毛竹自仿形旋切機設計研究

(福建農林大學機電工程學院，福建 福州350001）

卜祥安(德州科技職業學院機電工程系，山東 德州251200）

早在20世紀50年代，國外就開始研究竹材旋切的設備和工藝，我國在20世紀70年代末開始該項目的研究，出現了許多相關設備和工藝，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，該竹材旋切方式存在如下缺陷[3]：①旋切刀由絲杠進行控制，不能隨著竹材的尖削度擺動。②受竹材尺寸和外形影響，旋切刀的切削運動不穩定，造成旋切出的竹片厚薄不勻，還容易發生跳刀現象導致斷片。③進給系統不易快速準確地進行調整。竹壁厚度薄，可用的調整時間極短；各竹材的形狀變化多端，必須逐個調整。另外，由于竹材的結構中空，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則，不能用無卡軸旋切機來裝卡旋切。針對上述問題，筆者提出一種基于液壓傳動原理的自動進給方法，該方法能根據不同外形的毛竹坯料自動調整進給量，從而使旋切的板料厚度均勻。

1 設計思路

在傳統的旋切機中，旋切刀的進給由絲杠進行控制(見圖1），這種進給方式的優點是進給均勻，但不能根據被切削材料的外形適時地調整進給量。為此，提出一種基于液壓傳動原理的自仿形設計思路，即在毛竹原棒材周圍仍然采用3個壓輥(見圖2），但與傳統的旋切方式中的單滾和雙滾采用機械驅動不同，采用液壓缸驅動3個壓輥，即每個壓輥的兩端各由1個同步液壓缸活塞驅動，各活塞由同一個泵供油，實現同步運動，其中單個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構連接在一起，在加工時，壓輥與切刀可以實現同步進給或后退。

圖1 傳統的旋切方式示意圖

2 壓輥控制回路設計

圖2 總體驅動示意圖

圖3 單個壓輥液壓控制回路圖

每個壓輥兩端各由1個液壓缸驅動，各個液壓缸的液壓油路均由同一個泵通過一個3位4通換向閥供油，使各個缸的油壓相等，從而保證每個液壓缸對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，當所切削的毛竹沿軸線方向出現錐形時，在液壓缸活塞的作用下，壓輥會出現相應的傾斜，即出現毛竹左端直徑較大、右端直徑較小的情況時，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，當出現毛竹左端直徑較小、右端直徑較大的情況時，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何種變化，3個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。

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

圖4 旋切刀與壓輥液壓控制回路示意圖

3 旋切刀具部位設計

改進后的旋切刀如圖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，實現同步進給或后退。在旋切過程中，刀具與壓輥之間的間隙是相對固定的，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，可以通過調整刀具與壓輥之間的間隙得到不同厚度的竹片。

圖5 改進后的旋切刀具

4 結 語

根據毛竹非圓外形的特點，提出了一種能適時調整旋切刀的徑向進給量的設計思路，利用液壓傳動原理，實現旋切刀與壓輥同步進給，在毛竹外形不規則的情況下，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，2001，15（6）：29-30．

[2]陳學勇，潘天紅．圓木無卡旋切機單片機控制系統的設計 [J]．福建農林大學學報，2003，32（4）：531-534．

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

[4]董霞，孫振強，卜祥安，等．液壓與氣壓傳動技術 [M]．上海：同濟大學出版社，2009．