CN110142835B - 旋刀平行外竹壁自动调节装置、竹材整形旋切机及平行竹壁旋切方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋刀平行外竹壁自动调节装置、竹材整形旋切机及平行竹壁旋切方法，该装置包括：刀架，刀架上安装有旋刀，刀架的一端为铰接端；角度调节座，刀架的另一端设置在角度调节座上，所述角度调节座包括刹车步进电机，通过刹车步进电机使得刀架绕铰接端转动；旋刀平行调节控制系统，用于控制刹车步进电机旋转运动，使旋刀与外竹壁平行。该方法以竹材整形旋切方法为基础，在旋切进刀前自动调节旋刀平行外竹壁后进行竹单板旋切。本发明的装置和方法能够旋切出很完整的性能优良的竹青单板，出板率高，且仅有少数纤维被旋刀切断，旋切阻力小，竹单板质量好，能耗低。

Description

旋刀平行外竹壁自动调节装置、竹材整形旋切机及平行竹壁 旋切方法

技术领域

本发明涉及人造板领域，尤其涉及一种旋刀平行外竹壁自动调节装置、竹材整形旋切机及平行竹壁旋切方法。

背景技术

通常使用的木材旋切机中，旋刀的刀刃与木段回转中心线平行，由于木段尖削度较小，故旋刀的刀刃与木段纤维纵向近似平行，旋刀刀刃与进刀方向垂直。而竹材旋切中，在常用的竹材旋切机中，旋刀的刀刃仍与竹段旋转中心线平行，但竹材竹壁薄，平均厚度只有10mm左右，竹段尖削度对相对较大，导致旋刀刀刃与竹纤维相交，旋切开始直到将竹段旋切成圆柱体之前旋出的都是碎料，造成出板率很低，尤其是强度高、韧性好的竹青都被切成了碎料，造成了浪费，此外较多竹纤维被刀刃切断导致竹单板质量下降，旋切阻力大，能耗高。

如中国专利号：CN203110075U，公开了一种竹材旋切机，该专利中通过将摩擦辊固定座与机座之间的连接设置为弹性连接，使之在旋切时能自动倾斜，保证竹段靠近带有旋切刀的刀架一侧的外母线与旋切刀及压尺辊平行。这样，当液压系统推动刀架进刀时，旋刀将在竹段的全长上开始旋切，使旋切出来的竹材单板从起始就是整板，能有效提高竹材的出材率。但是由于竹段是由摩擦驱动旋转，竹段表面线速度等于摩擦辊线速度，而竹段长度方向直径不同，将导致沿竹段长度方向转速不同，使竹段发生扭转、跳动，与摩擦辊表面打滑，使得旋切出的竹单板表面质量差，厚度不均匀，且摩擦扭矩小，不能旋切出较厚的竹单板。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种旋刀平行外竹壁自动调节装置、竹材整形旋切机及平行竹壁旋切方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种旋刀平行外竹壁自动调节装置，包括：

刀架，刀架上安装有旋刀，刀架的一端为铰接端；

角度调节座，刀架的另一端设置在角度调节座上，所述角度调节座包括刹车步进电机，通过刹车步进电机使得刀架绕铰接端转动；

旋刀平行调节控制系统，用于控制刹车步进电机旋转运动，使旋刀与外竹壁平行。

进一步的，所述旋刀平行调节控制系统包括位移传感器、主控芯片、电机驱动器和初位限位开关；所述位移传感器安装在刀架上，旋刀两端各有一个，用于检测竹段两端外竹壁距刀架的距离；位移传感器的输出端和初位限位开关的输出端均与主控芯片的输入端连接，所述初位限位开关安装在弧形导轨顶部，初位限位开关与弧形导轨圆心的连线平行于竹段中心轴，所述主控芯片的输出端与电机驱动器的输入端相连，所述电机驱动器的输出端与刹车步进电机的输入端连接。

进一步的，所述旋刀平行调节控制系统包括OLED显示器，所述主控芯片的输出端又与OLED显示器的输入端连接。

进一步的，所述角度调节座还包括弧形导轨、滑座，所述弧形导轨的内圈或外圈上具有一条弧形齿条，所述滑座抵接在弧形导轨上，刹车步进电机安装在滑座上，刹车步进电机的转轴上安装有齿轮，齿轮和弧形齿条相啮合。

进一步的，所述滑座上转动安装有内侧滚轮和外侧滚轮，内侧滚轮和外侧滚轮分别布置在弧形导轨的内圈和外圈，且与弧形导轨相抵接。

进一步的，所述弧形导轨内圈和外圈呈外凸的V形，所述内侧滚轮和外侧滚轮呈内凹的V形。

进一步的，所述弧形导轨的圆心位于刀架的铰接端，弧形导轨的圆心角为20-30度。

进一步的，所述刀架的铰接端铰接在座体上，弧形导轨固定在座体上，座体下部固定连接在进刀座的主滑块上。

本发明的第二目的是提供一种竹材整形旋切机，包括上述的旋刀平行外竹壁自动调节装置。

本发明的第三目的是提供一种竹材整形旋切机的平行竹壁旋切方法，包括如下步骤：

(1)复位初始化：

主控芯片向电机驱动器发出持续的脉冲信号，电机驱动器就驱动刹车步进电机持续转过与脉冲数相同的角位移量，直至角度调节座运动至处于初始位置的初位限位开关位置时，初位限位开关向主控芯片发出一个脉冲，收到脉冲后，主控芯片发出停车指令，电机停止，此时角度调节座即处于初始位置，刀架与竹段轴线平行，也即旋刀刀刃平行竹段轴线；

(2)刀架偏转：

旋切进刀前，刀架两端的位移传感器分别测量出经整圆整直后的竹段两端外竹壁距刀架的距离，传入主控芯片，主控芯片通过下式计算求得驱动刹车步进电机转动所需角度相对应的脉冲数；

其中，Z表示脉冲数，R表示弧形齿条分度圆半径，X1、X2分别表示两个位移传感器的测量值，L表示两位移传感器间的距离，θ表示刹车步进电机的步距角，r表示齿轮分度圆半径；

主控芯片向电机驱动器发出相应的脉冲信号，刹车步进电机输出轴转过相应角度，带动角度调节座沿着弧形导轨绕铰接端转过一定角度，角度等于竹段外竹壁母线与竹段中心轴夹角，也即旋刀刀刃与竹段外竹壁实现平行；

刹车步进电机在断电后刹车释放紧紧抱住输出轴，使电机锁死，角度调节座位置固定，也即刀架位置固定；

(3)旋切单板：

进刀座的主滑块沿着主滑道上向前滑动，旋刀向竹段进给，进行单板旋切。

本发明的有益效果是：

1、采用旋刀平行外竹壁自动调节装置，调节旋刀的刀刃平行于竹段外竹壁母线，旋刀刀刃与竹纤维平行度好，能够在旋切开始后很快就旋出连续竹单板，出板率高，能够旋切出很完整的性能优良的竹青单板，且仅有少数纤维被旋刀切断，竹单板质量好，旋切阻力小，能耗低。

2、本发明的竹材整形旋切机具有旋刀平行外竹壁自动调节装置，在旋刀平行外竹壁自动调节装置工作前对竹段进行整形，使得竹段更加圆直，近似呈锥度为1/100-1/50的圆台，使得旋刀平行竹段外竹壁更加准确，竹段形状规则，旋切单板的连续度更高，大大提高了平行外竹壁旋切的效果。

附图说明

图1是调节座与刀架轴测图；

图2是旋刀平行竹段外竹壁示意图；

图3是旋刀平行调节控制系统硬件框图；

图4是脉冲数计算公式辅助图；

图示说明：座体1、弧形导轨2、滑座3、主滑块4、刹车步进电机5、齿轮6、刀架7、竹段外竹壁8、旋刀9、位移传感器10、竹段中心轴11、弧形齿条12、内侧滚轮13、外侧滚轮14。

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明。

实施例：

如图1-3所示，本发明提供一种旋刀平行外竹壁自动调节装置，包括：

刀架7，刀架7上安装有旋刀9，刀架7的一端为铰接端；

角度调节座，刀架7的另一端设置在角度调节座上，所述角度调节座包括刹车步进电机5，通过刹车步进电机5使得刀架7绕铰接端转动；

旋刀平行调节控制系统，用于控制刹车步进电机5旋转运动，使旋刀9与外竹壁8平行。

如图1、3所示，所述旋刀平行调节控制系统包括位移传感器10、主控芯片、电机驱动器和初位限位开关；所述位移传感器10安装在刀架7上，旋刀9两端各有一个，位移传感器10用于检测竹段两端外竹壁8距刀架7的距离，求差得到竹段两端直径之差的二分之一，直径差的二分之一与两位移传感器间距比即为竹段外竹壁8母线与竹段中心轴11夹角的正切值；位移传感器10之间的距离应在小于竹段长度的前提下尽量大些，以确保在激光能射到外竹壁8的条件下，使得竹段的直径差更大，提高测量的准确度，为适应长度规格差异较大的竹段，可以以两个为一组，设置多组相距距离不同的位移传感器10，在测量前选择合适间距的一组位移传感器10，所述位移传感器10采用激光测距传感器，两个位移传感器10的连线、旋刀9长轴以及竹段中心轴11几乎布置在同一水平面上，旋刀刀刃与竹段中心轴一般高度差在正负0.5mm范围(称为装刀高度，具体装刀高度根据实际情况进行调节，以获得最好的旋切质量，一般在此范围内)，传感器发射的激光应该稍高于刀刃，以防止遮挡，所以激光所在平面会稍高于竹段中心轴，激光所在平面不是竹段(将竹段视为圆台)轴截面而导致的求得的尖削度存在误差，但误差极小(小于位移传感器测量误差的影响)，可以忽略。

位移传感器10的输出端和初位限位开关的输出端均与主控芯片的输入端连接，所述初位限位开关安装在弧形导轨2顶部，初位限位开关与弧形导轨2圆心的连线平行于竹段中心轴11，竹段中心轴11即竹段旋切时的旋转转轴，因为在此初始位置时，两位移传感器10连线平行于竹段中心轴11，可以准确测量计算出竹段的尖削度，以保证旋刀9平行外竹壁8调节的准确性；另外，为了确保安全，还可在弧形导轨2顶部安装安全限位开关，安全限位开关和弧形导轨2圆心的连线与竹段中心轴11的夹角为2-4度，所述主控芯片的输出端与电机驱动器的输入端相连，所述电机驱动器的输出端与刹车步进电机5的输入端连接。

本实施例的主控芯片可以采用Risym公司STM32F103C8T6型号的产品，但不限于此；电机驱动器可以采用BASEUS/倍思公司ULN2003型号的产品，但不限于此。

为了方便观察，所述旋刀平行调节控制系统还可包括OLED显示器，所述主控芯片的输出端又与OLED显示器的输入端连接。

如图1所示，所述角度调节座还包括弧形导轨2、滑座3，所述弧形导轨2的内圈或外圈上具有一条弧形齿条12，所述滑座3抵接在弧形导轨2上，刹车步进电机5安装在滑座3上，刹车步进电机5的转轴上安装有齿轮6，齿轮6和弧形齿条12相啮合。

所述滑座3上转动安装有内侧滚轮13和外侧滚轮14，内侧滚轮13和外侧滚轮14分别布置在弧形导轨2的内圈和外圈，且与弧形导轨2相抵接。所述弧形导轨2内圈和外圈呈外凸的V形，所述内侧滚轮13和外侧滚轮14呈内凹的V形，采用滚轮可以减小摩擦力。所述弧形导轨2的圆心位于刀架7的铰接端，弧形导轨2的圆心角为20-30度。所述刀架7的铰接端铰接在座体1上，弧形导轨2固定在座体1上，座体1下部固定连接在进刀座的主滑块4上，旋切进刀时，整个装置在座体上随着主滑块向前进给，实现进刀。

本发明还提供了一种竹材整形旋切机，将上述的旋刀平行外竹壁自动调节装置加装到普通竹材整形旋切机上，通过竹材整形装置的整形之后，竹段会变得更加圆直，近似呈锥度为1/100-1/50的圆台，再使用旋刀平行外竹壁自动调节装置的位移传感器10进行测量就更加准确，也会使得旋切下单板的连续度更高。

本发明的另一目的是一种竹材整形旋切机的平行竹壁旋切方法，该方法在上述竹材整形旋切机上实现，包括如下步骤：

(1)复位初始化：

主控芯片向电机驱动器发出持续的脉冲信号，电机驱动器就驱动刹车步进电机5持续转过与脉冲数相同的角位移量，通过驱动刹车步进电机5的转轴上的齿轮6与弧形导轨2上的弧形齿条12之间的啮合作用，使得角度调节座沿弧形导轨2滑动，直至角度调节座运动至处于初始位置的初位限位开关位置时，位于滑座3底部的挡块触动初位限位开关，初位限位开关向主控芯片发出一个脉冲，收到脉冲后，主控芯片发出停车指令，电机停止，此时角度调节座即处于初始位置，刀架7与竹段轴线平行，也即旋刀9刀刃平行竹段轴线；

(2)刀架偏转：

旋切进刀前，刀架7两端的位移传感器分别测量出经整圆整直后的竹段两端外竹壁8距刀架7的距离，传入主控芯片，主控芯片通过下式计算求得驱动刹车步进电机转动所需角度相对应的脉冲数；

其中，Z表示脉冲数，R表示弧形齿条12分度圆半径，X1、X2分别表示两个位移传感器10的测量值，L表示两位移传感器间10的距离，θ表示刹车步进电机5的步距角，r表示齿轮分度圆半径，见图4中的(a)和(b)；

主控芯片向电机驱动器发出相应的脉冲信号，刹车步进电机5输出轴转过相应角度，带动角度调节座沿着弧形导轨2绕铰接端转过一定角度，此角度等于竹段外竹壁8母线与竹段中心轴11夹角，刀架7随之偏转至与竹段外竹壁8平行，也即旋刀9刀刃与竹段外竹壁8实现平行。刹车步进电机5在断电(脉冲信号发送完毕)后，刹车释放紧紧抱住输出轴，使电机锁死，角度调节座位置固定，也即刀架7位置固定，保证刀架7在旋切时不发生转动，保证旋切的精度。此时主控芯片向OLED显示器发出信号，显示调节平行完毕。

(3)旋切单板：

在进刀座的丝杆螺母机构(竹材整形旋切机上具有)作用下，整个装置在座体1上随着进刀座的主滑块4沿着主滑道向前滑动，旋刀9向竹段进给，进行单板旋切。

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 (9)

1.一种旋刀平行外竹壁自动调节装置，其特征在于，包括：

刀架，刀架上安装有旋刀，刀架的一端为铰接端；

角度调节座，刀架的另一端设置在角度调节座上，所述角度调节座包括刹车步进电机，通过刹车步进电机使得刀架绕铰接端转动；

旋刀平行调节控制系统，用于控制刹车步进电机旋转运动，使旋刀与外竹壁平行；

所述角度调节座还包括弧形导轨、滑座，所述弧形导轨的内圈或外圈上具有一条弧形齿条，所述滑座抵接在弧形导轨上，刹车步进电机安装在滑座上，刹车步进电机的转轴上安装有齿轮，齿轮和弧形齿条相啮合。

2.根据权利要求1所述的一种旋刀平行外竹壁自动调节装置，其特征在于，所述旋刀平行调节控制系统包括位移传感器、主控芯片、电机驱动器和初位限位开关；所述位移传感器安装在刀架上，旋刀两端各有一个，用于检测竹段两端外竹壁距刀架的距离；位移传感器的输出端和初位限位开关的输出端均与主控芯片的输入端连接，所述初位限位开关安装在弧形导轨顶部，初位限位开关与弧形导轨圆心的连线平行于竹段中心轴，所述主控芯片的输出端与电机驱动器的输入端相连，所述电机驱动器的输出端与刹车步进电机的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种旋刀平行外竹壁自动调节装置，其特征在于，所述旋刀平行调节控制系统包括OLED显示器，所述主控芯片的输出端又与OLED显示器的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的一种旋刀平行外竹壁自动调节装置，其特征在于，所述滑座上转动安装有内侧滚轮和外侧滚轮，内侧滚轮和外侧滚轮分别布置在弧形导轨的内圈和外圈，且与弧形导轨相抵接。

5.根据权利要求4所述的一种旋刀平行外竹壁自动调节装置，其特征在于，所述弧形导轨内圈和外圈呈外凸的V形，所述内侧滚轮和外侧滚轮呈内凹的V形。

6.根据权利要求1所述的一种旋刀平行外竹壁自动调节装置，其特征在于，所述弧形导轨的圆心位于刀架的铰接端，弧形导轨的圆心角为20-30度。

7.根据权利要求1所述的一种旋刀平行外竹壁自动调节装置，其特征在于，还包括座体和主滑块，所述刀架的铰接端铰接在座体上，弧形导轨固定在座体上，座体下部固定连接在主滑块上。

8.一种竹材整形旋切机，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的旋刀平行外竹壁自动调节装置。

9.一种竹材整形旋切机的平行竹壁旋切方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）复位初始化：

主控芯片向电机驱动器发出持续的脉冲信号，电机驱动器就驱动刹车步进电机持续转过与脉冲数相同的角位移量，直至角度调节座运动至处于初始位置的初位限位开关位置时，初位限位开关向主控芯片发出一个脉冲，收到脉冲后，主控芯片发出停车指令，电机停止，此时角度调节座即处于初始位置，刀架与竹段轴线平行，也即旋刀刀刃平行竹段轴线；

（2）刀架偏转：

旋切进刀前，刀架两端的位移传感器分别测量出经整圆整直后的竹段两端外竹壁距刀架的距离，传入主控芯片，主控芯片通过下式计算求得驱动刹车步进电机转动所需角度相对应的脉冲数；

其中，

表示脉冲数，

表示弧形齿条分度圆半径，

分别表示两个位移传感器的测量值，

表示两位移传感器间的距离，

表示刹车步进电机的步距角，

表示齿轮分度圆半径；

主控芯片向电机驱动器发出相应的脉冲信号，刹车步进电机输出轴转过相应角度，带动角度调节座沿着弧形导轨绕铰接端转过一定角度，角度等于竹段外竹壁母线与竹段中心轴夹角，刀架随之偏转至与竹段外竹壁平行，也即旋刀刀刃与竹段外竹壁实现平行；

刹车步进电机在断电后刹车释放紧紧抱住输出轴，使电机锁死，角度调节座位置固定，也即刀架位置固定；

（3）旋切单板：

进刀座的主滑块沿着主滑道上向前滑动，旋刀向竹段进给，进行单板旋切。

Images