贴面用薄木拼花工艺数控化探索与分析

■施嘉维 祁忆青 黄琼涛 温院生 Shi Jiawei & Qi Yiqing & Huang Qiongtao & Wen Yuansheng

(1.2.南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京 210037；3.4.宜华生活科技股份有限公司，广东汕头 515834）

近些年，薄木贴面家具在市场中占据主导地位，究其原因：其一是薄木贴面家具有着与实木家具相似的美丽外观；其二是具备良好的环保性和经济性；与此同时，中国家具原材料已呈现多样化的趋势。薄木是一种优质的贴面用材，需求量也变得越来越大。除了专门制作木皮贴面的厂家之外，其余厂家的薄木拼花工艺基本都靠工人手工去完成，工作效率较为低下，无法满足家具市场的对薄木贴面家具的需求[1]。

薄木材料在贴面家具中的使用量越来越大，但是国内家具厂家薄木拼花的机械化、自动化的水平还很低。本文通过对目前薄木拼花工艺的分析与归纳，了解薄木拼花工艺的发展状态，对薄木拼花工艺未来的发展趋势进行展望。

1 薄木拼花的国内外研究现状

1.1 国内研究现状

吴智慧[2]在《木家具制造工艺学》的贴面一章中对手工选拼和拼缝机胶拼的方法进行了阐述，将薄木胶贴工艺分为湿贴工艺和干贴工艺，对两种方法的使用情况和优缺点进行了解释。马俊颖[3]运用工业工程中时间研究和动作研究的分析方法对全手工拼花作业进行了优化。刘培义[4]对薄木拼花单元进行了拆分，总结为方形单元、菱形单元、三角形单元、圆形和异形单元总结了拼花单元的制备原则，对拼花单元进行编号优化。刘培义[5]等人对薄木拼花的一般工艺进行了总结，薄木纵向拼接设备可用于胶线拼接法和胶水拼接法，对于小片或非顺纹薄木的拼接，通常采用胶纸带或手动拼缝机进行，非常复杂的可用激光切割机进行切割工作。吴兆迁[6]等研究出一种新型的滚动式单板剪切机，对提高单板剪切效率有很大帮助。冯建菁[7]对薄木拼花的工作总结为：薄木贴面的拼花环节基本还是全手工操作，从宏观角度规范了整个拼花作业过程，减少手工操作随意性。许美琪[8]对单板含水率控制及单板的胶线拼接法进行了阐述，并且提出纸带拼接后还需要砂光和干燥，是劳动密集型工艺。吕俊平[9]设计出了一种数控双向裁板锯可以在一台设备上实现板材的纵横向锯切，并开发设计了数控双向裁板锯设备及下锯优化理论。过秉忠[10]对芬兰一家胶合板工厂单板的分级和单板缺陷修补作了介绍，对单板拼花进行了研究。栾凤艳[11]对薄木贴面干法、湿法、冷压法和热压法工艺进行了研究，探讨了薄木贴面中常见的质量缺陷及预防措施。李军[12]对常见的平面现代木家具部件装饰技术进行了介绍，主要有贴木皮技术，贴纸技术，其他平面装饰技术，真空覆膜技术、包覆技术。祁忆青[13]对贴面加工工艺主要问题和解决方法进行研究，对贴面加工工艺中遇到的问题提出了解决方法。孙魁[14]对传统工艺的薄木拼缝的优缺点进行了研究，对自动拼缝机的工作原理进行研究，一种是通过专用胶线机将两张单板连接起来，一种是大批量生产薄木贴面的工厂，需采用尿醛胶工艺。李赐生[15]研究了薄木拼接方式，有纸胶带拼接、胶线拼接、胶拼接、无纺布拼接等；分别论述了各种拼接加工的特性以及拼接的设备和工艺技术要求。徐煜智[16]等人研究了竹单板的激光切割以及激光切割在镶嵌工艺中的应用，得出了竹单板激光切割的适合参数。范彦宏[17]等研究了正交实验法在激光切割工艺参数选取中的应用，运用正交实验的方法，对激光切割工艺参数进行研究。林彩梅基于CAD/CAM对石材拼花设计与加工进行了研究，运用CAD和PHOTOSHOP进行拼花的设计，运用MasterCAM进行石材拼花模拟加工。得出CAD/CAM的运用能够提高拼花设计效率的结论。罗慈航[18]整理了数控技术在木材加工行业装备中的运用，总结归纳了国内外数控技术产品在木材加工行业中的运用。刘卫红[19]等人针对目前市场上数控裁切控制系统的缺陷，提出基于嵌入式系统的数控裁切机控制系统的实现方案；硬件部分采用ARM+FPGA构件，软件部分采用模块化的实现方案，优化了数控裁切的控制系统。乐磊[20]等人研究了如何运用PHOTOSHOP、CAD以及明度测定对薄木按颜色进行分类裁切，得出预设的形状后进行拼接，可以较好的完成薄木设计要求进行裁切的生产任务。林作新[21]对榫卯加工的工艺流程提出了数控化改造的想法。吴海波[22]从数控雕刻发展概况入手，提出了用计算机辅助设计和计算机辅助制造的技术对现代茶艺家具制造技术进行改善。张豪[23]基于机器视觉检测技术为家具零件精度检测和生产工艺系统管理提供了一个高效的新技术

表1 薄木分类方式

表2 薄木厚度统计

表3 薄木含水率统计

1.2 国外研究现状

R Scarimbolo[24]提供了一种新型的基材表面覆贴单板的方法。KP Prince[25]和JR Prince公开了一种在塑料泡沫基材表面覆贴单板的发明专利。SY Zhang[26],Q Yu,J Beau lieu等人研究了拼花装饰地板单板的制造方法，该发明揭示了拼花装饰地板装饰木单板的制作方法。

2 常用薄木种类介绍

薄木是一种常见的装饰材料。为了节省成本的同时提高木材利用率，且获取较好的外观质量，越来越多的家具企业选择使用薄木对家具进行贴面。薄木材料有多种分类方式（表1）。

在薄木用于家具表面装饰的过程中，常用按制造薄木的树种进行分类，并按照生产要求用不同种类、等级的薄木材料对家具进行覆面。工人根据薄木纹理、有无缺陷、表面是否透光等情况对薄木进行分级，一般为A、B、C三个等级；笔者所在广东某家具公司对薄木的分类依据为：A级薄木主要为面板使用纹理清晰，纹路为大山纹或小山纹，表面美观光滑无缺陷，B级薄木作为侧板使用，纹理不清晰，纹路多为半山纹半直纹，C级薄木作为背板使用，颜色不美观，有缺陷，多为鱼鳞纹、直纹，且可能为拼皮。根据用于制造薄木的树种分类，该公司有六种薄木，分别为：椴木皮、西南桦木皮、松木皮、相思木皮、艳阳花木皮、水曲柳木皮。以下是对上述木皮的基本性质介绍：

2.1 椴木皮

椴木皮一般为奶白色，木纹多为顺直纹，且木纹较细，不易干裂，耐磨耐腐蚀性好，韧性好。

2.2 西南桦木皮

西南桦木皮一般为褐色，花纹美丽，结构细腻；木纹多呈现大山纹或小山纹，干缩比小，力学性能、加工性能好。

2.3 松木皮

松木皮多为黄褐色，颜色不均相思木皮一般为褐色，纹理呈波浪形，结构细腻，色泽典雅。耐热性能较好。

2.4 相思木皮

相思木皮一般为褐色，纹理呈波浪形，结构细腻，色泽典雅。耐热性能较好。

2.5 艳阳花木皮

艳阳花木皮多为棕黄色，高光泽，收缩率低，强度中等，耐腐蚀性好。

2.6 水曲柳木皮

水曲柳木皮一般为棕黄色，木纹清晰美丽，坚硬耐磨，韧性大，易加工[27]。

3 薄木的保存方式

薄木材料厚度较小且易破损，因此在薄木加工的整个环节中需要妥善的保存、运送薄木。为了能使拼花对称，或者素面拼宽时能使花纹一致、色差较小，薄木必须按刨切顺序分摞进行摆放，并且在每摞薄木的第一张上粘贴薄木生产厂家的条形码，上面标有长度、宽度、张数、总面积等信息。笔者所在广东某家具公司的木皮车间有三种保存薄木的方式：其一是裁切前将薄木用黑色塑料薄膜盖好；其二是将薄木置于可以移动的支架上以备裁切；其三是裁切拼接完成后置于恒温恒湿的养生室。木皮正确地进行保存主要是为了控制木皮的含水率，使含水率达到贴面要求。本人调查了实习所在厂家所用薄木的厚度与含水率（表2、表3）。

由表格可见薄木的厚度均在0.4mm左右，且含水率满足薄木贴面的要求。

4 薄木拼花所用到的设备

4.1 薄木裁切设备

笔者所在的家具厂的一车间使用两台薄木裁切机，一台用于薄木定长，一台用于薄木定宽。在使用裁切机时，工人需根据图纸上贴面用薄木的净料尺寸来裁切木皮，裁切尺寸一般在长、宽方向上留有10cm的加工余量。厂中的薄木裁切一般为直线裁切，其中部分直线异形裁切是用自制的专用模板进行裁切，专用模板的使用虽然较为精确以及便捷，但该家具厂模板具有针对性，没有形成统一的工艺方法，需进行改进。在对薄木进行裁切时，可以按照所用的薄木单元进行分类裁切，将这些不同形状的薄木单元进行分类，可以有效的解决裁切的多样化，个性化等问题，使薄木裁切有章可循，对薄木拼花生产的标准化有所帮助。除了上述定长定宽的薄木裁切设备，还有手拉锯、镭射机等机器对薄木进行裁切。

4.2 薄木拼接设备

4.2.1 手工薄木拼花设备

手工拼接薄木的设备一般有两种，一种是利用手提式热熔胶线机（图1）。

另一种是使用纸胶带进行拼接.水胶带（图2）。

基材平整则采用热熔胶线机对薄木进行拼接，不平整则使用纸胶带拼缝，因为在进行异形部件贴面时，所用到的机器为正负压热压机，该机器不同于普通热压机的地方在于：压力没有普通热压机那么大，因此在覆面时，采用热熔胶线拼接薄木会导致胶线无法融化，在表面出现胶痕。

4.2.2 机械薄木拼花设备

除了手工对薄木进行拼接之外，还有拼缝机对薄木进行胶拼，常见的拼缝机有两种：一种是无纸带拼缝机，另一种是有纸带拼缝机。顾名思义，无纸带拼缝机在胶拼时无需用到胶带纸，只需要在薄木的侧面进行涂胶，在无纸带拼缝机的加热锟和加热垫板的作用下固化胶合。

有纸带拼缝机在工作时，可以选择将纸胶带贴于薄木表面，也可以贴于薄木背面，当贴于薄木表面时，由于薄木较薄，在砂光去除纸胶带时需要小心谨慎，必要时要对残缺补位涂上修补腻子，当纸胶带贴于薄木背面时，要注意由于薄木较薄，纸胶带很容易在薄木表面显现，且耐水性较差，易造成薄木与基材脱离。

5 拼花工艺流程

笔者实习所在家具公司的拼花车间常用手提式热熔胶线机进行薄木拼花操作。工人操作时，通过手工来回摆动热熔胶线机，使其在薄木条间的接缝处形成拼接，在常温下固化对薄木完成拼接。对于拼花的工艺流程及用时统计，笔者做了一个调查，假以说明手工拼花工艺存在的问题，并寻求解决的方法。（图3）是414#床头柜柜面贴面拼花的工艺图纸。（表4）是414#床头柜柜面拼花工艺图纸。

5.1 414#柜柜面拼花工艺流程

①先用钉子（工艺图中标四角星处为打钉子处）固定上道工序（内补两块封皮和上封皮已经拼接好，方便定位）拼好的薄木拼花。用时1分07秒。②放置模板，对齐，切去余料。用时3分。③在边角处划线（工艺图中表圆圈处为划线处，询问工人师傅得知是方便梯形小料的裁切）将事先裁切好的下、左、右封皮以及小料和之前拼好的木皮进行拼接。其中梯形小料先与内封皮拼接。下封皮拼接，用时1分22秒。左封皮拼接，用时30秒。左部梯形小料拼接，用时10秒。右封皮拼接，用时30秒。右部梯形小料拼接，用时10秒。④拼三角和左右两边以及下方边料时都有重叠，需要用美工刀切去。切除余料用时54秒。两侧小料与左/右、下封皮拼接用时25秒。⑤放置到成品存放区，用压具压好。起钉子，用时14秒。用手抹平钉口，用时6秒。与标准模板进行对比，然后放好。用时30秒。

表4 414#柜柜面工艺流程时间统计

5.2 工艺改进方法

①利用磁石（或其他方式）代替钉子固定，省去处理钉口的工序，更便于操作。

②用美工刀裁去余料，用模具自带刃口，一次性压出所需形状。

③在切除左右三角小料的余料时，可以将涂胶拼接一并完成（针对机器操作），免除对齐这一难以实现机械化的步骤。

6 结语

目前对于薄木拼花的研究大多为工艺与工时方面的研究，工艺方面主要研究拼花所用的设备；运用数控技术及CAD/CAM相关软件对拼花进行数控化改造；工时方面的研究主要针对薄木拼花的手工操作，规范手工薄木拼花，从而提高工作效率。对于薄木裁切这一环节，考虑将纵切横截的成角度的直线锯与裁切曲线的机器（镭射机）集成在一台机器上，利用CNC数控机床，设计特殊的刀头以及加紧方式对薄木进行裁切，或采用精密裁板锯对薄木进行裁切；或采用刀模对薄木进行“压切”。

薄木拼接的环节是耗时最多的环节，对于这一问题有两个方案：一种为对拼缝机进行改进，使其能够完成较为复杂的薄木拼接；另外一种是借助数控系统，设计全新的薄木拼接机。在薄木拼接这一环节，虽然无章可循，但是也有许多原理可以借鉴，如打印机原理可以用于薄木的展平与铺平，为拼接环节做准备；很多不同行业的相似原理都可能运用起来，需要进一步的探索与实践。

（责任编辑：张 杨）

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