具强国如德国、意大利和美国等无不依托并拥有先进的家具加工制造设备和生产线。国内的家具加工机械厂家应有决心把自己的企业打造成中国的豪迈和SCM。只有设备先进了，才能生产出高质量和高附加值的产品，才能使我国的家具工业走向世界，才能在全球化的经济浪潮中再创辉煌，成为真正的世界家具强国。

【参 考 文 献】

[1]朱长岭.中国家具业前景展望[J].家具，2011(1)：16.

[2]陈 铭.20世纪中国家具加工技术与设备发展研究[D].南京：南京林业大学，2011.

[3]李 黎.关于我国家具机械工业的思考[J].林产工业，2010(3)：3.

[4]贺宏奎，李 黎，郭建方.DMC公司及其砂光机[J].中国木业，2001，15(1)：33-36.

[5]马 岩.2012米兰国际木工机械展会展示的新技术[J].林业机械与木工设备，2012(8)：7.

[6]张 玉.家具木工设备最新生产技术发展趋势(一) [J].林业机械与木工设备，2008(3)：14.

[7]张 玉.家具木工设备最新生产技术发展趋势(二) [J].林业机械与木工设备，2008(4)：10.

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

[9]乔洪君.数控镂铣机的加工工艺及特点[J].林业机械与木工设备，2005(5)：45.

[10]李 黎.家具机械发展趋势与选用的几个技术问题[J].林业机械与木工设备，2007(1)：4-5.

[11]张 杰，任忠先.现代家具结构设计的科学方法[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.