[发明专利]热解法木材表面成型加工装置

说明书

技术领域

本发明属于木材成型加工装置，具体为一种热解法木材表面成型加工装置。

背景技术

木材的加工经历了手工、机械化、数字化的发展历程，但这一历程始终依赖于金属刀具对木材直接进行锯、刨、锉、铣、车、雕等加工方法。我国传统的木制雕刻产品以精美的雕刻艺术与造型构成其独特的风格，是技术与艺术的完美结合，这不但要求生产者具备高超的手工雕刻技巧，而且还需具备较深的艺术造诣与美术修养，其长期依赖于手工技艺进行传承，这也成为制约该项技艺向纵深发展和实现规模化、批量化、底成本、高效率生产的瓶颈。随着CNC（计算机数控）技术在机加工行业的广泛普及应用，利用多轴CNC设备对木材表面较复杂的3D图案进行加工，近年来也得到应用和发展，有越来越多的相关产品推向市场。但是木材和金属的数控加工有着较大的区别，除木材和金属的物理与化学特性存在显著的差异外，金属加工通常是标准化的加工，而木材的加工则更注重美学和艺术性，加工出的产品表面往往是一个复杂的、不确定的3D随机场，很难寻求统一标准化的加工方法，因而更具复杂性和不可控性。

目前，对数字化木工雕刻技术的研究和实践表明，对如古典雕刻家具等复杂3D曲面模型采用数控设备进行雕刻加工时，仍然存在一些不可逾越的缺陷，即便是高密度的优质木材在细节加工时是也常常容易造成工件崩角、裂边等现象，且难以实现复杂曲面的加工。同时由于CNC系统对复杂3D曲面的加工需采用紧密回路分层的加工方式，刀具从某点出发，到完成每层回路及整个曲面的加工，需要行进步数、行程和时间是巨大的，如果将每层的加工厚度和回路间距设置小了，则仍是一个费时较长的效率低加工过程，但是将这些参数设置大了，加工过程中又会随时存在断刀、跳步、崩裂或阻死等可能性，并难以得到理想的加工效果，且需要较多的后处理工序。

近年来出现的木材的激光去除成型技术，是一种有别于木材表面传统加工方法的新技术，它采用数控设备驱动激光发生器，利用激光产生的高温烧结木材表面形成花纹图案，但这种加工技术目前只能在木材表层加工出极浅花纹图案，得不到如中国古典雕刻家具等产品的复杂3D曲面效果，且设备昂贵、消耗较大、加工成本高。

此外出现的所谓烙铁作画，是利用电热方式在木板表面形成绘画图案，这需要技艺高的专业人士完全依赖手工操作电烙铁来完成，只能构建很浅的表层图案效果，且效率低不适合工业化生产。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种热解法木材表面成型加工装置，它不同于传统的采用金属切削刀具对木材表面进行刨、锉、铣、雕等成型的加工装置，而是利用石墨或铁铬铝等发热体构建的模型与木材表面进行接触式高温热解与燃烧成型的加工装置，涉及发热模型对木材表面热解与燃烧成型的机理、发热体的建模与构建、加工条件与环境控制以及加工装备设计制造等，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

热解法木材表面成型加工装置，包括可控硅变频调压和变压系统、温度检测与控制系统、木材热解动力学参数检测系统、发热模型及加工仓、抽排风及排积碳渣系统、木板工件驱动系统以及积碳自动清除系统；所述可控硅变频调压和变压系统由可控硅变频调压器和变压器组成，所述可控硅变频调压器的输出端同变压器的输入端相连，可控硅变频调压器设置在控制柜内，所述加工仓为一个顶面开口的密封装置，所述发热模型设置在加工仓内，发热模型同变压器的输出端相连，发热模型及加工仓还同所述温度检测与控制系统相连，加工仓的顶面上方设有加工仓盖，所述加工仓盖下方设有活动夹具和木材热解动力学参数检测系统，所述加工仓盖与气缸、木板工件驱动系统相连；加工仓上设有积碳自动清除系统，所述积碳自动清除系统由减速驱动机构驱动；加工仓中下部设有抽排风及排积碳渣系统；所述可控硅变频调压器对交流电源进行调压,通过变压器输出低电压大电流,给发热模型供电；将木板固定在活动夹具上，木板工件驱动系统驱动加工仓盖闭合，气缸驱动加工仓盖使木板与发热模型接触；给发热模型供电，对木板进行热解加工；通过温度检测与控制系统测得间歇采样热解时间与发热模型表面温度的乘积的累加数，比较加工中得到的不同材质木板等效热解数，估算木板热解加工深度和积碳厚度及决定开仓除碳的时间，木板工件驱动系统将加工仓盖和木板提升到指定位置，启动积碳自动清除系统，自动清除木板表面积碳，确认是否达到加工深度要求，达到加工深度要求加工过程结束，没有达到要求再次进入热解过程，经过2～4次的往复热解和除碳加工，在木板表面得到所需加工深度的花纹图案结束。