超大型木构件多功能加工装备及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种超大型木构件多功能加工装备及其制造方法。


背景技术：

2.目前，随着人们对古建筑及中式别墅建造追求回归大自然复古风格已成时尚，以天然木材制成的特别是一些较为高档的具有清晰流畅的木纹及美观大方的木料制成的木构件更是人们追求的目标，往往一幢建筑含有几十个梁、柱、枋木构件，传统建筑的营造业，专业人才流失和工匠老年化严重，年轻人不肯学，工艺手法走样。因此，需要解决古建筑木构件制作工艺的标准化、工厂化、智能化，以解放劳动力，解决企业用工难，减少现场制作安装工期，降低人工人力成本。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种超大型木构件多功能加工装备及其制造方法。
4.本发明的目的通过以下技术方案来实现：
5.超大型木构件多功能加工装备，特点是：包括基座、置于基座上的x
‑
y轴龙门运动机构、上料定位固定机构以及刀座，所述x
‑
y轴龙门运动机构包含x轴运动单元、龙门架以及y轴运动单元，所述x轴运动单元包含x轴直线导轨一、x轴直线导轨二、x轴运动板和控制x轴运动板运动的x轴驱动机构，x轴直线导轨一和x轴直线导轨二沿x轴向平行布置于基座上，x轴直线导轨一和x轴直线导轨二上均配置有x轴运动板，龙门架固定于两x轴运动板上，x轴驱动机构与x轴运动板驱动连接，从而控制龙门架沿x轴向直线运动；所述y轴运动单元包括y轴滑轨、y轴运动板、控制y轴运动板运动的y轴驱动机构，y轴滑轨沿y轴向布置于龙门架的横梁上，y轴运动板置于y轴滑轨上，y轴驱动机构与y轴运动板驱动连接，从而控制y轴运动板沿y轴向直线运动；
6.y轴运动单元上安装一连接板，z轴运动单元安装于连接板上，z轴运动单元的下部安装有刀座旋转机构，刀座安装于刀座旋转机构上，运动轨迹下方的基座上至少设有两上料定位固定机构，所述上料定位固定机构包含夹具底板、升降立柱以及两只滚轮，两只滚轮相平行沿x轴向安装于滚轮座上，滚轮座固定于夹具底板上，滚轮座的一侧安装有伸缩立柱，横杆的一端与升降立柱相铰接，另一端连接一上立杆，相应地，夹具底板上固定有下立杆，上立杆的底端和下立杆的顶端设有咬合部，配置一可锁紧两咬合部的大力钳。
7.进一步地，上述的超大型木构件多功能加工装备，其中，基座包含两个沿x轴向布置的工型大梁以及四个沿y轴向布置的横梁，四个横梁连接于两个工型大梁之间形成一整体。
8.进一步地，上述的超大型木构件多功能加工装备，其中，基座的底部设有一木屑收集排出系统，木屑收集排出系统包含收集槽以及螺旋输送杆，收集槽沿x轴向呈一高一低设置，x轴向的螺旋输送杆旋转自如地支撑于收集槽上，电机与其驱动连接，收集槽内设有用
于吸收木屑的吸风装置。
9.进一步地，上述的超大型木构件多功能加工装备，其中，基座或龙门架上设有刀库。
10.进一步地，上述的超大型木构件多功能加工装备，其中，基座的两端安装有红外线水平仪。
11.进一步地，上述的超大型木构件多功能加工装备，其中，x轴驱动机构包含气缸一、齿条一、齿轮一以及驱动齿轮一运转的步进电机一，气缸一的缸座安装于基座上，其活塞杆与x轴运动板驱动连接；齿条一沿x轴向布置于基座上，与齿条一相啮合的齿轮一安装于x轴运动板上，步进电机一与齿轮一驱动连接，驱动其运转。
12.进一步地，上述的超大型木构件多功能加工装备，其中，y轴驱动机构包含气缸二、齿条二、齿轮二以及驱动齿轮二运转的步进电机二，气缸二的缸座安装于龙门架的横梁上，其活塞杆与y轴运动板驱动连接；齿条二沿y轴向布置于龙门架的横梁上，与齿条二相啮合的齿轮二安装于y轴运动板上，步进电机二与齿轮二驱动连接，驱动其运转。
13.进一步地，上述的超大型木构件多功能加工装备，其中，z轴运动单元包含z轴滑轨、z轴运动板、控制z轴运动板运动的z轴驱动机构，z轴滑轨沿z轴向布置于y轴运动板上，z轴运动板置于z轴滑轨上，z轴驱动机构与z轴运动板驱动连接，从而控制z轴运动板沿z轴向直线运动；
14.z轴驱动机构包含气缸三、齿条三、齿轮三以及驱动齿轮三运转的步进电机三，气缸三的缸座安装于y轴运动板上，其活塞杆与z轴运动板驱动连接；齿条三沿z轴向布置于y轴运动板上，与齿条三相啮合的齿轮三安装于z轴运动板上，步进电机三与齿轮三驱动连接，驱动其运转。
15.本发明超大型木构件多功能加工装备的制造方法，包括以下步骤：
16.荷载计算：预先保守估算超大型木构件荷载，建立结构计算简图，进行结构内力分析、验算构件载面；
17.深化设计：强化构件截面稳定性，确定构件模型；
18.模型试制：进行实际模型分析与装备系统调试，复核下料尺寸，检验焊接质量以及自动开启系统稳定性；
19.制作：进行设备制作，确保材料质量、下料准确以及焊接质量；
20.拼接：进行设备预组装，再进行对位钻孔以及拆卸；
21.安装：进行设备装配，进行调试；
22.美观：进行对装配完成基体喷涂油漆。
23.更进一步地，上述的超大型木构件多功能加工装备的制造方法，其中，荷载计算所述荷载为：恒载：木构件0.9kn/m2、木构件6米
×
1米
×
0.4米总质量为2.16吨，木构件向下集中力f为21.6kn
↓
。
24.本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
25.①
本发明设计新颖，超长超高超重木构件可轻松自由翻身，方木构件和圆木构件均可牢固定位固定，满足超长木构件加工问题，通过多轴联动与加工方向调整，超大木构件无需翻身条件下一次性可加工三个所需开榫卯，一次性可加工三个所需加工面图案雕刻及线条；
26.②
上料定位固定机构一方面使超长超高超重木构件可轻松自由翻身，另一方面确保方木构件和圆木构件均可牢固定位固定，满足超长木构件加工需要；
27.③
实现传统建筑超大型木构件加工制作安装的工艺标准化、工厂化、智能化，解放劳动力，解决企业用工难的问题，减少现场制作安装工期时间、大大提高工效、降低生产成本，装备制造成本低、功能卓越，使用方便，经济效益和社会效应显著。
28.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
30.图1：本发明加工装备的结构示意图；
31.图2：上料定位固定机构的结构示意图；
32.图3：基座的结构示意图；
33.图4：木屑收集排出系统的结构示意图。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.如图1所示，超大型木构件多功能加工装备，包括基座1、置于基座1上的x
‑
y轴龙门运动机构、上料定位固定机构7以及刀座6，所述x
‑
y轴龙门运动机构包含x轴运动单元2、龙门架3以及y轴运动单元4，所述x轴运动单元2包含x轴直线导轨一、x轴直线导轨二、x轴运动板和控制x轴运动板运动的x轴驱动机构，x轴直线导轨一和x轴直线导轨二沿x轴向平行布置于基座1上，x轴直线导轨一和x轴直线导轨二上均配置有x轴运动板，龙门架3固定于两x轴运动板上，x轴驱动机构与x轴运动板驱动连接，从而控制龙门架3沿x轴向直线运动；所述y轴运动单元4包括y轴滑轨、y轴运动板、控制y轴运动板运动的y轴驱动机构，y轴滑轨沿y轴向布置于龙门架3的横梁上，y轴运动板置于y轴滑轨上，y轴驱动机构与y轴运动板驱动连接，从而控制y轴运动板沿y轴向直线运动；
37.y轴运动单元4上安装一连接板，z轴运动单元5安装于连接板上，z轴运动单元5的
下部安装有刀座旋转机构，刀座6安装于刀座旋转机构上，运动轨迹下方的基座1上至少设有两上料定位固定机构7，位于基座的两端，根据木构件实际需要也可在中间位置增设一上料定位固定机构，如图2所示，上料定位固定机构7包含夹具底板71、升降立柱74以及两只滚轮73，两只滚轮73相平行沿x轴向安装于滚轮座72上，滚轮座72固定于夹具底板71上，滚轮座72的一侧安装有伸缩立柱74，横杆75的一端与升降立柱74相铰接，另一端连接一上立杆76，相应地，夹具底板71上固定有下立杆77，上立杆76的底端和下立杆77的顶端设有咬合部，配置一可锁紧两咬合部的大力钳。每组的两只滚轮73之间距离为圆木料直径三分之一，两组滚轮轴向距离按圆木料长度60％设置。
38.刀库10安装在基座1上或龙门架3上，便于刀头取刀，刀库10配置有数种不同类型的加工刀具；基座1的两端安装有红外线水平仪。
39.如图3所示，基座1包含两个沿x轴向布置的工型大梁11以及四个沿y轴向布置的横梁12，四个横梁12连接于两个工型大梁11之间形成一整体。
40.基座1的底部设有一木屑收集排出系统9，如图4所示，木屑收集排出系统9包含收集槽91以及螺旋输送杆92，收集槽91沿x轴向呈一高一低设置，x轴向的螺旋输送杆92旋转自如地支撑于收集槽91上，电机与其驱动连接，收集槽91内设有用于吸收木屑的吸风装置。
41.x轴驱动机构包含气缸一、齿条一、齿轮一以及驱动齿轮一运转的步进电机一，气缸一的缸座安装于基座1上，其活塞杆与x轴运动板驱动连接；齿条一沿x轴向布置于基座1上，与齿条一相啮合的齿轮一安装于x轴运动板上，步进电机一与齿轮一驱动连接，驱动其运转。x轴驱动机构为双驱动形式，气缸驱动实现大行程进给，齿轮齿条啮合传动实现小行程进给，精准定位。
42.y轴驱动机构包含气缸二、齿条二、齿轮二以及驱动齿轮二运转的步进电机二，气缸二的缸座安装于龙门架3的横梁上，其活塞杆与y轴运动板驱动连接；齿条二沿y轴向布置于龙门架3的横梁上，与齿条二相啮合的齿轮二安装于y轴运动板上，步进电机二与齿轮二驱动连接，驱动其运转。y轴驱动机构为双驱动形式，气缸驱动实现大行程进给，齿轮齿条啮合传动实现小行程进给，精准定位。
43.z轴运动单元5包含z轴滑轨、z轴运动板、控制z轴运动板运动的z轴驱动机构，z轴滑轨沿z轴向布置于y轴运动板上，z轴运动板置于z轴滑轨上，z轴驱动机构与z轴运动板驱动连接，从而控制z轴运动板沿z轴向直线运动；z轴驱动机构包含气缸三、齿条三、齿轮三以及驱动齿轮三运转的步进电机三，气缸三的缸座安装于y轴运动板上，其活塞杆与z轴运动板驱动连接；齿条三沿z轴向布置于y轴运动板上，与齿条三相啮合的齿轮三安装于z轴运动板上，步进电机三与齿轮三驱动连接，驱动其运转。z轴驱动机构为双驱动形式，气缸驱动实现大行程进给，齿轮齿条啮合传动实现小行程进给，精准定位。
44.超大型木构件多功能加工装备的制造方法，具体包括以下步骤：
45.荷载计算：预先保守估算超大型木构件荷载，建立结构计算简图，进行结构内力分析、验算构件载面；
46.深化设计：强化构件截面稳定性，确定构件模型；
47.模型试制：进行实际模型分析与装备系统调试，复核下料尺寸，检验焊接质量以及自动开启系统稳定性；
48.制作：进行设备制作，确保材料质量、下料准确以及焊接质量；
49.拼接：进行设备预组装，再进行对位钻孔以及拆卸；
50.安装：进行设备装配，进行调试；
51.美观：进行对装配完成基体喷涂油漆。
52.其中，荷载计算所述荷载为：恒载：木构件0.9kn/m2、木构件6米
×
1米
×
0.4米总质量为2.16吨，木构件向下集中力f为21.6kn
↓
。
53.包括基座1、置于基座1上的x
‑
y轴龙门运动机构、上料定位固定机构7以及刀座6，所述x
‑
y轴龙门运动机构包含x轴运动单元2、龙门架3以及y轴运动单元4，
54.具体应用时，先将木构件8的两端搁置于上料定位固定机构7的滚轮73上，伸缩立柱74调整至合适高度，横杆75压向木构件8，上立杆76的底端咬合部和下立杆77的顶端咬合部通过大力钳咬合锁紧，基座1两端设有液压顶针，用于将木料顶紧；使木构件8牢固定位，且加工过程中不会出现偏转；基座1的两端的红外线水平仪用于对准垂直线与水平调整；
55.继而，x轴运动单元2、y轴运动单元4和z轴运动单元5联动，刀座6从刀库10中装载所需的刀；刀座旋转机构可驱动刀头180度回旋转动；根据加工轨迹，x轴运动单元2、y轴运动单元4和z轴运动单元5以及刀座旋转机构联动，对木构件8进行加工；
56.通过多轴联动与加工方向调整，雕刻方向为横向雕刻使得木屑自然落下，自然落下至收集槽91，x轴向的螺旋输送杆92运转将木屑输送至收集槽91的最低处排料口，吸风装置便于高效收集木屑。
57.上料定位固定机构一方面使超长超高超重木构件可轻松自由翻身，另一方面使方木构件和圆木构件均可牢固定位固定，满足超长木构件加工需要，6米
×
1米
×
0.4米超大木构件无需翻身条件下一次性可加工三个所需开榫卯，一次性可加工三个所需加工面图案雕刻及线条。
58.用于古建筑木构件开榫时，通过上料装置把已粗加工木构件8安放在上料定位固定机构7上，通过红外线水平仪对准垂直线与水平调整。进行木构件开榫，根据加工图形和轨迹进行切割，通过刀座旋转机构180度调整刀头方向可一次切割三个所需加工面，加工木构件无需翻身，切割长度为6米
×
1米
×
1米，实现古建筑大梁一次成型。
59.用于古建筑木构件开眼时，通过上料装置把已粗加工木构件8安放在上料定位固定机构7上，进行木构件开眼，通过刀座旋转机构180度调整机头方向可一次开眼三个所需加工面，木构件无需翻身，开眼范围长度为6米
×
1米
×
1米，使古建筑楼房木柱都能加工，一次开三个加工面的n个眼。
60.用于古建筑木构件木雕及线条加工时，通过上料装置把已粗加工木构件安放在上料定位固定机构7上固定，进行木雕及线条加工，通过刀座旋转机构180度调整刀头方向可一次加工三个所需加工面线条及雕刻图案，通过自动调换刀具加工木构件各种线条，加工木构件无需翻身，雕刻范围长度为6米
×
1米
×
1米，使古建筑大梁可一次成型完成各种木雕及线条的加工。
61.综上所述，本发明设计新颖，实现传统建筑超大型木构件加工制作安装的工艺标准化、工厂化、智能化，解放劳动力，解决企业用工难的问题，减少现场制作安装工期时间、大大提高工效、降低生产成本，装备制造成本低、功能卓越，使用方便，经济效益和社会效应显著。
62.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技
术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
63.上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
64.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。