拼装家具设计分析及实践范文

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引言

在经历全球经济危机冲击之后，家具行业面临市场趋于萎缩，竞争日益激烈。为了争取更多的市场份额，家具企业都努力提高生产效率，以降低生产成本取得价格优势；与此同时，消费者追新求异的特性也日益明显，部分家具企业为满足消费者的个性化需求，力图实现单件、多品种、小批量的零部件生产方式；新工艺的研究、新产品的开发，也成为家具企业追求实现产品的差异化的重要途径。上述目的的实现，依靠传统的生产方式和传统的生产设备已捉襟见肘，企业迫切需求新技术融入，数控加工技术的应用正是满足这些生产要求的重要手段。数控加工技术具有高加工质量和高生产率，科学高效地利用木质材料，提高木质产品附加值等特点，是家具行业发展生产自动化、柔性化、集成化、网络化的基础。本文以拼装家具为研究对象，运用CNC加工中心进行板件设计及制造，实现拼装家具的系列化设计、标准化生产及板件互换性，并以实例验证了基于数控加工技术的拼装家具设计制造的可操作性。

1．CNC在家具领域的应用

随着行业的发展和国内外数控设备成本的下降，家具企业设备的数控化已具备普及的前提。数控技术由数控机床和数控加工工艺技术组成。数控机床即NC（NumericalControl）机床，采用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制。用于家具制造的数控机床及加工中心主要是以CNC（ComputerizedNumericalControl）系统配置的设备，现已形成了比较成熟的数控机床制造技术和计算机辅助制造（CAM）系统。在工业化制造中，采用先进的生产工艺和设备进行家具零部件的生产，目的是为了提高家具生产效率和零部件精度以及产品质量。借鉴机械加工行业的经验，家具行业已逐步在生产中开发和使用全自动、高效率CNC加工中心。CNC加工中心是一种一机多用、程序设计简捷、生产效率高的现代家具生产设备，一般具备以下基本功能：锯切、钻孔、铣型、封边、砂光、镶边、刨削等，激光切割技术也开始在家具产品设计中大放异彩。由于具有多功能性，CNC加工中心非常适合于多品种、小批量的工业化生产。美国设计师大卫•奎克（DavodKawecki）设计的“迷题”扶手椅（图1），将椅子分成7个部件，这些不连续的部件用激光切割工具从一块平板上切割下来，再由消费者亲手组装。

2．基于数控加工技术的拼装家具设计

CNC加工中心的在拼装家具设计生产中的应用，使得企业能更为便捷的进行生产效率高、标准化、系列化、便于装配且具有良好结合性能的家具结构的设计制造，同时生产车间的设备数量大大减少，工艺流程也相应缩短，极大地减少了工件的装卸次数和时间，减少了加工基准的数量，提高了加工精度与生产设备的利用率，同时也简化了生产管理，缩短了生产周期，将带给拼装家具设计生产以前所未有的发展。

2．1拼装家具的基本概念

拼装家具发展自32mm系列自装配家具，又称为待装家具（RTA）及DIY家具，一般指将用各种连接件或插接结构将零部件组装而成的、可以反复拆卸和安装的家具。在设计上，拼装家具关注部件的标准化、通用化、系列化，简化产品零部件的规格、数量；在生产上，简化零部件的规格数，便于质量控制，采用标准化生产，提高了加工精度和生产率，延长产品的使用寿命，降低产品的制造成本；在包装储运上，可采用平板包装，以便堆放，有效的利用储运空间，便于运输，还减少了搬运过程中产品的破损几率；在使用环节，用户不仅仅是单纯的消费者，而通过其装配行为使消费者参与到产品的设计实施中，实现功能的同时兼顾使用者的情感体验。

2．2基于数控加工技术的拼装家具设计要素

数控加工技术的应用，提供了高精度加工手段的支持，极大程度的保证了拼装家具部件的标准化、通用化、系列化，使企业可以投入更大精力关注良好的装配结构、新材料、新工艺和新方法的研发和应用，并通过对材料、连接方式及加工工具等因素的综合分析，在设计中合理选用最优化的结构和配件。基于数控加工技术对产品的整个结构进行设计及优化，可以设计制造前端及时规避错误，提高整个产品的开发效率和成本。拼装家具设计的主要内容是部件的设计、接口的设计和连接件的选用。

（1）部件的设计：部件是构建产品整体的模块，是拼装家具最大的特点所在。部件的设计和制造要求标准化、系列化、通用化，并达到较高的精度。英国设计师BenHuggins设计的“小星星桌”（图2），整个拼装过程不用一颗螺丝，桌腿部分是由三个同样的模块相互拼装在一起的，桌面扣在上面，起到了固定的作用。

（2）接口的设计：接口的设计不禁让人联想到长久以来关于形式与功能的讨论，匠心独运的装配结构不仅要实现拼装功能、具备形式美感，且往往是整体设计的精髓所在。总的说来，部件的连接方式决定了接口的具体位置及形态。2011年德国设计展的JoinTable（图3）是受拼图游戏的启发，三根短小的支持腿以稳定的三角结构支撑着厚重的桌面玻璃的重量，依稀有着鲁班锁的影子。

（3）连接件的选用：除卡接、插接的方式外，连接件是特制的用于装配的构件。连接件的基本要求是要保证整体结构牢固、拆装便捷，一般情况下连接件的使用还要考虑其位置的隐蔽性，但是一旦跳出其隐蔽的位置其也可成为产品结构上的一个特色点。Viktormatic设计的“更廉价的椅子”（图4），木质架子和厚纸板的椅面椅背，使用可调节固定的塑料拉锁连接。

3．设计实例

以产品的功能分析为基础，设计出各个部件即功能模块，利用OWEN48加工中心（图5）的切、钻、铣等基本功能进行拼装家居产品的部件加工，通过样品制作及装配测试，进一步优化部件形态及拼装结构，最终完成拼装家具设计成品。

3．1数控加工技术重现经典设计

CH410Peter’sChair是丹麦设计大师汉斯魏格尔在20世纪50年代的设计作品，是拼装家具经典作品之一。该设计造型大方，部件均采用倒角倒边处理，结构简单无多余构件便于安装。笔者通过对原作的结构进行拆解和分析，并将其数字化建模，导入CNC数控加工中心进行拼版加工，借助数控加工技术忠实地再现了大师原作（图6）。

3．2HOLD圆凳设计

HOLD圆凳是笔者所属设计团队的一款基于数控加工技术的原创拼装家具设计。该设计在传统的榫接中找寻设计灵感，借助数控加工技术，以标准化的部件进行装配，整体结构牢固、拆装便捷。值得一提的是，在整个装配过程中不施钉胶，且没有多余的连接构件。如果非要在其中定义一个连接构件的话，那么只能把目光聚焦在那憨态可掬的圆形坐面上了（图7）。结论面向拼装家具设计制造，以部件特征和结构分析为基础，借助数控加工技术，实现其部件的标准化、通用化、系列化，并简化产品零部件的规格、数量，并通过经典设计重现以及原创拼装结构设计的实例，初步提出了基于数控加工技术的拼装家具的设计方法，验证了基于数控加工技术的拼装家具设计制造的可操作性。未来工作的重点在于深入研究装配类家具产品结构及部件形态研究，进行相应数控加工技术攻关，进一步通过设计实践细化和完善数控加工技术在拼装家具设计及制造中的应用，为家具生产的CAD/CAM集成化的发展、具体家具产品生产的全套数控化发展贡献绵薄之力。