专利名称：振动手电锯的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采用振动切削机理工作的切削刃做复合往复直线运动的电动工具，特别是对于碳素钢、铸铁、混凝土等高硬度材料，可以高效、便捷、精确、安全地在工作现场锯切的振动手电锯。
现有的切削刃做直线运动的手电锯的工作原理一般是由电动机驱动一个曲柄滑块机构，由曲柄滑块机构带动锯条做单纯的往复直线运动进行切削，切削刃的切削机理是普通的切削机理，即切削刃必须持续挤压被切材料，以使被切削处材料形成较大范围的弹塑性变形区域，产生大量的滑移变形之后从应力集中处断裂产生切屑。参照附图1的普通切削机理下切削力P(t)与时间t的关系图，在切削过程中，切削力P(t)是在一个恒定的切削力Pmean上叠加了复杂波形交变力Psinωt的持续切削力。即P(t)＝Pmean＋Psinωt，而不是一个恒定的力。切削过程中恒定力Pmean是产生交变力Psinωt的必要条件，切削过程中的发热和切削刃的磨损大多由此力造成。交变力的主要作用是进行切削，产生切屑。由于切削力大，为了保证悬臂安装的锯条在切削时不失稳，必须使用厚度尺寸大的锯条以获得高刚性，而厚的锯条切削量大，产生大的切削力，又必然需大功率的电动机、大尺寸高强度结构件，使得整机体积、功耗大、重量重，与被切材料之间的作用力、反作用力大，在切削钢铁等材料时难于握持，不适于长时间手持操作使用。圆盘式手电锯结构简单，锯切速度快，也是以普通切削机理切削，但同样存在体积、重量、功耗大的缺陷，特别是由于结构特点，不能曲线锯切，难于在工作现场对不规则工件进行锯切。因此，采用普通切削机理工作的旧式手电锯，由于在切削钢铁等高硬度材料时的切削力大、难于握持、锯条易失稳、磨损、工作效率低，只适用于锯切木材或与之硬度相近的材料。
本实用新型的目的就是针对上述现有手电锯中存在的不足而设计的一种主要用于锯切碳素钢、铸铁等硬质材料，切削时平均切削力小、锯切尺寸精确、切削热极微、无切削火花、锯切效率高、重量轻、体积小、易于操作、使用安全的振动手电锯。用于在工作现场曲线或直线锯断及定尺寸锯切碳素钢、铸铁等高硬度材料和各种中、低硬度的金属及合金材料与石材、木材、塑料等材料。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型包括手柄、电动机、减速器、运动箱、一次运动(锯条做的相对于运动箱的振幅大、频率低的运动)机构、前支梁、锯条，其特征在于在一次运动机构的一次运动滑块上安装有二次运动(锯条做的相对于一次运动滑块的快速振动)机构，与电动机联接的减速器有传动轴A和传动轴B二根输出轴分别与安装在运动箱中的一次运动机构和二次运动机构联接，锯条固定在与二次运动机构的传动杆轴向固定联接的锯夹滑块上，前支梁上安装有标尺机构。工作时，电动机传动减速器，传动轴A带动一次运动机构，使一次运动滑块在固定在运动箱上的两根平行的滑柱上做振幅大、频率低的往复运动，主要作用是排除切屑；传动轴B带动二次运动机构传动锯条，做相对于一次运动滑块的振幅小、频率高的振动。一次运动机构和二次运动机构产生的复合运动就可使锯条的切削刃在振动切削机理下切削。在振动切削时，切削刃对被切削材料施加的是脉冲切削力。切削刃与被切削材料之间产生连续的与一次冲击破坏机理相同的动态现象，即冲击→脱离→冲击，被切材料在不产生塑性变形时就转变为脆性断裂形成切屑。附图2是振动切削机理下切削力P(t)与时间t的关系图，此时的平均切削力仅是普通切削机理时的1/3-1/5，甚至更小。如电火花加工，激光加工等利用热脉冲进行加工的方式，振动切削是利用力脉冲，最高效率地利用能量进行切削。在振动切削中，振动产生刚性化效应，使得振动手电锯、锯条和被切削件表现出来的刚性都相当于普通切削时的数倍，这样，被切削件和振动手电锯之间有相对静止化效果，使得振动手电锯易于握持操作。由于钢性化效应，在受持续切削力时显得刚性不足的薄锯条在振动切削时具有足够的刚性。同时，本振动手电锯的复合结构的锯条在相同厚度时有比普通单一结构的锯条更高的刚性。由于使用薄的复合结构的高刚性锯条，对被切材料的损耗小，切削量的减小使得切削力减小，切削力的减小又有利于锯条在锯切时不失稳，与振动切削机理本身的切削力减小效应共同作用的结果，使得振动手电锯锯切时的平均切削力远小于普通手电锯锯切时的平均切削力。在振动锯切时，切削刃有锋利化效应，即表现出比在普通切削机理下更锋利的切削效果，同时，在振动切削中，恒定力Pmean的消失，使得切削热极微，不会因产生大量的切削热而浪费能量，也不会因切削热而对被切材料产生热破坏作用，也不会因被切材料的热熔化产生积屑瘤或粘齿现象。因此，锯条切削效率高，不易磨损，使用寿命长。综上所述，由于平均切削力的减小，切削效率的提高，就可以使用小功率电动机，对零部件的结构强度的要求也较小，被锯切材料与振动手电锯之间的作用力与反作用力也小，从而使得整机重量轻、体积小、功耗低，易于握持操作。由标尺杆、标尺卡、标尺杆固定螺钉、标尺卡锁紧螺钉、标尺杆轴组成的标尺机构安装在前支梁上，标尺杆可绕标尺杆轴转动。在进行确定锯入深度的定尺寸锯切时，用标尺杆固定螺钉将标尺杆直立固定，调节标尺卡至预定锯入深度尺寸并用标尺卡锁紧螺钉锁紧于标尺杆上，当锯入预定深度后，标尺卡与被锯切材料碰触，锯条不再向下锯切，保证锯切尺寸精度；在不需定尺寸锯切时，可将标尺杆绕标尺杆轴转向运动箱，用标尺杆固定螺钉固定。也可卸下标尺杆轴，将标尺机构取下，使得振动手电锯的外形尺寸、结构重量更小。
所述的一次运动机构的构成是传动轴A与由大锥齿轮和小锥齿轮组成的一次运动锥齿轮副中的小锥齿轮联接，大锥齿轮安装在固定在固定块上的一次运动轴上，固定块固定在运动箱上，摇臂固定在大锥齿轮上，与固定在运动箱上的滑柱滑动联接的一次运动滑块上固定有与摇臂上的拨块相配合的垂直于滑柱的滑槽，当传动轴A转动时，就可使一次运动滑块在滑柱上做相对于运动箱的前后往复运动(一次运动)。
所述的一次运动机构的构成也可以是传动轴A与由蜗杆、蜗轮组成的一次运动蜗轮、蜗杆副中的蜗杆联接，蜗轮安装在固定在固定块上的一次运动轴上，固定块固定在运动箱上，摇臂固定在蜗轮上，与固定在运动箱上的滑柱滑动联接的一次运动滑块上固定有与摇臂上的拨块相配合的垂直于滑柱的滑槽，传动轴A转动时，就可使一次运动滑块在滑柱上做相对于运动箱的前后往复运动(一次运动)。
所述的二次运动机构的构成是传动轴B与安装于一次运动滑块上的二次运动锥齿轮副中的一个锥齿轮联接，另一个锥齿轮与由曲柄轴、连杆、连杆销、传动滑块组成的曲柄滑块机构中的曲柄轴固定联接，传动杆与传动滑块和锯夹滑块轴向固定联接，一次运动滑块上有与传动滑块配合的平行于滑柱的滑孔，当传动轴B转动时，使曲柄滑块机构的传动滑块做相对于一次运动滑块的与滑柱方向平行的往复直线运动。并将运动通过锯夹滑块传至锯条。
所述的二次运动机构的构成也可以是传动轴B与安装于一次运动滑块上的二次运动锥齿轮副中的一个锥齿轮联接，另一个锥齿轮与由曲柄轴、传动滑块、导块、滑块组成的曲柄滑块机构中的曲柄轴联接，一次运动滑块上有与传动滑块配合的平行于滑柱的滑孔，当传动轴B转动时，使曲柄滑块机构的传动滑块做相对于一次运动滑块的与滑柱方向平行的往复直线运动，并将运动通过锯夹滑块传至锯条。
所述的二次运动机构的构成也可以是传动轴B与轴向固定安装于一次运动滑块上的筒形凸轮联接，与筒形凸轮的滑槽滑动联接的从动杆与锯夹滑块轴向固定联接，一次运动滑块上有与从动杆配合的与滑柱平行的滑孔，当传动轴B传动筒形凸轮转动时，从动杆就做由筒形凸轮的滑槽确定的相对于一次运动滑块的与滑柱平行的往复直线运动，并将运动通过锯夹滑块传至锯条。
所述的二次运动机构的构成也可以是传动轴B与轴向固定安装于一次运动滑块中的端面凸轮联接，在从动杆与一次运动滑块之间装有回位弹簧，从动杆与锯夹滑块轴向固定联接，一次运动滑块上有与从动杆配合的与滑柱平行的滑孔，当传动轴B传动端面凸轮转动时，从动杆就做由端面凸轮确定的相对于一次运动滑块的与滑柱平行的往复直线运动，并将运动通过锯夹滑块传至锯条。
所述的二次运动机构的构成也可以是传动轴B与安装在一次运动滑块上的二次运动锥齿轮副中的一个锥齿轮联接，另一个锥齿轮与安装在一次运动滑块上的平盘凸轮的轴固定联接，在从动杆与一次运动滑块之间装有回位弹簧，一次运动滑块上有与从动杆配合的与滑柱平行的滑孔，当传动轴B转动时，带动平盘凸轮转动，从动杆就做由平盘凸轮确定的相对于一次运动滑块的与滑柱平行的往复直线运动，并将运动通过锯夹滑块传至锯条。
所述的传动轴B与和它联接的锥齿轮或筒形凸轮或端面凸轮有相互轴向滑动配合的多边形或花键截面，这样传动轴B既可传动锥齿轮或筒形凸轮或端面凸轮动，又可做相对于锥齿轮或筒形凸轮或端面凸轮的轴向滑动。
所述的锯条是用数种材料对称分层制成，各层的材料既可以是相同的材料也可以是不同的材料，各层材料之间紧密结合。由于这种复合结构，在相同的厚度时，有比单一结构的锯条更高的刚性，同时可以兼顾要求切削刃的高硬度，高耐磨性和锯条其它部位的高强度、高韧性，使锯条有良好的综合使用性能。
采用上述结构的振动手电锯，具有平均切削力小，锯切效率高、尺寸精确、电机功耗低、重量轻、体积小、易于操作、使用安全的特点，可以在工作现场曲线或直线锯断或定尺寸锯切碳素钢、铸铁等高硬度材料和各种中、低硬度的金属及合金材料与石材、木材、塑料等材料。
图1是普通切削机理下切削力P(t)与时间t的关系图。
图2是振动切削机理下切削力P(t)与时间t的关系图。
图3是本实用新型的主视图。
图4是图3的右视图。
图5是本实用新型的一次运动机构的第二个实施例的结构图。
图6是振动手电锯中构成二次运动机构的一种曲柄滑块机构型式的结构图(图3的A-A剖视(一))。
图7是振动手电锯中构成二次运动机构的另一种曲柄滑块机构型式的结构图(图3的A-A剖视(二))。
图8是振动手电锯的二次运动机构的型式之一的筒形凸轮机构的结构图。
图9是振动手电锯的二次运动机构的型式之一的端面凸轮机构的结构图。
图10是振动手电锯的二次运动机构的型式之一的平盘凸轮机构的结构图。
图11是图3的C向视图。
图12是图3的D-D剖视图。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明参照图3、图4，本实用新型由手柄(18)、电动机(17)、减速器(16)、运动箱(7)、一次运动机构、二次运动机构、前支梁(6)、标尺机构、锯条(1)这几个部分组成。手柄(18)上的电源开关与电源线及电动机(17)电联接，电动机(17)与减速器(16)固定联接，电动机(17)的输出轴与减速器(16)的输入轴联接，减速器(16)有传动轴A(15)和传运轴B(14)二根输出轴分别与运动箱(7)中的一次运动机构和二次运动机构联接。传动轴A(15)支承于固定在运动箱(7)上的轴承座(29)上，带动一次运动锥齿轮副(12、13)转动，摇臂(25)固定在大锥齿轮(12)上，随大锥齿轮(12)在固定在固定块(27)上的一次运动轴(26)上转动，摇臂(25)上的拨块(24)在与之配合的固定在一次运动滑块(8)上的垂直于滑柱(9)的滑槽(23)中运动，拨动与固定在运动箱(7)上的滑柱(9)滑动联接的一次运动滑块(8)在滑柱(9)上做往复直线运动(即一次运动)。传动轴B(14)是一根截面为多边形或花键的轴，它可与所传动的具有与其截面相配合的轴孔滑动面的锥齿轮(11)做相对轴向滑动。传动轴B(1 4)传动安装于一次运动滑块(8)上的二次运动锥齿轮副(10、11)带动一个曲柄滑块机构，带动传动杆(5)及与之轴向固定联接的锯夹滑块(4)及与锯夹滑块(4)固定联接的锯条(1)，使做相对于一次运动滑块(8)的快速振动(即二次运动)。前支梁(6)上有与锯夹滑块(4)配合的滑槽。这样，锯条(1)的运动就是相对于运动箱(7)的一次运动和相对于一次运动滑块(8)的二次运动的复合运动。使锯切在振动切削机理下进行。固定块(27、28)固定在运动箱(7)上对一次运动轴(26)、轴承座(29)起支承联接作用，运动箱盖(22)使运动箱封闭。标尺杆(3)可绕标尺杆轴(21)在前支梁(6)上转动。逆时针转动使直立，可用标尺杆固定螺钉(20)固定，标尺卡(2)可在标尺杆(3)上滑动及用标尺卡锁紧螺钉(19)锁紧在标尺杆(3)上进行定锯入深度锯切，当被锯切材料与标尺卡(2)相碰触时，振动手电锯即不再向下锯切；顺时针转动标尺杆(3)折向图中虚线位置，用标尺杆固定螺钉(20)固定，可以减小整体外形尺寸，也可以卸下标尺杆轴(21)，将标尺机构取下，使得结构体积、重量更小。
图5所示的本实用新型的一次运动机构的第二个实施例中，传动轴A(15)与一次运动蜗轮、蜗杆副(30、31)中的蜗杆(31)联接，蜗杆(31)支承在运动箱(7)上，摇臂(25)固定在蜗轮(30)上，随蜗轮(30)在固定在固定块(27)上的一次运动轴(26)上转动，摇臂(25)上的拨块(24)在与之配合的固定在一次运动滑块(8)上的垂直于滑柱(9)的滑槽(23)中运动，拨动与固定在运动箱(7)上的滑柱(9)滑动联接的一次运动滑块(8)在滑柱(9)上做往复直线运动(即一次运动)。
参照图6、图7，由二次运动锥齿轮副(10、11)带动产生二次运动的曲柄滑块机构，可以是图6或图7所示的二种曲柄滑块机构型式之一。
图6中，由锥齿轮(10)带动的并与锥齿轮(10)固定联接的安装于一次运动滑块(8)上的曲柄轴(35)，通过连杆(34)、连杆销(33)，带动安装于一次运动滑块(8)上的与平行于滑柱(9)的滑孔配合的传动滑块(32)产生与滑柱(9)平行的往复直线运动(二次运动)，再由轴向固定于传动滑块(32)中的传动杆(5)向与之轴向固定联接的锯夹滑块(4)传递运动。
图7中，由锥齿轮(10)带动的并与锥齿轮(10)固定联接的安装于一次运动滑块(8)上的曲柄轴(35)，可在滑块(37)内转动，滑块(37)在固定在传动滑块(32)中的具有垂直于传动滑块(32)的滑槽方向的滑槽的导块(36)中运动，使传动滑块(32)在一次运动滑块(8)中的与之配合的平行于滑柱(9)的滑槽中运动，再由轴向固定于传动滑块(32)中的传动杆(5)向与之轴向固定联接的锯夹滑块(4)传递运动。
参照图8、图9、图10，本设计的二次运动也可以由一个凸轮机构产生，其结构可以是一个筒形凸轮机构(图8)，或者一个端面凸轮机构(图9)，或者一个平盘凸轮机构(图10)。
图8中，传动轴B(14)带动轴向固定支承于一次运动滑块(8)中的具有与传动轴B(14)的截面相配合的轴向轴孔滑动面的筒形凸轮(38)转动，使与筒形凸轮的滑槽相配合的从动杆(39)在一次运动滑块(8)中的与之配合的与滑柱(9)的方向平行的滑孔中做由滑槽确定的与滑柱(9)平行的往复直线运动(二次运动)，再将运动传递到与从动杆(39)轴向固定联接的锯夹滑块(4)。
图9中，传动轴B(14)带动轴向固定支承于一次运动滑块(8)中的具有与传动轴B(14)的截面形状相配合的轴向轴孔滑动面的端面凸轮(40)转动，推动由安装在一次运动滑块(8)与从动杆(39)之间的回位弹簧(41)压迫使保持与端面凸轮(40)的端面接触的从动杆(39)，使从动杆(39)在一次运动滑块(8)中的与之配合的与滑柱(9)的方向平行的滑孔中做与滑柱(9)平行的往复直线运动(二次运动)，再将运动传递到与从动杆(39)轴向固定联接的锯夹滑块(4)。
图10中，锥齿轮(10)带动与锥齿轮(10)固定联接的安装于一次运动滑块(8)上的平盘凸轮(42)转动，平盘凸轮(42)推动由安装在一次运动滑块(8)与从动杆(39)之间的回位弹簧(41)压迫使保持与平盘凸轮接触的从动杆(39)，使从动杆(39)在一次运动滑块(8)中的与之配合的与滑柱(9)的方向平行的滑孔中做与滑柱(9)平行的往复直线运动(二次运动)。再将运动传递到与从动杆(39)轴向固定联接的锯夹滑块(4)。
图11中，标尺杆(3)上有长度数字刻度，标尺卡(2)有与标尺杆(3)配合的滑动面，标尺卡(2)上有标尺卡锁紧螺钉(19)，旋紧标尺卡锁紧螺钉(19)可将标尺卡(2)锁紧在标尺杆(3)上任意位置，标尺卡(2)中部有容纳锯条(1)的深度L大于或等于锯条(1)高度H的缺口。
图12中，锯条(1)用数种材料对称分层复合制成，锯刃材料(45)采用硬度高、耐磨、抗冲击性能好的材料做为切削刃，对称包在外侧的锯身材料(43、44)采用弹性、韧性良好的材料(本图只画出两层，可以为任意层)，锯身材料(43)与锯身材料(44)及锯刃材料(45)可以是相同的，也可以是不同的材料，层与层之间紧密结合。这样，锯条(1)整体就兼有良好的切削、耐磨性能和高的刚性。
权利要求1.一种振动手电锯，包括手柄、电动机、减速器、运动箱、一次运动机构、前支梁、锯条，其特征是在一次运动机构的一次运动滑块(8)上安装有二次运动机构，与电动机(17)联接的减速器(16)有传动轴A(15)和传动轴B(14)二根输出轴分别与一次运动机构和二次运动机构联接，锯条(1)与二次运动机构的锯夹滑块(4)固定联接，前支梁(6)上安装有标尺机构。
2.根据权利要求1所述的振动手电锯，其特征是一次运动机构的构成是传动轴A(15)与一次运动锥齿轮副(12、13)中的小锥齿轮(13)联接，大锥齿轮(12)安装在固定在固定块(27)上的一次运动轴(26)上，摇臂(25)固定在大锥齿轮(12)上，与固定在运动箱(7)上的滑柱(9)滑动联接的一次运动滑块(8)上固定有与摇臂(25)上的拨块(24)相配合的垂直于滑柱(9)的滑槽(23)。
3.根据权利要求1所述的振动手电锯，其特征是一次运动机构的构成也可以是传动轴A(15)与一次运动蜗轮、蜗杆副(30、31)的蜗杆(31)联接，蜗轮(30)安装在固定在固定块(27)上的一次运动轴(26)上，摇臂(25)固定在蜗轮(30)上，与固定在运动箱(7)上的滑柱(9)滑动联接的一次运动滑块(8)上固定有与摇臂(25)上的拨块(24)相配合的垂直于滑柱(9)的滑槽(23)。
4.根据权利要求1所述的振动手电锯，其特征是二次运动机构的构成是传动轴B(14)与安装于一次运动滑块(8)上的二次运动锥齿轮副(10、11)中的锥齿轮(11)联接，锥齿轮(10)与由曲柄轴(35)、连杆(34)、连杆销(33)、传动滑块(32)组成的曲柄滑块机构的曲柄轴(35)固定联接，传动杆(5)与传动滑块(32)和锯夹滑块(4)轴向固定联接。
5.根据权利要求1所述的振动手电锯，其特征是二次运动机构的构成也可以是传动轴B(14)与安装于一次运动滑块(8)上的二次运动锥齿轮副(10、11)中的锥齿轮(11)联接，锥齿轮(10)与由传动滑块(32)、导块(36)、滑块(37)和曲柄轴(35)组成的曲柄滑块机构的曲柄轴(35)固定联接，传动杆(5)与传动滑块(32)和锯夹滑块(4)轴向固定联接。
6.根据权利要求1所述的振动手电锯，其特征是二次运动机构的构成也可以是传动轴B(14)与轴向固定于一次运动滑块(8)上的筒形凸轮(38)联接，从动杆(39)与筒形凸轮(38)的滑槽滑动联接，并与锯夹滑块(4)轴向固定联接。
7.根据权利要求1所述的振动手电锯，其特征是二次运动机构的构成也可以是传动轴B(14)与轴向固定安装于一次运动滑块(8)中的端面凸轮(40)联接，从动杆(39)与一次运动滑块(8)之间装有回位弹簧(41)，从动杆(39)与锯夹滑块(4)轴向固定联接。
8.根据权利要求1所述的振动手电锯，其特征是二次运动机构的构成也可以是传动轴B(14)与安装在一次运动滑块(8)上的二次运动锥齿轮副(10、11)中的锥齿轮(11)联接，锥齿轮(10)与安装在一次运动滑块(8)上的平盘凸轮(42)的轴固定联接，从动杆(39)与一次运动滑块(8)之间装有回位弹簧(41)，从动杆(39)与锯夹滑块(4)轴向固定联接。
9.根据权利要求1所述的振动手电锯，其特征是锯条(1)是用数种材料对称分层复合制成，各层的材料既可以是相同的材料，也可以是不同的材料，各层材料层与层之间紧密结合。
10.根据权利要求1所述的振动手电锯，其特征是传动轴B(14)与锥齿轮(11)或筒形凸轮(38)或端面凸轮(40)有相互轴向滑动配合的多边形或花键截面。
专利摘要一种快速锯切碳素钢、石材、木材等材料的振动手电锯，它由手柄、电动机、减速器、运动箱、一次运动机构、前支梁、锯条组成，在一次机构的一次运动滑块上安装有二次运动机构，减速器的二根输出轴分别传动一次运动机构和二次运动机构，使复合结构的薄的锯条在振动切削机理下以脉冲力进行平均切削力小的高效率锯切，前支梁上装有标尺机构限定锯切尺寸，该手电锯重量轻、功耗小、使用安全、方便。
文档编号B23D49/16GK2238101SQ9522980
公开日1996年10月23日 申请日期1995年12月13日 优先权日1995年12月13日
发明者王文生 申请人:王文生