浅谈无卡轴旋切机的技术进展

摘要：无卡轴旋切机大大提高了木材的综合利用率。介绍了普通无卡轴旋切机的工作原理与结构，分 析了目前无卡轴旋切机存在的主要问题，并根据现有研究介绍了无卡轴旋切机的进给方式、 驱动辊驱动结构的改进方案和变速进给理论的计算，以提高旋切单板的质量。最后简单介绍 了智能数控无卡轴旋切机、无卡轴旋切剪切一体机和有卡无卡一体旋切机。

关键词：无卡轴旋切机；进给方式；存在问题；改进措施；新型无卡轴旋切机 中图分类号：TS653.3

我国木材资源非常匮乏，随着木材工业的发展， 天然木材资源严重枯竭，出现了木材长期供不应求的 局面，据统计，我国木材综合利用率仅为60%左右，而 世界发达国家木材利用率一般均在80%以上，有的 国家如瑞典可达90%以上[1]。如何高效利用木材资源 巳经成为木工设备制造业和木材加工业面临的重要 课题。

传统的单板旋切机为有卡轴旋切机，其利用卡 爪固定待加工圆木两端，当木段直径较小时，由于有 卡旋切存在卡心，便无法再进行旋切，且由于两边 的卡爪作用会使木段受力不均匀，加工出来的单板 厚度误差较大。如果要保证单板的质量和精度就要 使加工圆木必须大于一定的直径，则剩余木芯直径 较大，所以木材的利用率很低。无卡轴旋切机彻底 摒弃了传统的木段夹持方式，其一般采用两旋转中 心固定的摩擦辊和一个旋转中心移动的压尺辊共同 夹紧待加工圆木。无卡轴旋切机减小了对加工圆木 直径的要求，剩余木芯直径为20~40mm，出板率可达
99% ~ 99.7%，大大提高了木材利用率，而机械夹紧 卡轴旋切机、液压夹紧单卡轴旋切机、液压夹紧双 卡轴旋切机的出板率分别只有87.7%~91%、96%、 97.4%~98.1%[2]。但是现有的普通无卡轴旋切机存 在小径木速生材利用率低、旋切单板厚度误差较大 而主要适合芯板旋切、刀具进给机构的速度调节方 式落后等一系列问题，不仅影响了胶合板的质量， 而且也影响了无卡轴旋切机的广泛应用。

2无卡轴旋切机的工作原理

我国的无卡轴旋切机普遍采用3辊式结构，如图 1所示：3个辊子与圆木相切，其中2个驱动辊为动力 摩擦辊，其只能转动不能径向移动，另1个为压尺辊 没有动力，可水平移动。旋切时，两只驱动辊始终沿 木段的全长上施加均匀的压力，在摩擦力作用下， 木段被驱动辊带动旋转，实现旋切。即驱动辊A、B 主要传递转距，使旋切木段旋转，并支撑木段；压 尺辊C与刀架固定在一起，随旋切刀一起水平移动。

驱动辊和压尺辊的长度与旋切刀的长度相等，

且驱动辊采用较大一点的花纹辊子，便于增加驱动 摩擦力，以适应不同形状的原木旋切。当驱动辊A、

B和压尺辊C以恒定的转速旋转时，驱动圆木以转速n (r/min)旋转，同时固定在刀刃上的旋切刀片以速度 V(mm/min)进给。假设驱动辊与圆木间无相对滑 动，那么圆木表面的线速度恒定，与主动辊的线速度 相同，所以随着木材被切削，圆木的转速n越来越快，则 要求旋切刀的进给速度必须随木材的转速增大而增 大，只有这样才能保证木材的切削厚度不变[3]。因此， 为了旋切出厚度均匀的单板，要求旋切刀刃的进给速 度V在旋切过程中必须以一定的规律连续变化。
A、B.驱动辊；C.压尺辊；a.驱动辊A、B之间的中心距 V.切削刀具的进给速度；S.单板厚度

图1无卡轴旋切机工作原理简图
3普通无卡轴旋切机的进给方式和传动装置

3.1无卡轴旋切机的进给方式 目前，驱动旋切刀进给主要有两种方式：一种 是采用液压驱动；一种是采用调速电机通过丝杆驱 动。由于液压驱动生产的单板厚薄均匀性和粗糙度都 较差，所以市场需求量逐渐萎缩。大多数企业着重 研究丝杆驱动式的无卡轴旋切机，以解决单板的厚薄 均匀性和粗糙度质量问题。但是丝杆驱动式无卡轴旋 切机的工作精度较差，噪声高，寿命也比较短。

3.1.1无卡轴旋切机的液压进给方式 驱动辊工作油缸由三位四通电磁换向阀7控制工 作方向。旋切刀固定在液压缸上，所以液压缸前进的 速度是旋切刀的进给速度。在图2[3]中，液压油的工 作路径为：
(1)液压缸伸出工作回路：油箱—油滤—齿轮 栗—三位四通电磁换向阀右边电磁铁得电—电液比 例流量阀调节流量—(一部分回油箱）—进入液压缸 无杆腔—活塞杆伸出—无杆腔—调速阀(调速)—三位 四通电磁换向阀—回油箱；
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1，4-油箱；2-溢流阀；3-油滤；5-齿轮栗；6-电机；7-电磁 换向阀；8-压力表；9-调速阀；10-电液比例阀；11，12-油缸

图2无卡轴旋切机驱动辊工作液压系统原理图

(2)液压缸收缩工作回路：油箱—油滤—齿轮

栗—三位四通电磁换向阀左边电磁铁得电—调速阀

(不调速）—液压缸有杆腔—三位四通电磁换向阀—

回油箱。

液压系统属柔性传动系统，进给速度会因负载 大小的变化而变化；而木材随树种的不同有软硬区 别，且同一木芯也有阴阳面之分，因此在旋切过程中 不断变化的负载会造成进给速度的不稳定[5]。为了使 油缸工作适应木材不同大小、硬度和旋切速度等变 化要求，采用电液比例液压控制系统来替代原有的控 制系统、动力系统，使进入油缸的流量与输入电流成 正比，来控制液压缸的前进速度，实现系统的随动控 制。

3.1.2 无卡轴旋切机的丝杆进给方式

如图3[6]，丝杆驱动式无卡轴旋切机中，由进给 调速电机通过丝杆和螺母带动旋切刀床前后移动， 实现旋切刀片与进给压尺辊的变速进给。对于丝杆 驱动进给方式，旋切刀与压尺辊C的进给是通过丝杆 驱动电机的转动实现的，即可以通过调整丝杆驱动电 机的转速n大小来调整进给速度V。