CN111152304B - 新型可自动换刀的竹木剖分仿生刀具系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型可自动换刀的竹木剖分仿生刀具系统，包括环形刀架和旋转刀盘，环形刀架具有外环圈和一内环圈，在内环圈侧壁上设刀片穿槽，在环形刀架上设若干刀库，在外环圈的内侧壁上设轴向槽；旋转刀盘上设若干换刀装置，换刀装置等于或少于所述轴向槽；每个换刀装置包括轴向推进器、刀片进给装置、刀片和刀片锁紧装置，在轴向推进器上设置推进驱动机构，刀片进给装置通过可分离结构可分离地固定在推进驱动机构上，刀片设置在该刀片进给装置上；刀片进给装置上包括一径向驱动装置；刀片设置在径向驱动装置上，刀头轴心固定装置，是心轴，其上设置若干V型槽，对应设置所述刀片导向槽所在的射线。本刀具系统结构紧凑、经济实用且换刀效率高。

Description

新型可自动换刀的竹木剖分仿生刀具系统

技术领域

本发明属于竹材木材加工机械技术领域，涉及一种将毛竹或木材加工成竹条或木条且能够自动进料快速对心的连续剖分竹木的破竹木设备，尤其是提供一种在该设备中的可自动换刀的仿生刀具系统。

背景技术

由于现在的破竹机自动化的程度不高，破竹工作是由人机合作共同完成，加工好的竹段由操作者拿起，让竹段的一端抵在破竹机的推竹座上同时还要使得竹段与破竹刀盘对心，启动推竹座的驱动装置，推着竹段向破竹刀盘行进，直到竹段的另一端接触破竹刀盘并被破竹刀盘上的刀片将竹段完全破开，操作者才能松开托着竹段的手，转身再去拿起另一竹段重复前面的操作进行破竹。更重要的是竹段有粗有细，而加工的竹片宽度有一个要求的范围，因此，竹段直径变化还要通过人工更换刀座上的破竹刀盘以增减在圆周上设置刀片的数量，由此可知，现有破竹机在破竹过程中，人工操作所占的比重过大，操作者的劳动强度大，重复性动作多，对于劳动工人的技术要求较高，企业投入人工的成本也过大，因此，现有的破竹机已经不能满足生产发展的需求。

现有技术中，为了应对竹段直径变化，提供一种可换刀的破竹刀盘机构，如图1所示，该可换刀的破竹刀盘机构包括一刀座02，该刀座02固设在机架01上，在该刀座02上设置一破竹工位，在机架上可转动地设置一刀架，该刀架为一圆盘，在圆盘的一个设定直径的圆周上设置若干破竹刀盘03，各个破竹刀盘03上的破竹刀片数量不同、疏密不同，转动刀架，可以使得其上的各个破竹刀盘来到破竹工位上，从而实现换刀盘以适于剖分直径不同竹段的目的。这样的机构，可以方便地更换刀盘，但是该机构存在体积庞大的缺陷，而且，对应不同的竹材直径，要准备多个刀片不同的破竹刀盘03不够经济，另外，还存在换刀所需时间较长以及工作效率不高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术的不足，提供一种结构紧凑、经济实用且换刀效率高的新型可自动换刀的竹木剖分仿生刀具系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种新型可自动换刀的竹木剖分仿生刀具系统，包括一环形刀架和一旋转刀盘，

该环形刀架具有一外环圈和一内环圈，其同心地套合相对固定，该内环圈以内的空间为内环区域，该内环圈和该外环圈之间的空间为外环区域，在内环圈的侧壁上设置若干刀片穿槽，在所述环形刀架上设有如若干刀库，所述刀库，设置在所述外环区域中，其包括沿射线方向设置的刀片导向槽；在所述外环圈的内侧壁上设置若干轴向槽，该刀片导向槽与其所在射线上的所述内环圈上的所述刀片穿槽及所述外环圈上的所述轴向槽对应；

该旋转刀盘上设有若干换刀装置，当该旋转刀盘与所述环形刀架同轴线设置，该若干换刀装置与所述环形刀架上的外环圈上的所述轴向槽轴向对应，所述换刀装置等于或少于所述轴向槽；

每个所述换刀装置包括轴向推进器、刀片进给装置、刀片和刀片锁紧装置，

若干个所述轴向推进器设置在所述旋转刀盘上的一个圆周上，在该轴向推进器上设置推进驱动机构，该推进驱动机构上连接一轴向伸出部，所述刀片进给装置通过可分离结构可分离地固定在该轴向伸出部上；

所述刀片进给装置设置在所述轴向伸出部上，其包括一径向驱动装置，为一直线运动驱动装置；

所述刀片设置在所述径向驱动装置上，以使得当一个所述轴向推进器中的推进驱动机构推动轴向伸出部轴向移动令刀片进给装置进入所述环形刀架的所述外环圈中的一个所述轴向槽时，所述刀片进给装置位于所述外环区域内，所述刀片位于所述刀库中，在所述径向驱动装置作用下，刀片即进入所述内环区域；

所述刀片锁紧装置包括一刀头轴心固定装置，其是一心轴，该心轴以其轴线与环形刀架的轴线重合的位置设置在所述内环圈（3）中，在该心轴的侧壁上，设置若干V型槽，每个该V型槽对应一个设置所述刀片导向槽所在的射线，使得当所述刀片进给装置的径向驱动装置推送刀片进入内环区域时，该刀片的端部嵌入相应的该V型槽中卡固固定。V型槽角度和刀片角度一致。

优选地，所述刀片在沿所述轴线的宽度方向上，外端即刀尾较窄、内端即刀头较宽，在面向要加工的竹段或木段一侧，刀片的端面由环形刀架的中心为向外即向后倾斜的结构，与垂直于所述轴线的平面即破切面夹一角度。

优选地，所述刀片端面的倾角在5~20度之间。

因此，优选该角度为15度。

优选地，作为所述刀库的每个所述刀片导向槽，设置在所述内环圈的外圆周壁上，由两个槽侧壁板立于所述刀片穿槽槽口的两侧边缘上形成该刀片导向槽。

所述刀片进给装置中的推进件与所述刀片的连接形式为固定连接，或铰接连接，或螺接。最佳选择为刀片进给装置中的推进件和刀片铰接连接。优选地，所述刀片的与所述刀片进给装置连接的刀尾设置一刀片尾部横梁，所述刀片进给装置的推进件与该刀片尾部横梁构成两个铰接连接点。

优选地，所述刀片尾部横梁的宽度大于刀尾的宽度。优选地，所述外环圈、内环圈和心轴，通过一固定刀片固为一体，所述外环圈的一个所述轴向槽中固设一固定刀片，该固定刀片径向穿过所述刀库和所述内环圈上对应的刀片穿槽并与所述心轴固定；固定刀片是为了让其他的刀片相对于环形刀架只能在纵向移动，不能横向移动。

所述心轴可以固定在机架上。

所述环形刀架可以固定在机架上。

所述刀片进给装置可以是气缸装置，也可以是直线电机装置，还可以是普通的电机，例如是步进电机，连接一丝杠螺母构成的螺旋机构，所述丝杠连接电机输出轴，所述螺母上固连所述刀片。

作为所述气缸装置，包括气缸和活塞杆，两个该气缸连接在一气缸座横梁上，气缸座横梁和轴向伸出部之间通过设置的可分离结构连接；所述活塞杆上连接所述刀片。

作为所述直线电机装置，包括定子和动子，其中的定子可分离地固定在所述轴向伸出部上，直线运动的动子上固连所述刀片。

如果是所述螺旋机构，包括电机、丝杠和螺母，其中，所述电机连接一丝杠螺母构成的螺旋机构，所述电机固定在可分离地固定在所述轴向伸出部上，所述丝杠连接电机输出轴，只能直线移动的所述螺母上连接所述刀片。所述电机优选为步进电机。

本发明提供的可自动换刀的竹木剖分仿生刀具系统，与现有技术中的破竹刀盘比较，相当于只有一个破切刀盘，通过在同一个破切刀盘中对刀片的数量进行调整，从而调整破切刀片之间的间距，以适应直径不同竹段的剖分加工。在本刀具系统中，内环区域就是破切区域，破切刀片以射线方式密集地设置在外环区域内，如同海星一样；每一条射线上的刀片连接一个刀片进给装置，根据破切设备对于竹段直径的采集信息，给相应的刀片进给装置下达指令，使得相应的刀片进入内环区域，形成设定疏密程度的破切刀盘，进行竹段剖分。通过设置旋转刀盘，将刀片进给装置以及刀片可分离地设置在旋转刀盘上，可以根据破竹的具体需求，在设定的外环圈上的具体轴向槽中推入设定数量的刀片进给装置。这样的结构比起将刀片进给装置直接固定在外环圈上，可以减少刀片进给装置的数量。

优选地，所述刀头轴心固定装置的心轴内部设有电磁装置，当刀片在所述V型槽中就位时，电磁装置的电磁阀开启，使得刀片与V型槽通过磁力吸引而锁紧。

电磁装置通过磁力对刀片实施锁紧，其原理是：磁力锁紧装置的设计和电磁铁一样，当电流通过硅钢轴时，电磁锁会产生强大的吸力紧紧的吸住刀片达到锁紧的效果。只要小小的电流就会产生莫大的磁力，使刀片通电时在磁力的作用下达到锁紧的状态。通电时间是：破切前的一段区间+破切时+破切后的一段区间通电，而在刀片进刀和退刀的过程中，磁力锁紧装置不通电，在未通电的情况下，对刀片没有引力，因此刀片处于自由的状态即可进退刀。

优选地，所述刀片锁紧装置还包括一刀尾销锁紧装置，设置在刀片进给装置上，包括一刀尾卡销，该刀尾卡销连接一卡销驱动机构，相应地，在所述刀片的尾部设置一销孔，以使得当所述刀片进给装置7被推入一个所述轴向槽中后，所述刀片被所述刀片进给装置推进一个刀片穿槽，其一端卡入所述V型槽中时，刀尾销锁紧装置也进入环形刀架，所述卡刀片进给装置是气缸装置，所述卡销驱动机构是步进电机，设置在所述刀片进给装置的气缸座横梁上，该步进电机的输出轴连接一螺杆，在该螺杆上连接一螺母，该螺母在旋转方向限位，在该螺母上连接所述T型槽片。

优选地，刀尾销锁紧装置包括一T型片，所述刀尾卡销固设在该T型槽片上，该T型片与卡销驱动机构连接，通过该卡销驱动机构驱动T型槽片运动，使得其上的刀尾卡销在所述刀片导向槽上的卡销孔和所述刀片上的所述销孔中穿入或退出。T型片上的卡销为两个，其最好为圆柱销。

优选地，所述刀片上的所述销孔设置在所述刀片尾部横梁上。

所述卡销驱动机构是步进电机，设置在所述刀片进给装置的气缸座横梁上，该步进电机的输出轴连接一螺杆，在该螺杆上连接一螺母，该螺母在旋转方向限位，在该螺母上连接所述T型槽片。

在所述气缸座横梁上上还可以设置一环圈件即T形片限位环，当刀片进给装置被推入外环圈的轴向槽就位后，，所述T型片穿设在该T形片限位环上，该T形片限位环的环圈大小与T型片的行程对应。

刀尾销锁紧装置，用于破竹时刀片锁紧，与心轴上的电磁装置构成双重锁紧，辅助电磁装置加强锁紧效果。

更具体地，所述刀片进给装置为气缸的情况下，所述卡销驱动机构设置在刀片进给装置的气缸座横梁上，具体地，气缸座横梁中心开圆孔打通，内置所述卡销驱动机构。

例如所述卡销驱动机构为一个微型直线电机，该微型直线电机的输出件连接T型片。该微型直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的装置，微型直线电机连接T型片，为T型片往复运动提供动力。

进一步地，所述外环圈上的所述轴向槽的末端设置一止挡部，该止挡部为一朝外敞口的槽件，相应地，在所述刀片进给装置的端头延设一限位部，当所述轴向推进器推动所述刀片进给装置进入所述外环圈的轴向槽到位时，所述限位部插入所述止挡部中。

在所述旋转刀盘上设置转轴，用于使用中连接驱动旋转刀盘转动的电机，该转轴为空心轴，其轴向空心为破开的竹材或木材通过。

所述刀片进给装置与所述轴向推进器上的所述轴向伸出部之间的可分离连接结构为：所述轴向伸出部为两段，其中一段连接所述轴向推进器，另一段连接所述刀片进给装置，两段的衔接部通过电磁吸附锁固机构连接。

所述旋转刀盘上的设定圆周上固设12-15个所述轴向推进器。

所述轴向伸出部的与刀片进给装置连接的部位设有一限位部，当刀片进给装置插入所述轴向槽到位时，该限位部抵在所述外环圈的端面上。

所述内环圈上的所述刀片穿槽和所述外环圈上的所述轴向槽的个数相等且一一径向对应。

一般竹材的直径范围和破开竹材宽度，需要刀片最多是13个，因此，加上前述的固定刀片，旋转刀盘上设置所述轴向推进器为12为宜。

本发明提供的可自动换刀的竹木剖分仿生刀具系统，具备如下优点：

可根据竹段直径自动快速切换刀片，无需手工或多刀盘换刀；可实现快速换刀，绿色节能换刀。采用海星仿生原理设计，可根据竹段直径任意切换刀片，实现刀片在纵向方向可承受加大载荷，减少破切的机械振动，破切更平稳。通过在旋转刀盘上设置刀片进给装置，可以减少刀片进给装置的数量。

下面通过附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1为现有技术中的破切设备中破切刀盘的示意图。

图2为本发明提供的可自动换刀的竹木剖分仿生刀具系统的结构示意图。

图3为图2所示刀具系统背面的结构示意图。

图4为图2所示刀具系统的另一个角度的立体结构示意图。

图4a至图4c为显示轴向推进器和刀片进给装置与旋转刀盘和环形刀架连接结构的示意图。

图5为本发明提供的可自动换刀的竹木剖分仿生刀具系统中环形刀架的一个具体实例的立体结构示意图。

图6为本刀具系统的锁紧装置中刀片的刀头轴心固定装置的结构示意图。

图7为图6中刀头轴心固定装置的放大的结构示意图。

图8为本刀具系统中刀尾销锁紧装置与刀片连接部分的结构示意图。

图9为图8所示刀尾销锁紧装置与刀片连接部分的局部结构示意图。

图10为气缸式刀片进给装置与刀片连接的透视结构示意图，并显示出刀尾销锁紧装置与刀片连接结构。

图11为气缸式的刀片进给装置和刀尾销锁紧装置的结构示意图。

图12为气缸式刀片进给装置与刀片连接的局部放大结构示意图。

图13为刀片在刀库中的结构示意图，并显示刀尾销锁紧装置解锁状态。

图14为刀片与气缸连接部分的局部放大结构示意图。

图15为刀片回退到内环圈以外刀尾销锁紧装置解锁状态另一个角度的结构示意图。

图16为刀尾销锁紧装置的放大的结构示意图。

图17和图17a为刀片进给装置的放大的透视结构示意图，并显示刀尾销锁紧装置中的卡销驱动机构。

图18a至图18f为7-12瓣的六种剖切瓣数下所使用刀片的示意图。

其中：心轴1，V型槽11，刀片2，破切面20，倾斜角度A1，销孔21，刀片尾部横梁22，刀盘（内环圈）3，刀片穿槽31，刀片导向槽32，槽侧壁板321，卡销孔321a，外环圈4，轴向槽41，刀尾销锁紧装置5，刀尾卡销51，卡销驱动机构52，T型片53，旋转刀盘6，刀片进给装置7，气缸70，气缸座横梁71，轴向推进器8，轴向伸出部（81），可分离结构（810），限位部（811）。

具体实施方式

如图2至图16所示，一种可自动换刀的竹木剖分仿生刀具系统，包括一环形刀架和一旋转刀盘6，该环形刀架具有一外环圈4和一内环圈3，其同心地套合相对固定，内环圈3以内的空间为内环区域，内环圈3和外环圈4之间的空间为外环区域，在内环圈3的侧壁上设置若干刀片穿槽31；在环形刀架上设有若干刀库。

如图3、图4和图12至图13所示，所述刀库，设置在所述外环区域中，其包括沿射线方向设置的刀片导向槽32；在外环圈4的内侧壁上设置若干轴向槽41，每个刀片导向槽32由两个固定在内环圈3的外周壁上的槽侧壁板321构成，每个该槽侧壁板321立于刀片穿槽31槽口的两侧边缘上，刀片导向槽32与其所在射线上的内环圈3上的刀片穿槽31及外环圈4上的轴向槽41对应。

旋转刀盘6上设有若干换刀装置，当旋转刀盘6与环形刀架同轴线设置时，如图2所示，该若干换刀装置与所述环形刀架上的外环圈4上的轴向槽41轴向对应，但所述换刀装置少于轴向槽41。

每个所述换刀装置包括轴向推进器8、刀片进给装置7、刀片2和刀片锁紧装置。

如图2至图4所示，若干个轴向推进器8设置在旋转刀盘6上的一个圆周上，在轴向推进器8上设置推进驱动机构，该推进驱动机构上连接一轴向伸出部81，刀片进给装置7通过可分离结构810（见图4、图4a至图4c）可分离地固定在该轴向伸出部81上。

刀片进给装置7为一个可与旋转刀盘脱离也可以和主机架装置即环形刀架锁紧的纵向进给装置，为了满足不同竹直径的破竹需求，即需要相对应的刀片数量、携带刀片的刀片进给装置，在确定破竹刀片数量后，旋转刀盘6旋转相对应角度，将刀片进给装置送入环形刀架的破竹工位上的轴向槽41中并固定，一个一个脱离旋转刀盘，之后刀片进给装置7通过径向驱动装置向轴心插入刀片并电磁锁紧，随后刀尾销锁紧装置5即刀盘锁紧装置动作锁紧刀片进行破竹，在破竹结束后，反向重复之前动作，最后旋转片通过横向进给装置将纵向进给装置接出主机架，退回原来工位并进行下一破竹。该可分离结构810为电磁装置，受控于电磁阀而吸引结合和分离。刀片2设置在刀片进给装置7上。

刀片进给装置7，设置在轴向伸出部81上，其包括一径向驱动装置，刀片2设置在所述径向驱动装置上。

如图4a至图4c所示，刀片进给装置7与所述轴向推进器8上的所述轴向伸出部81之间的可分离连接结构810为：轴向伸出部81为两段，其中一段81a连接所述轴向推进器8，另一段81b连接所述刀片进给装置7，两段的衔接部通过电磁吸附锁固机构连接。

轴向伸出部81的与刀片进给装置7连接的部位设有一限位部811（见图4a），当刀片进给装置7插入所述轴向槽41到位时，该限位部811抵在所述外环圈4的端面上。更一进步地，外环圈4还可以如图5所示的设计：外环圈4上的轴向槽41的末端设置一止挡部42，该止挡部42为一朝外敞口的槽件，与外环圈4的轴向槽相对应固为一体，相应地，在刀片进给装置7的端头延设一限位部，当轴向推进器8推动刀片进给装置7进入外环圈4的轴向槽41到位时，限位部插入止挡部42中定位。

刀片锁紧装置包括一刀头轴心固定装置，如图6和图7所示，其是一心轴1，心轴1以其轴线与环形刀架的轴线重合的位置设置在内环圈3中，可以固定在机架上，在该心轴1的侧壁上对应每条所述射线上内环圈3处刀片穿槽31设置一V型槽，使得当刀片进给装置7的径向驱动装置即直线运动驱动装置推送刀片2进入内环区域时，刀片2的端部嵌入相应的V型槽11中卡固固定。各V型槽11与心轴1轴线平行。所述刀头轴心固定装置的心轴1内部设有电磁装置，当刀片2在V型槽11中就位时，电磁装置的电磁阀开启，使得刀片2与V型槽11通过磁力吸引而锁紧。

外环圈4、内环圈3和心轴1，可以通过一固定刀片9固为一体（见图4），该固定刀片9的一端固定在外环圈4的一个轴向槽41中，固定刀片径向穿过内环圈3上的刀片穿槽31与心轴1固定。心轴1与外环圈4及内环圈3的连接方式还可以是：心轴1、内环圈3和外环圈4均固定在机架上。

当轴向推进器8中的推进驱动机构推动轴向伸出部81轴向移动，将刀片进给装置7推入外环圈4中的一个轴向槽41时，刀片进给装置7位于外环区域内，刀片2位于刀库中，通过刀片进给装置7中的径向驱动装置将刀片2插入内环区域与心轴1固定，径向驱动装置为一直线运动驱动装置，例如，如图2至图4以及图8至图14所示，是气缸装置，其中的气缸70固定在轴向伸出部81上的一气缸座横梁701上，气缸座横梁701和轴向伸出部81之间通过设置的可分离结构810连接；活塞杆70a上连接刀片2。

刀片进给装置也可以是直线电机装置，包括定子和动子，其中的所述定子可分离地固定在所述轴向伸出部81上，直线运动的动子上固连所述刀片2；

刀片进给装置还可以是电机连接一丝杠螺母构成的螺旋机构，所述电机可分离地固定在所述轴向伸出部81上，所述丝杠连接电机输出轴，只能直线移动的所述螺母上连接所述刀片2。

刀片2置于刀片导向槽32中，刀片2一端与刀片进给装置7连接，当刀片进给装置7推送该刀片2时，刀片2穿过刀片穿槽（31）进入内环区域。

如图11所示，刀片2在沿轴线方向上的宽度，外端较窄、内端较宽，在面向要加工的竹段或木段一侧，刀片的端面也就是破切面20为向后倾斜的结构，与垂直于所述轴线的平面即破切面夹一倾角A1。

在都可以同时进刀情况下，倾角越大越容易实现破切，消耗功率越大，阻力越大，优点是同时进刀破分质量相对稳定，进刀破分速度较快；倾角越小，优点是剖分阻力小，消耗功率小，质量相对稳定，切削迅速。缺点是对进刀破分速度有一定影响，对剖分质量稳定也有一定影响。

刀片2端面20与刀具的轴线相交的角度即倾角A1在5~20度之间。

在本实施例中，A1为15度。

刀片2与气缸装置的连接结构如图11所示，在刀片2的外端最窄处固连一刀片尾部横梁22，气缸70上的活塞杆70a铰接在该刀片尾部横梁22上，构成两个铰接连接点。 如图2至图4所示，当要对竹材或木材进行剖切时，根据材料的直径大小所需对应数量和位置的刀片情况，启动旋转刀盘6转动到位，然后启动相应换刀装置中轴向推进器8，将刀片进给装置7推入外环圈4上设定的轴向槽41，通过与刀片进给装置7连接的刀片2进入相应的刀库即刀片导向槽32中，当刀片进给装置7的端部插入止挡部42的槽中，且刀片进给装置7的后端抵在外环圈4的端面上时，电磁装置的可分离结构810的电磁阀动作，使得刀片进给装置7与轴向推进器8的轴向伸出部81的两段81a和81b分离， 段81b缩回。还可以通过旋转刀盘6上的转轴61连接的电机，使得旋转刀盘6转过设定角度，向另一个轴向槽41中推入另一个刀片进给装置，直到所有设定角度上的轴向槽41中都推入了刀片进给装置。然后，启动各刀片进给装置7中的气缸70，使得各个刀片2从刀库通过内环圈3上的刀片穿槽31进入内环圈3，继而顶抵在心轴1上的V型槽11中固定（参见图18a至图18f）。

在本刀具系统中，设置的刀片2的个数和位置可以根据加工材料的直径大小范围和剖切后材料的宽度的需求设计。例如要加工的材料的直径对应剖切7-12瓣的宽度符合要求，如图18a至图18f所示，就要使得每一种剖分过程分别要用在360°圆周上均布的7把刀、8把刀……12把刀中的一种，因此，对应一种竹木材料的直径剖切加工时，要将插入外环圈4的设定轴向槽41的一种数目的刀片通过各自的刀片进给装置7从刀库中推出抵到心轴1的V型槽中。这时，将一把固定刀片9设置在环形刀架上，再根据需要在相应的轴向槽41中推入刀片进给装置。例如需要将材料破成十片，即控制连接旋转刀盘6的转轴上连接的电机，将旋转刀盘分别停在某一角度，例如36°、72°、108°……，在每一个角度上停止，启动旋转刀盘6上对应的轴向推进器8，将刀片进给装置推入该角度上的轴向槽41中，推入到位后，操作可分离机构810，使得刀片进给装置7与旋转刀盘6上的轴向推进器8脱离。然后再旋转该旋转刀盘6到下一个角度，推入下一个刀片进给装置，直到环形刀架上所需角度上都设置了刀片进给装置。

如果要加工较粗的竹段，例如需要12把刀，则是通过旋转该旋转刀盘6，将旋转刀盘6上设置的十一个轴向推进器8分别启动，将与之连接的刀片进给装置7推入外环圈4。如果需要最多对竹材或木材切十三片，则将旋转所述旋转刀盘，分别将旋转刀盘6上设置的十二个轴向推进器启动，一个一个地将十二个刀片进给装置推入外环圈上设定的轴向槽41中。

然后启动各个刀片进给装置上的气缸70，将刀片从刀库中推入环形刀架的内环区域，固定在心轴1上，实施破竹作业。破竹完成后，心轴管壁上的电磁装置关闭，启动各刀片进给装置7上的气缸70，将各刀片2退出内环区域，置于刀库中，再启动转轴盘6上的轴线推进器8，使得轴向伸出部81伸出，与刀片进给装置上连接的段81a抵触，启动可分离机构的电子阀，段81a和段81b相互吸引住，继而使得刀片进给装置7与轴向推进器8连接，通过轴向推进器8将刀片进给装置7从外环圈4的轴向槽41中拉出。

本发明提供的可自动换刀的竹木剖分仿生刀具系统，与图1所示的现有技术中的破竹刀盘比较，相当于只有一个破切刀盘，通过在同一个破切刀盘中用旋转刀盘6在环形刀架上插入刀片进给装置7的数量进行调整，从而调整破切刀片之间的间距，以适应直径不同竹段的剖分加工。在本刀具系统中，比起在外环区域内设置刀具，在旋转刀盘上只设置破竹所需最多片数的刀片进给装置。这样就可以使得本刀具系统结构更加简单。

所述刀片进给装置7可以是气缸装置，也可以是直线电机装置，还可以是步进电机连接一丝杠螺母构成的螺旋机构，所述丝杠连接步进电机输出轴，所述螺母上固连所述刀片。螺母需要轴向禁止旋转，只可以径向移动。

如图11、图13至图17及图17a所示，刀片进给装置7是气缸装置，包括一气缸座横梁701和活塞杆70a（见图3），气缸70固定在气缸座横梁701上，气缸的活塞杆70a连接刀片2，气缸座横梁701和轴向伸出部81之间通过设置的可分离结构810连接。在刀片2外端设置刀片尾部横梁22，两个活塞杆70a铰接刀片尾部横梁22。

如图6所示，刀片锁紧装置还包括一刀尾销锁紧装置5，设置在刀片进给装置7上，具体地如图4a至图4c、图8至图11及图13、图15、图16图17和图17a所示，包括一刀尾卡销51，该刀尾卡销连接一卡销驱动机构52，相应地，在刀片2的尾部设置一销孔21，刀片2上的销孔21设置在刀片尾部横梁22上，以使得当刀片2被刀片进给装置7推进一个刀片穿槽31中之后，其一端卡入V型槽11中时，刀尾销锁紧装置5也进入环形刀架，卡销驱动机构52驱动刀尾卡销51穿过所述刀片导向槽32的槽侧壁板321上的卡销孔321a，且穿入刀片尾部横梁22上的销孔21中使得刀片被进一步锁定。刀尾销锁紧装置5包括一T型片53，两个刀尾卡销51固设在T型片53上，T型片53与所述卡销驱动机构52连接。通过卡销驱动机构52驱动T型片运动，使得其上的刀尾卡销51穿入或退出刀片导向槽32的槽侧壁板321上的卡销孔321a和刀片尾部横梁22上的销孔21。在刀片进给装置7为气缸的情况下，在固定气缸70的气缸座横梁701中心开圆孔打通，内置一个微型直线电机作为卡销驱动机构52，该微型直线电机的输出件连接T型片。该微型直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的装置，微型直线电机连接T型片53，为T型片往复运动提供动力。T型片53的直线运动可以由多种方式实现，除了 直线电机，还可以同 步进电机配合丝杠螺母等实现。

卡销驱动机构52也可以是一步进电机，设置在气缸座横梁701上，该步进电机的输出轴连接一丝杠，在该丝杠上连接一螺母，该螺母只能移动地限位量程一定的直线运动，在该螺母上连接T型片53。

刀尾卡销51的长度大于刀片2的厚度，也大于刀片导向槽32的宽度，在构成刀片导向槽32的两个槽侧壁板321上设置卡销孔321a，当刀片2在气缸70作用下向内推动刀片2抵到心轴1的V型槽11中固定时，刀片尾部横梁22上的销孔21与刀片导向槽32的槽侧壁板321上的卡销孔321a对齐，并与T型片53上的刀尾卡销51对应，卡销驱动机构52的微型电机启动，带动T型片53移动，卡销51穿过槽侧壁板321进入刀片上的销孔，再穿入对面槽侧壁板321上的卡销孔，将刀片位置锁定。当要进行换刀时，反向启动微型直线电机，使得卡销退出。

如图17a所示，为了能够使得T型片53能够稳定，可以在气缸座横梁71上设置一T型片限位环53a，当刀片进给装置7被推入外环圈4的轴向槽41就位后，T型片53穿设在T型片限位环53a中。T型片限位环53a上有一个长孔53b，长孔53b的长度与T型片53的运动行程，也就是对应卡销51插入和退出刀片2上的销孔以及槽侧壁板321上的卡销孔321a的行程相匹配。

如图3和图4所示，在旋转刀盘6上设置的转轴61，用于使用中连接驱动旋转刀盘转动的电机，该转轴61为空心轴，其轴向空心成为破开的竹材或木材的通过路径。

Claims (10)

1.一种可自动换刀的竹木剖分仿生刀具系统，其特征在于：包括一环形刀架和一旋转刀盘（6），

该环形刀架具有一外环圈（4）和一内环圈（3），其同心地套合相对固定，该内环圈（3）以内的空间为内环区域，该内环圈和该外环圈之间的空间为外环区域，在该内环圈（3）即刀盘的侧壁上设置若干刀片穿槽（31），在所述环形刀架上设有若干刀库，所述刀库，设置在所述外环区域中，其包括沿射线方向设置的刀片导向槽（32）；在所述外环圈（4）的内侧壁上设置若干轴向槽（41），该刀片导向槽（32）与其所在射线上的所述内环圈（3）上的所述刀片穿槽（31）及所述外环圈（4）上的所述轴向槽（41）对应；

该旋转刀盘（6）上设有若干换刀装置，该旋转刀盘（6）与所述环形刀架同轴线设置，该若干换刀装置与所述环形刀架上的外环圈（4）上的所述轴向槽（41）轴向对应，所述换刀装置等于或少于所述轴向槽（41）；

每个所述换刀装置包括轴向推进器（8）、刀片进给装置（7）、刀片（2）和刀片锁紧装置，

若干个所述轴向推进器（8）设置在所述旋转刀盘（6）上的一个圆周上，在该轴向推进器（8）上设置推进驱动机构，该推进驱动机构上连接一轴向伸出部（81），所述刀片进给装置（7）通过可分离结构（810）可分离地固定在该轴向伸出部（81）上，所述刀片（2）设置在该刀片进给装置（7）上；

所述刀片进给装置（7）设置在所述轴向伸出部（81）上，其包括一径向驱动装置，为一直线运动驱动装置；

所述刀片设置在所述径向驱动装置上，以使得当一个所述轴向推进器（8）中的推进驱动机构推动轴向伸出部（81）轴向移动令刀片进给装置进入所述环形刀架的所述外环圈（4）中的一个所述轴向槽（41）时，所述刀片进给装置（7）位于所述外环区域内，所述刀片（2）位于所述刀库中，在所述径向驱动装置作用下，刀片即进入所述内环区域；

所述刀片锁紧装置包括一刀头轴心固定装置，其是一心轴（1），该心轴（1）以其轴线与环形刀架的轴线重合的位置设置在所述内环圈（3）中，在该心轴（1）的侧壁上，设置若干V型槽（11），每个该V型槽（11）对应一个设置所述刀片导向槽所在的射线，使得当所述刀片进给装置（7）的径向驱动装置推送刀片进入内环区域时，该刀片的端部嵌入相应的该V型槽中卡固固定；

所述刀片（2）在沿所述轴线的宽度方向上，外端较窄、内端较宽，在面向要加工的竹段或木段一侧，刀片的端面（20）由环形刀架的中心为向外即向后倾斜的结构，与垂直于所述轴线的平面即破切面夹一倾角（A1）；

所述外环圈（4）上的所述轴向槽（41）的末端设置一止挡部（42），该止挡部（42）为一朝外敞口的槽件，与外环圈（4）的轴向槽（41）相对应地固为一体，相应地，在所述刀片进给装置（7）的端头延设一限位部，当所述轴向推进器（8）推动所述刀片进给装置（7）进入所述外环圈（4）的轴向槽（41）到位时，所述限位部插入所述止挡部中。

2.根据权利要求1所述的刀具系统，其特征在于：作为所述刀库的每个所述刀片导向槽（32），设置在所述内环圈（3）的外圆周壁上，由两个槽侧壁板（321）立于所述刀片穿槽（31）槽口的两侧边缘上形成该刀片导向槽（32）；和/或，

所述刀头轴心固定装置的心轴内部设有电磁装置；和/或，

所述刀片进给装置（7）中的推进件（71）与所述刀片的连接形式为固定连接，或铰接连接，或螺接；和/或，

所述刀片（2）的与所述刀片进给装置（7）连接的刀尾设置一刀片尾部横梁（22），所述刀片进给装置（7）的推进件与该刀片尾部横梁（22）构成两个铰接连接点；和/或，

刀片尾部横梁的宽度大于刀尾的宽度，和/或，

所述刀片端面与所述环形刀架的轴线相交的角度即倾角（A1）在5~20度之间。

3.根据权利要求1所述的刀具系统，其特征在于：所述外环圈（4）的一个所述轴向槽（41）中固设一固定刀片（9），该固定刀片（9）径向穿过所述刀库和所述内环圈（3）上对应的刀片穿槽（31）并与所述心轴固定；和/或，

所述心轴（1）固定在机架上；和/或，

所述环形刀架固定在机架上；和/或，

所述刀片进给装置（7）择一选择以下结构：

是气缸装置，包括气缸（70）和活塞杆（70a），两个该气缸（70）连接在一气缸座横梁（701）上，气缸座横梁（701）和轴向伸出部（81）之间通过设置的可分离结构（810）连接；所述活塞杆（70a）上连接所述刀片（2）；

是直线电机装置，包括定子和动子，其中的所述定子可分离地固定在所述轴向伸出部（81）上，直线运动的动子上固连所述刀片（2）；

是电机连接一丝杠螺母构成的螺旋机构，所述电机可分离地固定在所述轴向伸出部（81）上，所述丝杠连接电机输出轴，只能直线移动的所述螺母上连接所述刀片（2）；和/或，

所述刀头轴心固定装置的心轴内部设有电磁装置，当所述刀片（2）在所述V型槽（11）中就位时，电磁阀开启，使得刀片与V型槽（11）通过磁力吸引而锁紧。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的刀具系统，其特征在于：

所述刀片锁紧装置还包括一刀尾销锁紧装置（5），设置在刀片进给装置（7）上，包括一刀尾卡销（51），该刀尾卡销连接一卡销驱动机构（52），相应地，在所述刀片（2）的尾部设置销孔（21），以使得当所述刀片（2）被所述刀片进给装置（7）推进一个刀片穿槽（31），其一端卡入所述V型槽（11）中时，刀尾销锁紧装置（5）也进入环形刀架，所述卡销驱动机构驱动所述刀尾卡销穿过所述刀片导向槽（32）的槽侧壁板（321）上的卡销孔（321a），且穿入所述刀片（2）上的销孔（21）中使得刀片被进一步锁定。

5.根据权利要求4所述的刀具系统，其特征在于：所述刀尾销锁紧装置（5）包括一T型片（53），所述刀尾卡销（51）固设在该T型片（53）上，该T型片（53）与所述卡销驱动机构（52）连接；和/或，

所述刀片（2）的尾部设置一刀片尾部横梁（22），气缸（70）上的活塞杆（70a）铰接在该刀片尾部横梁（22）上；在该刀片尾部横梁（22）上与刀尾卡销（51）对应地设置有所述销孔（21），以使得通过该卡销驱动机构驱动T型片运动，使得其上的刀尾卡销（51）在所述刀片导向槽（32）上的卡销孔（321a）和所述刀片（2）上的所述销孔（21）中穿入或退出；和/或，

所述刀片（2）上的所述销孔（21）设置在刀片尾部横梁（22）上。

6.根据权利要求5所述的刀具系统，其特征在于：所述卡销驱动机构是步进电机，设置在所述刀片进给装置（7）的气缸座横梁上，该步进电机的输出轴连接一螺杆，在该螺杆上连接一螺母，该螺母在旋转方向限位，在该螺母上连接所述T型片（53）；或者，

所述卡销驱动机构（52）为一直线电机，设置在气缸座横梁（701）上，该直线电机的输出件连接所述T型片（53）；和/或，

所述T型片（53）上的所述卡销为两个，相应地，在所述刀片（2）上设有对应的销孔（21）；和/或，

在气缸座横梁（701）上设置一T型片限位环（53a），当刀片进给装置（7）被推入外环圈（4）的轴向槽（41）就位后，所述T型片（53）穿设在该T型片限位环（53a）中，该T型片限位环的环圈大小与T型片的行程对应。

7.根据权利要求6所述的刀具系统，其特征在于：该气缸座横梁（701）中心开圆孔打通，内置所述卡销驱动机构（52）。

8.根据权利要求1所述的刀具系统，其特征在于：在所述旋转刀盘（6）上设置转轴（61），用于使用中连接驱动旋转刀盘转动的电机，该转轴（61）为空心轴，其轴向空心为破开的竹材或木材通过；和/或，

所述刀片进给装置（7）与所述轴向推进器（8）上的所述轴向伸出部（81）之间的可分离结构（810）为：所述轴向伸出部（81）为两段，其中一段（81a）连接所述轴向推进器（8），另一段（81b）连接所述刀片进给装置（7），两段的衔接部通过电磁吸附锁固机构连接；和/或，

所述旋转刀盘上的设定圆周上固设12-15个所述轴向推进器（8）；和/或，

所述轴向伸出部（81）的与刀片进给装置（7）连接的部位设有一限位部（811），当刀片进给装置（7）插入所述轴向槽（41）到位时，该限位部（811）抵在所述外环圈（4）的端面上；和/或，

所述内环圈（3）上的所述刀片穿槽（31）和所述外环圈（4）上的所述轴向槽（41）的个数相等且一一径向对应。

9.根据权利要求8所述的刀具系统，其特征在于：所述轴向推进器（8）为12个。

10.根据权利要求2所述的刀具系统，其特征在于：所述刀片端面与所述环形刀架的轴线相交的倾角（A1）为15度。