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引言

在經歷全球經濟危機沖擊之后，家具行業面臨市場趨于萎縮，競爭日益激烈。為了爭取更多的市場份額，家具企業都努力提高生產效率，以降低生產成本取得價格優勢；與此同時，消費者追新求異的特性也日益明顯，部分家具企業為滿足消費者的個性化需求，力圖實現單件、多品種、小批量的零部件生產方式；新工藝的研究、新產品的開發，也成為家具企業追求實現產品的差異化的重要途徑。上述目的的實現，依靠傳統的生產方式和傳統的生產設備已捉襟見肘，企業迫切需求新技術融入，數控加工技術的應用正是滿足這些生產要求的重要手段。數控加工技術具有高加工質量和高生產率，科學高效地利用木質材料，提高木質產品附加值等特點，是家具行業發展生產自動化、柔性化、集成化、網絡化的基礎。本文以拼裝家具為研究對象，運用CNC加工中心進行板件設計及制造，實現拼裝家具的系列化設計、標準化生產及板件互換性，并以實例驗證了基于數控加工技術的拼裝家具設計制造的可操作性。

1．CNC在家具領域的應用

隨著行業的發展和國內外數控設備成本的下降，家具企業設備的數控化已具備普及的前提。數控技術由數控機床和數控加工工藝技術組成。數控機床即NC（NumericalControl）機床，采用數字化信號對機床的運動及加工過程進行控制。用于家具制造的數控機床及加工中心主要是以CNC（ComputerizedNumericalControl）系統配置的設備，現已形成了比較成熟的數控機床制造技術和計算機輔助制造（CAM）系統。在工業化制造中，采用先進的生產工藝和設備進行家具零部件的生產，目的是為了提高家具生產效率和零部件精度以及產品質量。借鑒機械加工行業的經驗，家具行業已逐步在生產中開發和使用全自動、高效率CNC加工中心。CNC加工中心是一種一機多用、程序設計簡捷、生產效率高的現代家具生產設備，一般具備以下基本功能：鋸切、鉆孔、銑型、封邊、砂光、鑲邊、刨削等，激光切割技術也開始在家具產品設計中大放異彩。由于具有多功能性，CNC加工中心非常適合于多品種、小批量的工業化生產。美國設計師大衛•奎克（DavodKawecki）設計的“迷題”扶手椅（圖1），將椅子分成7個部件，這些不連續的部件用激光切割工具從一塊平板上切割下來，再由消費者親手組裝。

2．基于數控加工技術的拼裝家具設計

CNC加工中心的在拼裝家具設計生產中的應用，使得企業能更為便捷的進行生產效率高、標準化、系列化、便于裝配且具有良好結合性能的家具結構的設計制造，同時生產車間的設備數量大大減少，工藝流程也相應縮短，極大地減少了工件的裝卸次數和時間，減少了加工基準的數量，提高了加工精度與生產設備的利用率，同時也簡化了生產管理，縮短了生產周期，將帶給拼裝家具設計生產以前所未有的發展。

2．1拼裝家具的基本概念

拼裝家具發展自32mm系列自裝配家具，又稱為待裝家具（RTA）及DIY家具，一般指將用各種連接件或插接結構將零部件組裝而成的、可以反復拆卸和安裝的家具。在設計上，拼裝家具關注部件的標準化、通用化、系列化，簡化產品零部件的規格、數量；在生產上，簡化零部件的規格數，便于質量控制，采用標準化生產，提高了加工精度和生產率，延長產品的使用壽命，降低產品的制造成本；在包裝儲運上，可采用平板包裝，以便堆放，有效的利用儲運空間，便于運輸，還減少了搬運過程中產品的破損幾率；在使用環節，用戶不僅僅是單純的消費者，而通過其裝配行為使消費者參與到產品的設計實施中，實現功能的同時兼顧使用者的情感體驗。

2．2基于數控加工技術的拼裝家具設計要素

數控加工技術的應用，提供了高精度加工手段的支持，極大程度的保證了拼裝家具部件的標準化、通用化、系列化，使企業可以投入更大精力關注良好的裝配結構、新材料、新工藝和新方法的研發和應用，并通過對材料、連接方式及加工工具等因素的綜合分析，在設計中合理選用最優化的結構和配件。基于數控加工技術對產品的整個結構進行設計及優化，可以設計制造前端及時規避錯誤，提高整個產品的開發效率和成本。拼裝家具設計的主要內容是部件的設計、接口的設計和連接件的選用。

（1）部件的設計：部件是構建產品整體的模塊，是拼裝家具最大的特點所在。部件的設計和制造要求標準化、系列化、通用化，并達到較高的精度。英國設計師BenHuggins設計的“小星星桌”（圖2），整個拼裝過程不用一顆螺絲，桌腿部分是由三個同樣的模塊相互拼裝在一起的，桌面扣在上面，起到了固定的作用。

（2）接口的設計：接口的設計不禁讓人聯想到長久以來關于形式與功能的討論，匠心獨運的裝配結構不僅要實現拼裝功能、具備形式美感，且往往是整體設計的精髓所在。總的說來，部件的連接方式決定了接口的具體位置及形態。2011年德國設計展的JoinTable（圖3）是受拼圖游戲的啟發，三根短小的支持腿以穩定的三角結構支撐著厚重的桌面玻璃的重量，依稀有著魯班鎖的影子。

（3）連接件的選用：除卡接、插接的方式外，連接件是特制的用于裝配的構件。連接件的基本要求是要保證整體結構牢固、拆裝便捷，一般情況下連接件的使用還要考慮其位置的隱蔽性，但是一旦跳出其隱蔽的位置其也可成為產品結構上的一個特色點。Viktormatic設計的“更廉價的椅子”（圖4），木質架子和厚紙板的椅面椅背，使用可調節固定的塑料拉鎖連接。

3．設計實例

以產品的功能分析為基礎，設計出各個部件即功能模塊，利用OWEN48加工中心（圖5）的切、鉆、銑等基本功能進行拼裝家居產品的部件加工，通過樣品制作及裝配測試，進一步優化部件形態及拼裝結構，最終完成拼裝家具設計成品。

3．1數控加工技術重現經典設計

CH410Peter’sChair是丹麥設計大師漢斯魏格爾在20世紀50年代的設計作品，是拼裝家具經典作品之一。該設計造型大方，部件均采用倒角倒邊處理，結構簡單無多余構件便于安裝。筆者通過對原作的結構進行拆解和分析，并將其數字化建模，導入CNC數控加工中心進行拼版加工，借助數控加工技術忠實地再現了大師原作（圖6）。

3．2HOLD圓凳設計

HOLD圓凳是筆者所屬設計團隊的一款基于數控加工技術的原創拼裝家具設計。該設計在傳統的榫接中找尋設計靈感，借助數控加工技術，以標準化的部件進行裝配，整體結構牢固、拆裝便捷。值得一提的是，在整個裝配過程中不施釘膠，且沒有多余的連接構件。如果非要在其中定義一個連接構件的話，那么只能把目光聚焦在那憨態可掬的圓形坐面上了（圖7）。結論面向拼裝家具設計制造，以部件特征和結構分析為基礎，借助數控加工技術，實現其部件的標準化、通用化、系列化，并簡化產品零部件的規格、數量，并通過經典設計重現以及原創拼裝結構設計的實例，初步提出了基于數控加工技術的拼裝家具的設計方法，驗證了基于數控加工技術的拼裝家具設計制造的可操作性。未來工作的重點在于深入研究裝配類家具產品結構及部件形態研究，進行相應數控加工技術攻關，進一步通過設計實踐細化和完善數控加工技術在拼裝家具設計及制造中的應用，為家具生產的CAD/CAM集成化的發展、具體家具產品生產的全套數控化發展貢獻綿薄之力。