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利用数字化技术加工榫卯
类别:工艺技术 | 录入者:fid | 发布时间:2016-08-01 [2397]

■林作新 Lin Zuoxin

(北京林业大学,北京 100083)


摘 要:榫卯是中国传统家具的精华,当下中国传统家具的制作者、消费者对于榫卯的结构形成仍然情有独钟。但榫卯结构的加工成本很多,技术工人也日渐减少。因此,采用数字化技术加工榫卯很有必要,它具有安全、简单、精度高、成本低等优势。

关键词:数字化技术;榫卯;加工

Abstract: Mortise and tenon joint is the essence of Chinese traditional furniture, the traditional Chinese furniture makers, consumers still have a special liking for mortise and tenon joint structure formation. But the cost of processing a lot, technology workers also gradually reduced. Therefore, it is necessary to adopt digital technology processing mortise and tenon joint, it has the advantages of safety, simplicity, high precision and low cost.

Key words: Digital technology; Mortise and tenon joint; Process


1 中国的传统家具就一定得采用榫卯吗?

       我们先讨论一下,为什么会采用榫卯,这还得从材料讲起。传统家具原先是就地取材, 选用榆木、榉木、松木等木材。

       原来太湖边上的榉木林,被砍伐的差不多了,华东一带,几乎无材可用,于是人们将眼光投向长江边上的热带硬木原木。

       这些硬木原本来自东南亚。明代中国手工业非常发达,中国的产品,都大量出口到各地,东南亚当然是重要市场,当时的海运是帆船,回程除了香料,没有太多货物,只能用原木压舱,回来就将这些原木丢在长江边上。

       这些硬木,密度比原来的榆木、榉木高很多了。粘接用原来的动物胶是不行的(化学的胶粘剂未出现),因此苏州的能工巧匠开发了榫卯,解决了家具零件的结合问题。

       这是农业社会,闲置人口太多,可以精雕细琢,可以花很大的功夫去搞榫卯,现在工业社会,我们已经有各种胶粘剂,用改性后的防水乳胶,加上圆棒榫,结构上的牢度完全没有问题,而这样的结构可以自动化加工生产(图1)。


■图1 咬粘剂结合棒榫

       市面上流行的免钉胶,一滴胶水,粘一个钩贴在墙上,可以挂一个人,甚至美国的飞机,也都用胶水拼接(过去用铆钉),用胶水使飞机减轻了上千公斤的重量。

       然而,传统家具的制作者、使用者,可能更加传统,不愿意改变传统的结构,坚持一定要用榫卯。事实上,市场也有这样的需求,而今天的榫卯,大部分用人工制作,人工费非常高,据说高达300-600元/天,因此成本非常高, 且制作工艺水平也参差不齐。

       从事这一行业的工人,平均年龄应该在50岁左右,而中国的一胎化政策,以及生活越来越富裕,年轻一代的少有学习木工的, 预计在十年之后,难以找到能手工制作榫卯的木工。

       因此,我们现在就必需开始研究怎样采用数字化加工技术。


2 什么是数字化加工技术

       利用电脑软件、网络和数据库,先对产品进行加工设计,然后将这些设计的工艺数据,传递到机器设备,实现全程数字化和自动化的生产制作(图2)。


■图2 数字化加工技术示例

       北林的伊松林、何正斌等学者开始了这一方面的研究,将设计师的家具零件图,制作出数控制的加工路径图,化为加工代码和制作加工卡,然后利用数控设备制作榫卯。并且用数字化加工方式,进行加工实例插肩榫平头案加工过程(图3-7)。特点:正牙条,牙条的轮廓线是不规则的样条曲线;腿,轮廓线不规则,插肩榫的榫肩不是45°,加工过程难调准。

   

■图3 工程师也可以根据工厂实际需要建

立相应的数据库文件

   

■图4 普工可以代替传统老师傅,解决工
资高、人员短缺等问题

    

■图5 间歇式的工作区域和加工区域,工
作与机器不会在同一地


■图6 减少辅助时间,增加设备负荷率,
提高生产效率


■图7 插肩榫平头案

3 现有的加工方法

       如图8-13所示:

         



       ①用薄板(密度板、胶合板等)按照图纸做出模具。


       ②靠着模具,把轮廓线画在木料上。

       ③把画好线的木料用细木工带锯大致的加工成需要的形状。

       ④把模具用钉子钉在上一步完成的木料上,在地锣上加工,模具靠着轴承。

       ⑤尖角部分需要留出一小部分,故意不加工到位,等组装后再用木锉锉掉。加工过程复杂且技术含量高。


       本部分以牙条和腿为例分析数字化加工过程,黄色线:牙条轮廓;红线:刀具路径;红色圆圈:刀具直径;红色线即阴影表示区域加工的区域。

     


       当然,只加工一两件,手工还是占优势的,但是如果大批量、长期生产,那数字化生产就有绝对的优势,而将来可能是唯一的选项。


                                

  


       在制作出第一个榫卯实例后,进行了优势分析(图14-15)。

        

■图14 工人工资成本分析


■图15 时间成本分析



4 利用数字化加工

       ——安全

       ——操作简单

       ——长期使用成本很低

       ——精度高,达到0.1mm的误差

       目前这些数字化设计,都有现成的软件, 比如JT Paint等等,非常方便。

       这是值得推荐的一种生产方式,当然还有许多值得进一步研究的方式,但这是一个趋势,一个让传统家具生产进入工业化、智能化的趋势。

(责任编辑:戴向东)


参考文献:

[1]林作新. 从生产角度看家具结构设计[J]. 家具,2011,06:105-108.

[2]林作新,伊松林.实木家具尺寸稳定性的处理方法[J].家具,2012,02:111-113.

[3]林作新.对深度迷失的文化反思—— 新中式设计的诞生[J].家具与室内装饰,2013,05:11-13.

[4]唐蕾,林作新,张亚池.竹材在现代家具设计中的应用研究[J].家具与室内装饰,2014,03:46-47.


作者简介:林作新(1951-),男,教授,博士生导师,研究方向:家具与设计制造,E-mail:drcslim@163.com

引文格式:林作新.利用数字化技术加工榫卯[J].家具与室内装饰,2016,(5):88-90.


注:本文来源于《家具与室内装饰》

 
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