新型无卡轴木材旋切机结构分析与设计

摘要：目的为改变木材加工企业圆木旋切工艺现状、提高旋切设备自动化水平、拓宽加工范 围、提高企业竞争力.方法根据单板旋切原理，在分析了旋切过程的各种因素，以及现有旋切 机的结构特点基础上,提出了 一种新型无卡轴旋切机的结构方案，剖析了新型无卡轴旋切机的 结构特点，提出了新的旋切公式，建立了驱动辊变速进给的数学模型.结果新型旋切机的旋切

两个驱动辊分别沿直线进给,其进给轨迹具有一定夹角，并关于中心线对称.结论这种进给模 式可以兼顾高的木材利用率和宽的加工范围，在满足加工精度前提下，能够提高旋切速度，可 以满足木材加工企业现场的生产需要，为新型无卡轴旋切机的自动控制系统的实施奠定了理 论基础.

关键词:木材产品;新型无卡轴结构;进给模型;新旋切公式

由于建材、家具行业需求的增加，到2006年 中国人造板总产量达7 428. 56万m3，比1953年 和1981年分别增长了约2100倍和75倍，成为世 界第一人造板生产大国[1]•然而中国同时又是森 林资源相对贫乏的国家，人造板的供需矛盾仍然 突出,据调查，扣除薪材,2000 ~2010年我国生产 建设用材的平均年缺口量在3 300 xl04m3以上.

近几年的天然林保护政策使国内木材生产量 逐步缩减，另一方面随着世界各国越来越注重生 态建设与森林保护,木材进口也愈加困难•但是随 着速生林的增多，国内木材供需将基本趋于平 衡[2].由此可以预觚，今后人造板生产的原料将 以小径木、速生木材为主，木材加工设备设计制造 产业的技术也将围绕这一变化而发展.低技术含 量的传统木工机械仍有一定市场，但是随着技术 发展和电气系统成本的降低，这些传统木工机械 必将由越来越多结构新颖、自动化程度高、木材利 用率高，适合原材料特性的新型木工机械所替代. 作为人造板、胶合板生产过程中的主机，木材旋切 机，尤其适合小径木加工的无卡轴旋切机，也必将 提升技术含量以适应市场需求•

在工业发达国家单板旋切机的研究已经达到 了较高的水平,单板的制造精度和加工质量越来 越好,如国外精密旋切机旋切单板的厚度精度可 达0. 02 nun.但是进口旋切机操作维护复杂，对操 作人员的技术要求高，并且在功能设置方面并不 完全适合国内的实际生产需求.同时，进口旋切机 设备价格昂贵,维护费用庞大，国内大多数中小企 业难以承受.基于此，笔者根据单板旋切原理,在 分析了旋切过程的各种因素，以及现有旋切机的 结构特点基础上，提出了一种新型无卡轴旋切机 的结构方案，建立了驱动辊变速进给的数学模型， 这种进给模式可以兼顾高的木材利用率和宽的加 工范围,在满足加工精度前提下，能够提高旋切速 度，可以满足木材加工企业现场的生产需要，为新 型无卡轴旋切机的自动控制系统的实施奠定了理
论基础.

1旋切原理

旋切原理是旋切机设计的基础，各种形式的 旋切加工，其原理如图1所示.圆木相对刀具旋转 的同时与刀具在径向相对运动，随着圆木直径不 断减小,沿原木年轮方向旋切出等厚的单板•为保 证单板的连续性和厚度的均匀性，圆木每旋转一 周，直径减小2个板厚，刀具与圆木之间的相对运 动必须满足旋切条件

传统卡轴式旋切机通过卡轴支撑圆木，圆木 直径较小时无法旋切,木材利用率低[3].无卡轴 旋切机取消了卡轴,装夹原料不受木段心材质量 的影响，无需进行定心，可降低木段剩余直径，提 高木材利用率•旋切后的剩余直径可以由有卡式 的110 ~ 120 mm减小至30 ~ 50 mm,甚至 15 mm[4-5]，工作原理如图2所示.旋切时，圆木 段卡在两个驱动辊辊筒和压尺（辊）之间，木段由 转动的辊筒带动做旋转主运动，同时木段和刀具 之间相对运动，以保证连续旋切,单板厚度确定 时，图中所标屯为r时刻圆木的剩余直径，是时 间的函数.