CN104185536A - 用于陶瓷刀刀片的精密磨刀器 - Google Patents

Abstract

一种用于陶瓷(或能用于刀片的其它易碎的晶体或非晶体介质)刀的电动磨刀器，包括具有磨锐元件(一个或多个)的至少一个预磨锐工位、并包括具有磨锐元件(一个或多个)的最终工位。存在一个或多个电动机驱动的轴，表面有磨料的磨锐元件，诸如盘，被安装在所述轴上。导向结构被设置来引导所述刀，以用于将刀小面精确对准和定位在每个旋转的磨锐元件的研磨表面上的规定位置处。所述预磨锐工位磨锐元件(一个或多个)沿第一方向移动。所述最终工位磨锐元件(一个或多个)沿与所述第一方向不同的第二方向移动。

Description

用于陶瓷刀刀片的精密磨刀器

相关申请的交叉引用

本申请基于2011年12月22日提交的序列号为61/578,954的临时申请，该申请的所有细节都以引用的方式合并于此。

背景技术

近20年来进口地越来越多的陶瓷刀，因为它们的初始尖锐度和耐久性，特别是当它们的使用被限制于相对软和嫩的食物时的初始尖锐度和耐久性，已在美国和欧洲吸引了许多注意力。限制它们更广泛使用的主要缺点是如果它们掉落在坚硬表面上它们的破碎的倾向、以及当它们在使用中变得有缺口时缺乏优秀、方便且廉价的磨刀器来修复它们的刀刃。

诸多主流陶瓷刀制造商已敦促用户将有缺口的刀片退回到日本的原厂进行修复。有一家厂商甚至在零售店安装磨锐站作为解决磨锐问题的方案，但这两种方法的不方便性都阻碍了陶瓷刀的广泛使用，而且没有一个磨锐站已表明它能将刀片复原到原始的出厂质量。

现有的信息显示亚洲的刀片厂依靠有经验的工匠来磨锐它们的陶瓷刀片，他们将刀刃与盘接触，所以，刀刃的质量极大地依赖于他们的灵巧程度、昂贵的设备和技能。

由一家亚洲制造商向零售商店供应的用来磨锐他们的陶瓷刀片的陶瓷刀磨刀器基于极高速的盘，并使用肮脏的液体磨料混合物。它们的性能非常不稳定，且顾客对结果并不满意。

由陶瓷刀制造商提供的即使是最新的零售磨刀器也只能从刀刃去除大的缺口。电池驱动的在售品使用了传统的钢制刀片磨锐盘，并制造出比典型的工厂刀刃差很多的相对钝的刀刃。在本申请所描述的磨刀器之前，还没有出现能在这类刀上产生出厂质量刀刃的大众可以买到的陶瓷刀磨刀器。实际上，所有能获得的磨刀器都只能制造出质量差和不稳定的刀刃。

本发明的发明者们评估了被设计用于金属刀的任何先进的市场上可买到的磨刀器是否能磨锐陶瓷刀，仅发现他们严重地弄缺了陶瓷刀的刀刃。所有这些被测试的磨刀器全都不可用于在陶瓷刀片上生产有用的刀刃。

发明内容

本发明的目的是提供具有等于最高质量的亚洲工厂精度的家用型磨锐陶瓷刀刀片的新颖而廉价的技术。

根据本发明的一个实践，电动磨刀器包括至少一个电动机驱动的轴，一个或多个表面有磨料的盘被安装在所述轴上。导向结构引导并稳定所述刀，以便将刀小面(facet)精确对准和定位在每个旋转的盘的研磨表面上的规定位置处。所述刀的刀片相对于所述旋转的盘或其它磨料磨锐元件的表面的取向，提供了在规定位置的各点处沿一方向移动进入刀刃并且越过支撑的刀刃小面的至少一个盘表面磨料、并提供了沿相反的方向移动越过支撑的刀刃小面并且然后移出所述刀刃的至少一个盘表面。

本发明可以被实践为用于磨锐切削工具的切削刀刃，其中所述刀片的刀刃由坚硬而易碎的材料制成，陶瓷是所述材料的一个实例。

各种类型的磨锐元件可以代替盘而被使用，如鼓或带。

各种优选磨料粒度尺寸以及磨料的优选线速度被公开。

本发明可以被实践为其中预磨锐工位的各磨锐元件沿一个方向移动，而最终工位中的各磨锐元件沿不同的方向移动。优选地，这些方向彼此完全相反，而尽管本发明可以被实践为具有方向的较少改变。与最终磨锐元件相比，不同的传动机构可以被用来对各预磨锐元件提供这些不同的方向。在一种变体中，预磨锐工位中的磨锐元件被安装在第一轴上以便沿一个方向移动，而最终工位中的磨锐元件被安装在有移位的、平行的第二轴上，同时传动机构为各轴之间的齿轮系。优选地，各齿轮是斜齿轮。替代的传动机构可以是交叉的(twisted)带和带轮、或是行星传动。另一种变体可以是通过单独的电动机驱动每一个轴，或是将所有的磨锐元件安装在同一个轴上并通过使用可逆且可变速度的电动机来控制方向。

附图说明

图1是根据本发明的磨刀器的透视图；

图2是图1所示的磨刀器的侧视图；

图3是图1-2所示的磨刀器的俯视图；

图4是端部视图，其示出了图1-3的磨刀器中的工位1和2中的磨锐元件和刀；

图5是与图4相似的视图，其示出了在第三工位中的磨锐元件；

图6是端部视图，其示出了图1-3的磨刀器的工位1和2中的接近角；

图7是端部视图，其示出了图1-3中所示的磨刀器的离去角；

图8是与图6相似的端部视图，其示出了不同的接近角；

图9是与图7相似的端部视图，其示出了不同的离去角；

图10是俯视图，其示意地示出了可被用于图1-3的磨刀器中的传动机构的一种形式；

图11是与图10相似的视图，其示出了传动机构的变体；

图12是示意性侧视图，其示出了根据本发明的传动机构的又另一种形式；

图13是示意性侧视图，其示出了用于提供在图1-3的磨刀器的工位1-3中的磨锐元件的不同运动方向的又一个实施方式；

图14-15是示意性示图，它们示出了根据本发明的再另一种传动机构的侧视图和端面视图。

具体实施方式

本发明的发明者们所发现的是，即使在过去成功应用于磨锐金属刀的最先进的技术，对于陶瓷刀或由其它坚硬的、易碎的晶体或非晶体介质制成的切削工具也是起反作用的。

陶瓷刀是由诸如氧化锆和碳化锆的陶瓷粉末形成，它们被加热到适于将这些粉末熔化成刀的形状的高温。产生的结构被硬化几天的时间以增加得到的刀片的强度。粒状颗粒的结合良好，从而留下坚固的材料，但也是易碎且与钢制刀不同缺乏任何延展性或挠性的材料。因此我们发现陶瓷刀的磨锐过程必须被处理地与成功应用于钢制刀的磨锐过程完全不同。钢制刀的挠性和延展性允许其非常薄的刀刃在被大力磨锐和抛光时弯曲和扭曲。其延展性允许钢制刀刃在其最尖端弯曲远离研磨面并形成毛刺，所述毛刺呈微观尺寸的钩的形状依附于刀刃上。这种毛刺必须被小心地去除掉以在钢制刀片上留下极其锋利的刀刃。

因为其脆性，陶瓷刀片的刀刃不会形成毛刺，而是，其刀刃几何结构必须通过在形成刀刃的全部小面上进行碎裂、切除、或破裂操作一直到它们的终点而制造成。

发明者们已发现，形成刀刃的这些小面的几何结构能够通过独特的碎裂行为或破裂而相当好地且相对快地被最初建立。发明者们已证明，被支撑在刚性盘上且以足够的速度的行进的单颗粘结的金刚石颗粒能够成功地碎裂这些陶瓷小面的表面。金刚石，人们所知道的最坚硬的材料，足够坚硬来研磨氧化锆或碳化锆，但研磨所需要的力大的足以使正被形成的精细刀刃在变得非常锋利之前便严重地破裂下来，这与精细的钢制刀刃在受这样的力时能弯曲不同。

通常，最锋利的钢制刀刃是通过沿着从钢制刀体越过小面、到其刀刃上、再进入空处的方向移动磨料越过钢制刀片的刀刃小面而被形成。该动作将钢制刀的最尖端置于拉力下、轻微地延展它但迫使它脱离小面、将它弯曲成如上述的丝状毛刺。

发明者们所惊讶地发现的是，在诸如金刚石的干磨料移动越过小面、并在刀刃本身处离开小面的时候，陶瓷刀的脆性和欠缺抗拉强度对刀刃造成了重复的和严重的刀刃损伤。随后发明者们惊讶地发现，如果他们驱使磨料沿着首先进入刀刃末端、再越过刀刃小面的表面的方向移动，精巧的陶瓷刀刃被移动的金刚石颗粒置于压力下(而非拉力)，并且该切除过程带来了优秀的更锋利的刀刃几何结构。利用这一发现，发明者们能够生产被局部磨锐的刀刃，但必须通过二次的且不同的过程被进一步磨锐以制造成出厂质量的最终刀刃的刀刃。在这些试验中圆锥状表面的金属盘被使用，这些金属盘用电镀工艺覆盖有稳固地结合到金属盘基底的单粒金刚石。这些金刚石在首先进入刀刃、再越过其支持的小面的方向上被驱动。

陶瓷刀的磨锐试验通过使用被认为比陶瓷刀坚硬的通常由碳化锆和氧化锆制成的各种各样的磨料而执行。这些磨料包括金刚石、碳化硼、碳化硅和氧化铝。可被考虑的其它磨料是碳化钨、氮化钛、碳化钽、碳化铍、碳化钛。比氧化锆或碳化锆坚硬的任何材料都可以被用作磨料。

本申请的目的是描述一种被设计为由不熟练的家庭主妇在家中用于陶瓷刀(以及由其它足够坚硬、易碎的晶体或非晶体材料构成的多种切削工具的其它刀片)的实用的精密磨刀器。因此它必须是紧凑的、用户友好的和买得起的。出于实用的原因，它应该在磨锐过程中不依赖于液体进行冷却、润滑和磨料分散。在家庭环境下，对任何形式液体的操作即便不是不切实际的最起码也是困难的。

用于陶瓷刀的原型磨刀器被建造，以便引入和展示我们所发现的并认为是独特的技术，其使用了如在此所述的为进行碎裂、切除、微加工而开发的新颖方法。这使得实现最好的工厂制造的亚洲陶瓷刀的尖锐度和完美性成为了可能。

图1示出了根据本发明的一种磨刀器1。如在其中显示的，磨刀器1包括外壳H，磨刀器的各工作元件被封在其中。如图1所示，外壳H包括三个工位，表示为工位1、工位2和工位3。工位1和2是初级工位，而工位3是最终工位。导向结构10被设置用于工位1。导向结构11被设置用于工位2并且导向结构12被设置用于工位3。该导向结构可以采用任何适合的形式，比如为外壳H中的呈现平坦表面的槽，刀片可以被抵靠所述平坦表面放置。如图2所示，一对导向结构被设置用于每个工位。一个倒置U形的塑料弹簧导向件18被设置在每一组相应的导向面10、10及11、11及12、12之间。弹簧导向件18具有提供弹簧面的臂，所述弹簧面被驱使朝向其相应的导向面10、11或12。作为结果，当刀片抵靠各自的导向面被放置时，弹簧导向件臂驱使刀片进入与导向表面的紧密接触，以便在刀片的磨锐过程期间稳定刀片。该布置保持磨刀器稳定。因为弹簧张力，刀片没有能力移动。振动是有限的。

一种在常规的120V交流电环境下工作的可靠且廉价的两极罩极电动机2被选择来驱动一系列的三(3)组定制的截头圆锥形的盘或磨锐元件。预磨锐工位中的这些盘的前两组3和4的表面被涂覆有合适的超坚硬磨料状颗粒，诸如金刚石、氧化铝或碳化硅，其能够有效地将陶瓷材料从刀片上去除并相对快地制造相当好的陶瓷刀刀刃。这个例子中应用的原理可等效地适用于具有迥然不同的外部装饰设计的磨刀器。这些盘的形状近似于截头的圆锥，但磨料磨锐元件的形状能够在不脱离本发明目的的情况下被改变。

碎裂和切除颗粒的最优尺寸的选择取决于若干相关参数，尤其取决于磨料的硬度、颗粒速度和在工位1和2中施加的(通常由弹簧6和7)力。最优组合也必须根据其在给定组合下所花费的时间的实际考虑来决定，以便在向后续工位进发之前得到足够尖锐的刀刃。工位1和2在设计上非常相似，但它们必须顺序地制备出足够质量的刀刃使其可以在最终工位3中在合理的时间内被给予最终的修整(可以是抛光或研磨)。后面将描述的工位3具有与工位1和2完全不同的设计，以作为完成出厂质量刀刃的制造的必需。

尽管其它切除和碎裂材料(这里被称作“磨料”)被评估并可以被使用，在本原型的工位1和2中，金刚石被选用。用于两个工位中的支撑盘的直径为大约2英寸，并且在磨锐时该盘与刀小面之间的接触点以大约3/4英寸的半径旋转。刀刃形成的试验在大范围的盘转速(RPM)下并利用各种磨粒尺寸和晶体结构而进行。尽管较高和较低的RPM生产出相当好的刀刃，但在合理时间内给出满意刀刃的最佳速度是在700至4000RPM的范围内，即在刀刃形成位置处大约275至1570英尺每分钟的平均颗粒速度。在这一速度范围时工位1和2中被发现最佳的弹簧力为从0.1至1.0磅变动，同时优选的力为小于0.6磅。大于0.6磅的弹簧力导致沿刀刃的更多不规则，并降低了刀刃的尖锐度。在工位1和2的这些试验期间的金刚石晶体的尺寸从600至2000目的范围内变动。满意的结果在这一范围获得，但颗粒尺寸越大，刀刃条件就越依赖于旋转速度。

在工位1中预磨锐陶瓷刀片要求相对较大的磨粒以便迅速地去除可能沿着其刀刃存在的任何大的缺口。工位2包含较细的磨粒以便制造更尖锐的刀刃。这两个工位都被设计为在该相同的方向(见图4)上旋转，这驱动切除“磨料”进入刀的刀刃而不是首先越过刀刃小面再向刀刃外部离开。如图2所示，工位1和2中的这些盘的前部圆周边缘向上旋转，并且刀导向件10和11被精密地牵引，这样刀小面和刀刃在每个盘上电动机轴的前方(面向读者)和在图4所示的前上象限中的一点处接触旋转盘。在盘上的这个区域处，“磨料”颗粒向上移动“进入”刀刃。刀小面的平面在该接触点处与旋转的盘表面近似平行。图4显示了刀9、小面接触点14的相对运动及盘3和4的优选方向。图5显示了工位3中的运动的相反方向。

实验和测试表明，只要磨料颗粒在预磨锐工位中以这种方式被驱使去挤压刀片材料，磨料颗粒的接近角就不那么关键。接近角能近似平行于刀刃小面或能近似垂直于刀刃小面。磨料颗粒在接触点处的接近角可以是相对于刀片小面的在10至90度之间任何角度，优选角度为90度。要弄清楚接近角或离去角不是小面角。精密研磨小面角控制的现有技术可以被用于由陶瓷或其它适合的坚硬易碎的晶体或非晶体材料构成的刀片。

图6和7示出了用于工位1和2的接近角以及用于工位3的离去角的变体，其中用于工位1和2的接近角和用于工位3的离去角是90度。图8-9显示了其中用于工位1和2的接近角和用于工位3的离去角为10度的变体。如图所示，用于工位1和2中的磨锐元件的运动方向在每种变体中都与第3工位中的运动方向相反或不同。

工位1的详细设计，被认为是最佳尺寸和晶体结构的有效“磨料”颗粒、适合的颗粒速度(盘尺寸和RPM)、以及仔细确定的作用在刀片刀刃上的研磨力(如：弹簧6)的独特组合，被用于建立和限制磨料与刀片小面之间的接触的研磨力。其它形式的力可以被用于建立和限制研磨力，诸如泡沫、拉紧的塑料构件和其它弹性材料。这一工位必须有足够的侵蚀性来从刀刃去除所有的大的缺口，并为工位2留下足够精细的刀刃。

工位2的目的是充分改善工位1中制得的刀刃，使得最终工位3中更加精致的修整能在合理的时间内将刀刃改善至出厂质量。在考虑工位2的设计时，出于设计和建造的目的以与工位1相同的RPM驱动工位2的盘4、4是便利的。图2-3示出了工位1和2都由同一轴13并且以相同速度被驱动。如后文将介绍的，工位3的技术与前两个工位非常不同，所以它关于颗粒方向、速度等的要求最好分开考虑，以进行最佳的刀刃修整。

对于工位2，在工位1基础上需要的主要变化是使用稍微精细些的颗粒尺寸。因为工位2中制造的结果刀刃将更尖锐，宽度更窄，最好是在弹簧7上使用比工位1中稍微低些的弹簧力。相信最佳结果是当弹簧力在0.2至0.5磅的范围内时获得的。最佳颗粒尺寸也更小，磨粒精细至2000目。

工位3代表最大的挑战。发明者们惊奇地发现，用工位1和2的技术来制造出厂质量的刀刃是不可能的。修整至出厂质量不能使用在前两个工位中运行良好的在背面带有刚性金属的盘用金刚石颗粒来实现。如果刚性盘被使用或当速度增加时，磨刀器的机械完美性和它的驱动被显示具有严格的要求。为了最佳的预期结果，对工位3的盘而言将“磨料”颗粒嵌入软的塑料介质中被证明是关键的。发明者们惊奇地发现，最好是反转或者至少改变磨料颗粒的方向，以便使用更高的磨料速度并且将满载磨料的轮引导到“刀刃之外”(见图5)。更让人惊奇的是，这种用于磨料的较软的嵌入介质使得使用我们可能已经与刚性金属衬背一起使用过的稍微大些的碳化硅磨料颗粒并同时实现超级刀刃质量是可能的。换言之，发明者们能够使用相比使用在背面带有金属的盘的话可能已成功使用的更大的磨料颗粒。尺寸约15微米的碳化硅磨料被使用于工位3中的两个盘5中。在本发明的实践中，盘硬度、颗粒尺寸和弹簧常数的其它组合可以被用于工位3的盘。

发明者们发现，工位3中的塑料嵌入提供少许的弹力和颗粒对陶瓷刀刀刃小面的更温和的冲击，因此这些小面能够被侵蚀或削薄而对刀刃本身的破环更小。工位3中主要用到的来自弹簧8的弹簧张力在0.6至1.24磅的范围内，优选力为0.8至1.1磅。刀刃厚度能被减小至由熟练的工匠制造的最好的亚洲陶瓷刀的典型尺寸。这种配置下的磨料速度被发现在比预磨锐工位高的速度时效率最高、最有效。线速度被发现在700至3500英尺每分钟时有效，最优值在1000至1500英尺每分钟，对应于3000rpm以及更高。该更高的颗粒速度对于工位3中的最终刀刃修整而言是优选的。

用于工位3的令人满意的塑料基的盘用由Masterbond公司(Hackensack,NJ)提供的特殊的环氧树脂EP37-3FLF合成。60％重量的磨料和40％重量的环氧树脂的比率在大多数的试验中被使用。

当在改型的Rockwell硬度测试机中用直径7/8"的钢制压缩球以60千克的初始载荷和10千克的恢复载荷测量时该材料的物理特性如下：

为了将在工位1和2中操作使磨料被驱动“进入刀刃”及在工位3中操作使磨料“被驱出刀刃”的这三个盘合并入一个磨刀器外壳中，其中在图3中所示的该原型中在工位3中需要较高的磨料速度，一组斜传动齿轮17和15被用于产生驱动轴16相对于轴13的RPM的大约2比1的增加。工位3中的RPM于是在3600左右。盘直径约为2英寸。虽然直齿轮可以替代斜齿轮被使用，但斜齿轮因为能够降低噪声和动力传动冲击而是优选的。

图3示出了用于朝一个方向移动预磨锐元件3、4并朝不同的方向移动最终磨锐元件5的电动驱动结构的一个实施方式。如图所示，电动机2驱动最终磨锐元件或盘5所安装于其上的轴16。传动机构连接轴16和预磨锐元件3、4所安装于其上的轴13。如图所示该传动机构是轴16上的斜齿轮15，其与轴13上的斜齿轮17啮合。其它形式的电动机/传动机构在图10-14中示出。

图10示出了其中电动机2驱动轴13的变体。预磨锐工位(工位1和工位2)中的磨锐元件4、5将被安装在电动机2左边的轴13上。安装在轴13上的斜齿轮17驱动安装在轴16上的斜齿轮15，使得轴16朝与轴13相反的方向转动。因此将被安装在轴16上的右边的最终磨锐元件5、5将朝与预磨锐工位的磨锐元件不同的方向被旋转。轴13和16平行且相互间被移位。

图11显示了电动机/传动机构的另一种形式，其利用了行星传动机构。如图所示，电动机2使被附装至壳19的轴13旋转，齿轮20、20被安装在所述壳19中。中心齿轮21与齿轮20、20啮合以驱动轴16。各种磨锐元件将被安装在其各自的被对齐的轴13和16上。

图12示出了电动驱动结构的另一种形式。如图所示，电动机2驱动轴13以沿一个方向移动磨锐元件3、4。第二电动机2A朝不同方向旋转轴16使得其磨锐元件5因此朝与预磨锐工位的磨锐元件3、4不同的方向被移动。轴13和16可以被对齐或者可以相互之间被移位。

另一种变体可以是用单独的电动机驱动在其自己的轴上的每组预磨锐元件，以便以其自己的速度驱动每个工位的磨锐元件。这样将导致三个轴和三个电动机。

图13示出了电动驱动结构的又另一种变体。如图所示，电动机2B是可逆且可变速的电动机。单一的轴22被电动机2B驱动。所有磨锐元件3、4、5都被安装在同一个轴22上。当刀或其它切削工具正在工位1并且然后在工位2中被预磨锐时，电动机2B将以选定的速度朝一个方向驱动轴22。当刀或其它切削工具在工位3中时，轴22的旋转方向将被反向，并且速度也可以被改变(优选是被增加)，这样最终工位切削元件5、5因此朝与预磨锐工位切削元件不同的方向被移动并且可以以不同的速度被移动。

图14-15示出了电动驱动结构的再另一种形式。如图所示，电动机2驱动预磨锐轴13。第2或工位3的轴16被平行于第一轴13安装并且被从第一轴13移位。第一带轮23被安装在轴13上，并且第二带轮24被安装在轴16上。各带轮被交叉的带25相互连接。因此，当电动机2朝一个方向转动轴13时，包含各带轮和带的传动机构导致轴16朝相反的方向转动。轴13和16具有被安装在这些轴上各自的磨锐元件。

电动驱动结构的各种替代形式可以在最终工位中提供更高的磨料速度和不同的旋转方向。因此，这些替代的设计可以使用以不同的速度朝不同的方向驱动它们的轴的两个电动机(图12)、或者使用具有交叉的带连接的带轮(图14)，来将一个电动机轴的动力与将朝相反方向转动的第二轴相接合。各替代设计可以具有带有可调节速度控制的可逆电动机(图13)来获得最优的速度和正确的方向，或者具有交叉的带传动机构的电动机。

用只含有两个工位的磨刀器来实践本发明也是可能的。这种两工位配置的工位将用到与上述的更大的(3工位)磨刀器的工位2和工位3类似的技术。

两工位配置将需要更多时间来磨锐非常钝的有缺口的刀。第一工位中的中间尺寸的磨粒将很可能被使用于该两工位磨刀器中，结果将花费更长时间来去除刀刃上的大的缺口。因为在该第一工位中刀刃质量较差，所以在新的第三工位将花费更长时间来修整。

图2-3示出了磨刀器在其各工位的每个中具有一组两个磨锐元件或盘。实践中，刀将抵靠其中的一个盘被放置来磨锐刀刃的一侧或小面，并且然后抵靠该工位的另一个盘被放置来磨锐该刀刃的另一侧。本发明可以被实践为其中两侧被同时磨锐。例如，不是具有两个分离的和明显不同的磨锐元件，诸如在图2-3所示的其中一个小面被抵靠一个磨锐元件磨锐而另一个小面被抵靠另一个磨锐元件磨锐，而是相互交叉的磨料轮可以被用来同时磨锐两个小面。在有或者没有导向结构的情况下，刀片刀刃将被放置在相互交叉的磨锐元件的交叉点处，这样两个小面同时与磨锐元件接触。这样的同时磨锐可以在任一或所有工位中进行。

本发明广泛包含了提供一种用于磨锐切削工具的切削刀刃的电动磨刀器。特别是，所述切削刀刃由坚硬且易碎的材料制成的，比如陶瓷刀。这种磨刀器包含至少一个预磨锐工位和至少一个最终或修整工位。至少一个表面有磨料的预磨锐工位磨锐元件在预磨锐工位中，并且至少一个表面有磨料的最终工位磨锐元件在最终工位中。优选地，导向结构被设置在每一个预磨锐工位和最终工位中，以导向和稳定切削工具刀片、并将切削工具刀刃精确对准和定位在各自的磨锐元件的磨料表面上规定位置处。电动驱动结构将预磨锐工位磨锐元件向一个方向移动，并将最终工位磨锐元件向不同于第一方向的第二方向移动。

该磨刀器的一些特征和它的使用方法包括如下。

用于磨锐刀和其它陶瓷切削工具的磨刀器，包含两个或多个工位，其中一个或多个工位提供粗磨锐(预磨锐)，并且随后的一个或多个工位提供刀刃的修整。

a.预磨锐工位(一个或多个)中的各研磨元件沿一个方向移动，并且修整工位(一个或多个)中的研磨元件沿不同的方向移动。

b.各研磨元件可以被确定形状为盘、鼓、带等。

c.预磨锐工位(一个或多个)中的磨锐机构每次在一侧上磨锐陶瓷刀或其它切削工具的一侧。

d.预磨锐工位(一个或多个)中的磨锐机构可以替代地通过使用相互交叉的、表面有磨料的齿或轮来同时磨锐陶瓷刀或其它切削工具的两侧。

e.修整工位(一个或多个)中的磨锐机构一次磨锐刀刃的一个小面。

f.修整工位(一个或多个)中的研磨元件(一个或多个)由允许它们折曲和弯曲的柔性材料构成。

用于有效磨锐陶瓷刀和其它坚硬而易碎的切削工具的磨料粒度尺寸可以变动如下：

a.在预磨锐工位(一个或多个)中，粒度尺寸可以从600至2000变动。为了达到最有效的磨锐，最优范围是1200至2000。

b.在修整工位(一个或多个)中，粒度尺寸可以从5微米至30微米变动。为了达到最有效的修整，最优范围是8至15微米。

c.在修整工位(一个或多个)中，柔性基体中磨料的弹簧力可以从0.6磅至1.24磅变动。为了达到最有效的修整，该弹簧力范围落在0.8至1.1磅内。

磨刀器中的磨料相对于陶瓷刀的刀刃的线速度，对于成功开发最好质量的尖锐刀刃是非常重要的。

a.预磨锐工位(一个或多个)中的磨料的线速度可以从500至3000英尺每分钟变动。为了达到最有效的预磨锐，该线速度应该是600至1000英尺每分钟。

b.修整工位(一个或多个)中的磨料的线速度可以从700英尺每分钟至3500英尺每分钟变动。为了达到最有效的修整，该范围应该是1000至1500英尺每分钟。

磨刀器中的研磨元件由电动机驱动来获得用于预磨锐和修整工位(一个或多个)的最优速度和方向。由于预磨锐工位(一个或多个)以与修整工位(一个或多个)不同的速度和方向移动，速度变化和方向改变可以通过以下方式获得：

a.传动机构

·传动机构可以是齿轮系。斜齿轮比“直”齿轮有效得多。

·传动机构可以是交叉的带。

·传动机构可以包含至少一个带轮。

b.使用单独驱动预磨锐和研磨工位(一个或多个)的两个不同的电动机。

c.使用带有速度控制机构的可逆的电动机来单独驱动预磨锐和研磨工位。

修整工位(一个或多个)的一些优选的特征是，其磨锐元件具有用于接触切削工具的主动区域。磨锐元件在主动区域中是柔性的以允许该盘在重复加载时折曲和弯曲来提供磨料颗粒对切削工具刀刃小面的更温和冲击，并且因此这些小面将以对刀刃本身相当小的损伤而被侵蚀或削薄，且最终刀刃的厚度可以被减小到最优尖锐度。修整工位的磨锐元件是一个装载有磨料的聚合树脂系统，当用直径7/8"的钢制球、以最小重量10千克和最大重量60千克在Wilson Rockwell测试机上测量时，所述系统具有在61％至64％的范围内的恢复率和145至150刻度的残余压痕。磨锐元件是一个装载有磨料的聚合树脂系统，装载有50％至70％重量的具有粒度尺寸为5-30微米、优选为8-15微米的磨料材料颗粒。优选的磨料为碳化钨，碳化硅，碳化硼或金刚石。磨料材料比待被磨锐的刀片的材料(比如陶瓷)坚硬。

如对本领域技术人员显而易见的，在本发明的教导下的其它的变体是可能的。

Claims (33)

1.一种用于磨锐切削工具的切削刀刃的电动磨刀器，所述磨刀器具有：至少一个预磨锐工位，在所述预磨锐工位中的具有研磨表面的至少一个磨锐元件，在所述磨刀器中的最终工位，在所述最终工位中的具有研磨表面的至少一个最终工位磨锐元件，以及电动驱动结构，其用于沿一个方向移动所述至少一个预磨锐工位磨锐元件、并用于沿不同于所述第一方向的第二方向移动至少一个最终工位磨锐元件。

2.根据权利要求1所述的磨刀器，其中：所述预磨锐工位包括预磨锐工位导向结构，其用于导向和稳定所述切削工具以便将所述工具的切屑刀刃精确对准和定位在所述预磨锐工位磨锐元件的所述研磨表面上的规定位置处；并且所述最终工位具有最终工位导向结构，其用于导向和稳定所述工具的切削刀刃以便将所述工具的切削刀刃精确对准和定位在所述最终工位磨锐元件的所述研磨表面上的规定位置处。

3.根据权利要求1所述的磨刀器，其中：所述至少一个预磨锐工位磨锐元件被安装在可旋转的预磨锐轴上，所述至少一个最终工位磨锐元件被安装在最终工位磨锐轴上，所述预磨锐工位轴和所述最终工位轴被从彼此移位并且彼此平行，并且传动机构将所述预磨锐工位轴互连到所述最终工位轴以用于改变各所述轴的旋转方向。

4.根据权利要求3所述的磨刀器，其中：所述传动机构包括齿轮系，所述齿轮系包括各所述轴的每一个上的相互啮合的斜齿轮。

5.根据权利要求3所述的磨刀器，其中：所述传动机构选自包括齿轮系、行星齿轮机构、交叉的带与带轮的组；并且电动机旋转各所述轴之一。

6.根据权利要求1所述的磨刀器，其中：所述至少一个预磨锐工位磨锐元件的每个被安装在电动机驱动的轴上，并且所述至少一个最终工位磨锐元件被安装在由另一台电动机驱动的单独的轴上。

7.根据权利要求1所述的磨刀器，其中：所述至少一个预磨锐工位磨锐元件被安装在可旋转的轴上、并且所述至少一个最终工位磨锐元件也被安装在所述轴上，并且可逆且可变速度的电动机驱动所述轴以便选择性地改变所述轴的旋转方向、以及允许所述预磨锐工位磨锐元件以与所述最终工位磨锐元件不同的速度旋转。

8.根据权利要求1所述的磨刀器，其中：存在包括工位1和工位2的两个所述预磨锐工位，至少一个磨锐元件在所述工位1和工位2的每一个中，并且工位1和工位2中的所有所述磨锐元件被安装在单一轴上，并且所述最终工位是工位3。

9.根据权利要求8所述的磨刀器，其中：工位1和工位2的每个中的所述预磨锐元件上的所述研磨表面上的磨料颗粒具有600-2000的粒度尺寸，工位3的所述磨锐元件上的磨料颗粒具有5微米至30微米的粒度尺寸、并且还具有0.6磅至1.24磅的弹簧张力。

10.根据权利要求9所述的磨刀器，其中：所述预磨锐元件的所述磨料颗粒具有1200-2000的粒度尺寸，所述工位3的磨锐元件的所述磨料颗粒具有8至15微米的粒度尺寸、并且还具有0.8至1.1磅的弹簧力。

11.根据权利要求8所述的磨刀器，其中：工位1包含呈可旋转盘形式的一组两个磨锐元件，所述工位2的磨锐元件是一组两个可旋转盘，并且所述工位3的磨锐元件是一组两个可旋转盘。

12.根据权利要求11所述的磨刀器，其中：倒置的U型弹簧导向件被安装在所述盘的每一组之间，所述弹簧导向件具有位于所述导向结构的每一个处的弹簧臂，所述弹簧臂用于使被插入在所述弹簧臂和所述导向结构之间的切削刀刃保持抵靠所述导向结构的平面放置，所述预磨锐工位磨锐元件的每个具有在刚性盘上的研磨表面，所述最终工位磨锐元件的每个由嵌入能够折曲和弯曲的软介质内的磨料颗粒形成。

13.根据权利要求1所述的磨刀器，其中：所述至少一个预磨锐工位磨锐元件是刚性背衬上的研磨表面的形式，并且所述至少一个最终工位磨锐元件是嵌入能够折曲和弯曲的软介质的磨料颗粒的形式。

14.根据权利要求1所述的磨刀器，其中：存在仅单一的预磨锐工位和仅单一的最终工位。

15.根据权利要求1所述的磨刀器，其中：所述最终工位磨锐元件具有用于接触切削工具的主动区域，所述磨锐元件在所述主动区域中是柔性的以允许所述磨锐元件在重复加载时折曲和弯曲，从而提供磨料颗粒对切削工具刀刃小面的更温和的冲击，并且因此这些小面将以对刀刃本身相当小的损伤而被侵蚀或削薄，且最终的刀刃厚度可以被减小到最优尖锐度。

16.根据权利要求15所述的磨刀器，其中：所述最终工位磨锐元件是装载有磨料的聚合树脂系统，当使用直径7/8"的钢制球以最小重量10千克和最大重量60千克在Wilson Rockwell测试机上测量时，所述树脂系统具有在61％至64％的范围内的恢复率和145至150刻度的残余压痕。

17.根据权利要求15所述的磨刀器，其中：所述最终工位磨锐元件是装载有磨料的聚合树脂系统，所述树脂系统装载有50％-70％重量的磨料材料颗粒，所述颗粒具有5至30微米的粒度尺寸。

18.根据权利要求17所述的磨刀器，其中：所述最终工位磨料由比陶瓷坚硬的材料制成。

19.根据权利要求17所述的磨刀器，其中：所述最终工位磨料由选自包括碳化钨、碳化硅、碳化硼或金刚石的组的材料制成。

20.一种磨锐切削工具的坚硬而易碎的切削刀刃的方法，其包括：提供一种磨刀器，所述磨刀器具有至少一个预磨锐工位和至少一个最终磨锐工位，其中，在所述预磨锐工位中具有至少一个表面有磨料的预磨锐元件并且在最终工位中具有至少一个表面有磨料的最终工位磨锐元件；将所述坚硬而易碎的切削刀刃抵靠所述预磨锐元件的研磨表面放置；沿第一方向移动所述预磨锐元件以便预磨锐所述切削刀刃；从第一工位移开所述切削刀刃；将所述切削刀刃抵靠所述最终工位磨锐元件的研磨表面放置；以及沿与所述第一方向不同的第二方向移动所述最终工位磨锐元件以便磨锐所述切削刀刃。

21.根据权利要求20所述的方法，其中：通过将所述切削刀刃抵靠导向结构放置，所述切削刀刃被插入所述预磨锐工位中，其中所述导向结构用于导向和稳定所述切削刀刃、并且将所述切削刀刃精确定位在所述预磨锐工位磨锐元件的研磨表面上的规定位置处；并且通过将所述切削刀刃抵靠最终工位导向结构放置，所述切削刀刃被放置在所述最终工位中，其中所述最终工位导向结构用于导向和稳定所述切削刀刃、以便将所述切削刀刃精确对准和定位在所述最终工位磨锐元件的研磨表面上的规定位置处。

22.根据权利要求20所述的方法，其中：所述预磨锐元件被沿第一方向旋转，并且所述最终工位磨锐元件被沿与所述第一方向相反的第二方向旋转。

23.根据权利要求20所述的方法，其中：所述预磨锐工位磨锐元件上的磨料颗粒进入所述切削刀刃的接近角在10度和90度之间，并且所述最终工位中的磨料颗粒的离去角在10度和90度之间。

24.根据权利要求20所述的方法，其中：每个预磨锐工位具有一组两个预磨锐元件，并且在所述预磨锐工位中所述切削刀刃一次被磨锐一侧。

25.根据权利要求20所述的方法，其中：所述切削刀刃的两侧被同时磨锐。

26.根据权利要求20所述的方法，其中：所述最终工位磨锐元件以比所述至少一个预磨锐工位磨锐元件的线速度快的线速度被移动。

27.根据权利要求26所述的方法，其中：所述预磨锐工位中的磨料的线速度为从500到3000英尺每分钟，所述最终工位磨锐元件上的磨料颗粒的线速度为从700英尺每分钟至3500英尺每分钟，预磨锐切削元件上的磨料颗粒具有600至2000的粒度尺寸，并且所述最终工位磨锐元件中的磨料颗粒具有5微米至30微米的粒度尺寸、并具有0.6磅至1.24磅的弹簧力。

28.根据权利要求20所述的方法，其中：所述坚硬而易碎的切削刀刃由陶瓷材料制成。

29.根据权利要求20所述的方法，其中：所述预磨锐工位磨锐元件中的磨料颗粒沿一方向移动进入切削刀刃并且然后越过支撑的刀刃小面，并且所述最终工位磨锐元件中的磨料颗粒沿相反的方向移动首先越过支撑的刀刃小面并且然后移出所述刀刃本身。

30.根据权利要求20所述的方法，其中：对所述坚硬而易碎的切削刀刃的磨锐在干磨锐环境中完成，其在磨锐时不依赖于液体进行冷却、润滑或磨料分散。

31.根据权利要求20所述的方法，其中：所述预磨锐工位包括工位1和工位2，且所述最终磨锐工位是工位3，在工位1期间从刀刃去除大的缺口，在工位2期间改善所述刀刃，并且在工位3中修整/抛光/研磨所述刀刃。

32.根据权利要求31所述的方法，其中：工位1、工位2和工位3的每个中的磨锐元件包括由弹簧驱使分开并朝向导向表面的一组盘，工位2中的各磨锐元件具有比工位1中的磨料颗粒的粒度尺寸细的磨料颗粒、并具有比工位1中的弹簧力小的弹簧力，并且工位3中的各磨锐元件以比工位1和工位2中的磨锐元件高的速度移动。

33.根据权利要求20所述的方法，其中：存在仅单一的预磨锐工位和单一的最终工位。