木刨床|实木家具刨削加工探讨
木材经过“配料”加工阶段后，被制成规格的毛材，为了进一步加工成符合尺寸、形状、表面质量要求的零件，再进行刨削，这叫“毛材加工”，为后续更精细、更丰富的加工打下坚实的基础。
刨削加工作为“毛料加工”中最重要的加工方法之一，受到家具制造业的高度重视，因此本文结合现代木材加工技术对刨削加工工艺进行探讨。
1 规划的理论基础
1.1“羊毛加工”工艺的基本要求
木材加工是“通过改变木材的几何形状或改善其表面光洁度，将木材转化为增值产品”的过程。经过“配料”工序后，获得的毛材表面粗糙不平。为了获得木制家具部件的正确尺寸和光滑表面，必须确保在加工每个表面时有一个准确的定位。作为后续工序加工的基准，并逐步加工其他表面，加工基准面是“毛材加工”工序的基本要求。
1.2 品质点
从工业生产的角度看，如图1所示，刨削所得到的工件表面质量常用两个指标来表征，即齿距（P）和峰高（h）。根据木材铣削的原理，刨削所形成的工件任何表面都会留下有规则的波纹。齿距（P）可以理解为波纹的长度，即刨削过程中每个导向切削刃切入木材时木材表面起点与终点之间的距离。其值的大小与进给率（F）、刀轴转速（R）以及刀具上的切削刃数量（N）有关。它们之间的关系如公式（1）所示：
相对湿度=1000°F——(1)
式中：P——螺距，mm
F——送料速度，米/分
R——刀轴转速，r/min
N——切削刃数量
峰高（h）是刀刃切入木材的深度，其值与刀具的螺距（P）、切削圆直径（D）有关，它们之间的关系如公式（2）所示：
h=p2/4D——（2）
式中：h——峰高，mm
p——螺距，mm
D——切割圆直径，mm
从工件表面加工质量上看，螺距越短，工件越光滑，峰高越小，工件表面平整度越好。但在实际生产中，过小的螺距往往造成刀具的快速磨损，而峰高与螺距的大小有关。经验表明，在家具生产中，当螺距控制在1.5-1.7mm，峰高控制在0.001-0.005mm时，可以获得良好的表面质量，同时还可以减少刀具的磨损，保证一定的加工效率。可以说，了解螺距与峰高的关系对保证工件表面加工质量尤为重要。
2 规划方案选择
毛料经各种刨切机加工成所要求的形状和尺寸，成为网料。刨切主要有以下几种工艺方法，其特点如下：
（1）用刨削加工基准平面和侧面，用压刨加工反面和边缘。用这种加工方法可获得准确的形状、尺寸和较高的表面质量，但这种加工方法劳动强度大、生产效率低，适用于非标毛条和小规模生产。
（2）先刨一两个基准面（边缘），然后用四面刨刀加工其余表面。此方法加工精度稍低，表面较粗糙，但生产率较高，适用于非标毛料及一些中、小规模生产。
（3）先用双面刨床或四面刨床加工出两个相对的表面，然后用多片锯纵向剖分加工其余表面。此时加工精度稍低，但劳动生产率和木材产量较高，适用于毛料规格和规模化生产。
（4）用四面刨床一次加工四个面。使用此方法要求毛材比较平直。由于没有预先加工基准面，加工精度较差，但劳动生产率和木材出材率较高，适用于毛材规格齐全、规模连续生产。
（5）用压刨或双面刨多次，调整加工毛条的四边。此法加工精度差，生产效率低，浪费材料，但操作比较简单，一般只适用于加工精度要求不高、批量较小的内芯料。
（6）用刨床加工基准平面和边缘，用铣床（下轴立铣）加工相对面和边缘。此法生产率低，适用于折面、曲面及宽毛面的侧面加工。
实际生产中，应根据零件的质量要求，合理选择刨削设备及工艺程序，保证加工质量和加工效率。
实际生产中，应根据零件的质量要求和生产批量，合理选择加工设备和加工方法。锯切后的精切毛料在基准面和相对面上加工后，可根据所得净料的尺寸精度、起始精度和表面粗糙度来评定其加工质量，判断是否能满足互换性的要求。净料和尺寸形状精度由所用设备和所选用的加工方法来保证，而表面光洁度质量则取决于刨削工序的工艺规范。
木工刨削设备是一个很大的产品系列，主要设备有加工羊毛基准的传统刨床、加工基准相对面的压力刨床、可同时加工工件上下平面的双面刨床、高效的四面刨床，还包括能将羊毛两面刨成固定厚度再用多片锯进行纵向切割，生产出四面光滑、截面尺寸一致的产品的专用刨削设备。
传统的刨削工艺是在平刨床上刨出基准面，然后用压刨机确定厚度，刨出反面，这种刨削方案虽然具有精度高，能得到准确的形状尺寸，表面比较光滑等优点，得到了广泛的应用，但由于其人工消耗大，生产效率低，特别是操作中不安全因素普遍存在，在现代木质家具生产中已逐渐被新型设备所取代。
四面刨床的出现，使刨削工艺有了质的飞跃。虽然早期的四面刨床在毛料加工中，需要与传统的刨削设备配合，才能保证加工精度。但随着技术的发展，新型四面刨床集精度高、效率高、安全、型材一次性成型等诸多优点于一体，使得其逐渐在生产中得到应用，真正成为了方材“毛料加工”的主流选择。
四面刨床采用机械进给，工序集中，可一次加工工件四个面，可加工不同开端的各种成型面。采用灵活的刀具主轴配置，粗加工与精加工分开，可加工出高质量的零件。并且具有工人劳动强度低、进给速度快、劳动生产率高、设备利用率高、木材出材率高等优点。同时，四面刨床也是生产木门窗、相框、地板、装饰木线条等企业的主要设备。
3 四面刨削技术概述
3.1 典型加工产品
羊毛经四面刨削后，即可刨削成成品宽度方向和厚度方向所需的截面，通过不同刀杆排列的四面刨床，几乎可以生产出任意形状的线状制品。
3.2 典型加工工艺
当毛料送去四面刨削时，先用第一把底刀（平刀）刨出一个平面作为基座底面；再用第二把内刀（平刀）刨出内基面，也是一个平面；再用第三把外刀（异形刀）、第四把内刀（异形刀）刨出成型边（此时宽度方向的加工完成）；用第五把顶刀（异形刀）刨出顶形；用第六把底刀（异形刀）刨削整形；最后用第七把顶刀（异形刀）进行精切整形，四面刨削作业就完成了。
以上只是四面刨机构中的一种，实际生产中，四面刨的切削机构更加复杂，不同的四面刨在刀轴数量、刀轴结构、刀轴布置等方面都会呈现不同的刀轴配置形式，从而实现不同工件所需的加工功能。
另外，上述刀轴结构只是由底刨轴、立铣轴、横铣铀组成的四面刨的基本切削机构，锯轴或分锯装置。其中，万向刀轴，有时也叫位移刀轴，是经常配置的一种特殊刀轴。上下、左右四个刀轴的功能，大大拓展了四面刨的加工性能。
3.3 主要技术参数
四面刨床的特点是在一次进给过程中同时完成四个面的加工，从而在宽度和高度两个方向获得较为精确的尺寸，因此最大加工尺寸（宽度×高度）就成为四面刨床产品的首要技术参数。
3.4 工具
同样，设备也离不开良好刀具的配合，四面刨的加工精度离不开优良的刀具和安装定位系统，图5为四面刨常用的刀具系列。
虽然刀具因磨损而变钝是大多数木材加工设备的通病，但这个问题对于四面刨来说尤为突出，刀具变钝会给四面刨加工过程中带来一系列的问题，还会影响工件的正常进给，甚至造成工件通过综合机床的控制问题。
目前，四面刨技术领域中刀具的技术焦点主要集中在提高刀具耐磨性、缩短刀具更换时间、提高刀具安装定位精度三个方面，这也是刨削设备制造商竞争的焦点。
3.5 木质家具企业数字化的利器
现代新型刨削设备特别是四面刨床，与传统刨削设备的区别在于进给速度和刀轴转速的大大提高，特别是自动化程度的提高。
有学者研究表明，装夹等辅助操作所用的时间通常占加工时间的70%左右，也就是说用刀具切削材料的“真正”加工时间只有30%左右。切削时间仅占其在车间所用时间的5%左右。四面刨床是由带有多个刀轴的切削机构、压紧装置、送料装置等复杂系统组成的多工序设备，如果没有自动化操作和控制装置，四面刨床的“真正”加工时间就无法保证，而且调节精度也无法保证，导致制造成本过高，无法适应当今木质家具“小批量、多品种”生产模式的柔性化挑战。
因此四面刨生产厂家纷纷致力于数显控制、数控、计算机控制等方面的自动化技术的研究，以减少机床的调刀、换刀时间，提高效率，同时提高四面刨设备的调整精度，将四面刨纳入家具集成制造系统中。
实践证明，不少木质家具企业在选择了高自动化四面刨设备后，在提高产品质量、降低不良率、增加单位时间产量等方面获得了回报。
刨削加工作为“毛料加工”中最重要的加工方法之一，受到家具制造业的高度重视，因此本文结合现代木材加工技术对刨削加工工艺进行探讨。
1 规划的理论基础
1.1“羊毛加工”工艺的基本要求
木材加工是“通过改变木材的几何形状或改善其表面光洁度，将木材转化为增值产品”的过程。经过“配料”工序后，获得的毛材表面粗糙不平。为了获得木制家具部件的正确尺寸和光滑表面，必须确保在加工每个表面时有一个准确的定位。作为后续工序加工的基准，并逐步加工其他表面，加工基准面是“毛材加工”工序的基本要求。
1.2 品质点
从工业生产的角度看，如图1所示，刨削所得到的工件表面质量常用两个指标来表征，即齿距（P）和峰高（h）。根据木材铣削的原理，刨削所形成的工件任何表面都会留下有规则的波纹。齿距（P）可以理解为波纹的长度，即刨削过程中每个导向切削刃切入木材时木材表面起点与终点之间的距离。其值的大小与进给率（F）、刀轴转速（R）以及刀具上的切削刃数量（N）有关。它们之间的关系如公式（1）所示：
相对湿度=1000°F——(1)
式中：P——螺距，mm
F——送料速度，米/分
R——刀轴转速，r/min
N——切削刃数量
峰高（h）是刀刃切入木材的深度，其值与刀具的螺距（P）、切削圆直径（D）有关，它们之间的关系如公式（2）所示：
h=p2/4D——（2）
式中：h——峰高，mm
p——螺距，mm
D——切割圆直径，mm
从工件表面加工质量上看，螺距越短，工件越光滑，峰高越小，工件表面平整度越好。但在实际生产中，过小的螺距往往造成刀具的快速磨损，而峰高与螺距的大小有关。经验表明，在家具生产中，当螺距控制在1.5-1.7mm，峰高控制在0.001-0.005mm时，可以获得良好的表面质量，同时还可以减少刀具的磨损，保证一定的加工效率。可以说，了解螺距与峰高的关系对保证工件表面加工质量尤为重要。
2 规划方案选择
毛料经各种刨切机加工成所要求的形状和尺寸，成为网料。刨切主要有以下几种工艺方法，其特点如下：
（1）用刨削加工基准平面和侧面，用压刨加工反面和边缘。用这种加工方法可获得准确的形状、尺寸和较高的表面质量，但这种加工方法劳动强度大、生产效率低，适用于非标毛条和小规模生产。
（2）先刨一两个基准面（边缘），然后用四面刨刀加工其余表面。此方法加工精度稍低，表面较粗糙，但生产率较高，适用于非标毛料及一些中、小规模生产。
（3）先用双面刨床或四面刨床加工出两个相对的表面，然后用多片锯纵向剖分加工其余表面。此时加工精度稍低，但劳动生产率和木材产量较高，适用于毛料规格和规模化生产。
（4）用四面刨床一次加工四个面。使用此方法要求毛材比较平直。由于没有预先加工基准面，加工精度较差，但劳动生产率和木材出材率较高，适用于毛材规格齐全、规模连续生产。
（5）用压刨或双面刨多次，调整加工毛条的四边。此法加工精度差，生产效率低，浪费材料，但操作比较简单，一般只适用于加工精度要求不高、批量较小的内芯料。
（6）用刨床加工基准平面和边缘，用铣床（下轴立铣）加工相对面和边缘。此法生产率低，适用于折面、曲面及宽毛面的侧面加工。
实际生产中，应根据零件的质量要求，合理选择刨削设备及工艺程序，保证加工质量和加工效率。
实际生产中，应根据零件的质量要求和生产批量，合理选择加工设备和加工方法。锯切后的精切毛料在基准面和相对面上加工后，可根据所得净料的尺寸精度、起始精度和表面粗糙度来评定其加工质量，判断是否能满足互换性的要求。净料和尺寸形状精度由所用设备和所选用的加工方法来保证，而表面光洁度质量则取决于刨削工序的工艺规范。
木工刨削设备是一个很大的产品系列，主要设备有加工羊毛基准的传统刨床、加工基准相对面的压力刨床、可同时加工工件上下平面的双面刨床、高效的四面刨床，还包括能将羊毛两面刨成固定厚度再用多片锯进行纵向切割，生产出四面光滑、截面尺寸一致的产品的专用刨削设备。
传统的刨削工艺是在平刨床上刨出基准面，然后用压刨机确定厚度，刨出反面，这种刨削方案虽然具有精度高，能得到准确的形状尺寸，表面比较光滑等优点，得到了广泛的应用，但由于其人工消耗大，生产效率低，特别是操作中不安全因素普遍存在，在现代木质家具生产中已逐渐被新型设备所取代。
四面刨床的出现，使刨削工艺有了质的飞跃。虽然早期的四面刨床在毛料加工中，需要与传统的刨削设备配合，才能保证加工精度。但随着技术的发展，新型四面刨床集精度高、效率高、安全、型材一次性成型等诸多优点于一体，使得其逐渐在生产中得到应用，真正成为了方材“毛料加工”的主流选择。
四面刨床采用机械进给，工序集中，可一次加工工件四个面，可加工不同开端的各种成型面。采用灵活的刀具主轴配置，粗加工与精加工分开，可加工出高质量的零件。并且具有工人劳动强度低、进给速度快、劳动生产率高、设备利用率高、木材出材率高等优点。同时，四面刨床也是生产木门窗、相框、地板、装饰木线条等企业的主要设备。
3 四面刨削技术概述
3.1 典型加工产品
羊毛经四面刨削后，即可刨削成成品宽度方向和厚度方向所需的截面，通过不同刀杆排列的四面刨床，几乎可以生产出任意形状的线状制品。
3.2 典型加工工艺
当毛料送去四面刨削时，先用第一把底刀（平刀）刨出一个平面作为基座底面；再用第二把内刀（平刀）刨出内基面，也是一个平面；再用第三把外刀（异形刀）、第四把内刀（异形刀）刨出成型边（此时宽度方向的加工完成）；用第五把顶刀（异形刀）刨出顶形；用第六把底刀（异形刀）刨削整形；最后用第七把顶刀（异形刀）进行精切整形，四面刨削作业就完成了。
以上只是四面刨机构中的一种，实际生产中，四面刨的切削机构更加复杂，不同的四面刨在刀轴数量、刀轴结构、刀轴布置等方面都会呈现不同的刀轴配置形式，从而实现不同工件所需的加工功能。
另外，上述刀轴结构只是由底刨轴、立铣轴、横铣铀组成的四面刨的基本切削机构，锯轴或分锯装置。其中，万向刀轴，有时也叫位移刀轴，是经常配置的一种特殊刀轴。上下、左右四个刀轴的功能，大大拓展了四面刨的加工性能。
3.3 主要技术参数
四面刨床的特点是在一次进给过程中同时完成四个面的加工，从而在宽度和高度两个方向获得较为精确的尺寸，因此最大加工尺寸（宽度×高度）就成为四面刨床产品的首要技术参数。
3.4 工具
同样，设备也离不开良好刀具的配合，四面刨的加工精度离不开优良的刀具和安装定位系统，图5为四面刨常用的刀具系列。
虽然刀具因磨损而变钝是大多数木材加工设备的通病，但这个问题对于四面刨来说尤为突出，刀具变钝会给四面刨加工过程中带来一系列的问题，还会影响工件的正常进给，甚至造成工件通过综合机床的控制问题。
目前，四面刨技术领域中刀具的技术焦点主要集中在提高刀具耐磨性、缩短刀具更换时间、提高刀具安装定位精度三个方面，这也是刨削设备制造商竞争的焦点。
3.5 木质家具企业数字化的利器
现代新型刨削设备特别是四面刨床，与传统刨削设备的区别在于进给速度和刀轴转速的大大提高，特别是自动化程度的提高。
有学者研究表明，装夹等辅助操作所用的时间通常占加工时间的70%左右，也就是说用刀具切削材料的“真正”加工时间只有30%左右。切削时间仅占其在车间所用时间的5%左右。四面刨床是由带有多个刀轴的切削机构、压紧装置、送料装置等复杂系统组成的多工序设备，如果没有自动化操作和控制装置，四面刨床的“真正”加工时间就无法保证，而且调节精度也无法保证，导致制造成本过高，无法适应当今木质家具“小批量、多品种”生产模式的柔性化挑战。
因此四面刨生产厂家纷纷致力于数显控制、数控、计算机控制等方面的自动化技术的研究，以减少机床的调刀、换刀时间，提高效率，同时提高四面刨设备的调整精度，将四面刨纳入家具集成制造系统中。
实践证明，不少木质家具企业在选择了高自动化四面刨设备后，在提高产品质量、降低不良率、增加单位时间产量等方面获得了回报。
