数控技术与设备在木制楼梯扶手弯头生产中的应用

　　木制楼梯扶手以其美观的天然木材纹理和柔性的手感而越来越受到人们的青睐。由于木制楼梯扶手弯头的加工精度较低、品种形式单一、生产能力满足不了消费者需求、生产成本较高的加工现状，限制了它的应用，只能在部分高档建筑中应用。因此，提高木制楼梯扶手弯头的加工质量和生产率，增加市场占有率的关键是它的加工方法。

　　木制楼梯扶手弯头加工方法的现状木制楼梯扶手弯头是一个规则的空间曲面，普通木工机床很难对其进行加工，加工技术是困扰加工企业多年的问题。虽经过多年的努力和探索，采用不同的加工方法，使其加工质量和生产率有所提高，但受技术和资金的限制，其加工技术仍进步不大。

1 木制楼梯扶手弯头加工方法的现状

　　1.1 传统的手工加工方法

　　目前，我国木制楼梯扶手弯头主要还是以手工加工方法为主，特别是在南方一些中小型企业，这类产品多是通过工人单件雕刻出来的，每名工人一天只能加工8个木制楼梯扶手弯头，生产率低，成本高，且成品的重复精度差，劳动强度大，对工人的技术水平要求较高。使用传统的手工加工方法时，制品多用接榫、胶合或用大木料按规格来取材，且加工过程复杂，只能满足单件小批量生产，造成的木材浪费也较多。

　　1.2 仿形机床加工方法

　　少部分企业采用仿形机床加工。这种加工方法需预先制作仿形模具，方能够实现批量生产，在提高产品生产率，降低劳动强度的同时，较好地保持了产品质量的一致性。但每生产一种产品都需要有与之相配套的仿形模具，且在加工过程中要求刀具中心线始终垂直于扶手弯头底面，以避免侧端面发生加工变形或失真，只适用于各种平面木制楼梯扶手弯头的加工。对于立体转接扶手弯头，普通仿形机床很难实现空间立体的仿形加工，这就使弯头种类受到限制。

　　1.3 数控机床加工方法

　　利用数控机床加工方法可以克服产品精度低、品种形式单一和生产率低的不足。数控机床通过调用预先编制好的各种弯头曲线轮廓形状的数控程序，实现在线自动加工，减少了许多辅助模具和夹具，提高了加工质量和生产率。但我国的数控木工机床技术发展较晚，应用较少，国内只有几家大型木业公司应用数控木工机床加工木制楼梯扶手弯头，且大多都是数控镂铣机，专用设备较少，设备利用率极低，难以为企业创造更大效益。

　　尽管数控技术是当前最先进的技术，但由于受工人的技术水平、设备价格影响，再加上我国有充足的廉价劳动力，企业也不轻易采用高速高效的数控设备。但是从市场的需求和发展趋势来看，应用木制楼梯扶手弯头数控成套设备加工生产势在必行。

2 数控技术在木制楼梯扶手弯头生产中的应用

　　随着木制产品生产批量日益的提高，各式各样的新型生产线层出不穷。以通用数控镂铣机为代表的数控木工机械时代已经过去，批量生产木制品数控成套设备开发的时代已经到来。

　　2.1 数控技术在批量生产木制品中的优势

　　在市场经济的大前提下，木制品批量生产已向数控化、柔性化、智能化、集成化技术方向发展，而且在生产过程中，一种产品的加工并非只由一台或两台机床来完成，而是由更多台机床构成的生产线来加工。其中，每台机床只完成规定的几个工序，这样，高精度、高质量、高效率、低消耗、低成本的数控生产线就成为各木工机械强国普遍追求的目标。

　　应用数控生产线批量生产木制品，与应用普通设备批量生产木制产品相比具有诸多优势：

　　(1)数控设备是以加工产品的数学描述理论为基础的，改变描述参数的值，可得到不同形状和尺寸的产品。因此，切削量等加工参数很容易改变，有利于实现柔性化加工和新产品的研制。

　　(2)数控设备加工批量木制品时，产品在一次装卡中应完成本台机床能加工的全部工序，这样可以保证一条生产线的定位精度不受多次装夹的影响，尽可能减少机床的数量和工件装卡次数，减少不必要的定位误差，保证生产线尽可能高的生产率。因此，可实现工件一次装卡完成多道工序，从而确保高质量的加工精度，也减少了加工的辅助时间。

　　(3)在用数控设备加工批量木制品时，为了减少刀具的调用和压缩空程时间，应按所用刀具来划分工序和工步，即在木制品设计时尽量减少刀具的种类，尽可能用同一种刀具加工完成相同的切削部分，以避免同一种刀具的多次调用和安装。因此，可以采用模块化标准工具，减少了换刀和安装时间，提高工具标准化程度和工具的管理水平。

　　(4)数控技术是典型的机械电子、自动控制、计算机和检测技术密切结合的机电一体化高新技术，是实现制造过程自动化的基础，是自动化柔性系统的核心。因此，可与计算机CAD系统有效结合，实现批量生产木制品加工的CAM和数控机床的群控及网络控制。

　　(5)数控设备根据功能可实现三轴、四轴或五轴联动，对于空间复杂曲面加工，通过其相应轴数的联动即可实现。因此，可以完成普通机床难以完成的复杂产品和曲面形状产品的加工。

　　2.2 数控技术在批量生产木制品中具备的条件

　　我国的木材加工企业有3万多家，已有数控机械的不过300家，其中具备数控设备二次开发能力并可将其应用于生产的企业不足一半，可见数控技术在该产业中的发展空间非常巨大。经过近十几年的发展，我国的数控木制品加工技术已有了长足进步，具备了一定的条件。

　　(1)技术水平上，基本掌握了数控技术在木制品上的应用。在数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配件等基础技术方面，大部分技术已具备商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化，为木制品加工行业数控技术的进一步发展奠定了基础。

　　(2)产业化水平上，初步形成了数控产业基地。虽然存在市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产、功能部件专业化生产水平及成套能力较低等问题，但在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了一批数控主机生产厂基本形成了我国的数控产业基地。

　　(3)可持续发展的能力上，建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。由科研院校负责规划与设计、人员培训和技术指导、新产品开发；IT企业协调软件和硬件的生产，开发数控系统；机械制造企业制造、推广数控机械，并建立联合体的统一售后服务机构，协调数控设备的维护，形成产学研的合作开发体系。东北林业大学的林业与木工机械工程技术中心和北京铭龙天同科技有限公司合作，为浙江家具企业开发年出产12万只沙发扶手的数控加工生产线，标志着我国木工机械数控加工时代的开始。

　　2.3 木制楼梯扶手弯头的数控生产

　　木制楼梯扶手弯头是典型的空间曲面型零件，采用一台数控机床集中生产，夹具很难保证，为此，设计一条国内企业所能接受的数控设备生产线，是提高该产品质量和生产率的必由之路。东北林业大学等单位现正研制和开发这种专用数控加工生产线。

　　通过对木制楼梯扶手弯头的空间结构分析，得知它是由四个面组成，即顶面、底面和两个侧面，其中两个侧面的曲面形状相同。采用三把成型铣刀，分三道工序即可加工。其中专用数控设备保证Y、Z两个方向的运动，夹具保证X、B两个方向的运动，由于三道工序的夹具也与木制楼梯扶手弯头专用数控设备工作台具有相对运动，因此，减少了专用数控设备的运动维数，简化了结构，降低了成本。

　　在木制楼梯扶手弯头的加工中，可以采用三台专用数控设备、三套夹具完成三道工序的加工，也可根据加工企业的实际情况，采用一台专用数控设备、三套夹具来完成三道工序的加工。这种开发模式既能满足大型加工企业的需要，同时又适合中、小型企业的实际需求，是完全符合我国国情的。在设计木制楼梯抉手弯头专用数控加工设备时，以年产6万个弯头来计算，可提高生产率300％，如果以年产1O万个、12万个弯头来计算，生产率更高。木制楼梯扶手弯头专用数控加工设备的价格仅相当于国外同类设备价格的1/4～1/6左右，普通操作工即可进行操作，设备及人力成本大幅降低，产品质量完全可以保证。可见研制和开发具有我国自主知识产权的木制楼梯扶手弯头专用数控设备是完全可行和十分必要的。

3 结论

　　现有的木制楼梯扶手弯头加工方法，无论在质量上还是在数量上都满足不了市场的需求。批量生产是方向，数控技术在批量生产中的优势和具备的条件是木制楼梯扶手弯头生产的先决条件，应用专用数控加工设备是它的发展方向。