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智能制造下的板件打孔,多排钻与CNC加工中心将如何取舍?

导读:
作为板式家具孔加工设备,多排钻与CNC打孔中心的突出贡献不可或缺 。家具企业在两者之间如何取舍,取决于其是否符合企业生产及产品体系,是否有利于降低成本,提高生产率效率。

由于木工机械的不断改进创新,现代板式家具企业发展迅猛。作为板式家具孔加工设备,多 排钻与CNC打孔中心的突出贡献不可或缺 。家具企业在两者之间如何取舍,取决于其是否符合企业生产及产品体系,是否有利于降低成本,提高生产率效率。分析比较木工多排钻与CNC打孔中心的优势,可以更好地在生产中选用合适的设备,保证生产顺利且高效的完成。

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机床组成与结构分析

家具的接合与固定主要依靠在家具相应部位打孔并安装五金件或榫头来实现。因此,家具打孔是一项非常重要的工作,其工艺设备和加工质量对家具的品质而言至关重要。自现代家具生产中,打孔设备主要有排钻和CNC打孔中心。

 多排钻

排钻是木家具加工过程中打孔的专业设备,生产中常见的排钻主要有3排钻、6排钻等。其中,六排钻是大批量生产的最典型设备,必要时可以两台六排钻联机工作,实现一次调机两次定位打孔,生产效率非常高。

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▲三排钻

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▲六排钻

六排钻主要由控制面板、送料装置、轨道、夹紧装置、垂直排钻架和水平排钻架组成。垂直钻架可以以数字形式调整定位并沿着精密的导轨精确移动。六排钻上的钻头间距为32mm。仅有少数国家使用其它模数的钻头间距。通常水平钻座由多个钻座组成,垂直钻座有两段独立排座构成。多排钻的排钻钻座数量一般有3排到12排,是由水平钻座和下部垂直钻座构成。

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①控制面板

②滑轨

③夹紧装置

④垂直排钻架

⑤水平排钻架

▲六排钻结构组成

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▲六排钻钻架结构

CNC打孔中心

CNC打孔中心也即计算机数控打孔中心,是由基础部件、主轴部件、控制系统、伺服系统、自动换刀装置以及辅助系统几个部分组成。其中,控制系统主要作用是输入、存储、数据处理、插补运算及机床各种控制功能;伺服系统则是将CNC装置发出的位置和速度指令转化为机床运动部件的运动。它的性能直接决定机床的加工精度、表面质量和效率。

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①机头

②支架

③真空吸盘

▲CNC加工中心和结构组成

自动换刀装置由刀库、机械手和驱动机构等部件组成,可以实现电机和液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀具的选择与交换。常见换刀装置是带有刀库的自动换刀系统。

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位于打孔中心内部的数控装置计算机以数字和字符编码方式所记录的信息进行一系列处理后,向机床进给等执行机构发出指令,从而完成各种操作。

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机床工作方式分析

这里我们主要通过上下料方式与加工方法两个方面对六排钻和CNC进行工作方式的比较。

 上下料方式

排钻的上下料有人工上下料和自动送料装置上下料两种。

人工上下料的优势是机动性强,适用情况广泛,但速度慢、效率低,而且费时费力。而采用自动送料装置上下料,可以以高速度、高效率、高精度等优点满足大批量加工,其劣势在于能耗高、占用空地等。

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▲压缩空气送料机

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▲带有送料机的排钻

CNC打孔中心也可分为人工上下料和自动装置上下料,据小编了解,目前很多家具企业都采用人工上下料的方式。虽具灵活性,但效率欠佳。

这里给大家介绍下CNC打孔中心的自动送料装置,可配合打孔中心实现自动送料,通过数字控制保证送料精度,从而提高设备的加工效率和自动化程度。通过自动送料系统,操作者只需在计算机系统设置好送料进给量,伺服系统会自动按照设置好的数值确定每次送料的进给长度。

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▲某上料装置的相关参数

 
加工方法

六排钻加工时,零件放在垂直钻组上的搁架上,压紧机构压紧,然后钻孔。孔分板、端面孔,分别由主、端压紧机构配合。机床操作通过电气操纵和数控装置控制,也可由脚踏开关进行控制。

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▲某排钻的相关性能参数

CNC加工中心的加工过程如下:首先,选择并确定需要加工的零件与内容,进行数控加工工艺设计;其次,对零件图形进行数学处理,编写加工程序(CAD/CAM等);最后,按程序单制作控制介质,进而首件试加工。

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▲CNC打孔中心控制过程

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▲CNC打孔中心加工模式

与多排钻打孔工艺相比,CNC打孔中心具有如下优点:

①CNC打孔中心省略了调机、重复定位以及首件确认等时间,从而提高了生产效率,且能提高准确率;

②CNC打孔中心需要事先把加工信息存入其中,可重复调用,适合柔性化生产;

③CNC打孔中心定位哟激光定位和物理机构定位,其中激光定位是定原点,而物理机械定准是用机构定位原点,两者均需要物理支持工件和真空吸盘固定。

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经济性与效率分析

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 木制品零部件尺寸规格和孔位分布

多排钻多用于板式家具中系统孔的加工,且幅面平整,同一批的板件规格划一,尺寸公差小的板件,调机定位容易,一次加工多个孔位,孔位品质稳定。

而CNC打孔中心则适用于多种规格尺寸板件的孔加工工序,尤其是加工异形工件,更能凸显出CNC打孔中心的优势。

此外,多排钻适合孔位分布比较均匀、规律性强的板间系统孔的加工。但多次调机定位也可实现其它情况的孔加工。

对于孔位分布较零落、随意,甚至是毫无规律可言的板件,CNC打孔中心的优势更突出。

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 设备成本与加工效率

六排钻总功率大约在10Kw,价格在几万不等,CNC能达到它的数倍,成本高,占地面积大。

多排钻尤其是六排钻,是大批量生产的典型设备。如果同一批次零件数量大,可实现两台六排钻联机工作,即一次调机两次定位打孔。

CNC打孔中心省去了反复调机、重新定位以及首件确认等时间,生产效率高。但如果零件批次数量大,加工效率不如多排钻。

多排钻和CNC打孔中心对于不同情况的打孔加工有不同的优势,如何根据具体加工条件选用适当的加工设备,其经济效性对产品成本的影响至关重要。因此,在加工中,应将形状、尺寸、工艺相似的工件分类成组,分别选用不同的加工设备,按生产工艺实施成组加工,可以减少浪费的时间和费用,提高质量,充分发挥设备的优势。

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人工成本

六排钻往往依赖人工,需要2-3个人,1人主操作,其余辅助操作。而CNC可由1人设定好程序,车床归原,开始加工,极大省略了调机、重复定位、首件确认时间。

六排钻对比CNC增加1-2个人工,按数据统计(《凤凰财经中国低成本优势正在消失:工人平均工资超印度》, 2017.06.20 )工人工资按4000元/人计算,每月人工成本增加8000-12000元左右。

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总的来说:

①木制品零/部件角度:

当零部件发生变化时:六排钻适应性较差,而CNC打孔中心适合柔性生产。

当零部件相同且数量大时:六排钻的加工效率优于CNC打孔中心。

②加工设备角度:

能耗以及设备价格:CNC打孔中心成本高于六排钻。

工作方式:CNC打孔中心上下料以及调机换刀时间明显优于六排钻,但是加工方式需要考虑加工工件因素。

③工人角度:

从工人效率来看:六排钻受到工人操作熟练程度与配合程度影响,不确定性大;CNC则没有此影响。

从工人工资来看,CNC在人工成本上明显低于六排钻。

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六排钻与CNC加工中心的选用

多排钻适用于孔位繁杂、数量多的板式家具零部件,且在钻孔时基本上可以保证在一次性定位后完成板式零部件的钻孔要求。因此,多排钻的孔位精度高,生产效率高,是较大规模板式家具常见的钻孔设备。

相比较而言,CNC打孔中心的使用情况则更为广泛,对于工件结构复杂,内封闭或外封闭曲线形状,尺寸公差小,精度要求高,钻削条件多变时宜采用CNC打孔中心。此外,周期性、小批量轮番生产,市场需求变化快,价格高,受流行趋势变化影响的工件加工,也适宜采用CNC打孔中心。

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