科學技術在我國林業木工機械中的應用

王偉波

摘要：本文通過對林業木工機械技術的基本概述，介紹了參數化設計技術，傳感器技術，數控技術，在目前林業木工機械加工中的應用。

關鍵詞：林業；木工機械；參數；傳感器；數控

發展林業木工機械技術，就是要應用現代科學技術，提高林業木工機械經營集約度、實現林業信息化、進入信息高速建設的重要前提，是實現加速林業建設的重要手段，

一、參數化技術在木材機械設計中的應用

采用參數化設計技術，可以為木材加工機械快速設計搭建平臺，并能快速準確地得到所設計機械的數學模型，進而得到參數化的三維實體模型，然后應用動力學仿真軟件如ADAMS進行動力學分析，應用有限元分析軟件如ANSYS對模型進行結構靜力學、動力學分析以確定最佳的結構參數。開發的軟件提供了集成產品的三維造型設計、加工、分析及繪圖等功能完整的CAD/CAE/CAM解決方案。其最主要的特點是參數化可自動給零件中特征間的相對位置尺寸和形狀。

1.Pro/對每個零件或組件模型都有一個設計步驟，它是零件與組件自動化設計的一種有效工具。設計人員可應用類似BASIC的高級語言并根據需要設計。通過人機交互的方式來控制系統參數包括特征的出現與否、尺寸的大小、零件與組件的出現與否、零件與組件的個數等。利用此工具可以將某些需要經常更改的步驟或尺寸，以語句的方式寫入，使每個使用這些零件的普通人員也能明白，如何操作在使用過程中只需輸入關鍵的參數便可直接生成零件。

2.Pro/E參數化技術在木工機械設計中的應用。在木材加工設備的研發設計中，參數化技術也得到了充分的體現。建立木工槽銑刀的初始三維模型通過垂直、平行、相切等約束和尺寸標注對初始模型進行完全約束：建立參數間的關聯關系以銑刀齒數、銑刀刀距中心角、銑刀刀體厚度、銑刀軸孔直徑和銑刀刃口長度命名初始建模時系統默認的內部參數并根據木工槽銑刀的齒數、刀具最大半徑、刀體厚度、銑刀與軸的裝配要求以及刀具性能和幾何約束建立參數間的關聯關系。

3.定制用戶界面對木工槽銑刀的模型參數進行修改。該研究針對植保噴頭試驗研究的特點，分析了影響噴頭性能的規律，確定了噴頭可修改的結構參數。分析了影響噴霧量Q和噴霧角β的結構參數，然后應用rTlkt對rE功能進行擴展，利用VC展開了人機交互界面。

二、傳感器技術在精確木工機械中的應用

目前，我國開展了樹形自動分析、林業作業規劃等研究工作。開展GPS和其他傳感器技術，提高林業機器系統的性能和生產效率。目前單項的GPS形式應用于林業生產向集成技術轉變。林業生產系統作為一個多組分的復雜系統，應該在計算機集成系統框架下，有效地融合GPS、GIS、RS等數據，解決林業技術加工信息在空間數據類型的多樣性，如地理統計數據、柵格數據、點數據等。利用智能DSS以及VRT等，使林業生產成為一個高效、柔性和開放的體系，從而實現林業生產的標準化、規范化、開放性，建立基于信息流融合的精確林業系統。南京林業大學提出了“精確林業工程系統”。研究內容包括：精確林業體系結構、精確控制林業生產的智能決策支持系統、可變量控制技術等，實現基以最小資源投入、最小環境危害和最大產出效益為目標，建立關于林業木工機械系統戰略思想的精確林業微觀管理加工系統。

三、數控技術在木工制榫機械上的應用

我們通常見到的榫頭有方榫、圓榫、腰圓榫等等，對于這些形狀各異的木榫，采用過去傳統的開榫模式基本都是手工開榫、機械開榫或者仿形開榫，這樣需要大量的工裝、模具、但是也難以適應現代快速多變的市場經濟。由于傳統機械的局限性零件的加工精度不高，更為明顯的問題就是加工效率低工人勞動強度高。所以將數控技術應用到木工機械上來是迫在眉睫的問題。

1.數控系統的應用特點。數控系統采用中文液晶顯示控制精度達到最大加工速度，通過圖形和文字提示掌握操作并了解加工信息。操作者只要將木榫的形狀特征參數輸入到數控系統中，進行簡單的選擇就可以自動加工出各種不同尺寸、不同形狀、不同組合的木榫，其使用非常方便，調整非常簡單操作非常容易，采用型數控系統作為控制單元再配套兩軸交流驅動單元，這種組合方式也是當今金屬加工機床數控配套的主流的先進產品，同時還可以加工榫頭或者榫孔的兩用設備。這種配套方式容易實現制榫機的數控化。如何將復雜的運動要求、各種的形狀特征、變化的尺寸組合能夠簡單歸納，操作人員只要輸入簡單特征參數，就可以自動在數控系統內部進行計算編程，完成產品開發的基本要點。有了這樣的歸納以后，用戶就可以將千變萬化的榫頭，按照分類直接選擇加工類型，然后分別輸入相應參數。對于矩形榫就輸入相應數據，再選擇加工速度和快進速度就可以了，操作十分簡捷非常容易掌握。同時數控系統還具有手動功能、自動記數功能等連續加工功能。目前，經過數百家用戶的使用，證明了一型數控系統的設計完全滿足制榫機的要求。

2.木工機械數控化的前景。制榫機數控系統的應用僅僅是數控在木工機械上應用的一個產品。發展各種木工機械的數控化技術，逐步使各種木制品加工的數控木工機械向高精度、高集成方向發展是我國木工機械發展的必由之路。我國木工機械應該從數控技術的普及入手。木工機械的數控化的需求，會加速每個木工機械的生產。由于現在國產數控系統的技術和質量的提高，并且借助許多金屬切削數控機床上的配套考核，這樣就為我國木工機械數控化奠定了良好的基礎。