[發明專利]熱解法木材表面成型加工裝置

有效

• 申請號: 201310028493.5
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103112070B
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 陳宇拓
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: B27M1/00
• 分類號: B27M1/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 胡山

技術領域

本發明屬于木材成型加工裝置，具體為一種熱解法木材表面成型加工裝置。

背景技術

木材的加工經歷了手工、機械化、數字化的發展歷程，但這一歷程始終依賴于金屬刀具對木材直接進行鋸、刨、銼、銑、車、雕等加工方法。我國傳統的木制雕刻產品以精美的雕刻藝術與造型構成其獨特的風格，是技術與藝術的完美結合，這不但要求生產者具備高超的手工雕刻技巧，而且還需具備較深的藝術造詣與美術修養，其長期依賴于手工技藝進行傳承，這也成為制約該項技藝向縱深發展和實現規模化、批量化、底成本、高效率生產的瓶頸。隨著CNC（計算機數控）技術在機加工行業的廣泛普及應用，利用多軸CNC設備對木材表面較復雜的3D圖案進行加工，近年來也得到應用和發展，有越來越多的相關產品推向市場。但是木材和金屬的數控加工有著較大的區別，除木材和金屬的物理與化學特性存在顯著的差異外，金屬加工通常是標準化的加工，而木材的加工則更注重美學和藝術性，加工出的產品表面往往是一個復雜的、不確定的3D隨機場，很難尋求統一標準化的加工方法，因而更具復雜性和不可控性。

目前，對數字化木工雕刻技術的研究和實踐表明，對如古典雕刻家具等復雜3D曲面模型采用數控設備進行雕刻加工時，仍然存在一些不可逾越的缺陷，即便是高密度的優質木材在細節加工時是也常常容易造成工件崩角、裂邊等現象，且難以實現復雜曲面的加工。同時由于CNC系統對復雜3D曲面的加工需采用緊密回路分層的加工方式，刀具從某點出發，到完成每層回路及整個曲面的加工，需要行進步數、行程和時間是巨大的，如果將每層的加工厚度和回路間距設置小了，則仍是一個費時較長的效率低加工過程，但是將這些參數設置大了，加工過程中又會隨時存在斷刀、跳步、崩裂或阻死等可能性，并難以得到理想的加工效果，且需要較多的后處理工序。

近年來出現的木材的激光去除成型技術，是一種有別于木材表面傳統加工方法的新技術，它采用數控設備驅動激光發生器，利用激光產生的高溫燒結木材表面形成花紋圖案，但這種加工技術目前只能在木材表層加工出極淺花紋圖案，得不到如中國古典雕刻家具等產品的復雜3D曲面效果，且設備昂貴、消耗較大、加工成本高。

此外出現的所謂烙鐵作畫，是利用電熱方式在木板表面形成繪畫圖案，這需要技藝高的專業人士完全依賴手工操作電烙鐵來完成，只能構建很淺的表層圖案效果，且效率低不適合工業化生產。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種熱解法木材表面成型加工裝置，它不同于傳統的采用金屬切削刀具對木材表面進行刨、銼、銑、雕等成型的加工裝置，而是利用石墨或鐵鉻鋁等發熱體構建的模型與木材表面進行接觸式高溫熱解與燃燒成型的加工裝置，涉及發熱模型對木材表面熱解與燃燒成型的機理、發熱體的建模與構建、加工條件與環境控制以及加工裝備設計制造等，以解決上述背景技術中的問題。

本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現：

熱解法木材表面成型加工裝置，包括可控硅變頻調壓和變壓系統、溫度檢測與控制系統、木材熱解動力學參數檢測系統、發熱模型及加工倉、抽排風及排積碳渣系統、木板工件驅動系統以及積碳自動清除系統；所述可控硅變頻調壓和變壓系統由可控硅變頻調壓器和變壓器組成，所述可控硅變頻調壓器的輸出端同變壓器的輸入端相連，可控硅變頻調壓器設置在控制柜內，所述加工倉為一個頂面開口的密封裝置，所述發熱模型設置在加工倉內，發熱模型同變壓器的輸出端相連，發熱模型及加工倉還同所述溫度檢測與控制系統相連，加工倉的頂面上方設有加工倉蓋，所述加工倉蓋下方設有活動夾具和木材熱解動力學參數檢測系統，所述加工倉蓋與氣缸、木板工件驅動系統相連；加工倉上設有積碳自動清除系統，所述積碳自動清除系統由減速驅動機構驅動；加工倉中下部設有抽排風及排積碳渣系統；所述可控硅變頻調壓器對交流電源進行調壓,通過變壓器輸出低電壓大電流,給發熱模型供電；將木板固定在活動夾具上，木板工件驅動系統驅動加工倉蓋閉合，氣缸驅動加工倉蓋使木板與發熱模型接觸；給發熱模型供電，對木板進行熱解加工；通過溫度檢測與控制系統測得間歇采樣熱解時間與發熱模型表面溫度的乘積的累加數，比較加工中得到的不同材質木板等效熱解數，估算木板熱解加工深度和積碳厚度及決定開倉除碳的時間，木板工件驅動系統將加工倉蓋和木板提升到指定位置，啟動積碳自動清除系統，自動清除木板表面積碳，確認是否達到加工深度要求，達到加工深度要求加工過程結束，沒有達到要求再次進入熱解過程，經過2～4次的往復熱解和除碳加工，在木板表面得到所需加工深度的花紋圖案結束。