專(zhuān)利名稱：利用通過(guò)調(diào)諧共振器而往復(fù)運(yùn)動(dòng)的刀片切割片狀加工材料的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及切割片狀加工材料，更具體而言，本發(fā)明涉及由振動(dòng)刀片切割所述材料。
背景技術(shù)：
諸如用于制造服裝的片狀加工材料以及家具和汽車(chē)中的裝飾用皮革和聚乙烯，經(jīng)常通過(guò)以下方式切割將加工材料鋪在平的支撐表面上并在加工材料上方往復(fù)移動(dòng)由切割頭運(yùn)載的刀片，同時(shí)刀片接合并且切割加工材料。一般來(lái)說(shuō)，切割頭連接到梁，所述梁能夠沿著切割臺(tái)移動(dòng)，同時(shí)切割頭響應(yīng)于控制器發(fā)出的指令而沿著梁移動(dòng)。這些刀片能夠以每分鐘20,000個(gè)循環(huán)及以上的速度往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這樣，必須采用復(fù)雜的機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)刀片。另外，這些機(jī)構(gòu)必須能夠在工作位置和非工作位置之間移動(dòng)，其中在工作位置時(shí)刀片接合加工材料，在非工作位置時(shí)，刀片離開(kāi)加工材料。除了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性外，高的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速率導(dǎo)致刀具驅(qū)動(dòng)時(shí)噪音相當(dāng)大。并且，當(dāng)在這樣的速度下操作時(shí)，很難精確地控制刀片。
以上述方式構(gòu)造的切割機(jī)械所出現(xiàn)的另一問(wèn)題是，刀片傾向于很快地磨損，需要頻繁地更換。
基于上述問(wèn)題，本發(fā)明的總體目的是改進(jìn)或克服相關(guān)技術(shù)的這些缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面在于用于切割片狀加工材料的包括諧振器組件的設(shè)備。所述諧振器組件包括作為一部分的由適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁材料制成的梁。同樣由適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁材料制成的拾取器連接到所述梁并且位于至少一個(gè)磁體附近。與至少一個(gè)磁體相關(guān)的諧振裝置使磁體以預(yù)定的速率移動(dòng)經(jīng)過(guò)拾取器，從而建立交變磁場(chǎng)，該交變磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)導(dǎo)致梁和拾取器的振動(dòng)。安裝到梁的刀片也產(chǎn)生振動(dòng)，從而使由刀片限定的切削刃在一定振幅下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述振幅取決于梁和刀片的構(gòu)造。隨著磁體行進(jìn)到拾取器附近，其間形成空氣間隙，該空氣間隙被設(shè)定具有預(yù)定的寬度，以便最大化磁通的傳遞，從而最大化梁的振動(dòng)水平。在操作過(guò)程中，隨著振動(dòng)刀片接合加工材料，由刀片限定的尖刃切割加工材料。
優(yōu)選的是，所述磁體被安裝到磁體保持器上，所述磁體保持器連接到電動(dòng)機(jī)。隨著電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，磁體保持器也旋轉(zhuǎn)，從而使得連接到其上的磁體經(jīng)過(guò)由拾取器限定的面。盡管描述了一個(gè)磁體，但本發(fā)明并不限于此，多個(gè)磁體可被安裝到磁體保持器上，每個(gè)磁體隨著電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)拾取器的面。電動(dòng)機(jī)響應(yīng)控制器發(fā)出的指令，控制器反過(guò)來(lái)監(jiān)視梁和刀片的振動(dòng)水平，并在操作過(guò)程中根據(jù)加工材料是否對(duì)刀片具有明顯的阻尼效應(yīng)、通過(guò)加速或減速電動(dòng)機(jī)而進(jìn)行補(bǔ)償。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還設(shè)置有返回桿，并且返回桿與梁磁連通。所述磁體保持器位于拾取器和返回桿之間。安裝到磁體支架上的任何磁體限定大致相對(duì)的磁極。這些磁體被定位成當(dāng)一個(gè)磁極與拾取器對(duì)齊時(shí)，相對(duì)的磁極與返回桿對(duì)齊?？諝忾g隙限定在磁體與拾取器和返回桿的每一個(gè)之間，從而，當(dāng)磁體與拾取器對(duì)準(zhǔn)時(shí)形成磁路，從而磁通從磁體傳遞到拾取器，沿著梁向下行進(jìn)到返回桿，接著返回到磁體的相對(duì)磁極中。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，上述的電動(dòng)機(jī)限定驅(qū)動(dòng)軸，所述驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)返回桿延伸。磁體保持器被安裝到驅(qū)動(dòng)軸上以與驅(qū)動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)，并包括至少一個(gè)連接到其上的磁體。如以上的類(lèi)似描述，磁體定位在保持器上，以便相對(duì)的磁極在操作過(guò)程中與拾取器和返回桿對(duì)齊。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如上所述的諧振組件與切割臺(tái)一起使用。切割臺(tái)包括框架和安裝在框架上并適于運(yùn)載至少一層加工材料的支撐表面。支架連接到框架上，用于響應(yīng)于控制器發(fā)出的指令相對(duì)于框架沿第一坐標(biāo)方向來(lái)回移動(dòng)。切割頭連接到所述支架，并且可沿大致垂直于第一坐標(biāo)方向的第二坐標(biāo)方向沿著支架來(lái)回移動(dòng)。所述諧振組件連接到切割頭，用于在工作位置和非工作位置之間運(yùn)動(dòng)，在所述工作位置刀片接合被支撐表面所運(yùn)載的加工材料，在所述非工作位置刀片定位為離開(kāi)加工材料。在操作過(guò)程中，控制器使支架和切割頭以及諧振組件協(xié)作并切割加工材料。
本發(fā)明另一方面還在于使用調(diào)諧諧振器切割片狀加工材料的方法。在該方法中，至少一層片狀加工材料設(shè)置在適當(dāng)?shù)闹伪砻嫔?。用己知頻率調(diào)諧的刀片與加工材料接合并響應(yīng)于從控制器發(fā)出的指令在加工材料上移動(dòng)。當(dāng)?shù)镀c加工材料接合時(shí)，它們的諧振使得刀片在沿著材料移動(dòng)時(shí)切割材料。當(dāng)?shù)镀雍霞庸げ牧喜⒀刂庸げ牧贤蟿?dòng)時(shí)，刀片的諧振可改變。這一部分是由于加工材料的阻尼效應(yīng)。因此，控制器監(jiān)控刀片的諧振，并調(diào)節(jié)諧振頻率以補(bǔ)償因與加工材料的接合引起的阻尼。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于諧振組件具有最小的復(fù)雜度，從而制造、維護(hù)和操作起來(lái)更經(jīng)濟(jì)。


圖1是包括本發(fā)明的切割臺(tái)的局部示意圖；圖2是用于使刀片通過(guò)調(diào)諧諧振往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖3是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的局部示意圖；圖4是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的局部示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，切割臺(tái)總體用標(biāo)號(hào)10表示，所述切割臺(tái)包括框架12和片狀加工材料支撐表面14，所述片狀加工材料支撐表面14適于運(yùn)載至少一層加工材料16，例如但不限于皮革或聚乙烯基薄膜。支架18連接到框架上，用于沿標(biāo)記為“X”的箭頭指示的第一方向來(lái)回移動(dòng)。切割頭20安裝到支架18上，并可沿著支架18在標(biāo)記為“Y”的箭頭指示的第二方向上來(lái)回移動(dòng)。支架18和切割頭20均響應(yīng)于控制器21發(fā)出的指令移動(dòng)。如下面將詳細(xì)說(shuō)明的那樣，總體用標(biāo)號(hào)30表示的往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件被安裝到切割頭20上，并可在工作位置和非工作位置之間移動(dòng)，在所述工作位置它們與加工材料16接合，在所述非工作位置它們被提升離開(kāi)加工材料。在操作過(guò)程中，支架18和切割頭20分別響應(yīng)于從控制器21發(fā)出的指令在加工材料16上方移動(dòng)。往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件30也響應(yīng)于從控制器21發(fā)出的指令在工作位置和非工作位置之間移動(dòng)，在加工材料16中產(chǎn)生期望的切割線。
如圖2所示，往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件30包括安裝托架32。懸臂桿34連接到安裝托架32的一部分并從其延伸。由導(dǎo)磁材料，例如但不限于低碳鋼，形成的拾取器36連接到桿34。電動(dòng)機(jī)38連接到安裝托架32，且包括通過(guò)安裝托架延伸的驅(qū)動(dòng)軸40。磁體保持器42安裝在驅(qū)動(dòng)軸40上，并包括多個(gè)孔44，每個(gè)孔適于在其中保持磁體46。優(yōu)選的是，孔44和磁體46圍繞磁體保持器42彼此等間距地間隔。刀片48可拆除地安裝在桿34的端部。
在操作過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)38(圖1)響應(yīng)于從控制器21發(fā)出的指令使驅(qū)動(dòng)軸40從而使磁體保持器42轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著安裝到磁體保持器42的磁體46經(jīng)過(guò)拾取器36，它們之間的磁通使得拾取器被朝向磁體保持器42吸引，從而使桿振動(dòng)，桿的振動(dòng)又引起刀片48的振動(dòng)。然后振動(dòng)的刀片48可被用于切割加工材料16(圖1)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)38的轉(zhuǎn)速，桿的諧振頻率可被達(dá)到，從而增加刀片48的振幅。隨著刀片28接合加工材料16，會(huì)出現(xiàn)阻尼。因此，電動(dòng)機(jī)38的轉(zhuǎn)速必須經(jīng)由從控制器21發(fā)出的指令而被調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償加工材料可能具有的阻尼效應(yīng)。
如圖3所示的本發(fā)明的往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件的第二實(shí)施例，總的用標(biāo)號(hào)130表示。往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件130在許多方面類(lèi)似于如上所述的往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件30，因此，在標(biāo)號(hào)之前加1的類(lèi)似標(biāo)號(hào)被用于指示類(lèi)似的元件。往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件130不同于往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件30之處在于，電動(dòng)機(jī)不是支撐在安裝托架上，而是安裝在返回桿132上。電動(dòng)機(jī)軸通過(guò)返回桿132延伸，磁體保持器142被連接到電動(dòng)機(jī)軸。在圖示的實(shí)施例中，桿134接合形成返回桿132的一部分的腿135。空氣間隙137限定在拾取器136和磁體保持器142之間。
利用以如上方式構(gòu)造的往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件130，在磁體146和拾取器136之間產(chǎn)生的磁通密度被最大化，并沿著標(biāo)記為150的箭頭所示的路徑。沒(méi)有返回桿132，磁通將經(jīng)由磁體外邊緣返回磁體146。由于當(dāng)磁路中的空氣間隙最小化時(shí)，磁耦合因而力最大，因此這種返回路徑限制了磁耦合。
盡管已經(jīng)示出和描述了優(yōu)選的實(shí)施例，但是，在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可以進(jìn)行各種變化和替代。因此，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明只是以例子的方式說(shuō)明而非限制。
權(quán)利要求
1.一種用于切割片狀加工材料的設(shè)備，包括諧振器組件，所述諧振器組件包括磁可穿透的梁；與所述梁連接的磁性拾取器；與所述梁連接并限定至少一個(gè)尖刃的刀片；至少一個(gè)離散磁體，所述磁體位于所述拾取器附近，所述磁體和所述拾取器之間限定空氣間隙；諧振裝置，用于相對(duì)于所述拾取器移動(dòng)所述至少一個(gè)離散磁體，以產(chǎn)交變磁場(chǎng)，從而使所述拾取器振動(dòng)，由此又引起所述梁和所述刀片振動(dòng)；從而所述刀片的所述振動(dòng)使所述尖刃切割加工材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括框架，所述框架具有安裝在其上的支撐表面，用于運(yùn)載至少一層片狀加工材料；支架，所述支架連接到所述框架，用于沿著框架響應(yīng)于從控制器發(fā)出的指令在第一坐標(biāo)方向上來(lái)回移動(dòng)；切割頭，所述切割頭連接到所述支架，用于響應(yīng)于從所述控制器發(fā)出的指令沿第二坐標(biāo)方向來(lái)回移動(dòng)；所述第二坐標(biāo)方向大致垂直于所述第一坐標(biāo)方向；和所述諧振器組件被連接到所述切割頭，用于在工作位置和非工作位置之間運(yùn)動(dòng)，其中在所述工作位置所述刀片接合被所述支架表面運(yùn)載的所述加工材料，在所述非工作位置所述刀片被定位為離開(kāi)所述加工材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述諧振裝置包括磁體保持器，所述磁體保持器具有連接到其上的所述至少一個(gè)離散磁體；電動(dòng)機(jī)；所述磁體保持器可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到所述電動(dòng)機(jī)；和其中，所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)因而所述磁體保持器的轉(zhuǎn)動(dòng)使得所述至少一個(gè)磁體以已知的頻率經(jīng)過(guò)所述拾取器，從而產(chǎn)生交變磁通，所述磁通又引起所述刀片產(chǎn)生諧振。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述諧振裝置包括磁體保持器，所述磁體保持器具有連接到其上的所述至少一個(gè)離散磁體；電動(dòng)機(jī)；所述磁體保持器可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到所述電動(dòng)機(jī)；和其中，所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)因而所述磁體保持器的轉(zhuǎn)動(dòng)使得所述至少一個(gè)磁體以已知的頻率經(jīng)過(guò)所述拾取器，從而產(chǎn)生交變磁通，所述磁通又引起所述刀片產(chǎn)生諧振。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)磁體包括多個(gè)磁體，每個(gè)磁體安裝到所述磁體保持器上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括安裝托架，所述梁被連接到所述安裝托架并從所述安裝托架伸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括返回桿；所述至少一個(gè)磁體位于所述拾取器和所述返回桿之間，所述返回桿與所述梁磁連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述返回桿包括從其下垂的腿部，所述腿部的端部與所述梁鄰接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)磁體限定相對(duì)的磁極，所述磁體被定位為當(dāng)所述磁極中的一個(gè)磁極與所述拾取器和所述返回桿之一對(duì)齊時(shí)，所述磁極中的另一個(gè)磁極與所述拾取器和所述返回桿中的另一個(gè)對(duì)齊，其中，在操作過(guò)程中，當(dāng)所述磁極與所述拾取器和所述返回桿對(duì)準(zhǔn)時(shí)形成磁路，磁通從所述磁體流動(dòng)，經(jīng)過(guò)所述梁和返回桿，并返回到所述磁體。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述諧振裝置包括可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到所述返回桿的一端的磁體保持器；和所述至少一個(gè)磁體被連接到所述磁體保持器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述磁體限定相對(duì)的磁極，并且連接到所述諧振裝置，從而，當(dāng)所述磁極中的一個(gè)磁極靠近所述拾取器時(shí)，所述磁極中的另一個(gè)磁極靠近所述返回桿，并且，當(dāng)所述相對(duì)端部中的一個(gè)端部靠近所述拾取器時(shí)，在所述磁體的一端和所述拾取器之間限定第一空氣間隙，在所述磁體的另一端和所述返回桿之間限定第二空氣間隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)磁體包括多個(gè)磁體，每個(gè)磁體被連接到所述磁體保持器。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述諧振器組件還包括返回桿，其具有接合所述梁的表面；所述磁體保持器被定位在所述返回桿和所述拾取器之間；所述至少一個(gè)磁體限定大致相對(duì)的磁極，并以下述方式定位在所述磁體保持器中當(dāng)所述磁極中的一個(gè)磁極定位為靠近所述拾取器時(shí)，所述磁極中的另一個(gè)磁極定位為靠近所述返回桿。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述諧振器組件還包括返回桿，其具有接合所述梁的表面；所述電動(dòng)機(jī)限定通過(guò)所述返回桿延伸的驅(qū)動(dòng)軸，所述磁體保持器被安裝以便在所述驅(qū)動(dòng)軸上旋轉(zhuǎn)；和當(dāng)所述相對(duì)端部中的一個(gè)端部靠近所述拾取器時(shí)，在所述磁體的一端和所述拾取器之間限定第一空氣間隙，在所述磁體的另一端和所述返回桿之間限定第二空氣間隙。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)磁體包括多個(gè)磁體。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)磁體包括多個(gè)磁體。
17.一種采用調(diào)諧諧振器用于切割片狀加工材料的方法，包括提供至少一層由支撐表面運(yùn)載的加工材料；提供刀具，所述刀具上具有切割刀片，所述切割刀片形成諧振器組件的一部分，所述諧振器組件響應(yīng)于從控制器發(fā)出的指令使所述刀片以預(yù)定的頻率振動(dòng)；使所述振動(dòng)著的切割刀片與所述加工材料接合；使所述振動(dòng)著的切割刀片響應(yīng)于從控制器發(fā)出的指令沿著所述加工材料以預(yù)定的路徑移動(dòng)，以便從所述加工材料切割圖案片材；監(jiān)控所述切割刀片振動(dòng)的振幅和頻率，以確定與所述加工材料的接合是否對(duì)所述切割工具的所述振動(dòng)具有任何阻尼效應(yīng)；和通過(guò)調(diào)諧所述切割刀片振動(dòng)的頻率補(bǔ)償任何的阻尼。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述提供刀具的步驟包括提供切割臺(tái)，所述切割臺(tái)具有框架，所述框架包括安裝在其上的支撐表面，用于承載至少一層片狀加工材料；連接至所述框架的支架，用于響應(yīng)控制器發(fā)出的指令沿所述框架在第一坐標(biāo)方向上來(lái)回移動(dòng)；連接至所述支架的切割頭，用于響應(yīng)控制器發(fā)出的指令沿第二坐標(biāo)方向來(lái)回移動(dòng)，所述第二坐標(biāo)方向大致垂直于所述第一坐標(biāo)方向；以及諧振器組件，所述諧振器組件被連接到所述切割頭，用于在工作位置和非工作位置之間運(yùn)動(dòng)，其中在所述工作位置所述刀片接合被所述支架表面運(yùn)載的所述加工材料，在所述非工作位置所述刀片被定位為離開(kāi)所述加工材料；以及其中所述諧振器組件包括磁可穿透的梁；與所述梁連接的磁性拾取器；與所述梁連接并限定至少一個(gè)尖刃的刀片；至少一個(gè)離散磁體，所述磁體位于所述拾取器附近，所述磁體和所述拾取器之間限定空氣間隙；諧振裝置，用于相對(duì)于所述拾取器移動(dòng)所述至少一個(gè)離散磁體，以產(chǎn)交變磁場(chǎng)，從而使所述拾取器振動(dòng)，由此又引起所述梁和所述刀片振動(dòng)。
全文摘要
在調(diào)諧組件中，其上具有拾取器的梁被定位在磁體附近，所述磁體以預(yù)定的頻率經(jīng)過(guò)拾取器。磁體經(jīng)過(guò)拾取器建立交變磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)引起梁和拾取器振動(dòng)。刀片安裝在梁上并與梁一起振動(dòng)，從而當(dāng)?shù)镀c一層片狀加工材料接合時(shí)，刀片的振幅使得刀片在與材料接合的狀態(tài)下移動(dòng)時(shí)切割材料。
文檔編號(hào)B26D5/00GK1671523SQ03817983
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月26日
發(fā)明者達(dá)里爾·C·斯坦, 肯尼思·L·哈斯汀, 馬修斯·L·里爾登 申請(qǐng)人:格博技術(shù)有限公司