专利名称：用于沿切削刃进行刃磨并且制作微刀片的精密装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于沿切削刀片的边缘制作微刀片的精密成形装置。
背景技术：
为了制作超锋利的刀刃，很多发明人在他们的专利中已经说明了大量基于磨料的刃磨设备。这种刀刃对于需要最锋利刀刃的各种应用场合非常理想。这种应用的例子包括剃刀刀片、解剖刀和用于光学切割硬质非纤维材料超薄切片的切片机刀片。适合于这种应用的刀刃的横截面显示各刃面相交于一个非常确切的点或者边界，其宽度小于几微米，并且用于超微切片机中的刀刃宽度通常小至50埃。通常，对于这种精密切片，在直线轮廓中所看到的刀刃通常非常直并且没有尺寸上大于刀刃厚度的缺陷。
但是，有很多应用场合涉及到相对更软的纤维状材料，如肉、纤维肌肉和纤维蔬菜，其中沿着刀刃轮廓和横过刃面边界的小缺陷可以使这类材料的切削更方便。
发明内容
本申请公开了一种沿着用于切削这类软质纤维材料的刀片刀刃形成具有受控尺寸和次数的微缺陷的精密成形装置。有很多种锯齿刀片出售，它们带有沿着刀片刀刃加工、特意制作并且很大的机械锯齿，用于切削类似材料，特别是那些带有硬皮特性的材料，此时通过这种刀片类似锯的动作而改善切削。这种锯齿如果很大就会导致被切削物体在视觉上真实存在的撕裂和碎裂。
本申请说明了高度精密的装置和设备，首次提出用来在刀刃刃面的边界处和沿着刀刃轮廓可重复地制备具有高度几何精度并且带有微刀片的刀刃的可控方法。这种缺陷在尺寸上可以从几分之一微米最大至超过100微米。这种尺寸的缺陷可以用作微刀片，特别是如果微刀片在刃面的几何范围内和初始刃面的几何延伸范围内基本限于到一点，否则它们将相交的一点以至形成厚度大致小于20微米的刀刃。
刀片制造者已经一连几代提供用于对正刀片刀刃的各种细长的钢棒(经常称为“钢件”)。对于广大公众来讲，这些已经证明特别困难或者不可能使用，因为使用者不能够手动控制与刀刃刃面的接触角、刀片的定向性或者钢件施加于刀片刀刃上的压力。因为几乎没人能如此，如果任何人具有在一次次冲击中可重复地以一致的角度和棒的压力移动刀片所需的技能，则用于改进刀刃切削能力的工具的使用将已经非常有限。从实际的观点来看，多数人都警戒于严重切伤自己同时靠着钢棒手动摆动锋利刀片的可能潜在危险。因此，该装置所期望获得的优点实际上还没有被普通厨师或普通公众所获得。
手动钢棒的使用与其说是科学，还不如说是技巧，缺乏任何科学根据或理解。例如，据说，手动钢棒“消除刀片表面上的微小缺口并且重新排列切削刃中的分子”。还有人说“将最好的钢磁化帮助拉动分子进入重新排列”或者“无论何时被刃磨，刀片中分子的排列都得到加强，…并且该过程几乎不从刀片中去除实际的金属”。其他人复述说钢的使用“使刀片的刀刃重新排列并且光滑”。
对于以科学和物理为根据的人都非常清楚，商用刃磨棒中所带的磁力根本无力对钢中的原子级别的结构产生任何影响，并且甚至根本无力改变任何与刀刃相连的毛刺的物理结构。
大量手动棒型刃磨装置已经在出版的美国专利中得到说明，包括1991年9月10日授予Ivo Cozzini的美国专利No.5,046,385，分类号76/89.2；授予K.K.Leong的美国专利No.2,461,690，分类号51-214；1989年6月24日授予Silvio R.Battachi的美国专利No.4,799,335，分类号51/102；1980年4月15日授予Louis N.Graves的美国专利No.4,197,677，分类号51/214；1978年6月13日授予Thomas D.Harris的美国专利No.4,094,106，分类号51/214；1978年5月23日授予Shigyoshi Ishida的美国专利No.4,090,418，分类号76/84；1992年11月17日授予David Lee的美国专利No.5,163,251，分类号51/214。因为各种个别原因，现有技术的装置中没有一个已经证明是可重复地沿切削刃修改物理结构的实用装置。所述专利中没有一个包括用于以达到本申请中所述效果所需的足够的指向精度或者一致性确定刀刃刃面相对于钢棒或其它材料的硬质表面的角度方向的装置。在现有技术中都努力为刀片提供一个导向器，但是因为刀片几何形状、刀片高度、刀片厚度等存在的变化，或者因为装置的精度本来就很差并且各次冲击可以变化，因此所使用的装置角度上不一致或者不精确。
通常，在现有技术中，相对于硬质表面所提供的刃面的角度完全决定于操作者的技能。因此，那些发明者发现这些设计缺乏精度和可重复性，而这对于沿着刀片的切削刃形成最佳且一致的微刀片结构是必需的，与刀片几何体的几何形状和尺寸或者此类装置使用者的技能无关。
除了其它因素以外，这里公开的刀刃精修装置决定于刀片刀刃基于刀片最可重复的特征的高度精确的角度参照，该特征即由刀片的大刀面所限定的平面，该平面可以在平坦的物理平面上保持精确定位以确保需要的角度精度，而不受刀片其它物理特征变化的影响。
本发明基于下面发现如果已刃磨刀片的直线刀刃以精心控制的方式沿着刀刃直线轴线的大致方向压在一个硬质表面上(优选的是，硬度高于洛氏硬度C-60，但是优选的是一定比刀片刀刃更硬)或者沿着该表面拖动，以至于邻近硬质表面的刀刃刃面所在的面以合适的力靠着该表面与硬质表面所在的面一致地成某一角度，最好仅仅几度，那么就会沿着刀刃发生令人惊奇的一系列事情。与普遍相信的观点相反，在前面刃磨步骤中形成的毛刺不会变直，而是首先变形、去除、裂开或者被压在刀刃的一侧上，并且随着沿刀刃的微小断片脱落而最终碎裂，留下微锯齿刀刃。毛刺可以被去除、压在第一刃面上或者它可以移到刀刃的相对侧并压在该刃面上。将毛刺断片从刀刃一侧移动到另一侧或者将它们压在刀刃上的物理动作产生沿刀刃结构的严重破裂和缺陷，其尺寸从几千分之一英寸到几乎一微米那么小。当一个人接着以同样一致的小相对角重复横过合适的硬质表面继续冲击刀片刀刃刃面时，微刃面在更大刃面的边界形成，并且形成小的微锯齿结构。对该过程的研究已经表明，如果硬质表面和接触刀刃刃面之间的角度关系受到严密而一致地控制，并且所施加的压力得到控制，那么每次该过程重复时，沿着所给刀片刀刃的微结构的平均尺寸和次数令人惊奇地完全可重复。因为微结构的尺寸非常小，如此成形的刀刃如剃刀般锋利，还是一种很好地切削纤维材料的刀刃。如后面所述，刀刃结构的特性可以通过改变角度关系来修改，但是，一致的、可预测的结果关键决定于各次冲击中沿着刀刃的角度的精确控制。
如前面所述，沿刀片切削刃的物理几何形状的精度以及沿刀刃的微结构的存在可以对决定于被切材料特性的刀片切削能力起到非常重要的作用。如果希望切薄片或者在刀刃刺入所切材料时更精确地控制刀刃的前进方向或路线，则由支撑该刀刃的刃面形成的刀刃接近完美的几何形状非常重要。为了切削更结实且更坚硬材料的超薄切片，甚至需要几何形状更完美的刀刃。同样，为了切削更软的纤维材料，如果希望切削非常薄的切片那么几何形状的完美非常重要，但是，沿着刀刃的一系列微刀片或微缺陷的存在可以是切削软纤维材料的一个另外的优点，否则该材料可以在切削压力下轻微变形，并因此对于正施加的具有更光滑几何形状更完美的刀刃提供阻力。因为这些原因，用于软材料的最通用的切削刃是一种沿着刀刃带有可控缺陷或微刀片而不是具有高度几何完美性的刀刃。没有几何完美性，就更难切削薄的断片。没有刀刃缺陷，切削纤维材料就更困难。因为这些原因，为了使最终的刀刃轮廓和沿着该刀刃形成的缺陷或微刀片最佳，对影响该刀刃精修步骤的所有因素的密切控制就非常重要。
图1至9举例说明了各种刀刃；图10至12举例说明了刀刃的刃磨；图13至20显示了可以根据本发明用于刃磨和精修刀刃的各种装置；图21和22详细显示了制作这种最佳刀刃结构所需的刃面和硬材料的角度关系；并且图23至24显示了具有夹钳刀片和横过或沿着刀刃移动硬物体的精密装置的本发明的应用。
具体实施例方式
图1显示了一种带有两个刀面3的传统双刃面刀片1，其中所述两个刀面终止于刃面2，而各刃面相对于刀片刀面刀面3以角度A(图2)形成。通常，各刃面以角度A刃磨并且相交于刀刃。刀刃本身的特性决定于用于刃磨刃面的方法，但是，如果刃面采用传统方法研磨，毛刺4将沿着刀刃形成，如图3和4中所示，图4是刀刃本身的圆形区域(图3)的放大视图。图4是刚刃磨的刀刃的视图，显示了几乎垂直于两个刃面中心线弯曲的一系列单独的毛刺结构。图5显示了在刃面已经关于硬质表面的平面以一致并且精确受控的角度受力摩擦接触多次并且沿着名义上对准刀片的直线刀刃的方向移动之后沿图4中相同刀刃的刃面2和残余毛刺4可能出现的样子。图6显示了在(a)其后刃面已经重复以相同的受控角度压在硬质表面上和(b)前刃面已经同样压在硬质表面上之后的刀刃结构。这些刀刃变形的本质当然决定于靠着硬质表面施加于刀刃上的压力、刃面所在的面和硬质表面所在的面之间的相对角度以及靠着硬质表面冲击的次数。大多数最初的毛刺结构此时将已经被去除，并且期望的微结构开始沿着刀刃产生。
通过以精确控制的角度、以大约10至20次重复交替地将刀刃的一侧然后另一侧压在硬质表面上的步骤，毛刺与刃面边界的连接断开，并且残留的成片毛刺脱落，留下与图7中所示相似的刀刃结构。以精确控制的角度另外将所产生的刀刃结构压在硬质表面上会如图所示沿着刀刃留下非常规则的精细微齿结构。如后面所述，仅仅当接触刃面所在面的角度在接触点在各次冲击中以相对于硬质表面所在的面的相同精确角度保持一致时，采用该技术才有可能成功。
因此沿刀刃形成的微齿可以提高切削很多范围的材料(包括纤维食物)的效率。
在刀片刃面需要重新刃磨(重新修角)之前，将刀刃滑行地压在硬材料表面上的过程可以重复成百上千次，此时它沿着大致符合刀刃轴线的方向并且以硬材料表面平面和刃面平面之间在各次冲击中一致且精确受控的角度移动。如果刃面和硬质表面之间的角度很小，例如在3至10度的范围内，尤其如此。重复的接触导致剩下的刀刃结构变硬并因此反复地断裂，留下沿刀刃的超精细微齿。定位的装置和精度必须足够精确，即沿着刀刃刃面的接触区域严格限制于非常靠近刀刃的刃面下部，理解这一点非常重要。但是，随着该摩擦过程重复成百上千次，沿着刀刃的反复断裂将去除沿着刀刃的一排初始微齿，并且另一排新的替代微齿沿着剩下的刀刃结构形成。该过程必须通过使用斜角导向器并且优选的是借助于牢固地保持刀片刀面压在导向器上的装置进行精确控制，否则一次沿着刀刃较差的定位接触冲击可以消除多数所述的微结构，并且导致刀刃切削能力的效率更低。随着该过程重复，微量金属将通过沿刀刃的反复断裂以及沿刃面表面下部的微剪切而沿着刀刃被去除。随着刀刃自身反复地应力硬化、断裂和脱落，刀片刃面的宽度(垂直于刀刃测量)变小，但是同时，例如圆柱形硬质表面和刃面所在的面之间的实际接触线或接触区域慢慢变长，为了从刃面上去除微量的金属并与刀刃及其断裂的微结构保持持续而适当的接触，需要在刃面和硬质表面之间施加稍微更大的压力。此时，为了提供刃面下部和硬材料表面之间更有利的相对角度，使用者判断刀刃需要重新刃磨可能更加省时省力。在后面部分更详细地说明了该装置。
认识到该操作最初完全限于接近刀刃的刃面的下部1％至10％，就能很清楚该刀刃精修过程的微小特性和精度。相对较新的刀片上的刃面通常只有大约0.025″(0.6mm)宽。这意味着与硬质表面的初始接触区域被限制在刀刃本身大约0.002″(0.05mm)的刃面区域内。随着刃面成百次地重复压靠横横贯硬质表面上的一相应区域，刃面的接触区域确实会因为接近刀刃的磨损作用而稍微增大，并且该接触区域最终将在刃面上朝着刃面与刀片表面相交处的肩部向上延伸。随着该过程继续，施加到刀片上的力分布在更大的刃面区域上，并且在最接近刀刃的点上所作用的应力级别降低。但是，只要刀片用于切削，微齿的侧向扭曲就会发生，这在随后的再精修过程中增加了这些齿上的侧向应力，并由此有助于沿着受应力并且应力硬化的刀刃连续去除和重新产生微齿。
作为沿刀刃的一千次受控冲击的结果，沿10英寸刀片的刀刃去除的金属量非常微小并且只有大约5至10毫克钢，认识到这一点就能更清楚这一新颖的精修过程的高精度特性。
这里说明的沿刀刃产生微结构的受控重复动作根本不同于传统的刃磨器，它们使用刨削动作在仅仅一次或几次冲击中快速去除整个刃面，并由此产生新的刃面和新的刀刃，认识到这一点非常重要。传统的刨削设备与传统刃磨设备相似，其中传统刃磨设备设计为通过整体去除旧刃面并且采用以通常定位很差的角度形成的新刃面替代旧刃面来形成新刀刃。现有刨削刃磨器的种类包括那些使用硬材料，如金刚砂或碳化钨的锋利刀刃在一次冲击中以非受控的角度去除大量金属并且通过很少的冲击完全替代整个刃面的设备。这些刨削设备也可以带有硬金属或陶瓷制成的带交叉利刃的轮或者棱角。它们不包含进行精确角度控制的装置，因此对于这里所述类型的精密刀刃精修不适合并且不能解决问题。
发明人已经发现，如果要使结果最佳，沿着切削刃形成微齿的这一新的微操作装置必须受到精确控制。要达到最好的结果，为了使毛刺刀刃转变为图7中微齿刀刃6的速率受到控制，刀刃刃面所在的面2与硬质表面所在的面5之间在接触点或接触线处的接触角B(图9)必须可以重复并且以很高的精度保持恒定。当所有的初始毛刺被去除并且形成微齿结构时通常将获得最好的切削刃。
图3和4中所示带有明显毛刺的刀刃切削起来不会很好。当毛刺结构被去除并且形成微齿时刀刃切削起来明显更好。如图6中所示的刀刃切削起来将很好，但是当进一步修改至图7中的刀刃结构时切削起来将更好。很清楚，如果刀刃边界的厚度W变得太大(图8)，具有微齿的优势将会稍微减小。因此，形成带有微齿的刀刃就存在明显的优势，并且以某种使得刀刃在其边界的有效厚度最小的方式达到该目的将会更好。
发明人已经能够证明，如果刃面2的平面和硬材料的硬质表面5的平面之间在接触点处的角度B(图9)保持小于5°，则对于这些刃面而言，当这些刃面以交替刃面的方式沿着硬质表面5重复移动时，毛刺将相对很快地磨损掉并且微齿将少量形成，而不增加有效刀刃厚度。5微米的刀刃厚度很容易获得。但是，如果角度B远大于5度，脆弱刀刃就会在各次冲击中存在更大的弯曲，这将过早地使微齿脱落并且随微齿断裂将不利地增大刀刃的有效厚度。如果还要采用更大的角度，硬质表面将在刀刃下更大程度地摩擦，趋向于使微结构变宽并消除，由此减小该结构并且减小其切削效果。
如果企图以通过手动移动刀片并在硬质表面上冲击其刀刃而不精确控制刃面所在的面和硬质表面之间接触角的方式精修刚刃磨的带有刃面的刀刃，这将很快危及或毁坏沿刀刃形成的微结构的品质并且产生切削能力远远没有达到最佳的刀刃。此外，在连续的冲击中以不同角度并且从不同的方向的重复接触会妨碍微结构的整齐成形，并且不会获得最佳刀刃。因此，刀刃必须更频繁地重新刃磨并且刀片的寿命缩短。为了避免(a)以小于刃面角度A(图9)的角度冲击刀片以至于刀刃本身不接触硬质表面或者(b)以非常大的角度或者以过大的力压刀刃，这将使刀刃变宽并且妨碍毛刺的有效去除和最佳微结构沿刀刃的产生，需要在各次冲击中一直使用刀片的精密斜角导向器。这一沿着刀刃产生微结构的新颖方法可以避免采用传统方法导致的频繁再刃磨，该事实不仅对于延长刀片的寿命很重要，而且对于屠夫或使用者也是一个大优点，他们不必为了重新刃磨刀片而频繁地中断他们的切削操作。
因此，控制角度B(图9)相当关键。很清楚，如果在前面的刃磨步骤中精确控制角度A，就有可能以合适的方法保证刃面和硬质表面5之间角度B的精确控制。
强调在单个装置中提供一种精密刃磨装置和一种精修装置的创新性和价值非常重要，其中精密刃磨装置相对于刀片表面的平面以非常精确的角度A刃磨刀刃刃面，精修装置通过将如此形成的刃面的下部以非常精确并且持续的角度B(最佳情况下仅仅比角度A大几度)压在硬质表面的平面上来精修已刃磨的刀刃。该唯一的组合保证了优化刀刃结构的断裂和沿着刀刃的高度规则微锯齿结构的形成所需角度控制。通过在同一装置中采用这两个关键步骤，可以保证特别重要且必需的角度关系。
图10显示了一种在刀片通过精密刀刃精修装置之前以足够的精度刃磨刀片的精密刀片刃磨装置。它包括两个相对于刃磨砂层的平面11以角度A设置的两个精密斜角导向面8和8a，其中砂层位于其表面成形为例如截锥形的剖面的旋转盘的表面上。一个其刀面3靠在导向面8上定位的刀片1将通过该装置被刃磨，形成其平面将相对于刀片刀面刀面3以角度A精确形成的刃面2。这里所示的砂轮盘(？磨料涂层盘abrasive coated disk)9和9a绕它们的由电机(未示出)驱动的安装轴10旋转。当各盘从它们的由挡块12确定的静止位置移动时，盘克服轴10上的弹簧14在轴10上自由滑行移动。在所示的刀片第一侧上形成刃面之后，则可以将刀片移到导向面8a上，此时可以相对于刀片的相反导向刀面3以角度A由第二砂轮盘9a形成第二刃面。在发明人早期的美国专利中更详细地说明了这种类型的刃磨装置。
图11显示了一种适合于与精密刃磨工位一起使用的精密刀刃精修工位。所示的是具有导向面7和7a以及一个硬质构件13的精密细长刀片导向件的横截面。所示的刀片1的刀面3靠在细长导向面7上，该表面相对于硬质构件13的接触面5以角度C精确设置。如果刀片1首先在图10的精密刃磨装置中刃磨，则其刃面2将相对于导向面7的细长表面精确地为角度A。结果，刃面2的平面相对于硬质表面5精确地以角度B(角度C-角度A)定位(图11)。因此，很清楚，通过独立地精确控制图10中刃磨过程的角度A和图11中刀刃精修过程的角度C，可以精确地控制刀刃本身在精修过程中的角度B。为了沿着刀片刀刃形成最佳的微结构，各刃磨和刀刃精修步骤中的角度必须独立并精确地控制。为了获得最高的精度，角度A和角度C将使用刀片的同一参照特征形成。出于该目的，刀片最可靠的参照特征是其细长的大刀面。通过分别使用刀片的两个大刀面作为参照，刃面的角度可以精确地以角度A被成形。同样，通过在刀刃精修步骤中使用相同的面作为参照，如此形成的刃面和刀刃精修硬质表面的平面之间在接触点处的角度B将得到精确地控制。
这里所述的导向面可以是延伸的平坦表面或者设置一系列两个或多个棒或滚子以形成一个延伸平面，当接触硬质表面而刃磨或者精修刀片刃面时刀片可以靠在该平面上。硬质表面具有足够的硬度，这非常重要，但是该表面下面的支撑结构不必具有相同的硬度。
图12简单显示了为了相对于硬质表面构件13形成的接触平面以精确受控的角度定位刀片1的刀刃刃面2而使用一个细长导向面7和刀片3的长面作为参照表面的优势。刀片背面侧的细长平面区域3与具有足够长度、宽度和面积的刚性平面7的紧密接触确保刀片及其刃面相对于构件13上硬接触表面5的预定方位的角度位置的精确控制。导向面的长度和宽度越大，最大至刀片尺寸，角度控制的精度就越高。为了更好地保证足够的角度精度，导向面的长度不小于刀片长度的20％，但是通常不小于大约一英寸。通过以这种方法控制刃面和硬质表面之间的角度，该角度将非常一致，并且不会因为一些特征，如刀刃处的刀片厚度或者沿刀片长度的刀片宽度变化而变化。很明显，使用细长平面如图12中所示的上述角度控制的精度将远远高于例如，采用按角度对正到硬质表面上用作邻近硬质构件13的斜角导向器的单个圆形导向杆所获得的精度。可以以共同的角度间隔设置两个杆以限定一个为刀片导向的平面，但是越过整个刀片长度的连续表面将更精确，并且更方便。刃面和硬质表面对正上仅仅几度的随机变化将显著影响沿刀片刀刃的微结构的品质。精确的角度控制当然可以通过在精确的机械臂中夹钳刀片来获得，此时臂机构的精度提供需要的角度精度。但是，这种复杂装置在家庭或工业厨房或者屠宰环境中并不实用，并且它们表现出为获得需要的精度所不需要的复杂性。
图13和14显示了一种用于依据上述原理的精密手动刀刃精修器的结构。硬质构件13名义上居中地安装在具有一个连接手柄16的物理结构15中的细长刀片导向器17之间，可以很方便地一手握住手柄16，而交替地用另一只手沿着导向器17的表面拉动刀片1的刀面。导向器17的长度足以保证刀片刀刃与导向器和硬质构件13接触表面的精确对齐。两个硬质构件13的使用是可选的，但是这样使用具有如下优势在结构15中，刀刃精修器可以由惯用右手或惯用左手的操作者很方便地使用，并且具有两个硬质构件更快速地刃磨刀片的优势以及可以精修刀刃的整个长度直至护手或手柄的优势。作为选择，可以只有一个硬质构件13类似地位于导向器之间。构件13的尺寸和位置如图所示，居中位于导向器之间以至于当刀片沿着细长导向表面拉动并且压在硬质构件的接触表面上时刀片刃面的边缘将接触一个或两个构件。可以选择细长刀片导向器的角度，以至于为了正在精修其刀刃的刀片，优化刀刃刃面所在的面和硬质表面所在的面之间的角度。可以采用例如图16a中所示的机械装置用以允许调整导向装置的角度，以至于对于正在精修的刀片刀片刃面的特定角度，角度C(图11和16a)可被优化。作为选择，如上所述，因此一种精密刀刃刃磨器(或手动或机动)和精密手动刀刃精修器的组合在一个装置中提供了角度A和C的控制，并且保证刀刃精修步骤的最佳结果。
硬质构件13可以为圆柱形、椭圆形、长方形或者任何一种形状。优选的是，该构件具有比正在刃磨的刀片更高的硬度。其表面在接触线或接触点处的半径可以设计为使刀片刀刃与该表面被强迫接触时施加在刀片刀刃上的压力达到最佳。在接触线或接触区域处的有效半径可以是硬质构件的大曲率的结果或者是该点处微结构，如凹槽和筋的结果。为了获得最好的结果，这种沿表面的凹槽、筋或划线应该大致垂直于正在精修的刀刃线，并且无论如何，优选的是，凹槽或划线的排列横过该刀刃线而对正。本发明可以应用为这种筋的轴线呈一定角度而非垂直，包括使带筋表面倾斜或者使筋成螺旋形以形成交替的攻角。
在通过这里所述的新颖、精密的装置形成最佳刀刃结构的过程中，硬接触表面13最初将只在靠近刀刃的刃面2的末端处(图21)接触刃面。随着毛刺被去除，硬质表面也将去除邻近刀刃的微量金属，并且在多次冲击之后刃面的最下部分将开始重新修角至一个更接近硬平面角度的角度。因此，一条线和更大的接触区域44(图22)在刃面的下部和硬质构件的接触表面之间产生。由刃面靠在硬质表面的多次重复冲击所产生的这一增大的接触区域44(图22)对于稳定形成中的刀刃结构上的局部压力并由此减小在随后的刀刃再精修过程中微齿太早脱落的可能性非常重要。该装置依赖于刃面和硬质表面之间高度精确和一致的角度关系，它减小硬质表面在刀刃下撞击并且通过所述撞击而非通过所期望的沿刃面侧的反复磨损以及引起的应力硬化和断裂过程敲掉微齿的机会。
已经发现，沿硬质构件表面的局部轴向筋是一种在刃面和刀刃上形成合适的局部应力级别而不损坏正形成的微齿的方便的方法。但是，优选的是，这些筋各自为圆形并且不终止于可以过多地去除金属并因此撕掉微齿的超锋利棱边。力的级别必须足以压迫微齿并且在微齿的根部下面产生断裂，并允许在切削刃因为使用而钝化之后将它们去除和替代。为了使这种筋不可以沿着部分刀刃刃面去除大量的金属，这种筋的深度也必须受到控制。
硬质构件13(图13)可以刚性固定到结构15上，或者作为选择，硬质构件可以安装在一个结构件上以至于当刀刃刃面被压至与构件接触时它可以克服约束力而稍微移动。该约束力可以由一种线性或非线性的弹性材料或类似装置提供。有可能设计为允许使用者手动调节或选择约束力的大小和位移范围。图15和16举例说明了采用约束力概念的多种可能结构中的一种。图15和16中所示的硬质构件13可以为，例如具有硬质表面的圆柱体或管，或者可以在螺纹杆18上旋转且内部带有螺纹的中空体，所述杆18延伸进入钻孔以容纳杆18非螺纹部分的支撑件19中，而杆18反过来带凹槽用以容纳在支撑件19的钻孔中支撑杆18并且物理上使其定心的弹性O形圈20。如果这种结构或类似结构安装在图13和14的装置中，当刀片1(图13和14)沿着细长导向器17插入时，硬质构件13将与刀片刀刃刃面2接触，并且通过施加足够的、向下的力至刀片1上而稍微角向或侧向移动，导致侧向力施加到O形圈20上。为了保持接触角度B优选地位于最佳值的1至2度范围内，O形圈的压缩程度以及所引起的硬质构件13的角向位移可以由物理挡块或其它装置限制。通过允许硬质构件在受控的抵抗压力下以这种方式稍微移动，就有可能使得在刀片和硬质构件之间手动施力的操作者施加过大压力的机会最小。过大的力不利于以最佳方式沿刀刃去除毛刺并且形成微结构的渐进过程。但是，如果期望加速微齿产生的速度，则可以施加更大的压力到刀片上，角度B将稍微增加并且微齿将更快地产生。已经发现，存在一个最佳的抵抗力级别并且该装置提供了一种形成和保持该最佳级别的方法。通常，1至3磅之间的抵抗力为最佳。为了在硬质构件的表面变得扭曲、带有碎屑或者因为重复接触刀片刃面而过度磨损时将硬质构件的新表面暴露至刀片刃面2，硬质构件与支撑杆18的螺纹连接允许使用者旋转并升高或降低硬质构件13。螺纹连接可以足够紧，以至于当刀刃在其接触面上摩擦时硬质构件13不会转动。作为选择，螺纹连接可以足够松，以至于当刀片刀刃拉过硬质构件13表面时因为摩擦和摩擦力而缓慢转动。优选的是，硬质表面将在刀刃结构上几乎不或完全不进行任何传统的研磨动作。如果沿着刀刃存在任何研磨动作，那就必须足够小以至于不会明显妨碍通过非研磨方法去除毛刺的缓慢过程或者过早去除沿刀片刀刃形成的精细微结构。如后面所述，由于沿刀刃的非常轻微的研磨补充动作可以稍微减小微结构的宽度而在一些情况下显示出一定优势，但是，为了不去除正在由硬质构件形成的微结构该动作必须特别轻微并且很小心地进行。
图13、14、15、16和16a中的装置仅仅是可以在保持对刃面2所在的面和硬质构件13所在的面之间角度B(图11)的紧密控制的同时用于实现精密刀刃精修过程的结构的一个实例。表面的形状和硬质构件的形状可以变化很大，以适应为刀片精确导向和精确确定硬质构件13表面和刀片刃面2之间的角度B的各种可选装置。很清楚，各种可选的限制机构可以被用于定位硬质构件并且允许硬质构件的受控移动但是对该移动提供抵抗，包括线簧和板簧。各种可选装置可以用于允许硬质构件的移动，用以露出在它们可以用于精修刀刃的表面上新的区域。一种采用有精密刃磨工位和如图15和16中所示的刀刃精修装置的刃磨器允许如前所述对角度B进行精确控制并且以最佳精修形成刀刃。
如前面所述硬质构件的表面可以带雕纹、划线或者设有一种将成形的纹理或图案，更高但受控的局部压力和力沿刀片刀刃被施加，从而有助于去除毛刺结构并且形成微结构，否则有必要施加更大的手动力在刀片本身上。这种微结构可由硬质构件的表面上一系列硬而浅的微细筋而形成，例如间隔0.003英寸至0.020英寸，此时优选的是，当刀刃接触硬质表面时，各筋轴线垂直于刀刃线但总与刀刃线成一个明显的角度而对正。优选的是，这种筋应该很浅，以至于它们不会从邻近正形成的微结构的刃面上去除过量的金属。但是，为了实现最佳微结构，由邻近接触刀片刃面的接触面、点或线所在的面确定的这种筋所在的面必须保持如这里所述的最佳角度B。这种筋的最佳尺寸部分决定于刀片材料的硬度。
硬质表面形成这里所述的刀刃微结构所需的可能几何形状可以包括具有大约几千分之一英寸的小半径的重复几何特征。但是，这里所述的精修步骤并非传统的刨削操作，传统刨削操作通常将去除、再修角或形成新的刃面而不管沿刀刃本身的具体的、期望的微结构，理解这一点非常重要。可以说，本发明是一种针对之前已经利用传统方法被刃磨过的刀片上的毛刺仔细去除的精密操作，这是通过以下方式完成的，即通过足够的压力以相对于硬材料的表面的精确受控角度将刀片刀刃推压抵靠在该表面上，从而渐进而明显地去除所述毛刺、使毛刺连接点处的刀刃断裂、并且沿刀刃形成相对均一的微结构。刨削整个刃面(或者将整个刃面重新修角)将起到反作用，象粗糙而侵蚀性的刃磨一样，这将形成新的刃面并且再次形成沿刀刃的传统毛刺，并且留下非常粗糙而未修整的刀刃。
本发明是一种独特的方法，用以精修传统上已经刃磨的刀刃以至于沿刀刃形成高效的微结构，而同时保持由其几何完美性所限定的相对锋利的刀刃。
形成这种有用类型的刀刃需要高度精确重复的微操作。除了需要精确地确定刃面所在的面和硬材料表面之间在接触点处的角度之外，关键是要保证该攻角在每次刀刃沿其整个长度冲击中都得到保持。该攻角必须以降低大约正或负的1至2角度的重复精度得到保持。避免严重损坏微齿或者改变沿刀刃正在形成的刀刃结构的特性就需要这种重复精度。此外，为了避免使新形成的微齿太早脱落，由刀片刃面施加在硬质表面上的压力必须达到最佳。通过重复的滑动接触而沿刃面的边缘产生的力使微齿的侧面光滑，但是以一种方式将它们压紧和拉紧以至于沿着刀刃显著低于它们表观连接点的某一深度使它们的支撑结构重复地断裂。这一重复的过程最终导致去除微齿并且用各“齿”下面的支撑刀刃结构的重复断裂所形成的一排新的微齿代替它们。在各次冲击中施加在微齿上的力的大小决定于由使用者施加在刀片上的向下的力。因为在细长斜角刀片导向器和硬质表面之间刀片刀刃处的楔入效应，微齿上的局部力可能非常大，认识到这一点非常重要。因此，必须由使用者施加的力就相对适度并且当然比在没有刀片导向器的情况下必须直接施加的力更小。很难通过任何手动、无导向的冲击工序一致地将该级别的力施加到刀片刀刃上。
通常，硬材料不应该为磨料。所述过程去除毛刺、沿刀刃形成微齿并且通过基本非研磨的过程从靠近刀刃的刃面磨掉微量金属。与沿着刀刃形成并再形成整齐排列的微齿的同时所去掉的微量金属相比，通过任何磨料去除金属的速度很容易就达到很大。
图13和14中所示的刀刃精修器包括两个硬质构件13以至于该装置如果由惯用右手或惯用左手的人使用将同样高效。很清楚，该结构允许精修传统刀片的整个长度，具体地说包括靠近手柄或护手的刀刃部分。如果在具有一个细长导向器17用于保证精确角度控制的装置中只有一个这样的构件13，那么惯用右手或惯用左手的人或两者都将发现不可能很舒服地精修刀刃至护手或刀片手柄的整个长度。为了精修靠近护手的刀刃，同时为刀片表面提供细长导向器，一个硬质构件必须位于精修器的一侧以至于整个刀刃可以接触它，直到护手和刀片手柄。
如前所述，硬质表面不应该具有固有的磨损趋势。该表面不应该涂覆传统的更具侵蚀性的大研磨材料颗粒，如金刚石、碳化物或氧化物磨粒。当为大小合适的颗粒形状时，这些材料通常具有赋予它们侵蚀性研磨特性的特别锋利的棱边。但是，这些材料特别坚硬，并且当以大平面的形式制备并且高度抛光时基本上没有研磨性。为了在刃面的边界使微结构沿刀刃重复形成和断裂，这里公开的刀刃精修过程依赖于由硬质表面在其刃面边缘处精确施加在刃面上的斜角压力。将刀片刃面和刀刃结构在硬质表面上重复摩擦的过程使靠近刀刃的刃面应力硬化、使刀刃线以下的刀刃断裂并且使立即靠近刀刃的金属变形。沿着靠近刀刃的刃面下部的金属因为局部接触压力而变形、磨去，并且因为硬质表面所在的面与刀片刃面所在的面很小的定位角度差而微剪切。因此，局部接触压力慢慢地沿刀刃使微齿断裂，并且使刃面的下部慢慢并且选择性地重新修角，以紧密接触硬质表面所在的面。很清楚，如果定位角度差太大，或者如果在刀刃处存在任何真正的研磨作用，微结构将过早地被研磨掉并被破坏，否则，其将缓慢地被成形和再成形。为了使微结构有时间产生并且防止其直接磨损，靠近刀刃的刃面变形和金属去除的速度必须达到最小。因为硬质表面在几微米范围内的固有粗糙度而沿刃面下部产生的磨损量看来可以接受。为了使得这种粗糙度不会引起过量的金属去除，同时形成最佳微结构，大于约10微米的表面粗糙度(对比于小的重复几何特征的尺寸)在一些对压力和微齿生成速度有限制的情况中将大致是应用极限。因此，硬质表面没有显著的研磨特性非常重要。
因为控制沿刀刃的刃磨刃面所在的面和与硬质表面接触点处表面之间的角度B非常重要，因此对于最佳的情况如上所述控制刃面的控制角度A(图10)和精修操作中的角度C(图11)以至于角度差B(角度C-角度A)得到密切控制就非常重要。因此，现在很清楚，形成包括刃磨工作台和刀刃精修工作台26并且它们各自分别具有精确控制角度A和C的单个装置31，例如，如图17和18中所示，就存在显著的优势。刃磨工位可以为手动或者为机动，但是在该实例中刃磨工位为机动。该装置的第一(刃磨)工位25具有各自相对于刀片刀面以角度A设置的细长导向平面23和研磨表面。在第二(刀刃精修)工位26中的导向平面24各自相对于硬质构件13的接触表面以角度C设置。第一工位(图17)显示为带有U形导向弹簧22，该弹簧设计为当刀片沿着所述细长导向平面拉动并且与刃磨盘9和9a(图10和18)进入接触时牢固保持刀片压在细长导向平面23上。
牢固保持刀片刀面压在图17中的导向平面23上的U形导向弹簧22显示为用于第一工位25，但是在第二工位26中仅仅因为清楚起见而被省略。这种弹簧在美国专利5611726和6012971中得到说明，其细节在这里引作参考。但是，为了保证刀片刀面3与细长导向平面保持密切接触，优选的是，在第二工位26中有一个类似的刀片导向弹簧22沿着导向器长度延伸。那将反过来保证刀片刃面相对于构件13的接触表面得到定向。
硬质构件13支撑在结构19上面，该结构位于驱动轴34前面或者带有切槽允许轴34连续地通过和旋转，而轴34在其端部由轴承装置35支撑，轴承装置35反过来由连接到底座32上的结构37支撑。结构19同样是底座31的一部分或者是连接到底座31的一个独立构件。在该实例中由杆18支撑并且螺纹连接到杆18上的硬质构件13在与刀片切削刃面接触时可以侧向移动，该移动量通过选择O形圈20合适的硬度和设计来控制。作为选择，构件13可以刚性安装到结构19上面，不能移动，但是该选择需要使用者具备稍微更多的技能以避免沿切削刃施加过大的力。
如图17和18中所示装置的实践证明了在严格一致的状态下形成刀刃微结构的显著改进，其中，角度差B(C-A)由精确细长的导向器精确控制为处于3至5°的范围内。在同一装置中具有刃磨和刀刃精修操作的优势很明显，因为各角度A和C由细长导向器的预置角度预先确定。必须设计为以期望的角度A形成所有刃面的刃磨过程可以通过为那些精通于刃磨的技术人员所知的任何传统装置来完成，这些装置包括研磨和刨削装置。另外还注意到，为了快速而精确地形成带有明显毛刺的基础刃面，在刃磨工位中使用金刚石磨料具有优势。金刚石是用于刃磨和干净地去除金属的最高效的磨料。因此，金刚石不管其硬度如何都可以沿着任何金属的刀刃形成非常显著而整齐限定的毛刺，而不产生过热。沿着刀片刀刃形成最佳微结构的过程依赖于以充分刃磨并形成良好刃面的刀片开始，然后通过以很小的角度差B交替在刀刃的一侧然后另一侧施加压力直到去除残余毛刺，留下沿刀刃的微结构。当该断裂过程继续进行时，其可被中断，并且刀片可以用于切食物或其它物体，然后进一步精修以再次进一步提高刀刃结构的切削能力。这一再精修过程可以中断和重复多次，直到再精修过程变得非常缓慢以至于期望重新刃磨刀刃并且从新形成的刃面开始。通过在该过程中保持很小的角度差B，刀刃可以在需要重新以角度A刃磨形成新的精确刃面之前再精修很多次，注意到这一点非常重要。
刀片刀刃的切削能力决定于各种因素，但是最重要的是刀刃的几何完美性和沿刀刃的所有微结构的特性，它们有助于切削某些材料，特别是本文所述纤维材料的效果。在该公开文献中所述的手动和机动设备设计为优化和控制沿刀刃的理想精细微结构的形成。在形成该微结构的过程中，先前刃磨步骤中余留的毛刺逐渐被去除直到事实上所有毛刺都被去除，留下微结构。如图8中所示，当毛刺被去除时，微结构大致如图所示形成，但是刀刃在其边界有时可能比如果各刃面2相交于一点情况下的刀刃更宽。这是因为刀片使用而产生的沿刀刃留下的碎片或毁坏的微结构。这些碎片通常很小但是还有可能稍微减小其尺寸，而不去除正在形成的微结构。已经发现，如果需要，通过以精确设置为非常接近角度C的角度使用非常轻微的抛光和打磨动作(非侵蚀性)形式的精饰过程，有可能在刀刃精修步骤中减小沿着刀刃的这种碎片的尺寸而不显著去除正在通过所述装置形成的微结构。这种轻微抛光装置的高效角度D(图20)必须非常接近角度C。很显然，如果准确地为刃面角度A(图10)，就可以去除刃面几何突出之外的任何碎片并且只从刃面本身去除最少量的材料。如果足够轻微，这种研磨动作有时候可以提高刀刃的几何完美性并且稍微减小刀刃的厚度，而不去除由刀刃精修步骤形成的微结构的齿状结构。实践表明，这一随后的轻微动作可以稍微提高刀刃对于一些材料的切削能力。也很清楚，如果该轻微作用步骤的角度D显著超过角度C，它将很快去除沿刀刃的理想微结构并且形成毛刺结构。因此，该精饰操作必须以相对于形成初始刃面和初始毛刺的初始侵蚀性刃磨动作的角度A的精确地最佳角度在高度受控的状态下进行。
图19和20举例说明了一种电机驱动的三工位刀刃精修装置，它包括一个设计为以角度A操作的刃磨工位25、一个设计为以角度C操作的刀刃精修工位26和一个使用非常轻微的抛光或打磨动作的精饰工位，该精饰工位设计为以必须接近角度C(优选的是在1或2度以内)的角度D操作。所有这些角度都是该工位的受控导向面和磨料9、9a、38和38a的接触表面或硬质构件13表面之间的角度。在该装置(图19和20)中，第一工位26可能，例如使用涂覆有270粗砂金刚石的砂轮盘9和9a。第三工位盘38和38a可能由超精细的3至10微米磨料制成，如在更早的美国专利6267652B1和6113476中所述嵌入柔性基体中的氧化铝，其细节在此被引作参考。为了避免作用过大，以至于在第二工位中形成的微结构过早被去除或毁坏，在第三工位27中，优选的是，粗砂尺寸必须很小(小于10微米)并且限制弹簧40或其等效物的力必须特别小，优选的是小于0.2磅。
在图19和20中，刀刃精修工位二26基本上与前面参考图17和18所述相同。用于该工位的导向器精确地保持角度C。
硬质构件13上新的表面区域可以通过旋转杆18螺纹部分上的构件而露出。尽管没有示出，但是为了保证刀刃精修过程中的精确角度控制，一个压紧弹簧，如弹簧22通常被用于将刀片刀面刀面3牢固地压在细长导向器24的平面上。
在第一工位25和第三工位27中的盘的表面可以，例如为截锥形的剖面。在确定这些工位中精确的接触角度的过程中，在刀片刀刃与刀片刃面接触点处导向器表面所在的面和磨料表面上的表面所在的面之间形成竖直角度，这非常重要。导向器23、24和21都是细长的，允许在刀片刀面紧密接触导向面的细长平面移动时进行精确的角度控制。例如以大约3600转/分的速度在轴34上旋转的盘38和38a可以通过克服弹簧40的约束力与轴滑动接触而侧向移动。通过当刃面与盘的表面进入接触时，允许盘以这种方式移动滑行远离刀片刃面，磨料刨凿刀刃或者损坏微结构的机会就大大降低。如前面的图18所示，驱动轴34的侧向位置由牢固保持在与装置底座31相连的槽形结构37中的精密轴承装置35精确地确定。通过精确地确定轴34的侧向位置，盘相对于导向器21、24和23精确地侧向定位。
为了使用该装置，启动电机，并且使刀片刃面接触正旋转的盘9和9a沿着导向平面拉动刀片几次，同时在工位1的左右导向器23中交替拉动，直到刃面和毛刺沿刀片刀刃产生。然后使刃面接触硬质构件13将刀片沿细长导向平面24拉动，并且沿工位2的左右导向器24交替拉动多次。然后刀片可以用于切削，或者可以首先沿工位3的左右导向器将刀片快速拉动一次，同时保持刀片刀刃接触旋转盘38和38a。工位3必须保守地使用，以至于不会去除沿刀刃的微结构。当刀片的效率因为切削而降低时，可以再次在工位2中精修刀片刀刃。刀刃在其必须再次在上述工位1中刃磨之前可以再精修很多次。
前面的说明公开了多种不需要技能的装置，用于沿已刃磨刀片的刀刃可重复地形成唯一均匀的微结构，此时该装置采用有用于刀片的高精度斜角导向系统，以至于可以在不断冲击中准确地以相同的角度重复移动刀片刀刃靠近刀刃的非常狭窄的区域横过一硬质表面。这一高度受控的动作使刃面的下部在刀刃的大约20微米范围内应力硬化，导致断裂在靠近刀刃的小区域内以可重复的方式发生，这反过来导致刀刃的微截面沿刀刃脱落，留下沿刀刃的高度均匀的齿结构。如此形成的齿其高度通常小于10微米并且沿刀刃每10至50微米间隔。这些尺寸比得上或者显著小于人的头发的宽度。已经在此所述的几个装置通过靠着硬质表面移动刀片刀刃来操作。但是，只要在接触点或接触区域处硬质表面在各次冲击中精确地保持相同的角度，通过沿静止刀片刀刃的边缘移动硬质表面也可以获得相似的结果。为了获得最佳结果，刀片刃面所在的面和硬质表面所在的接触面之间的角度差应该大约为3至5度的级别上，优选的是小于10°。
如果角度差超过10°，则微齿的特性和次数将显著改变，并且所产生的刀刃的切削能力受到不利影响。超过10°，微齿各自更小，齿间距变得更不规则并且如果角度增加实际齿的总数量将减小。此外，重要的是，对于为更大的角度B，刀刃宽W就更大，并且刀刃不再那样锋利。保持角度B很小，例如小于10°的优势非常明显。也很清楚，为了保持在每个精修冲击中精修角度C位于如此接近刃磨角度A的范围内，有必要使用精密导向装置。这是可以获得所述结果的唯一方法。
通过以刀片刃面所在的面和硬质表面所在的面之间的受控角度差沿刀片的刀刃移动硬质表面形成类似微结构的装置的两个实例示于图23和24中。在第一个实例(图23)中，刀片1设置为其轴线名义上级别。刀片刃面所在的面被安置成与水平面为A度的角度，这里A是上刃面2的角度。硬质表面5所在的面与水平面的角度可以调节并且所示设置为角度C。因此，刀片刃面所在的面和硬质表面所在的面之间的角度差为C-A，等于角度B，该角度最佳必须处于大约3至5°的级别上，并且优选小于10°。
硬质构件13可调节地连接到柱46上，该柱安装在可以沿斜角底座构件48滑行移动的台架47上。当硬质构件5沿着底座构件48以靠近刀刃的上刃面2的下部滑行接触的方式如此手动移动时，由硬质表面施加在刀刃刃面上的压力大小可以由使用者通过靠着刃面以更大或更小的力推硬质构件而控制。底座构件48设计为支撑通过夹钳50和连接螺钉56夹钳到底座48的上平台58上的刀片1。
在一种采用有移动硬质表面5的装置的第二实施例中(图24)，刀片1如此安装以至于其上刃面2的角度平面比水平面X-X仅仅差B度，该水平面对应于下降至与上刀片刃面2的边缘物理接触的硬圆柱13的下表面5。通过由角度调节螺钉45调节角度C，角度B的绝对值可以变化至最佳级别。为了提供与刀刃刃面更小的接触区域，并因此沿刀刃提供更大的应力级别用于如上所述使刀刃压紧和断裂，重而硬的圆柱的下表面5可以光滑或者刻有精细的径向凹槽和筋。如果需要优化由硬质表面5加在刃面上的负载，则可以优化圆柱的重量或者可以增加弹簧(未示出)。硬质表面可以沿与台架47相连的柱46的高度滑行移动，台架47在斜角底座构件48上自由滑行。斜角底座构件具有一个竖直柱50，上面安装一个通过夹钳54和紧固螺钉56保持刀片1的角度调节板52。
权利要求
1.一种用于沿金属刀片细长刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，该刀片具有两个在其边界已经刃磨形成两个刃面的刀面，这两个刃面相交以至在两个刀刃刃面的连接处形成所述细长刀刃，所述装置包括至少一个精密斜角刀片导向器，刀片的一个刀面与所述导向器保持持续的滑行或滚动接触，以便引导刀片的细长刀刃与一个物体的硬质表面持续接触，并且相对于所述接触面以精确预定的角度B定位一个刀刃刃面所在的面，其中所述硬质表面由至少与刀片金属一样坚硬的材料构成并且当刀片刀面沿着所述导向器移动而其细长刀刃与所述硬质表面保持持续接触时没有磨损趋势。
2.根据权利要求1所述用于沿细长刀片刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，其中所述精密刀片导向器具有一个刀片刀面与其保持持续接触的细长表面。
3.根据权利要求1所述用于沿细长刀片刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，其中细长精密刀片导向器的有效长度不小于大约1英寸的长度。
4.根据权利要求1所述用于沿细长刀片刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，包括至少一个所述硬质表面和至少一个邻近所述表面的所述刀片导向器，所述导向器包括一个物理构件，所述物理构件在刀片沿所述刀片导向器移动而刀刃持续接触所述硬质表面时接触刀片并且施加力将刀片压在所述刀片导向器上。
5.根据权利要求1所述用于沿细长刀片刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，包括一组所述硬质表面和一个邻近所述表面的所述刀片导向器，所述导向器包括一个倒置U形弹簧构件，所述弹簧构件具有弹性悬臂和一个中间连接部分，所述连接部分位于所述硬质表面组之间，并且所述弹簧构件的各所述臂大致沿着对应的一个所述精密刀片导向器的一部分向下延伸。
6.根据权利要求1所述用于沿细长刀片刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，其中相对于所述硬质表面的所述接触平面的相邻刃面的预定角度B小于10度。
7.根据权利要求1所述用于沿细长刀片刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，其中所述硬质表面是一个静止圆柱体的表面，其轴线名义上垂直于所述刀片的细长刀刃设置。
8.根据权利要求1所述用于沿细长刀片刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，其中所述硬质表面是一个可旋转圆柱体的表面，其轴线名义上垂直于刀片的细长刀刃设置。
9.根据权利要求8所述用于沿细长刀片刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，其中一个制动机构阻止所述可旋转圆柱体的旋转，除非施加于所述圆柱体上的力矩超过由该制动机构施加的力矩。
10.根据权利要求1所述用于沿细长刀片刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，其中所述物体的所述硬质表面被一个限制机构限制在一个相对于邻近的所述精密刀片导向器的预定的静止位置，所述限制机构施加限制力以定位所述物体于所述位置上，所述物体可以通过由接触所述物体所述硬质表面的刀刃刃面施加的力克服所述装置的所述力而移动。
11.根据权利要求7所述用于沿细长刀片刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，其中，为了使得可以选择所述圆柱体的硬质表面的不同区域作为与相邻刀刃刃面的接触点，所述圆柱体可以调节。
12.根据权利要求1所述用于沿细长刀片刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，其中所述物体的所述硬质表面在所述硬质表面与细长刀刃的接触点处具有连续凹槽，并且，所述凹槽角向定向为当刀刃移动横过所述带槽的硬质表面时横过细长刀刃。
13.一种用于沿金属刀片细长刀刃修改其物理结构的手动刀刃精修装置，该刀片具有两个在其边界已经刃磨形成两个刃面的刀面，这两个刃面相交以至在两个刀刃刃面的连接处形成所述细长刀刃，所述装置包括至少一个精密斜角刀片导向器，刀片的一个刀面与所述导向器保持持续的滑行或滚动接触，从而引导刀片的细长刀刃与一个物体的硬质表面持续接触，并且相对于接触面以精确预定的角度B定位一个相邻刀刃刃面的平面，其中所述硬质表面由当刀片沿着所述导向器移动而其细长刀刃与所述硬质表面保持持续接触时至少与刀片的金属一样坚硬的材料构成。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述刀片导向器在所述刀刃刃面、刀刃精修和精饰工位中为细长的，包括一个倒置U形弹簧构件，而所述弹簧构件具有弹性悬臂和一个中间连接部分，而至少一个所述弹性悬臂大致沿着所述刀片导向器的一部分向下延伸。
15.一种用于沿金属刀片细长刀刃修改其物理结构的刀刃精修装置，该刀片具有两个在其边界已经刃磨形成两个刃面的刀面，这两个刃面在其边界相交以至形成所述细长刀刃，所述装置包括至少一个斜角刀片导向器，该导向器设计为可重复并且精确地保证引导刀片刀刃与至少一个硬质表面接触并且以优于3度的角度精度在刀刃与所述硬质表面接触点处相对于所述硬质表面的平面以角度B对齐与至少一个刀片刃面接触的平面。
16.一种用于刃磨和精修刀片刀刃的装置，所述刀片具有两个刀面、一个细长的切削刃并且每个与相应的刀面邻接的刃面相交以形成所述切削刃，所述装置包括至少一个刃磨工位和至少一个刀刃精修工位，所述刃磨工位包括至少一个具有暴露的磨料表面的盘，所述盘安装在一个用于旋转的轴上，一个刀片导向面与所述盘并置，以引导刀片的一个侧面以至使刀片刀刃接触所述旋转盘的一个表面，所述刀片导向面在与刀片刃面的接触点处相对于所述盘表面所在的面位于预定竖直角度A，所述刀片导向面位于与所述磨料表面相交的一个平面内，所述刀刃精修工位包括至少一个相关的精密斜角刀片导向器，所述刀片的所述面保持持续接触该导向器，并且该导向器引导所述细长刀片切削刃接触至少一个物体的硬质表面，相关刀片导向器所在的面在刀片刀刃与所述硬质表面的接触点处相对于所述硬质表面所在的面位于预定角度C，其中所述硬质表面具有至少与刀片刀刃一样坚硬的硬度。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述位于静止位置的物体可以通过刀片刀刃施加在所述物体的所述硬质表面上的力克服一个弹性装置的预定约束力而移动，当释放所述力时所述弹性装置将重新定位所述硬质表面至所述静止位置。
18.根据权利要求16所述的装置，其中角度A和角度C之间的角度差小于10度。
19.根据权利要求16所述的装置，其中所述刀刃精修工位的所述刀片导向器为细长的，包括一个倒置U形弹簧构件，所述弹簧构件具有弹性悬臂和一个中间连接部分，所述连接部分越过所述硬质表面，而至少一个所述弹性臂大致沿着所述刀片导向器的一部分向下延伸。
20.根据权利要求16所述的装置，其中所述硬质表面是一个圆柱体的表面，其轴线名义上垂直于所述刀片的细长刀刃。
21.根据权利要求20所述的装置，其中一个制动机构阻止所述圆柱体的旋转，除非由刀片刀刃施加于所述圆柱体的所述硬质表面上的力矩超过由所述制动机构施加的力矩。
22.根据权利要求19所述的装置，其中，包括一种结构以调整所述物体的位置，从而可以选择所述圆柱体的硬质表面的各种不同区域作为与细长刀片刀刃的接触点。
23.根据权利要求16所述的装置，其中所述硬质表面在所述硬质表面与细长刀刃的接触点处具有连续凹槽，所述凹槽被斜角定向为当刀刃移动横过所述带槽的硬质表面时横过细长刀刃。
24.一种用于刃磨和精修刀片刀刃的装置，所述刀片具有两个刀面、一个细长的切削刃和分别邻近各刀面并且相交以至形成切削刃的刃面，所述装置包括一个刃磨工位、一个刀刃精修工位和一个刀刃精饰工位，所述刃磨工位包括至少一个具有暴露的磨料表面的盘，所述盘安装在一个用于旋转的轴上，一个刀片导向面与所述盘并置，以引导刀片的一个刀面以至使刀片刀刃接触所述旋转盘的表面，所述刀片导向面在与刀片刀刃的接触点处相对于所述盘磨料表面所在的面位于预定竖直角度A，所述刀片导向面位于与所述磨料表面相交的一个平面内，所述刀刃精修工位包括至少一个相关的精密斜角刀片导向器，刀片的刀面保持持续接触该导向器，并且该导向器引导细长刀片切削刃接触至少一个物体的硬质表面，所述相关刀片导向器所在的面在刀片刀刃与所述硬质表面的接触点处相对于所述硬质表面所在的面位于预定角度C，其中所述硬质表面具有至少与刀片刀刃一样坚硬的硬度，所述精饰工位包括至少一个具有暴露的磨料表面的精饰盘，所述精饰盘安装在一个用于旋转的轴上，一个精饰刀片导向面与所述盘并置，以引导刀片的一个刀面以至使刀片刀刃接触所述旋转盘的表面，所述精饰刀片导向面位于与所述磨料表面相交的一个平面内，在与刀片刀刃的接触点处相对于磨料表面平面以预定角度D设置。
25.根据权利要求24所述的装置，其中角度A和角度C之间的角度差小于10度并且角度A和角度D之间的角度差小于3度。
26.根据权利要求24所述的装置，其中所述位于静止位置的物体可以通过刀片刀刃施加在所述物体的所述硬质表面上的力克服一个弹性结构的预定约束力而移动，当释放所述力时所述弹性结构将重新定位所述硬质表面至所述静止位置。
27.根据权利要求25所述的装置，其中所述刀片导向器在所述刀刃刃面、刀刃精修和精饰工位的范围内为细长的，其包括一个倒置U形弹簧构件，而所述弹簧构件具有弹性悬臂和一个中间连接部分，而至少一个所述弹性悬臂大致沿着所述刀片导向器的一部分向下延伸。
28.根据权利要求24所述的装置，其中所述物体的所述硬质表面是一个圆柱体的表面，其轴线名义上垂直于所述刀片的细长刀刃。
29.根据权利要求28所述的装置，其中一个制动机构阻止所述圆柱体的旋转，除非由刀片刀刃施加于所述圆柱体的所述硬质表面上的力矩超过由所述制动机构施加的力矩。
30.一种用于刃磨和精修刀片刀刃的装置，所述刀片具有两个刀面、一个细长的切削刃并且具有与各刀面邻近并且相交以至形成切削刃的刃面，所述装置包括至少一个刃磨工位和至少一个刀刃精修工位，所述刃磨工位包括至少一个磨料表面和至少一个刀片导向面，所述刀片导向面与所述磨料表面并置，以引导刀片的一个侧面以至使刀片刀刃接触所述磨料表面，所述刀片导向面在与刀片刃面的接触点处相对于所述磨料表面的平面位于预定竖直角度A，所述刀刃精修工位包括至少一个相关的精密斜角刀片导向器，刀片的刀面保持持续接触该导向器，从而为了引导细长刀片切削刃持续接触至少一个物体的硬质表面，相关刀片导向器所在的面在刀片刀刃与所述硬质表面的接触点处相对于所述硬质表面的平面位于预定角度C，其中所述硬质表面具有等于或高于刀片刀刃的硬度。
31.根据权利要求30所述的装置，其中所述位于静止位置的物体可以通过所述刀片刀刃施加在所述物体的所述硬质表面上的力克服一个弹性结构的预定约束力而移动，当释放所述刀片刀刃的所述力时所述弹性结构将重新定位所述硬质表面至所述静止位置。
32.根据权利要求30所述的装置，其中角度A和角度C之间的角度差小于10度。
33.根据权利要求30所述的装置，其中至少一个所述刀片导向器包括一个弹簧类构件，该构件接触刀片，提供将刀片的所述侧面压至与所述刀片导向面接触的约束力。
34.根据权利要求30所述的装置，其中所述刀刃精修工位的所述刀片导向器为细长的，包括一个倒置U形弹簧构件，所述弹簧构件具有弹性悬臂和一个中间连接部分，所述中间连接部分越过所述硬质表面，而至少一个所述弹性臂大致沿着所述刀片导向器的一部分向下延伸。
35.根据权利要求31所述的装置，其中所述硬质表面是一个圆柱体的表面，其轴线名义上垂直于所述刀片的细长刀刃。
36.根据权利要求34所述的装置，其中一个制动机构阻止所述圆柱体的旋转，除非由刀片刀刃施加于所述圆柱体的所述硬质表面上的力矩超过由所述制动机构施加的力矩。
37.根据权利要求35所述的装置，其中，提供一个结构以调整所述物体的位置，从而可以选择所述圆柱体的硬质表面的各种不同区域作为与细长刀片刀刃的接触点。
38.根据权利要求30所述的装置，其中所述硬质表面在所述硬质表面与细长刀刃的接触点处具有连续凹槽，所述凹槽被斜角定向为当刀刃移动横过所述带槽的硬质表面时横过细长刀刃。
39.一种用于沿刀片细长刀刃修改其物理结构的手动刀刃精修装置，该刀片具有两个在其末端各有一个刃面的刀面，所述各刃面相交以至形成所述细长刀刃，所述装置包括一个斜角导向器用于滑行接触刀片的一个刀面以引导刀刃与两个或多个位于刀刃至少一侧的硬质表面没有磨损趋势的滑行物理接触，其中，在刀刃给定一侧上与刀刃的接触点处所述表面所在的面相对于邻近刀刃该侧的刃面所在的面以相同的预定角度定位。
40.一种用于修改刀片细长刀刃的物理结构的组合装置，其具有一个刀片刃磨器和一个刀刃精修组件，该刀片具有两个在其末端各有一个刃面的刀面，所述各刃面相交以至形成所述细长刀刃，所述刀片刃磨器包括至少一个用于研磨刃面的磨料表面，并且刀刃精修组件包括一个斜角导向器，当刀片沿着所述导向器移动而其细长刀刃接触一个物体的硬质表面时，斜角导向器与刀片物理接触以引导刀刃与由没有研磨倾向的材料制成的物体的硬质表面滑动物理接触，所述材料至少与刀片一样坚硬。
41.一种用于修改刀片细长刀刃的物理结构的组合装置，其具有一个刀片刃磨器和一个刀刃精修组件，该刀片具有两个在其末端各有一个刃面的刀面，所述各刃面相交以至形成所述细长刀刃，所述刀片刃磨器包括至少一个用于刨削刃面的刨削表面，并且所述刀刃精修组件包括一个斜角导向器，当刀片沿着所述导向器移动而其细长刀刃接触一个物体的至少一个硬质表面时，所述导向器用于物理接触刀片以引导刀刃与由没有研磨倾向的材料制成的物体的至少一个硬质表面滑动物理接触，所述材料至少与刀片一样坚硬。
42.一种包括刃面刃磨工位和刀刃精修工位的用于刀片的装置，其中，所述刀片具有两个在其末端具有刃面的刀面，所述各刃面相交以至形成所述细长刀刃，所述刃面刃磨工位包括至少一个硬或磨料构件，其从所有刃面表面去除金属以形成沿刀片刀刃的新刃面，所述刀刃精修工位包括至少一个硬质表面和至少一个精密斜角刀片导向器，刀片与所述导向器保持持续接触，从而引导邻近刀刃的一个或多个刃面的下部接触所述硬质表面，所述硬质表面在接触区域处所在的斜角面定位为完全不同于接触刃面表面所在的斜角面，以保证所述接触仅在刃面的边界或邻近边界的刃面下部发生。
43.根据权利要求42所述的装置，其中所述硬质表面的所述角度平面和刃面平面之间的所述角度差B是限定的并且小于10度。
44.一种用于修改沿金属刀片细长刀刃其物理结构的刀刃精修装置，该刀片具有两个在其边界处已经刃磨形成两个刃面的刀面，所述各刃面相交以至在两个刀刃刃面的连接处形成所述细长刀刃，所述装置包括至少一个硬质表面和至少一个精密斜角刀片导向器，刀片与所述导向器保持持续接触，从而引导邻近刀刃的一个或多个刃面的下部接触所述硬质表面，所述硬质表面在接触区域处所在的斜角面定位为完全不同于接触刃面表面所在的斜角面，以保证所述接触仅在细长刀刃或邻近刀刃的刃面下部发生。
全文摘要
一种刀刃精修装置包括至少一个精密斜角刀片导向器(7)，刀片(1)的一个刀面(3)与所述导向器保持持续的滑行或滚动接触，并且当刀片的刀面(3)沿着所述导向器(7)移动而其细长刀刃与所述硬质表面保持持续接触时，该导向器引导刀片的细长刀刃与一个物体的硬质表面(13)持续接触，并相对于该硬质表面(13)所在的接触面(5)以精确预定的角度(B)定位相邻的刀刃刃面所在的面，该硬质表面(13)由硬度等于或高于刀片金属且没有磨损趋势的材料构成。
文档编号B24B23/00GK1771109SQ200480008353
公开日2006年5月10日 申请日期2004年3月18日 优先权日2003年3月27日
发明者丹尼尔·D·大弗里尔, 罗伯特·P·比利亚诺 申请人:埃奇克拉夫特公司