нож для резальной машины, предназначенной для разделки листового материала, и способ заточки ножа

Формула изобретения

1. Нож для резальной машины, предназначенной для разделки листового материала, содержащий тело из материала основы, имеющий удлиненную режущую часть, расположенную вдоль продольной оси и имеющую переднюю режущую кромку, параллельную продольной оси, две плоские тыльные боковые стороны, расположенные соответственно в первой и второй разнесенных параллельных плоскостях сзади за режущей кромкой, первую и вторую расположенные впереди боковые грани-поверхности, каждая из которых простерта вперед от соответствующей тыльной боковой стороны, причем эти грани наклонены одна относительно другой в плоскости, перпендикулярной продольной оси, и пересекаются с другой, образуя режущую кромку по линии пересечения, причем по меньшей мере передняя боковая грань-поверхность режущей части имеет тонкое покрытие из твердого материала, превосходящего по твердости материал основы, отличающийся тем, что режущая кромка расположена между двумя тыльными боковыми сторонами с возможностью поперечного смещения при перезаточке на заранее определенное расстояние от базовой плоскости, проходящей параллельно и посредине между двумя тыльными боковыми сторонами так, что первая передняя боковая грань проходит через базовую плоскость и что при абразивной заточке второй грани формируется режущая кромка, состоящая полностью из твердого материала.

2. Нож по п.1, отличающийся тем, что тонкое покрытие из твердого материала имеет толщину менее 0,025 мм.

3. Способ заточки ножа, по которому режущую часть ножа подвергают периодической абразивной перезаточке только по второй боковой грани так, чтобы режущая кромка формировалась полностью из твердого материала покрытия, причем режущую кромку в результате повторяющейся заточки второй боковой грани постепенно смещают в направлении базовой плоскости с возможностью выхода за нее на другую сторону, при этом операцию периодической абразивной перезаточки лезвия ножа по второй боковой грани осуществляют с использованием цилиндрического шлифовального круга, под действием которого перезатачиваемая вторая грань принимает выгнутую форму, отличающийся тем, что ось симметрии и вращения шлифовального круга располагают параллельно продольной оси ножа.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к машине для резки ткани или какого-то другого листового материала, размещаемого на соответствующей базовой или опорной поверхности, при помощи ножа или режущего лезвия, движущегося возвратно-поступательно по определенной оси, ориентированной перпендикулярно обрабатываемому материалу, причем в процессе резки нож перемещается вперед по заданному контуру. Более точно, существо настоящего изобретения касается конструкции ножа, используемого для указанной резки, и способа заточки режущей части ножа.

По конструктивному исполнению нож, заявленный в рамках данного изобретения, относится к тому типу режущего инструмента, который рассмотрен в патенте США N 4 653 373, МКИ D 06 H 7/00, 1987 и который принят в качестве прототипа. В таком инструменте материал основы по меньшей мере вблизи режущей кромки имеет тонкое покрытие из твердого материала, который после заточки, профилируясь соответствующим образом, образует режущую кромку с повышенными по сравнению с относительно мягким основным материалом выносливостью и износостойкостью. Данное изобретение состоит в усовершенствовании конструкции лезвия ножа, описанного в вышеупомянутом американском патенте, и усовершенствовании способа резки таким ножом.

Известны режущие машины с автоматическим управлением, принцип действия которых предусматривает выставление режущей кромки ножа перед его использованием в опорной или базовой плоскости, проходящей через середину лезвия по его толщине, а затем в процессе использования ножа осуществление операций его заточки с обеих сторон для того, чтобы режущая кромка оставалась в базовой плоскости. Принципиальным недостатком такого режущего инструмента и, в частности, ножа-прототипа, составляющего предмет изобретения вышеупомянутого патента, является то, что его режущая кромка, располагаясь первоначально с определенным допуском в базовой плоскости резания, в процессе работы все больше и больше уходит в сторону от этой плоскости, что обусловлено осуществлением многократной заточки лезвия ножа только с одной стороны. Таким образом, нож режет с потребно высокой точностью только в начальный момент после установки в резальную машину, постепенно ухудшая свои точностные параметры в процессе эксплуатации.

Другим принципиальным недостатком ножа-прототипа, описанного в упомянутом патенте, является резкое сокращение срока его службы за счет того, что режущее лезвие может использоваться и затачиваться только в течение того отрезка времени, когда режущая кромка, постепенно уходя от базовой плоскости, не выходит за определенный допуск смещения от последней.

В соответствии с вышесказанным главной целью данного изобретения является разработка улучшенного по качествам ножа с твердым покрытием и способа его применения, так чтобы этот нож мог осуществлять резание с приемлемой точностью и существенно большим сроком службы, чем известные ножи данного типа.

Другие цели, отличительные особенности и преимущества изобретения станут очевидны из рассмотрения нижеприведенного описания предпочтительного, наилучшего варианта его исполнения, которое сопровождено поясняющими чертежными материалами.

Фиг. 1 общий вид с обрывом резальной машины, использующей нож, выполненный в соответствии с данным изобретением.

Фиг. 2 вид в плане механизма заточки, входящего в состав машины, изображенной на фиг.1.

Фиг.3 вид сзади ножа фиг.1.

Фиг.4 вид сбоку ножа фиг.1.

Фиг.5 поперечное сечение 5 5 ножа, изображенного на фиг.4.

Фиг. 6, 7, 8 и 9 поперечные сечения 6 6 фиг.4, на которых нож показан в различных состояниях в процессе его последовательной перезаточки.

Переходя к описанию заявленного ножа и обращаясь к поясняющим чертежам, следует указать, что этот нож обозначен позицией 62 и в рассматриваемом случае приводится в действие режущей головкой 12 машины, используемой для резки ткани или подобного листового материала, обозначенного позицией 14 и размещающегося на опорной поверхности 16 щеточного основания 18, состоящего из большого количества плотно упакованных вертикальных щетинок, верхние концы которых образуют указанную опорную поверхность. В этом случае нижний конец ножа 62 в процессе резки материала 14 легко проникает в опорную поверхность 16. Материал 14 может быть однослойным или многослойным.

На фиг.1 нож 62 показан в отведенном вверх нерабочем положении. Для резки материала 14 нож перемещают вниз из отведенного верхнего положения, вводят в разрезаемый материал 14 и приводят в возвратно-поступательное движение по вертикальной оси, перпендикулярной указанному материалу; в процессе такого возвратного режущего действия нож перемещается в горизонтальной плоскости по заданной траектории резки, что обеспечивается за счет соответствующей подачи головки 12 в системе координат "х" и "y" (см. фиг.1).

Составной частью в конструкцию режущей головки 12 входит каретка 22, опирающаяся на х-салазки 24 при помощи двух стержневых направляющих 26, 26, служащих для перемещения по y-координате. Такое перемещение обеспечивается приводным ремнем 28, закрепленным на каретке 22 и проходящим по шкивам на противоположных концах салазок 24, один из которых приводится во вращение соответствующим приводным электродвигателем. По каждому из противоположных концов х-салазки 24 направляются кинематически относительно опорной поверхности 16 по координате х и перемещаются в этом направлении соответствующим приводным механизмом (не показан).

Как следует из фиг.1, в состав режущей головки 12 помимо всего прочего входит опорная рама 46, смонтированная с возможностью вертикального перемещения относительно каретки 22 по двум вертикально ориентированным направляющим стержням 48, смонтированным на каретке при помощи подшипников скольжения 50, закрепленных на упомянутой опорной раме и скользящим образом удерживающих стержни 48. На фиг.1 рама 46 показана в отведенном вверх положении на каретке 22. Эта рама перемещается между крайними верхним и нижним положениями при помощи соответствующего пневмопривода (не показан) или подобного приводного устройства. Рама 46 представляет собой U-образную конструкцию, состоящую из верхней горизонтальной полки 52, нижней горизонтальной полки 54 и вертикальной стенки 56.

Корпус рамы 46 несет на себе поворотный кронштейн-крепление 58 ножедержавки; этот кронштейн может поворачиваться относительно рамы 46 вокруг вертикальной Q-оси 59. На кронштейне 58 смонтирована направляющая 60 ножа 62, механизм 64 возвратно-поступательной подачи и основная часть приводного механизма 66 для механизма 64.

Кроме того, на раме 46 смонтирован прижимной подпятник 68, скрепленный с нижними концами двух вертикальных стержней 70, 70. Эти стержни перемещаются скользящим образом по вертикали относительно друг горизонтальных полок 52 и 54 рамы 46, причем подача вниз указанных стержней относительно рамы ограничена соответствующими упорами, имеющимися на их верхнем конце. В нижней части стержней 70 имеются пружины сжатия 74, которые отжимают эти стержни и прижимной подпятник 68 вниз от рамы 46. Когда рама 46 отведена вверх (см. фиг.1), прижимной подпятник 68 и стержни 70, 70 находятся в крайних нижних положениях, тем не менее подпятник приподнят над поверхностью находящегося под ним разрезаемого листового материала 14. При переводе рамы-держателя 46 из верхнего отведенного положения в нижнее рабочее положение резки прижимной подпятник 68 подводится к поверхности материала 14, прежде чем указанная рама придет в ее крайнее нижнее положение; следовательно, при дальнейшем смещении вниз рама 46 заставляет сжиматься пружины 74, 74, так что подпятник 68 производит прижатие материала 14 сверху.

В целях обеспечения заточки ножа 62 каретка 22 снабжена горизонтальной монтажной полкой 76, располагающейся под нижней стеночной полкой 54 рамы 46 и использующейся в качестве опорного основания для механизма заточки (перезаточки), обозначенного в целом на фиг.1 позицией 78. Этот механизм обеспечивает заточку ножа 62 (см. более подробно ниже) при нахождении рамного блока 46 в отведенном вверх нерабочем положении, показанном на фиг.1.

Для возвратно-поступательного перемещения ножа 62 служит приводной двигатель, обозначенный позицией 80. Этот двигатель смонтирован на раме 46. Помимо возвратно-поступательного перемещения нож 62 приводится исполнительным механизмом 64 в возвратно-поворотное движение вокруг продольной оси 59. Позицией 82 показан выходной вал двигателя 80; между этим валом и входным валом возвратного исполнительного механизма 64 размещен соответствующий приводной механизм, который дает возможность механизму 64 поворачиваться вокруг оси 59 при подведении к нему мощности от приводного двигателя 80 для возвратно-поступательного перемещения ножа. На кронштейне 58 подвески ножевого агрегата ниже горизонтальной полки 54 смонтировано зубчатое колесо 88, приводимое в действие через соответствующую зубчато-шестеренчатую передачу от соответствующего электродвигателя (не показан), и регулирующее положение кронштейна-держателя 58 продольной оси 59.

Обратимся далее к фиг. 2 и рассмотрим ее во взаимосвязи с чертежом на фиг. 1. Показанный на фиг.2 заточный механизм 78 включает в себя рабочую консоль 148, жестко зафиксированную на ступице 150, смонтированной с возможностью поворота относительно полки 76 каретки ножерезального агрегата вокруг первой вертикальной рабочей оси 152. На внешнем конце консоли 148 смонтирован точильный круг 156, приводимый во вращение вокруг второй вертикальной оси 154. На теле круга 156 имеется канавка 158 под приводной ремень, находящийся между его верхним и нижним торцами; на внешнюю поверхность тела круга нанесен абразивный порошок. Заточной круг приводится во вращение вокруг вертикальной оси 154 от электродвигателя 160 через шкив 162 и О-образный ремень 164 проходящий по упомянутой канавке 158. Примененная в данной конструкции пружина растяжения 166 в нормальном состоянии удерживает консоль 148 в отведенном к упору 168 положении (показано штрих-пунктирными линиями на фиг.2).

Из этого положения консоль переводится в рабочее положение заточки, показанное на фиг. 2 контурными линиями. В этом положении точильный круг поджимается к лезвию ножа 62. Для осуществления такого поворота заточной консоли в состав ее исполнительного механизма 78 включен электрический соленоидный привод 170 вращательного действия, выходной кинематический элемент которого поворачивается вокруг вертикальной оси 172 и оснащен вертикальным пальцем 174. При отключенном состоянии этого привода палец 174 находится под действием внутри расположенной пружины в положении, показанном на фиг.2 штрих-пунктирными линиями.

При запитывании соленоида палец поворачивается в направлении против часовой стрелки вокруг оси 172 (см. фиг.2), переходя из положения, показанного штрих-пунктиром, в положение, показанное контурной линией. В процессе такого поворота палец 174 воздействует на горизонтально расположенный шкворень 176, закрепленный на ступице 150, разворачивая заточную консоль 148 и переводя ее из отведенного нерабочего положения в рабочее положение заточки ножа.

В процессе выполнения операционного цикла заточки, во-первых, производится отведение вверх в нерабочее положение рамного основания 46 относительно каретки 22, при этом режущее лезвие ножа, выступающее вниз из направляющей-державки 60, выставляется по вертикали в плоскость точильного круга 156. Далее нож разворачивается в соответствующее положение заточки вокруг вертикальной оси 59, после чего к нему подводится точильный круг; такое подведение осуществляется за счет разворота консоли 148. В процессе заточки нож совершает возвратно-поступательное движение, предпочтительно, с меньшей скоростью, чем при резке материала 14, так чтобы точильный круг взаимодействовал и производил заточку по всей длине режущего лезвия ножа. Точильный круг имеет в целом цилиндрическое тело, хотя, в принципе, он может быть и чуть-чуть конусным, имея на верхнем торце несколько меньший диаметр, чем на нижнем торце, для того чтобы скомпенсировать изгибание ножа в процессе поджатия к нему точильного круга и чтобы обеспечить в конечном итоге равномерную заточку по всей длине лезвия.

Осуществление операционных циклов перезаточки ножа 62 контролируется регулятором или управляющим средством (не показано), функционально связанным с системой управления резальной машин; перезаточка производится при проведении процесса резки листового материала с периодическими интервалами, так чтобы режущая кромка лезвия ножа осталась достаточно острой.

К примеру, регулятор может быть запрограммирован таким образом, чтобы исполнительный механизм производил перезаточку ножа каждый раз после разрезки материала на определенной длине; в альтернативном варианте для этой цели может быть использован датчик усилия сопротивления, создаваемого на ноже 62 разрезаемым материалом 14: в этом случае регулятор программируется таким образом, чтобы осуществлять новый цикл перезаточки каждый раз, когда усилие сопротивления резанию достигает заданного значения.

Обращаясь далее к фиг.3 9, следует указать, что заявленный в рамках данного изобретения нож 62 имеет тело 19 из основного материала, покрытого по меньшей мере частично тонким слоем 21 твердого материала, твердость которого превосходит твердость основного материала 19. Для изготовления основы 19 и покрытия 21 могут использоваться самые различные материалы, одно лучше всего применять для основы сталь, например, сталь сортамента М-2, а для покрытия 21 нитрид титана. Нитрид титана или какой-то другой покрывающий материал 21 рекомендуется наносить на основу 19 осаждением из паровой фазы, при этом толщина покрытия в общем случае должна составлять менее 0,001 дюйма или 0,025 мм, а лучше всего 0,0001.0,0002 дюйма или 0,025.0,005 мм. Толщина покрытия 21 в любом случае существенно меньше размеров основы или тела 19 ножа, т.е. покрытие практические не влияет на базовые размеры и форму в целом всего ножа 62, которые определяются размерами и формой его основы 19.

Как следует из фиг.3, и 4, нож 62 представляет собой изделие, удлиненное вдоль продольной оси 23, которая может служить и базовой осью возвратно-поступательного его перемещения. Нож имеет снизу режущую часть (лезвие) 25. Изобретение не ограничивает фактическую форму и размер ножа. В рассматриваемом случае нож 62 имеет длину l, состоящую порядка 5 1/4 дюйма (133,35 мм), ширину W порядка 0,2 дюйма (5,1 мм) и толщину Т порядка 0,036 дюйма (0,91 мм). Естественно, эти размерные данные носят сугубо иллюстративный характер.

В приведенных на фиг. 3, 4 и 6 чертежах режущая часть 25 показана для неиспользованного, только что изготовленного ножа 62. Как следует из рассмотрения этих фигур, режущая часть 25 имеет удлиненную переднюю режущую кромку 27, ориентированную параллельно продольной оси 23. Сзади за этой кромкой имеются две плоско-параллельные боковые стороны 29 и 31, перед которыми находятся первая и вторая боковые грани или режущие поверхности 33 и 35, которые расположены под углом друг к другу, образуя при пересечении режущую кромку 27, причем первая боковая грань 33 отходит к указанной кромке от боковой стороны 29 тела ножа, а вторая 35 от боковой стороны 31.

Как показано на фиг.6, геометрия расположения первой и второй режущих граней 33, 35 такова, что в неиспользованном ноже режущая кромка 27 смещена в поперечном направлении на расстояние "d" от базовой плоскости симметрии 37, находящейся посредине тела ножа по его толщине и проходящей параллельно плоскостям боковых сторон 29 и 31. Режущие грани 33 и 35 могут иметь плоскую или слегка вогнутую (сегментативную) форму.

В варианте исполнения, показанном на фиг. 5 9, все тело 19 ножа имеет сплошное упрочняющее покрытие 21 из твердого материала. В этом случае при установке ножа в резальную головку и первой заточке второй режущей грани 35 будет осуществлен съем исходного упрочняющего покрытия со второй грани 35 (см. фиг.7), при этом часть покрытия 21 на первой грани 33 образует режущую кромку 27. Последующие перезаточки режущей кромки 27 при осуществлении процесса резания будут производиться по второй грани 35, изменяя ее положение. В процессе каждой перезаточки с поверхности 35 удаляется часть основного материала, в результате чего режущая кромка 27 постепенно приближается к базовой плоскости симметрии 37, пока не наступит момент (см. фиг.8), когда эта кромка совпадет с упомянутой плоскостью. В процессе дальнейших перезаточек лезвия ножа по второй грани 35 режущая кромка 27 перейдет на противоположную сторону за плоскость симметрии 37, постепенно смещаясь от нее. Целесообразно обратить внимание на то, что вследствие цилиндричности точильного круга 156 при перезаточке вторая грань 35 приобретает под его действием несколько вогнутую, сегментативную форму.

Таким образом, из рассмотрения фиг.6 9 очевидным образом следует, что в отличие от известного ножа-прототипа, описанного в патенте США N 4 653 373, в котором режущая кромка в исходном состоянии находится приблизительно в базовой плоскости симметрии, в данном случае режущая кромка имеет начальное поперечное смещение "d" относительно плоскости симметрии 37, что позволяет резко увеличить срок службы ножа.

На фиг.6 вторая грань режущая 35 в исходном состоянии (т.е. у неиспользованного ножа) показана в таком наклонном положении относительно примыкающей к ней боковой стороны 31, при котором смещение "d" режущей кромки 27 составляет менее половины толщины ножа. Однако это обстоятельство не является лимитирующим для данного изобретения, и при необходимости, или когда это смещение сравнимо с максимально допустимой ошибкой в нарезке материала, вторая грань 35 в исходном состоянии может совпадать с боковой стороной 31, т. е. в этом случае начальное смешение "d" режущей кромки 27 относительно плоскости симметрии будет равно половине толщины ножа.

Далее следует указать, что в некоторых случаях вторая грань 35 ножа может перезатачиваться за сечение, показанное на фиг.9, до тех пор, пока полностью ни будет выбрана режущая грань 33, и режущая кромка 27 ни окажется в плоскости боковой стороны 29 ножа.

В заключение необходимо обратить внимание на то, что при осуществлении данного изобретения не требуется, чтобы все поверхности и стороны тела 19 ножа имели защитное покрытие 21 из твердого материала. На практике вполне достаточно нанести такое покрытие при изготовлении ножа только на первую образующую грань 33.