专利名称：倒角切割装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在切割材料时在材料的切割端形成倒角边的装置。还公开在切割材料时形成倒角边的方法。
背景技术：
有许多这样的应用，其中需要用到大批工件，每个工件均由相同材料构成并具有相同尺寸。有许多这样的应用，其中需要用到大批工件，每个工件均由相同材料构成但具有不同尺寸或形状。在任一种情况下，一种常见的方式是得到预切割件的供应；然而，在一些应用中，可能更有效的是得到连续的材料供应(例如卷材)并按需要从卷材上切割单独的工件。应用中特别有利的情况是，所需工件的尺寸在其应用前就被确定，并且/或者当存在连续分布的所需尺寸而非零星数量的工件尺寸。在一些应用中，对切割工件的精确尺寸可能很严格。例如，3M公司(St. Paul， Minnesota)可提供无铅车轮配重系统，其将无铅的车轮配重材料与胶带组合。该车轮配重系统能够以各种长度、宽度和高度的卷材提供。根据材料的具体密度、宽度和高度，具有所需重量的工件可以通过从卷料上切割精确长度来制备。在一些应用(如车轮平衡)中，在工件需要组装前不久确定工件(即无铅车轮配重系统)的长度。在许多即割即配(cut and dispense)应用中，在材料的整个宽度上且贯穿高度直线切割便可满足要求。然而，对于要用手来贴附的较厚材料，切割边的形状会影响产品的工效和其预期用途。例如，具有锋利角棱或边缘的工件的重复手工装配可能引起不适，因为在将切割工件推入到位时手指或拇指在该边缘上按压或滑动。已知为了形成所需的边缘轮廓而形成工件的倒角边。如图1所示，第一倒角21是连接工件40的顶面30和第一切割侧壁31的第一切割边缘11的成型部分。在一些实施例中，第二倒角22形成第二切割边缘12的一部分，并且还与顶面30和第二切割侧壁32这二者连接。如本文所用，“倒角”包括斜切角和倒圆角。第一倒角21图示为斜切角，即以除90 度之外的角度与顶面和切割侧壁相交的基本上平坦的拐角部。术语“基本上平坦的”的含义包括任何制造工艺中典型的正常变化，包括(例如)在斜切角与顶面的相交处和斜切角与侧壁的相交处的稍微修圆。参见图1，斜切角与切割侧壁之间的角度Al和斜切角与顶面之间的角度A2之和为 90度。在一些实施例中，角度Al为至少10度，例如至少20度或甚而至少30度。在一些实施例中，Al角度不大于80度，例如不大于70度或甚至不大于60度。在一些实施例中，角度Al介于30度到60度之间(含端值)，例如介于40度到50度之间(含端值)。第二倒角22图示为倒圆角。如本文所用，“倒圆角”大致上由将顶面连接到切割侧壁的连续弧形拐角构成。倒圆角可以是凸的或凹的。术语“大致上由连续弧形拐角构成” 的含义包括任何制造工艺中典型的正常变化，特别是在倒角边的相交处以及顶面和切割侧边缘中一个或两个上可能发生的变化。
通常，倒角在工件被切割后形成。一般，通过移除(如切割或研磨)在顶面和切割边缘的相交处附近的材料直到获得所需轮廓来形成倒角。然而，在一些少见的应用(例如形成精确的车轮配重片)中，材料的移除会导致工件质量的不希望有的减少。这个问题可以通过用所需型面对工件成型加以克服；然而，对于随即需要的应用或者需要工件尺寸连续分布的应用这种方法并不实用。因此，在一些应用中，最好配备有能够将工件切割成所需长度并以相同步骤形成倒角边的装置。形成倒角边而不移除材料也是可取的方式。
发明内容
简而言之，在一个方面，本发明提供一种倒角切割装置。在一些实施例中，倒角切割装置包括安装架、与安装架刚性附接的电磁体、与电磁体磁力结合的保持/释放臂、与保持/释放臂刚性附接的倒角成型器。一般来讲，倒角切割器包括两个弯曲梁，每个弯曲梁终止于倒角尖端。倒角切割装置还包括与安装架刚性连接并设置在倒角尖端之间的刀片。在一些实施列中，安装架包括致动臂、电磁体座和刀片夹具。致动臂的一端与刀片夹具刚性连接，并且致动臂的另一端与致动器刚性连接。电磁体与电磁体座刚性连接，该电磁体座与刀片夹具刚性连接。在一些实施例中，倒角成型器还包括两个凸耳，从各弯曲梁分别伸出一个背离倒角尖端的凸耳。在另一方面，本发明提供一种分配器，其包括具有基部和壁的框架，和安装于框架上的倒角切割装置。在一些实施例中，框架还包括设置在切割装置的刀片下方的一对侧导引部；和与悬浮在基部上方的侧导引部的顶部附接的一对硬止挡，这形成了材料在硬止挡下方和侧导引部之间通过的通路。本公开的上述发明内容并不旨在描述本发明的每一个实施例。本发明的一个或多个实施例的细节也在以下描述中给出。本发明的其他特征、目标和优点从描述和权利要求中将显而易见。
图1示出具有倒角的工件。图2示出根据本发明的一些实施例的一个示例性切割装置。图3A为根据本发明的一些实施例的示例性倒角成型器的侧视图。图3B为根据本发明的一些实施例的另一示例性倒角成型器的侧视图。图4A为根据本发明的一些实施例的倒角成型器在切割并倒角材料之前的侧视图。图4B为根据本发明的一些实施例的倒角成型器当其开始切割并倒角材料时的侧视图。图4C为根据本发明的一些实施例的倒角成型器当其继续切割并倒角材料时以及当其凸耳与硬止挡相遇时的侧视图。图4D为根据本发明的一些实施例的倒角成型器当其完成材料的切割和倒角时的侧视图。
图5为根据本发明的一些实施例的分配器的侧视图。图6为根据本发明的一些实施例的切割装置的示意的侧视图和前视图。
具体实施例方式3M公司向汽车市场供应无铅车轮配重系统。在一些情况下，无铅车轮配重系统设置成额定重量的形式或一些额定重量的预切割件。在其他情况下，该系统设置成卷材形式， 并且分配器直接与顾客的车轮平衡器对接。分配器切割用于平衡轮胎所需的确切重量。一种这样的市售分配器为3M TN276分配器(3M公司(St. Paul, MN))。切割配重块通常以每5-6秒一件的典型装配速率手工装配到被平衡车轮上。在一些情况下，具有锋利边缘或拐角的工件的重复装配可能引起不适，因为在将工件推入到位时(例如)手指或拇指在该拐角上按压或滑动。本发明人开发出一种能够切割精确长度的工件同时形成倒角的切割装置。倒角在切割操作期间形成，因此不需要耗时又费钱的单独步骤。另外，倒角的形成只产生很少材料损失至没有材料损失；从而不会有损于对提供精确重量工件的需要并且将耗费降至最低。根据本发明的一些实施例的示例性切割装置示于图2中。切割装置100包括刀片 101，其切断材料以提供所需的工件长度。一般来讲，可以使用任何市售的刀片，包括(例如)剃刀刀片、美工刀刀片等等。刀片101的一部分被弯曲梁倒角成型器120覆盖。倒角成型器120与保持/释放臂140机械连接。保持/释放臂140的顶部在电磁体105的顶部上方延伸。在操作期间， 保持/释放臂140可以与电磁体105磁力结合。一般来讲，电磁体与可控电源连接。已知的方法可以用于控制将保持/释放臂耦合到电磁体105的磁力的量级，包括控制(例如) 穿过电磁体的电流和在电磁体与保持/释放臂之间的距离。安装架103包括致动臂102、电磁体座104和刀片夹具106。致动臂102的一端与刀片夹具106刚性连接，另一端经由致动器驱动臂193与致动器107连接。电磁体105与电磁体座104刚性连接，该电磁体座104经由(例如)螺栓108与刀片夹具106刚性连接。 然后通过刀片夹具106将刀片101保持在适当位置。刚性附接或连接工件的方法包括(例如)使用粘合剂、机械紧固件、焊接等等。致动器107提供将安装架103如活塞那样向下推动所需的力。一般而言，可以使用任何已知的致动器。在一些实施例中，用气动式致动器，并且用气压(如空气压力)向下推动安装架。在一些实施例中，可以使用液压致动器。在一些实施例中，可以使用螺线管致动器。致动器与支座(例如图2中图示为壁180的框架)刚性附接。当启动时，致动器107 向下驱使致动器驱动臂193。在半个周期结束时，致动器107将致动器驱动臂193朝致动器 107回缩。在切割操作期间，手动或自动(例如根据某个预设的程序)启动致动器。当启动时，致动器经由致动器驱动臂向下推动整个安装架。由于与安装架机械联接，刀片和电磁体也被向下推动。当保持/释放臂与电磁体磁力结合时，保持/释放臂也随着安装架携带倒角成型器与其一起被向下推动而下降。当倒角成型器与待切割材料的顶面相遇时，其被压入材料中并开始使材料变形。 此时，刀片和倒角成型器的运动与安装架的运动联接；因此，它们以相同速度下降并且刀片开始切割材料。当安装架继续下降时，将倒角成型器压入材料中的力增加，直到其超过将保持/ 释放臂结合到电磁体上的磁力。此时，保持/释放臂从电磁体上释放，并且当致动器继续向下推动安装架时，倒角成型器不再被往下带。安装架的继续向下的运动使刀片能够完成对材料的切割。在切割循环的向下部分完成时，致动器被用来向上回缩安装架，携带刀片、电磁体、保持/释放臂和倒角成型器返回它们的起始位置。当其被向上携带时，保持/释放臂 140使其运动被复位臂145 (其可以是框架的一部分或固定在框架上)停止，并且保持/释放臂140被稳固地压回到其再次与电磁体105的顶部磁力结合的位置。这样，切割装置的一次切割循环便告完成。图3a示出了根据本发明某些实施例的示例性倒角成型器。倒角成型器220包括弯曲梁223和倒角尖端225。刀片201与安装架203连接并设置在倒角尖端225的相对表面227之间。所示刀片201的顶端平行于倒角尖端225的顶端。然而，可以调节刀片201 的位置，使得其从倒角尖端225的顶端伸出或从倒角尖端225的顶端凹进。另一个示例性倒角成型器221示于图3b中。倒角成型器221与图3a的倒角成型器220相同，其差别在于倒角尖端226具有与倒角尖端225不同的轮廓。虽然在图3a和图3b中所示的倒角成型器适用于某些应用，但本发明人发现了这些设计的若干缺点。首先，当倒角尖端被压入材料中时， 倒角尖端被限制而不能从刀片上向外弯曲。事实上，在某些应用中，它们会向内弯曲并压住刀片。在刀片和倒角尖端的相对表面之间产生的摩擦太大，使得从启动器上得到力可能不足以继续向下推动刀片穿过材料。通过在刀片和倒角尖端的相对表面之间留下间隙可以减轻这一问题。然而，本发明人发现，当向下按压倒角成型器时，这种间隙可能导致材料被向上压入该间隙中。这会造成沿切割边缘的不良的隆起。该间隙还可能导致材料从切割工件上不利的移除，改变成品工件的质量并形成碎片。第二个缺点在于，这种将倒角成型器压入材料中的力取决于材料的机械性能(如压缩模量)。这可能导致深度的变化，在该深度上驱动倒角成型器进入材料所需的力超过将保持/释放臂结合到电磁体上的磁力。这会造成倒角尺寸的不利波动。根据本发明的一些实施例的替代的示例性倒角成型器示于图4a_4c中。倒角成型器320包括弯曲梁323和倒角尖端325。倒角成型器320还包括从与倒角尖端325相对的弯曲梁323的侧面延伸的凸耳329。刀片301与安装架303连接并设置在倒角尖端325的相对表面327之间。如下所论述，虽然在相对表面和刀片之间会形成间隙，但相对表面也可被设置成间隙为最小或甚至消除任何间隙；因此，减轻或排出了与在操作期间材料被挤进间隙的问题。材料320也示于图4a_4c中。材料320由切割装置的基部360支撑。侧导引部 364可以与基部360的顶面成为一体，或附装在基部360的顶面上。侧导引部限制材料320 的运动，使得其沿在倒角切割器下方的所需路径运动。硬止挡370安装在侧导引部364上， 并设置在基部360上方，使得材料320可以在其下方通过。如图4a中所示，当向下推动安装架303时，倒角成型器320和刀片301在硬止挡 370之间通过。参见图4b，当安装架303继续下降时，倒角成型器320被压入材料320中并开始形成倒角。参见图4c，当倒角成型器320继续压入材料320中时，凸耳329接触硬止挡 370，并且它们的相互作用使得弯曲梁323开始打开。使刀片301不受与相对表面327接触导致的任何摩擦力。最终，如图4d中所示，当凸耳320完全坐在硬止挡370上时，继续向下推动倒角成型器320所需的力会增加，并迅速超过将保持/释放臂保留在电磁体上的磁力。因此，通过相对于支撑材料的基部简单地设置硬止挡，倒角边的深度可以与被切割材料的机械性能无关地受到控制。如图4d中所示，一旦保持/释放臂从电磁体脱开，刀片301就独立于倒角成型器320自由移动，可以完成割断材料320的动作，进入下方的凹槽365中。—般来讲，用于构造本发明的切割装置的各个部件的材料并不严格，并且可以根据常规设计考虑例如重量、成本、强度和耐久性来选择。然而，在倒角成型器的材料选择时必须考虑附加因素。对于倒角尖端来说，其材料应选择成比要被切割的材料更耐受侵蚀或磨损。另外， 倒角尖端应构造成具有能在经历大量重复切割时抵抗变形的材料机械强度。其他因素可以包括相对于被切割材料的摩擦系数，以及与这种材料的化学相容性。对于弯曲梁，应选择梁的长度和厚度以及其构造材料的弹性模量，以在凸耳与硬止挡相遇而使梁背离刀片弯曲时提供所需的梁弯曲力。弯曲梁还应设计成使得最大弯曲应力不超过弯曲梁材料的屈服强度。在一些实施例中，如果倒角成型器的凸耳与硬止挡接触，则使倒角成型器的弯曲梁弯离刀片所需的力完全通过相互作用来提供。当倒角和切割具有高屈服强度和塑性模量的材料时，将倒角成型器压入材料所需的力会超过将保持/释放臂结合于电磁体的电磁力。然后，在倒角成型器的凸耳与硬止挡相遇之前，刀片可以相对于倒角成型器开始向下移动。在这样的实施例中，在倒角成型器的相对表面之间按压刀片的较宽部分所需的力会伴随在刀片和倒角成型器的相对表面之间的摩擦系数的提高以及弯曲梁的挺度的提高而增大。因此，在一些实施例中，将弯曲梁设计成可适应这类应用而不超过最大可用致动力可能是有用的。一般来讲，本发明的切割装置可以用于任何分配设备。图5中示出组装了根据本发明的一些实施例的切割装置的示例性分配设备的侧视图。分配设备400包括框架480，框架480包括基部460和侧壁465。分配设备还包括用于支撑材料420的连续卷筒421的支架490。材料420可以从卷筒退出并向前送进而穿过分配设备并在切割装置500下穿过包括拉动装置(caterpuller)495的任何已知构件。拉动装置被驱动，使得两个拉动带接触到材料420时的表面速度基本相同。分配设备400的前视图示于图6中。侧导引部464从基部460伸出或被装在基部 460上。当材料20在切割装置500下通过时，侧导引部464阻碍材料20的侧向移动。将硬止挡470安装到侧导引部464上，使得当材料20在侧导引部之间被引导时在它们下方通过。分配设备可以包括本领域已知的任何各种附加部件，例如控制器，其控制(例如) 拉动装置的速度、致动器所递送的力以及在电磁体和保持/释放臂之间的电磁力。附加部件可以包括安全罩和关闭器(Shut-OffS)。
权利要求
1.一种倒角切割装置，包括安装架；与所述安装架刚性附接的电磁体；与所述电磁体磁力结合的保持/释放臂；与所述保持/释放臂刚性附接的倒角成型器，其中所述倒角切割器包括两个弯曲梁， 每个弯曲梁终止于倒角尖端处；以及与所述安装架刚性连接并设置在所述倒角尖端之间的刀片。
2.根据权利要求1所述的倒角切割装置，其中所述安装架包括致动臂、电磁体座和刀片夹具；其中所述致动臂的一端与所述刀片夹具刚性连接，并且所述致动臂的另一端与致动器刚性连接；并且其中电磁体与所述电磁体座刚性连接，所述电磁体座与所述刀片夹具刚性连接。
3.根据权利要求1所述的倒角切割装置，其中所述倒角成型器还包括两个凸耳，从各弯曲梁分别伸出一个背离所述倒角尖端的凸耳。
4.一种分配器，包括具有基部和壁的框架；以及安装在所述框架上的根据前述任一项权利要求所述的倒角切割装置。
5.根据权利要求4所述的分配器，其中所述框架还包括设置在所述切割装置的所述刀片下方的一对侧导引部和与所述侧导引部的顶部附接的一对硬止挡，所述硬止挡悬设在所述基部上方，形成了材料在所述硬止挡下方和所述侧导引部之间通过的通路。
全文摘要
本发明描述了倒角切割装置。所述倒角切割装置包括安装架、与所述安装架刚性附接的电磁体、与所述电磁体磁力结合的保持/释放臂、与所述保持/释放臂刚性附接的倒角成型器，其中，所述倒角切割器包括两个各自终止于倒角尖端处的弯曲梁以及与所述安装架刚性连接并设置在所述倒角尖端之间的刀片。还描述了组装了这种倒角切割装置的分配器以及倒角切割方法。
文档编号B26D3/00GK102470539SQ201080030054
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月25日 优先权日2009年7月1日
发明者马克·R·加贝尔 申请人:3M创新有限公司