王偉波

摘要：本文通過(guò)對(duì)林業(yè)木工機(jī)械技術(shù)的基本概述，介紹了參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，傳感器技術(shù)，數(shù)控技術(shù)，在目前林業(yè)木工機(jī)械加工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：林業(yè)；木工機(jī)械；參數(shù)；傳感器；數(shù)控

發(fā)展林業(yè)木工機(jī)械技術(shù)，就是要應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，提高林業(yè)木工機(jī)械經(jīng)營(yíng)集約度、實(shí)現(xiàn)林業(yè)信息化、進(jìn)入信息高速建設(shè)的重要前提，是實(shí)現(xiàn)加速林業(yè)建設(shè)的重要手段，

一、參數(shù)化技術(shù)在木材機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

采用參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，可以為木材加工機(jī)械快速設(shè)計(jì)搭建平臺(tái)，并能快速準(zhǔn)確地得到所設(shè)計(jì)機(jī)械的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而得到參數(shù)化的三維實(shí)體模型，然后應(yīng)用動(dòng)力學(xué)仿真軟件如ADAMS進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，應(yīng)用有限元分析軟件如ANSYS對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析以確定最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)。開(kāi)發(fā)的軟件提供了集成產(chǎn)品的三維造型設(shè)計(jì)、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(diǎn)是參數(shù)化可自動(dòng)給零件中特征間的相對(duì)位置尺寸和形狀。

1.Pro/對(duì)每個(gè)零件或組件模型都有一個(gè)設(shè)計(jì)步驟，它是零件與組件自動(dòng)化設(shè)計(jì)的一種有效工具。設(shè)計(jì)人員可應(yīng)用類似BASIC的高級(jí)語(yǔ)言并根據(jù)需要設(shè)計(jì)。通過(guò)人機(jī)交互的方式來(lái)控制系統(tǒng)參數(shù)包括特征的出現(xiàn)與否、尺寸的大小、零件與組件的出現(xiàn)與否、零件與組件的個(gè)數(shù)等。利用此工具可以將某些需要經(jīng)常更改的步驟或尺寸，以語(yǔ)句的方式寫入，使每個(gè)使用這些零件的普通人員也能明白，如何操作在使用過(guò)程中只需輸入關(guān)鍵的參數(shù)便可直接生成零件。

2.Pro/E參數(shù)化技術(shù)在木工機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。在木材加工設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)中，參數(shù)化技術(shù)也得到了充分的體現(xiàn)。建立木工槽銑刀的初始三維模型通過(guò)垂直、平行、相切等約束和尺寸標(biāo)注對(duì)初始模型進(jìn)行完全約束：建立參數(shù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系以銑刀齒數(shù)、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(zhǎng)度命名初始建模時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)的內(nèi)部參數(shù)并根據(jù)木工槽銑刀的齒數(shù)、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(shù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3.定制用戶界面對(duì)木工槽銑刀的模型參數(shù)進(jìn)行修改。該研究針對(duì)植保噴頭試驗(yàn)研究的特點(diǎn)，分析了影響噴頭性能的規(guī)律，確定了噴頭可修改的結(jié)構(gòu)參數(shù)。分析了影響噴霧量Q和噴霧角β的結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后應(yīng)用rTlkt對(duì)rE功能進(jìn)行擴(kuò)展，利用VC展開(kāi)了人機(jī)交互界面。

二、傳感器技術(shù)在精確木工機(jī)械中的應(yīng)用

目前，我國(guó)開(kāi)展了樹(shù)形自動(dòng)分析、林業(yè)作業(yè)規(guī)劃等研究工作。開(kāi)展GPS和其他傳感器技術(shù)，提高林業(yè)機(jī)器系統(tǒng)的性能和生產(chǎn)效率。目前單項(xiàng)的GPS形式應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)向集成技術(shù)轉(zhuǎn)變。林業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)作為一個(gè)多組分的復(fù)雜系統(tǒng)，應(yīng)該在計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)框架下，有效地融合GPS、GIS、RS等數(shù)據(jù)，解決林業(yè)技術(shù)加工信息在空間數(shù)據(jù)類型的多樣性，如地理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、點(diǎn)數(shù)據(jù)等。利用智能DSS以及VRT等，使林業(yè)生產(chǎn)成為一個(gè)高效、柔性和開(kāi)放的體系，從而實(shí)現(xiàn)林業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、開(kāi)放性，建立基于信息流融合的精確林業(yè)系統(tǒng)。南京林業(yè)大學(xué)提出了“精確林業(yè)工程系統(tǒng)”。研究?jī)?nèi)容包括：精確林業(yè)體系結(jié)構(gòu)、精確控制林業(yè)生產(chǎn)的智能決策支持系統(tǒng)、可變量控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)基以最小資源投入、最小環(huán)境危害和最大產(chǎn)出效益為目標(biāo)，建立關(guān)于林業(yè)木工機(jī)械系統(tǒng)戰(zhàn)略思想的精確林業(yè)微觀管理加工系統(tǒng)。

三、數(shù)控技術(shù)在木工制榫機(jī)械上的應(yīng)用

我們通常見(jiàn)到的榫頭有方榫、圓榫、腰圓榫等等，對(duì)于這些形狀各異的木榫，采用過(guò)去傳統(tǒng)的開(kāi)榫模式基本都是手工開(kāi)榫、機(jī)械開(kāi)榫或者仿形開(kāi)榫，這樣需要大量的工裝、模具、但是也難以適應(yīng)現(xiàn)代快速多變的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)。由于傳統(tǒng)機(jī)械的局限性零件的加工精度不高，更為明顯的問(wèn)題就是加工效率低工人勞動(dòng)強(qiáng)度高。所以將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到木工機(jī)械上來(lái)是迫在眉睫的問(wèn)題。

1.數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)采用中文液晶顯示控制精度達(dá)到最大加工速度，通過(guò)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(shù)輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，進(jìn)行簡(jiǎn)單的選擇就可以自動(dòng)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(diào)整非常簡(jiǎn)單操作非常容易，采用型數(shù)控系統(tǒng)作為控制單元再配套兩軸交流驅(qū)動(dòng)單元，這種組合方式也是當(dāng)今金屬加工機(jī)床數(shù)控配套的主流的先進(jìn)產(chǎn)品，同時(shí)還可以加工榫頭或者榫孔的兩用設(shè)備。這種配套方式容易實(shí)現(xiàn)制榫機(jī)的數(shù)控化。如何將復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求、各種的形狀特征、變化的尺寸組合能夠簡(jiǎn)單歸納，操作人員只要輸入簡(jiǎn)單特征參數(shù)，就可以自動(dòng)在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算編程，完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基本要點(diǎn)。有了這樣的歸納以后，用戶就可以將千變?nèi)f化的榫頭，按照分類直接選擇加工類型，然后分別輸入相應(yīng)參數(shù)。對(duì)于矩形榫就輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)，再選擇加工速度和快進(jìn)速度就可以了，操作十分簡(jiǎn)捷非常容易掌握。同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)還具有手動(dòng)功能、自動(dòng)記數(shù)功能等連續(xù)加工功能。目前，經(jīng)過(guò)數(shù)百家用戶的使用，證明了一型數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全滿足制榫機(jī)的要求。

2.木工機(jī)械數(shù)控化的前景。制榫機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用僅僅是數(shù)控在木工機(jī)械上應(yīng)用的一個(gè)產(chǎn)品。發(fā)展各種木工機(jī)械的數(shù)控化技術(shù)，逐步使各種木制品加工的數(shù)控木工機(jī)械向高精度、高集成方向發(fā)展是我國(guó)木工機(jī)械發(fā)展的必由之路。我國(guó)木工機(jī)械應(yīng)該從數(shù)控技術(shù)的普及入手。木工機(jī)械的數(shù)控化的需求，會(huì)加速每個(gè)木工機(jī)械的生產(chǎn)。由于現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)和質(zhì)量的提高，并且借助許多金屬切削數(shù)控機(jī)床上的配套考核，這樣就為我國(guó)木工機(jī)械數(shù)控化奠定了良好的基礎(chǔ)。