一種用於加工不規則管體內表面的刀具及設備的製作方法
2023-05-17 05:11:41
本發明屬於竹材加工技術領域，涉及對成段竹管內壁進行切削加工的技術，尤其指用於去除竹管內壁上的竹黃的工具設備。
背景技術：
目前將原竹加工成竹板材的方式主要有破切拼接和展平兩種方式，前者較為傳統，是將原竹首先破切並處理成規整的方竹條，再由方竹條拼接形成竹板材；後者是近年才慢慢推廣開來的一種新技術，該技術通過一套展開工藝將原竹直接沿周向展平形成竹板材。通過整竹展開方式獲得的竹板材整體性好，無接縫，不使用膠水，目前大有替代傳統破切拼接工藝加工竹板材的趨勢。整竹展平工藝一般是：先將原竹截為適當長度的成段竹筒，去除竹筒的內節，然後在竹筒上沿軸向加工出一條貫通的縫隙，之後採用蒸、烤、煮等方法對竹筒進行軟化處理，最後通過碾壓等方式將軟化後的竹筒沿縫隙展開壓平形成板狀。
在竹展開的過程中，為了避免因竹青和竹黃及內節質地堅硬、柔韌性差而導致的開裂，在展開前還需要將竹黃、竹青去除。去內節、竹黃、竹青一般在軟化處理工序之前進行。去竹青一般採用竹筒旋轉，刀具在竹筒側面沿軸向進刀的方式進行，去內節和竹黃則多採用竹筒固定，刀具從竹筒一端旋轉進入竹筒內完成內節、竹黃的切削去除。
雖然去黃和去內節的動作過程相似，設備中除刀具外，其餘部分基本相同，但在現有技術中，去內節和去黃仍需要分別進行，主要原因在於尚未開發有集成去黃和去內節雙重功能的刀具。
現有去黃刀具的結構設計不利於集成去內節功能。以公布號為cn105437331a的中國發明專利申請公開的竹竿去黃機所披露的去黃刀具為例，對稱設置在刀架（本體）上的兩個刀體與刀架上的滑槽配合，在滑槽內可徑向滑動，兩個刀體之間設壓縮彈簧。這種設置目的是一方面同一把刀具可以適應不同粗細的竹筒，另一方面由於竹筒並非理想狀態下的圓柱筒，不僅不同軸向位置的竹筒內徑存在差異，竹筒任一位置的筒壁也不是規則的圓，滑動刀體的設置可以在旋轉過程適應半徑的不斷變化。
上述這種去黃刀具在自然狀態下，在壓縮彈簧作用下，兩個刀體分別滑向最外側，兩個刀體的刀刃端的距離大於待加工竹筒的內徑，加工作業開始時，刀具上的兩個刀體需要在竹筒壁的擠壓的作下向軸心滑動，方能進入竹筒。因此，設置在刀架前端的具有引導斜面的引導部是必不可少的。然而引導部的存在，不僅會令刀更大、更重、還會妨礙去內節的排屑，所以難以將去內節刀片集成到刀具上。要實現在去黃刀具上集成去內節功能，則需要改變去簧刀具結構。
另一方面，因為刀體在壓縮彈簧作用下實現出刀，當壓縮彈簧彈力較大時，尤其遇到嚴重不規則的管體，極可能出現卡停或導致管體在衝擊下破裂。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有去黃和去內節作業分別進行的現狀，針對現有去黃刀具體積和重量大，以及結構不利於集成去內節功能等問題，提出一種可以適用於對竹筒這種不規則管體內表面進行加工的改進的刀具方案，其改進結構可以不設置前端的引導部，結構更簡化，有利於控制刀具體積和重量，也為在刀具前端集成其它刀片提供了可能。本發明另一個目的是進一步提出一種採用本發明刀具的用於對竹筒這種不規則管體內表面進行加工的設備。
為了實現上述發明目的，本發明首先提出一種用於加工不規則管體內表面的刀具，該刀具旋轉工作，包括刀架、依刀具旋轉中心對稱設置在刀架上的兩個刀體，刀體外側安裝刀片，所述刀體可徑向滑動地設置在刀架上的滑槽內，其特徵在於，兩個刀體之間設有兩端分別與兩個刀體連接的拉伸彈簧，刀具不工作時，在拉伸彈簧作用下，兩個刀體保持在靠近刀具旋轉中心的位置，當刀具旋轉工作時，在離心力作用下，刀體滑向外側。
進一步地，所述刀片安裝在所述刀體外側的後端，刀片的刀刃向外高出刀體外側表面。刀片的刀刃高出刀體外側表面的高度，即為刀具的切削量。
進一步地，所述刀體外側為弧形面，以避免刀具在管體內旋轉和移動時對管體造成不必要的損傷。所述弧形面的軸心位於刀具的旋轉中心。
進一步地，所述刀架後側中心處設有用於安裝驅動刀軸的安裝孔，所述安裝孔為螺紋孔。在設備安裝該刀具時，選擇前端帶螺紋的刀軸，刀具與刀軸通過螺紋裝配在一起，拆裝均非常方便。
進一步地，所述刀具正向旋轉工作，所述安裝孔為正螺紋孔。刀軸帶刀具旋轉工作時，在切削阻力，螺紋實現自緊，可有效避免刀具在刀軸上鬆動。
進一步地，所述刀體包括內側滑動部和外側刀杆部，所述滑動部與刀架上的滑槽滑動配合，刀杆部位於刀架外側，刀杆部與滑動部組成t型結構。刀杆部外側為弧形面。所述弧形面的軸心位於刀具的旋轉中心。
進一步地，所述刀架包括兩個半體，所述滑槽成型於兩個半體之間。
作為另一種選擇，所述刀架上設有兩個限位銷，兩個刀體的滑動部分別設有限位長孔，兩個限位銷分別穿過兩個刀體的滑動部上的限位長孔，限位銷與刀體滑動方向垂直，限位長孔的長度方向與刀體滑方向一致。
作為另一種選擇，所述刀架的兩個半體通過兩個端部帶螺紋的限位銷緊固連接，兩個限位銷分別穿過兩個刀體的滑動部上的限位長孔，限位銷與刀體滑動方向垂直，限位長孔的長度方向與刀體滑方向一致。
在本發明中，以靠近刀具旋轉中心為內，遠離刀具旋轉中心為外，以插入管體的方向為前，反之為後。
基於上述刀具，本發明進一步提供了一種用於加工不規則管體內表面的設備，包括機架，機架前部設竹筒固定機構，後部設刀具總成，竹筒固定機構將竹筒順著前後方向固定在機架前部；刀具總成包括刀具和刀具驅動機構，所述刀具驅動機構包括刀軸、刀軸驅動電機、刀軸進給機構；所述刀軸順著前後方向設置，所述刀具裝配在刀軸前端，所述刀軸通過支撐架設置在機架上，刀軸相對於支撐架可軸向滑動，刀軸驅動電機設刀軸後方，刀軸驅動電機輸出端與刀軸同軸連接；刀軸驅動電機可前後移動地設置在機架上，刀軸驅動電機在刀軸進給機構的驅動下向前和向後帶動刀軸及刀具完成進給或復位動作；刀軸驅動電機通過刀軸帶動刀具在進給過程中旋轉工作。
所述刀具包括刀架、依刀具旋轉中心對稱設置在刀架上的兩個刀體，刀體外側安裝刀片，，刀片的刀刃向外高出刀體外側表面，所述刀體可徑向滑動地設置在刀架上的滑槽內，兩個刀體之間設有兩端分別與兩個刀體連接的拉伸彈簧，刀具不工作時，在拉伸彈簧作用下，兩個刀體保持在靠近刀具旋轉中心的位置，當刀具旋轉工作時，在離心力作用下，刀體滑向外側。
進一步地，所述刀片安裝在所述刀體外側的後端，刀片的刀刃向外高出刀體外側表面。刀片的刀刃高出刀體外側表面的高度，即為刀具的切削量。
進一步地，所述刀體外側為弧形面，以避免刀具在管體內旋轉和移動時對管體造成不必要的損傷。所述弧形面的軸心位於刀具的旋轉中心。
進一步地，所述刀架後側中心處設有用於安裝驅動刀軸的安裝孔，所述安裝孔為螺紋孔。在設備安裝該刀具時，選擇前端帶螺紋的刀軸，刀具與刀軸通過螺紋裝配在一起，拆裝均非常方便。
進一步地，所述刀具正向旋轉工作，所述安裝孔為正螺紋孔。刀軸帶刀具旋轉工作時，在切削阻力，螺紋實現自緊，可有效避免刀具在刀軸上鬆動。
進一步地，所述刀體包括內側滑動部和外側刀杆部，所述滑動部與刀架上的滑槽滑動配合，刀杆部位於刀架外側，刀杆部與滑動部組成t型結構。刀杆部外側為弧形面。所述弧形面的軸心位於刀具的旋轉中心。
進一步地，所述刀架包括兩個半體，所述滑槽成型於兩個半體之間。
作為另一種選擇，所述刀架上設有兩個限位銷，兩個刀體的滑動部分別設有限位長孔，兩個限位銷分別穿過兩個刀體的滑動部上的限位長孔，限位銷與刀體滑動方向垂直，限位長孔的長度方向與刀體滑方向一致。
作為另一種選擇，所述刀架的兩個半體通過兩個端部帶螺紋的限位銷緊固連接，兩個限位銷分別穿過兩個刀體的滑動部上的限位長孔，限位銷與刀體滑動方向垂直，限位長孔的長度方向與刀體滑方向一致。
所述竹筒固定機構包括分別用於固定竹筒前後兩端的裝夾固定機構，所述裝夾固定機構包括在豎直方向可移動的上夾持件和下夾持件，上夾持件和下夾持件通過齒輪齒條機構保持聯動，在齒輪齒條機構作用下，兩者在豎直方向上等位移相向或背向移動。兩者相近的一側均各設有v型凹口，上夾持件的v型凹口與下夾持件的v型凹口在緊直方向上對正，所述v型凹口沿豎直中心對稱。
所述刀軸驅動電機固定安裝在電機安裝座上，電機安裝座通過導軌滑塊機構可前後水平滑動地設置在機架上，刀軸進給機構包括傳送帶/鏈，所述傳送帶/鏈的上程帶/鏈與傳軸平行，電機安裝座與所述傳送帶/鏈的上程帶/鏈固定連接，傳送帶/鏈由進給電機驅動往復運動。
與現有技術相比本發明的有益效果是：1、本發明的刀具的刀體在自然狀態下保持在靠近刀具旋轉中心的位置，只有當刀具旋轉工作時，刀體才向外側滑出。因此，刀具在自然狀態下可以直接插入管體，而不必須在前端設置帶引導斜面的引導部。這一特點不僅有利於刀具結構的簡單化、以及縮小刀具大小、減輕刀具重量，而且在不設置引導部的情況下，刀具的前端結構則有了更多的選擇，為在前端集成去內節刀片提供了方便條件。
2、本發明刀具的刀體基於刀具旋轉的離心力實現出刀，當因管體內壁變窄而導致刀具旋轉阻力增大時，刀具轉速會減慢，進而離心力減小，在拉伸彈簧作用下，刀體回縮，刀片與管體內表面的壓小減小；當管體內壁變寬時，刀具旋轉阻力減小，轉速加快，進而離心力增大，刀體隨之外滑，刀片對管體內表面的壓力增大。可見本發明的結構設計，不僅實現了刀具對不規則管體內壁的自適應，還巧妙地實現了，刀具對管體內表面壓力的基本恆定，一方面有利於降低驅動電機的負載，降低能耗，另一方面，有效避免了刀具卡停或導致管體受衝擊破裂。
附圖說明
圖1為基於本發明所述刀具原理的一種去黃去內節組合刀具整體結構示意圖。
圖2為圖1所示刀具的a-a處的剖視圖。
圖3為本發明所述去黃設備的整體結構組成示意圖。
圖4為圖3所示去黃設備的裝夾固定機構。
標記說明：
1、刀架；11、螺紋孔；
2、刀體；21、刀杆部；22、滑動部；221、限位長孔；23、去內節刀片；231、刀刃；24、去黃刀片；241、刀刃；
3、限位銷；
4、拉伸彈簧；
51、上夾持件；511、上尺條；52、下夾持件；521、下尺條；53、齒輪；
61、刀軸；62、刀軸進給機構；
7、機架。
具體實施方式
下面結合附圖以一去黃去內節組合刀具為例對本發明所述的刀具原理及特點做進一步說明，並進一步說明本發明提出的去黃設備。
參閱圖1、2，本發明所述刀具由刀架1及設置在刀架1上的刀體2組成，刀體2包括刀杆部21和滑動部22，刀杆部21與滑動部22構成t型結構。刀杆部21外側為弧面，所述弧形面的軸心位於刀具的旋轉中心。所述刀架1後端中心位置設有用於與刀軸61裝配的螺紋孔11，所述刀架1由兩個半體組成，兩個半體通過兩個端部帶螺紋的限位銷3緊固連接，兩個半體組合後，在兩個半體之間形成一個貫通的滑槽，兩個刀體2的滑動部22分別裝配在滑槽的兩端，刀體2的滑動部22與滑槽滑動配合，兩個刀體2的滑動部22內端由兩個拉伸彈簧4連接在一起。刀體2的刀杆部21後端固定安裝去黃刀片24，去黃刀片24的刀刃241朝外，去黃刀片24的刀刃241向外高出刀杆部21外側弧面。刀體2的刀杆部21前端固定安裝去內節刀片23，去內節刀片23的刀刃231朝前，去內節刀片23的刀刃231向前超出刀杆部21前端。
刀體2的滑動部22設有限位長孔221，兩個限位銷3分別穿過兩個刀體2的滑動部22上的限位長孔221，限位銷3與刀體2滑動方向垂直，限位長孔221的長度方向與刀體2滑方向一致。
根據附圖可見，當刀具不工作時，在拉伸彈簧4作用下，兩個刀體2保持在靠近刀具旋轉中心的位置，當刀具旋轉工作時，在離心力作用下，刀體2滑向外側，直到刀刃與管體內表面相抵。
參照圖3-4，本發明所述去黃設備主要由設置在機架7前部的竹筒固定機構和設置在機架7後部的去黃刀具總成兩大部分組成，竹筒固定機構用於將竹筒順著前後方向固定在機架7前部；去黃刀具總成包括去黃刀具和刀具驅動機構，所述刀具驅動機構包括刀軸61、刀軸驅動電機、刀軸進給機構62；所述刀軸61順著前後方向設置，所述去黃刀具採用圖1、2所示刀具。去黃刀具通過後面的螺紋孔11緊固裝配在刀軸61前端。所述刀軸61通過支撐架設置在機架7上，刀軸61相對於支撐架可軸向滑動，刀軸驅動電機設在刀軸61後方，刀軸驅動電機輸出端與刀軸61同軸連接；刀軸驅動電機固定安裝在電機安裝座上，機架7上設置兩根相互平行的導軌，每根導軌上裝配一滑塊，兩個滑塊共同與電機安裝座底面固定。刀軸進給機構62包括傳送帶/鏈，所述傳送帶/鏈的上程帶/鏈與傳軸平行，所述傳送帶/鏈的上程帶/鏈位於兩根導軌之間，電機安裝座與所述傳送帶/鏈的上程帶/鏈固定連接，傳送帶/鏈由進給電機驅動往復運動。
所述竹筒固定機構包括分別用於固定竹筒前後兩端的裝夾固定機構，所述裝夾固定機構包括外框和位於外框內的上夾持件51和下夾持件52，外框左側開口，上夾持件51和下夾持件52通過堅直設置的導軌機構可滑動地設置在外框上。上夾持件51下側設開口朝下的弧型凹口，下夾持件52下側設開口朝上的弧型凹口，所述弧型凹口沿豎直中心對稱，上夾持件51的弧型凹口與下夾持件52的弧型凹口在緊直方向上對正。上夾持件51和下夾持件52右側設尺條安裝座，上夾持件51的尺條安裝座左側設上尺條511，下夾持件52的右側設下尺條521，上尺條511和下尺條521相互平行，齒面相向，上尺條511與下尺條521之間設一齒輪53，齒輪53的軸與外框固定。
以上實施例僅為本發明技術構思一些的具體實現方案，本發明的具體可行方案顯然並不局限於此，任何本領域的技術人員基於本發明的構思在以上實施例基礎所作出的非實質性改變而獲得的技術方案均應在本發明請求的保護範圍之內。