用于陶瓷刀刀片的精密磨刀器的制造方法

用于陶瓷刀刀片的精密磨刀器的制造方法
【專利摘要】一種用于陶瓷(或能用于刀片的其它易碎的晶體或非晶體介質)刀的電動磨刀器，包括具有磨銳元件(一個或多個)的至少一個預磨銳工位、并包括具有磨銳元件(一個或多個)的最終工位。存在一個或多個電動機驅動的軸，表面有磨料的磨銳元件，諸如盤，被安裝在所述軸上。導向結構被設置來引導所述刀，以用于將刀小面精確對準和定位在每個旋轉的磨銳元件的研磨表面上的規定位置處。所述預磨銳工位磨銳元件(一個或多個)沿第一方向移動。所述最終工位磨銳元件(一個或多個)沿與所述第一方向不同的第二方向移動。
【專利說明】用于陶瓷刀刀片的精密磨刀器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請基于2011年12月22日提交的序列號為61/578,954的臨時申請，該申請的所有細節都以引用的方式合并于此。

【背景技術】
[0003]近20年來進口地越來越多的陶瓷刀，因為它們的初始尖銳度和耐久性，特別是當它們的使用被限制于相對軟和嫩的食物時的初始尖銳度和耐久性，已在美國和歐洲吸引了許多注意力。限制它們更廣泛使用的主要缺點是如果它們掉落在堅硬表面上它們的破碎的傾向、以及當它們在使用中變得有缺口時缺乏優秀、方便且廉價的磨刀器來修復它們的刀刃。
[0004]諸多主流陶瓷刀制造商已敦促用戶將有缺口的刀片退回到日本的原廠進行修復。有一家廠商甚至在零售店安裝磨銳站作為解決磨銳問題的方案，但這兩種方法的不方便性都阻礙了陶瓷刀的廣泛使用，而且沒有一個磨銳站已表明它能將刀片復原到原始的出廠質量。
[0005]現有的信息顯示亞洲的刀片廠依靠有經驗的工匠來磨銳它們的陶瓷刀片，他們將刀刃與盤接觸，所以，刀刃的質量極大地依賴于他們的靈巧程度、昂貴的設備和技能。
[0006]由一家亞洲制造商向零售商店供應的用來磨銳他們的陶瓷刀片的陶瓷刀磨刀器基于極高速的盤，并使用骯臟的液體磨料混合物。它們的性能非常不穩定，且顧客對結果并不滿意。
[0007]由陶瓷刀制造商提供的即使是最新的零售磨刀器也只能從刀刃去除大的缺口。電池驅動的在售品使用了傳統的鋼制刀片磨銳盤，并制造出比典型的工廠刀刃差很多的相對鈍的刀刃。在本申請所描述的磨刀器之前，還沒有出現能在這類刀上產生出廠質量刀刃的大眾可以買到的陶瓷刀磨刀器。實際上，所有能獲得的磨刀器都只能制造出質量差和不穩定的刀刃。
[0008]本發明的
【發明者】們評估了被設計用于金屬刀的任何先進的市場上可買到的磨刀器是否能磨銳陶瓷刀，僅發現他們嚴重地弄缺了陶瓷刀的刀刃。所有這些被測試的磨刀器全都不可用于在陶瓷刀片上生產有用的刀刃。


【發明內容】

[0009]本發明的目的是提供具有等于最高質量的亞洲工廠精度的家用型磨銳陶瓷刀刀片的新穎而廉價的技術。
[0010]根據本發明的一個實踐，電動磨刀器包括至少一個電動機驅動的軸，一個或多個表面有磨料的盤被安裝在所述軸上。導向結構引導并穩定所述刀，以便將刀小面(facet)精確對準和定位在每個旋轉的盤的研磨表面上的規定位置處。所述刀的刀片相對于所述旋轉的盤或其它磨料磨銳元件的表面的取向，提供了在規定位置的各點處沿一方向移動進入刀刃并且越過支撐的刀刃小面的至少一個盤表面磨料、并提供了沿相反的方向移動越過支撐的刀刃小面并且然后移出所述刀刃的至少一個盤表面。
[0011]本發明可以被實踐為用于磨銳切削工具的切削刀刃，其中所述刀片的刀刃由堅硬而易碎的材料制成，陶瓷是所述材料的一個實例。
[0012]各種類型的磨銳元件可以代替盤而被使用，如鼓或帶。
[0013]各種優選磨料粒度尺寸以及磨料的優選線速度被公開。
[0014]本發明可以被實踐為其中預磨銳工位的各磨銳元件沿一個方向移動，而最終工位中的各磨銳元件沿不同的方向移動。優選地，這些方向彼此完全相反，而盡管本發明可以被實踐為具有方向的較少改變。與最終磨銳元件相比，不同的傳動機構可以被用來對各預磨銳元件提供這些不同的方向。在一種變體中，預磨銳工位中的磨銳元件被安裝在第一軸上以便沿一個方向移動，而最終工位中的磨銳元件被安裝在有移位的、平行的第二軸上，同時傳動機構為各軸之間的齒輪系。優選地，各齒輪是斜齒輪。替代的傳動機構可以是交叉的(twisted)帶和帶輪、或是行星傳動。另一種變體可以是通過單獨的電動機驅動每一個軸，或是將所有的磨銳元件安裝在同一個軸上并通過使用可逆且可變速度的電動機來控制方向。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是根據本發明的磨刀器的透視圖；
[0016]圖2是圖1所示的磨刀器的側視圖；
[0017]圖3是圖1-2所示的磨刀器的俯視圖；
[0018]圖4是端部視圖，其示出了圖1-3的磨刀器中的工位I和2中的磨銳元件和刀；
[0019]圖5是與圖4相似的視圖，其示出了在第三工位中的磨銳元件；
[0020]圖6是端部視圖，其示出了圖1-3的磨刀器的工位I和2中的接近角；
[0021]圖7是端部視圖，其示出了圖1-3中所示的磨刀器的離去角；
[0022]圖8是與圖6相似的端部視圖，其示出了不同的接近角；
[0023]圖9是與圖7相似的端部視圖，其示出了不同的離去角；
[0024]圖10是俯視圖，其示意地示出了可被用于圖1-3的磨刀器中的傳動機構的一種形式；
[0025]圖11是與圖10相似的視圖，其示出了傳動機構的變體；
[0026]圖12是示意性側視圖，其示出了根據本發明的傳動機構的又另一種形式；
[0027]圖13是示意性側視圖，其示出了用于提供在圖1-3的磨刀器的工位1-3中的磨銳元件的不同運動方向的又一個實施方式；
[0028]圖14-15是示意性示圖，它們示出了根據本發明的再另一種傳動機構的側視圖和端面視圖。

【具體實施方式】
[0029]本發明的
【發明者】們所發現的是，即使在過去成功應用于磨銳金屬刀的最先進的技術，對于陶瓷刀或由其它堅硬的、易碎的晶體或非晶體介質制成的切削工具也是起反作用的。
[0030]陶瓷刀是由諸如氧化鋯和碳化鋯的陶瓷粉末形成，它們被加熱到適于將這些粉末熔化成刀的形狀的高溫。產生的結構被硬化幾天的時間以增加得到的刀片的強度。粒狀顆粒的結合良好，從而留下堅固的材料，但也是易碎且與鋼制刀不同缺乏任何延展性或撓性的材料。因此我們發現陶瓷刀的磨銳過程必須被處理地與成功應用于鋼制刀的磨銳過程完全不同。鋼制刀的撓性和延展性允許其非常薄的刀刃在被大力磨銳和拋光時彎曲和扭曲。其延展性允許鋼制刀刃在其最尖端彎曲遠離研磨面并形成毛刺，所述毛刺呈微觀尺寸的鉤的形狀依附于刀刃上。這種毛刺必須被小心地去除掉以在鋼制刀片上留下極其鋒利的刀刃。
[0031]因為其脆性，陶瓷刀片的刀刃不會形成毛刺，而是，其刀刃幾何結構必須通過在形成刀刃的全部小面上進行碎裂、切除、或破裂操作一直到它們的終點而制造成。
[0032]
【發明者】們已發現，形成刀刃的這些小面的幾何結構能夠通過獨特的碎裂行為或破裂而相當好地且相對快地被最初建立。
【發明者】們已證明，被支撐在剛性盤上且以足夠的速度的行進的單顆粘結的金剛石顆粒能夠成功地碎裂這些陶瓷小面的表面。金剛石，人們所知道的最堅硬的材料，足夠堅硬來研磨氧化鋯或碳化鋯，但研磨所需要的力大的足以使正被形成的精細刀刃在變得非常鋒利之前便嚴重地破裂下來，這與精細的鋼制刀刃在受這樣的力時能彎曲不同。
[0033]通常，最鋒利的鋼制刀刃是通過沿著從鋼制刀體越過小面、到其刀刃上、再進入空處的方向移動磨料越過鋼制刀片的刀刃小面而被形成。該動作將鋼制刀的最尖端置于拉力下、輕微地延展它但迫使它脫離小面、將它彎曲成如上述的絲狀毛刺。
[0034]
【發明者】們所驚訝地發現的是，在諸如金剛石的干磨料移動越過小面、并在刀刃本身處離開小面的時候，陶瓷刀的脆性和欠缺抗拉強度對刀刃造成了重復的和嚴重的刀刃損傷。隨后
【發明者】們驚訝地發現，如果他們驅使磨料沿著首先進入刀刃末端、再越過刀刃小面的表面的方向移動，精巧的陶瓷刀刃被移動的金剛石顆粒置于壓力下(而非拉力)，并且該切除過程帶來了優秀的更鋒利的刀刃幾何結構。利用這一發現，
【發明者】們能夠生產被局部磨銳的刀刃，但必須通過二次的且不同的過程被進一步磨銳以制造成出廠質量的最終刀刃的刀刃。在這些試驗中圓錐狀表面的金屬盤被使用，這些金屬盤用電鍍工藝覆蓋有穩固地結合到金屬盤基底的單粒金剛石。這些金剛石在首先進入刀刃、再越過其支持的小面的方向上被驅動。
[0035]陶瓷刀的磨銳試驗通過使用被認為比陶瓷刀堅硬的通常由碳化鋯和氧化鋯制成的各種各樣的磨料而執行。這些磨料包括金剛石、碳化硼、碳化硅和氧化鋁。可被考慮的其它磨料是碳化鎢、氮化鈦、碳化鉭、碳化鈹、碳化鈦。比氧化鋯或碳化鋯堅硬的任何材料都可以被用作磨料。
[0036]本申請的目的是描述一種被設計為由不熟練的家庭主婦在家中用于陶瓷刀(以及由其它足夠堅硬、易碎的晶體或非晶體材料構成的多種切削工具的其它刀片)的實用的精密磨刀器。因此它必須是緊湊的、用戶友好的和買得起的。出于實用的原因，它應該在磨銳過程中不依賴于液體進行冷卻、潤滑和磨料分散。在家庭環境下，對任何形式液體的操作即便不是不切實際的最起碼也是困難的。
[0037]用于陶瓷刀的原型磨刀器被建造，以便引入和展示我們所發現的并認為是獨特的技術，其使用了如在此所述的為進行碎裂、切除、微加工而開發的新穎方法。這使得實現最好的工廠制造的亞洲陶瓷刀的尖銳度和完美性成為了可能。
[0038]圖1示出了根據本發明的一種磨刀器I。如在其中顯示的，磨刀器I包括外殼H，磨刀器的各工作元件被封在其中。如圖1所示，外殼H包括三個工位，表示為工位1、工位2和工位3。工位I和2是初級工位，而工位3是最終工位。導向結構10被設置用于工位I。導向結構11被設置用于工位2并且導向結構12被設置用于工位3。該導向結構可以采用任何適合的形式，比如為外殼H中的呈現平坦表面的槽，刀片可以被抵靠所述平坦表面放置。如圖2所示，一對導向結構被設置用于每個工位。一個倒置U形的塑料彈簧導向件18被設置在每一組相應的導向面10、10及11、11及12、12之間。彈簧導向件18具有提供彈簧面的臂，所述彈簧面被驅使朝向其相應的導向面10、11或12。作為結果，當刀片抵靠各自的導向面被放置時，彈簧導向件臂驅使刀片進入與導向表面的緊密接觸，以便在刀片的磨銳過程期間穩定刀片。該布置保持磨刀器穩定。因為彈簧張力，刀片沒有能力移動。振動是有限的。
[0039]一種在常規的120V交流電環境下工作的可靠且廉價的兩極罩極電動機2被選擇來驅動一系列的三(3)組定制的截頭圓錐形的盤或磨銳元件。預磨銳工位中的這些盤的前兩組3和4的表面被涂覆有合適的超堅硬磨料狀顆粒，諸如金剛石、氧化鋁或碳化硅，其能夠有效地將陶瓷材料從刀片上去除并相對快地制造相當好的陶瓷刀刀刃。這個例子中應用的原理可等效地適用于具有迥然不同的外部裝飾設計的磨刀器。這些盤的形狀近似于截頭的圓錐，但磨料磨銳元件的形狀能夠在不脫離本發明目的的情況下被改變。
[0040]碎裂和切除顆粒的最優尺寸的選擇取決于若干相關參數，尤其取決于磨料的硬度、顆粒速度和在工位I和2中施加的(通常由彈簧6和7)力。最優組合也必須根據其在給定組合下所花費的時間的實際考慮來決定，以便在向后續工位進發之前得到足夠尖銳的刀刃。工位I和2在設計上非常相似，但它們必須順序地制備出足夠質量的刀刃使其可以在最終工位3中在合理的時間內被給予最終的修整(可以是拋光或研磨)。后面將描述的工位3具有與工位I和2完全不同的設計，以作為完成出廠質量刀刃的制造的必需。
[0041]盡管其它切除和碎裂材料(這里被稱作“磨料”)被評估并可以被使用，在本原型的工位I和2中，金剛石被選用。用于兩個工位中的支撐盤的直徑為大約2英寸，并且在磨銳時該盤與刀小面之間的接觸點以大約3/4英寸的半徑旋轉。刀刃形成的試驗在大范圍的盤轉速(RPM)下并利用各種磨粒尺寸和晶體結構而進行。盡管較高和較低的RPM生產出相當好的刀刃，但在合理時間內給出滿意刀刃的最佳速度是在700至4000RPM的范圍內，即在刀刃形成位置處大約275至1570英尺每分鐘的平均顆粒速度。在這一速度范圍時工位I和2中被發現最佳的彈簧力為從0.1至1.0磅變動，同時優選的力為小于0.6磅。大于0.6磅的彈簧力導致沿刀刃的更多不規則，并降低了刀刃的尖銳度。在工位I和2的這些試驗期間的金剛石晶體的尺寸從600至2000目的范圍內變動。滿意的結果在這一范圍獲得,但顆粒尺寸越大，刀刃條件就越依賴于旋轉速度。
[0042]在工位I中預磨銳陶瓷刀片要求相對較大的磨粒以便迅速地去除可能沿著其刀刃存在的任何大的缺口。工位2包含較細的磨粒以便制造更尖銳的刀刃。這兩個工位都被設計為在該相同的方向(見圖4)上旋轉，這驅動切除“磨料”進入刀的刀刃而不是首先越過刀刃小面再向刀刃外部離開。如圖2所示，工位I和2中的這些盤的前部圓周邊緣向上旋轉，并且刀導向件10和11被精密地牽引，這樣刀小面和刀刃在每個盤上電動機軸的前方(面向讀者)和在圖4所示的前上象限中的一點處接觸旋轉盤。在盤上的這個區域處，“磨料”顆粒向上移動“進入”刀刃。刀小面的平面在該接觸點處與旋轉的盤表面近似平行。圖4顯示了刀9、小面接觸點14的相對運動及盤3和4的優選方向。圖5顯示了工位3中的運動的相反方向。
[0043]實驗和測試表明，只要磨料顆粒在預磨銳工位中以這種方式被驅使去擠壓刀片材料，磨料顆粒的接近角就不那么關鍵。接近角能近似平行于刀刃小面或能近似垂直于刀刃小面。磨料顆粒在接觸點處的接近角可以是相對于刀片小面的在10至90度之間任何角度，優選角度為90度。要弄清楚接近角或離去角不是小面角。精密研磨小面角控制的現有技術可以被用于由陶瓷或其它適合的堅硬易碎的晶體或非晶體材料構成的刀片。
[0044]圖6和7示出了用于工位I和2的接近角以及用于工位3的離去角的變體，其中用于工位I和2的接近角和用于工位3的離去角是90度。圖8-9顯示了其中用于工位I和2的接近角和用于工位3的離去角為10度的變體。如圖所示，用于工位I和2中的磨銳元件的運動方向在每種變體中都與第3工位中的運動方向相反或不同。
[0045]工位I的詳細設計，被認為是最佳尺寸和晶體結構的有效“磨料”顆粒、適合的顆粒速度(盤尺寸和RPM)、以及仔細確定的作用在刀片刀刃上的研磨力(如:彈簧6)的獨特組合，被用于建立和限制磨料與刀片小面之間的接觸的研磨力。其它形式的力可以被用于建立和限制研磨力，諸如泡沫、拉緊的塑料構件和其它彈性材料。這一工位必須有足夠的侵蝕性來從刀刃去除所有的大的缺口，并為工位2留下足夠精細的刀刃。
[0046]工位2的目的是充分改善工位I中制得的刀刃，使得最終工位3中更加精致的修整能在合理的時間內將刀刃改善至出廠質量。在考慮工位2的設計時，出于設計和建造的目的以與工位I相同的RPM驅動工位2的盤4、4是便利的。圖2-3示出了工位I和2都由同一軸13并且以相同速度被驅動。如后文將介紹的，工位3的技術與前兩個工位非常不同，所以它關于顆粒方向、速度等的要求最好分開考慮，以進行最佳的刀刃修整。
[0047]對于工位2，在工位I基礎上需要的主要變化是使用稍微精細些的顆粒尺寸。因為工位2中制造的結果刀刃將更尖銳，寬度更窄，最好是在彈簧7上使用比工位I中稍微低些的彈簧力。相信最佳結果是當彈簧力在0.2至0.5磅的范圍內時獲得的。最佳顆粒尺寸也更小，磨粒精細至2000目。
[0048]工位3代表最大的挑戰。
【發明者】們驚奇地發現，用工位I和2的技術來制造出廠質量的刀刃是不可能的。修整至出廠質量不能使用在前兩個工位中運行良好的在背面帶有剛性金屬的盤用金剛石顆粒來實現。如果剛性盤被使用或當速度增加時，磨刀器的機械完美性和它的驅動被顯示具有嚴格的要求。為了最佳的預期結果，對工位3的盤而言將“磨料”顆粒嵌入軟的塑料介質中被證明是關鍵的。
【發明者】們驚奇地發現，最好是反轉或者至少改變磨料顆粒的方向，以便使用更高的磨料速度并且將滿載磨料的輪引導到“刀刃之外”(見圖5)。更讓人驚奇的是，這種用于磨料的較軟的嵌入介質使得使用我們可能已經與剛性金屬襯背一起使用過的稍微大些的碳化硅磨料顆粒并同時實現超級刀刃質量是可能的。換言之，
【發明者】們能夠使用相比使用在背面帶有金屬的盤的話可能已成功使用的更大的磨料顆粒。尺寸約15微米的碳化硅磨料被使用于工位3中的兩個盤5中。在本發明的實踐中，盤硬度、顆粒尺寸和彈簧常數的其它組合可以被用于工位3的盤。
[0049]
【發明者】們發現，工位3中的塑料嵌入提供少許的彈力和顆粒對陶瓷刀刀刃小面的更溫和的沖擊，因此這些小面能夠被侵蝕或削薄而對刀刃本身的破環更小。工位3中主要用到的來自彈簧8的彈簧張力在0.6至1.24磅的范圍內，優選力為0.8至1.1磅。刀刃厚度能被減小至由熟練的工匠制造的最好的亞洲陶瓷刀的典型尺寸。這種配置下的磨料速度被發現在比預磨銳工位高的速度時效率最高、最有效。線速度被發現在700至3500英尺每分鐘時有效，最優值在1000至1500英尺每分鐘，對應于3000rpm以及更高。該更高的顆粒速度對于工位3中的最終刀刃修整而言是優選的。
[0050]用于工位3的令人滿意的塑料基的盤用由Masterbond公司(Hackensack, NJ)提供的特殊的環氧樹脂EP37-3FLF合成。60%重量的磨料和40%重量的環氧樹脂的比率在大多數的試驗中被使用。
[0051]當在改型的Rockwell硬度測試機中用直徑7/8"的鋼制壓縮球以60千克的初始載荷和10千克的恢復載荷測量時該材料的物理特性如下:
[0052]
____刻度
60千克初始壓痕(D印ress1n)__235__235
10 丁克恢復壓痕__85__90
差值__150刻度__145
恢復率
150 % 恢復率=64%61%
235___
[0053]為了將在工位I和2中操作使磨料被驅動“進入刀刃”及在工位3中操作使磨料“被驅出刀刃”的這三個盤合并入一個磨刀器外殼中，其中在圖3中所示的該原型中在工位3中需要較高的磨料速度，一組斜傳動齒輪17和15被用于產生驅動軸16相對于軸13的RPM的大約2比I的增加。工位3中的RPM于是在3600左右。盤直徑約為2英寸。雖然直齒輪可以替代斜齒輪被使用，但斜齒輪因為能夠降低噪聲和動力傳動沖擊而是優選的。
[0054]圖3示出了用于朝一個方向移動預磨銳元件3、4并朝不同的方向移動最終磨銳元件5的電動驅動結構的一個實施方式。如圖所示，電動機2驅動最終磨銳元件或盤5所安裝于其上的軸16。傳動機構連接軸16和預磨銳元件3、4所安裝于其上的軸13。如圖所示該傳動機構是軸16上的斜齒輪15，其與軸13上的斜齒輪17嚙合。其它形式的電動機/傳動機構在圖10-14中示出。
[0055]圖10示出了其中電動機2驅動軸13的變體。預磨銳工位(工位I和工位2)中的磨銳元件4、5將被安裝在電動機2左邊的軸13上。安裝在軸13上的斜齒輪17驅動安裝在軸16上的斜齒輪15，使得軸16朝與軸13相反的方向轉動。因此將被安裝在軸16上的右邊的最終磨銳元件5、5將朝與預磨銳工位的磨銳元件不同的方向被旋轉。軸13和16平行且相互間被移位。
[0056]圖11顯示了電動機/傳動機構的另一種形式，其利用了行星傳動機構。如圖所示，電動機2使被附裝至殼19的軸13旋轉，齒輪20、20被安裝在所述殼19中。中心齒輪21與齒輪20、20嚙合以驅動軸16。各種磨銳元件將被安裝在其各自的被對齊的軸13和16上。
[0057]圖12示出了電動驅動結構的另一種形式。如圖所示，電動機2驅動軸13以沿一個方向移動磨銳元件3、4。第二電動機2A朝不同方向旋轉軸16使得其磨銳元件5因此朝與預磨銳工位的磨銳元件3、4不同的方向被移動。軸13和16可以被對齊或者可以相互之間被移位。
[0058]另一種變體可以是用單獨的電動機驅動在其自己的軸上的每組預磨銳元件，以便以其自己的速度驅動每個工位的磨銳元件。這樣將導致三個軸和三個電動機。
[0059]圖13示出了電動驅動結構的又另一種變體。如圖所示，電動機2B是可逆且可變速的電動機。單一的軸22被電動機2B驅動。所有磨銳元件3、4、5都被安裝在同一個軸22上。當刀或其它切削工具正在工位I并且然后在工位2中被預磨銳時，電動機2B將以選定的速度朝一個方向驅動軸22。當刀或其它切削工具在工位3中時，軸22的旋轉方向將被反向，并且速度也可以被改變(優選是被增加)，這樣最終工位切削元件5、5因此朝與預磨銳工位切削元件不同的方向被移動并且可以以不同的速度被移動。
[0060]圖14-15示出了電動驅動結構的再另一種形式。如圖所示，電動機2驅動預磨銳軸13。第2或工位3的軸16被平行于第一軸13安裝并且被從第一軸13移位。第一帶輪23被安裝在軸13上，并且第二帶輪24被安裝在軸16上。各帶輪被交叉的帶25相互連接。因此，當電動機2朝一個方向轉動軸13時，包含各帶輪和帶的傳動機構導致軸16朝相反的方向轉動。軸13和16具有被安裝在這些軸上各自的磨銳元件。
[0061]電動驅動結構的各種替代形式可以在最終工位中提供更高的磨料速度和不同的旋轉方向。因此，這些替代的設計可以使用以不同的速度朝不同的方向驅動它們的軸的兩個電動機(圖12)、或者使用具有交叉的帶連接的帶輪(圖14)，來將一個電動機軸的動力與將朝相反方向轉動的第二軸相接合。各替代設計可以具有帶有可調節速度控制的可逆電動機(圖13)來獲得最優的速度和正確的方向，或者具有交叉的帶傳動機構的電動機。
[0062]用只含有兩個工位的磨刀器來實踐本發明也是可能的。這種兩工位配置的工位將用到與上述的更大的(3工位)磨刀器的工位2和工位3類似的技術。
[0063]兩工位配置將需要更多時間來磨銳非常鈍的有缺口的刀。第一工位中的中間尺寸的磨粒將很可能被使用于該兩工位磨刀器中，結果將花費更長時間來去除刀刃上的大的缺口。因為在該第一工位中刀刃質量較差，所以在新的第三工位將花費更長時間來修整。
[0064]圖2-3示出了磨刀器在其各工位的每個中具有一組兩個磨銳元件或盤。實踐中，刀將抵靠其中的一個盤被放置來磨銳刀刃的一側或小面，并且然后抵靠該工位的另一個盤被放置來磨銳該刀刃的另一側。本發明可以被實踐為其中兩側被同時磨銳。例如，不是具有兩個分離的和明顯不同的磨銳元件，諸如在圖2-3所示的其中一個小面被抵靠一個磨銳元件磨銳而另一個小面被抵靠另一個磨銳元件磨銳，而是相互交叉的磨料輪可以被用來同時磨銳兩個小面。在有或者沒有導向結構的情況下，刀片刀刃將被放置在相互交叉的磨銳元件的交叉點處，這樣兩個小面同時與磨銳元件接觸。這樣的同時磨銳可以在任一或所有工位中進行。
[0065]本發明廣泛包含了提供一種用于磨銳切削工具的切削刀刃的電動磨刀器。特別是，所述切削刀刃由堅硬且易碎的材料制成的，比如陶瓷刀。這種磨刀器包含至少一個預磨銳工位和至少一個最終或修整工位。至少一個表面有磨料的預磨銳工位磨銳元件在預磨銳工位中，并且至少一個表面有磨料的最終工位磨銳元件在最終工位中。優選地，導向結構被設置在每一個預磨銳工位和最終工位中，以導向和穩定切削工具刀片、并將切削工具刀刃精確對準和定位在各自的磨銳元件的磨料表面上規定位置處。電動驅動結構將預磨銳工位磨銳元件向一個方向移動，并將最終工位磨銳元件向不同于第一方向的第二方向移動。
[0066]該磨刀器的一些特征和它的使用方法包括如下。
[0067]用于磨銳刀和其它陶瓷切削工具的磨刀器，包含兩個或多個工位，其中一個或多個工位提供粗磨銳(預磨銳)，并且隨后的一個或多個工位提供刀刃的修整。
[0068]a.預磨銳工位(一個或多個)中的各研磨元件沿一個方向移動，并且修整工位(一個或多個)中的研磨元件沿不同的方向移動。
[0069]b.各研磨元件可以被確定形狀為盤、鼓、帶等。
[0070]c.預磨銳工位(一個或多個)中的磨銳機構每次在一側上磨銳陶瓷刀或其它切削工具的一側。
[0071]d.預磨銳工位(一個或多個)中的磨銳機構可以替代地通過使用相互交叉的、表面有磨料的齒或輪來同時磨銳陶瓷刀或其它切削工具的兩側。
[0072]e.修整工位(一個或多個)中的磨銳機構一次磨銳刀刃的一個小面。
[0073]f.修整工位(一個或多個)中的研磨元件(一個或多個)由允許它們折曲和彎曲的柔性材料構成。
[0074]用于有效磨銳陶瓷刀和其它堅硬而易碎的切削工具的磨料粒度尺寸可以變動如下:
[0075]a.在預磨銳工位(一個或多個)中，粒度尺寸可以從600至2000變動。為了達到最有效的磨銳，最優范圍是1200至2000。
[0076]b.在修整工位(一個或多個)中，粒度尺寸可以從5微米至30微米變動。為了達到最有效的修整，最優范圍是8至15微米。
[0077]c.在修整工位(一個或多個)中，柔性基體中磨料的彈簧力可以從0.6磅至1.24膀變動。為了達到最有效的修整，該彈黃力徂圍落在0.8至1.1膀內。
[0078]磨刀器中的磨料相對于陶瓷刀的刀刃的線速度，對于成功開發最好質量的尖銳刀刃是非常重要的。
[0079]a.預磨銳工位(一個或多個)中的磨料的線速度可以從500至3000英尺每分鐘變動。為了達到最有效的預磨銳，該線速度應該是600至1000英尺每分鐘。
[0080]b.修整工位(一個或多個)中的磨料的線速度可以從700英尺每分鐘至3500英尺每分鐘變動。為了達到最有效的修整，該范圍應該是1000至1500英尺每分鐘。
[0081]磨刀器中的研磨元件由電動機驅動來獲得用于預磨銳和修整工位(一個或多個)的最優速度和方向。由于預磨銳工位(一個或多個)以與修整工位(一個或多個)不同的速度和方向移動，速度變化和方向改變可以通過以下方式獲得:
[0082]a.傳動機構
[0083]?傳動機構可以是齒輪系。斜齒輪比“直”齒輪有效得多。
[0084]?傳動機構可以是交叉的帶。
[0085]?傳動機構可以包含至少一個帶輪。
[0086]b.使用單獨驅動預磨銳和研磨工位(一個或多個)的兩個不同的電動機。
[0087]c.使用帶有速度控制機構的可逆的電動機來單獨驅動預磨銳和研磨工位。
[0088]修整工位(一個或多個)的一些優選的特征是，其磨銳元件具有用于接觸切削工具的主動區域。磨銳元件在主動區域中是柔性的以允許該盤在重復加載時折曲和彎曲來提供磨料顆粒對切削工具刀刃小面的更溫和沖擊，并且因此這些小面將以對刀刃本身相當小的損傷而被侵蝕或削薄，且最終刀刃的厚度可以被減小到最優尖銳度。修整工位的磨銳元件是一個裝載有磨料的聚合樹脂系統，當用直徑7/8"的鋼制球、以最小重量10千克和最大重量60千克在Wilson Rockwell測試機上測量時，所述系統具有在61 %至64%的范圍內的恢復率和145至150刻度的殘余壓痕。磨銳元件是一個裝載有磨料的聚合樹脂系統，裝載有50%至70%重量的具有粒度尺寸為5-30微米、優選為8-15微米的磨料材料顆粒。優選的磨料為碳化鎢，碳化硅，碳化硼或金剛石。磨料材料比待被磨銳的刀片的材料(比如陶瓷)堅硬。
[0089]如對本領域技術人員顯而易見的，在本發明的教導下的其它的變體是可能的。
【權利要求】
1.一種用于磨銳切削工具的切削刀刃的電動磨刀器，所述磨刀器具有:至少一個預磨銳工位，在所述預磨銳工位中的具有研磨表面的至少一個磨銳元件，在所述磨刀器中的最終工位，在所述最終工位中的具有研磨表面的至少一個最終工位磨銳元件，以及電動驅動結構，其用于沿一個方向移動所述至少一個預磨銳工位磨銳元件、并用于沿不同于所述第一方向的第二方向移動至少一個最終工位磨銳元件。
2.根據權利要求1所述的磨刀器，其中:所述預磨銳工位包括預磨銳工位導向結構，其用于導向和穩定所述切削工具以便將所述工具的切屑刀刃精確對準和定位在所述預磨銳工位磨銳元件的所述研磨表面上的規定位置處；并且所述最終工位具有最終工位導向結構，其用于導向和穩定所述工具的切削刀刃以便將所述工具的切削刀刃精確對準和定位在所述最終工位磨銳元件的所述研磨表面上的規定位置處。
3.根據權利要求1所述的磨刀器，其中:所述至少一個預磨銳工位磨銳元件被安裝在可旋轉的預磨銳軸上，所述至少一個最終工位磨銳元件被安裝在最終工位磨銳軸上，所述預磨銳工位軸和所述最終工位軸被從彼此移位并且彼此平行，并且傳動機構將所述預磨銳工位軸互連到所述最終工位軸以用于改變各所述軸的旋轉方向。
4.根據權利要求3所述的磨刀器，其中:所述傳動機構包括齒輪系，所述齒輪系包括各所述軸的每一個上的相互嚙合的斜齒輪。
5.根據權利要求3所述的磨刀器，其中:所述傳動機構選自包括齒輪系、行星齒輪機構、交叉的帶與帶輪的組；并且電動機旋轉各所述軸之一。
6.根據權利要求1所述的磨刀器，其中:所述至少一個預磨銳工位磨銳元件的每個被安裝在電動機驅動的軸上，并且所述至少一個最終工位磨銳元件被安裝在由另一臺電動機驅動的單獨的軸上。
7.根據權利要求1所述的磨刀器，其中:所述至少一個預磨銳工位磨銳元件被安裝在可旋轉的軸上、并且所述至少一個最終工位磨銳元件也被安裝在所述軸上，并且可逆且可變速度的電動機驅動所述軸以便選擇性地改變所述軸的旋轉方向、以及允許所述預磨銳工位磨銳元件以與所述最終工位磨銳元件不同的速度旋轉。
8.根據權利要求1所述的磨刀器，其中:存在包括工位I和工位2的兩個所述預磨銳工位，至少一個磨銳元件在所述工位I和工位2的每一個中，并且工位I和工位2中的所有所述磨銳元件被安裝在單一軸上，并且所述最終工位是工位3。
9.根據權利要求8所述的磨刀器，其中:工位I和工位2的每個中的所述預磨銳元件上的所述研磨表面上的磨料顆粒具有600-2000的粒度尺寸,工位3的所述磨銳元件上的磨料顆粒具有5微米至30微米的粒度尺寸、并且還具有0.6磅至1.24磅的彈簧張力。
10.根據權利要求9所述的磨刀器，其中:所述預磨銳元件的所述磨料顆粒具有1200-2000的粒度尺寸，所述工位3的磨銳元件的所述磨料顆粒具有8至15微米的粒度尺寸、并且還具有0.8至1.1磅的彈簧力。
11.根據權利要求8所述的磨刀器，其中:工位I包含呈可旋轉盤形式的一組兩個磨銳元件，所述工位2的磨銳元件是一組兩個可旋轉盤，并且所述工位3的磨銳元件是一組兩個可旋轉盤。
12.根據權利要求11所述的磨刀器，其中:倒置的U型彈簧導向件被安裝在所述盤的每一組之間，所述彈簧導向件具有位于所述導向結構的每一個處的彈簧臂，所述彈簧臂用于使被插入在所述彈簧臂和所述導向結構之間的切削刀刃保持抵靠所述導向結構的平面放置，所述預磨銳工位磨銳元件的每個具有在剛性盤上的研磨表面，所述最終工位磨銳元件的每個由嵌入能夠折曲和彎曲的軟介質內的磨料顆粒形成。
13.根據權利要求1所述的磨刀器，其中:所述至少一個預磨銳工位磨銳元件是剛性背襯上的研磨表面的形式，并且所述至少一個最終工位磨銳元件是嵌入能夠折曲和彎曲的軟介質的磨料顆粒的形式。
14.根據權利要求1所述的磨刀器，其中:存在僅單一的預磨銳工位和僅單一的最終工位。
15.根據權利要求1所述的磨刀器，其中:所述最終工位磨銳元件具有用于接觸切削工具的主動區域，所述磨銳元件在所述主動區域中是柔性的以允許所述磨銳元件在重復加載時折曲和彎曲，從而提供磨料顆粒對切削工具刀刃小面的更溫和的沖擊，并且因此這些小面將以對刀刃本身相當小的損傷而被侵蝕或削薄，且最終的刀刃厚度可以被減小到最優尖銳度。
16.根據權利要求15所述的磨刀器，其中:所述最終工位磨銳元件是裝載有磨料的聚合樹脂系統，當使用直徑7/8〃的鋼制球以最小重量10千克和最大重量60千克在WilsonRockwell測試機上測量時，所述樹脂系統具有在61%至64%的范圍內的恢復率和145至150刻度的殘余壓痕。
17.根據權利要求15所述的磨刀器，其中:所述最終工位磨銳元件是裝載有磨料的聚合樹脂系統，所述樹脂系統裝載有50% -70%重量的磨料材料顆粒，所述顆粒具有5至30微米的粒度尺寸。
18.根據權利要求17所述的磨刀器，其中:所述最終工位磨料由比陶瓷堅硬的材料制成。
19.根據權利要求17所述的磨刀器，其中:所述最終工位磨料由選自包括碳化鎢、碳化硅、碳化硼或金剛石的組的材料制成。
20.一種磨銳切削工具的堅硬而易碎的切削刀刃的方法，其包括:提供一種磨刀器，所述磨刀器具有至少一個預磨銳工位和至少一個最終磨銳工位，其中，在所述預磨銳工位中具有至少一個表面有磨料的預磨銳元件并且在最終工位中具有至少一個表面有磨料的最終工位磨銳元件；將所述堅硬而易碎的切削刀刃抵靠所述預磨銳元件的研磨表面放置；沿第一方向移動所述預磨銳元件以便預磨銳所述切削刀刃；從第一工位移開所述切削刀刃；將所述切削刀刃抵靠所述最終工位磨銳元件的研磨表面放置；以及沿與所述第一方向不同的第二方向移動所述最終工位磨銳元件以便磨銳所述切削刀刃。
21.根據權利要求20所述的方法，其中:通過將所述切削刀刃抵靠導向結構放置，所述切削刀刃被插入所述預磨銳工位中，其中所述導向結構用于導向和穩定所述切削刀刃、并且將所述切削刀刃精確定位在所述預磨銳工位磨銳元件的研磨表面上的規定位置處；并且通過將所述切削刀刃抵靠最終工位導向結構放置，所述切削刀刃被放置在所述最終工位中，其中所述最終工位導向結構用于導向和穩定所述切削刀刃、以便將所述切削刀刃精確對準和定位在所述最終工位磨銳元件的研磨表面上的規定位置處。
22.根據權利要求20所述的方法，其中:所述預磨銳元件被沿第一方向旋轉，并且所述最終工位磨銳元件被沿與所述第一方向相反的第二方向旋轉。
23.根據權利要求20所述的方法，其中:所述預磨銳工位磨銳元件上的磨料顆粒進入所述切削刀刃的接近角在10度和90度之間，并且所述最終工位中的磨料顆粒的離去角在10度和90度之間。
24.根據權利要求20所述的方法，其中:每個預磨銳工位具有一組兩個預磨銳元件，并且在所述預磨銳工位中所述切削刀刃一次被磨銳一側。
25.根據權利要求20所述的方法，其中:所述切削刀刃的兩側被同時磨銳。
26.根據權利要求20所述的方法，其中:所述最終工位磨銳元件以比所述至少一個預磨銳工位磨銳元件的線速度快的線速度被移動。
27.根據權利要求26所述的方法，其中:所述預磨銳工位中的磨料的線速度為從500到3000英尺每分鐘，所述最終工位磨銳元件上的磨料顆粒的線速度為從700英尺每分鐘至3500英尺每分鐘，預磨銳切削元件上的磨料顆粒具有600至2000的粒度尺寸，并且所述最終工位磨銳元件中的磨料顆粒具有5微米至30微米的粒度尺寸、并具有0.6磅至1.24磅的彈黃力。
28.根據權利要求20所述的方法，其中:所述堅硬而易碎的切削刀刃由陶瓷材料制成。
29.根據權利要求20所述的方法，其中:所述預磨銳工位磨銳元件中的磨料顆粒沿一方向移動進入切削刀刃并且然后越過支撐的刀刃小面，并且所述最終工位磨銳元件中的磨料顆粒沿相反的方向移動首先越過支撐的刀刃小面并且然后移出所述刀刃本身。
30.根據權利要求20所述的方法，其中:對所述堅硬而易碎的切削刀刃的磨銳在干磨銳環境中完成，其在磨銳時不依賴于液體進行冷卻、潤滑或磨料分散。
31.根據權利要求20所述的方法，其中:所述預磨銳工位包括工位I和工位2，且所述最終磨銳工位是工位3，在工位I期間從刀刃去除大的缺口，在工位2期間改善所述刀刃，并且在工位3中修整/拋光/研磨所述刀刃。
32.根據權利要求31所述的方法，其中:工位1、工位2和工位3的每個中的磨銳元件包括由彈簧驅使分開并朝向導向表面的一組盤，工位2中的各磨銳元件具有比工位I中的磨料顆粒的粒度尺寸細的磨料顆粒、并具有比工位I中的彈簧力小的彈簧力，并且工位3中的各磨銳元件以比工位I和工位2中的磨銳元件高的速度移動。
33.根據權利要求20所述的方法，其中:存在僅單一的預磨銳工位和單一的最終工位。
【文檔編號】B24B3/54GK104185536SQ201280070427
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2012年12月20日 優先權日:2011年12月22日
【發明者】G·C·亨森, S·魏納, D·D·弗里爾 申請人:埃奇克拉夫特公司