宋睿婷
(厦门大学信息科学与技术学院电子工程系，福建厦门361005)
摘
要：介绍了BQ K 1913/4型数控有卡无卡一体旋切机的基本结构、工作原理、技术性能指标与参数以及关键
技术和创新点，并将其与国内外同类产品进行了比较。
关键词：胶合板生产；旋切机；数控；工作原理；基本结构中图分类号:TS642
文献标识码:A
文章编号:2095-2953(2012)05-0004-04
W orki ng P ri nci paland St ruct ure of C N C C huck &N on-chuck R ot ary L at hes
SO N G R ui -t i ng
(D epar t m ent of El ect r oni c Engi neer i ng ,t he School of I nf or m at i on Sci ence and Technol ogy E ngi neer i ng ,X i am en U ni ver si t y ,
X i am en Fuj i an 361005,C hi na )
Abstr act:The bas i c s t r uct ur e,wor ki ng pr i nci pl e,t echni calper f or m ance i ndex,par am et er s,key t echnol ogy and i nnovat i ve poi nt s ofB Q K 1913/4CN C chuck &non-chuck
r ot ar y l at he ar e i nt r oduced and t he com par i si on bet w een i tand ot hersi m i l ar
pr oduct s athom e and abr oad i s conduced.
Key words:pl yw ood pr oduct i on;r ot ar y l at he;CN C;wor ki ng pr i nci pl e;basi c st r uct ur e
B Q K 1913/4型数控有卡无卡一体旋切机是胶合板(三合板或多层胶合板)生产中用于旋切单板的最新设备。该设备集原木输送、原木定心上木、单卡轴旋切、无卡轴旋切、碎板剪切处理等多种功能于一体，完全自动化控制；双压辊驱动进给比普通防弯装置的防弯效果更好，每分钟可旋切小径原木2~3根，主要性能指标达到国际先进水平，个别指标达到国际领先水平，成为同类进口产品的替代产品，与没有配置有卡无卡一体机的生产线相比，木材利用率提高20%，加工精度提高15%，生产效率提高30%，生产成本降低40%。1基本结构 B Q K 1913/4型数控有卡无卡一体旋切机主要由床身、左右卡轴箱、刀架、双辊传动机构、连接横梁和支撑架、定心机构、上木机构、有卡旋切机构、无卡旋切机构、输木和输板机构、碎板剪切机构、数控系统等部分组成，其外形如图1所示。 (1)床身部分采用钢板及型钢焊接结构，整体刚性
好，强度高，是各组成部分的支撑体。主要用于支撑和连接有卡旋切机、连接横梁和定心上木机构。
(2)左右卡轴箱中分别安装有旋切机主轴的传动、测
速和刹车机构，这些机构均由主电机提供动力，采用直流测速电机以保证工作平稳及有效制动。左右卡轴箱箱体由高牌号的铸铁制成，其是各种传动部件的支撑体。(3)刀架部分包括进给、装刀系统和压尺架。刀架进给由进给伺服电机驱动，通过编码器读取卡轴的转速，进给伺服电机由控制系统控制其进给速度，可旋切出不同厚度的单板；装刀系统采用液压装刀方式，装卸刀快捷方便，装刀精度高；压尺架用来支撑压尺及其附件。(4)双辊传动部分由液压马达驱动旋转，液压缸可拉动防弯辊上下移动，并带动防弯辊做相应的回转运
收稿日期:2012-02-21
第40卷第5期
林业机械与木工设备
V o140N o.52012年5月
FO R ESTR Y M A CH I N E R Y &W O O D W O R K I N G EQ U I PM EN T
M ay 2012
综
述
图1数控有卡无卡一体旋切机
. All Rights Reserved.
动，这样两排驱动辊可将木芯抱住，并给其一定的动力，以保证木芯旋切时不爆裂，从而提高单板的质量。
(5)连接横梁和支撑架主要用来保证其他机构与有卡旋切机的有效连接，无卡旋切机构和上木机构直接与横梁连接，以保证上木及有卡无卡旋切的连续转换。支撑架与定心装置和输木装置相连，可保证定心和上木的准确性。
(6)定心机构通过电子光眼跟踪原木的位置，然后反馈给可编程序控制器，经计算机进行数据处理后，发出指令给定心系统来实现原木定心。该机构由一台伺服电机和一套螺纹运动副带动V形板升降。(7)上木机构连接在横梁上，其上安装有上木摆臂，摆臂前端装有卡爪，摆臂上有运动滑道，卡爪通过伺服电机带动，可保证卡爪伸缩自如，以达到上木准确的目的。
(8)有卡旋切机构采用多级链传动带动主轴旋转，进给机构采用齿轮副和滚珠丝杠副带动刀架进给以实现单板旋切。
(9)无卡旋切机构通过横梁与有卡旋切机构相连，采用齿轮副带动进给机构以实现单板旋切。(10)原木输送机构与支撑架相连，采用链条式输送带可带动原木移动，以实现原木的输送；输板机构采用简易滑板
输出方式，通过传送机构输送单板。(11)碎板剪切机构与机座相连，由光电扫描系统、启动剪切系统、碎板运输系统等部分组成，可实现碎板的剪切和有效处理。
(12)数控系统由日本三菱Q nU系列可编程序控制器、运动控制器、FR-F700变频调速器、伺服放大器、G O T1000系列触摸屏等部分组成，其功能强大，处理速度快，性能可靠。
2工作原理
2.1旋切
(1)在有卡旋切过程中，随着被旋切原木直径的减小，旋切的线速度也逐渐减小，线速度变化将影响单板和卷板的质量，而恒线速切削可以解决这一问题。通过控制切削参数中的卡轴转速，建立卡轴转速与原木直径之间变化的关系，可保持旋切线速度不变，实现恒线速切削。
无卡轴旋切原理与有卡轴旋切原理不同，有卡轴旋切时原木轴线位置在旋切过程中始终不变，而无卡轴旋切时原木轴线位置在旋切过程中是实时变化的。为了使切削过程稳定，保持原木旋切圆心和旋切速度不变，建立了伺服电机转速、传动辊转速、刀架体行程和单板厚度之间关系的数学模型，通过数控装置可控制伺服电机的转速，提高刀具的进给精度，使单板的输出速度保持不变。
(2)有卡旋切时，卡轴带动原木转动；由有卡旋切过渡到无卡旋切时卡轴退回，由驱动辊带动原木转动。
有卡旋切过渡到无卡旋切时切削参数需保持不变，以保证有卡无卡切削的连续性和单板厚度不变。(3)利用机械位移和光电扫描传感器可测出原木两端表面轮廓的最高点，然后由计算机按预先设计的程序计算出原木的中心线，给出原木两端垂直方向的偏移量，控制定心装置自动调整原木的位置，同时上木卡爪夹紧原木自动送到旋切机上。
2.2控制系统
BQ K1913/4型数控有卡无卡一体旋切机功能多，控制系统复杂，对控制的准确性要求较高。控制系统主要由以下部分构成:①可编程控制器、运动控制器。其主要用来实现机床的逻辑动作控制和伺服电机的转速控制。三菱Q nU系列可编程控制器和Q172D C PU运动控制器具有运行速度块、程序容量大、功能齐全、控制精度高、稳定性好、扩展和升级方便等特点。②变频器。其主要用于控制主卡轴的转速。根据刀架位置、切削单板厚度、出板速度可实时准确地控制卡轴的转速，给原木以稳定的转动力。③伺服控制放大器。其主要控制伺服电机，根据机床的动作要求可快速、高精度地实现机床的多轴联动控制。
2.3机械结构及加工工艺
BQ K1913/4型数控有卡无卡一体旋切机综合了齿轮传动机构、链传动机构、液压传动机构、自动进给机构、恒线速切削机构、自动装刀机构、自动调整刀门机构、自动定心机构、摆臂上木机构、有卡无卡自动旋切机构等多个机构。为了保证机床的稳定性能和旋切单板精度，关键零件均采用数控加工中心和专
用机床等设备加工，保证了零件的加工精度。
2.4液压技术
液压系统设计综合考虑了压力补偿、冲击动量等因素，可有效控制液压系统的冲击性能，减少了系统的损耗，降低了油液温升。
2.5机床工作程序
启动各液压系统和控制系统，原木由输送机构输送到旋切机的指定位置上，伺服电机驱动V形板对原木进行定心，夹紧臂夹紧原木退回等待，并回转到卡轴
宋睿婷：数控有卡无卡一体旋切机的原理与结构5第5期
. All Rights Reserved.
位置将原木送入到卡轴上，同时定心，然后V形板退回进行第二次定心；卡轴夹紧原木后机床开始旋切单板，这时压尺辊由刀架伺服电机驱动并带动原木旋转，同时双压棍也由伺服电机驱动挤压原木旋转，当旋切原木直径达到设定值时卡轴退回，由双压棍驱动原木继续旋切到最小值，完成一个工作循环；旋切出的单板由输板机构输送到下道工序继续加工。
3主要技术性能指标及参数
3.1主要技术性能指标
控制方式：自动/半自动;
控制内容：速度控制、速度位置控制、位置跟踪控制、同步控制;
板厚控制精度:±1%;
板厚设定分辨率:0.01m m;
回零误差:0.01m m;
人机界面规格:10.4英寸液晶显示器;
故障自诊断：人工智能;
原木转速检测：自动(或人工设定);
压榨率:5%~10%;
驱动方式：交流伺服驱动。
3.2主要技术参数
最大旋切直径:ϕ400m m;
最小旋切直径:ϕ150m m;
最大旋切长度:1450m m;
最小旋切长度:950m m;
最终木芯直径:ϕ40m m;
卡轴直径:ϕ95m m;
出板速度:90m/m i n;
旋切单板厚度:0.8~3.2m m;
旋切小径木工作效率:2~3根/m i n。
4关键技术和创新点
4.1关键技术
国内现有的旋切单板生产线大多数是由4~5台主机和3台辅机组成的，这种单机分布形式生产出的产品制造成本高，生产占用空间大，各部分均采用单独或联动控制方式，控制方式主要是机械、液压或通过PLC 控制系统控制各单机的动作，控制范围涉及7~8台单机。有卡旋切、无卡旋切单板是在两台单机上完成的，无卡旋切后，通过运输上木机可将有卡旋切剩余的木芯送入无卡轴旋切机上再继续旋切，这样就存在旋切单板厚度不均匀的问题，且约有1m长的单板无法使用，造成了木材资源的浪费。针对上述问题进行攻关，在以下技术领域取得了重大突破。
(1)运动控制和驱动控制完美结合。数控有卡无卡一体旋切机的数控系统采用日本三菱Q nU系列可编程控制器、运动控制器、FR-F700变频调速器、伺服放大器、G O T1000系列触摸屏，该系统功能强大，处理速度快，性能稳定，可实现全集成自动化。
(2)原木自动定心技术。定心装置设有底座、左立柱、右立柱、横梁和V形托板装置;V形托板装置包括V形板和托架，托架与V形板固定连接。定心装置具有结构新颖，使用方便，自动检测定位，定心、定位精度高，生产效率高等优点。该装置已经申请了一项发明专利和一项实用新型专利。
(3)自动组合旋切技术。有卡无卡一体旋切机的旋切装置解决了单机旋切单板存在的一些技术问题。有卡无卡旋切转换时，伺服系统通过计算机控制可使主要加工参数保持不变，保证了转换的连续性和单板厚度不变。这是本机床的核心技术。该旋切装置具有结构新颖、设备成本低、木材利用率高、工作效率高、技术含量高、自动化程度高、占用空间小以及工人劳动强度低等优点。该装置也申请了一项发明专利和一项实用新型专利。(4)组合防弯技术。防弯装置是由有卡旋切机构中的单辊与无卡旋切机构的双辊组成的。该装置在有卡旋切时可为旋切加工提供动力，随着被旋切原木直径的逐渐减小，三辊也将逐渐起到防弯作用；无卡旋切时三辊可起到自动定心和提供动力作用。该装置防弯效果好、防弯精度高，三辊的动作由伺服系统控制，平稳可靠。(5)碎板自动剪切技术。碎板装置由光电扫描系统、启动剪切系统、碎板运输系统组成。光电扫描系统与计算机处理系统结合，可实现剪切、碎板输送、碎板堆垛的有效处理。
4.2创新点
(1)集自动定心上木、有卡无卡旋切、碎板剪切于一体的多功能旋切机自动化程度高，能源消耗低，生产占用面积小。
(2)实现了从有卡到无卡旋切的连续不间断转换，旋切单板厚度不变，旋切效率和精度高，木材利用率提高20%以上。
(3)采用伺服电机驱动滚珠丝杠副带动V形板沿直线导轨上下移动，原木定心的速度快，定心准确。(4)采用伺服电机控制双压辊，使无卡旋切进给更准确，防弯效果更好，旋切过程更平稳。
(5)采用碎板自动剪切处理技术，提高了剪板的效
林业机械与木工设备
6第40卷. All Rights Reserved.
率和有效性。
5与国内外同类技术比较
BQ K 1913/4型数控有卡无卡一体旋切机与国内外
同类产品对比情况见表1。
表1
与国内外同类产品对比
序号123456789101112131415
本设备技术水平全数字控制系统组合功能旋切
有卡无卡转换旋切参数不变旋切方式转换时切削连续伺服驱动定心刀门自动调整液压装刀盒安装刀具角度自动调整动力防弯
恒线速旋切90m /m i n 设计有碎板自动剪切系统
设计有双层单项自动输板、分垛系统单板厚度精度0.05m m 调整时间20m i n 卡轴直径95m m
国内同类产品技术水平无或数控系统单机旋切
有卡无卡转换旋切参数变化旋切方式转换时切削不连续机械或光环定心刀门手动调整机械夹紧
刀具角度手动调整摩擦被动防弯
100m /m i n ，不带恒线速旋切无无
单板厚度精度0.1m m 调整时间40m i n 卡轴直径80m m
国外同类产品技术水平数字控制系统组合功能旋切
有卡无卡转换旋切参数不变旋切方式转换时切削连续伺服驱动定心刀门自动调整液压夹紧
刀具角度自动调整动力防弯
恒线速旋切100m /m i n 设计有碎板自动剪切系统
设计有双层单项自动输板、分垛系统单板厚度精度0.02m m 调整时间20m i n 卡轴直径65m m
比较结果与国外接近与国外相同与国外相同木材利用率提高20%与国外相同与国外相同比国外先进与国外相同与国外相同与国外接近与国外相近与国外相近精度提高20%工效提高40%性能相近
6结束语
B Q K 1913/4型数控有卡无卡一体旋切机具有自主知识产权，创新程度高，主要技术性能指标达到国际先进水平，是节约型木材单板生产线配套的主要设备，其集原木定心上木、有卡无卡旋切功能于一体，大大简化了生产线单机配套设备的设计，更适合小径木的旋切加工，该设备具有适应性强、性能稳定、技术先进、功能多等特点。与国内同类产品相比具有更广泛的适用性、稳定性、准确性和高效率性。该设备已经出口越南、印尼、俄罗斯、土耳其等亚欧国家，深受国外用户的好评。
参考文献:
[1]齐自成.智能数控无卡轴旋切机的开发与应用[J ].木材加工机械,2011,22(2).
[2]
宋修财，丛习军.节能型木材单板加工设备的设计与开发[J ].林业机械与木工设备,2010,38(10):45-46.
作者简介：宋睿婷(1990-)，厦门大学信息科学与技术学院电子工程系2009级学生。
注：此文为2011年暑假大学生社会调研习作；指导老师：许伟才(1967-)，山东百圣源集团有限公司董事长兼总经理，东北林业大学客座教授。
宋睿婷：数控有卡无卡一体旋切机的原理与结构
7
第5期2012第二届中国国际园林机械及园艺工具展览会
由中国林业机械协会园林机械专业委员会、全国林业机械标准化技术委员会、中国景观园林学会、中国国际贸促会上海浦东分会等单位联合组织的“2011中国(上海)国际园林机械及园艺工具展览会”于2011年7月14~16日在上海成功召开。当时来自中国大陆、台湾，美国、德国、荷兰、瑞士、意大利、日本等国家和地区100多家知名企业参展，展示了他们最先进的技术和设备，探讨最前沿的发展趋势和市场动态，为期3天的展会共吸引海内外专业观众达7806人，其中海外买家1012人，占买家总数12.9%。行家预计，国产园林机械将在国内市场占据主动，并逐步打入国际市场。
为进一步推动我国园林机械行业的快速发展，促进国际贸易交流与技术合作,“2012第二届中国(上海)国际园林机械及园艺工具展览会”将于2012年7月16~18日移师上海世博展览馆举办，这是一座设施先进、节能环保、交通便捷、功能齐全的高规格、现代化、国际性星级会展场地，这座“世界展会活动的梦工场”将带给您全新的参展体验，其宽阔的展示空间和完美的展示效果将为国内外展商提供一个充满商机和魅力的舞台。
·展会信息·
. All Rights Reserved.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议