毛竹自仿形旋切机设计研究

(福建农林大学机电工程学院，福建 福州350001）

卜祥安(德州科技职业学院机电工程系，山东 德州251200）

早在20世纪50年代，国外就开始研究竹材旋切的设备和工艺，我国在20世纪70年代末开始该项目的研究，出现了许多相关设备和工艺，其中最常见的竹材旋切方式如图1所示[1-2]。但是，在加工毛竹时，该竹材旋切方式存在如下缺陷[3]：①旋切刀由丝杠进行控制，不能随着竹材的尖削度摆动。②受竹材尺寸和外形影响，旋切刀的切削运动不稳定，造成旋切出的竹片厚薄不匀，还容易发生跳刀现象导致断片。③进给系统不易快速准确地进行调整。竹壁厚度薄，可用的调整时间极短；各竹材的形状变化多端，必须逐个调整。另外，由于竹材的结构中空，不能象加工普通木材一样用卡爪来装卡，而且竹段的外圆不规则，不能用无卡轴旋切机来装卡旋切。针对上述问题，笔者提出一种基于液压传动原理的自动进给方法，该方法能根据不同外形的毛竹坯料自动调整进给量，从而使旋切的板料厚度均匀。

1 设计思路

在传统的旋切机中，旋切刀的进给由丝杠进行控制(见图1），这种进给方式的优点是进给均匀，但不能根据被切削材料的外形适时地调整进给量。为此，提出一种基于液压传动原理的自仿形设计思路，即在毛竹原棒材周围仍然采用3个压辊(见图2），但与传统的旋切方式中的单滚和双滚采用机械驱动不同，采用液压缸驱动3个压辊，即每个压辊的两端各由1个同步液压缸活塞驱动，各活塞由同一个泵供油，实现同步运动，其中单个压辊的控制回路如图3所示。由于旋切刀与压辊可以用螺栓结构连接在一起，在加工时，压辊与切刀可以实现同步进给或后退。

图1 传统的旋切方式示意图

2 压辊控制回路设计

图2 总体驱动示意图

图3 单个压辊液压控制回路图

每个压辊两端各由1个液压缸驱动，各个液压缸的液压油路均由同一个泵通过一个3位4通换向阀供油，使各个缸的油压相等，从而保证每个液压缸对压辊的作用力大小相等[4]。采用胀轴穿通毛竹竹段并装夹在卡盘上，当所切削的毛竹沿轴线方向出现锥形时，在液压缸活塞的作用下，压辊会出现相应的倾斜，即出现毛竹左端直径较大、右端直径较小的情况时，该压辊的右端活塞的伸出量比左端的伸出量要大(见图4（a））。相反，当出现毛竹左端直径较小、右端直径较大的情况时，该压辊的左端活塞的伸出量比右端的伸出量要大(见图4（b））。这样，无论毛竹在轴线方向出现何种变化，3个均匀分布的压辊都能始终与毛竹棒材保持接触，从而使切削出的竹片均匀、连续。

同理，对于毛竹原棒材在同一截面不同直径方向上出现非圆变化时，即毛竹坯料的外圆出现凸起或凹陷时，在各个液压缸的作用下，压辊也能适时地根据毛竹外径的变化做出相应的位置变化。

图4 旋切刀与压辊液压控制回路示意图

3 旋切刀具部位设计

改进后的旋切刀如图5所示。从图5可以看出，压辊与轴采用轴承连接，旋切刀与压辊轴、出料板均连接在一起，实现同步进给或后退。在旋切过程中，刀具与压辊之间的间隙是相对固定的，压辊在液压缸活塞的作用下始终与毛竹保持接触，这样能保证旋切竹片厚度的均匀性。通过调整连接杆与刀具连接处的位置，可以改变刀具的各种切削角度。此外，可以通过调整刀具与压辊之间的间隙得到不同厚度的竹片。

图5 改进后的旋切刀具

4 结 语

根据毛竹非圆外形的特点，提出了一种能适时调整旋切刀的径向进给量的设计思路，利用液压传动原理，实现旋切刀与压辊同步进给，在毛竹外形不规则的情况下，能够满足刀具切深的一致性，从而加工出板厚一致的竹质薄板材。

[1]何德芳，崔成法，曾奇军，等．竹单板旋切工艺的初步探析 [J]．木材工业，2001，15（6）：29-30．

[2]陈学勇，潘天红．圆木无卡旋切机单片机控制系统的设计 [J]．福建农林大学学报，2003，32（4）：531-534．

[3]郑瑞钰．竹材旋切新技术及其制品的研发 [J]．世界竹藤通讯，2010，8（5）：28-30．

[4]董霞，孙振强，卜祥安，等．液压与气压传动技术 [M]．上海：同济大学出版社，2009．