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榫卯真的被“玩坏”了吗?聊一聊适合cnc加工的12种榫卯结构

榫卯真的被“玩坏”了吗?聊一聊适合cnc加工的12种榫卯结构

榫卯真的被“玩坏”了吗?聊一聊适合cnc加工的12种榫卯结构

  近日,在木工爱好者网站论坛中看到了一篇帖子《传统榫卯手工艺快被玩坏了》,帖子提到一红木厂家最想展示的榫卯技艺却把传统榫卯手工艺玩“坏”了,木工爱好者在帖子中进行了激烈的讨论。

  两位木工爱好者都认为收藏级的仿古家具要严格遵循古法,但对于大规模生产的民用家具要巧用“榫卯”,不分正统和不正统。我很赞同上面两位爱好者的说法。“榫卯”结构是一种凹凸连接方式,我们的老祖先在这方面进行了探索和尝试,并留下具有中国工匠精神的绝世的木质建筑和家具。

  随着技术的发展,生产工具也越来越先进。“榫卯”结构的样式也要随着生产工具的变化而变化。下面我分享一下“榫卯”文化、木工CNC的知识,聊一聊适合CNC加工的12种“榫卯”结构。

  “榫卯”并不是中国的“专利”

  “榫卯”并不是中国的“专利”“榫卯”为榫头卯眼的简称,是一种传统木工中接合两个或多个构件的方式。其中构件中的凸出部分称为榫(榫头),凹入部分则称为卯(卯眼)。

  “榫卯”是木质结构的一种巧妙的连接方式,我们一直以来有个错误的认识,认为“榫卯”是中国人的“专利”,其实不然,世界上很多不同文明都自发产生了属于自己独特的“榫卯”文化。距今7000年前就出现了古老“榫卯结构”。第一个例子是“骨”关节,是在莱比锡(Leipzig)附近的一处水井中发现的——世界上最古老的完整木制建筑,使用老式橡木制作的木板和横梁,使用榫卯连接的方式进行组装的。第二个例子是“ 胡夫船 ”,它密封在公元前2500年左右的第四王朝吉萨金字塔综合体的一个坑中,船长43.6,宽5.9m,船板使用榫卯结构连接,它成为世界上最古老,规模最大,保存最完好的船之一。

  1973年,在距今六、七千年的新石器文化河姆渡遗址上,我国考古队员发现了大量“榫卯”结构的木质构件,主要应用在河姆渡干栏式的房屋的建造上。“榫卯”结构是中国古代建筑、家具及其它木制器械的主要结构方式。建筑最著名的有应县木塔,采用全木“榫卯”结构,全塔无钉无铆,历经了多次强烈地震的考验安然无恙,堪称建筑史上的奇迹。明清家具把“榫卯”结构用到了极致,这种精妙绝伦的结构铸就了红木家具的结实耐用,凸显了古典红木家具的“五美”:木材美、造型美、结构美、雕刻美和装饰美。

  (应县木塔)

  (应县木塔——天下奇观)

  榫卯结构在木质建筑和家具中的应用具有很多优点,但也存在以下问题和缺点:一是有的结构不可逆组装,虽然实现了无钉化设计,在组装过程中需要胶(古代使用鱼鳔胶),不容易修复组装;二是使用榫卯结构的红木家具比较笨重,不够轻便;三是手工工艺不适合现代化的大规模量产。

  现代木工加工工艺

  1.木工CNC数控机床

  现代木工加工工艺是使用CNC数控机床,数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。我的工作室使用的是一台加工尺寸2.44*1.22m的木工雕刻机,是可以快速开料又可以雕刻,但存在问题是只能实现上下面的加工生产,这样对于复杂的“榫卯”结构设计无法加工。我最近在国外网站找到了一款可以多面加工的数控加工系统,这个系统叫TenonCam 木工加工制造系统,由专用铣刨头和软件组成,用于在平面CNC铣刨机上形成榫眼和榫头的嵌套。可用于生产一次性生产铣削的橱柜、抽屉和脚趾板零件,而无需进行辅助操作或辅助机械。一次加工,没有双重处理或二次加工。

  上图是TenonCam铣刨头,显示了在底部切割榫头的过程。该软件允许在嵌套中的任何位置剪切榫。

  2.CNC机器上执行的一些最常见的刀具切割方式

  (沿外线切割演示图)

  沿外线切割:刀具沿着外线进行切割,可以切割圆形或者方形。

  沿内线切割:刀具沿着内线进行切割。在切割方形时,CNC机床上使用的刀具是圆形的,并且沿轴向旋转,这意味着不可能切割出尖锐的内角。取而代之的是,刀具必须在与其直径匹配的内侧边缘上保留半圆形。这也是数控机床在加工凹槽的弊端,影响了家具的美观性。

  倒角切割:使用倒角刀具可切至所需深度,并沿一条开放或闭合的线延伸,并留下一个倾斜的边缘。

  圆角切割:使用圆角刀具会切成所需的深度,并沿着一条开放或闭合的线延伸,并留下一个圆角。

  打孔:找到圆心并以所需直径钻至所需深度。

  雕刻:使用较小直径的刀具按照设定路径进行较浅深度的切割。

  适合cnc加工的12种榫卯结构

  在使用数字制造工具之前,复杂的接缝只能由经验丰富的木匠来完成,要花很多时间才能完成。现在,可以在几分钟内建立高度复杂的连接,从经典的榫眼到不寻常的V型夹锁定榫卯结构。下面介绍一下适合CNC数控机床加工的12种“榫卯”结构。

  1、梁榫卯:用于将梁安装到桌腿的垂直立柱中,侧面看不到榫头。

  2、钩榫头:通常用于将梁安装到垂直立柱中,侧面能看到榫头。

  3.暗榫:用于以90度角将面板连接在一起。

  4.搭接榫卯:一个简单的连接解决方案,用于以直角相连接的板材。

  5.盲手指榫接头:隐藏连接结构,减少可见的末端加工面。

  6.手指榫卯结构:简单而牢固的榫卯连接方式。

  7、夹锁紧榫卯结构:可用于将定期组装、拆卸的零件锁定在一起。

  (夹锁紧结构演示图)

  8、楔形榫卯结构:当楔形物通过孔被挤压时会产生张力的榫卯结构。

  9、T型夹锁紧榫卯结构:将零件锁定在一起的榫卯结构。

  10、V型夹锁榫卯结构:隐藏式锁定连接结构。

  11、钥匙孔锁榫卯结构:一个有趣的榫卯结构,锁上后可以当挂衣钩了。

  12、铰链榫卯结构:一种简单的CNC铰链解决方案,其中方形榫头可在圆形凹槽内旋转。

  以上12种适合cnc加工是榫卯结构,为现代家具模块化设计提供了解决方案,能实现无钉、无胶水安装,特别是可以重复性安装。同时对木材的材质和厚度有一定的要求,一般采用桦木层板或其他层木板材,厚度为12mm和18mm为宜。

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