1 現代數控技術的應用

　　1.1 數控技術簡介

　　數控技術是用數字信息對機械運動和丁作過程進行控制的技術，它是集傳統的機械制造技術、計算機技術、現代控制技術、傳感檢測技術、網絡通信技術和光機電技術等于一體的現代制造業的基礎技術，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造、世實現柔性自動化、集成化和智能化起著舉足輕重的作用。數控技術是制造自動化的關鍵基礎，是現代制造裝備的核心，其水平的高低和數控裝備擁有量是衡量一個國家工業現代化的重要標志。

　　1.2 數控裝備簡介

　　數控裝備是應用數控技術對工作機械的加工過程進行控制的裝備，是以數控技術為代表的新技術對傳統制造產業和新興制造業的滲透而形成的機電一體化產品，即所謂的數字化裝備。

　　數控技術應用最早、最成功的是制造業，數控裝備最典型的代表是數控機床。

　　數控裝備提高了傳統機械制造業的加工性能，可以精確加工普通機床無法加T的復雜零件，有效提高了加工質量和效率，實現了柔性自動化生產，并向智能化、集成化方向發展。其技術范圍覆蓋眾多領域，如機械制造技術，信息處理、加工、傳輸技術，自動控制技術，伺服驅動技術，傳感器技術及軟件技術等。

　　1.3 數控技術的應用

　　現代數控技術已廣泛應用于木材和人造板加工裝備和成套技術裝備，對木材、人造板和竹材等進行鋸切、銑削、雕刻、鉆孔、刻槽、封邊、砂光等精深加工，能夠保證木質部件的加工質量和復雜形狀，從而提高木質產品的美感和技術附加值。

　　木材和人造板主要的加工設備有數控多片鋸、數控裁板鋸、數控帶鋸機、數控鉆孔機、數控鏤銑機、數控加工中心、數控仿形刃磨機等單機設備，也有原木制材加工、木結構房屋加工、木門窗加工、木材指接加工和木材檢測等成套生產線設備。其主要產品有床頭板、柜門、門板、電視柜、座椅、音響部件、鋼琴板、樂器零件等非結構用木質材料，以及建筑木梁、木屋頂、木墻體、樓梯構件、木門窗等結構用工程材料。此外。還有廣泛應用于其他行業，如下藝美術行業中的人物肖像和豈術浮雕的雕刻，廣告、標牌、賀匾的雕刻，有色金屬鑄造木模和塑料模具加工等。

2 國外主要木材和人造板數控裝備

　　2.1 木材數控鋸切設備

　　2.1.1 數控多片鋸或剖分鋸

多片鋸既可以鋸切優質的闊葉樹方材，也可以將紋理、色澤美觀，材質良好的木材原料去除缺陷，膠合成集成方材或按不同的組合方式膠合成方材后再進行鋸切加丁。鋸切后的產品多應用于地板基材、膠合木或作為裝飾表板復貼在術制品表面。

　　典型的數控多片鋸主要進料系統、激光頭、鋸片組和控制系統等組成。采用nr見的激光作為定位與輔助標線，各鋸片的方向與激光劃線保持一致。各激光頭和鋸片的位置控制分別采用伺服電機驅動，以保證各鋸片與激光劃線的位置塒中。還可根據鋸切板材寬度的耍求，隨時變化激光頭的劃線位置，鋸片組也應相應調整位置，使其與激光劃線保持一致。數控多片鋸集成了激光技術和數控技術，操作方便，提高了板材鋸切的牛產效率。德國WEINIG、奧地利WINTERSTElGER等是木材數控多片鋸設備的豐要制造商。

　　2.1.2 數控裁板鋸

　　數控裁板鋸主要由豐鋸、先導鋸、傳動裝置和進料控制系統等組成，主要應用于現代板式家具中人造板零部件的加工。叮根據所加工的零部件尺寸和裁板要求，自動計算優化裁板方案和提高板材利用率，同時還能自動生成裁板圖，一次裁出精料，囚此進料定位控制和加工精度等直接影響家具零部件的精度。數控裁板鋸通過光電編碼定位反饋系統，利用直線型和旋轉型光電編碼技術及計算機閉環反饋控制技術，可實現板式家具下料的高精度定位及加工。隨著板材高速鋸切加工的要求越來越高，對數控裁板鋸的移動速度、快速響應、準確定位、高蘑復定位精度、自動上下料等方面都提出了更高的要求。

　　德國HOLZMA、意大利GIBEN和SELCO、奧地利SCHELLING等足木材數控裁飯鋸設備的主要制造商。

　　2.1.3 數控帶鋸加工中心

　　帶鋸加工中心由帶鋸切削頭、數控工作臺、控制系統和機架等部分組成，采用數控自動進料方式，切割線由CNC數控程序執行，主要用于實木拼板和多層膠合板的曲線鋸切。

　　帶鋸切削頭上裝有回轉機構，，切削頭可在±45°范圍內旋轉，以保汪帶鋸條與鋸路位置相適應。數控工作臺由伺服電機驅動，町以實現x軸和Y軸方向的運動。工件由氣缸央持在數控工作臺上，可根據沒計要求完成各種曲線加工。數控帶鋸鋸切的產品表面精度較高，只需砂光處理即可完成表面加工。克服了傳統帶鋸加工的產品表面粗糙、加工余量大、費工費料等缺點，重復精度可達到±0.1mm，提高了鋸材質量和冉材率。

　　意大利MZ等是／卜材數控帶鋸機設備的主要制造商。

　　2.2 數控鉆孔設備

　　2.2.1 數控多排鉆

　　數控多排鉆豐要由左右水平鉆座和上下多排垂直鉆座組成，每排鉆座可以根據需要安裝多個鉆頭，由計算機控制的各個鉆頭可以單獨鉆孔，鉆孔時根據零部件中孔的位置，南計算機控制各個鉆頭的移動距離和鉆孔位置，可實現加下數據輸入及鉆排的自動定位，提高了工件精度和工作效率。

　　德國WEEKE、意大利SCM等是木材數控多排鉆設備的主要制造商。

　　2.2.2 數控鉆削中心

　　數控鉆削巾心是在普通鉆床的基礎上增加三坐標移動或自動換刀機構，可實現一次裝夾，多次鉆孔。由于具有多坐標聯動功能，故鉆削中心具有一定的銑削功能，尤其適用于需要在鉆床和銑床上進行兩次裝央、又有一定位置精度要求的丁件加上，如木門的鉆孔和榫眼加工等。

　　意大利SMCMACCHINE是木材數控鉆削中心設備的主要制造商。

　　2.3 木材數控鏤銑機與數控加工中心

　　2.3.1 數控鏤銑機

　　數控鏤銑機是木材中較早應用數控技術的機床。通常設有四個或多個鏤銑主軸，具有_三軸聯動功能。根據加工工件的不同，鏤銑主軸進行不同組合即町滿足不同的加工要求，目前數控鏤銑機正逐步向集成銑、鉆和鋸等一體的多功能方向發展。

　　日本SHODA、HEIAN等是木材數控鏤銑機設備的主要制造商。

　　2.3.2 木材數控加工中心

　　木材數控加工中心是一種功能齊全的數控加工機床，它可將木材和人造板深加工中的鏤銑、雕刻、鉆削、鋸切、砂光、封邊、修邊等工序集中在一臺機床上完成，具有多種功能。數控加工中心設有刀具庫，刀具庫中根據加工工藝的要求存放著不同數量的各種刀具或加工單元，在加工過程中由程序控制實現自動更換刀具和更換加工單元功能。數控加工中心具有。軸聯動功能，復雜的可以達到五軸聯動或更高級的聯動功能。HOMAG、IMA、REICHENBACHER、MAKA、WEEKE等是德困木材數控加工中心設備的主要制造商；SCM、ROUTECH、MORBIDEILI、CMS以及BIESSE、UNITEAM、GREDA等是意大利木材數控加工中心設備的主要制造商；THERMWOOD、KOMO、NORTHWOOD、MULTICAM等是美國木材數控加工中心設備的主要制造商。

　　2.3.3 并聯式數控機床

　　REICHENBACHER公司在傳統的Artis、Vision、Univers和ECO系列加工中心的基礎上推出了6自由度并聯式數控機床Pegasus，在并聯機構的運動學正解和逆解、工作空間、速度與加速度、剛度、精度等方面進行了探索，機床進給軸采用直線電機驅動，最大定位速度達120m／min，加速度達108m／s2。

　　2.4 數控封邊機或封邊加工中心

　　封邊是現代板式家具零部件邊部處理的常用廳法，數控封邊機或封邊加工中心特別適合于特殊曲面的封邊，通過精確控制移動距離、進料速度、封邊壓力等，達到圓周封邊高膠合質量和對接間隙最小的要求。專用的數控封邊機只能完成封邊和齊邊工序，而數控封邊加工中心可以實現從索板鋸裁到最后零部件成型的全部工序。

　　德同HOMAG、IMA和意大利BIESSE等是木材數控封邊機設備的主要制造商。

　　2．5木材和人造板成套加工裝備

　　2.5.1 現代原木制材加工裝備

　　現代制材技術采用數控加工和自動化控制技術，可實現原木自動進給、精確對中，高效加工成不同厚度的規格材，板皮能夠自動回收并加丁成木片，實現了制材和削片的集成加工，可提高原木生產率和綜合利用率。以德國LINCK公司年產60萬m3全自動制材生產線為例，其主要設備包括原木分類裝置、剝皮機、帶鋸機、掃描系統、雙軸網鋸機、銑邊機、裁邊機、分類和堆垛線、輸送機、電氣和控制系統等。最大可加工梢端原木直徑達1100mm，原木長度為3m，設備加工速度達30~20m／min，具可變頻調速。能加工各種徑級、不同形狀、內部質量各異的原木，整條生產線出材率高達67％。

　　2.5.2 木結構建筑構件加工設備

　　木結構建筑構件主要包括木屋頂、木墻體、木梁等結構用膠合木構件。通過質量分等、指接固化、膠合加壓、定尺及刨光、銑型和成品包裝等工序，可完成從鋸材到結構用膠合木的加工。德陽WEINMANN的木梁加工中心通過換刀可實現膠合木搭接多種形狀的鋸切、刨削、銑槽、榫頭等的加工。

3 國外木材和人造板數控加工裝備的發展狀況

　　隨著計算機數控技術、傳感器技術和自動控制技術的迅速發展，國外術材和人造板數控加工裝備在品種數量、動態和靜態性能、加工精度、自動化、安全性及高新技術應用等方而都有了快速的發展。德同、意大利、美日、日本等是木材和人造板數控加工機床的主要生產國，在國際市場的供給中占有宅導地位，在生產總值、出口貿易額、產品的技術水平及國際專利數餐方面居領先地位。木材加工裝備的發展呈現出以下特點。

　　3.1 計算機數控技術在木材加工裝備上的應用

　　隨著微電子技術、計算機技術的迅速發展及控制論的廣泛應用，計算機數控技術越來越多地應用到木材加工裝備上，提高了木材加工的精度、柔性和生產效率。具有代囊陸的有數控加工中心、數控鏤銑機、數控板材鋸切中心、數控多排鉆、數控鉆削中心、數控餐椅組件加工中心和數拄仿形刃磨機等。

　　3.2 新工藝技術的應用帶動了木材加工裝備的技術進步

　　木材加工新下藝技術的不斷臆用對傳統的木材加工裝備提出丫新的要求，推動了木材加工行業的發展。如異趔仿型制材加工技術優化了木材原料的制備；工程結構用材指接技術的發展提高了實木板材的質量和強度；高速多片鋸開料鋸切工藝實現了開料鋸切和刨

　　切工序的統一；激光封邊工藝技術的出現大大降低了膠層厚度，提高了資源利用率。

　　3.3 各種現代先進技術應用于木材加工裝備上

　　數控加工技術、機器人技術、工業自動化技術、現代傳感器技術、新材料技術和新型生物、環保裝備技術、木材無損榆測技術、信息網絡技術等現代先進技術成果廣泛應用于木材加工裝備上，對木材加工裝備的發展起到了推動、提升和改造的作用，其先進技術含量已成為市場競爭取勝的關鍵。專用機器人、機械手已開始在油漆噴涂、工件裝卸和搬運等作業中得到應用；激光技術、x射線技術廣泛應用于木材無損檢測和質量分等中。

　　3.4 木材加工裝備呈高速化、專業化、規模化的發展趨勢

　　從原料制備、產品加工到成鼎，木材加工裝備的進料速度、加工主軸銑削速度、運輸傳送速度等呈現出高速化發展趨勢。隨著新材料、新產齠的增加和結構的變化，不斷開發出新型的木材加工裝備，并越來越多地提供整條生產線的技術和沒備，滿足了用戶的特殊使用要求，競爭能力明顯增強。高速電豐軸、直線電機逐漸取代了傳統的皮帶增速和齒輪傳動，加工和坐標移動呈高速化；木結構房屋構件加工、木門窗加工、木餐椅組件加工等也形成了專業化的生產線，提升了木質工程材料的整體制造水平。

4 數控裝備的共性關鍵技術

　　4.1 高速加工技術

　　隨著木材科學的發展，出現了各種木質復合新材料、新產品，對機床生產效率也提出了更高要求，其中高速電主軸成為高檔數控機床三大關鍵技術之一。木材數控加工中心、自動封邊機、地板雙端銑等用的高速電主軸呈現出大功率、高速化發展趨勢。如木材數控加工中心用的電主軸最高轉速已超過40000r／min，最大功率達24kW。

　　4.2 直線電機驅動技術

　　高速加工不但要求機床主軸轉速高，而且要求有高進給速度和加速度。進給速度一般大于30m／min，加速度達到9.88m／s2。在滾珠絲杠驅動方式下，其極限值約為60m／min和9.8m／s2，而使用直線電機后可達到160m／min以卜和2.5*9.8m／s2以上，定位精度高達0.5~0.051μm。采用快速、精密、高靈敏度和耐用的直線電機可克服滾珠絲杠(齒輪、齒條)傳動中的反向問隙、慣性、摩擦力和剛度不足等缺點，實現了無接觸的直接驅動。

　　4.3 五軸聯動加工技術

　　木質工件復雜曲面的加工要求促進了五坐標數控加工中心的發展，應用五軸聯動機床加工時，由于刀具與工件的位姿角在加工過程中可以隨時調整。避免了刀具與工件的十涉，并能一次裝夾完成全部加工，特別適用于樓梯、座椅和木模等彎曲件的加工。

　　4.4 機器人技術

　　隨著伺服驅動和傳感器技術的不斷成熟，工業機器人越米越多地被應用到木材加工中，其主要承擔沉重、危險和有害于人體健康的作業，如搬運、裝卸、堆垛、裝配、研磨、噴涂等，如德困KUKA機器人堆垛最大承載能力達到1300kg。工業機器人特別適合于多品種、變批量的木材柔性生產，口，有效地提高產品質量和生產效率，改善勞動條件。

　　4.5 現代傳感器技術

　　隨著現代傳感器技術的發展，精確度、靈敏性和采樣頻率等的進一步提高，滿足了高速銑削、高進給速度、高工作精度等木材加工的特殊要求。各種傳感器廣泛應用于監控數控機床的工作過程、木材工件和刀具的狀態。同時還可應用于木材檢測，如機器視覺傳感器可用于木材表面質量的分等；熒光傳感器可識別熒光粉筆的記號，用于標記木材缺陷和樹節的識別；位移測量傳感器媚于木材表面特性的檢測等等。

　　4.6 多功能加工單元

　　各種加工單元和雙擺角銑頭等越來越多地應用到木材數控加工中心和多功能機床上，實現了坐標軸的轉換和木材加工的多種工藝要求，能夠在一臺機床上完成斜角鉆削、多排鉆孔、鋸切、銑型、開槽、銑榫、修邊、砂光、封邊、修網角等多種操作工序，有效降低了工件裝卸和安裝調整等輔助時間。

　　4.7 智能網絡化數控系統

　　基于計算機的開放式數控系統利用計算機的系統資源，使其綜合性能_Ⅱf隨計算機技術的發展而提升，滿足多坐標和高速度的木材加工要求。其具有開放式功能軟硬件接門和Windows平臺操作系統、友好的人機界面、方便了再戶的二次開發、加工工藝的自動引導上選擇、自動診斷、遠程控制和網絡信息交換等特點。

　　4.8 數字化設計加工技術

　　數字化設計加丁技術是利用三維建模軟件把產品的結構全部用三維實體描述出來，并將各種技術要求、設計說明、材料公差等幾何信息以及各結構之間的間是否發生干涉及各零部件之間的配合，排除設計缺陷，最終形成數字樣機，并進行制造性分析，驗證加工程序的正確性和效率。

　　4.9 數值仿真技術

　　隨著數控機床工作速度和加速度的提高，對機床動力學性能要求也不斷提高，需要對機床進行強度、剛度等的有限元分析和數值仿真。通過建模，用數學方程式表達其物理特性，然后編制計算機程序，通過計算機運算出考察對象在系統參數以及內外環境條件改變的情況下，其主要參數的變化情況，尋求系統的最優結構和參數。數值仿真技術的應用大大縮短了設計和研制的周期，降低了開發成本。

　　4.10 逆向工程技術

　　逆向工程技術可根據已經存在的產品模型，反向推出產品的設計數據(包括設計圖紙或數字模型)。其包括了測量數據的采集／處理、CAD／CAM系統處理和融入產晶數據管理系統的過程。逆向工程技術已經廣泛應用到新產品的開發、舊零件的還原以及產品的檢測中，它不僅消化和吸收實物原犁，并且能修改再設計以制造出新的產品，其代表著一種高效的產品沒計理念和方法。

5 木質新材料對數控加工裝備的發展要求

　　隨著木質材料定義范同的不斷拓展，新材料和新產品的結構發生了重大變化，木材工業從原始的原木利用逐漸發展到鋸材、單板、刨花、纖維、非木質和化學成分的利用，形成了新犁的材料和產品。如單板層積材、集成材、重組木、定向刨花板等木質工程材料和產品，木／塑復合材料、木／竹材復合材料、木質導電材料和木材陶瓷等木質復合材料及產品，以及竹材、稻草、麥秸等胙木質材料和產品。新型材料及新型木制品結構的發展推動了木材加工機械裝備的技術進步，特別是國家“十一五”科技支撐項日加大了對結構用木質工程材料的研發力度，其推廣應用需要現代化的機械裝備來滿足木材工業化生產。

　　我國已成為一個林業產業大國，但還不是一個林業產業強罔，林業產業由大變強的轉變為木材加[裝備制造業的發展提供了廣闊的市場空間和發展前景。木材和人造板數控加工裝備是實現現代木材工業的必備條件，既是木材工業生產條件和生產手段現代化的標志，也是實施科技興林和林業可持續發展的重要載體。因此，木材加工裝備必須隨著科學技術的發展而不斷適應現代木材工業的要求，應結合國情，因地制宜，重點發展有中國特色和自主知識產權的高效、高附加值、精深加工、環保和節能型木材及人造板數控加工技術與裝備，以滿足現代林業產業的發展需求。