专利名称：利用通过调谐共振器而往复运动的刀片切割片状加工材料的设备和方法
技术领域：
本发明总的来说涉及切割片状加工材料，更具体而言，本发明涉及由振动刀片切割所述材料。
背景技术：
诸如用于制造服装的片状加工材料以及家具和汽车中的装饰用皮革和聚乙烯，经常通过以下方式切割将加工材料铺在平的支撑表面上并在加工材料上方往复移动由切割头运载的刀片，同时刀片接合并且切割加工材料。一般来说，切割头连接到梁，所述梁能够沿着切割台移动，同时切割头响应于控制器发出的指令而沿着梁移动。这些刀片能够以每分钟20,000个循环及以上的速度往复运动。这样，必须采用复杂的机构驱动刀片。另外，这些机构必须能够在工作位置和非工作位置之间移动，其中在工作位置时刀片接合加工材料，在非工作位置时，刀片离开加工材料。除了机构的复杂性外，高的往复运动速率导致刀具驱动时噪音相当大。并且，当在这样的速度下操作时，很难精确地控制刀片。
以上述方式构造的切割机械所出现的另一问题是，刀片倾向于很快地磨损，需要频繁地更换。
基于上述问题，本发明的总体目的是改进或克服相关技术的这些缺点。
发明内容
本发明一方面在于用于切割片状加工材料的包括谐振器组件的设备。所述谐振器组件包括作为一部分的由适当的导磁材料制成的梁。同样由适当的导磁材料制成的拾取器连接到所述梁并且位于至少一个磁体附近。与至少一个磁体相关的谐振装置使磁体以预定的速率移动经过拾取器，从而建立交变磁场，该交变磁场反过来导致梁和拾取器的振动。安装到梁的刀片也产生振动，从而使由刀片限定的切削刃在一定振幅下往复运动。所述振幅取决于梁和刀片的构造。随着磁体行进到拾取器附近，其间形成空气间隙，该空气间隙被设定具有预定的宽度，以便最大化磁通的传递，从而最大化梁的振动水平。在操作过程中，随着振动刀片接合加工材料，由刀片限定的尖刃切割加工材料。
优选的是，所述磁体被安装到磁体保持器上，所述磁体保持器连接到电动机。随着电动机的旋转，磁体保持器也旋转，从而使得连接到其上的磁体经过由拾取器限定的面。尽管描述了一个磁体，但本发明并不限于此，多个磁体可被安装到磁体保持器上，每个磁体随着电动机的旋转经过拾取器的面。电动机响应控制器发出的指令，控制器反过来监视梁和刀片的振动水平，并在操作过程中根据加工材料是否对刀片具有明显的阻尼效应、通过加速或减速电动机而进行补偿。
在本发明的一个实施例中，还设置有返回杆，并且返回杆与梁磁连通。所述磁体保持器位于拾取器和返回杆之间。安装到磁体支架上的任何磁体限定大致相对的磁极。这些磁体被定位成当一个磁极与拾取器对齐时，相对的磁极与返回杆对齐。空气间隙限定在磁体与拾取器和返回杆的每一个之间，从而，当磁体与拾取器对准时形成磁路，从而磁通从磁体传递到拾取器，沿着梁向下行进到返回杆，接着返回到磁体的相对磁极中。
在本发明的另一个实施例中，上述的电动机限定驱动轴，所述驱动轴通过返回杆延伸。磁体保持器被安装到驱动轴上以与驱动轴一起旋转，并包括至少一个连接到其上的磁体。如以上的类似描述，磁体定位在保持器上，以便相对的磁极在操作过程中与拾取器和返回杆对齐。
在本发明的一个优选实施例中，如上所述的谐振组件与切割台一起使用。切割台包括框架和安装在框架上并适于运载至少一层加工材料的支撑表面。支架连接到框架上，用于响应于控制器发出的指令相对于框架沿第一坐标方向来回移动。切割头连接到所述支架，并且可沿大致垂直于第一坐标方向的第二坐标方向沿着支架来回移动。所述谐振组件连接到切割头，用于在工作位置和非工作位置之间运动，在所述工作位置刀片接合被支撑表面所运载的加工材料，在所述非工作位置刀片定位为离开加工材料。在操作过程中，控制器使支架和切割头以及谐振组件协作并切割加工材料。
本发明另一方面还在于使用调谐谐振器切割片状加工材料的方法。在该方法中，至少一层片状加工材料设置在适当的支撑表面上。用己知频率调谐的刀片与加工材料接合并响应于从控制器发出的指令在加工材料上移动。当刀片与加工材料接合时，它们的谐振使得刀片在沿着材料移动时切割材料。当刀片接合加工材料并沿着加工材料拖动时，刀片的谐振可改变。这一部分是由于加工材料的阻尼效应。因此，控制器监控刀片的谐振，并调节谐振频率以补偿因与加工材料的接合引起的阻尼。
本发明的优点在于谐振组件具有最小的复杂度，从而制造、维护和操作起来更经济。
图1是包括本发明的切割台的局部示意图；图2是用于使刀片通过调谐谐振往复运动的机构的一个实施例的透视图；图3是本发明的另一个实施例的局部示意图；图4是本发明的另一个实施例的局部示意图。
具体实施例方式
如图1所示，切割台总体用标号10表示，所述切割台包括框架12和片状加工材料支撑表面14，所述片状加工材料支撑表面14适于运载至少一层加工材料16，例如但不限于皮革或聚乙烯基薄膜。支架18连接到框架上，用于沿标记为“X”的箭头指示的第一方向来回移动。切割头20安装到支架18上，并可沿着支架18在标记为“Y”的箭头指示的第二方向上来回移动。支架18和切割头20均响应于控制器21发出的指令移动。如下面将详细说明的那样，总体用标号30表示的往复运动组件被安装到切割头20上，并可在工作位置和非工作位置之间移动，在所述工作位置它们与加工材料16接合，在所述非工作位置它们被提升离开加工材料。在操作过程中，支架18和切割头20分别响应于从控制器21发出的指令在加工材料16上方移动。往复运动组件30也响应于从控制器21发出的指令在工作位置和非工作位置之间移动，在加工材料16中产生期望的切割线。
如图2所示，往复运动组件30包括安装托架32。悬臂杆34连接到安装托架32的一部分并从其延伸。由导磁材料，例如但不限于低碳钢，形成的拾取器36连接到杆34。电动机38连接到安装托架32，且包括通过安装托架延伸的驱动轴40。磁体保持器42安装在驱动轴40上，并包括多个孔44，每个孔适于在其中保持磁体46。优选的是，孔44和磁体46围绕磁体保持器42彼此等间距地间隔。刀片48可拆除地安装在杆34的端部。
在操作过程中，电动机38(图1)响应于从控制器21发出的指令使驱动轴40从而使磁体保持器42转动。随着安装到磁体保持器42的磁体46经过拾取器36，它们之间的磁通使得拾取器被朝向磁体保持器42吸引，从而使杆振动，杆的振动又引起刀片48的振动。然后振动的刀片48可被用于切割加工材料16(图1)。根据电动机38的转速，杆的谐振频率可被达到，从而增加刀片48的振幅。随着刀片28接合加工材料16，会出现阻尼。因此，电动机38的转速必须经由从控制器21发出的指令而被调节，以补偿加工材料可能具有的阻尼效应。
如图3所示的本发明的往复运动组件的第二实施例，总的用标号130表示。往复运动组件130在许多方面类似于如上所述的往复运动组件30，因此，在标号之前加1的类似标号被用于指示类似的元件。往复运动组件130不同于往复运动组件30之处在于，电动机不是支撑在安装托架上，而是安装在返回杆132上。电动机轴通过返回杆132延伸，磁体保持器142被连接到电动机轴。在图示的实施例中，杆134接合形成返回杆132的一部分的腿135。空气间隙137限定在拾取器136和磁体保持器142之间。
利用以如上方式构造的往复运动组件130，在磁体146和拾取器136之间产生的磁通密度被最大化，并沿着标记为150的箭头所示的路径。没有返回杆132，磁通将经由磁体外边缘返回磁体146。由于当磁路中的空气间隙最小化时，磁耦合因而力最大，因此这种返回路径限制了磁耦合。
尽管已经示出和描述了优选的实施例，但是，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可以进行各种变化和替代。因此，应当理解本发明只是以例子的方式说明而非限制。
权利要求
1.一种用于切割片状加工材料的设备，包括谐振器组件，所述谐振器组件包括磁可穿透的梁；与所述梁连接的磁性拾取器；与所述梁连接并限定至少一个尖刃的刀片；至少一个离散磁体，所述磁体位于所述拾取器附近，所述磁体和所述拾取器之间限定空气间隙；谐振装置，用于相对于所述拾取器移动所述至少一个离散磁体，以产交变磁场，从而使所述拾取器振动，由此又引起所述梁和所述刀片振动；从而所述刀片的所述振动使所述尖刃切割加工材料。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括框架，所述框架具有安装在其上的支撑表面，用于运载至少一层片状加工材料；支架，所述支架连接到所述框架，用于沿着框架响应于从控制器发出的指令在第一坐标方向上来回移动；切割头，所述切割头连接到所述支架，用于响应于从所述控制器发出的指令沿第二坐标方向来回移动；所述第二坐标方向大致垂直于所述第一坐标方向；和所述谐振器组件被连接到所述切割头，用于在工作位置和非工作位置之间运动，其中在所述工作位置所述刀片接合被所述支架表面运载的所述加工材料，在所述非工作位置所述刀片被定位为离开所述加工材料。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述谐振装置包括磁体保持器，所述磁体保持器具有连接到其上的所述至少一个离散磁体；电动机；所述磁体保持器可转动地连接到所述电动机；和其中，所述电动机的转动因而所述磁体保持器的转动使得所述至少一个磁体以已知的频率经过所述拾取器，从而产生交变磁通，所述磁通又引起所述刀片产生谐振。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述谐振装置包括磁体保持器，所述磁体保持器具有连接到其上的所述至少一个离散磁体；电动机；所述磁体保持器可转动地连接到所述电动机；和其中，所述电动机的转动因而所述磁体保持器的转动使得所述至少一个磁体以已知的频率经过所述拾取器，从而产生交变磁通，所述磁通又引起所述刀片产生谐振。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述至少一个磁体包括多个磁体，每个磁体安装到所述磁体保持器上。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括安装托架，所述梁被连接到所述安装托架并从所述安装托架伸出。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括返回杆；所述至少一个磁体位于所述拾取器和所述返回杆之间，所述返回杆与所述梁磁连通。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述返回杆包括从其下垂的腿部，所述腿部的端部与所述梁邻接。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述至少一个磁体限定相对的磁极，所述磁体被定位为当所述磁极中的一个磁极与所述拾取器和所述返回杆之一对齐时，所述磁极中的另一个磁极与所述拾取器和所述返回杆中的另一个对齐，其中，在操作过程中，当所述磁极与所述拾取器和所述返回杆对准时形成磁路，磁通从所述磁体流动，经过所述梁和返回杆，并返回到所述磁体。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述谐振装置包括可转动地连接到所述返回杆的一端的磁体保持器；和所述至少一个磁体被连接到所述磁体保持器。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述磁体限定相对的磁极，并且连接到所述谐振装置，从而，当所述磁极中的一个磁极靠近所述拾取器时，所述磁极中的另一个磁极靠近所述返回杆，并且，当所述相对端部中的一个端部靠近所述拾取器时，在所述磁体的一端和所述拾取器之间限定第一空气间隙，在所述磁体的另一端和所述返回杆之间限定第二空气间隙。
12.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述至少一个磁体包括多个磁体，每个磁体被连接到所述磁体保持器。
13.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述谐振器组件还包括返回杆，其具有接合所述梁的表面；所述磁体保持器被定位在所述返回杆和所述拾取器之间；所述至少一个磁体限定大致相对的磁极，并以下述方式定位在所述磁体保持器中当所述磁极中的一个磁极定位为靠近所述拾取器时，所述磁极中的另一个磁极定位为靠近所述返回杆。
14.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述谐振器组件还包括返回杆，其具有接合所述梁的表面；所述电动机限定通过所述返回杆延伸的驱动轴，所述磁体保持器被安装以便在所述驱动轴上旋转；和当所述相对端部中的一个端部靠近所述拾取器时，在所述磁体的一端和所述拾取器之间限定第一空气间隙，在所述磁体的另一端和所述返回杆之间限定第二空气间隙。
15.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述至少一个磁体包括多个磁体。
16.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述至少一个磁体包括多个磁体。
17.一种采用调谐谐振器用于切割片状加工材料的方法，包括提供至少一层由支撑表面运载的加工材料；提供刀具，所述刀具上具有切割刀片，所述切割刀片形成谐振器组件的一部分，所述谐振器组件响应于从控制器发出的指令使所述刀片以预定的频率振动；使所述振动着的切割刀片与所述加工材料接合；使所述振动着的切割刀片响应于从控制器发出的指令沿着所述加工材料以预定的路径移动，以便从所述加工材料切割图案片材；监控所述切割刀片振动的振幅和频率，以确定与所述加工材料的接合是否对所述切割工具的所述振动具有任何阻尼效应；和通过调谐所述切割刀片振动的频率补偿任何的阻尼。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述提供刀具的步骤包括提供切割台，所述切割台具有框架，所述框架包括安装在其上的支撑表面，用于承载至少一层片状加工材料；连接至所述框架的支架，用于响应控制器发出的指令沿所述框架在第一坐标方向上来回移动；连接至所述支架的切割头，用于响应控制器发出的指令沿第二坐标方向来回移动，所述第二坐标方向大致垂直于所述第一坐标方向；以及谐振器组件，所述谐振器组件被连接到所述切割头，用于在工作位置和非工作位置之间运动，其中在所述工作位置所述刀片接合被所述支架表面运载的所述加工材料，在所述非工作位置所述刀片被定位为离开所述加工材料；以及其中所述谐振器组件包括磁可穿透的梁；与所述梁连接的磁性拾取器；与所述梁连接并限定至少一个尖刃的刀片；至少一个离散磁体，所述磁体位于所述拾取器附近，所述磁体和所述拾取器之间限定空气间隙；谐振装置，用于相对于所述拾取器移动所述至少一个离散磁体，以产交变磁场，从而使所述拾取器振动，由此又引起所述梁和所述刀片振动。
全文摘要
在调谐组件中，其上具有拾取器的梁被定位在磁体附近，所述磁体以预定的频率经过拾取器。磁体经过拾取器建立交变磁场，交变磁场反过来引起梁和拾取器振动。刀片安装在梁上并与梁一起振动，从而当刀片与一层片状加工材料接合时，刀片的振幅使得刀片在与材料接合的状态下移动时切割材料。
文档编号B26D5/00GK1671523SQ03817983
公开日2005年9月21日 申请日期2003年7月28日 优先权日2002年7月26日
发明者达里尔·C·斯坦, 肯尼思·L·哈斯汀, 马修斯·L·里尔登 申请人:格博技术有限公司