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木工机械发展简史
日期:2015-09-26 09:09:11 阅读量:
设i十与研究木工机械发展简史孟庆午(北华大学)机械,供国内有关专家学者研究木工机械发展史时。
 
  原始木工机械木工工具始于原始时代的石器,有石斧、石锛、石锯等。公元前4000年左右,有了青铜制作的锯子、凿子、锛子、钻头。弓钻大约在公元前2000年前开始使用。公元前1000年左右,开始使用铁制的木工工具。木工机械出现的要晚得多,大部分是在十五世纪十六世纪后出现的。
 
  弓拉车床(Bowlathe)是一个例外,它由弓拉钻演化而来,大约公元前740年之前在埃及被发明出来。还一个说法,说是希腊的特奥多鲁斯(TheodorieGreat,一454~―526)于公兀前532年发明的D如所示,把一条绳子饶在木棒上前后拉动,木棒就往复旋转,再用手拿着旋刀在木棒向里侧旋转时把木棒旋圆。这是最简单的木工车床,现在有的地方仍在使用。
 
  在之后,到了罗马时代,弓拉车床发展为杆拉)如所示,缠饶工件的绳子的一端系在有弹性的木条(lath)上,另一端系在脚踏板上,踏动踏板就可以使工件来回旋转。英文车杆拉车床杆拉车床之后是大轮车床,如所示,一个人用曲柄转动一个大轮子,通过绳子带动工件沿一个方向旋转。
 
  文艺复兴时代的艺术家、技术家、科学家列奥纳多达芬奇(14521519)曾经设计过“旋工用小型车床”,使用了曲柄联杆机构,并配置了飞轮。此外,他设计的加工木制水管的专用钻床,在力学原理上比一百年后加工水管用的钻床要完备的多。
 
  另外,他所研究设计的手动锯机,利用曲柄带动锯子作往复运动,并安装了大飞轮。
 
  大轮车床真正称得上最古老的木工机械是框锯机(Framesaw、Framegangsaw)。框据是一种古老技术,可以追溯到古罗马时代和古希腊时代,是在使用铁器之后,从埃及人的青铜“拉锯”演变来的。框锯机是由欧洲的坑锯(Pitsaw)发展而来。1250年,法国一个名叫恩库鲁的钟表研究家研究出利用7JC力工作的机械锯,使推式锯多次自动往复动作,有可能是卧式框锯机1387年在德国巴伐利亚州的奥格斯堡(Augsburg)就有了框锯机。所示的框锯机是早期的立式框锯机,锯框上只有一根锯条,锯框上下运动锯切木材。到了十六世纪,发展成为多根锅条的框锯机。在工业革命之前,其动力有人力、畜力、风力和水利等。有关记载多见于德国、荷兰、挪威、瑞典等国。
 
  兰被发明出来,由于当时锯身以及轴承的制造技术不成熟而无实用价值。其后,由英国帆船制造家塞谬勒密勒(SamuelMiller)1777年制造了完全实用的木工圆锯机,并申请了专利。1808年,英国的布鲁纳制造出用钢铁制作的结实的圆锯片,首次成功地使用蒸汽机拖动圆锯机锯切木材。
 
  (Haten)的英国人,于1776年申请的专利。该包床的刨刃往复运动以刨削固定在工作台的工件,但实用性差。
 
  近代木工机械近代木工机械是伴随着第一次工业革命的到来而出现的。
 
  作为近代木工机械的标志是旋转切削方式(Rotarycatting)即周铁木材方式的问世。旋转切削方式是由英国人塞缪勒本瑟姆(Samuel将它引入军舰修造所。本瑟姆在1791~1793年间相继发明了平刨床(Planerjointer)、木工铁床(Shaper,Moulder)、开禅机(Matcher)、单板旋切机(Veneercuttingmachiner)、锅切单板用扇形圆银机(Segmentcircular)以及挫锅机(Sharpeningmachiner)等,申请了专利。这些机床成为当今木工机床的始祖。因此,本瑟姆被誉为木工机械之父。其后,出生在法国的美国人马克依桑巴尔布律内尔(MarcIsambarbrunel)(1769~1849)与本瑟姆合作搞了许多发明,1805 ~1808年间申请了两个新型圆银机的专利,使圆锯机成为加工木材的主导机床。发明第一台螺纹车床的亨利莫兹利(HenryMaudslay,1771~1831)参与了许多木工机床的制造。由此开创了使用机械大批生产木制品的先河。
 
  (1748~1814)是十八世纪英国的著名机械技术家,发明过水洗便器以及今天仍普遍使用的圆形暗锁。布拉默于1802年发明了横式创床(Traversepanermachiner),几把刀固定在一个水平圆盘上,向端面铁床那样,圆盘由一根垂直轴带动旋转,工件由送料车带动通过刀具,成为现在立式端铣平刨床的始祖。
 
  木工机床2004No.1 1808年英国人威廉姆钮伯里(WilliamNewbery)发明了有上下两个锯轮的立式带锯机(Bandsaw),其结构原理跟目前的十分接近,由于带锯条的制造技术不成熟而无法应用,后来由法国人解决而实用化。
 
  近代木工机械的重心十九世纪初叶由英国转移到了美国,其标志是1S18年美国人托马斯布兰查德(ThomasBlanchard)发明的自动车床(Atutomaticlathe)。如所7K,这是一台自动仿形车床,是专门为制造枪托而发明的,此外还能加工鞋楦、斧柄以及其它不规则形体的木制品。布兰查德还发明了加工船用木料的方法,它能使木料弯曲后不开裂。
 
  托马斯布兰查德的自动车床美国独立战争之后,经济飞速发展,但工业劳力奇缺,加之英国对美国在技术方面进行封锁。工人和劳动成本的昂贵引发企业家用机器代替手工劳动。于是在美国掀起一股加工机械化的省力发明的潮流,这股潮流一直顺利地发展到十九世纪早期的十几年间。在工业革新方面广泛借助机器加工金属和木材,原来由英国人发明的钻床、车床和刨床,现在由美国人加以改造,使之成为专用机床。
 
  由通用机床到专用机床,这是木工机床的一次革命。上面所说的布兰德车床就是木工机床方面的一个佐证和开端。“加工木材的机器也是精巧的。这主要是美国生产的机器。在美国,甚至加工木材的机器比英国应用的更广泛”随后,美国人在木工机械方面就有了如下发明。
 
  1820年,美国的伊斯曼发明了仅在锯齿部分使用高硬度金属的制锯方法。
 
  改进了圆锯机。
 
  从此,木工机械不但应用在造船以及车辆制造业,而且应用在家具、农具、建筑、土木等行业,极大地推动了木制品产量的提高。
 
  现代的木工钻床是1857年由意大利人马尔奇诺尼发明的,钻头是螺旋钻,钻屑沿螺旋槽排除。
 
  1900年复式带锯问世,解决了因原木径级减小所带来的锯切效率降低问题。
 
  最早投入市场,当时采用的孔距为32mm.至今仍然沿用这一孔距作为国际板式家具的标准孔距。
 
  这一期间,人造板机械的情况如下。
 
  第一台胶合板旋切机发明一说是1818年,另一说是俄国人1819年发明,还有一说是英国人发明。
 
  第一台单板刨切机起源于法国,由CharlesPicot研制于1934年申请专利,经过三十年的努力才应用于工业化生产。
 
  纤维板起源于中国,早在公元105年中国创立了分离纤维制造纸张的技术。但实际上纤维板工业是在二十世纪初才出现。1898年在英国建立了第一个用四周圆网制板机生产半硬质纤维板的工厂。1926年,美国利用Mason的纤维分离方法生产纤维板。1931年(一说1928年)年,瑞典人Asphrnd发明了连续式木片磨浆机(热磨机),并于1932年建立了第一家用此法生产纤维板的工厂。
 
  爆破法即通常所说的马松奈脱法(Masonite -process)最早在美国密西西比州劳雷尔的马松奈脱工厂采用。
 
  1941年,在德国的不来梅建立了第一个具有一定规模的刨花板厂。1947~1949年,西德的OttoKreibaum发展了连续式立式挤压成型机,工艺简单,生产成本低。1952年8月,在美国弗尼亚州阿尔塔维斯塔的Lane公司第一台试验性卧式挤压机开始运行,1953年设计了年产3300~4000M3的挤压机,板厚19mm,每周工作12小时。引人注目的是,在英国发展了巴特列夫压机(Bartrevpress)连续平压机的出现与使用使人造板生产大幅度提高。KUsters浮动乳辊是世界上第一个可以控制挠度的轧辊,1956年发明,将其应用在KstersPress的开发上。第一台连续平压机1977年在比利时一家工厂运行,压制的最大板宽为2.7,产量达1077m3/24h,板厚误差为±0.1.此后,连续压机广泛应用于刨花板、MDF、定向刨花板、华夫板、石膏纤维板、水泥刨花板、软木板、PVC板等生产上。
 
  现代木工机械NC和CNC技术在木工机械的应用把木工机械带进了现代木工机械时代。1952年,美国出于军事工业的需要,由帕森斯(Parsons)公司和麻省理工学院研制成功三坐标数控铣床。之后,数控机床技术由军用转为民用,1958年展出样机。镂铣机是最早采用数控机床技术的木工机床。
 
  计算机控制的木工镂铣机之后,计算机技术在木材加工中应用日益广泛。
 
  控制的自动化制材厂,整个原木剖分过程和成材分选作业都在中心控制室控制。
 
  1968年日本庄田铁工株式会社首先开发了NC-m型数控镂铣机,实现了木工机械数字化控制零的突破;1983年英国的Wakin公司开发了CNC数控镂铣机,首创了木工机械机电一体化产品。从此,德、意、日以及台湾等厂商相继开发了各木工机床2004No.种形式的CNC镂铣机和CNC加工中心。
 
  同年,意大利SCM公司研制了用于加工木制窗框柔性制造系统FMS(Flexible ManufacturingSytem),开创了木材工业应用柔性制造系统的先河。在NC的基础上,配置了自动交换装置和测量监控装置,由计算机数控或单元控制系统即组成柔性制造系统,一般可降生产成本40% ~50%,设备利用率从单台使用的5%提高到90%以上。意大利SCN公司研制的FMS的设备由一台成型四面刨,两组直角传送辊,一台双面开榫机,一台贯穿式四面刨组成,八小时可以变换二十八种工作,停机时间不超过5%,加工一件窗框仅用2~5分钟。
 
  边机,1954年又发明了自动封边机,1977年发明了曲线封边机。
 
  1952年,荷兰的公司最早生产圆角榫开榫机(椭圆榫开榫机),作为框接榫的圆角榫比框接直角榫容易加工,所以该机种逐渐应用推广。
 
  五十年代末和六十年代初,美国人LionlPese在华盛顿州西雅图独自研制了一台削方机,这台削方机应用了刨削原理,把木材削成方材。1962年华盛顿谢尔顿ErnestRunnion,申请了另一台削方机的专利,同样应用刨削原理,而把木材削成阶梯形。还有一台削方机是把木材的两侧削成平面。
 
  在这之后,削方机发展成铣锯联合制材机。
 
  七十年代初、中期,在美国许多锯木机械厂为了提高摇尺装置精度,开发了滚珠丝杆原木跑车。第一台数控摇尺和滚珠丝杆跑车是美国俄勒岗州波特兰的Columbia公司制成,该跑车的车桩的定位精度控制在0.0254mm之内。1978年开发了更有效的液压直线定位器,车桩的定位精度±005mm,车桩的速度230280mm/s;整体车桩行程总体只有±0.025mm误差。
 
  二十世纪八十年代英国SDI公司研制了Trekksaw型移动卧式带锯机,有一铝合金框架,两名5工人就可以移动锯架。
 
  带有浮动卡夹盘和水润滑的锯夹子。到了七十年代,美国许多工厂使用了浮动夹盘和花键轴锯夹系设计与研究Design统。
 
  七十年代中期,研制出了圆排锯机,经过不断的改进,最理想的是具有导向锯夹的花键轴、无锯片夹盘的圆锯机。这期间,单轴多片圆锅机和双轴多片圆锯机相继问世。
 
  七十年代末,美国进行了以磨削替代木材刨削工艺的研究,用沙带代替木工刨床的刨刀。该工艺加工精度高,噪声低,但消耗功率太大。
 
  在胶合板生产方面,出现了无卡轴旋切机。早在1980年就有了无卡轴旋切机的设想。第一台无卡轴旋切机是美国德科萨斯州的Dibo丨丨的Demco的CharlesShchmidt公司于1983年研制成功。其后由Durand-Raute公司对其加以改进,制造了2号样机,由U.S.DurandRante售出,这就是所谓的第一代无卡轴旋切机。最新型是1988年10月间问世。
 
  木材表面技术装备中最值得一提的是三维复面压机,也称异型部件复面压机。最早期的三维复面压机是1977年前西德生产的MFP型,胶料是脲醛胶,复面材料是微薄木以及可以弯曲的复面材料。上压板有一层弹性薄膜气垫,借助上压板与弹性薄膜之间的液体热介质的压力把复面材料贴合在基材上。之后,发展成为使用空气取代了液体作为压力介质的压机。德国比客乐(Burkle)公司的异型部件复面压机是首次在1991年Ligna(汉诺威国际木工机械博览会)上展出,工作原理是以无薄膜气垫的热成型体系中压力叠加而进行的,复面材料为热塑性缩料薄膜材料,如PVC、聚乙烯、ABS、聚丙烯等,是无薄膜气垫的,基材是中密度纤维板1969年,第一台锯板机问世,由斯瓦宾赫曼麦司横沙沙光机。
 
  1971年,日本丸仲铁工社开发了精光刨,形成了系列产品,由最初的单面精光刨发展为双面、双刃精光刨,畅销一时。
 
  1975年,日本菊川铁工所研发了立式端铣平刨床,它可以根据刨削宽度把两把以上的端面恍刀组成切削刀具来铣削平面,由于使用了硬质合金刀块,所以能加工硬质木制材,噪音低,加工表面光洁,受到用户欢迎。
 
  世解决了细长仿型工件加工容易弯曲的问题,可谓是对木工机械的不小的贡献。
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