CNC打孔中心與多排鑽的異同點分析 查歡歡，關惠元

1 設備分析

傢具的接合與固定主要依靠在傢具相應部位打孔並安裝五金件或榫頭來實現[1]。因此，傢具打孔是一項非常重要的工作，其工藝設備和加工質量對傢具的品質而言至關重要。在現代傢具生產中，打孔設備主要有排鑽和CNC打孔中心。

1.1 多排鑽

排鑽是木傢具加工過程中打孔的專業設備，生產中常見的排鑽主要有3排鑽、6排鑽等。其中，六排鑽是大批量生產的最典型設備，必要時可以兩台六排鑽聯機工作，實現一次調機兩次定位打孔，生產效率非常高[2]。

六排鑽主要由控制面板、送料裝置、軌道、夾緊裝置、垂直排鑽架和水平排鑽架組成（圖1）。垂直鑽架可以以數字形式調整定位並沿著精密的導軌精確地移動。六排鑽上的鑽頭間距為32 mm。僅有少數國家使用其它模數的鑽頭間距。通常水平鑽座由多個鑽座組成．垂直鑽座由兩段獨立排座構成。多排鑽的排鑽鑽座數量一般由3排到12排（特殊需要時還可再添加鑽座），是由水平鑽座和下部垂直鑽座構成，如圖2所示。

圖1 六排鑽

Fig.1The six heads boring machine

圖2 六排鑽鑽架結構

Fig.2The frame structure of the six row drill

排鑽上所使用的鑽頭主要有階梯鑽、中心鑽、麻花鑽、定心鑽、鍃鑽等[3]，鑽頭的結構決定了它的工作條件，即相對於纖維的切削方向、鑽孔直徑、鑽孔深度以及所要求的加工精度和生產效率。多排鑽加工時，定位後設置好參數，主軸向固定在工作台上的工件做進給移動，以實現鑽削加工；若工作台可移動，也可鑽軸不動，工作台帶動工件向鑽頭做進給運動。

1.2 CNC打孔中心

CNC打孔中心也即計算機數控打孔中心，是由基礎部件、主軸部件、控制系統、伺服系統、自動換刀裝置以及輔助系統幾個部分組成，如圖3所示。其中，控制系統主要作用是輸入、存儲、數據處理、插補運算及機床各種控制功能；伺服系統則是將CNC裝置發出的位置和速度指令轉化為機床運動部件的運動。它的性能直接決定機床的加工精度、表面質量和效率[4]。

圖3 CNC打孔中心

Fig.3CNC boring center

圖4 自動換刀刀庫

Fig.4Automatically tool changer

自動換刀裝置由刀庫、機械手和驅動機構等部件組成，可以實現電機和液壓或氣動機構驅動刀庫和機械手實現刀具的選擇與交換。常見換刀裝置是帶有刀庫的自動換刀系統。CNC打孔中心的換刀過程、選刀方式、刀庫結構、機械手類型，均須在數控裝置及可編程序控制器控制下，由電機和液壓或氣動機構驅動刀庫和機械手實現刀具的選擇與交換。如圖4所示。

位於打孔中心內部的數控裝置計算機對以數字和字元編碼方式所記錄的信息進行一系列處理後，向機床進給等執行機構發出命令，執行機構則按其命令對加工所需各種動作，如刀具相對於工件的運動軌跡、位移量和速度等實現自動控制，從而完成工件的加工，即CNC打孔中心的加工原理。

2 加工方式分析

2.1 上料與下料方式分析

排鑽的上下料有人工上下料和自動送料裝置上下料兩種。人工上下料的優勢是機動性強，適用情況廣泛，但速度慢、效率低，且費時費力。而採用自動送料裝置上下料，可以以高速度、高效率、高精度等優點滿足大批量加工，其劣勢在於能耗高、佔用空地等。

自動送料裝置依靠檢測裝置和送料裝置，將帶加工工件運輸至排鑽上，當工件到達鑽床加工位置時，送料裝置即收到指令鬆開送料輥輪。排鑽依靠數字感測器和顯示器自動定位並加以鎖緊，無漂移無干擾，保證鑽孔位置的精度。如圖5所示。

圖5 VITAP Sigma打孔中心

Fig.5VITAP Sigma Center

圖6 壓縮空氣送料機

Fig.6Compressed air automatic through?feed system

圖6中所示為VITAP Sigma Center使用的兩款自動送料裝置，採用壓縮空氣作為動力，最大送料尺寸為2 500 mm×650 mm×700 mm，最小送料尺寸為400 mm×300 mm×700 mm。該設備外形尺寸為2 800 mm×1 500 mm×1 300 mm，最大送料高度為700 mm，送料速度為15～25塊/分鐘。

CNC打孔中心自動送料裝置，可配合打孔中心實現自動送料，通過數字控制保證送料精度，從而提高設備的加工效率和自動化程度。通過自動送料系統，操作者只需在計算機系統里設置好送料進給量，伺服系統會自動按照設置好的數值確定每次送料的進給長度，如表1。

表1 WEEKE BHT500自動送料裝置的技術參數

Tab.1Technical parameters of automatic feeding device of WEEKE BHT500

自動上下料技術是綜合了計算機、控制系統、信息和感測技術、人工智慧等多學科而形成的高新技術。在現代傢具自動化生產中，機床的上下料實現自動化是十分必要的。採用自動化上下料裝置，不僅可以提高產品的質量，提高了生產效率，降低了生產成本；而且可以保障工人的人身安全、改善勞動條件、減輕勞動強度等。

2.2 加工方法

2.2.1 排鑽加工方法

用排鑽進行打孔加工時，首先需要檢查設備是否正常以及待加工的工件是否符合圖紙要求，然後定位調機，加工出第一件部件（即首件）時，認真核對加工質量是否符合加工圖紙的要求，核實無誤後，方可進行批量加工。進行打孔加工的工件必須選面加工，確保見光面無破損、劃傷、崩邊等現象出現。打好孔的部件，孔位不能有發黑、爆裂，孔沿不可以有毛刺，且孔距誤差、孔位深淺需在允許範圍內；打孔加工後的部件需用紙皮進行墊護，擺放高度離地面不得過高。此外，在加工過程中，還必須嚴格執行首件確認制度，以確保加工質量，並在加工過程中不斷加強自檢力度。

首件確認是產品的標準及依據，是殘次品的判定點。其主要內容有如下四點：

（1）工藝文件是否完整、正確，並能指導生產；

（2）產品造型結構是否合理、適合批量生產；

（3）生產工藝安排是否合理可行；

（4）首件產品是否符合合同、客戶確認樣及安全標準要求。

2.2.2 CNC打孔中心加工方法

選用CNC打孔中心進行打孔加工時，首先要將機床歸原點，加工前要先看清楚程式單和2D散件圖，確認與加工工件字碼相同、尺寸大小相同。如果是精料，應檢測工件的平行度、垂直度和水平度。

CNC打孔中心進行孔加工時的關鍵在於PLC控制，即可編程式控制制，如上圖所示。PLC控制是對機床動作的「順序控制」。即以CNC內部和機床各行程開關、感測器、按鈕、繼電器等開關量信號狀態為條件，並按預先規定的邏輯順序對諸如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、鬆開，冷卻、潤滑系統等的運行等進行的控制。如圖7所示。

圖7 CNC打孔中心控制過程

Fig.7The control process of CNC boring center

與多排鑽打孔相比，CNC打孔中心具有如下優點：

（1）與多排鑽相比，CNC打孔中心省略了調機、重複定位以及首件確認等時間，從而提高了生產效率，且能夠提高準確率；

（2）CNC打孔中心需要事先把AutoCAD文件存儲成DXF文件，打孔中心識別後即可進行加工。所錄入的若干個加工信息，可重複調用，適合柔性化生產；

（3）CNC打孔中心定位有激光定位和物理機構定位。其中激光定位是定原點，而物理機械定準是指用機構定位原點，兩者均需要物理支持工件和真空吸盤固定。

3 經濟性分析

3.1 零件尺寸規格

多排鑽多用於板式傢具中系統孔的加工，且幅面平整，同一批的板件規格劃一，尺寸公差小的板件，調機定位容易，一次加工多個孔位，孔位品質穩定。而CNC打孔中心則適用於多種規格尺寸板件的孔加工工序，尤其是加工異形工件，更能凸顯出CNC打孔中心的優勢。

3.2 零件孔位分布

零件的孔位分布關乎設備的選用和打孔的效率，零件孔位的數量、分布規律都會決定選用哪種設備加工效率高、成本低。

多排鑽適合孔位分布比較均勻、規律性強的板間系統孔的加工。但多次調機定位也可實現其它情況的孔加工。對於孔位分布較零亂、隨意，甚至是毫無規律可言的板件，CNC打孔中心的優勢更突出。

3.3 加工效率

多排鑽尤其是六排鑽，是大批量生產的典型設備。如果同一批次零件數量大，可實現兩台六排鑽聯機工作，即一次調機兩次定位打孔。

CNC打孔中心省去了反覆調機、重新定位以及首件確認等時間，生產效率高。但如果零件批次數量大，加工效率不如多排鑽。

多排鑽和CNC打孔中心對於不同情況的打孔加工有不同的優勢，如何根據具體加工條件選用適當的加工設備，其經濟性對產品成本的影響至關重要。因此，在加工中，應將形狀、尺寸和工藝相似的工件分類成組，分別選擇不同的加工設備，按生產工藝實施成組加工，可以減少浪費的時間和費用，提高產量，充分發揮設備的優勢。

4 新技術的應用

目前，最先進的多排鑽多產自歐洲國家，如德國、義大利等製造業水平較高的國家。德國的HOAMG（豪邁集團）、義大利的BIESS（比亞斯）及VITAP等，都是著名的木工多排鑽生產產商，旗下生產的多排鑽實現了排鑽與計算機相結合的生產，效率及精度都非常高。德國豪邁旗下WEEKE（威利）自動送料多排鑽，可以實現自動複位；定位系統設置—自動加緊裝置；計算機全程式控制制、TFT顯示器；自帶加工編程系統等；義大利的VITAP Sigma Center排鑽，可以實現上下料流水線完成。

CNC打孔中心同樣來自德國和義大利的居多。著名德國豪邁旗下的WEEKE（威利）的CNC打孔中心，允許在不停機的情況下加工不同尺寸的面板；義大利BIESS（比亞斯）的應用軟體biesseworks，能夠實現輔助圖形編輯器，用於編程加工操作；導入的CAD並掃描成DXF文件和CID3格式；3D模擬刀具路徑等。

5 總結

加工，而且還可以與其他的木工機床連接，組成流水線或自動化生產線；

（4）多功能：一台多排鑽除了完成打孔工序外，還與其他機床組合成高效多功能機床；

（5）專用性強：各種專用於椅子、抽屜等的多排鑽，能夠實現半自動或全自動生產，生產效率極高[6]。

相比較多排鑽而言，CNC打孔中心的使用情況則更為廣泛：

（1）工件結構複雜，內封閉或外封閉曲線形狀，尺寸公差小，精度要求高，鑽削條件多變時宜採用CNC打孔中心；

（2）周期性、小批量輪番生產，市場需求變化快，價格高，受流行趨勢變化影響的工件加工，也適宜採用CNC打孔中心。

多排鑽適合於孔位繁雜、數量多的板式傢具部件，且在鑽孔時基本上可以保證在一次性定位後完成板式零部件的鑽孔要求。因此，多排鑽的孔位精度高，生產效率高，是較大規模板式傢具常見的鑽孔設備[5]。隨著傢具木工機械化、自動化程度的提高，多排鑽的發展呈現出如下的趨勢：

（1）精度高：為適應傢具產業機械化大批量生產的需求，零部件或產品的互換性要求越來越高，這就要求木工排鑽要提高加工精度；

（2）生產率高：目前木工排鑽每分鐘能夠加工20～30塊板材，速度非常快；

（3）自動化：汽動、液壓、電子等各種新技術在多排鑽上得到了廣泛應用，機械化、自動化程度不斷提高，不僅在一個工序位置上可以完成所有孔的

參考文獻：

［1］於志明，李黎.木材加工裝備木工機械[M].北京:中國林業出版社，2005：225-226.

［2］李軍，熊先青.木質傢具製造學[M].北京:中國輕工業出版社，2011：62.

［3］袁俊哲.孔加工刀具、銑刀、數控機床用工具系統[M].北京:機械工業出版社，2009：92.

［4］花軍.木工機床數控技術[M].哈爾濱:東北林業大學出版社，1996：117-118.

［5］宋魁彥，王逢湖.板式傢具零部件的鑽孔工藝與排鑽性能分析[J].高新設備，2002（6）：67.

［6］吳智慧.現代木材加工技術第四講現代木傢具的開榫與鑽孔工藝[J].傢具，2004（4）：31.

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