CN109397431A - 一种旋切用竹材整形装置及竹材整形旋切方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋切用竹材整形装置及竹材整形旋切方法，该装置包括内咬合卡轴、用于驱动内咬合卡轴径向膨胀和旋转的加压驱动装置、用于控制加压驱动装置的压力控制装置、至少三根绕内咬合卡轴圆周方向均匀分布的同步运动整形辊、用于驱动各个同步运动整形辊沿内咬合卡轴径向同步运动的同步驱动机构、为同步驱动机构提供动力并控制同步运动整形辊对竹段压力的整形辊动力控制机构。该方法包括以下步骤：去内外节竹段软化、初步整形、整形并定型、旋转竹段进行竹材单板的生产。本旋切用竹材整形装置操作方法简单、整形效果好、驱动扭矩大，旋切过程中竹材不产生扭曲、打滑等现象，能旋切不规整的竹段，竹单板出材率高、质量好、规格多。

Description

一种旋切用竹材整形装置及竹材整形旋切方法

技术领域

本发明涉及主材加工技术领域，尤其涉及一种旋切用竹材整形装置及竹材整形旋切方法。

背景技术

竹材的壁厚较小，薄者仅有5mm，厚者约20mm，平均厚度约10mm。竹材的圆直度很大程度上决定了竹材旋切单板的出材率，圆直度好的竹材在天然竹材中占比很低，旋切竹单板的出材率较低，价格较贵，市场需求较小。通过对竹材进行整圆整直，能够提高旋切竹单板的出材率，降低竹单板价格，提高竹单板市场竞争力，促进竹产业发展。现有一类旋切机采用摩擦辊整圆整直，并以摩擦方式驱动竹材旋转进行旋切，摩擦力较小，要增大摩擦力必须增大压力，易压溃竹材，因此不能旋切厚竹板，竹材有尖削度，采用摩擦驱动会导致竹材扭曲变形，打滑跳动，旋切质量较差。

如中国专利公告号：CN103302714A，公开了一种竹材整形旋切一体机，包括机架、电动机和减速器，减速器上连接有第一主动辊子和与第一主动辊子旋向相反的从动辊子，从动辊子通过传动辊链传动机构与减速器相连，第一主动辊子下方设置有第二主动辊子，从动辊子下方设置有进给座，从动辊子位于第一主动辊子和第二主动辊子之间并与第一主动辊子和第二主动辊子构成等腰三角形；从动辊子下方设置有旋切刀具，旋切刀具远离从动辊子的一端铰接有至少一个第二阻尼缸。该专利中的旋切机只能对尖削度小的短竹段进行旋切，不能旋切尖削度大的长竹段，而且只能旋切薄竹板，不能旋切厚竹板。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种旋切用竹材整形装置及竹材整形旋切方法。

本发明的目的主要是通过以下技术方案来实现的：一种旋切用竹材整形装置，包括内咬合卡轴、用于驱动内咬合卡轴径向膨胀和旋转的加压驱动装置、用于控制加压驱动装置的压力控制装置、至少三根绕内咬合卡轴圆周方向均匀分布的同步运动整形辊、用于驱动各个同步运动整形辊沿内咬合卡轴径向同步运动的同步驱动机构、为同步驱动机构提供动力并控制同步运动整形辊对竹段压力的整形辊动力控制机构。

进一步的，所述内咬合卡轴包括一中心轴、与同步运动整形辊数量相同的膨胀单元和若干个连盘；所述中心轴一端开有顶针孔；所述连盘套装在中心轴上且与中心轴通过花键连接，只有位于内咬合卡轴两端的连盘仅有一侧有与同步运动整形辊数量相同的接头，其余连盘的两侧面各有与同步运动整形辊数量相同的接头，接头沿圆周方向均匀分布；相邻两个连盘上对置的接头通过膨胀单元相连，所述膨胀单元包括两根推杆和一肋条，两根推杆铰接在肋条的两端，一根推杆的外端与连盘上的接头铰接，另一根推杆的外端与另一相邻的连盘上对置的接头铰接，所述肋条外侧布满卡针。

进一步的，所述加压驱动装置包括一液压夹紧双卡轴箱和一卡盘；所述卡盘夹紧内咬合卡轴中心轴的一端，并驱动中心轴旋转，进而带动内咬合卡轴旋转；中心轴的另一端安装在液压夹紧双卡轴箱上，液压夹紧双卡轴箱与卡盘相对；所述液压夹紧双卡轴箱包括一空心轴套、一外卡轴、一内卡轴、第一液压缸、第二液压缸和一箱体；所述外卡轴为一空心轴，与套在其上的空心轴套通过滑键式连接，外卡轴能在空心轴套内轴向运动，外卡轴的卡头为一圆环，通过卡头挤压内咬合卡轴的连盘，实现对内咬合卡轴的施压；所述内卡轴在外卡轴中，通过滑键连接，能在轴向自由移动，内卡轴的卡头为一顶针，顶入中心轴一端的顶针孔，实现内咬合卡轴的定心；所述空心轴套通过轴承安装在箱体上；所述第一液压缸和第二液压缸均固定安装在箱体上，第一液压缸的活塞与外卡轴尾端连接，第二液压缸的活塞与内卡轴尾端连接。

进一步的，所述压力控制装置包括外卡轴液压控制系统和内卡轴液压控制系统，所述外卡轴液压控制系统控制加压驱动装置中的第一液压缸和内卡轴液压控制系统控制加压驱动装置中的第二液压缸；所述外卡轴液压控制系统包括第一压力表、第二压力表、第一减压阀、第二减压阀、第一三位四通电磁换向阀、第一单向阀、第一二位三通电磁换向阀，第一三位四通电磁换向阀的P口与油源相连通，第一三位四通电磁换向阀的A口分别与第一减压阀的入口、第二减压阀的入口以及第一单向阀的出口相连通，第一减压阀的出口和第一压力表的入口相连通，第一压力表的出口和第一二位三通电磁换向阀的P口相连通，第二减压阀的出口和第二压力表的入口相连通，第二压力表的出口和第一二位三通电磁换向阀的T口相连通，第一单向阀的入口和第一二位三通电磁换向阀的A口均与第一液压缸的无杆端相连通；第一液压缸的有杆端与第一三位四通电磁换向阀的B口相连通；

所述内卡轴液压控制系统包括第三压力表、第三减压阀、第二三位四通电磁换向阀、第二单向阀，第二三位四通电磁换向阀的P口与油源相连通，第二三位四通电磁换向阀的A口分别与第三减压阀的入口以及第二单向阀的出口相连通，第三减压阀的出口和第三压力表的入口相连通，第三压力表的出口和第二单向阀的入口均与第二液压缸的无杆端相连通，第二液压缸的有杆端与第二三位四通电磁换向阀的B口相连通。

进一步的，所述同步运动整形辊包括一芯轴、一端部轴套、若干个滚动轴承和若干个隔离轴套；所述芯轴中间套有若干个滚动轴承和若干个隔离轴套，每两个滚动轴承之间夹着一个隔离轴套，芯轴一端有轴肩，另一端装有弹簧卡圈，以限制滚动轴承的轴向移动；所述端部轴套套在芯轴的一端。

进一步的，所述同步驱动机构包括结构相同的左同步驱动单元和右同步驱动单元，左同步驱动单元驱动同步运动整形辊的一端，右同步驱动单元驱动同步运动整形辊的另一端，左同步驱动单元和右同步驱动单元均包括一转轴、一齿轮、一链轮、一蜗轮、一蜗杆、一U型块、一输出齿条、一直线导轨、滚珠滑块、一座块、外球面带座轴承；所述蜗轮空套在转轴上，并与蜗杆相啮合连接，蜗杆支承在U型块上，所述齿轮与蜗轮同轴且固定连接在蜗轮侧面上，齿轮又与输出齿条相啮合；所述链轮固定在转轴上，U型块固定在链轮侧面；所述输出齿条背面与直线导轨固定连接，所述直线导轨贯穿滚珠滑块，两滚珠滑块固定不动；所述座块与输出齿条端部固定；所述座块与外球面带座轴承固定连接；同步运动整形辊的芯轴安装在左同步驱动单元的外球面带座轴承上，端部轴套安装在右同步驱动单元的外球面带座轴承上；所有左同步驱动单元的链轮通过一条链条相连，链条通过张紧轮张紧；所有右同步驱动单元的链轮通过另一条链条相连，该链条通过另一张紧轮张紧。

进一步的，所述蜗杆两端套有耐磨套；所述耐磨套安装在U型块的安装孔中；所述蜗轮侧面有阶梯毂，齿轮固定在阶梯毂上；所述蜗轮与蜗杆之间具有自锁性。

进一步的，所述整形辊动力控制机构包括两第三液压缸、两主动齿条和一液压控制系统；每个第三液压缸的活塞杆与一个主动齿条固定连接；所述两主动齿条又分别与一个左同步驱动单元中的齿轮相啮合和一个右同步驱动单元中的齿轮相啮合；所述液压控制系统包括第四压力表、第五压力表、第四减压阀、第五减压阀、第三三位四通电磁换向阀、第二二位三通电磁换向阀和第三单向阀，第三三位四通电磁换向阀的P口与油源相连通，第三三位四通电磁换向阀的A口分别与第四减压阀的入口、第五减压阀的入口以及第三单向阀的出口相连通，第四减压阀的出口和第四压力表的入口相连通，第四压力表的出口和第二二位三通电磁换向阀的P口相连通，第五减压阀的出口和第五压力表的入口相连通，第五压力表的出口和第二二位三通电磁换向阀的T口相连通，第三单向阀的入口和第二二位三通电磁换向阀的A口均与两第三液压缸的无杆端相连通；两第三液压缸的有杆端均与第三三位四通电磁换向阀的B口相连通。

进一步的，所述油源包括油箱、油泵、一蓄能器、第四单向阀、溢流阀和电控压力表；油泵从油箱吸油，油泵通过第四单向阀与蓄能器相连通，溢流阀的入口接在油泵和第四单向阀之间，溢流阀的出口与蓄能器相连通，电控压力表安装在蓄能器上，蓄能器分别与第一三位四通电磁换向阀的P口、第二三位四通电磁换向阀的P口和第二三位四通电磁换向阀的P口相连通。

本发明的另一目的是提供一种竹材整形旋切方法，将上述的旋切用竹材整形装置安装到卡轴式旋切机形成竹材整形旋切机，该方法在竹材整形旋切机实现，包括如下步骤：

(1)软化处理：将去除内外节的竹段进行软化；

(2)初步整形：先采用同步驱动机构，使同步运动整形辊向经过软化处理的套在内咬合卡轴上的竹段的中心同步进给，对竹段施加持续的可控压力，对竹段进行初步整形，压力大小由整形辊动力控制机构控制，此时控制对竹段的压力为0.5-2Mpa；

(3)整形并定型：再将内咬合卡轴的肋条与同步运动整形辊对齐，通过加压驱动装置对内咬合卡轴施加轴向压力，使内咬合卡轴的肋条同步向竹壁膨胀，内咬合卡轴上的肋条对竹壁施加持续的压力，同时肋条上的卡针插入竹段内表面，与竹壁实现咬合，使竹段稳定的固定，对竹壁施加的压力大小由压力控制装置控制，此阶段控制对竹段的压力为2-4Mpa；此时，通过整形辊动力控制机构将同步运动整形辊对竹段的压力调整为2-5Mpa，完成竹段的整形与定型；

(4)旋转竹段进行竹材单板的生产：竹段整形完成后将同步运动整形辊与内咬合卡轴对竹段的压力均降为0.5-2Mpa，通过加压驱动装置驱动内咬合卡轴及固定在其上的竹段同步旋转，同时旋刀向竹段中心均匀进给，将靠近轴式旋切机的刀具的整形辊作为压尺，旋切竹段，旋切过程中同步运动整形辊对竹段保持0.5-2Mpa的压力，内部内咬合卡轴对竹段保持0.5-2Mpa的压力，使之与竹材内表面保持咬合状态；旋切完成时，加压驱动装置的外卡轴先退回使内咬合卡轴卸压，然后整形辊动力控制机构为同步驱动机构提供动力，驱动同步运动整形辊快速退回，最后加压驱动装置的内卡轴退回，完成竹段的旋切。

供油供油本发明的有益效果是：1、由同步驱动机构驱动绕内咬合卡轴圆周均匀分布的数根同步运动整形辊同步向中心进给施力，使竹段圆周方向受力均匀，同时内部由内咬合卡轴由内向外对竹壁施加与同步运动整形辊压力方向相反、大小相等的压力，使得内外压力能够保持平衡，竹段不易压溃，能够采用较高的内外压力挤压竹壁，整形效果好，因此能够提高竹单板的出材率。

2、通过外球面带座轴承与同步运动整形辊的中心轴的端部轴套配合使用，使得同步运动整形辊两端能够具有高度差，同步运动整形辊的辊面能够始终与具有尖削度的竹段的表面贴合，将两端的压力通过辊面均匀传递到竹段表面,并且能够减小同步误差带来的影响。

3、由于链轮与链条之间存在的配合误差以及各种装配尺寸误差，为消除或减小这些误差对同步运动整形辊同步性的影响，在左、右同步驱动单元中加入具有自锁性的蜗轮蜗杆，通过转动蜗杆带动蜗轮及固定在蜗轮上的齿轮旋转，使得齿轮与链轮之间发生相对转动，输出齿条上下移动，使各输出齿条处于相同初始位置，进而使各同步运动整形辊处于相同初始位置，提高同步驱动机构的同步性。在调整完之后将蜗杆锁住，能够防止受到冲击时蜗杆发生跳动而影响同步性。

4、使用数个轴承代替一体式辊面的原因是竹材具有尖削度，导致竹段表面轴向不同部位线速度不同，若同步运动整形辊采用一体式辊面，必有大部分辊面与竹段表面之间存在滑动摩擦，摩擦阻力大，不利于竹段旋切，起不到用采用辊子以减小摩擦阻力的目的，而轴向分布的复数个轴承能够具有以不同的转速贴合竹壁旋转，与竹壁之间存在的滑动摩擦很小，有利于竹段的旋切，节省能源。

5、如采用外部摩擦辊驱动竹段旋转，摩擦力较小，要增大摩擦力必须增大压力，易压溃竹材，因此不能旋切厚竹板，且由于竹子存在尖削度，竹段的大小头旋转一周路程不同，竹材会发生打滑跳动，甚至扭曲变形，旋切出的单板质量较差，因而只能旋切较短的竹段，使得其大小头直径差异小，进而提高单板质量，但同时会导致竹单板幅面减小。而由处于竹段内部的内咬合卡轴旋转带动竹段旋转，内咬合卡轴的肋条对竹壁施加持续压力的同时肋条上布满的卡针插入竹段内表面，与竹纤维实现咬合，使竹段稳定的固定，在旋切时能够提供很大的转矩驱动竹段旋转，进而能够旋切厚度较厚的竹单板，且从内部驱动竹段旋转，竹段两端同步旋转，不会发生扭曲、跳动，能够旋切较长竹段，旋切出的竹单板质量好、幅面大；如采用端部卡轴驱动竹段旋转，竹段两端有截头损耗，而采用本方法竹段两端无损耗，原料利用率高。

附图说明

图1是本发明的原理简图；

图2是本发明的内咬合卡轴结构简图；

图3a是本发明的肋条结构示意图；

图3b是本发明的连盘结构示意图；

图3c是图3b的半剖图；

图4是同步运动整形辊轴测图；

图5是同步运动整形辊和同步驱动机构装配示意图；

图6是同步驱动机构主视图；

图7是蜗轮蜗杆侧视图；

图8是U型块和链轮的安装示意图图；

图9是总液压系统回路示意图；

图示说明：内咬合卡轴1、加压驱动装置2、压力控制装置3、同步运动整形辊4、同步驱动机构5、整形辊动力控制机构6、竹段7、中心轴101、连盘102、接头103、推杆104、肋条105、卡针106、卡盘201、外卡轴202、内卡轴203、第一液压缸204、卡头205、顶针206、第二液压缸207、第一压力表301、第一减压阀302、第一三位四通电磁换向阀303、第一单向阀304、第二压力表305、第二减压阀306、第一二位三通电磁换向阀307、第三压力表308、第三减压阀309、第二三位四通电磁换向阀310、第二单向阀311、芯轴401、端部轴套402、滚动轴承403、隔离轴套404、弹簧卡圈405、转轴501、齿轮502、链轮503、蜗轮504、蜗杆505、U型块506、输出齿条507、耐磨套508、滚珠滑块509、座块510、外球面带座轴承511、链条512、第三液压缸601、主动齿条602、第四压力表603、第五压力表604、第四减压阀605、第五减压阀606、第三三位四通电磁换向阀607、第二二位三通电磁换向阀608、第三单向阀609、油泵701、蓄能器702、第四单向阀703、溢流阀704、电控压力表705。

具体实施方式

下面根据附图详细与具体实施方式进一步详细说明本发明。

实施例：

如图1-9所示，本发明提供一种旋切用竹材整形装置，包括内咬合卡轴1、用于驱动内咬合卡轴1径向膨胀和旋转的加压驱动装置2、用于控制加压驱动装置2的压力控制装置3、至少三根绕内咬合卡轴1圆周方向均匀分布的同步运动整形辊4(本实施例附图中给出了四个，下面就以四个为例)、用于驱动各个同步运动整形辊4沿内咬合卡轴径向同步运动的同步驱动机构5、为同步驱动机构5提供动力并控制同步运动整形辊4对竹段7压力的整形辊动力控制机构6。

如图2、图3a-图3c所示，所述内咬合卡轴1包括一中心轴101、与同步运动整形辊4数量相同的膨胀单元和若干个连盘102；所述中心轴101一端开有顶针孔；所述连盘102套装在中心轴101上且与中心轴101通过花键连接，能在中心轴101上沿轴向移动，只有位于内咬合卡轴1两端的连盘102仅有一侧有与同步运动整形辊4数量相同的接头103，其余连盘102的两侧面各有与同步运动整形辊4数量相同的接头103，接头103沿圆周方向均匀分布，接头103布置在连盘102侧面，有利于减小内咬合卡轴1的尺寸，以适应更小径级的竹段；相邻两个连盘102上对置的接头103通过膨胀单元相连，所述膨胀单元包括两根推杆104和一肋条105，两根推杆104铰接在肋条105的两端，一根推杆104的外端与连盘102上的接头103铰接，另一根推杆104的外端与另一相邻的连盘102上对置的接头103铰接，所述肋条105外侧布满卡针106，卡针106能够插入竹壁中约3毫米，与竹纤维咬合，能够产生很大的驱动扭矩，进而旋切较厚竹单板。推杆104长度可以变化，以适应不同径级竹段的需要，连盘102的数目根据竹段的长度决定。

如图2所示，所述加压驱动装置2包括一液压夹紧双卡轴箱和一卡盘201；所述卡盘201夹紧内咬合卡轴1中心轴101的一端，并驱动中心轴101旋转，进而带动内咬合卡轴1旋转；中心轴101的另一端安装在液压夹紧双卡轴箱上，液压夹紧双卡轴箱与卡盘201相对，能够使内咬合卡轴1很好的定心，提高旋切精度；所述液压夹紧双卡轴箱包括一空心轴套、一外卡轴202、一内卡轴203、第一液压缸204、第二液压缸207和一箱体；所述外卡轴202为一空心轴，与套在其上的空心轴套通过滑键式连接，外卡轴202能在空心轴套内轴向运动，外卡轴202的卡头205为一圆环，通过卡头205挤压内咬合卡轴1的连盘102，实现对内咬合卡轴1的施压；所述内卡轴203在外卡轴202中，通过滑键连接，能在轴向自由移动，内卡轴203的卡头205为一顶针206，顶入中心轴101一端的顶针孔，实现内咬合卡轴1的定心；所述空心轴套通过轴承安装在箱体上，因此内、外卡轴在同步旋转的同时可分别产生轴向运动；所述第一液压缸204和第二液压缸207固定安装在箱体上，第一液压缸204的活塞与外卡轴202尾端连接，第二液压缸207的活塞与内卡轴203尾端连接。安装套有竹段7的内咬合卡轴1时，内咬合卡轴的中心轴一端先由卡盘夹紧，另一端由液压夹紧双卡轴箱内卡轴的顶针顶住，能够使内咬合卡轴很好的定心，提高旋切精度，然后液压夹紧双卡轴箱的外卡轴的卡头给内咬合卡轴的连盘施加压力，最后由卡盘驱动内咬合卡轴旋转。

如图9所示，所述压力控制装置3包括外卡轴液压控制系统和内卡轴液压控制系统，所述外卡轴液压控制系统控制加压驱动装置2中的第一液压缸204和内卡轴液压控制系统控制加压驱动装置2中的第二液压缸207；所述外卡轴液压控制系统包括第一压力表301、第一减压阀302、第一三位四通电磁换向阀303、第一单向阀304、第二压力表305、第二减压阀306、第一二位三通电磁换向阀307，第一三位四通电磁换向阀303的P口与油源相连通，第一三位四通电磁换向阀303的A口分别与第一减压阀302的入口、第二减压阀302的入口以及第一单向阀304的出口相连通，第一减压阀302的出口和第一压力表301的入口相连通，第一压力表301的出口和第一二位三通电磁换向阀307的P口相连通，第二减压阀306的出口和第二压力表305的入口相连通，第二压力表305的出口和第一二位三通电磁换向阀307的T口相连通，第一单向阀304的入口和第一二位三通电磁换向阀307的A口均与第一液压缸204的无杆端相连通；第一液压缸204的有杆端与第一三位四通电磁换向阀303的B口相连通；所述内卡轴液压控制系统包括第三压力表308、第三减压阀309、第二三位四通电磁换向阀310、第二单向阀311，第二三位四通电磁换向阀310的P口与油源相连通，第二三位四通电磁换向阀310的A口分别与第三减压阀309的入口以及第二单向阀311的出口相连通，第三减压阀309的出口和第三压力表308的入口相连通，第三压力表308的出口和第二单向阀311的入口均与第二液压缸207的无杆端相连通，第二液压缸207的有杆端与第二三位四通电磁换向阀310的B口相连通。第二三位四通电磁换向阀310的左位进入工作状态，液压油经过第三减压阀309、第三压力表308进入第二液压缸207的无杆端油腔，推动活塞上行，进而带动内卡轴203伸出，内卡轴203卡头上的顶针顶入内咬合卡轴1的中心轴101的顶针孔内，压力的大小由第三减压阀309设定的压力决定；第二三位四通电磁换向阀310的右位进入工作状态，液压油进入第二液压缸207的有杆端油腔，推动活塞下行，进而带动内卡轴203退出，第二液压缸207的无杆端油腔中的液压油经过第二单向阀311到第二三位四通电磁换向阀310的排油口排出；第二三位四通电磁换向阀310处于中位，液压油不能进入第二液压缸207，内卡轴203不工作。第一三位四通电磁换向阀303的左位进入工作状态，液压油经过减压阀、压力表和第一二位三通电磁换向阀307进入第一液压缸204的无杆端油腔，推动活塞上行，进而带动外卡轴202伸出，外卡轴202的卡头上的圆盘挤压内咬合卡轴1的连盘102，使内咬合卡轴1径向膨胀，第一减压阀302和第二减压阀306分别设置为高、低压力，第一二位三通电磁换向阀307进入左位或右位工作状态，第一减压阀302或第二减压阀306接入气路，使第一液压缸204获得高压力或低压力，第一液压缸204的活塞推动外卡轴202对连盘102施加高压力或低压力使内咬合卡轴1膨胀，最终控制内咬合卡轴1对竹壁的压力为2-4Mpa或0.5-2Mpa，第一三位四通电磁换向阀303的右位进入工作状态，液压油进入第一液压缸204的有杆端油腔，推动活塞下行，进而带动外卡轴20退出，第一液压缸204的无杆端油腔中的液压油经过第一单向阀304到第一三位四通电磁换向阀303的排油口排出，第一三位四通电磁换向阀303处于中位，液压油不能进入第一液压缸204，外卡轴202不工作。

如图4和图5所示，所述同步运动整形辊4包括一芯轴401、一端部轴套402、若干个滚动轴承403和若干个隔离轴套404；所述芯轴401中间套有若干个滚动轴承403和若干个隔离轴套404，每两个滚动轴承403之间夹着一个隔离轴套404，隔离轴套404顶在滚动轴承403的内圈上，使得各滚动轴承403外圈侧面不相互接触，能够自由转动，并且能减少滚动轴承403数量，减轻同步运动整形辊的质量，降低制造成本；芯轴401一端有轴肩，另一端装有弹簧卡圈405，以限制滚动轴承403的轴向移动；所述端部轴套402套在芯轴401的一端，使得芯轴401的一端能够轴向移动。使用若干个滚动轴承403代替一体式辊面的原因是竹材具有尖削度，导致竹段表面轴向不同部位线速度不同，若同步运动整形辊4采用一体式辊面，必有大部分辊面与竹段表面之间存在滑动摩擦，摩擦阻力大，不利于竹段旋切，起不到用采用辊子以减小摩擦阻力的目的，而轴向分布的若干个滚动轴承403能够具有以不同的转速贴合竹壁旋转，与竹壁之间存在的滑动摩擦很小，有利于竹段的旋切，节省能源。芯轴401两端与外球面带座轴承511连接，因为竹材具有尖削度，所以采用外球面带座轴承511与芯轴401上的端部轴套402配合使用，使得同步运动整形辊4两端能够具有高度差，同步运动整形辊4的辊面能够始终与竹段表面贴合，将两端的压力通过辊面均匀传递到竹段表面,并且能够减小同步误差带来的影响。本实施例的同步运动整形辊4有四个，呈正方形均匀布置，能够保证外部压力从四个方向均匀施加，有利于竹段的整形。

如图5-8所示，所述同步驱动机构5包括结构相同的左同步驱动单元和右同步驱动单元，左同步驱动单元驱动同步运动整形辊4的一端，右同步驱动单元驱动同步运动整形辊4的另一端，左同步驱动单元和右同步驱动单元均包括一转轴501、一齿轮502、一链轮503、一蜗轮504、一蜗杆505、一U型块506、一输出齿条507、一直线导轨、滚珠滑块509、一座块510、外球面带座轴承511；所述转轴501通过轴承支承机架上；所述蜗轮504空套在转轴501上，并与蜗杆505相啮合连接，U型块506被分割为上下两部分，上下两部分通过双头螺柱连接，蜗杆505支承在上下两部分之间，将U型块506分割开能够方便蜗杆的安装更换；所述齿轮502与蜗轮504同轴且固定连接在蜗轮504侧面上，齿轮502又与输出齿条507相啮合；所述链轮503固定在转轴501上，U型块506的下面部分固定在链轮503侧面；所述输出齿条507背面与直线导轨固定连接，所述直线导轨贯穿滚珠滑块509，两滚珠滑块509固定不动；所述座块510与输出齿条507端部固定；所述座块510与外球面带座轴承511固定连接；同步运动整形辊4的芯轴401安装在左同步驱动单元的外球面带座轴承511上，端部轴套402安装在右同步驱动单元的外球面带座轴承511上；所有左同步驱动单元的链轮503通过一条链条512相连，链条512上张紧有张紧轮；所有右同步驱动单元的链轮503通过另一条链条512相连，该链条512上张紧有另一张紧轮；两个张紧轮安装在机架上。

如图7所示，所述蜗杆505两端套有耐磨套508；所述耐磨套508安装在U型块506的安装孔中(即上下两部分之间)，耐磨套508能够减小蜗杆505的磨损；所述蜗轮504侧面有阶梯毂，齿轮502固定在阶梯毂上；所述蜗轮504与蜗杆505之间具有自锁性。由于链轮与链条之间存在的配合误差以及各种装配尺寸误差，为消除或减小这些误差对整形辊同步性的影响，通过转动蜗杆带动蜗轮及固定在蜗轮上的齿轮旋转，使得齿轮与链轮之间发生相对转动，输出齿条上下移动，使各输出齿条处于相同初始位置，进而使同步运动整形辊处于相同初始位置提高同步驱动机构的同步性。在调整完之后将蜗杆锁住，以防止受到冲击时蜗杆发生跳动而影响同步性。

如图9所示，所述整形辊动力控制机构6包括两第三液压缸601、两主动齿条602和一液压控制系统；每个第三液压缸601的活塞杆与一个主动齿条602固定连接；所述两主动齿条602又分别与一个左同步驱动单元中的齿轮502相啮合和一个右同步驱动单元中的齿轮502相啮合；所述液压控制系统包括第四压力表603、第五压力表604、第四减压阀605、第五减压阀606、第三三位四通电磁换向阀607、第二二位三通电磁换向阀608和第三单向阀609；第三三位四通电磁换向阀607的P口与油源相连通，第三三位四通电磁换向阀607的A口分别与第四减压阀605的入口、第五减压阀606的入口以及第三单向阀609的出口相连通，第四减压阀605的出口和第四压力表603的入口相连通，第四压力表603的出口和第二二位三通电磁换向阀608的P口相连通，第五减压阀606的出口和第五压力表604的入口相连通，第五压力表604的出口和第二二位三通电磁换向阀608的T口相连通，第三单向阀609的入口和第二二位三通电磁换向阀608的A口均与两第三液压缸601的无杆端相连通；两第三液压缸601的有杆端均与第三三位四通电磁换向阀607的B口相连通。第三三位四通电磁换向阀607的左位进入工作状态，液压油经过减压阀、压力表和第二二位三通电磁换向阀608进入两第三液压缸601的无杆端油腔，推动活塞上行，进而带动两主动齿条602伸出，驱动与主动齿条602啮合的齿轮502转动，第四减压阀605、第五减压阀606分别设置为高、低压力，第二二位三通电磁换向阀608进入左位或右位工作状态，第四减压阀605或第五减压阀606接入气路，使两第三液压缸601获得高压力或低压力，两第三液压缸601的活塞推动主动齿条602对齿轮502施加高转矩或低转矩，通过链传动后转换为各齿轮502对各输出齿条的高推力或低推力，最终控制同步运动整形辊4对竹段的压力为2-5Mpa或0.5-2Mpa，第三三位四通电磁换向阀607的右位进入工作状态，液压油进入两第三液压缸601的有杆端油腔，推动活塞下行，进而带动两主动齿条602退回，两第三液压缸601的无杆端油腔中的液压油经过第三单向阀609到第三三位四通电磁换向阀607的排油口排出，第三三位四通电磁换向阀607处于中位，液压油不能进入两第三液压缸601，两主动齿条602不工作。

如图9所示，所述油源7包括油箱、油泵701、一蓄能器702、第四单向阀703、溢流阀704和电控压力表705；油泵从油箱吸油，油泵701通过第三单向阀703与蓄能器702相连通，第四单向阀703使液压油只能从油泵701流向蓄能器702，溢流阀704的入口接在油泵701和第四单向阀703之间，溢流阀704的出口与蓄能器702相连通，电控压力表705安装在蓄能器702上，通过蓄能器29为整形辊动力控制机构6的液压缸和液压夹紧卡轴箱的液压缸提供动力，使用蓄能器702能够起到稳定系统压力的作用，即蓄能器702分别与第一三位四通电磁换向阀303的P口和第二三位四通电磁换向阀605的P口相连通。由电控压力表705控制油泵701的开关，使蓄能器702的保持在一定液压，溢流阀704能够起到保护作用。采用一个油泵701供油，能够节省驱动能源，简化结构。

本发明的另一目的是一种旋切用竹材整形方法，该方法在上述在装置中实现，需将内咬合卡轴、加压驱动装置、压力控制装置、同步运动整形辊、同步驱动机构、整形辊动力控制机构均安装于现有卡轴式旋切机上，包括如下步骤：

(1)软化处理：将去除内外节的竹段经传统软化工艺进行软化；

(2)初步整形：先用加压驱动装置2的卡盘201夹住套有竹段7的内咬合卡轴1的一端，加压驱动装置2的液压夹紧双卡轴箱的内卡轴206伸出，内卡轴卡头上的顶针顶入内咬合卡轴1中心轴101上的顶针孔，使内咬合卡轴1很好的定心。然后两第三液压缸601的活塞杆被液压油推出，带动两主动齿条602推动同步驱动机构5的一个左同步驱动单元和一个右同步驱动单元上的齿轮502转动，齿轮502带动蜗轮504转动，蜗轮504带动蜗杆502绕转轴501旋转，进而带动链轮503转动，由链传动带动所有左、右驱动单元的链轮503转动，进而使所有齿轮转动502转动，驱动输出齿条507进给，带动同步运动整形辊4同步向竹段中心进给，对竹段施加持续的可控压力，对竹段进行初步的整形，压力的大小取决于两第三液压缸601的压力，由整形辊动力控制机构6通过切换进入两第三液压缸601的液压油的压力控制，此时控制同步运动整形辊4对竹段的压力为0.5-2Mpa，以防止压力过大压溃竹壁。

(3)整形并定型：再将内咬合卡轴1的肋条105与同步运动整形辊4对齐，，使得外部压力与内部压力作用在同一直线，防止形成剪力，使竹段开裂破坏；通过加压驱动装置2的外卡轴202伸出对内咬合卡轴1的连盘102施加可控的轴向压力，各连盘102之间间距减小，由于膨胀单元的铰接结构，推杆104能够推着肋条105同步向竹壁膨胀，肋条105对竹壁施加持续的压力，同时肋条105上的卡针106插入竹段内表面，与竹壁实现咬合，使竹段稳定的固定，在旋切时能够提供很大的转矩驱动竹段旋转，内部驱动竹段旋转，竹段两端同步旋转，不会发生扭曲、跳动，且竹段两端无损耗，原料利用率高；对竹壁施加的压力大小取决于外卡轴202对连盘102施加的轴向压力，由压力控制装置3通过切换进入第一液压缸204的压缩空液压力控制，此阶段控制内咬合卡轴对竹壁的压力为2-4Mpa；同时，通过整形辊动力控制机构6将进入两第三液压缸601的液压油的压力切换为高压力，使同步运动整形辊4对竹段的压力改变为2-4Mpa，因为此时竹段竹壁受到内咬合卡轴由竹段中心向外的压力，能够与外部高压力相平衡，不易使竹段发生压溃，同时借助高内外压力挤压竹壁，完成竹段的整形与定型，具体压力值的大小根据实际竹段软化程度、竹材密度、厚度、竹龄确定。

(4)旋转竹段进行竹材单板的生产：竹段整形完成后降低第一液压缸204和两第三液压缸601的液压，使同步运动整形辊4与内咬合卡轴1对竹段的压力均降为0.5-2Mpa，因为此时已经完成竹材整形，仅需要一定压力使竹材保持圆直形状，不发生回弹，不需要很高压力，且随着竹段的旋切，竹壁变薄，不能承受高压力，压力减小还能减小旋切时整形辊对竹材的阻力，有利于节省能源。通过加压驱动装置2的卡盘201驱动内咬合卡轴1及固定在其上的竹段7同步旋转，同时旋刀向竹段7中心均匀进给，将靠近刀具的同步运动整形辊作为压尺，也可以另设压尺，旋切竹段，旋切过程中所有同步运动整形辊4保持对竹段施加0.5-2Mpa的压力，内部内咬合卡轴1保持对竹壁施加0.5-2Mpa的压力，使之与竹材内表面保持咬合状态；旋切完成时，加压驱动装置2的外卡轴202先退回使内咬合卡轴1卸压，整形辊动力控制机构6为同步驱动机构5提供动力，驱动同步运动整形辊4快速退回，加压驱动装置2的内卡轴203退回，完成竹段的旋切。

应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种旋切用竹材整形装置，其特征在于：包括内咬合卡轴、用于驱动内咬合卡轴径向膨胀和旋转的加压驱动装置、用于控制加压驱动装置的压力控制装置、至少三根绕内咬合卡轴圆周方向均匀分布的同步运动整形辊、用于驱动各个同步运动整形辊沿内咬合卡轴径向同步运动的同步驱动机构、为同步驱动机构提供动力并控制同步运动整形辊对竹段压力的整形辊动力控制机构等。

2.根据权利要求1所述的旋切用竹材整形装置，其特征在于：所述内咬合卡轴包括一中心轴、与同步运动整形辊数量相同的膨胀单元和若干个连盘；所述中心轴一端开有顶针孔；所述连盘套装在中心轴上且与中心轴通过花键连接，只有位于内咬合卡轴两端的连盘仅有一侧有与同步运动整形辊数量相同的接头，其余连盘的两侧面各有与同步运动整形辊数量相同的接头，接头沿圆周方向均匀分布；相邻两个连盘上对置的接头通过膨胀单元相连，所述膨胀单元包括两根推杆和一肋条，两根推杆铰接在肋条的两端，一根推杆的外端与连盘上的接头铰接，另一根推杆的外端与另一相邻的连盘上对置的接头铰接，所述肋条外侧布满卡针。

3.根据权利要求2所述的旋切用竹材整形装置，其特征在于：所述加压驱动装置包括一液压夹紧双卡轴箱和一卡盘；所述卡盘夹紧内咬合卡轴中心轴的一端，并驱动中心轴旋转，进而带动内咬合卡轴旋转；中心轴的另一端安装在液压夹紧双卡轴箱上，液压夹紧双卡轴箱与卡盘相对；所述液压夹紧双卡轴箱包括一空心轴套、一外卡轴、一内卡轴、第一液压缸、第二液压缸和一箱体；所述外卡轴为一空心轴，与套在其上的空心轴套通过滑键式连接，外卡轴能在空心轴套内轴向运动，外卡轴的卡头为一圆环，通过卡头挤压内咬合卡轴的连盘，实现对内咬合卡轴的施压；所述内卡轴在外卡轴中，通过滑键连接，能在轴向自由移动，内卡轴的卡头为一顶针，顶入中心轴一端的顶针孔，实现内咬合卡轴的定心；所述空心轴套通过轴承安装在箱体上；所述第一液压缸和第二液压缸均固定安装在箱体上，第一液压缸的活塞与外卡轴尾端连接，第二液压缸的活塞与内卡轴尾端连接。

4.根据权利要求3所述的旋切用竹材整形装置，其特征在于：所述压力控制装置包括外卡轴液压控制系统和内卡轴液压控制系统，所述外卡轴液压控制系统控制加压驱动装置中的第一液压缸和内卡轴液压控制系统控制加压驱动装置中的第二液压缸；所述外卡轴液压控制系统包括第一压力表、第二压力表、第一减压阀、第二减压阀、第一三位四通电磁换向阀、第一单向阀、第一二位三通电磁换向阀，第一三位四通电磁换向阀的P口与油源相连通，第一三位四通电磁换向阀的A口分别与第一减压阀的入口、第二减压阀的入口以及第一单向阀的出口相连通，第一减压阀的出口和第一压力表的入口相连通，第一压力表的出口和第一二位三通电磁换向阀的P口相连通，第二减压阀的出口和第二压力表的入口相连通，第二压力表的出口和第一二位三通电磁换向阀的T口相连通，第一单向阀的入口和第一二位三通电磁换向阀的A口均与第一液压缸的无杆端相连通；第一液压缸的有杆端与第一三位四通电磁换向阀的B口相连通；

所述内卡轴液压控制系统包括第三压力表、第三减压阀、第二三位四通电磁换向阀、第二单向阀，第二三位四通电磁换向阀的P口与油源相连通，第二三位四通电磁换向阀的A口分别与第三减压阀的入口以及第二单向阀的出口相连通，第三减压阀的出口和第三压力表的入口相连通，第三压力表的出口和第二单向阀的入口均与第二液压缸的无杆端相连通，第二液压缸的有杆端与第二三位四通电磁换向阀的B口相连通。

5.根据权利要求4所述的旋切用竹材整形装置，其特征在于：所述同步运动整形辊包括一芯轴、一端部轴套、若干个滚动轴承和若干个隔离轴套；所述芯轴中间套有若干个滚动轴承和若干个隔离轴套，每两个滚动轴承之间夹着一个隔离轴套，芯轴一端有轴肩，另一端装有弹簧卡圈，以限制滚动轴承的轴向移动；所述端部轴套套在芯轴的一端。

6.根据权利要求5所述的旋切用竹材整形装置，其特征在于：所述同步驱动机构包括结构相同的左同步驱动单元和右同步驱动单元，左同步驱动单元驱动同步运动整形辊的一端，右同步驱动单元驱动同步运动整形辊的另一端，左同步驱动单元和右同步驱动单元均包括一转轴、一齿轮、一链轮、一蜗轮、一蜗杆、一U型块、一输出齿条、一直线导轨、滚珠滑块、一座块、外球面带座轴承；所述蜗轮空套在转轴上，并与蜗杆相啮合连接，蜗杆支承在U型块上，所述齿轮与蜗轮同轴且固定连接在蜗轮侧面上，齿轮又与输出齿条相啮合；所述链轮固定在转轴上，U型块固定在链轮侧面；所述输出齿条背面与直线导轨固定连接，所述直线导轨贯穿滚珠滑块，两滚珠滑块固定不动；所述座块与输出齿条端部固定；所述座块与外球面带座轴承固定连接；同步运动整形辊的芯轴安装在左同步驱动单元的外球面带座轴承上，端部轴套安装在右同步驱动单元的外球面带座轴承上；所有左同步驱动单元的链轮通过一条链条相连，链条通过张紧轮张紧；所有右同步驱动单元的链轮通过另一条链条相连，该链条通过另一张紧轮张紧。

7.根据权利要求6所述的旋切用竹材整形装置，其特征在于：所述蜗杆两端套有耐磨套；所述耐磨套安装在U型块的安装孔中；所述蜗轮侧面有阶梯毂，齿轮固定在阶梯毂上；所述蜗轮与蜗杆之间具有自锁性。

8.根据权利要求7所述的旋切用竹材整形装置，其特征在于：所述整形辊动力控制机构包括两第三液压缸、两主动齿条和一液压控制系统；每个第三液压缸的活塞杆与一个主动齿条固定连接；所述两主动齿条又分别与一个左同步驱动单元中的齿轮相啮合和一个右同步驱动单元中的齿轮相啮合；所述液压控制系统包括第四压力表、第五压力表、第四减压阀、第五减压阀、第三三位四通电磁换向阀、第二二位三通电磁换向阀和第三单向阀，第三三位四通电磁换向阀的P口与油源相连通，第三三位四通电磁换向阀的A口分别与第四减压阀的入口、第五减压阀的入口以及第三单向阀的出口相连通，第四减压阀的出口和第四压力表的入口相连通，第四压力表的出口和第二二位三通电磁换向阀的P口相连通，第五减压阀的出口和第五压力表的入口相连通，第五压力表的出口和第二二位三通电磁换向阀的T口相连通，第三单向阀的入口和第二二位三通电磁换向阀的A口均与两第三液压缸的无杆端相连通；两第三液压缸的有杆端均与第三三位四通电磁换向阀的B口相连通。

9.根据权利要求8所述的旋切用竹材整形装置，其特征在于：所述油源包括油箱、油泵、一蓄能器、第四单向阀、溢流阀和电控压力表；油泵从油箱吸油，油泵通过第四单向阀与蓄能器相连通，溢流阀的入口接在油泵和第四单向阀之间，溢流阀的出口与蓄能器相连通，电控压力表安装在蓄能器上，蓄能器分别与第一三位四通电磁换向阀的P口、第二三位四通电磁换向阀的P口和第二三位四通电磁换向阀的P口相连通。

10.一种竹材整形旋切方法，其特征在于，将权利要求1-9任一项所述的旋切用竹材整形装置安装到卡轴式旋切机形成竹材整形旋切机，该方法在竹材整形旋切机实现，包括如下步骤：

(1)软化处理：将去除内外节的竹段进行软化；

(2)初步整形：先采用同步驱动机构，使同步运动整形辊向经过软化处理的套在内咬合卡轴上的竹段的中心同步进给，对竹段施加持续的可控压力，对竹段进行初步整形，压力大小由整形辊动力控制机构控制，此时控制对竹段的压力为0.5-2Mpa；

(3)整形并定型：再将内咬合卡轴的肋条与同步运动整形辊对齐，通过加压驱动装置对内咬合卡轴施加轴向压力，使内咬合卡轴的肋条同步向竹壁膨胀，内咬合卡轴上的肋条对竹壁施加持续的压力，同时肋条上的卡针插入竹段内表面，与竹壁实现咬合，使竹段稳定的固定，对竹壁施加的压力大小由压力控制装置控制，此阶段控制对竹段的压力为2-4Mpa；此时，通过整形辊动力控制机构将同步运动整形辊对竹段的压力调整为2-5Mpa，完成竹段的整形与定型；

(4)旋转竹段进行竹材单板的生产：竹段整形完成后将同步运动整形辊与内咬合卡轴对竹段的压力均降为0.5-2Mpa，通过加压驱动装置驱动内咬合卡轴及固定在其上的竹段同步旋转，同时旋刀向竹段中心均匀进给，将靠近轴式旋切机的刀具的整形辊作为压尺，旋切竹段，旋切过程中同步运动整形辊对竹段保持0.5-2Mpa的压力，内部内咬合卡轴对竹段保持0.5-2Mpa的压力，使之与竹材内表面保持咬合状态；旋切完成时，加压驱动装置的外卡轴先退回使内咬合卡轴卸压，然后整形辊动力控制机构为同步驱动机构提供动力，驱动同步运动整形辊快速退回，最后加压驱动装置的内卡轴退回，完成竹段的旋切。