CN101437656B - 结合有切线定向驱动装置的往复式刀具 - Google Patents

结合有切线定向驱动装置的往复式刀具 Download PDF

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Abstract

本发明披露了一种切割图案加工材料工件的设备，该设备无需旋转套管而对切割刀具进行定向。该设备利用切线驱动电动机对切割刀具进行定向。因此，任何由套管带来的使刀具定向的角加速度减慢的惯性都被消除，从而刀具定向速度得以提高。该设备并不限于利用电动机驱动刀具进行往复运动。其他使刀具往复运动的装置也可以与该设备一起使用。

Description

结合有切线定向驱动装置的往复式刀具
技术领域
本发明一般涉及对片状加工材料进行切割成形，且更具体地，涉及利用结合了带有切线定向驱动装置的往复式刀具的计算机控制切割台进行切割成形。
背景技术
在历史上，结合了机动往复式刀具的计算机控制切割台已经被用来切割诸如皮革的单层柔性片状材料。例如，瑞士欧特斯达登(Altstatten)的Zund Systemtechnik就生产机动往复式刀具。在图1中示意性地示出了这类切割设备的一个典型实例。
在该实例中，计算机控制的切线驱动电动机1000被连接到套管(housing tube)1010，该套管被锁定到往复式刀具1020。因此，套管的任何运动都会引起刀具的运动。通过利用切线机动驱动装置使套管旋转，刀具相切于切割路径而定向。
现有技术的一个局限性在于套管的惯性是沿着刀具的定向的。这种额外的惯性可能减慢刀具的定向的角加速度。为了使切割件的生产量最大化，期望尽可能快地对刀具进行定向。
当在很短的时间间隔内需要多次改变刀具的切割方向时，就产生了另一个难题。由于套管的惯性会妨碍切割刀具的定向，因此切割方向的一系列变化可能降低最终切片的质量。利用套管对刀具进行定向会显著且不利地影响从加工材料上切下图案工件所花费的时间。另外，因为切割刀具的方向需要进行多次变化，所以在高的生产速度下，出现误差的可能性会增大。
基于前述原因，在本领域中需要提供一种改进或者克服现有技术装置的缺陷的切割设备。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种用于切割图案工件的设备，该设备除去了旋转套管，并且因此增加了刀具定向的速度。本发明并不限于机动的往复运动。其他使刀具往复运动的装置也是可能的，其包括但不限于由电磁致动器激励的质量弹簧系统(mass-springsystem)。
在本发明的一个实施例中，伺服电动机响应于控制器对刀具的前进方向(heading)进行定向。刀具的往复运动通过引起线轴的旋转运动的第二电动机执行。该线轴连接至杆。位于杆的端部处的衬套允许同样位于杆的远端处的刀具进行旋转运动和线性运动。
在本发明的另一实施例中，使刀具往复运动的电动机具有带偏心轴的曲轴，该偏心轴连接到布置于线轴中的球轴承。压力分配器可以被连接至该球轴承以减小线轴的凸缘的接触应力。
在本发明的另一形式中，伺服电动机和第二电动机被连接至壳体(housing)。壳体的远端具有与压脚(presser foot)相配合的螺纹，该压脚用于调整刀具的切割深度。弹簧加载的制动片(catch)可以被用于在切割过程中防止压脚旋转并防止切割深度变化。
本发明可以被用于(但不限于)质量弹簧系统实施方式中。在这种实施例中，伺服电动机使刀具相切于切割路径而定向。该伺服电动机可以是编码器但不限于这一实施方式。质量弹簧的运动通过电磁致动器产生。
本发明的一个优点在于可以迅速且自动地完成切割过程。
本发明的这些方面以及其他目的、特征和优势将在随后的详细描述中进行描述，并且结合附图来阅读这些详细的描述。
附图说明
图1是本领域已知的切割设备的示意图；
图2是结合了本发明的切割台的透视图；
图3是示出了本发明一个实施例的透视图；
图4是示出了本发明一个实施例的内部结构的局部视图；
图5是示出了图4中实施例的内部结构部件的分解视图；
图6是示出了用于将旋转运动转换为线性运动的线轴内的球轴承的放大图；
图7是示出了图6的带有用于减小线轴中接触应力的压力分配器的球轴承的放大图；
图8是示出了用于切线驱动电动机的联合器的局部放大透视图；
图9是示出了用于往复驱动电动机的联合器的局部放大透视图；
图10是具有叶片的本发明，该刀片利用由电磁致动器驱动的质量弹簧系统而往复运动；
图11是示出了图10的实施例的部件的局部透视图。
具体实施方式
图1示出了本领域中已知的一种切割设备。电动机驱动的曲柄臂1030产生往复运动。在曲柄臂的端部处是一个球轴承，该球轴承的外轴承环(outer race)被保持在线轴的两个凸缘之间。线轴运动是线性的并且通过在每一端处的线性球轴承1040引导。计算机控制的切线驱动电动机连结至套管1010。该套管被锁定至往复式的刀具1020，从而刀具可以相切于通过加工材料的路径而定向。该现有设备的一个局限性在于套管的惯性是沿着刀具定向的。这一额外的惯性会减慢刀具定向的角加速度。
本发明消除了对旋转套管的需求并因此提高了刀具定向的速度。此外，本发明不局限于通过往复驱动电动机来驱动刀具。其他使刀具往复运动的装置也是可行的，诸如(但不限于)由电磁致动器激励的质量弹簧系统。
图2中示出的是总体上由参考标号100指示的切割台。该切割台包括框架101以及适合于承载至少一层片状加工材料105的加工材料支撑表面102。加工材料包括但不限于皮革或者其上的乙烯基材料。梁103被连结至框架以沿着由标记为“X”的箭头所指示的第一方向前后移动。托架104被安装至梁103并且可沿着由标记为“Y”的箭头所指示的第二方向前后移动。工具头(tool head)51被安装至托架并且响应于从控制器106发出的命令沿着“X”和“Y”方向移动。
图3示出了工具头51的一个实施例，该工具头包括：主支撑支架25；动力工具，总体上标记为50；以及导向气压缸(guidedpneumatic cylinder)，通过参考标号20、21、22、23和24指示，导向气压缸响应于由控制器106发出的命令使动力工具50与加工材料105接合和脱离。衬套块(bushing block)26引导并支撑动力工具50的刀具端。
图4和图5示出了动力工具50的一个实施例的内部结构。刀具1被固定在夹具(tool holder)2中。杆4将夹具2连接到线轴5。衬套3允许旋转和线性运动并支撑杆4的刀具端。伺服电动机13响应于从控制器发出的命令对刀具1的前进方向进行定向。
如图5所示，曲轴15具有偏心端8，球轴承6被压配合至该偏心端上。电动机12被联接至第二联结器11，该第二联结器驱动在线轴5的凸缘之间的轨道中的第一轴承6。该第二联结器具有用以辅助连接的头部10。轨道运动使得线轴5以线性运动方式进行往复运动。刀具1也随之往复运动。
在图5中进一步所示，伺服电动机13和电动机12可被联接至壳体16。双排球轴承(double row ball bearing)9的外轴承环装配入壳体16中的圆形凹口内，并且通过内部定位环固定。管17从壳体16延伸出。套管的远端具有外螺纹，压脚19拧紧至该外螺纹上。该螺纹提供了调节最大切割深度的手段。弹簧加载的制动片18防止压脚在切割过程中旋转。显然，本领域的技术人员所熟知的其他手段也可以用来调节切割刀具的高度并固定调整量。上述内容作为实例而不是用以将发明限定于这些特定的实施例。
图6示出了被约束在线轴5的凸缘之间的球轴承6。如图7所示，压力分配器7可以附设于球轴承6的外轴承环。这降低了线轴5的凸缘上的接触应力。
如图8所示，伺服电动机13具有附设了第一联结器14的输出轴28。输出轴28穿过第一联结器14中的槽27。线轴5具有与第一联结器14的槽27配合的孔特征(hole feature)29、第一平面30、第二平面31。根据本实施例，线轴5采用(但不限于)Teflon(tetrafluroethyene，聚四氟乙烯)添加的乙缩醛制造。根据本实施例的第一联结器14采用(但不限于)不锈钢制造。
如图9所示，第二联结器11具有被电动机12的轴33穿过的槽。曲轴15具有孔特征35以及多个平面36、37、38和39。这些平面与第二联结器11的槽32以及轴33配合。曲轴15由如图5中所示的双排球轴承9支撑，该轴承通过布置在曲轴15的沟槽特征34中的外部定位环来定位。
图10示出了使用由电磁致动器提供动力的质量弹簧系统的动力工具50的实施例。在该实施例中，电磁致动器取代了往复式驱动电动机。类似于图4的实施例，伺服电动机2101使刀具2013相切于切割路径而定向。附设于伺服电动机2101的是编码器2102或者其他的轴角位置(angular shaft)反馈装置。杆2106是可滑动地联接的以相对于壳体2001运动。包括了第一线性轴承2008和第二线性轴承2009以提供用于杆2106的滑动接触的装置。转换器(transducer，传感器)2053提供刀具2013的运动的反馈。根据本实施方式，刀具2013被固定至与杆2106联接的夹具2012。具有线圈2002和磁场组件2003的音圈致动器为质量弹簧系统提供激励或致动。第一线性轴承2008被布置在附设至磁场组件2003的轴承支撑件(bearing support)2010内。第一弹簧2005和第二弹簧2006作为该动力系统的弹性件。
图11是示出了图10的实施例的部件的局部放大视图。伺服电动机具有其上附设有第一轮毂2104的输出轴2103。该第一轮毂2104具有槽2115，并且输出轴穿入由该槽2115形成的空间内。第一轮毂2104与第二轮毂2105配合，该第二轮毂具有第一平面2113、第二平面2114以及孔2112，该孔的直径是配合于输出轴2103的位置间隙。杆2106连结至第二轮毂2105。第一轮毂2104和第二轮毂2105形成联结器，其允许杆2106相对于输出轴2103平移而与此同时使杆相对于输出轴停止转动。用于轮毂的材料选择包括但不限于适合相对滑动运动的材料。例如，第一轮毂2104可以采用不锈钢制造，并且第二轮毂2105采用聚四氟乙烯添加的乙缩醛制造。本领域的技术人员将认识到使联结器实现平移而与此同时阻止转动的其他方式，以及制造这些联结器的其他材料。
杯形线轴2004具有杯状特征2112，该杯状特征在径向上保持(capture)杆2106的凸缘特征2107。第一止推轴承2108、第二止推轴承2109、第三弹簧2110以及杯状垫圈2111在轴向上保持凸缘特征2107。通过这种布置，杆2106可以自由转动，但是不能相对杯形线轴2004移动。第一止推轴承2108、第二止推轴承2109可以采用例如适于轴承应用的塑料制造。浸润有油的烧结青铜止推垫圈可作为另一替代实例。同图4所示的另一实施例一样，伺服电动机2101对刀具2013定向。
应当理解的是，上述描述仅仅是对实施例的说明性实例的代表。为了方便读者，上述描述仅注重于可能的实施方式的具有代表性的范例，该范例教授了本发明的原理。上述描述并未试图详尽地列举所有可能的变化。
因此，这里描述的实施例仅仅是实例，同时任何其他变化均落入本发明的由所附权利要求限定的范围内。

Claims (20)

1.一种具有动力工具的用于切割片状加工材料的设备，所述动力工具包括：
切割刀具，设置在夹具内；
杆，具有远端和近端，还具有线轴；
所述近端联接至所述线轴，而所述远端联接至所述夹具；
杆壳体，包围所述杆的至少一部分；
衬套，设置在所述刀具与所述线轴之间，用于允许所述刀具进行旋转运动和线性运动；
往复运动装置，用于为所述刀具提供往复式运动以进行切割；以及
切线驱动电动机，具有驱动轴，所述驱动轴的纵向轴线同轴地联接至所述线轴，以响应于从控制器发出的命令通过使所述杆相对于所述杆壳体转动来确定所述刀具的方向。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述往复运动装置是往复驱动电动机。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述往复驱动电动机通过曲轴连接至所述线轴。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述线轴具有凸缘并且所述曲轴具有偏心端，所述偏心端连接至设置在所述线轴的所述凸缘之间的至少一个球轴承以引起轨道运动，从而使所述刀具往复运动。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述球轴承进一步包括压力分配器，以减小所述凸缘中的接触应力。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述往复运动装置是由电磁致动器致动的质量弹簧系统。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述切线驱动电动机是伺服电动机。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述切线驱动电动机和所述往复运动装置联接至壳体，所述壳体具有用于调节所述刀具的切割深度的装置。
9.根据权利要求8所述的设备，进一步包括用于固定所述切割刀具的高度调整量的装置。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述用于固定所述切割刀具的高度调整量的装置是弹簧加载的制动片，并且所述用于调节所述刀具的切割深度的装置是所述壳体上的外螺纹，所述外螺纹与带螺纹的压脚配合。
11.一种用于切割片状加工材料的设备，包括：
支撑表面，安装在框架上，用于将至少一层片状加工材料支撑在所述支撑表面上；
托架，连结于所述框架以响应于从控制器发出的命令而沿不同的方向运动；
工具头，安装至所述托架，并且具有动力工具和导向气压缸切割头，所述工具头响应于来自所述控制器的命令沿不同的方向可移动，所述动力工具能够响应于来自所述控制器的命令而与所述加工材料接合和脱离；
切割刀具，设置在夹具中；
杆，具有近端和远端，还具有线轴；
所述近端被联接至所述线轴，而所述远端被联接至所述夹具；
衬套，设置在所述刀具与所述线轴之间，用于允许所述刀具进行旋转运动和线性运动；
往复运动装置，用于为所述刀具提供往复式运动以进行切割；以及
切线驱动电动机，具有驱动轴，所述驱动轴的纵向轴线同轴地联接至所述线轴以响应于从控制器发出的命令来确定所述刀具的方向。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述往复运动装置是往复驱动电动机。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述往复运动装置是由电磁致动器致动的质量弹簧系统。
14.根据权利要求11所述的设备，其中，所述往复运动装置包括往复驱动电动机和连接至所述线轴的曲轴。
15.根据权利要求11所述的设备，其中，所述线轴由聚四氟乙烯添加的乙缩醛制成。
16.根据权利要求11所述的设备，其中，所述加工材料为皮革。
17.一种用于切割片状加工材料的设备，包括：
支撑表面，安装在框架上，用于将至少一层片状加工材料支撑在所述支撑表面上；
托架，连结于所述框架以响应于控制器发出的命令沿不同的方向运动；
工具头，安装至所述托架，并且具有动力工具和导向气压缸切割头，所述工具头响应于来自所述控制器的命令沿不同的方向可移动，所述动力工具能够响应于来自所述控制器的命令而与所述加工材料接合和脱离，所述动力工具包括：
切割刀具，设置在夹具中；
杆，具有近端和远端，还具有线轴；
所述近端被联接至所述线轴，而所述远端被联接至所述夹具；
衬套，设置在所述刀具与所述线轴之间，用于允许所述刀具进行旋转运动和线性运动；
用于为所述刀具提供往复式运动以进行切割的装置；以及
伺服电动机，具有驱动轴，所述驱动轴的纵向轴线同轴地联接至所述线轴以响应于从控制器发出的命令来确定所述刀具的方向。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述伺服电动机控制所述刀具沿切割路径的定向。
19.根据权利要求17所述的设备，进一步包括具有用于调节所述刀具的切割深度的装置的壳体。
20.一种用于切割图案工件并且在片状加工材料中加工出孔的设备，所述设备包括：
框架；
支撑表面，安装在所述框架上，用于将至少一层片状加工材料支撑在所述支撑表面上；
工具头，安装至托架，并且具有动力工具和导向气压缸切割头，所述工具头是响应于来自所述控制器的命令沿不同的方向可移动的，所述动力工具能够响应于来自所述控制器的命令而与所述加工材料接合和脱离，所述动力工具包括：
切割刀具，设置在夹具中；
杆，具有近端和远端，还具有线轴；
所述近端被联接至所述线轴，而所述远端被联接至所述夹具；
衬套，设置在所述刀具与所述线轴之间，用于允许所述刀具进行旋转运动和线性运动；
质量弹簧系统，由电磁致动器致动；以及
伺服电动机，具有驱动轴，所述驱动轴的纵向轴线同轴地联接至所述线轴以响应于从控制器发出的命令来确定所述刀具的方向。
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