解析工具柜抽屉的优化设计

　工具柜制造是一种多工序、短周期、劳动密集型的加工产业，家具企业要能够持续稳定地发展，就必须对产品进行优化设计，力求做到形式与功能的统一，技术与艺术的统一，宏观与微观的统一，真正做到以较低的成本生产出较高质量、符合环保、具有个性、满足客户需要的产品，才能使企业在市场竞争中处于不败之地。 
　　工具柜产品的优化设计，是通过对产品的零部件进行标准化、系列化和通用化设计来实现的，其中抽屉在家具产品中应用非常广泛，具有一定的代表意义。本文根据工具柜抽屉的组成和结构，对抽屉的零部件进行标准化、系列化和通用化设计，使抽屉满足互换性和优化设计的原则，从而达到降低成本、提升材料利用率、提高生产效率的目的。 
　　一、　抽屉的组成和结构分析 
　　1）　拆装式抽屉的组成结构 
　　a、　屉面板、屉侧板、屉后（背）板和屉底板（见图1）。 
　　b、　屉面板、屉侧板、屉前板、屉后（背）板和屉底板（见图2）。 

　　从优化设计考虑，（图1）较省材料，本文按（图1）的设计来介绍。 
　　2）　抽屉的连接结构 
　　a、　（偏心连接件+木榫+自攻螺丝）全拆装结构。屉侧板与屉面用偏心件连接，屉侧板与屉后板用自攻螺丝连接（见图3）。 

　　b、　（偏心连接件＋木榫）全拆装结构。屉侧板与屉面板、屉后板都用偏心件连接。 
　　从五金材料成本分析，a结构更能降低成本。本文按a结构来介绍。 
　　3）　抽屉的材料应用 
　　一般来说，抽屉各组成部件都可以用各种厚度的板材。但从优化设计来分析，抽屉面板可用16毫米或18毫米厚的人造板，表面装饰材料随产品设计而定；屉侧板和屉后板用12毫米厚中纤板，表面为三聚氰氨纸饰面或免漆纸饰面；屉底板用3毫米厚中纤板，表面为三聚氰氨纸饰面或免漆纸饰面。五金配件材料用直径 6×30毫米的木榫，直径3.5×30毫米自攻螺丝，直径10毫米的三合一偏心连接件就能满足强度要求；抽屉滑轨用自关托底滑轨，根据实际需要也可用三节钢珠滑轨，或隐藏式自关滑轨。从加工工艺及成本来分析，自关托底滑轨最经济实用，能满足大部分产品设计的需要。本文都是依据自关托底滑轨的技术参数来介绍。 
　　二、　抽屉的优化设计 
　　1）　抽屉侧板的优化设计 
　　a、　抽屉侧板的长度确定 
　　抽屉侧板的长度是根据所用抽屉滑轨的长度来确定的：屉侧板长度=抽屉滑轨长度。抽屉滑轨长度的国标规格有250毫米（10〞）~600毫米（24〞），其间以50 毫米（即2〞）递增，即抽屉滑轨长度=200＋50n（n=1、2、3……8）毫米共8种规格；设定此8规格为抽屉长度的标准规格。具体选择那种滑轨规格，应根据安装抽屉的柜内净深度来确定（见图4），即滑轨长度≤柜内净深度－21（毫米）（公式一）。 

　　根据（公式一）选择滑轨长度国标规格中最接近的一种长度规格，从而可以确定抽屉侧板长度的标准规格。由（图4）可知（公式一）所确定的的滑轨规格既能使抽屉安装为外抽屉（抽屉面板盖住柜侧板）也能安装为内抽屉（抽屉面板嵌于柜侧板内）。 
　　b、　抽屉侧板高度的确定 
　　根据所用自关托底滑轨来安装的抽屉，抽屉侧板的高度规格可设计为： 
　　屉侧板高度=56+20n(n=1、2、3、7、9)毫米（公式二） 
　　共有5种规格，具体选那一种规格，可根据所用抽屉滑轨的最小安装距离和实际需要而定。对于用托底滑轨的抽屉，抽屉侧板与柜顶板的最小间隙为16毫米（见图5）。 

　　当然，若用3节走珠滑轨，可以不受安装最小空隙的限制。对于纵向只有一个抽屉的家具，由（图5）只需满足： 
　　屉侧板高度≤柜内净高度-21毫米（公式三） 
　　并由（公式二）计算选择一种标准的屉侧板高度规格；对于纵向有多个抽屉的家具，由于设计家具外观造型时已确定了抽屉面板的规格，考虑柜体底板的厚度可以是16毫米或18毫米。为了使内抽屉和外抽屉都能通用互换，结合（图5）只需屉侧板的高度满足：屉侧板高度≤屉面板高度－（16+5+18－4）毫米，即： 
　　屉侧板高度≤屉面板高度－35毫米（公式四） 
　　并由（公式二）计算选择一种标准的屉侧板高度规格。 
　　由（公式二）所确定的抽屉侧板高度系列最小高度为76毫米，最大高度为236毫米，共5种标准规格。由于常用人造板材的规格为2440×1220毫米，裁板开料时整板要裁去毛边，以及锯片有宽度按4毫米计算，对高度为76毫米的抽屉侧板计算，则1220÷（76+4）＞15，即每张板裁高度76毫米的抽屉侧板，宽度方向能裁出15块（见图6），使板材的利用率能达到最高值。 
抽屉侧板高度=56+20n(n=1、2、3、7、9)的每种规格都符合优化设计的原理，使所开出抽屉侧板数达到最大值且板材的利用率能达到最高。对于高度小于76 毫米的屉侧板，属于特殊规格，根据板材用料优化原理，其高度应设计为56毫米；但实际应用中会根据具体情况有所改变，且对于高度很小的抽屉还可以改为钉装结构和用三节滑轨来安装。 
　　c、　屉侧板孔位，槽位的确定 
　　根据加工工艺优化原理，要使人为误差，机器误差所产生的误差累积为最小值，各加工定位基准及测量基准需从同一基准出发，即从抽屉侧板底端出发。故设定抽屉侧板底端至抽屉侧板最下孔中心的距离为30毫米（若设定为32毫米，对于96毫米高的抽屉侧板上下两孔形成对称，后一工序难以分辨前一工序的定位基准容易造成误差累积扩大），然后依次按“32mm”系列向上排孔。一般排3个孔（76毫米和96毫米高的屉侧板只排2个孔，无中间的木榫孔），中间的孔作为木榫孔（见图7）。 

　　与屉面板相连接的一端：偏心轮孔大小、深度为直径10×10.5毫米，孔心距端头为18毫米，连接杆孔大小、深度为直径7x×22毫米，圆木榫孔的大小深度为直径6×22毫米； 
　　与屉后板相连接的一端：自攻螺丝孔的大小、深度为外侧面沉孔直径8×2毫米、直径5毫米通孔，圆木榫孔的大小深度为直径6×10毫米，孔心距端头设定为 7毫米。设计为7毫米而不设为屉后板厚度的一半6毫米，是为了使安装后屉后板从屉侧板端头缩进1毫米，从工艺和视觉上能产生完美的效果。 
　　抽屉侧板上槽的位置：设定槽的最下端离屉侧板底端的距离为13毫米。设计为13毫米，是考虑若抽屉跨度过大（大于600毫米）时，需增加一块12毫米厚的抽屉底板托板，以保证3毫米厚的屉底板承载一定重量也不会弯曲脱离屉侧板槽。抽屉底板是嵌入安装，需预留安装余量，取为0.5毫米，故屉侧板上的槽规格为宽4毫米，深6毫米，与屉面板相连接的一端槽要开通，另一端与屉背柜相连接则可以不开通，即： 
　　屉侧板槽长度=屉侧板长度－（7－2）（mm）（公式五） 
　　其中2毫米为开槽镂刀的半径。 
　　2）　抽屉后板的优化设计 
　　a、　抽屉后板的长度确定 
　　一般的抽屉滑轨，其安装计算厚度尺寸为12.5毫米，屉侧板厚度为12毫米，预留1毫米的安装余量，故屉后板的长度为： 
　　屉后板长度=安装抽屉柜内净长度－50（毫米）（公式六） 
　　屉后板高度的确定在理论上应与屉侧板同高。但现实中考虑到对加工误差的补救以及工艺的美观性，屉侧板夹着屉后板，使屉后板顶端略低于屉侧板顶端，能产生完美协调的视觉效果，故通常将屉后板高度设计为比屉侧板高度小1毫米，即： 
　　屉后板高度=屉侧板高度－1（毫米）（公式七） 

抽屉侧板高度=56+20n(n=1、2、3、7、9)的每种规格都符合优化设计的原理，使所开出抽屉侧板数达到最大值且板材的利用率能达到最高。对于高度小于76毫米的屉侧板，属于特殊规格，根据板材用料优化原理，其高度应设计为56毫米；但实际应用中会根据具体情况有所改变，且对于高度很小的抽屉还可以改为钉装结构和用三节滑轨来安装。 
　　c、　屉侧板孔位，槽位的确定 
　　根据加工工艺优化原理，要使人为误差，机器误差所产生的误差累积为最小值，各加工定位基准及测量基准需从同一基准出发，即从抽屉侧板底端出发。故设定抽屉侧板底端至抽屉侧板最下孔中心的距离为30毫米（若设定为32毫米，对于96毫米高的抽屉侧板上下两孔形成对称，后一工序难以分辨前一工序的定位基准容易造成误差累积扩大），然后依次按“32mm”系列向上排孔。一般排3个孔（76毫米和96毫米高的屉侧板只排2个孔，无中间的木榫孔），中间的孔作为木榫孔（见图7）。 

　　与屉面板相连接的一端：偏心轮孔大小、深度为直径10×10.5毫米，孔心距端头为18毫米，连接杆孔大小、深度为直径7x×22毫米，圆木榫孔的大小深度为直径6×22毫米； 
　　与屉后板相连接的一端：自攻螺丝孔的大小、深度为外侧面沉孔直径8×2毫米、直径5毫米通孔，圆木榫孔的大小深度为直径6×10毫米，孔心距端头设定为 7毫米。设计为7毫米而不设为屉后板厚度的一半6毫米，是为了使安装后屉后板从屉侧板端头缩进1毫米，从工艺和视觉上能产生完美的效果。 
　　抽屉侧板上槽的位置：设定槽的最下端离屉侧板底端的距离为13毫米。设计为13毫米，是考虑若抽屉跨度过大（大于600毫米）时，需增加一块12毫米厚的抽屉底板托板，以保证3毫米厚的屉底板承载一定重量也不会弯曲脱离屉侧板槽。抽屉底板是嵌入安装，需预留安装余量，取为0.5毫米，故屉侧板上的槽规格为宽4毫米，深6毫米，与屉面板相连接的一端槽要开通，另一端与屉背柜相连接则可以不开通，即： 
　　屉侧板槽长度=屉侧板长度－（7－2）（mm）（公式五） 
　　其中2毫米为开槽镂刀的半径。 
　　2）　抽屉后板的优化设计 
　　a、　抽屉后板的长度确定 
　　一般的抽屉滑轨，其安装计算厚度尺寸为12.5毫米，屉侧板厚度为12毫米，预留1毫米的安装余量，故屉后板的长度为： 
　　屉后板长度=安装抽屉柜内净长度－50（毫米）（公式六） 
　　屉后板高度的确定在理论上应与屉侧板同高。但现实中考虑到对加工误差的补救以及工艺的美观性，屉侧板夹着屉后板，使屉后板顶端略低于屉侧板顶端，能产生完美协调的视觉效果，故通常将屉后板高度设计为比屉侧板高度小1毫米，即： 
　　屉后板高度=屉侧板高度－1（毫米）（公式七） 
抽屉侧板高度=56+20n(n=1、2、3、7、9)的每种规格都符合优化设计的原理，使所开出抽屉侧板数达到最大值且板材的利用率能达到最高。对于高度小于76毫米的屉侧板，属于特殊规格，根据板材用料优化原理，其高度应设计为56毫米；但实际应用中会根据具体情况有所改变，且对于高度很小的抽屉还可以改为钉装结构和用三节滑轨来安装。 
　　c、　屉侧板孔位，槽位的确定 
　　根据加工工艺优化原理，要使人为误差，机器误差所产生的误差累积为最小值，各加工定位基准及测量基准需从同一基准出发，即从抽屉侧板底端出发。故设定抽屉侧板底端至抽屉侧板最下孔中心的距离为30毫米（若设定为32毫米，对于96毫米高的抽屉侧板上下两孔形成对称，后一工序难以分辨前一工序的定位基准容易造成误差累积扩大），然后依次按“32mm”系列向上排孔。一般排3个孔（76毫米和96毫米高的屉侧板只排2个孔，无中间的木榫孔），中间的孔作为木榫孔（见图7）。 

　　与屉面板相连接的一端：偏心轮孔大小、深度为直径10×10.5毫米，孔心距端头为18毫米，连接杆孔大小、深度为直径7x×22毫米，圆木榫孔的大小深度为直径6×22毫米； 
　　与屉后板相连接的一端：自攻螺丝孔的大小、深度为外侧面沉孔直径8×2毫米、直径5毫米通孔，圆木榫孔的大小深度为直径6×10毫米，孔心距端头设定为 7毫米。设计为7毫米而不设为屉后板厚度的一半6毫米，是为了使安装后屉后板从屉侧板端头缩进1毫米，从工艺和视觉上能产生完美的效果。 
　　抽屉侧板上槽的位置：设定槽的最下端离屉侧板底端的距离为13毫米。设计为13毫米，是考虑若抽屉跨度过大（大于600毫米）时，需增加一块12毫米厚的抽屉底板托板，以保证3毫米厚的屉底板承载一定重量也不会弯曲脱离屉侧板槽。抽屉底板是嵌入安装，需预留安装余量，取为0.5毫米，故屉侧板上的槽规格为宽4毫米，深6毫米，与屉面板相连接的一端槽要开通，另一端与屉背柜相连接则可以不开通，即： 
　　屉侧板槽长度=屉侧板长度－（7－2）（mm）（公式五） 
　　其中2毫米为开槽镂刀的半径。 
　　2）　抽屉后板的优化设计 
　　a、　抽屉后板的长度确定 
　　一般的抽屉滑轨，其安装计算厚度尺寸为12.5毫米，屉侧板厚度为12毫米，预留1毫米的安装余量，故屉后板的长度为： 
　　屉后板长度=安装抽屉柜内净长度－50（毫米）（公式六） 
　　屉后板高度的确定在理论上应与屉侧板同高。但现实中考虑到对加工误差的补救以及工艺的美观性，屉侧板夹着屉后板，使屉后板顶端略低于屉侧板顶端，能产生完美协调的视觉效果，故通常将屉后板高度设计为比屉侧板高度小1毫米，即： 
　　屉后板高度=屉侧板高度－1（毫米）（公式七） 
b、　屉后板上的孔位和槽位的确定 
　　屉后板加工基准及测量基准与屉侧板相同，都是以底端为基准。设定屉后板底端往上至第一个孔孔心距为30毫米，以“32mm”系统依次向上排孔。由于屉后板与屉侧板的连接采用（自攻螺钉+木榫）连接，故屉后板与屉侧板配合对应，最上、下孔规格为直径3×8毫米，中间木榫孔规格为直径6×22毫米；75毫米和95毫米高的屉后板无中间的木榫孔（见图8）。 

　　由于屉后板被屉侧板夹装，故屉后板上的槽要开通。 
对于屉侧板高度小于76毫米的抽屉，屉后板的高度同样适用（公式七），至于其孔位、槽位等加工标准与其相对应的屉侧板配合。 
　　3）　抽屉底板的优化设计 
　　屉底板是嵌入屉面板、屉侧板、屉后板的4×6毫米槽中安装的，故屉底板的规格为： 
　　屉底板长度=屉后板长度+11（毫米）（公式八） 
　　屉底板宽度=屉侧板长度－13+6×2－1=屉侧板长度－2（毫米）（公式九） 
　　开料时屉底板无须考虑纹理方向，可以交错排料以提高板材的利用率 
。　　4）　抽屉面板的优化设计 
　　a、　屉面板尺寸的确定 
　　在设计带抽屉的家具时可以将抽屉设计为内抽屉（抽屉面板嵌于柜侧板内）或盖抽屉（抽屉面板盖住柜侧板）。当家具的外观造型确定，抽屉面板的规格就相应确定。 
　　b、　屉面板孔位、槽位的确定 
　　由于屉面板与屉侧板是用偏心件连接，其预埋螺母孔为直径8×10.5毫米，与屉侧板相对应的木榫孔为直径6×10毫米。由（图5）得知，若为内抽屉时，屉面板底端至屉面板最下孔的孔心距：30+5-2=33（毫米）；若为外抽屉，因柜体底板的厚度可以是16毫米或18毫米，从优化设计考虑，都设定屉面板底端至屉面板最下孔的孔心距：30+5+18－1=52（毫米）；对于纵向多抽屉的家具，不管是内抽屉或外抽屉，都可以按屉面板底端至屉面板最下孔的孔心距为52毫米的标准来设计，以达到通用互换的目的，然后依据“32mm”系统往上排列与屉侧板相对应的各个孔。 
　　屉面板宽度方向孔距=屉背板宽度+12（mm）（公式十） 
　　两端所留的距离平均（见图9）。 

　　屉面板槽截面规格为6×4毫米，槽下端与屉面板最下孔孔心距：30－13=17（毫米）。 
　　屉面板槽长度=屉背板宽度+12+4（毫米）（公式十一） 
　　4mm为开槽镂刀的直径，两端所留的距离平均。（见图9） 
　　5）　屉底板托板的优化设计 
　　对于宽度超过600毫米的抽屉。为保证抽屉的载重能力应增加厚度为12毫米的屉底板托板，其宽度都设计为56毫米。 
　　屉底板托板长度=屉侧板长度－13（mm）（公式十二） 
　　屉底板托板与屉面板采用三合一偏心件连接，与屉后板采用自攻螺丝连接，这时屉面板、屉后板需增加相应的孔位。 
　　综合上所述，对抽屉进行优化设计，使抽屉零部件达到标准化、系列化和通用化，有利于家具企业进行批量化生产，使加工、安装、存储、维护和补件等工作更加方便快捷，有利于提高材料的利用率、降低成本，提高生产率，为企业的持续发展提供有力的保证。

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