本发明涉及石材加工方法及装置，尤其涉及通过锯切的方法和装置。
背景技术
石材荒料自矿山开采出来后需裁切成板、条或块状半成品进行后续加工。现今常用圆盘锯、绳锯和往复式直线锯等设备和方法进行石材荒料的裁切。但对于大尺寸的荒料裁切、硬脆石材的裁切、荒料的出材率、加工效率以及刀具的使用寿命等关键问题至今仍然各有各的局限性。目前石材荒料裁切方法主要四种：（1）摆式钢砂研磨裁切方法并依此开发的花岗石摆式钢砂锯设备，因其效率较低，通常用于加工莫氏硬度>5°的花岗石类板材；其方法利用锯片与棱形钢砂对花岗石材料的冲击研磨来实现分切功能，这是目前用量最多的花岗石大型板材切分工艺装备，由于摆式砂锯需要加注钢砂，并保持锯片承受冲击力时的必要刚性，因此锯片厚度大，锯切加工时，将产生大的锯缝，导致产生大量废渣，并消耗较大能量，效率很低，且其使用成本较高，目前石材行业已基本不投资安装摆式钢砂锯。（2）绳锯回转裁切方法并依此开发的钢丝绳串珠锯，此方法和加工装备是近年来欧美等发达国家推荐使用的，即在环形细钢丝绳上固定一定量的金刚石圆柱体刀具，利用钢丝绳的连续高速旋转来分切石材，由于使用了非常锋利的金刚石刀具，这种工艺装备具有结构简单，切割效率高的优势，但是由于受到钢丝绳强度的限制，金刚石串珠锯切石材时，锯缝仍然大，所以仍然存在能耗高，废渣排放量大，且使用成本较高。（3）圆盘锯回转裁切方法以及依此开发的圆盘刀片的锯切设备，其采用高速旋转的大直径金刚石圆锯片来对石料进行分切，由于受到锯片直径的限制，在使用最大直径为3000mm的锯片时，也只能加工宽度尺寸小于1200mm的板材，且板材表面质量较差，也同样存在锯缝大于8mm的问题。目前使用最多的是圆盘刀片锯切方式，串珠绳锯专用于锯切大规格板材，也在快速普及，以上两种锯切方法都因为使用了刀具连续回转方案，金刚石刀具单向承载，因此具有高效、刀具寿命长的特点；缺点是锯缝大，出材率低，浪费资源。（4）直线锯往复运动裁切法以及依此方法开发的石材排锯机，但现有的石材排锯机一般只用于加工莫氏硬度<5°的大理石、石灰石等石材，对硬度较高的花岗石、石英石、玉石等，所需切削力较大，现有石材排锯机的金刚石锯条刀齿往复运动时，焊接强度和钢带锯条难于承受往复交变负载，所以没有推广使用；现有石材排锯机切割效率较低的另一个原因是刀具线速度过低，采用曲柄连杆往复运动机构，受到大质量锯框的影响，往复速度难于提高，单位时间锯切次数较少，且往复运动的刀具速度不均匀，当锯框换向瞬间，线速度为0，持续进给的石料会对刀具形成巨大正压力，不利于刀具的有效使用。
中国专利数据库中，涉及石材锯切的申请件有：931096472号《可自石材锯切薄石片/板的方法》、zl942367928号《往复式石材锯切机》、zl02206849x号《石材锯切机》、2011101016766号《一种新型的石材锯切方法》、zl2015105285030号《石材链锯切割机》、2015101208459号《一种石材单条链锯切割机》、2017111390531号《一种圆盘锯切割石材的圆弧和椭圆轮廓的方法》等，这些专利技术都不能通过锯条单向移动加工花岗石类板材，不能克服现有各种裁切方法的缺陷。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种锯条单向连续回转的石材锯切方法，实现锯条单向移动来加工花岗石类板材，从而克服各种裁切方法的缺陷。
本发明的又一目的是提供一种锯框旋转式石板材排锯机，使锯条单向连续回转的石材锯切方法得以实现。
发明人在实践中发现：克服各种裁切方法的缺陷的关键在于解决石材排锯机锯条交变受力状况，实现锯条单向移动来加工花岗石类板材，大幅改善锯条金刚石刀齿的受力状况，采用最新技术制作的金刚石刀具，从而降低锯条厚度，改变目前高硬度石材锯切锯缝大，效率低，能耗高的状况。而且对硬度较低的大理石类石材，将大幅提高锯条寿命，降低使用成本。
因此发明人提供的锯条单向连续回转的石材锯切方法，是使用双曲柄四边形机构原理的锯框连续回转装置，所述双曲柄四边形机构原理的锯框连续回转装置的连杆，即为安装锯条的锯框；主曲柄在动力系统驱动作用下连续旋转，带动被动曲柄同步旋转，从而带动锯框作圆周平移运动。当回转锯框达到石料进给方向的某一象限点时，锯框内的成组锯条与石料产生撞击，所述锯框连续回转装置的势能做功，形成铣切动作，从而实现对石料的切割；当回转锯框离开石料时，所述锯框连续回转装置继续旋转，为下一周期的铣削动作储能。
上述双曲柄四边形机构，可以是优先使用的主动、被动曲柄等长的平行四边形连杆机构，也可以是主动、被动曲柄不同长度的四边形连杆机构。
上述双曲柄四边形机构的驱动动力设置在主动曲柄端，当锯条较多时，在主动、被动曲柄端同时设置可同步旋转的驱动动力系统。
上述双曲柄四边形连杆锯框工作时连续回转速度不低于100r/min，主动曲柄长度不低于50mm。
发明人提供的锯框旋转式石板材排锯机，有立式和卧式两种，均包括动力系统、圆周平移连杆机构锯框装置和石材荒料进给装置.
上述动力系统由电动机、传动皮带、主动轮、主动轴、从动轮、从动轴和同步连杆组成，电动机、传动皮带、主动轮、主动曲柄安装在立式锯框旋转式石板材排锯机的上方，从动轮、从动曲柄安装在立式锯框旋转式石板材排锯机的下方，同步连杆将主动轮与从动轮连结起来同步运转；主动曲柄和从动曲柄的末端与锯框连接；
上述圆周平移连杆机构的锯框使用了双曲柄四边形机构原理，锯框装置由锯框和锯条组成，锯条的两端分别固定在锯框的上下两端，锯框内装有多组相互平行的锯条，锯条上的锯齿采用高硬度的金刚石材料制成。
上述石材荒料进给装置主要由石料小车组成，石材荒料固定在石料小车上，在驱动系统作用下，按设定速度沿平行于所述圆周平移连杆机构式锯框装置的回转轨迹方向移动，实现铣切进给，也可沿进给轨迹快速反向移动，实现退刀，回到初始位置；上述主动轴、从动轴上安装有扇形的偏向配重件。在驱动系统作用下，所述双曲柄四边形机构的主动曲柄，带动锯框内平行排列的金刚石薄片锯条作回转运动，双曲柄四边形机构的被动曲柄，随主曲柄同步旋转，保持锯框内平行排列的金刚石薄片锯条作平移运动。
上述主动曲柄与被动曲柄分别为一个，设置在锯框的一侧；当锯条较多时，也可以是轴心在同一直线的2个曲柄，分别设置在锯框的两侧。
本发明的锯框旋转式石板材排锯机的运行原理是：它是锯框按照双曲柄四边形机构连续回转的装置，该装置的连杆即为安装锯条的锯框。主曲柄在动力系统驱动作用下连续旋转，带动被动曲柄同步旋转，从而带动锯框作圆周平移运动。当回转锯框达到石料进给方向的其中一个象限点时，锯框内的成组锯条与石料产生撞击，锯框连续回转装置的势能做功，形成铣切动作，从而实现对石料的切割；当回转锯框离开石料时，所述锯框连续回转装置继续旋转，为下一周期的铣削动作储能。
发明人指出：所述双曲柄四边形机构，可以是优先使用的主动、被动曲柄等长的平行四边形连杆机构，也可以是主动、被动曲柄不同长度的四边形连杆机构；双曲柄四边形机构的驱动动力可以设置在主动曲柄端，当锯条较多时，也可以在主动、被动曲柄端同时设置可同步旋转的驱动动力系统。
锯框旋转式石板材排锯机运行过程为：电动机通过传动皮带驱动主动轮旋转，主动轮带动主动曲轴旋转，主动曲轴带动锯框回转，另设的3处曲轴随动旋转，在同步连杆的辅助下，连接在主动轴和随动轴上的锯框也同步旋转，实现平行回转动作；主动轮带动曲轴一端沿轴承座中心旋转，曲轴另一端带动锯框以设计偏心距进行回转。石材大块荒料通过进给驱动装置，石料小车沿平行于金刚石锯条运动轨迹的方向作低速相向运动，锯条在锯框的带动下高速回转运动。锯条切削量为：每次锯条回转时间内的小车平移进给量；锯条每次切削仅在与石料接触的极短时间内完成，当锯条后退回转时，锯条与石料没有任何切削冲击。金刚石锯齿为间隔分布，因此根据锯条回转圆的大小，石料的切割面轮廓为圆弧线段连续组成，而不是一条直线。在曲轴上安装的偏心配重用于平衡锯框的偏心扭矩，实现基本动平衡，减少因重心偏移旋转轴心产生的对轴承寿命的削弱，同时偏心配重与锯框在旋转时产生的离心惯量也有效辅助抵抗锯条的切削阻力，减少能耗。锯框内的锯条将石材大块荒料分切成规定厚度的薄板，薄板再经过磨削及切断等加工工序后，以获得装饰效果良好的建筑用石材板。
本发明的锯条单向连续回转的石材锯切方法克服了现有石材排锯机的锯齿承受交变疲劳应力导致迅速脱落的致命缺陷，大幅度增加裁切效率，降低维护成本和人力损耗。适用于将各种石材加工为薄板。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为现有技术石材排锯机的示意图；
图2为本发明的锯条单向连续回转的石材锯切方法的原理图；
图3为本发明的锯条单向连续回转的石材锯切方法原理的另一视图；
图4为本发明的锯框旋转式石板材排锯机的一种立式机型示意图；
图5为本发明的锯框旋转式石板材排锯机的一种立式机型侧视图
图6为本发明的锯框旋转式石板材排锯机的一种卧式机型示意图；
图7为本发明的锯框旋转式石板材排锯机的一种卧式机型俯视图。
图中，1为平移锯框，2为滑块，3为连杆，4为飞轮，5为驱动动力系统，6为石料，7为回转连杆（回转锯框），8为主曲柄，9为被动曲柄，10为同步连杆，11为锯条，12为辅助驱动动力系统，13为小车驱动系统，14为荒料小车，15为随动小车，16为牵引小车，17为输送辊筒，18为小车升降装置。
具体实施方式
实施例以本发明方法进行硬度7.8°～8°的石材“印度红”的锯切：荒料尺寸为3m（长）x2m（宽）x2m（厚）=12m3
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2为本发明的锯条单向连续回转的石材锯切方法的原理图。如图2所示，本发明的锯条单向连续回转的石材锯切方法，采用的是双曲柄四边形机构原理。所述双曲柄四边形机构的回转连杆7（回转锯框），即金刚石锯条。主曲柄8在动力系统驱动作用下连续旋转，带动被动曲柄9同步旋转，从而带动金刚石锯条（安装于回转连杆7上）作圆周平移运动。更进一步，图2中还采用了同步连杆10，当主动曲柄8和被动曲柄9同步旋转至象限点时，被动曲柄会有一次转向不定点，同步连杆10将带动被动曲柄9顺利渡过不定点，实现回转连杆7中金刚石锯条的同向平移连续运动；随着石料6的缓慢上移，金刚石锯条将石料锯切成板材。
图3为本发明一种锯条单向连续回转的石材锯切方法原理的另一个视图。如图3所示，所述双曲柄四边形机构的回转连杆7，实质上是装有多组相互平行的锯条11的刚性锯框。驱动动力系统5可以设置在主动曲柄8的一端，当刚性锯框7内锯条11较多时，也可在被动曲柄9的一端同时设置可同步旋转的辅助驱动动力系统12。
本发明为一种锯条单向连续回转的石材锯切方法，其原理为，通过驱动动力系统带动双曲柄四边形机构的连杆7（亦即装有锯条11的刚性锯框）作圆周平移运动，当连杆7回转达到石料6进给方向的象限点时，装在连杆7上的锯条11与石料6产生撞击，所述连杆7连续回转装置的势能做功，形成铣切动作，从而实现对石料6的切割；当连杆7离开石料6时，所述件驱动动力系统5通过带动主曲柄8和被动曲柄9回转，连杆7继续旋转，为下一周期的铣削动作储能。
图4、图5是应用本发明石材锯切方法的石板材排锯机的一种立式机型示意图。如图4所示，立式排锯机包括立放的圆周平移连杆7的锯框装置和石材荒料水平进给装置13，所述圆周平移连杆机构式锯框装置的主曲柄8和被动曲柄9的轴心，被置于同一竖直面内，在驱动动力系统5作用下，连杆7锯框内平行排列的金刚石薄片锯条11作上下平移回转运动，与水平方向持续进给的石材荒料6形成相对运动，实现对石材的铣削；所述石材荒料进给装置13包括荒料小车14、随动小车15，牵引小车16和输送辊筒15，石材荒料6的一端固定在荒料小车14上和随动小车15上，另一端搭在锯框正下方的输送辊筒17上，在荒料进给装置13带动下，沿水平方向持续滚动进给，石料穿过锯框后由牵引小车16拖动，直至整件石材荒料横穿锯框，被分切成设定厚度的薄板。图5中还采用了同步连杆10，当主曲柄8和被动曲柄9同步旋转至象限点时，被动曲柄9会有一次转向不定点，同步连杆10将带动被动曲柄9顺利渡过不定点，实现金刚石锯条11的同向平移连续运动。
图6、图7是应用本发明石材锯切方法的石板材排锯机的一种卧式机型示意图。如图6所示，卧式排锯机包括水平布置的圆周平移连杆机构式锯框装置7和石材荒料升降进给装置18，所述圆周平移连杆机构式锯框装置7的主动曲柄8和被动曲柄9的轴心，被置于同一水平面内，在驱动动力系统5的作用下，连杆7锯框内平行排列的金刚石薄片锯条11作左右平移回转运动，与竖直方向持续进给的石材荒料6形成相对运动，实现对石料6的铣削；所述石材荒料升降进给装置18包括荒料小车14和小车驱动系统13，石材荒料固定在荒料小车14上，在小车驱动系统13作用下，沿竖直方向持续上升进给，直至整件石材荒料6竖直穿过连杆7锯框，被分切成设定厚度的薄板。图7中还采用同步连杆10，当主动曲柄8和被动曲柄9同步旋转至象限点时，被动曲柄9会有一次转向不定点，同步连杆10将带动被动曲柄9顺利渡过不定点，实现金刚石锯条11的同向平移连续运动。
图4、图5和图6、图7示意的两种锯框旋转式石板材排锯机，均实现了连杆锯框的圆周平移运动，使得锯框内的薄片锯条只承受单向切削负载，与传统往复运动的切割方法比较，消除了刀具的交变疲劳应力，可使用厚度更小的锯条，并大幅提高刀具寿命。由于锯缝更小，因而提高了硬脆石材锯切出材率，降低了能耗。更进一步，本发明两种实施例的石板材排锯机，采用了圆周平移连杆机构式锯框装置，大质量锯框的旋转离心力可通过对应的配重块来减轻，因而可以获得较高的旋转速度，保证锯条始终只以最高线速度与石材荒料铣切接触，避免了传统技术排锯机线速度较低时段的锯条压力，从而提高锯条寿命。
各种锯切方法的对比
[荒料尺寸：3m（长）x2m（宽）x2m（厚）=12m3，裁切后的板材厚度：20mm]