国外数控木工机械发展概况

我国４３５个驰名商标和１１０５个中国名牌中还没有人造板机械产品，２００５年还没有一家获得国家质量免检的人造板设备生产企业，通过欧盟ＣＥ认证的人造板设备生产企业不超过１０家［６］。据国家木工机械质量监督检验中心统计，２００４年人造板机械产品质量综合合格率为６５．１％。

“十一五”期间，我国人造板设备制造行业必将在国家宏观政策指导和协会引导下加强品牌建设，在人造板设备生产领域创建一批中国名牌和商标，使该领域步入品牌时代。

参考文献：

［１］

陈雄伟．木工机械与国内木制品市场热点现状与策略［Ｊ］．国际木业，２００６，３４（３）：１６－１７．

［２］李志仁．充分发挥行业自身优势，实现国内外市场双赢［Ｊ］．国际木业，２００６，３４（３）：１０－１３．

［３］马启升．２００２年我国林木机械进出口情况分析［Ｊ］．林业机械与木工设备，２００３，３１

（８）：４－７．［４］马岩．中国木工及人造板机械在东南亚发展的对策分析［Ｊ］．国际木业，２００７，３７（３）：１８－２１．

［５］马启升，郭晋兴．世界木工机械主要生产国家和地区出口情况分析［Ｊ］．中国林木机械，２００７，（２）：２６－３１．

［６］我国人造板工业“十一五”展望［Ｊ／ＯＬ］．广西林业产业信息网，

２００６，５．

国外数控木工机械发展概况

胡万义

（东北林业大学，黑龙江哈尔滨１５００４０）

摘

要：介绍了国际数控技术的发展以及数控技术在木工机械领域的应用。

关键词：木工机械；数控；发展中图分类号：ＴＳ６４２

文献标识码：Ａ

文章编号：１００１－４４６２（２００８）０２－０００７－０２

装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高技术产业和尖端工业的实用技术和最基本的设备。数控技术是典型的计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术和信息处理技术密切结合的机电一体化高新技术，是实现制造过程自动化的基础，是自动化柔性制造系统的核心。木材加工过程的数控技术是由金属加工中的数控技术逐渐发展转变而来的，是木工机械设备中最复杂、科技含量最高的技术。它已成为衡量一个国家木工机械制造行业科技发展水平的标准，因此有必要对国际数控技术的发展过程做一历史回顾，以利于促进我国木工机械制造行业的科技发展。

１数控机床诞生概况

１７７７年，英国的米勒发明了圆锯机，开始以旋转方式锯切木材并在造船厂等处陆续广泛使用。１８０８年，英国的希鲁纳制造出用钢铁制作的圆锯机，从而使蒸汽机操作获得成功。被后人称为“木工机床”之父的英国

造船工程师Ｓ

?本瑟姆（Ｓ．Ｂｅｎｔｈｅｍ），从１７９１年开始相继完成了平刨床、铣床、镂铣机和钻床等木工机床的发明。当时这些木工机床的结构是以木材为主体，只有刀具和轴承是金属制作的，虽然这种结构还不完善，但与以木工工具为主的手工作业相比，显示出了高效率这一突出优点。它们的研制成功为数控机床的研制提供了装备基础。

从１７７７年人类发明现代木工机床至今已有２３０年的历史。中国第一台木工机床诞生于上海木工机械厂的前身华隆机器厂（１９２７年），至今已有８０年的历史。人类在长期使用木工机械的同时，随着科学技术水平的不断提高有了很多新的发现、发明和改进。到２０世纪的１９４６年，诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是减轻体力劳动的工具相比，产生了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。６年后

（１９５２年），计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床，该机床是由美国帕森斯公司和麻省理工学院伺服机构研究所为推进导弹和飞机研制而开发的三轴控制ＮＣ铣床。１９５５年，数

收稿日期：２００７－１２－０２

第３６卷第２期

林业机械与木工设备

Ｖｏ１３６Ｎｏ．２２００８年２月

ＦＯＲＥＳＴＲＹＭＡＣＨＩＮＥＲＹ＆ＷＯＯＤＷＯＲＫＩＮＧＥＱＵＩＰＭＥＮＴ

Ｆｅｂ．２００８

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控机床进入工业化应用阶段，在复杂曲面的加工中发挥了重要作用，这也是机床加工业ＮＣ化的开始。１９５８年，卡尼一特电卡公司研发出加工中心，同年，麻省理工学院完成自动刀具程序设计。１９６０年以后各ＮＣ制造厂商开始研究改进ＮＣ功能，扩大金属加工机床的应用范围，并发展应用到其它行业。当时由于计算机技术还不够成熟，所以数控机床没有得到及时的普及，在木材加工机械中没有得到应用，只是在金属切削机床上使用。当计算机技术不断成熟、不断发展，经历了电子管、晶体管、小规模集成电路和小型计算机控制后，进入了微型计算机控制，人类才开始把数控技术普及应用于各种加工领域。

２数控技术发展概况

从１９５２年第一台数控机床诞生到现在，数控技术经历了两个阶段和六代的发展。

２．１数控（ＮＣ）阶段（１９５２～１９７０年）

早期计算机的运算速度很低，虽然对当时的科学计算和数据处理影响不大，但不能满足机床控制的实际要求，人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（ＨＡＲＤ－ＷＩＲＥＤＮＣ），简称为数控（ＮＣ）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即１９５２年的第一代——

—电子管时代；１９５９年数控系统采用了晶体管元件和印刷电路板技术，使系统的可靠性提高、成本下降，数控技术跨入第二代——

—晶体管时代；１９６５年，随着体积小、功耗低的小规模集成电路在数控系统中的使用和专用功能器件的出现，数控系统以其更可靠的性能进入第三代——

—小规模集成电路时代。这三代数控系统均为硬件式数控，零件程序的输入、运算、插补及控制功能均由专用硬件来完成，其功能简单，柔性通用性差，设计研发周期较长。

２．２计算机数控（ＣＮＣ）阶段（１９７０年～现在）

到１９７０年，通用小型计算机已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，系统中的许多功能由软件来实现，从此数控技术进入了第四代——

—计算机数控（ＣＮＣ）阶段。

１９７１年，美国ＩＮＴＥＬ公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件——

—运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（ＭＩＣＲＯＰＲＯＣＥＳＳＯＲ），又可称为中央处理单元（简称ＣＰＵ）。

随着计算机技术的飞速发展，到１９７４年微处理器被用于数控系统。从此数控系统进入了其发展史上的第五代——

—微处理器时代。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富余（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型计算机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。２０世纪８０年代后，随着数控系统和其他相关技术的发展，产品逐渐规格化、系列化，数控系统的效率、精度和可靠性进一步提高，投资少、见效快的柔性加工系统ＦＭＳ进入实用化阶段。

到了１９９０年，ＰＣ机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于ＰＣ机的阶段，即第六代数控系统——

—开放式数控系统。

总之，计算机数控阶段经历了三代。即１９７０年的第四代——

—小型计算机；１９７４年的第五代——

—微处理器和１９９０年的第六代——

—基于ＰＣ机（国外称为ＰＣ－ＢＡＳＥＤ）的开放式数控系统。

需要指出的是，国外早已改称为计算机数控（即ＣＮＣ），而我国仍习惯称数控（ＮＣ）。我们日常讲的“数控”，实质上都是指“计算机数控”。

３数控技术在木工机械领域的应用

１９６６年，瑞典著名的柯肯（Ｋｏｃｋｕｍｓ）公司建立了电子计算机控制的自动化制材厂，１９６８年，日本的庄田公司将数控技术应用于木材加工机械产品中，制造出第一台数控镂铣机，也就是说数控木工机械的诞生距今也只有４０年左右的历史。自第一台数控木工机械诞生后，日本、德国、英国和意大利等国家的一些木工机械制造厂家，应用机电一体化技术，相继推出了种类繁多、技术先进的各种木工机械产品。１９８２年，英国的威德金（Ｗａｄｋｉｎ）公司开发了ＣＮＣ镂铣机和ＣＮＣ加工中心。从１９８２年起意大利的ＳＣＭ公司相继开发出木工机床柔性制造系统ＳｙｓｔｅｍＩ、ＳｙｓｔｅｍＩＩ和ＳｙｓｔｅｍＩＩＩ，即由一台贯穿式直边四面刨床、一台直角变换传送辊、一台双面开榫机、一台四面成型刨床组成系统，在８ｈ以内可以变换２５项工作，停机时间不超过５％，加工窗框每件只要２～５ｍｉｎ。此时数控技术在木材加工机械上的应用开始普及。由于数控木工机械产品集自动控制、计算机技术、精密测量等技术于一体，使其具有适应多品种、小批量、高效率、产品更新换代周期短、劳动生产率高、产品精度高且质量稳定等许多优点，特别是数控镂铣机的出现，迅速推动了木材加工的现代化，使得木材加

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工机械的发展同步于机械制造业，并有效地带动了家具、建材、室内装饰等领域的快速发展。

进入２１世纪，随着科学技术的发展，数控技术又进入了一个新的发展阶段。在２００５年、２００６年、２００７年国际知名木工机械展会上都展示了新一代数控木工机械产品，传动多轴（６～８根轴）龙门进给式的数控木工镂铣机已代替了少轴（１～２根轴）的半臂悬臂结构，并安装了刀具库，换装刀时仅用０．５ｓ的时间就可将所用切削刀具自动安装在刀轴上。由于刀具种类的增加，使现代数控镂铣机能够完成多道工序的木材加工，有效地扩大了加工范围。另外，大型数控木工镂铣机的长度达到了３０多米，高度则达到了１０多米。为了减少工件安装时间，提高生产率，有些机床的工作台增加到４～６个，能实现边加工边安装工件的操作，节省了工件安装时间。目前世界上主要生产数控系统的厂商是日本的发那科（ＦＡＮＵＣ）、德国的西门子、日本的三菱、法国的纽姆和西班牙的凡高等。其中日本发那科生产的产品在产量上居世界第一位。该公司现有职工３６７４人，科研人员超过６００人，月产能力７０００套，销售额在世界市场上占５０％以上。

４结束语

数控技术和数控装备是现代化制造业的基础。这

个基础直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，也关系到整个国家的战略地位。我国数控技术在应用上与发达国家相比差距还很大。目前，我国机床的数控化率仅为２％左右，而日本高达３０％，美国则超过了４０％，我国的高档数控技术市场的９５％仍被外国公司占据，据科技部提供的数据显示，我国全社会固定资产中设备投资的２／３用于进口设备，数控机床的７０％依赖进口。因此，制定符合中国国情的总体发展战略方针，确立与国际接轨的发展道路，对我国数控技术及产业的发展至关重要。

参考文献：

［１］叶佩青，等．数控技术的现状及发展策略［Ｊ］．机械科学与技术，１９９７，（３）．

［２］刘兰生．数控镂铣机的开发与应用［Ｊ］．林产工业，１９９８，（５）．［３］李冬梅．数控技术在机械制造中的应用与发展［Ｊ］．中国科技信息，２００６，（１０）．

［４］马岩．中国木材工业数控化的普及［Ｊ］．木材工业，２００６，（２）．［５］花军．现代木工机床设计［Ｍ］．东北林业大学出版社，２００４．［６］南生春．浅谈数控技术在木材加工机械上的应用［Ｊ］．木材加工机械，２００４，（１）．

［７］孙荣创．数控技术及装备的发展趋势及策略［Ｊ］．中国科技信息，２００６，（１２）．

［８］马岩．数控技术在木材加工装备上的应用［Ｊ］．木材加工机械，２００７，（５）．

重，会使刃口变钝，切削力增大。但这把刀具除了切削之外，还有靠弹性稳定切削的作用，刀具的后刀面与板的接触面积不能太小，所以后角不能太大，否则起不到稳定的作用。综合考虑这两方面的因素，我们选择刀具的后角β为８°￣１０°。根据工作后角的大小和刀具水平安装角度可计算出刀具的实际后角β′＝α－β，大约为２°￣７°。

４．３优化排屑功能

切屑的不断堆积必然会阻碍切削运动的正常进行。所以及时将切屑排除干净是非常必要的。该清边机上共有四把清边刀具，各负责切削板两边的上下余料，每把刀具只切削一边，这同时也给排屑带来方便。因为刀具倾斜一定角度安装，上切削边的切屑会因重力顺着刀面下滑到废料小车里，另外刀具呈平板状，切屑也不易缠绕在上面；而下切削边切屑因重力作用更容易直接掉到废料小车里。这样就避免了切屑阻塞现象的发生。４．４简化工序

该设备整个清边过程工序非常简单，所需工序少。而且进板、夹紧，清边、退板四个工序同步进行，大大缩短了生产时间，提高了生产效率。

４．５简化设备，降低成本

改进后的设备与原设备相比少了单独的夹紧机构、刀具运动导轨机构和清刷机构，大大简化了设备结构，降低了设备成本。

参考文献：

［１］华毓坤．人造板工艺学［Ｍ］．中国林业出版社，２００２．

［２］郑文虎，张玉林，詹明荣．难切削材料加工技术问答［Ｍ］．北京出版社，２０００．

第一作者简介：王野平（１９６３－），男，江苏丹阳人，同济大学机械工程学院教授，主要从事机械设计与制造、摩擦学及测试技术等方面的教学和研究工作。

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