一机一体板式家具的生产方法
阅读说明：本技术 一机一体板式家具的生产方法 (Production method of one-machine-integrated plate-type furniture ) 是由 董翘楚 楚杰 连综阳 高天宇 牛心雨 董俊峰 于 2020-05-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种一机一体板式家具的生产方法,涉及家具生产技术领域。本发明包括以下步骤：图形重绘,获取待加工图形线段节点,通过线段节点将待加工图形分离成单段线段或单条曲线,预留空间,在板件的四周预留的预留空间,用木工雕刻机上的铣刀对工件的四周进行铣削处理,切割开料的同时降低加工面的粗糙度,路径优化,根据加工图形线段节点,计算每条路径起点与上一条路径终点之间最短距离的总和,本发明通过将开料、打孔、开槽、刻榫、表面曲线造型和毛边处理等多个生产工序简化为一体操作,提高了自动化水平,通过优化刀具的行走路径,可以减少刀具的行程距离和刀轴的空转时间,加快雕刻机的加工速度,并且降低车间的能耗。(The invention discloses a production method of one-machine integrated plate furniture, and relates to the technical field of furniture production. The invention comprises the following steps: the method comprises the steps of redrawing a graph, obtaining segment nodes of the graph to be processed, separating the graph to be processed into single segments or single curves through the segment nodes, reserving spaces, using a milling cutter on a woodworking engraving machine to mill the periphery of a workpiece, reducing the roughness of a processing surface while cutting the cut material, optimizing paths, and calculating the sum of the shortest distance between the starting point of each path and the end point of the previous path according to the segment nodes of the processed graph.)
技术领域
本发明涉及家具生产技术领域，具体为一机一体板式家具的生产方法。
背景技术
板式家具是全部经表面装饰的人造板材加五金件连接而成的家具，具有可拆卸的基本特征，常见的人造板材有禾香板、胶合板、细木工板、刨花板、中纤板等，家具制造业指用木材、金属、塑料、竹、藤等材料制作的，具有坐卧、凭倚、储藏、间隔等功能，可用于住宅、旅馆、办公室、学校、餐馆、医院、剧场、公园、船舰、飞机、机动车等任何场所的各种家具的制造。
大部分中小型板式家具生产企业的生产工序是常见的多种机床配合加工的方式，开料锯、铣槽机、排钻等机床的加工都伴随着高污染、高能耗，而中小型企业通常配置不起昂贵的除尘设备，且近年来，国家对家具生产的环保要求很高，无数中小型家具企业无奈之下只能停产，中小型企业的工厂里一般都配有三轴数控雕刻机床，但大部分厂家仅仅使用三轴数控雕刻机进行单个小板面的花纹处理，即对开料锯裁好尺寸的板材的表面处理，并没有物尽其用，同时，厂家对雕刻机刀具运动的编程并没有清晰、科学的思路，导致加工时刀具的走刀顺序杂乱无章，这不仅增加了刀具的空转时间，拖慢了家具的生产速度，还大大提升了能耗，是十分不合理的，当前国家对家具生产环保要求较高，国内大多数中小型家具生产厂家的生产工序冗杂不环保，效率较低且人力资源消耗较大，家具生产工艺复杂，工序设计不合理，导致原材料浪费、加工精度低、客户满意程度不高等问题，因此研发一种一机一体板式家具的生产方法是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种一机一体板式家具的生产方法，解决了上述背景技术中提出的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一机一体板式家具的生产方法，包括以下步骤：
S1图形重绘，获取待加工图形线段节点，通过线段节点将待加工图形分离成单段线段或单条曲线；
S2预留空间，在板件的四周预留的预留空间，用木工雕刻机上的铣刀对工件的四周进行铣削处理，切割开料的同时降低加工面的粗糙度；
S3路径优化，根据加工图形线段节点，计算每条路径起点与上一条路径终点之间最短距离的总和，以先走内后走外的原则规划模拟刀具行走路径；
S4刀具路径预览，根据模拟出的刀具行走路径，输出显示界面，利用线条动画模拟刀具行走路径；
S5一体化加工，使用木工雕刻机对板件表面进行加工，加工过程中使用吸尘装置对加工部位进行抽吸，收集锯末粉尘，然后对板件刷涂油漆，晾干后进行拼接安装。
进一步地，所述预留空间为2厘米，所述木工雕刻机为三轴雕刻机，所述三轴雕刻机单次加工只能对板件一个表面进行加工，所述木工雕刻机数控编程软件为JDpaint5.19。
进一步地，包括以下步骤：
如图2所示，加工前，将刀具牢固地安装在夹具上，对数控雕刻机床进行对刀调零，让机床的零点与起始点位置的加工原料上表面对齐。开始加工后，应先进行门板上第一槽口、第二槽口、第三槽口和定位孔的加工，再进行第一断面和第二断面的切断操作，否则会导致铣槽、打孔过程中，加工原料四周缺少固定，板件极其容易报废，待加工完成后，取下加工好的鞋柜门板，余下边条为余料，可用作其他小工件的加工。
进一步地，所述加工原料为1220*2440mm标准尺寸的指接板，厚18mm，使用的刀具为直径6mm的圆底铣刀，鞋柜门板尺寸为700*390*18mm，每张整板加工原料可加工9个鞋柜门板，鞋柜门板表面有铣出的线型第一槽口、第二槽口和第三槽口，中间封闭线型的槽由不同吃刀深度的两次铣槽工序铣出，所述定位孔位于柜门上，用于安装拉手时定位。
进一步地，包括以下步骤：
如图8所示，使用节点编修工序界面中的“定为起点”命令，按照最短路径的走刀示意图设置单条线段的起点，第一条线段的起始点尽可能地靠近设置的工件原点，后面每条线段的起点都应尽可能靠近上一条线段的终点，最短路径的走刀示意图中铣槽刀路对应的线段②的起点在该条线的上方，靠近切割刀路对应的线段①的终点，最终设置好的起点位置为：线段①③⑤⑦⑨起点在线的下端，线段②④⑥⑧起点在线的上端，线段⑩的起点在右端，靠近线段⑨的终点，线段的起点在左端，靠近线段⑩的终点；
每条线段的起点修改好后，在刀具路径菜单栏中的“路径向导”或“路径模板”中设置切割开料刀路和铣槽刀路的相关参数，将编辑好的切割路径参数赋予线段①③⑤⑦⑨⑩
选择赋予好参数的路径组，选择刀具路径菜单栏中的“分离刀具路径”，然后选择“分离为单条路径”，将刀具路径组转换单个的孤立路径；
最后全选刀具路径，点击“刀具路径”菜单栏中的“刀具路径排序”命令，每条路径的起点处序号为加工时的顺序，点击“指定路径序号”，按照最短路径的走刀示意图中路径的顺序依次给路径排序；
检查无误后，点击“输出刀具路径”，选择工件原点，设置相关参数后即可输出路径，将其转换格式后导入数控雕刻机后即可进行加工。
依照先走内，后走外的原则，三轴木工雕刻机床在工作过程中，时时刻刻都需要将板件稳定地固定在机床上。倘若先加工某工件的外侧再加工内侧，那么在加工工件内侧时，很有可能会因为四周固定不稳定而导致工件被破坏。因此，加工时要遵循“先走内，后走外”原则。
如图2所示，门板的表面有槽和孔需要加工，因此在刀路的设计过程中，要着重注意的一个点是：先进行槽和孔的走刀，再进行切割的走刀。这是因为倘若先执行切割命令，会将整块门板切割下来，缺少固定的门板在进行槽和孔的加工时便很有可能出现各种问题，甚至会导致板件的报废。例如图8 所示的走刀示意图，先进行纵向切割、铣槽操作，最后进行横向切割操作，这样做是合理的，遵循了“先走内，后走外”的原则。
加工时在板件的四周预留一些距离，进行“毛边的处理”，人造板件的边界表面粗糙度通常较高，如果不加处理会影响后续封边等工序的操作，降低工件的品质。雕刻机一体化工序同样可以进行“毛边的处理”操作。因为铣刀加工过的表面表面粗糙度比较低，因此可以使用木工雕刻机上的铣刀对工件的四周进行铣削处理，切割开料的同时降低表面粗糙度。在板件的四周预留一些距离，加工时铣削掉这一部分，便可以完成“毛边的处理”工序。
如图2和图5工件四周的木框即进行“毛边处理”余下的原料，由于其截面尺寸相同，可用其制作其他小工件：比如家具某些部位支承力不足，可添加垫条或垫片来加固。
编程前将绘出的图形都切断为单条线段或单条曲线的形式，便于逻辑清晰的排序，倘若将单条线段合并为一个集合，那么该集合编程出的刀具路径便为一个不可分割的路径组，会导致走刀顺序的混乱，如图8中的①⑨
本发明具有以下有益效果：
1、该一机一体板式家具的生产方法，通过将开料、打孔、开槽、刻榫、表面曲线造型和毛边处理等多个生产工序简化为一体操作，与现有技术相比，在数控木工雕刻机上的自动化程度高，加工速度快。
2、该一机一体板式家具的生产方法，通过将图形都切断为单条线段或单条曲线，板件四周预留移动的空间，依照先走内后走外的原则优化刀具的行走路径，可以减少刀具的行程距离和刀轴的空转时间，加快雕刻机的加工速度，并且降低车间的能耗。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一机一体板式家具的生产方法流程示意图；
图2为圆底铣刀对鞋柜门板加工的结构示意图；
图3为单侧榫肩式接合方式的结构示意图；
图4为整体式接合方式的结构示意图；
图5为带槽板的结构示意图；
图6为图5的俯视结构示意图；
图7为现有雕刻机的走刀示意图；
图8为最短路径的走刀示意图；
图9为本发明刀具路径预览示意图；
图10为一体化加工工序的流程图；
图11为传统中小型家具厂门板的加工流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
图中：1-加工原料，2-鞋柜门板，3-起始点，4-边条，5-定位孔，6-第一断面，7-第一槽口，8-第二槽口，9-第三槽口，10-刀具，11-夹具，12-第二断面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1-6和图8-9，本发明提供一种技术方案：一机一体板式家具的生产方法，借助软件JDpaint5.19，将人造板的开料、打孔、开槽、刻榫、表面曲线造型和毛边处理等多个工序简化为一步，在数控木工雕刻机上自动化、高精度地完成，具体包括以下步骤：
S1图形重绘，获取待加工图形线段节点，通过线段节点将待加工图形分离成单段线段或单条曲线；
S2预留空间，在板件的四周预留的预留空间，用木工雕刻机上的铣刀对工件的四周进行铣削处理，切割开料的同时降低加工面的粗糙度；
S3路径优化，根据加工图形线段节点，计算每条路径起点与上一条路径终点之间最短距离的总和，以先走内后走外的原则规划模拟刀具行走路径；
S4刀具路径预览，根据模拟出的刀具行走路径，输出显示界面，利用线条动画模拟刀具行走路径；
S5一体化加工，使用木工雕刻机对板件表面进行加工，加工过程中使用吸尘装置对加工部位进行抽吸，收集锯末粉尘，然后对板件刷涂油漆，晾干后进行拼接安装。
其中，预留空间为2厘米，木工雕刻机为三轴雕刻机，三轴雕刻机单次加工只能对板件一个表面进行加工，为了避免两次加工浪费资源，所以板件的孔位、沟槽、表面曲线造型时根据节点的空间位置进行路径规划，木工雕刻机数控编程软件为JDpaint5.19。
其中，包括以下步骤：
如图2所示，加工前，将刀具10牢固地安装在夹具11上，对数控雕刻机床进行对刀调零，让机床的零点与起始点3位置的加工原料1上表面对齐。开始加工后，应先进行门板上第一槽口7、第二槽口8、第三槽口9和定位孔 5的加工，再进行第一断面6和第二断面12的切断操作，否则会导致铣槽、打孔过程中，加工原料1四周缺少固定，板件极其容易报废，待加工完成后，取下加工好的鞋柜门板2，余下边条4为余料，可用作其他小工件的加工。
其中，加工原料1为1220*2440mm标准尺寸的指接板，厚18mm，使用的刀具10为直径6mm的圆底铣刀，鞋柜门板2尺寸为700*390*18mm，每张整板加工原料1可加工9个鞋柜门板2，鞋柜门板2表面有铣出的线型第一槽口7、第二槽口8和第三槽口9，中间封闭线型的槽由不同吃刀深度的两次铣槽工序铣出，定位孔5位于柜门上，用于安装拉手时定位。
一体化加工工序加工图2所示门板的流程：
雕刻机一体化加工、油漆喷涂和安装。
传统工序生产此门板需要多个工序，多个工人协力完成，而使用此一体化生产工序仅需一个人操作即可高精度、高效率地生产此工件。
板件连接时若选择榫卯接合，可对传统板件的榫卯接合方式进行筛选、微调，使两块板件在榫卯加工时仅加工板件的一侧，从而适应三轴数控雕刻机的加工方式，可以选择多种多样的调整方案，比如柜体搁板与旁板连接时以下两种接合方式：
如图3的单侧榫肩式和图4的整体式拼接方式；两种连接方式都仅在板面的同一侧加工，铣出沟槽完成连接。可以在本工序中一体化完成。
需要说明的是，对雕刻机加工时间影响最大的因素便是最短路径问题，由于本工序将开料、打孔、铣槽、刻榫、表面造型加工和毛料的处理等多个工序结合为一体，倘若依旧使用JDpaint自带的排序功能，会发现雕刻机的走刀顺序是混乱的，这个时候就需要对走刀路径进行优化排序。
最短路径优化时的原则为：一条路径的起点尽量靠近上一条路径的终点，按照各自空间位置之间的关系依次加工。打散开料、打孔、开槽、表面曲线造型和毛边处理等多个工序刀路组内部的捆绑走刀(即在雕刻机上某个工序全部进行完后再进行下一个，只考虑单个工序的路径组内部刀路的排序问题和路径组与组之间的排序问题。比如开料命令全部执行完后再执行开槽命令，这时便仅考虑了①开料工序和开槽工序两个刀路组各自内部的走刀顺序②开料与开槽工序的先后顺序)，对走刀的逻辑批量地重新规划。
实施例二
本发明提供一种对照技术方案：传统中小型家具厂加工图2所示门板的加工流程，包括以下步骤：
开料锯开料、铣槽机铣直线槽、排钻打孔、雕刻机进行曲线槽的加工、喷涂油漆、安装。
实施例三
请参阅图5-7，本发明提供一种对照技术方案：传统带槽板的加工流程，包括以下步骤：
如图7所示，①②③④⑤为板件的纵向开料切割刀路，⑥⑦⑧⑨为铣槽刀路，⑩为板件的横向截断，起点在板件左下角。如图7所示，加工时先进行带槽板纵向的开料切割，全部切开后再进行铣槽工序，最后将带槽板横向截断。编程时未考虑最短路径问题，采用JDpaint5.19自带的默认自动排序。加粗的线条为刀具空转经过的轨迹。(即抬刀后刀具的移动轨迹，当其他参数相同时，轨迹越长代表额外耗时大、耗能大)虽然有软件自带的自动排序作为辅助，但是由图7可见未优化的走刀逻辑依旧是相当混乱的。雕刻刀具空转轨迹极长，浪费时间的同时提高了生产成本。这是部分中小型企业使用的编程方法，画好图后直接调整参数输出路径，并没有意识到“最短路径问题”。
其中，板件的尺寸为500*80*15mm，槽深4mm，宽6mm，位于板件中央位置。数控雕刻机加工时刀具选用直径6mm的平底铣刀。
实施例四
本发明还提供一种技术方案，优化编程的带槽板的加工流程，包括以下步骤：
如图8所示，首先用节点编修工序界面中的“定为起点”命令，按照走刀示意图8设置单条线段的起点，第一条线段的起始点尽可能地靠近设置的工件原点。后面每条线段的起点都应尽可能靠近上一条线段的终点：如图8 中铣槽刀路对应的线段②的起点在该条线的上方，靠近切割刀路对应的线段①的终点。后面的逻辑以此类推，最终设置好的起点位置为：线段①③⑤⑦⑨起点在线的下端，线段②④⑥⑧起点在线的上端，线段⑩的起点在右端，靠近线段⑨的终点。线段
每条线段的起点修改好后，在刀具路径菜单栏中的“路径向导”或“路径模板”中设置切割开料刀路和铣槽刀路的相关参数，比如雕刻方式、雕刻深度、雕刻刀具和单次吃刀深度等。将编辑好的切割路径参数赋予线段①③⑤⑦⑨⑩将铣槽路径参数赋予给选中线段②④⑥⑧。此时路径的单元是一组属性参数相同的路径，若直接排序，则会导致刀路组内部的“捆绑走刀”问题。因此要打散路径组，将其最小单元转换为单条路径后再排序；
选择赋予好参数的路径组，选择刀具路径菜单栏中的“分离刀具路径”，然后选择“分离为单条路径”。将刀具路径组转换单个的孤立路径；
最后全选刀具路径，点击“刀具路径”菜单栏中的“刀具路径排序”命令，可以看见每条路径的起点处都有一个序号，此序号便为加工时的顺序。浅色线为相邻刀路起点的连线，在此可检验刀路的逻辑是否有问题。点击“指定路径序号”，按照图8中路径的顺序依次给路径排序，如图9所示；需要说明的是，图9中线段1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11与图7和图8中线段①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩均为刀具走刀顺序，在此不再赘述。
检查无误后，点击“输出刀具路径”，选择工件原点，设置相关参数后即可输出路径，将其转换格式后导入数控雕刻机后即可进行加工。
综上所述，实施例一与实施例二相比结果如表一所示，实施例一的加工效率更高，实施例三与实施例四相比，针对同一板件，实施例四的刀具行程路径短，使得雕刻机的刀轴空转时间短，因此，实施例四为最佳实施例，针对板件加工流程具有突出的进步。
表一板式家具生产工艺对比
传统工艺
一体化工艺
效率低
效率高
锯末污染严重
有吸尘装置，几乎无污染
十几人一条生产线
一人即可操作
精度低
电脑控制，精度极高
木板在生产线之间转移耗能大
一步完成，不需要转移
任一环节出现问题，板材即报废
电脑程序操作，精确无失误
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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