毛竹自仿形旋切機(jī)設(shè)計(jì)研究

(福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，福建 福州350001）

卜祥安(德州科技職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系，山東 德州251200）

早在20世紀(jì)50年代，國(guó)外就開始研究竹材旋切的設(shè)備和工藝，我國(guó)在20世紀(jì)70年代末開始該項(xiàng)目的研究，出現(xiàn)了許多相關(guān)設(shè)備和工藝，其中最常見的竹材旋切方式如圖1所示[1-2]。但是，在加工毛竹時(shí)，該竹材旋切方式存在如下缺陷[3]：①旋切刀由絲杠進(jìn)行控制，不能隨著竹材的尖削度擺動(dòng)。②受竹材尺寸和外形影響，旋切刀的切削運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，造成旋切出的竹片厚薄不勻，還容易發(fā)生跳刀現(xiàn)象導(dǎo)致斷片。③進(jìn)給系統(tǒng)不易快速準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)整。竹壁厚度薄，可用的調(diào)整時(shí)間極短；各竹材的形狀變化多端，必須逐個(gè)調(diào)整。另外，由于竹材的結(jié)構(gòu)中空，不能象加工普通木材一樣用卡爪來裝卡，而且竹段的外圓不規(guī)則，不能用無卡軸旋切機(jī)來裝卡旋切。針對(duì)上述問題，筆者提出一種基于液壓傳動(dòng)原理的自動(dòng)進(jìn)給方法，該方法能根據(jù)不同外形的毛竹坯料自動(dòng)調(diào)整進(jìn)給量，從而使旋切的板料厚度均勻。

1 設(shè)計(jì)思路

在傳統(tǒng)的旋切機(jī)中，旋切刀的進(jìn)給由絲杠進(jìn)行控制(見圖1），這種進(jìn)給方式的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)給均勻，但不能根據(jù)被切削材料的外形適時(shí)地調(diào)整進(jìn)給量。為此，提出一種基于液壓傳動(dòng)原理的自仿形設(shè)計(jì)思路，即在毛竹原棒材周圍仍然采用3個(gè)壓輥(見圖2），但與傳統(tǒng)的旋切方式中的單滾和雙滾采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)不同，采用液壓缸驅(qū)動(dòng)3個(gè)壓輥，即每個(gè)壓輥的兩端各由1個(gè)同步液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)，各活塞由同一個(gè)泵供油，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，其中單個(gè)壓輥的控制回路如圖3所示。由于旋切刀與壓輥可以用螺栓結(jié)構(gòu)連接在一起，在加工時(shí)，壓輥與切刀可以實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)給或后退。

圖1 傳統(tǒng)的旋切方式示意圖

2 壓輥控制回路設(shè)計(jì)

圖2 總體驅(qū)動(dòng)示意圖

圖3 單個(gè)壓輥液壓控制回路圖

每個(gè)壓輥兩端各由1個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，各個(gè)液壓缸的液壓油路均由同一個(gè)泵通過一個(gè)3位4通換向閥供油，使各個(gè)缸的油壓相等，從而保證每個(gè)液壓缸對(duì)壓輥的作用力大小相等[4]。采用脹軸穿通毛竹竹段并裝夾在卡盤上，當(dāng)所切削的毛竹沿軸線方向出現(xiàn)錐形時(shí)，在液壓缸活塞的作用下，壓輥會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的傾斜，即出現(xiàn)毛竹左端直徑較大、右端直徑較小的情況時(shí)，該壓輥的右端活塞的伸出量比左端的伸出量要大(見圖4（a））。相反，當(dāng)出現(xiàn)毛竹左端直徑較小、右端直徑較大的情況時(shí)，該壓輥的左端活塞的伸出量比右端的伸出量要大(見圖4（b））。這樣，無論毛竹在軸線方向出現(xiàn)何種變化，3個(gè)均勻分布的壓輥都能始終與毛竹棒材保持接觸，從而使切削出的竹片均勻、連續(xù)。

同理，對(duì)于毛竹原棒材在同一截面不同直徑方向上出現(xiàn)非圓變化時(shí)，即毛竹坯料的外圓出現(xiàn)凸起或凹陷時(shí)，在各個(gè)液壓缸的作用下，壓輥也能適時(shí)地根據(jù)毛竹外徑的變化做出相應(yīng)的位置變化。

圖4 旋切刀與壓輥液壓控制回路示意圖

3 旋切刀具部位設(shè)計(jì)

改進(jìn)后的旋切刀如圖5所示。從圖5可以看出，壓輥與軸采用軸承連接，旋切刀與壓輥軸、出料板均連接在一起，實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)給或后退。在旋切過程中，刀具與壓輥之間的間隙是相對(duì)固定的，壓輥在液壓缸活塞的作用下始終與毛竹保持接觸，這樣能保證旋切竹片厚度的均勻性。通過調(diào)整連接桿與刀具連接處的位置，可以改變刀具的各種切削角度。此外，可以通過調(diào)整刀具與壓輥之間的間隙得到不同厚度的竹片。

圖5 改進(jìn)后的旋切刀具

4 結(jié) 語

根據(jù)毛竹非圓外形的特點(diǎn)，提出了一種能適時(shí)調(diào)整旋切刀的徑向進(jìn)給量的設(shè)計(jì)思路，利用液壓傳動(dòng)原理，實(shí)現(xiàn)旋切刀與壓輥同步進(jìn)給，在毛竹外形不規(guī)則的情況下，能夠滿足刀具切深的一致性，從而加工出板厚一致的竹質(zhì)薄板材。

[1]何德芳，崔成法，曾奇軍，等．竹單板旋切工藝的初步探析 [J]．木材工業(yè)，2001，15（6）：29-30．

[2]陳學(xué)勇，潘天紅．圓木無卡旋切機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J]．福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，32（4）：531-534．

[3]鄭瑞鈺．竹材旋切新技術(shù)及其制品的研發(fā) [J]．世界竹藤通訊，2010，8（5）：28-30．

[4]董霞，孫振強(qiáng)，卜祥安，等．液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù) [M]．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2009．