仿古地板表面加工切削系統(tǒng)設(shè)計

張侃楞，李青祝

（鹽城工學院 機械優(yōu)集學院，鹽城 224051）

0 引言

隨著人們生活水平的提高，綠色環(huán)保、回歸自然的消費觀念深入人心，木地板以其美觀自然、腳感舒適、冬暖夏涼、高貴典雅等突出的優(yōu)點，成為地面裝飾必不可少的材料［1］。

在崇尚環(huán)保理念的歐美及日本、韓國等國家，由于較高的生活水平對木地板提出了特殊的個性化的需求，重復(fù)的、千篇一律的木地板不再是用戶的首選，消費者青睞多風格木地板，比如仿古地板崇尚歷史和追求自然。由于現(xiàn)代加工工藝的進步，地板不僅耐用，并且賦予了某種文化內(nèi)涵，這正是仿古地板的最大優(yōu)勢。與傳統(tǒng)地板不同的是，借表面做舊和手刮紋的模仿，仿古地板加入了“文化、藝術(shù)、審美、理念、訴求、主張、意識”的成分。仿古地板由歐美國家傳入我國后，大受市場歡迎。但也正由于仿古地板追求自然和諧，其表面凹凸加工費時費工，在一定程度上影響了仿古地板更好更快地發(fā)展［2］。

1 仿古地板加工現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，市場上的仿古地板多為實木復(fù)合地板，通過在板坯成型后把表面加工成凹凸起伏狀，配合其他處理手段來達到仿古的效果［3］。把表面加工成凹凸起伏狀均采用純手工操作，即工人用手工刮刀憑經(jīng)驗控制刮刀力度和路徑，加工出不同的紋理和凹凸觸感，由于手工加工的隨機性，使仿古地板展現(xiàn)出其獨特的唯一性，為消費者所青睞［4］。但采用手工制作的勞動方式，生產(chǎn)效率低，勞動強度大，質(zhì)地較硬的木料不易加工，嚴重制約了企業(yè)產(chǎn)能的提高和出口創(chuàng)匯能力；另一方面由于手工制作的特殊性，一些生長周期短、質(zhì)地硬的木料被生產(chǎn)企業(yè)棄用，浪費了資源。

目前國內(nèi)能夠生產(chǎn)出表面手刮紋仿古木地板的生產(chǎn)設(shè)備的企業(yè)只有佛山市南海區(qū)富東機械設(shè)備有限公司一家，但是其生產(chǎn)的全自動手刮紋設(shè)備存在缺陷，不能很好地適應(yīng)木地板長短的變化，同一塊木地板中手刮紋模仿的種類較少，不能加工高硬度的木料，不能夠滿足多風格木地板企業(yè)出口需求。

綜上所述，研制仿手工多風格木地板全自動生產(chǎn)設(shè)備對提高我國木地板行業(yè)生產(chǎn)裝備的水平，提高仿古木地板的生產(chǎn)效率，降低企業(yè)的勞動力成本，提高環(huán)保速生木材使用范圍和木材的使用效率從而降低能效和污染具有重要意義。本課題研究仿古地板表面加工切削機構(gòu)的設(shè)計，使刀具能夠在主軸高速旋轉(zhuǎn)的情況下靈活調(diào)整橫向切削位置，結(jié)合刀具切削深度的變化，達到手工刮削的加工效果。

2 切削系統(tǒng)的組成

如圖1 所示，仿古地板表面加工切削系統(tǒng)主要由三部分組成：1）一軸多刀的切削機構(gòu)；2）直線導軌副；3）主軸升降機構(gòu)。一軸多刀的切削機構(gòu)，通過滾珠絲杠導軌滑臺實現(xiàn)刮刀在主軸高速運轉(zhuǎn)情況下能夠自由隨機擺動，保證刮紋在仿古地板寬度方向的靈活多變；主軸升降機構(gòu)，通過螺母絲杠副實現(xiàn)切削主軸在切削深度方向的改變，保證刮紋深度根據(jù)要求變化，達到在地板表面上加工出仿古的效果。

圖1 切削系統(tǒng)的組成

2.1 一軸多刀的切削機構(gòu)

如圖2 所示，切削機構(gòu)由高速電主軸1、切削主軸2、刀盤3、撥桿4、搖臂5、滾珠絲杠導軌滑臺6、刀座限位支架7、刀架8 組成。切削主軸2為花鍵軸，在主軸2 設(shè)有三個刀盤3，刀盤3 包括軸承、卡簧、刀盤座和刀盤以及位于刀盤上的刀頭，刀盤安裝在刀盤座上，刀盤座上安裝在主軸2 上，撥桿4通過軸承、卡簧和刀盤座相連以控制刀盤3。

當切削時，切削機構(gòu)通過高速電主軸高速旋轉(zhuǎn)，帶動切削主軸2、刀盤3 高速旋轉(zhuǎn)進行板料切削運動，撥桿4通過搖臂5 連接在滾珠絲杠導軌滑臺上，通過控制系統(tǒng)對滾珠絲杠導軌滑臺6 的控制，可實現(xiàn)刀盤3 在高速運轉(zhuǎn)的同時能沿著切削主軸2 橫向移動，從而改變刀盤在板料上的橫向切削位置。

圖2 切削機構(gòu)

2.2 主軸升降機構(gòu)

如圖3 所示，升降機構(gòu)由絲杠螺母1、升降支架2、絲杠3、升降電機4 組成。升降機構(gòu)的絲杠螺母1 和圖2 切削機構(gòu)的刀架8 通過螺釘固定在一起，通過絲杠螺母的運動帶動刀架做垂直方向的運動，從而調(diào)節(jié)切削刀盤的切削高度位置，適應(yīng)不同的板料厚度和切削深度變化。

圖3 升降機構(gòu)

通過升降機構(gòu)、直線導軌副控制切削刀盤相對板料的位置，配合采用刃口形狀不同、刮齒數(shù)量不同的刮刀，即可控制所制得的凹槽的走向、大小、深淺以及截面形狀，在對板材表面進行左右S形上下曲線形往復(fù)運動式切削后，即可使板材表面產(chǎn)生出自然優(yōu)美的線槽，達到仿古效果。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

要實現(xiàn)要求的動作，切削系統(tǒng)由PLC 控制，銑刀的自由隨機擺動由步進電機驅(qū)動，主軸的上下控制也是步進電機驅(qū)動，圖4為一根主軸上部件電機驅(qū)動的工藝圖。

圖4 刮刀工藝圖

4 切削效果

通過調(diào)試和試加工，加工效果如圖5 所示，從加工件表面的紋理來看，已接近手工加工效果，只需根據(jù)要求再調(diào)整刀具的擺動速度和起止時間即可，達到了預(yù)期目標。

圖5 切削效果

5 結(jié)語

本切削系統(tǒng)加工效率高，一根主軸能加工出多道紋理，可以減少機床主軸數(shù)量，縮短機床的長度，減少設(shè)備投資，結(jié)構(gòu)緊湊；切削刀頭位置可控制，各個刀頭有獨立的控制系統(tǒng)，通過控制刀頭不同時間在主軸上的位置，可以加工出各自獨立的曲線紋理效果；配合整個主軸在高度方向的調(diào)整，可以做出階段式和深淺不一的各種不同的紋理風格。從而降低工人的勞動強度，易于實現(xiàn)全自動化連續(xù)生產(chǎn)，大大提高生產(chǎn)效率。

［1］韓冰.中國木材與木地板國際競爭力的分析［J］.商業(yè)文化，2012（12）：142-143.

［2］劉玚，劉芳，劉渝.仿古地板凹凸面自動加工研究［J］.木材加工，2012（9）：70-72.

［3］中國國家標準化管理季員會.LY/T1859-2009 仿古木質(zhì)地板［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［4］劉芳，何川，李黎，等.仿古地板數(shù)控加工技術(shù)［J］.木材加工，2011（10）：57-58.

［5］張長青.現(xiàn)代木工機械CAM 系統(tǒng)二次開發(fā)平臺的選擇及應(yīng)用［J］.木材加工機械，2010，21（4）：5-7.

［6］丁文華，錢樺.基于田口法的木制品數(shù)控加工參數(shù)優(yōu)化研究［J］.木材加工機械，2007，18（6）：4-7.