数控技术在木材加工装备上的应用【批木网】
发布时间: 2016年01月05日 13:31:00
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当前，我国数控木材加工机械在木材加工机械中所占的比率很小，与发达国家比相差甚远，因此，提高这一应用比例，是行业技术水平和整个行业发展的需要。数控机械的应用是我国木材加工行业现代化的标志，中国的木材加工工业若要真正做成世界一流的产业，必须依赖数控技术的广泛应用。木材加工机械行业作为家具、木制品和人造板行业的基础产业，理应成为国际领先的数控机械制造业。
1我国数控木工机械的应用现状近年来，国内数控木工机械低端市场中，国产数控镂机已占主导地位，同时，国产通用木工机械的数控化改造也有了极大的进展。虽然我们在整体水平上落后于国外，但日益强大的木材工业为国产数控木工机械开辟了广阔市场。目前，在世界市场上，来自中国的低档数控木工机械已有较强竞争力，前景看好。
M国产低档数控镂铣机的价格己走向谷底自从牡丹江木工机械厂同东北林业大学合作研制的多头数控镂铣机成功以后，数控镂铣机在国内展会上始终是数控木工机械的主导和代表产品。国际数控镂铣机主要生产厂家在逐步转向专用镂铣机的同时，将传统通用数控镂铣机进行了大幅度的改进。在这场技术变革中，我国的生产厂家基本未能跟上国际发展的步伐，而是在低档水平上进行大量重复性生产。2007年初，个别厂家对4x8尺台面、单头没有吸盘的2.2kw简易电主轴数控镂铣机的报价为2.8万元，这已降到这类机器的谷底。这一报价彻底打碎了那些想以此低端产品进入数控木工机械市场大门的梦想。现阶段，在木材加工行业试探性地开发数控设备的选型已成一个难题。值得一提的是，上海跃通以木门专用数控加工机床作为进门开山产品的明智做法值得业内厂家学习。
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1.2国产数控木工设备开始向多样化发展随着山东莱州精密数控机械有限公司等几家中小型机械制造企业专业开发的数控镂铣机产品的推出，包括北京铭龙天同科技有限公司、南京威克科技实业有限公司为代表的一些公司在中国数控镂铣机市场已初具规模。他们已经在自动换刀、多工位、多头、多功能吸盘等技术上超出刚刚起步的厂家。广东马氏推出的数控开榫机、广东南兴推出的数控裁板锯、上海跃通推出的数控木门综合加工机床、青岛新鸿泰推出的数控带式砂光机、南京林业大学推出数控曲线锯、东北林业大学研制的数控原木形状识别系统、数控弯曲木沙发扶手生产线等一定程度上表明了我国木材加工真正开创了数控加工的新时代。1.3国内数控家具加工机械仍然是以进口为主国内木材加工机械企业在数控机械的生产能力方面与国际大公司相比相差甚远。中国家具工业的崛起是在没有国产数控家具机械的支持情况下主要依靠进口国外设备、扩大企业规模和提篼工人技术水平来完成高端产品创新的。中国家具工业在低水平设备和小规模生产装备下艰难地发展，但他们却创造了奇迹，到2005年，中国家具工业终于超过意大利，成为世界生产大国。现阶段，我国家具机械生产厂家在生产能力方面和国际大公司相比，基本停留在发达国家30年前的水平。我国家具生产基本处于机械化生产阶段，而发达国家的家具生产已形成生产线，基本实现数控集中控制。目前，国际上数控技术已渗透到家具加工的各个工序，家具加工CAD/CAPP/CAM集成化的发展已经具体化，家具工业已经达到具体产品的全套数控化生产。由于国产家具数控设备没有跟上国际开发的步伐，导致国内家具企业的数控设备基本全靠进口。
2中国数控木工机械急需解决的技术问题2.1电主轴选择的问题对木制品及家具加工数控机械来说，电主轴是不可或缺的部件。各种传统木工铁床的主轴常用转速是不同的，而现在各电主轴生产厂家提供的电主轴主频转速往往是一样的。从效率上看，电主轴的主频率应该和木工铣床长时间工作转速相近，这样，铣床才有可能发挥最大的效率。虽然电主轴可以无级变速，但在离主频转速太远的频率下工怍，效率将大幅度下降，工作特性不好。多数木工机械速度变化和现在电主轴的主频速度不一样，而许多电主轴的开发厂家不了解木工机械的这些特性。例如通常18000rpm的电主轴，不适合通常在7000rpm转速的机械上工作。
2.2导轨组件的系列化和专业化问题现在木工机械上用的滚动导轨多数是生产厂家利用购买的导轨配件配对安装的，由于没有专用工具和检测仪器导致滚动导轨精度无法保证，甚至出现蹩劲的现象。在金属加工机床生产中，有专业生产导轨的企业，但这些导轨的价格不菲，木工机械企业根本承受不起。
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随着数控木工机械产量的增加，专业木工机械导轨的生产必须提到议事日程上来。从长远来看，数控木工机械厂家应该促进导轨生产厂家专业性地生产木工机械专用的滚动导轨，而且要大幅度降低造价。2.3数控系统调速范围的变化率急需增大我国数控机床的系统已经标准化，而且最近几年系统的价格急剧下降，但标准化系统的主要应用对象是金属加工机床，特点是进给速度慢，变速级别多，需要控制的点少。目前，木工四面刨床的刀轴数量和进给辊的数量远远超过绝大多数金属加工机床。因此，现在的标准化数控系统对木工机床来说往往其进给速度的变化范围不够大，且面板标识的含意有差异，很难完成木工机床的全部功能，特别是专用设备应用标准系统，问题更大。
2.4步进电机控制系统开发止步不前由于木工机械精度较低，稳定性要求也低，一般开环控制就可以保证精度。通常数控木工机械采用步进电机作为驱动电机。由于步进电机控制系统的价格大约是伺服电机价格的1/3~1/8，在金属加工机床上现在很少应用，导致绝大多数数控系统开发公司逐渐减少步进电机控制系统的开发，甚至很多公司拒绝开发，这就严重影响了普通数控木工机械的发展。到目前为止，我国还没有数控木工机械专用的系统。
2.5数控标准系统的电控接口数量不足数控木工机床需要控制的点远远超过一般金属加工机床，标准数控系统接口的输入输出控制点的线数相对于木工机床所需线数来说已经不够。一般木工铁床的进给系统比金属加工机床要复杂，需要控制的部件多，但精度远远低于金属加工机床。因此，木工机械的数控和电控系统很难统一，即在数控系统存在的同时，还要设计电控系统。东北林业大学设计的数控弯曲木沙发扶手专用成型机床，其电控系统几乎完全独立于数控系统，这是违反数控设计规则的，但目前数控方面国产化的硬件系统只能提供这样的系统。
2.6数控软件的非专业化带来大量问题到目前为止，国内还没有木工机械专用的数控软件系统，利用通用软件给木工机械带来的不便不胜枚举。
国外的数控木工机械的源代码又不会给我们，因此开发国产专用木工机械软件势在必行，但由于种种原因使这一开发举步艰难。现阶段，国内机械制造企业竞相开发低档数控镂铣机实属无奈之举。
3数控技术在我国木材加工机械上的主要应用范围数控技术的应用将促进我国木工机械的现代化，但从数控技术的哪些方面入手，逐步向高精度、高质量、高集成化、自动化的方向发展，这是木工机械学界应该探讨的问题。确定各个企业正确的研发方向和提高我国数控木工机械的应用范围对木工机械的发展极为重要。
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3.1批量生产木制品生产线的集中控制系统目前，国内家具及建筑木制品企业迫切需要数控生产线，如门窗的四面成型、开榫与压条、组装、喷漆。烘干、五金件开槽孔与安装、塑封、包装等工序的数控成套设备的群控、椅子数控加工生产线、木制包装底盘的数控加工生产线、木制房屋的数控加工生产线、餐桌数控加工的成型生产线等。这些由多台数控机床构成的生产线需要利用计算机群控技术，需要将单机的功效提高到极点，以实现制品的低成本批量生产，提高产品的质量和劳动生产率，降低成本并增强企业竞争力。对于木制品生产线的主要数控群控产品，今后需着重发展单台数控设备的联网、视频监控、过程检测、集中调控等技术。不难看出，数控设备集中控制的专业化将成为我国木材加工数控产品的开发趋势。批量生产木制品数控成套设备的开发时代已经到来。3.2利用数控电主轴逐步替代木工机械传统主轴木材加工机械最大的特点是高转速。传统的木工机械采用的普通电机其主轴转速只能到8000rpm，而且不适合变速。随着数控技术的普及，7.5kw简易电主轴的报价已跌至5500元。开发转速在4000~15000rpm的电主轴系统的投资较5年前也下降了24倍。因此，开发实用、廉价、功率大、转速变化范围大、专业化程度高、可连续工作的数控木工机床专用电主轴，其整体价格还有下降的空间。目前，国产木工铣床、刨床、锯床的主轴都是高速主轴，并且基本上都是各个厂家自己生产，没有专业化。随着数控技术的普及，电主轴的专业化生产必然有广阔的市场。
3.3国际市场高端数控产品的国产化技术当前，发达国家木工机械数控技术已经普及，随着市澈争的加剧，往往造成高端产品的低价化。现阶段，中国的数控技术应该有能力降低国外数控木制产品的生产成本和设备投资，使其获得更高的利润。我国木工机械行业如果对国产数控设备的可靠性、数控软件的可用性、数控设备专业化水平、连线和自动化的配套技术等方面有突破性进展，同时瞄准国外数控技术的需求，也完全可以跻身干国际市澈争行列。其实，国内的数控木工机械厂家已经贴牌走出国外，对国外产生了一定的影响。如果我国能够在数控木工机床的设计中将刀库中刀的数量、换刀速度、软件的开放式程度、界面的友好性能、CAD自动接口、扫描自动分层编程、自动化程度、精度、功能、生产率、劳动力成本等优势方面综合起来，设计出具有中国特色的数控木工机床，我们将具备超越现在发达国家数控木工机床产品的实力。
3.4木工机械进给系统迫切需要数控技术的参与传统木工机械由于进给系统调速范围大、工作行程和返行程移动速度差异大、行程过程要求变速、进给精度低、进给联动要求高、曲线进给和插补进给多，因此，推广数控技术有很大的市痴间。木工机械应用数控技术以后，完全可以实现进给系统的大范围调速。数控调速范围是机械变速根本没法比拟的。木工机械工作行程和返行程速度变化大，这类传统设备难以解决的问题，数控技术可以轻而易举的解决。木材在开始吃刀和刀具退出木材的瞬间所出现的啃刀和超差问题在利用数控技术后也可以迎刃而解。利用数控技术控制进给可以使刀具轻轻的低速接近木材，吃刀以后再高速速进给。同理，在退出工件时，刀具也逐步降速，使其轻轻地低速离开木材，从而可以完全保证加工精度。由于木制品加工精度较低，同样进给精度要求也低，所以数控步进电机的系统完全可以满足要求。现在市场上扭矩相当于0.75kw电机的2维数控系统的报价在5000元以下，若构成2个普通电机、2个无级变速器的机械进给系统，其价格也不低，而且没有办法实现集中、时时控制、变速控制。因此，数控在木工机械进给系统上大有作为。
3.5木工机械在仿形与钻孔等工序的数控化势在必行木工数控加工中心可以完成制品加工的绝大多数工序，而仿行铣只有生产批量大时，才可体现其优势。现阶段专用的仿形铣一直畅销，但数控化普及以后，其存在的意义几乎不大。数控专用异型加工机床的市场价格现在就已经低于档次略高的仿形木工铣，且利润较高。东北林业大学设计的数控弯曲木沙发扶手正面多工位曲线成型粗铁设备和精铣设备是双头专用成型机床，换工件仅需重写程序，不用做靠模。此机床台面若为3x7尺，价格在17万元时用户仍可接受，而且相对于数控镂铣机有丰厚的利润。而这样大型的双头仿型镂铣机其价格可能超过同样大型的数控机床，而且靠模的制造费用高，使用成本高，操作复杂。
多排钻的情况也是如此。传统多排钻样式多，功能复杂，实用性差，钻头太多，调整不便。随着市场的饱和，利润已很低。实际上，多头数控钻床已完全可以替代各种各样的多排钻，而且还可以合并多排钻的各种型号。
4我国数控技术在木材加工机械方面的应用加工技术的进步依赖加工机械的技术进步。中国木材加工机械的数控化是发展家具和人造板生产的希望所在。
4.1批量生产家具生产线的数控技术的应用随着我国家具产业的扩大，批量生产家具以降低成本、提高产品质量、利润和劳动生产率为目的的数控改造问题已十分突出。中国的木工机械厂家要有决心把自己打造成中国的豪迈和SCM.东北林业大学设计完成的年产12万件沙发扶手的数控生产线就是利用数控设备改造原有传统生产线的一个范例。数控家具生产线各不相同，但其中仍有共性可寻。由于数控技术的通用性，各种零件的加工无非是矩形多面体表面成型加工、回转体表面成型加工、盘类形体加工、板类零件加工等。如果数控技术完成了上述这些形体的粗加工、精加工、自动上料装夹、砂光等工序，则数控生产线的基本技术就已基本完成。随着科学技术的发展，家具工业的模压成型、开榫、成型、组装、喷漆、烘干、五金件开槽孔与安装、塑封与包装等工序的数控可能更加专业化，但这些专业化设备的数控开发更多的是针对具体的产品，设计开发的任务量大。现阶段，我国木工机械的企业一般不能承受上述这种水平的开发，因此，迅速提升我国木工机械的设计水平是当务之急。同样，椅子数控加工生产线、餐桌数控加工的成型生产线等批量生产木制品的数控成套设备生产线的研制时代已经到来。
4.2木材加工的自动化生产线的数控技术现阶段，国内多数木制品企业属于劳动密集型的产业。随着工人工资增加和企业竞争加剧，生产的自动化已成为木制品企业的未来发展方向。对于想开拓国际市场的木制品企业来说，不开发新的加工自动化生产线，根本就不可能，而且国外高档木制品订单注往要求企业必须达到数控加工的水平。木材加工的各道工序实现数控化以后，往往将其连线就是自动化生产线。对大多数企业来讲，利用自动化生产线稳定产品质量、提高劳动生产率、降低用工成本、提高市澈争力、减少设备维护成本已经是未来发展的必由之路。现在，大多数木工机械生产企业都在寻求新的利润增长点，全自动数控木材加工设备已成为他们首选的开发目标。为加工用户提供大型、智能化、数控化、全自动、机器人化的全新木材加工设备，如数控集成材生产的节子自动化剔除设备、纵拼横拼自动化智能数控拼板机、自动化上下料和多工位加工数控组合加工中心、光控圆锯自动调整数控机床、新型木窗数控加工生产线、数控雕刻的木门加工生产线、地板加工的全自动无人化的数控生产线等，将是木工机械行业未来10年的开发远景。
我国门窗的四面成型、开榫、压条一次成型、组装、喷漆、烘干、五金件开槽孔与安装、塑封与包装等工序的数控加工生产线，木制包装底盘的数控加工生产线，木制房屋加工生产线的数控化，模板数控加工检测生产线等都是传统通用设备不可能完成的。不难看出，传统数控镂铣机终将被这些专业的数控设备所代替，而且数控设备的专业化也将成为我国木材加工数控产品开发的趋势，通用数控镂铣机所代表的木工机械的时代已经过去。
4.3数控通用机床的技术进步数控镂铣机单臂悬臂的结构方式可以使装卸工件方便、机床结构简单、便于维护，完全可以保证木制品的加工精度要求，应该是数控镂铣机的开发方向。目前，应该开发单头数控镂铣机。应在刀库中刀的数量、换刀速度、软件的开放式程度、界面的友好性能等方面下功夫。在单件小批量生产中，功能强大的数控镂铣机是非常适用的。数控镂铣机工作台的数量要逐步地增加，以保证其在生产线上连续工作，使工件加工的辅助时间和工作时间重合，以大幅度提高工作效率。
高速刨削是提高刨床生产速度的一种改进方法。开发在一台刨床上实现板方材多种形状刨削的四面刨床，将最后一对刀轴设计成数控的可铁削花样的刀轴，增加刨刀机夹不重磨刀块的形式，将数控木工车床和数控木工铣床复合，开发数控回转体为主形状的加工设备，开发数控封边设备，解决超厚人造板封边的难题等是企业现阶段应该解决的问题。现阶段，研制数控自动多功能的封边机对于板式家具封边机来讲是一场革命。板式家具封边机的自动化程度、精度、功能、生产率、劳动力成本都将是传统封边机在改造其结构方面应考虑的因素。开发板材的数控检测设备，发展各种木工机械的数控化技术，逐步使各种木制品加工的数控加工机械向高精度、高质量、高集成化、自动化方向发展是我国木工机械新产品开发方向的重点。
5结束语当前，我国木工机械制造业应充分利用国际先进数控技术，不断加大数控技术开发的投入。实现我国木材加工的数控化任重道远，我国木工机械具有无限光明的发展前景。确定最佳的数控产品作为企业走进数控设备市场的敲门砖，发展具有中国特色的木材加工数控机械，只有这样，才能在经济全球化的过程中使我国木工机械的数控新技术再创辉煌。
来源：批木网整理
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