榫卯與中國傢具及現代數字化榫卯加工技術應用
榫卯,是古代中國建築、傢具及其它器械的傳統連接方式,是在兩個構件上採用凹凸部位相結合的一種連接方式。凸出部分叫榫(或叫榫頭);凹進部分叫卯(或叫榫眼、榫槽),榫卯結構是中國傢具對世界傢具文化的獨有貢獻,它的特點是在物件上不使用釘子,利用卯榫加固物件,體現出中國古老的文化和智慧。
本文介紹了榫卯的起源、分類和加工方式,引申出古典傢具到現代傢具結構的演變和連接方式的改變,以及整木定製的連接方式和問題。在對比了歐美櫥櫃行業的連接方式之後,從榫卯工藝傳承角度對美國木得易隱形連接件做了比對分析,並介紹了中國整木定製行業對它的創新應用。
01
榫卯與中國傢具
榫卯結構起源於中國。目前考古發現最早的榫卯結構來自於寧波的河姆渡文化遺址,距今已經有7000年歷史。當時的木結構建築使用干欄結構,使用最基本的榫卯來連接木質構件,是以後各種複雜榫卯的起源。
以後隨著中國木質建築工藝水平的發展,榫卯結構也演變的越來越複雜和精巧。目前看到的古建築基本都是木樑柱作為框架,樑柱之間使用複雜的斗拱結構結合。榫卯結構在中國發展到了巔峰,這在世界木結構歷史上也是獨一無二的,歷史上沒有任何一個民族發展出如此複雜的建築構架方式。
中國古典建築
歷史上,傢具的發展一直深受建築的影響,無論是在材料,風格,結構和工藝上都是如此。因此中國古典傢具的也是樑柱構架,並使用榫卯連接,經歷多年的發展,在明清時代達到風格和工藝的巔峰,成為中國古典傢具的代表。
中國古典傢具 紅木椅子
明清傢具簡約、內斂、優美的風格,和榫卯結構是分不開的。榫卯結構的連接完全隱藏在傢具部件內部,傢具部件本身就是連接件,不需要額外使用連接件,傢具的造型才能流暢簡潔。榫卯可以在較小的部件上實現最大的結構強度,所以傢具用料才可以精簡到極致,達到減之一分則少的設計境界。
在中國傢具達到巔峰的明清時期,歐洲也正處於文藝復興階段的高峰,巴洛克風格(1600-1750)和洛可可風格(1700-1800)正在歐洲風行,並對歐洲之後的藝術,建築,傢具,裝飾風格產生了深遠的影響。
歐洲建築材料以石材為主,受其風格影響,歐洲傢具以塊面結構為主,曲線多變,雕刻華美,描金塗漆。下圖為典型的巴洛克風格傢具:
在傢具的結構上,歐洲傢具的連接方式比較簡單,大多使用木釘和木棒隼,並使用膠粘加固,雖有簡單的榫卯應用,但仍處於非常初級的水平,也並非是傢具的主要結構連接方式。
綜上所訴,榫卯起源於中國,雖然並非中國所獨有,但只有在中國才在結構,形制,加工工藝,藝術價值方面發展到了前所未有的高度,並成為中國建築和傢具文化中核心的部分之一。
02
榫卯分類
隨著傢具製造工藝的發展,傢具榫卯發展和衍生出了許多不同的種類,用於實現傢具部件的製造和部件之間的連接。因為尺寸和強度所限,總體來說傢具榫卯要比建築榫卯簡單的多,但是根據應用需要發展出了很多特有的結構,很多結構除了具有實用性之外,還有很高的工藝美術價值,是傢具設計風格中非常重要的組成部分。
按照用途,傢具中的榫卯可分為以下幾個大類
拼板
用於將較窄的板材拼成寬板,比如桌面,椅面,門芯板等。拼板至今仍是木業備料的基本工序,拼板的質量和穩定性對成品品質有著重要影響。除了最簡單的側面拼接之外,對品質要求更高的工廠往往會採用人字槽拼,搭口拼和穿條拼等工藝來增加膠合面積,提高產品穩定性。
拼板拼接
拼板嵌端
用於在直拼板的端頭加裝橫板,如桌面板端頭,門板的邊框等。除了遮蓋木材端頭更美觀之外,也有固定拼板寬度方向變形,增加穩定性作用。
企口鑲端接
直料縱向接長
用於將短料縱接成長料,現代傢具基本都是會使用指接工藝,適合設備批量高效生產。在手工業階段,則完全要通過榫卯結構來實現。
嵌入鑲端接
彎曲件的製作
在中國古典傢具上,普遍使用彎曲和弧形部件,加工時用榫卯將短料接長,以及將彎曲部件連接。
框架的鏈接—平面嵌入
在傢具部件連接時,平面嵌入或者開口嵌入是最簡單的連接方式,對工藝精度要求最低,節約人工,但是強度和耐用性也是最低的。
直角嵌入接
框架的連接—開口插入
開口插入是開口嵌入的升級,比嵌入增加了結構接觸面積。通過過盈配合,在榫頭和卯眼之間產生摩擦力,傢具的結構更加穩固。
直角開口插入明接
框架的連接—夾角連接
在製作「L」型或者邊框型部件時,發展出來的特有連接方式。
夾角多榫開口插入接
相框結構
代表性的有抽屜盒,柜子櫃體等平板連接而成的箱式結構,稱為箱框結構。需要用榫卯將平板連接在一起。其中應用最廣泛的就是各種各樣的燕尾榫,堅固、美觀、耐用。
燕尾對頂接
方材三方向連接
將長,寬,高三個方向的方材部件連接在一起,這是工藝難度最高,也是最具美感的榫卯結構。尤其是其中的綜角榫,代表著中國傢具榫卯的工藝巔峰。在綜角榫連接完成後,整個傢具渾然一體,結構流暢自然,完全看不到連接點,是明清傢具的重要特徵。
雙榫綜角接
03
榫卯的加工
傳統工藝完全是工匠手工加工,榫卯的複雜程度和精度也是傢具價值的重要組成部分。工具仍然是木匠的傳統工具:刨、鑿、鋸、鑽、銼等,只是根據榫卯的特點,發展出專業形制和尺寸的工具。
工匠手工作業的速度很慢,每個榫卯都要從計算,劃線開始,先初步下料,再一步步精修,試裝和微調,直到達到完美效果才可以。一旦任何一步加工失誤整個部件就報廢了,又要從頭開始。
榫卯設備
對熟練工匠的依賴一直是制約榫卯結構大範圍應用的瓶頸,複雜手工勞動帶來的效率低下也大大增加傢具製造的人工成本。
近幾年,國內已經開發出專用的榫卯加工中心,可以加工出包括綜角榫在內的複雜榫卯。常用榫卯的參數已經預存在設備裡面,只要根據部件規格輸入尺寸參數即可自動完成加工,普通工人經過培訓即可操作,生產效率比手工大大提高,是紅木傢具企業實現工業化和批量化的加工利器。
並且用數字化加工方式,進行
加工實例
插肩榫平頭案加工過程
榫卯數字化加工技術:
利用電腦軟體、網路和資料庫,先對產品進行加工設計,然後將這些設計的工藝數據,傳遞到機器設備,實現全程數字化和自動化的生產製作。
北林的伊松林、何正斌等學者,開始了這一方面的研究,將設計師的傢具零件圖,製作出數控制的加工路徑圖,化為加工代碼和製作加工卡,然後利用數控設備製作榫卯。
特點:
正牙條:牙條的輪廓線是不規則的樣條曲線。
腿:輪廓線不規則,插肩榫的榫肩不是45°,加工過程難調準。
現有的加工方法:
1、用薄板(密度板、膠合板等)按照圖紙做出模具。
2、靠著模具,把輪廓線畫在木料上。
3、把畫好線的木料用細木工帶鋸大致的加工成需要的形狀。
4、把模具用釘子釘在上一步完成的木料上,在地鑼上加工,模具靠著軸承。
5、尖角部分需要留出一小部分,故意不加工到位,等組裝後再用木銼銼掉。
加工過程複雜且技術含量高。
當然,只加工一兩件,手工還是佔優勢的,但是如果大批量、長期生產,那數字化生產就有絕對的優勢,而將來可能是唯一的選項。
利用數字化加工:
——安全
——操作簡單
——長期使用成本很低
——精度高,達到0.1mm的誤差
目前這些數字化設計,都有現成的軟體,比如JT Paint等等,非常方便。
這是值得推薦的一種生產方式,當然還有許多值得進一步研究的方式,但這是一個趨勢,一個讓傳統傢具生產進入工業化、智能化的趨勢。
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