CN102241076B - 能切割2毫米厚度大理石超薄板的金刚石串珠多绳锯机 - Google Patents

Abstract

本发明是高效柔性切割2毫米厚度大理石和其它天然及人造石材超薄板的金刚石串珠多绳锯机，其技术领域属石材加工机械设备。把外径仅2毫米的微型金刚石串珠和极高强度的多层纳米碳管纤维，用聚氨酯塑料密封连接成串珠绳，再与防碎板和上、下隔板组成切割单元；串珠绳驱动系统的不锈钢筒体外部注塑5毫米厚的聚氨酯塑料层，该塑料层的外表层精确布置有与金刚石串珠匹配的承珠凹坑；任意组合多个切割单元为主切割系统，从荒料上部向下实现同步、微震、高效、大批量切割；由四个小吸盘组成的卸片机械手卸片，防震包装。直接粘贴上墙、柱或供复合板厂家，能大降其成本；更宜直接延长生产线，生产各种复合板，首推高附加值透光吊顶和墙、柱面板。

Description

能切割2毫米厚度大理石超薄板的金刚石串珠多绳锯机

一，技术领域

石材加工机械设备

二，背景技术

天然大理石是名贵的建筑装饰材料，其质地上乘者资源有限，象我国河南著名大理石松香玉，有的品种目前已枯竭到只剩下几年的开采量了，现今人类已认识到应当节约、合理使用之。

工程上历来的习惯，是将大理石荒料切割为厚度20毫米左右的粘贴板，以及厚度35-40毫米的干挂板使用。这种通体板重量大，使用成本高，资源浪费极大。发展的方向是将其切割为薄板，乃至超薄板使用。经过不断地努力，现在已经能够用刚性切片机，如传统的圆盘锯和带锯，以及近一二十年来意大利、西班牙和德国率先开发出的柔性切割机——金刚石串珠单绳或多绳锯机，把受震动极易碎裂的大理石，切割为厚度5-10毫米的通体薄板使用。继而又开发出分切机，采用“先粘后切”的方式，经一次横向切割，能把一张10毫米左右厚度的大理石薄板，对剖成两张4毫米左右厚度(再定厚、磨薄成2-3毫米厚度)大理石超薄板作为装饰面的各种复合板使用，已初步达到复合板总厚度10-14毫米的薄型化目的。该法系先将廉价的瓷砖、花岗石薄板(一般厚度为6-10毫米)，以及铝蜂窝板、铝泡沫板、硅酸盐玻璃板、有机玻璃板…等复合后性能、用途各异的底板，事先粘接在10毫米厚度的大理石薄板两面，待粘接树脂固化后，再经分切机带钢片锯从中间横向对剖为两张复合板。复合板是发展大方向，近年来市场化进度也很快，但该方法由于一台分切机一次只能剖切两张，还需续以定厚(爪平)、长工时磨薄工序，才能得到2毫米厚度大理石超薄板饰面的复合板，故系低效、高成本切割方式。另外，近期出现的一种使用极薄刀片(0.16毫米)的斜向切割机，一般情况能切割出5毫米左右厚度的花岗石及材质很好的大理石超薄板，最好的情况下能切割到2-3毫米厚度，已系目前最高水平。但受该机切割原理的制约，一次最多只能切割5片，效率仍然不高。至于中国专利CN86202494(公开公告号CN86202494U)，CN200420003393(公开公告号CN2688478Y)，CN200420033871(公开公告号CN2712589Y)和欧洲专利EP83111061(公开公告号EP0142570A1)，都是刚性切割机，或环形带锯或直片锯，或砂锯或齿锯，一般只切割5毫米板材，有的1次还只能切1张，都不理想。

用传统方法切割石材产生的强烈震动，大理石薄板的极易碎裂性，使人们从来都不敢想象，能把2000×600×600毫米尺寸的大理石荒料，一次性地、同时切割为400张以上、厚度仅2毫米的大理石超薄板。其实，只要能找到充分的减震、防震、吸震的方法，特别是稳定已经切开的那部分大理石超薄板，使其在切割震动时不致碎裂的方法，上述瓶颈效应就可以克服。本发明就是实现这一愿望的设备。

三，发明内容

本发明要解决的技术问题是：把2000×600×600毫米(或稍大、稍小)尺寸的大理石荒料，一次性地、同步切割为400张以上，厚度仅2毫米且比较平整的大理石超薄板。

而现有的金刚石串珠绳锯机，由于采用柔性很差、强度尚不理想的不锈钢丝铰接成直径约6-8毫米的芯绳，故其串珠外径一般都大至10毫米左右，其切割线速度往往也很高，所以切割操作造成的震动仍然很大；加之都没有防止切割过程中大理石薄板因震动很大导致碎裂的装置及措施，所以切割的薄板厚度一般就薄至10毫米左右(目前最好的情况下能薄至5毫米)；而且，因其串珠外径大，导致料损较高。因此，现有的金刚石串珠多绳锯机目前主要用于矿山开采荒料，很少用于加工厂切割板材。而第【0003】段四个专利中所述的几种刚性切割机，也统统不能解决第【0005】段所述的技术问题。

本发明解决其技术问题的方案是：用新型的金刚石串珠多绳锯机和新颖的切割、卸片工艺解决第[0006]段所指的技术问题，其主要技术特征是：

1，采用抗拉强度高达相同直径不锈钢纤维20-110倍、且柔性亦极佳的多层纳米碳管纤维或高强度碳纤维作芯绳，采用外径仅2毫米的微型金刚石串珠，经聚氨酯塑料或其它性能更佳的新型高分子材料全密封连接，作成金刚石串珠绳。这就为从源头上极大地减少切害震动，奠定了坚实的基础。

2，采用驱动筒、压紧筒、张紧筒和导向筒(是“筒”而不是“轮”)，来带动金刚石串珠绳进行精确的切割操作；这四种不锈钢筒体的外表层都注塑有厚度5毫米的聚氨酯塑料或其它性能更佳的新型高分子材料层，且精确布置有与金刚石串珠刚好匹配的承珠凹坑。这种柔性、吸震驱动装置，是从源头上实现微震切割的极端重要措施之二。

3，采用一张聚四氟乙烯或不锈钢防碎板和一付聚四氟乙烯或不锈钢上、下隔板，与一根金刚石串珠绳组成一个切割单元；在荒料长度2000毫米左右范围内，任意组合多个切割单元，与前述四种筒体(参见说明书附图1至附图4当中的图标名称第4到第18这15部分)，以及喷水子系统，组成主切割系统。该主切割系统按照唯一正确的方向，即从大理石荒料上部向下移动，整体、同步地进行切割时，防碎板下端与其下面的金刚石串珠绳切割工作段始终保持10-20毫米垂直距离。着重依靠这一设计新颖的核心防震切割装置，来保证切割过程中已经切开的那部分大理石超薄板，被左右两面的防碎板撑住，从而不致产生过大的震幅而碎裂。

4，设计了由四个小吸盘组合而成的卸片机械手，可防止卸片时大尺寸大理石超薄板碎裂，此亦极端重要装置。卸下用于直接销售的成品大理石超薄板作防震包装。

本发明的有益效果是：能够一次性地从大理石荒料直接、高效、大批量地切割出厚度仅2毫米且较为平整的大尺寸大理石超薄板；若再经粘接，即按此“先切后粘”的简易工艺，就可高效率、低成本、大规模地生产出超薄大理石饰面复合板，特别是最新潮的透光型大理石饰面天花板和墙、柱面板；能够把从荒料获得2毫米厚度大理石超薄板的资源总利用率(此处只计入板材利用率)，由分切机法的22％左右，大幅度提高到45％以上；外售大理石超薄板给大理石饰面复合板厂家，能降其原材料成本20％以上，售给建筑装修公司直接粘贴上墙、柱面，能降其原材料成本70％以上。

兹对本发明内容的三大系统详述如下：

(一)，基础、基座、机架

为防震、减震，一台多绳锯机采用50平方米左右大面积混凝土基础。基座采用带水平导轨的铸铁座，配以承载荒料和卸片机械手的铸铁平板滑轨车。机架采用四根大尺寸厚壁无缝钢管立柱，固定在铸铁基座上，从上部俯瞰是连接为“回”字形。机架首尾两端固定有垂直方向滑动导轨和铸铁质移动面板，安装在该移动面板上的绳锯系统(含切割、驱动、张紧、导向等子系统)能沿滑动导轨精确地上下移动。卸片机械手固定在铸铁平板滑轨车首尾两端侧位。整机左右两侧、前后及上方，须安装开启方便的防护罩，以避免突然断裂的串珠绳和串珠伤人，亦便于回收价值昂贵的金刚石串珠。

(二)，串珠、芯绳、串珠绳

要高效率地切割出极易碎裂的大理石超薄板(本申请书仅指其厚度为2毫米左右的为超薄板，行业内此前定义为10毫米以下，现一般定义为5毫米以下)，选择最佳质量的串珠和芯绳，采用最优的芯--绳连接工艺，是极端重要的。

1，串珠——本发明选择合成金刚石粉(其粒径还不宜过大)作切割料。当切割软性大理石、蛇纹石等较软石材时，也可考虑相对价廉的立方氮化硼、碳化硅之类硬质材料作切割料，但就应改称“硬质材料串珠多绳锯机”。采用料粉经造粒--冷压--热等静压工艺制造的串珠。为减少锯缝料损，为大幅度减小切割震动，为得到较平整、光滑的切割面，本发明采用外径仅2毫米的微型串珠(国内某公司承诺制造)。串珠长度3-4毫米，不宜过长。

2，芯绳——绳锯系统最脆弱的部份就是芯绳，特别是串珠外径微型化以后更为脆弱。原因是芯绳在快速、反复地通过驱动、压紧、张紧和导向筒时，较快地产生弯曲疲劳，若再加上漏进的石粉磨耗因素，很容易发生断裂(一般来说，不锈钢芯绳的寿命只及金刚石串珠的十分之一)。芯绳断裂飞出的串珠和绳身容易对人员和设备造成危险和损害，换绳和回收串珠比较麻烦，主切割系统组装的串珠绳数目越多，这些危害就越大。本发明首选最理想的芯绳材料——多层纳米碳管纤维，即日本、美国正在制造太空天梯的那种梯绳材料。该种材料的抗拉伸强度是相同横切面积不锈钢纤维的20--110倍，为现阶段世界之最，其柔韧性亦非不锈钢绳可比，舍此无法实现串珠绳的微型化，无法极大地提高芯绳的使用寿命。该材料现已能批量国产。其次，也可用价较廉的高强度碳纤维制作芯绳，不过与多层纳米碳管纤维相比，其强度较次，断绳事故率或较高，寿命较短。

3，串珠绳——本发明采用注塑聚氨酯塑料或其他性能更佳的新型高分子材料的全密封方式连接串珠和芯绳。注塑前，串珠内表面需要作成粗糙面，串珠经洗涤、干燥并在其内表面预涂专用介质，这样，就能产生最高强度的粘接效果。穿珠时，在每一颗串珠的进、出口，都把芯绳挽一个小结，以防止串珠发生过大的轴向窜动，该优越性是不锈钢芯绳望尘莫及的。

(三)，主切割系统和工作原理

兹以切割厚度2毫米，长600毫米×宽600毫米的大理石超薄板为优选例，说明本发明的主切割系统和工作原理：

将水平和垂直方向事先精确切割为600毫米，长度2000毫米的大理石荒料1，吊放在水平滑轨车平台3上，其间垫以7根横切面100*100毫米枕木2(杉木或松木)。枕木2能吸收部份切割震动，并能在切割完成阶段避免金刚石串珠绳18接触滑轨车铸铁表面而受损。切割前需校准荒料的水平和垂直面。

防止切割期间已切割出的那部分大理石超薄板受震碎裂的最重要措施，是设计了防碎板4。防碎板4下端与切割段金刚石串珠绳18始终保持10-20毫米垂直距离，上端通过防碎板横担5挂在上隔板7的顶部。防碎板4厚度与串珠外径一致，为2毫米，其高800毫米，宽700毫米，略宽于荒料1。防碎板4材质首选聚四氟乙烯(次选不锈钢)，这样才能保证有足够的机悈强度，良好的耐磨性，极低的表面摩擦力(表面光滑度很高)，摄氏200度的耐温性和长久的耐水性。

上隔板7和下隔板12的厚度与欲得大理石超薄板厚度一致，也用聚四氟乙烯或不锈钢制成。上隔板7安放在承重筒14上，它承受防碎版4的重量，稳定相邻两张防碎版4之间的距离。下隔板12是可以上下活动的部件，其作用是开机前，让每根金刚石串珠绳18对准荒料1上方各自的位置，且不致互相纠缠；下切过程中，可一直任其自行上移。

一根金刚石串珠绳18，一张防碎板4，一根上隔板7和一根下隔板12，构成一个切割单元；可任意组合多个切割单元以构成主切割系统，进行同步切割操作，这样单机就可达到40平米/小时以上的高效切割的目的。而现有的多绳锯机、斜向切割机、分切机等超薄板加工机械，单机生产能力一般为3-10平米/小时。

驱动筒10、压紧筒11、张紧筒8、导向筒9和承重筒14，都用厚壁无缝不锈管制造，前四种公称直径219毫米或稍大，后一种173毫米以下。驱动筒10，四个导向筒9，其两端都用滚珠轴承固在机架首尾垂直滑轨的铸铁质移动面板上(承重筒14不一定用滚珠轴承)。张紧筒8两端的滚珠轴承安放于移动面板上的水平滑轨附加系统当中，它既能转动，又能沿水平方向精确移动以张紧金刚石串珠绳18。压紧筒11两端的滚珠轴承安放于移动面板上的垂直滑轨附加系统当中，它既能转动，又能上下精确移动，以压紧驱动筒10带动的金刚石串珠绳18。移动面板沿垂直导轨精确上下移动，亦即整个主切割系统整体、精确上下移动。张紧筒8、导向筒9、驱动筒10和压紧筒11在筒体制作时，其筒外表面先打毛，并按说明书附图3和附图4所示，载入外露3毫米高的不锈钢防滑螺丝桩17(防止筒外聚氨酯塑料层在切割操作时打滑)。防滑螺丝桩17布置在相邻四个承珠凹坑16的对角线交叉点上，其内置段以螺纹连接方式固定于不锈钢筒体中。然后，把它们放入圆筒型外套内，注塑厚度5毫米的聚氨酯塑料层。该四种筒体的筒外聚氨酯塑料层15沿筒体表面切开一部分，即说明书附图3及附图4，显示其外表层精确布置有承珠凹坑16，以利驱动、张紧、压紧、导向金刚石串珠绳18。

在上隔板7下方和金刚石串珠绳18初始切割口，均安装有喷水装置，所喷水流起润滑、冷却和带走切割粉末的作用。

由上往下切割，是本发明执行的唯一正确切割方向。

卸片也是一个防碎裂的关键。必须保证卸片操作时整张大理石超薄板不至碎裂！为此，设计了由四个小吸盘组合而成的卸片机械手来完成该项操作。卸片机械手有四个宽600毫米×高150毫米可独立沿水平方向移动的小吸盘，这四个小吸盘还可并列为一个宽600毫米×高600毫米、既能沿水平方向移动又能90度向上和向下翻转的大吸盘。首尾两套卸片机械手固定在滑轨车平台3首尾两端的侧位上。

卸片开始时，首先微微松开压住机头首张防碎板4的大吸盘约0.5毫米，然后将防碎板4提升150毫米，让最下端的一个小吸盘贴进2毫米(即防碎板4的厚度)，施予微压(由卸片机械手的压力传感器系统控制压力在非常合适的范围)，顶住首张待卸大理石超薄板下部150毫米高度，尔后依次、如法贴进另仨小吸盘。最后谨慎开启大吸盘真空(须精确调整真空度在比较低的范围)，移出一张大理石超薄板，向下翻转大吸盘90度，缓慢解除真空，放置这张大理石超薄板于防震包装内(用1-2毫米厚的聚苯乙烯泡沫作垫片)。重复此操作程序(机头、机尾宜同时卸片，以加快卸片速度)，直至卸片完毕。大理石超薄板作好防震包装后，可售与生产复合板的厂家，仅需粘贴作业，即可生产任意种类底板的大理石饰面复合板(厂家须添从加包装箱中取片的专用取片机械手)，能降低其原材料成本20％以上；更宜延长本绳锯机系统成为下述极佳效益产品流水线：透光型大理石饰面天花板、墙面板、柱面板这些国际新潮产品；还可售予建筑装修公司，直接粘贴大理石超薄板于墙、柱面(须配予前述专用取片机械手)，能大大减轻建筑物重量，降低其装饰面原材料成本70％以上；还可售予家具厂作贴面之用。

四，附图说明

附图1是本发明的主切割系统工作原理图；附图2是附图1当中的A-A剖面图；附图3是附图1当中的驱动筒10、张紧筒8、压紧筒11和导向筒9这四种筒体的聚氨酯塑料外表层15局部展开图；附图4是附图3当中的A-A剖面图。

附图1至附图4(包括说明书摘要附图)中，各图标名称如下：

1.大理石荒料(宽600毫米×高600毫米) 2.枕木 3.滑轨车平台4.防碎板 5.防碎板横担 6.防碎板提升钩 7.上隔板 8.张紧筒 9.导向筒10.驱动筒 11.压紧筒 12.下隔板 13.螺丝 14.隔板及防碎板承重筒15.筒外聚氨酯塑料层 16.承珠凹坑 17.防滑螺丝桩 18.金刚石串珠绳

附图1至附图4中的图表名称第4到第18这15部分，加上喷水装置，构成本发明主切割系统，其余如滑轨平台车、卸片机械手、防护罩、传感器、报警器、照明、控制台等等，皆为辅助系统。

五，具体实施方式

(1)，将前述吊放并校准水平及垂直面的荒料1固定在滑轨车平台3上面。

(2)，滑轨车移动到准确位置并固定好。

(3)，荒料1之机头、机尾端各放下一张防碎板4，并用卸片机械手略微压紧。

(4)，组合切割系统时，防碎板4下端放在荒料1上表面，金刚石串珠绳18下端切割工作段亦刚好接触荒料1上表面。

(5)，调整好张紧筒8和压紧筒11，使金刚石串珠绳18具有合适的张力。

(6)，开通冷却润滑水，微微提高主切割系统约5毫米，即让金刚石串珠绳18下端切割工作段微微离开荒料1上表面。启动驱动筒10，先使其低速(线速度每秒0.1米)试运转，若无异常，即关闭防护罩，逐渐提高线速度到每秒1米。

(7)，当证实各主、辅系统所有准备操作皆正确完成时，缓慢下移主切割系统开始切割操作，并根据需要和可能，逐步提高金刚石串珠绳18的线速度到每秒15米左右，并逐步加大主切割系统下移速度(最高达300毫米/小时)，实现快速切割。

(8)，切割将近终点时，需适当放慢切割速度，以利准确判断切割终点，避免过度下切，过度伤及枕木2。

(9)，当切割到达终点时，停止主切割系统下移，驱动筒10停车，关闭冷却润滑水。

(10)，按照第[0021段]“(三)，主切割系统和工作原理”当中说明的方式，即第[0031]段规定，进行卸片操作。4-6小时应当完成1根长2000毫米荒料的切割和卸片作业。

(11)，当需要切割其他厚度时，上隔板(7)和下隔板(12)的厚度，都调整为与其它厚度相同的相应厚度；驱动筒(10)、张紧筒(8)、压紧筒(11)和导向筒(9)外部注塑的聚氨酯塑料层承珠凹坑沿筒体轴向布置的相互间距，也调整为与其它厚度相同的相应间距。

(12)，本发明金刚石串珠多绳锯机完全适用于切割其他天然石材，以及各种人造石材超薄板。

此段删除。

此段删除。

Claims (7)

1.一种能切割2毫米厚度大理石超薄板的金刚石串珠多绳锯机，与现有的金刚石串珠多绳锯机相比，其特征是：采用多层纳米碳管纤维或高强度碳纤维芯绳，和外径仅2毫米的微型金刚石串珠，作成金刚石串珠绳(18)；采用聚四氟乙烯或不锈钢材质的防碎板(4)、上隔板(7)和下隔板(12)，与金刚石串珠绳(18)，以及驱动筒(10)、张紧筒(8)、压紧筒(11)、导向筒(9)，构成可整体从上往下切割的主切割系统；卸片机构由四个小吸盘组合而成的卸片机械手构成。

2.根据权利要求1所述的能切割2毫米厚度大理石超薄板的金刚石串珠多绳锯机，其特征是：金刚石串珠绳(18)的构造，是采用小粒径金刚石粉经造粒--冷压--热等静压工艺制造串珠，采用多层纳米碳管纤维或高强度碳纤维作芯绳，注塑聚氨酯塑料全密封粘接而成。

3.根据权利要求1所述的能切割2毫米厚度大理石超薄板的金刚石串珠多绳锯机，其特征是：驱动筒(10)、张紧筒(8)、压紧筒(11)、导向筒(9)的构造要点为：在厚壁不锈钢筒体外部，注塑有5毫米厚度并在其表层精确布置承珠凹坑(16)的聚氨酯塑料层(15)。

4.根据权利要求1所述的能切割2毫米厚度大理石超薄板的金刚石串珠多绳锯机，其特征是：一张厚度与金刚石串珠外径相同的防碎板(4)、一根厚度与所需超薄板厚度相同的上隔板(7)和一根相同厚度的下隔板(12)，再匹配一根外径2毫米的金刚石串珠绳(18)，构成一个切割单元，且防碎板(4)下端与金刚石串珠绳(18)切割工作段的垂直距离固定在10--20毫米并在整个切割过程中始终保持不变；任意组合多个切割单元，就构成能进行同步切割的主切割系统。

5.根据权利要求1所述的能切割2毫米厚度大理石超薄板的金刚石串珠多绳锯机，其特征是：卸片机械手有四个600×150毫米可独立沿水平方向移动的小吸盘，这四个小吸盘还可并列为一个600×600毫米既能沿水平方向移动又能90度翻转的大吸盘。

6.根据权利要求1所述的能切割2毫米厚度大理石超薄板的金刚石串珠多绳锯机，其特征是：当需要切割其他厚度时，上隔板7和下隔板12的厚度，都调整为与其它厚度相同的相应厚度；驱动筒(10)、张紧筒(8)、压紧筒(11)和导向筒(9)外部注塑的聚氨酯塑料层承珠凹坑沿筒体轴向布置的相互间距，也调整为与其它厚度相同的相应间距。

7.根据权利要求1所述的能切割2毫米厚度大理石超薄板的金刚石串珠多绳锯机，其特征是：该锯机完全适用于切割其他天然石材，以及各种人造石材超薄板。