毛竹蓄积量大、出材率高，是我国主要的工业用竹材，毛竹展平技术在提高毛竹生产利用率方面具有一定的贡献^[1]。竹筒经软化或去应力等方法展平成的竹平板可直接用于加工板材家具、竹地板、砧板、各种工艺品和竹材胶合板等，提高了竹材利用率，产品保持天然竹材的特性，色泽美观、自然，深受广大竹产品加工企业和消费者的青睐^[2-5]。竹筒展平前的关键步骤是去除内外节、开槽或剖分成若干块，目前涉及整竹筒单独去除内节^[6-11]或外节^[12-14]、单独单侧开槽或剖分的机械装置的研究较多^[15-18]，也有涉及可进行连续输送去除内外节等的加工装置^[19]，但总体结构较复杂，竹筒需多次装夹；而竹子长度方向存在的尖削度、截面形状非圆形，使得去节加工难以达到预期效果。实际生产中一般采用半机械化的手工夹持竹筒进行去节、开槽，劳动强度大、生产效率低，尺寸难以控制。对现有加工装置进行改进，研发一种一次装夹即可完成竹筒内、外节的去除和单侧剖开或对半剖分的竹筒去节剖开一体机，将竹筒自动排列输送装置与接料装置配合^[20-21]，可实现竹筒逐根自动接料。

目前竹筒去节一般采用先剖分成若干块再用专用机床去节、去青及去黄，加工设备各自独立，采用手工进料，竹材利用率低、能耗大。为探索较佳的去节方法，本研究分别在车床和砂轮上进行试验，在车床上车削外节的试验结果如图 1所示，外节凸出较大处车削过度，凹陷部分又车削不到。改用砂轮手持竹筒磨削外节，结果见图 2，可以达到去外节要求，但砂轮易被竹屑堵塞难以清理而影响它的使用寿命；非圆形状竹筒的内节去除也难以达到预期效果。

	图 1 车床车削竹筒外节 Fig. 1 Turning the outer knots of bamboo tube with lathe
图选项

	图 2 砂轮磨削竹筒外节 Fig. 2 Grinding the outer knots of bamboo tube with sand block
图选项

为适应竹筒长度方向的尖削度、截面形状的非圆形，结合车床车削和砂轮磨削的特点进行改进设计：用三爪卡盘夹持竹筒并分别沿前后导轨和横向导轨做纵向和横向来回移动，靠近或远离去内节刀和外节刀；外节刀鼓及刀鼓支座由手轮D驱动做横向移动靠近或远离竹筒，外节刀鼓还可随外节部底座沿后导轨移动，工作原理见图 3。加工时竹筒装夹在三爪卡盘的卡爪内侧如图 3(a)所示，或装夹在卡爪外侧如图 3(b)所示，由三爪卡盘、夹具支座和夹具底座等组成的夹具部的纵向移动由传动系统驱动，也可单独转动手轮A来实现。当夹具套轴上的凸齿与夹具支座上的齿槽脱开时，三爪卡盘可做圆周转动，并由手轮C带动夹具支座及三爪卡盘做横向移动去除残余内外节，如图 3(c)所示。

	图 3 去节加工示意图 Fig. 3 Sketch map of the machining principle of wiping off knots of bamboo tube
图选项

目前生产中竹筒展平前一般用锯片进行单侧切割剖开，而竹筒的等距剖分一般采用破竹机。破竹机中的剖刀与刀盘是一体式刚性结构，刀盘装在刀具座上，刀具座固定在机床上，破竹机剖分竹筒如图 4所示，竹筒由手工夹持再由传动件推向剖刀进行剖分，劳动强度大、安全性低。本研究将剖开部直接设置在去内节刀轴内，采用三爪卡盘夹持竹筒如图 5所示，原理与破竹机的剖分加工类似，但剖刀的结构和上料方式不同；剖开部的各组件构成可动连杆机构，但在剖开加工时是作为一个整体进行的，剖刀套装在剖刀杆上可拆卸更换。

	注：1.链传动，2.刀具座，3.刀盘，4.剖刀，5.竹筒。 Note: 1.chain drive, 2.base of tool, 3.cutter, 4.splitting knife, 5.bamboo tube. 图 4 破竹机剖分竹筒 Fig. 4 Splitting bamboo cube by broken bamboo machine
图选项

	图 5 三爪卡盘夹持竹筒 Fig. 5 Clamping bamboo cube by three jaw chuck
图选项

将竹筒的内外节去除和剖开加工装置设计成一体机^[22]，结构示意图如图 6所示。竹筒去节剖开一体机主要由床身、接料架、传动系统、去外节部、夹具部、剖开部、去内节部和控制单元组成。床身上设置有前后导轨和出料口，传动系统由主电机、带传动A、带传动B、支座、离合器B、手柄B、离合器A、手柄A、轴A、轴B、丝杆轴、手轮A组成；安装在床身及后导轨上的去外节部主要由副电机、联轴器、外节部底板、外节部底座、手轮D、外节刀鼓、刀鼓支座和防护罩组成，剖开部主要由刀杆支轴、剖刀杆、剖刀、连杆、支杆、心轴和定位件组成，其中连杆、剖刀杆有两套，以心轴轴线呈上下对称布置，两剖刀杆都装上剖刀时进行双侧剖分，一侧剖刀杆装剖刀时进行单侧剖开；夹具部由手轮B、夹具支座、三爪卡盘、夹具底座、手轮C、夹具套轴组成，夹具底座带有刻度指示尺、与前后轨道配合的凹槽、以及与安装在床身上的行程开关配合的撞块；去内节部由刀轴支座、内节刀、内节刀轴、螺钉和扣环组成，剖开部设置在去内节部的内槽中；主电机和副电机的启动和停机、行程开关的控制由控制单元完成。外节刀鼓中心线、三爪卡盘内孔中心线、内节刀轴中心线和心轴中心线位于同一水平面内。

注：1.床身，2.手轮A，3.行程开关，4.手轮B，5.夹具支座，6.手轮C，7.夹具底座，8.三爪卡盘，9.丝杆轴，10.前导轨，11.出料口，12.手柄A，13.离合器A，14.刀轴支座，15.带传动A，16.轴A，17.主电机，18.手柄B，19.带传动B，20.支座，21.轴B，22.离合器B，23.扣件，24.扣环，25.控制单元，26.后导轨，27.副电机，28.联轴器，29.外节部底板，30.手轮D，31.防护罩，32.外节部底座，33.刀鼓支座，34.外节刀鼓，35.内节刀轴，36.剖刀，37.内节刀，38.竹筒，39.齿槽，40.凸齿，41.夹具套轴，42.接料架。 Note:1.lathe bed, 2.hand wheel A, 3.travel switch, 4.hand wheel B, 5.support of fixture, 6.hand wheel C, 7.fixture base, 8.three jaw chuck, 9.screw shaft, 10.front guide rail, 11.discharge hole, 12.hand shank A, 13.clutch A, 14.support of knife shaft, 15.belt drive A, 16.shaft A, 17.main motor, 18.hand shank B, 19.belt drive B, 20.support, 21.shaft B, 22.clutch B, 23.fastening, 24.cramp ring, 25.control unit, 26.back guide rail, 27.vice motor, 28.coupler, 29.baseboard of outer knot part, 30.hand wheel D, 31.protective cover, 32.foundation of outer knot part, 33.support of knife drum, 34.knife drum of outer knot, 35.cutter shaft of inner knot, 36.splitting knife, 37.knife for cutting off inner knot, 38. bamboo tube, 39.alveoli, 40.gear tooth, 41.sleeve spindle of fixture, 42.take-up frame. 图 6 去节剖开一体机结构示意图 Fig. 6 Structure sketch of all-in-one machine for wiping off and splitting bamboo cube

图选项

工作过程如下，将储放在接料架上的竹筒装夹在三爪卡盘上，夹具套轴左移、并使夹具套轴轴肩左端面的凸齿与夹具支座右端面的齿槽啮合；主电机经带传动A、离合器A、丝杆轴驱动夹具部带着竹筒沿前后导轨做纵向移动，当安装在夹具部底部的撞块和轨道上的行程开关碰触时夹具部改为反方向移动；主电机经带传动A、带传动B、离合器B带动去内节部、剖开部作同步转动，去除竹隔及竹内节；由副电机经联轴器带动外节刀鼓做转动，转动手轮D带动刀鼓支座及外节刀鼓做横向移动靠近或远离去内节部，去除竹筒外节。在去内节部和去外节部运转去除内外节加工时，组成剖开部的各组件位于去内节部的槽内不参与工作^[22]，见图 7(a)。去节加工结束后，推动手柄B带动离合器B右半部、心轴及横穿心轴和内节刀轴左端通槽的定位件沿通槽向右移动，直到手柄B上的扣件扣在刀轴支座的扣环中，组成剖开部各组件摆到如图 7(b)所示位置^[22]，即装在内节刀轴中的心轴带动支杆、连杆使剖刀杆和剖刀摆到垂直位置，此时去内节部停止不动；将剖刀杆和剖刀的位置与三爪卡盘上的三个卡爪的位置错开，并将去外节部移开远离去内节部和剖开部，即可以进行竹筒的剖开加工。整根竹筒剖开后脱开离合器A或停机，取下竹片，进行下一竹筒的加工。

注：1.床身，9.丝杆轴，12.手柄A，13.离合器A，14.刀轴支座，15.带传动A，16.轴A，17主电机，18.手柄B，19.带传动B，20.支座，21.轴B，22.离合器B，23.扣件，24.扣环，25.控制单元，35.内节刀轴，36.剖刀，37.内节刀，43.刀杆支轴，44.剖刀杆，45.螺钉，46.连杆，47.支杆，48.心轴，49.定位件。 Note:1.lathe bed, 9.screw shaft, 12.hand shank A, 13.clutch A., 14.support of knife shaft, 15. belt drive A, 16. shaft A, 17. main motor, 18.hand shank B, 19. belt drive B, 20.support, 21.shaft B, 22.clutch B, 23.fastening, 24.cramp ring, 25.control unit, 35.cutter shaft of inner knot, 36.splitting knife, 37.knife for cutting off inner knot, 43.fulcrum shaft of cutter bar, 44.splitting tool rod, 45.screw, 46.connecting rod, 47.fulcrum bar, 48.mandrel, 49.locating piece. 图 7 剖开部结构示意图 Fig. 7 Structure sketch of splitting portion

图选项

加工过程中，可随时脱开离合器A，由手摇手轮A驱动夹具部沿导轨移动；若将夹具套轴轴肩左端面的凸齿与夹具支座右端面的齿槽脱开，转动手轮B可带动三爪卡盘及竹筒做圆周转动，以去除残余的内外节。

去节加工启动前，外节刀鼓轴中心线与内节刀轴中心线之间的距离S足够大，且S>R₀+R₂，加工过程中可根据需要改变距离S，保证去内、外节加工正常进行，避免竹筒与外节刀鼓相卡壳。其中，R₀为外节刀鼓的刀刃所对应的最大半径，R₂为竹筒的最大外节半径。剖刀刀顶的回转半径r＜h，h为内节刀左端柄部开槽处的最大半径，如图 7(a)所示。

剖开加工时，若竹筒装夹在三爪卡盘内侧，剖刀顶部所对应的回转半径L应满足条件：R>L>H+e，H＜R₁。式中，R为三爪卡盘的内孔半径，H为内节刀刀顶的最大半径，e为竹筒的最大壁厚，R₁为竹筒壁的最小内径，见图 7(b)和图 8，这样剖刀刀顶不与三爪卡盘内壁相碰又可将竹筒完全剖开。

注：1.床身，2.手轮A，3.行程开关，4.手轮B，5.夹具支座，6.手轮C，7.夹具底座，8.三爪卡盘，9.丝杆轴，10.前导轨，26.后导轨，30.手轮D，32.外节部底座，34.外节刀鼓，35.内节刀轴，37.内节刀，38.竹筒，39.齿槽，40.凸齿，41.夹具套轴。 Note:1.lathe bed, 2.hand wheel A, 3.travel switch, 4.hand wheel B, 5.support of fixture, 6.hand wheel C, 7.fixture base, 8.three jaw chuck, 9.screw shaft, 10.front guide rail, 26.back guide rail, 30.hand wheel D, 32.foundation of outer knot part, 34.knife drum of outer knot, 35.cutter shaft of inner knot, 37.knife for cutting off inner knot, 38.bamboo tube, 39.alveoli, 40.gear tooth, 41.sleeve spindle of fixture. 图 8 主要工作参数示意图 Fig. 8 Sketch map of main working parameters

图选项

该竹筒去节剖开一体机适合于各种截面形状呈直线状的竹筒加工，一般竹筒只需装夹1~2次便可连续进行去除内节、外节、双侧剖分或单侧剖开加工，装夹次数少，生产效率高。该一体机结构紧凑，占地面积少，具有较好的实际应用价值和推广价值。

在实际应用中，也可采用先将竹筒装夹在卡爪内侧进行去除内外节加工，再卸下竹筒装在卡爪外侧进行剖分或单侧剖开加工；若竹筒较长可先对左边一半进行去除内外节加工，再卸下掉个头重新夹紧继续加工另一半，这样装夹次数较多，但由机械夹紧代替手持竹筒进料，大大降低操作人员的劳动强度，提高了安全度和加工精度。被加工竹筒的长度与内节刀轴和心轴的长度及其具有的强度刚度、组成去内节部和划口部关键组件的性能相关。