專利名稱:滾壓法切割石材及其設(shè)備與工具的制作方法
本發(fā)明是一個關(guān)于石材切割加工方法及其設(shè)備與工具的總的發(fā)明構(gòu)思，特別是建筑用裝飾石材的切片加工。該方法是利用滾壓原理，滾壓輪在工件上滾動，并向工件施加壓力，因而滾壓輪齒吃入并破碎巖石，在巖石上形成一個個連續(xù)的破碎坑，滾壓輪不斷的推進(jìn)，以一定的速度切割成添槽，以此達(dá)到切割巖石的目的。
石材的切割加工，特別是花崗巖、大理石等建筑裝飾石材的切片加工，至今大都采用鋼砂研磨;金剛石鋸以研磨、刮削的方式切割。鋼砂研磨切割，設(shè)備龐大，生產(chǎn)效率低，且需要消耗大量的磨料和鋸條用帶鋼。例如切割250cm長的花崗巖石塊，每小時只能切入1～3cm。金剛石鋸切割，生產(chǎn)效率雖然高一些。例如切割如前所述長度的花崗巖石塊，每小時也只能切入3～5cm。此設(shè)備也很龐大，且鋸條造價高，鋸齒容易損壞。金剛石圓鋸切割，雖然生產(chǎn)效率較高，但工具和設(shè)備造價很高，則我國目前都是從國外進(jìn)口的，需要大量外匯，配件也不容易供應(yīng)，維護(hù)困難。
本發(fā)明的目的是為石材的切割加工提供一種生產(chǎn)效率高，加工成本低的加工方法以及所需的設(shè)備與工具。
其方案是利用滾壓原理。在滾壓輪的外圓周上布置一定形狀的齒，滾壓輪在工件上滾動，同時向工件施加壓力。由于巖石的性質(zhì)不同(如脆性巖石、塑性巖石、塑脆性巖石)，滾壓輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同(如齒形、齒距、齒的凸出高度等)，以及排碴程度的不同，滾壓輪將以壓碎、沖擊、剪切和刮削等不同作用吃入并破碎巖石，而后用水將巖碴排出溝槽。在破碎切割過程中，不但工件或滾壓輪作直線往返運動，同時滾壓輪被動地在工件上滾動。在一次工作行程終了，返回開始下一次工作行程前，滾壓輪應(yīng)轉(zhuǎn)過一角度，以避免滾壓輪在前一次破碎坑內(nèi)重復(fù)破碎。滾壓輪經(jīng)過若干次往返，在巖石上形成一個個連續(xù)的破碎坑，(因齒距關(guān)系，在一次行程中不可能將兩齒之間的巖石全部破碎)而后滾壓輪向下或工件向上推進(jìn)。這樣周而復(fù)始的不斷循環(huán)，在工件上形成深槽，以此達(dá)到切割巖石的目的。
本發(fā)明方法可以是工件作直線往返運動，滾壓輪隨著工件的運動而在工件上滾動，并向下垂直推進(jìn)。也可以是工件只作上升運動，滾壓輪在工件上作往返運動，同時在工件上滾動。
實施本發(fā)明所需的設(shè)備-滾壓機(jī)的結(jié)構(gòu)是有床身、工作臺、立柱、橫梁、主軸、工作臺傳動機(jī)構(gòu)、滾壓輪垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)、滾壓輪定位轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、滾壓輪快速升降機(jī)構(gòu)、排碴除塵機(jī)構(gòu)。床身、立柱和橫梁組成一個門式機(jī)架，其它所有的部件、機(jī)構(gòu)、工具和加工工件都按裝在其上。
工作臺和工作臺傳動機(jī)構(gòu)有動力輸入軸、齒輪、齒條、工作臺。外輸入動力的正、反轉(zhuǎn)運動，通過動力輸入軸、齒輪和齒條的傳動，以實現(xiàn)工作臺的直線往返運動。
滾壓輪垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)有齒條、傳動軸、螺桿、螺母軸承座和一系列齒輪。工作臺的運動通過齒條、傳動軸、一系列齒輪、螺桿、螺母的傳動，以實現(xiàn)主軸和滾壓輪的間歇垂直進(jìn)給。
滾壓輪定位、轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)有齒條、齒輪、蝸輪、擋塊和撥桿。工作臺的運動，通過齒條、齒輪、蝸桿、蝸輪、擋塊、撥桿和主軸的傳動，以實現(xiàn)滾壓輪的間歇轉(zhuǎn)動。
滾壓輪的快速升降機(jī)構(gòu)有一臺電動機(jī)。啟動電動機(jī)，通過滾壓輪垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的部分傳動裝置，以實現(xiàn)滾壓輪的快速升降。
排碴、除塵機(jī)構(gòu)有進(jìn)水管、噴水管、支撐臂。噴水嘴的前端是很窄的一條縫。一定壓力的水通過進(jìn)水管，經(jīng)噴水管噴向切割槽，用以排除巖碴和除塵。
采用本方法所需的工具-滾壓輪的結(jié)構(gòu)是輪體呈圓片狀，中間有一圓孔，在孔的邊上開有一鍵槽，在其外圓周邊布有滾壓齒，齒尖角根據(jù)所切割的巖石性質(zhì)而定，齒的寬度要大于輪體厚度。
根據(jù)需要滾壓齒可直接在輪體上沖裁或銑出，在齒的表面和兩端面堆焊硬質(zhì)材料。
根據(jù)制造工藝的要求，也可用其它高硬度材料制好的齒焊接在輪體上。
滾壓輪的進(jìn)一步改進(jìn)是齒的上部是尖角，尖角的頂端，既刃部是圓角，刃部的兩頭亦有圓角。從齒的前、后方向看是上小、下大，從齒的左、右方向看是上大、下小，齒的左右面各有一條凹槽，齒的左、右面與底面的相交處各有一圓角。這樣的齒形便于用擠壓工藝固齒。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)滾壓輪與巖石的接觸面積比其它一些方法顯著減少(如金剛石鋸切割)，使槽底單位面積上獲得很大的接觸應(yīng)力，從而獲得比較有效的容積破碎。工件或滾壓輪在直線運動過程中破碎巖石時的阻力不很大。因為，在采用刮刀鋸條破碎與切割巖石時，主要的是阻力是滑動摩擦產(chǎn)生的，而采用滾壓法切割則是由滾動摩擦代替了滑動摩擦。(2)切割速度快。例如切割一般硬度的花崗巖，工件長300cm;滾壓輪齒中心距1cm;工作臺運行線速度1.3m/秒;工作臺直線行程350cm;齒距間巖石分三次破碎;垂直進(jìn)給每次0.1cm，則每小時可切進(jìn)40cm，就是再打個50%的折扣，也有20cm，比金剛石鋸切割要快許多倍。(3)和砂鋸切割相比可節(jié)約大量的磨料和鋼材。(4)可降低產(chǎn)品成本。
附圖描述了本發(fā)明的一個實施例-滾壓機(jī)及其切割石片用的滾壓輪和滾壓輪齒。
附圖1是切割石片用的滾壓輪。
附圖2是附圖1中Ⅰ的放大圖。
附圖3是附圖2中Ⅱ的放大圖。
附圖4是附圖3的左視圖。
附圖5是附圖3的俯視圖。
附圖6是滾壓機(jī)的立體示意圖。
附圖7是附圖6中A-A截面的剖視圖。
參閱本發(fā)明附圖，首先看圖1至圖5。切割石片用滾壓輪(1)，它的中心有一圓孔(2)，在圓孔(2)的邊上開有一鍵槽(3)(見圖1)。在滾壓輪(1)的圓周上布有輪齒(4)(見圖2)。輪齒的上部是一尖角，輪齒的頂部，既刃部是一圓角(5)，從齒的前、后方向看是上小、下大，齒的左、右面與底面相交處是圓角(6)與(7)(見圖3)。齒刃的兩頭是圓角(8)和(9)，從齒的左、右方向看是上大、下小，齒的左、右面各有一條凹槽(10)和(11)(見圖4、圖5)。齒的寬度大于輪體厚度。
滾壓輪可根據(jù)滾壓機(jī)的規(guī)格、巖石性質(zhì)、輪體的材料和厚度制造成不同的直徑。根據(jù)滾壓輪所承受的載荷，在保證輪體剛度的前提下，應(yīng)盡量減少輪體厚度。輪體最好采用高強(qiáng)度合金鋼板，經(jīng)過熱處理，以提高其強(qiáng)度與剛度，根據(jù)輪體厚度選取齒寬。滾壓輪可采用擠壓工藝或焊接工藝固齒。如附圖3所示的齒形，用擠壓工藝固齒時，先在輪體上沖好齒槽，槽的兩邊到角和齒的凹槽相匹配，而后將齒放入槽中，用壓力機(jī)擠壓槽兩邊的金屬向齒的方向移動，這樣就可將齡牢牢的鑲固在輪體上。齒距按巖石的性質(zhì)、輪體剛度、工作臺運行速度等多種因素決定。齒尖角和齒刃圓角根據(jù)巖石性質(zhì)而定。
圖6、圖7是實施本發(fā)明所需的設(shè)備-滾壓機(jī)。它有床身(1)，立柱(2)和(3)固定在床身(1)的兩邊，橫梁(4)固定在立柱(2)和(3)的頂部，動力輸入軸(5)裝在床身(1)上，軸(5)上裝有齒輪(6)，齒輪(6)的正、反回轉(zhuǎn)運動通過固定在工作臺底面的齒條(49)使工作臺(7)作直線往返運動，工件就按裝在工作臺上。工作臺如采用液壓傳動，可取消齒輪、齒條。大家知道，實現(xiàn)工作臺直線往返運動的方式很多，這里不必一一例舉。
工作臺的左邊側(cè)面兩頭固定有兩條齒條(8)(注圖中另一齒條沒有表示出)，齒條(8)由工作臺的往返運動帶動有防逆轉(zhuǎn)裝置的齒輪(9)(類似于自行車飛輪)作單向轉(zhuǎn)動。齒輪(9)和扇形齒輪(11)固定在軸(12)上，軸(12)裝在立柱(3)和橫梁(4)上，扇形齒輪(11)帶動中間惰性齒輪(13)和固定在螺桿(14)上的齒輪(15)、螺桿(14)轉(zhuǎn)動，使螺母軸承座(16)升降。(注螺母軸承座(16)圖中未全部表示出，其結(jié)構(gòu)和(27)相同)同時，固定在螺桿(14)上的圓錐齒輪(17)，以及固定在軸(18)上的圓錐齒輪(19)、(20)和固定在電動機(jī)(31)軸上的圓錐齒輪(21)，帶動固定在軸(22)上的圓錐齒輪(23)、(24)轉(zhuǎn)動。圓錐齒輪(25)帶動螺桿(26)轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)螺母軸承座(27)的升降。螺母軸承座(16)和(27)的升降，使裝在(16)和(27)上的主軸(28)和裝在主軸(28)上的滾壓輪(29)也隨著升降。齒條(8)和齒輪(9)的嚙合。根據(jù)工作臺的往返運動，一次是在滾壓輪齒結(jié)束滾壓工作時嚙合，行程終了時脫開;另一次是在行程開始時嚙合，滾壓輪齒開始滾壓工作前脫開。采用扇形齒輪用以實現(xiàn)螺桿(14)和(27)的間歇運動。調(diào)換不同齒數(shù)的扇形齒輪(11)和調(diào)節(jié)齒條(8)與齒輪(9)的嚙合長度，可改變滾壓輪每次的進(jìn)給量。
電動機(jī)(31)固定在橫梁上，在齒條(8)與齒輪(9)脫開，工作臺停止運動時啟動，以實現(xiàn)滾壓輪的快速升降。
工作臺右側(cè)面兩頭固定有兩條齒條(32)，一齒條在行程開始時與齒輪(33)嚙合，滾壓輪齒開始破碎工作前脫開;另一齒條在滾壓輪齒停止破碎工作前嚙合與脫開。齒輪(33)固定在蝸桿(34)上，同齒輪(9)一樣有防逆轉(zhuǎn)裝置，只能單向轉(zhuǎn)動。蝸輪(35)與蝸桿(34)嚙合，蝸輪(35)活套在主軸(28)上，撥桿同滾壓輪一起轉(zhuǎn)動，擋塊(37)和(38)根據(jù)需要可以裝在蝸輪上的任一槽孔(50)內(nèi)。在滾壓輪齒停止破碎工作，滾壓輪的慣性轉(zhuǎn)動即將停止時，撥桿同擋塊相碰，滾壓輪停止轉(zhuǎn)動，以控制滾壓輪的轉(zhuǎn)動角度，使?jié)L壓輪在停止破碎工作后不能停止在任意位置，從而使?jié)L壓輪齒得到準(zhǔn)確的定位。(注因工件長度小于滾壓輪圓周長，滾壓輪在工作臺一次行程中轉(zhuǎn)過的角度不會大于340°，擋塊可以固定在蝸輪的某一位置上)。此后，蝸輪轉(zhuǎn)過一角度，由擋塊帶動撥桿，使?jié)L壓輪也轉(zhuǎn)過相同的角度，下一次工作行程中滾壓輪齒就不能重復(fù)在前一次的破碎坑里;再下一次，在前一次行程中，滾壓輪齒停止破碎工作前，蝸輪就先轉(zhuǎn)過一角度，使?jié)L壓輪停止在已轉(zhuǎn)過一角度的位置，滾壓輪齒也就不能重復(fù)在前一次的破碎坑里。也就是蝸輪的轉(zhuǎn)動一次是在滾壓輪停止轉(zhuǎn)動后轉(zhuǎn)動;另一次是在滾壓輪停止轉(zhuǎn)動前轉(zhuǎn)動。這樣就可避免了無效的重復(fù)破碎。經(jīng)過若干次滾壓，將兩齒間的巖石全部破碎排出，而后滾壓輪垂直下降一定的進(jìn)給量，這樣周而復(fù)始的不斷循環(huán)，以達(dá)到切割巖石的目的。蝸輪朝著單一的方向轉(zhuǎn)動，還可以使?jié)L壓輪圓周上的所有齒都能得到均勻的磨損。調(diào)節(jié)齒條(32)與齒輪(33)的嚙合長度，可以改變滾壓輪每次轉(zhuǎn)過的角度。
蝸桿穩(wěn)定臂(39)固定在螺母軸承座(27)上(注蝸桿穩(wěn)定臂的作用類似于車床跟刀架)，隨著螺母軸承座升降而升降，以保證蝸桿在受力時不致彎曲變形而與蝸輪脫開。
立柱(2)和(3)的前后有兩根進(jìn)水管(40)和(41)，進(jìn)水管(40)和(41)上焊接有一排噴水嘴(42)，(注(41)上的噴水嘴圖中未表示出，其形狀結(jié)構(gòu)和布置同(40)上的相同)噴水嘴的前端是很窄的一條縫，此縫對準(zhǔn)切割槽。進(jìn)水管(40)和(41)的右頭分別活套在支撐臂(43)和(44)的孔中，左頭分別套在支撐臂(45)和(46)的孔中，并由其夾緊。(注圖中另一條支撐臂(45)和另一只手柄(47)未表示出，其結(jié)構(gòu)同(46)、(48)一樣)進(jìn)水管(40)和(41)的左端各焊接一手柄(47)和(48)，根據(jù)滾壓輪推進(jìn)的深度，扳動手柄(47)和(48)，可調(diào)整噴水嘴的噴射角度，以保證有效地排碴，還可除塵和冷卻滾壓輪。根據(jù)加工工件的高度，將進(jìn)水管支撐臂固定在立柱上。
調(diào)換滾壓輪時，先將下軸承座(10)和(31)卸下，(注下軸承座(10)圖中未表示出，其結(jié)構(gòu)與(31)相同)把主軸(28)抽出，在卸下軸承座前，應(yīng)在滾壓輪、蝸輪下面墊上木塊。
必要時可在床身兩頭裝上緩沖安全裝置，如橡膠、彈簧等。
本設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)是在立柱上裝上可下下，左右移動的動力頭，用金剛石圓鋸片進(jìn)行橫向切割。
本設(shè)備也可采用上傳動方式，既滾壓輪作直線往返運動，并在工件上滾動，工件作上升運動。此種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。
此滾壓機(jī)一般可分為兩種規(guī)格。即可裝滾壓輪直徑分別為φ250cm和φ150cm；工作臺行程300～400cm；工作臺寬100～150cm;工作臺運行速度1m/秒～2m/秒，具體采用那種速度根據(jù)滾壓輪齒距和巖石性質(zhì)而定，其間有一最佳值。根據(jù)特殊需要，此滾壓機(jī)也可造的更大或更小。如滾壓輪體強(qiáng)度和剛度許可，齒距應(yīng)盡最小。實現(xiàn)工作臺直線往返運動的方式很多，因本設(shè)備工作臺運動精度不須很高。建議采用齒輪、齒條傳動和用機(jī)械的方法變速及變換轉(zhuǎn)向較簡單，造價亦低，便于維護(hù)。
以上說明對于有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員是很容易理解和實施的，以不難作些改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.石材的切割加工方法有鋼砂研磨法切割；金剛石鋸條和金剛石圓鋸片的研磨、刮削式切割等。本發(fā)明的石材切割加工方法，其特征是利用滾壓原理，在滾壓輪的圓周上布置一定形狀的齒，滾壓輪相對于工件滾動，同時向工件施加壓力，滾壓輪以沖擊、壓碎、剪切和刮削等不同作用吃入并破碎巖石，隨既用水噴射將巖碴排出溝槽。滾壓輪在工件上的往返滾動，既在工件上形成一個個連續(xù)的破碎坑，并以一定的速度切割入工件形成深槽，以此達(dá)切割石材的目的。
2.權(quán)利要求
1所述的方法包括可以是工件作直線運動，滾壓輪隨著工件的運動而滾動，并相對于工件作垂直進(jìn)給運動;也可以是滾壓輪作直滾壓輪作直線運動，并在工件上滾動，工件相對于滾壓輪作垂直進(jìn)給運動。
3.石材的切割加工設(shè)備有砂鋸機(jī)、金剛石框鋸機(jī)、金剛石圓鋸機(jī)等。本發(fā)明的石材切割加工設(shè)備-滾壓機(jī)，其特征是床身(1)、立柱(2)和(3)、橫梁(4)組成一個門式機(jī)架，工作臺(7)和工作臺傳動機(jī)構(gòu);滾壓輪垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu);滾壓輪定位、傳動機(jī)構(gòu);滾壓輪快速升降機(jī)構(gòu);排碴、除塵機(jī)構(gòu)和主軸都裝在這一機(jī)架上。
4.按照權(quán)利要求
3的滾壓機(jī)，其特征是在工作臺的左側(cè)面裝有兩條齒條(8)，軸(12)裝在立柱(3)和橫梁(4)上，軸(12)的上頭裝有扇形齡輪(11)，下頭裝有齒輪(9)，齒條(8)在工作臺的運動過程中的某一階段與齒輪(9)嚙合。齒輪(15)裝在螺桿(14)上，扇形齒輪(11)與齒輪(15)之間裝有中間惰性齒輪(13)，扇形齒輪(11)與齒輪(13)嚙合，齒輪(13)與齒輪(15)嚙合。螺桿(14)裝在橫梁(4)上，螺桿(14)的下端旋入螺母軸承座(16)，螺母軸承座(16)裝在立柱(3)中間的槽內(nèi)。圓錐齒輪(17)在齒輪(15)的上面，也固定在螺桿(14)上，軸(18)的兩頭固定有圓錐齒輪(19)和(20)，電動機(jī)(31)的軸上固定一圓錐齒輪(21)，軸(22)的兩頭固定有圓錐齒輪(23)和(24)，軸(18)和(22)裝在橫梁(4)上，圓錐齒輪(25)固定在螺桿(26)上，螺桿(26)裝在橫梁(4)上，下端旋入螺母軸承座(27)，螺母軸承座(27)裝在立柱(2)中間的槽內(nèi)。圓錐齒輪(17)與(19)、(20)與(21)、(21)與(23)、(24)與(25)嚙合。
5.按照權(quán)利要求
3的滾壓機(jī)，其特征是在橫梁(4)上裝有電動機(jī)(31)。啟動電動機(jī)(31)可使?jié)L壓輪快速升降。
6.按照權(quán)利要求
3的滾壓機(jī)，其特征是工作臺(7)的右側(cè)面裝有兩條齒條(32)，蝸桿(34)裝在立柱(2)上，蝸桿(34)的下頭裝有齒輪(33)，齒條(32)在工作臺運動過程中的某一階段與齒輪(33)嚙合，蝸輪(35)活套在主軸(28)上，并與蝸桿(34)嚙合，蝸輪上裝有擋塊(37)和(38)，擋塊(37)和(38)可以裝在蝸輪上的任一槽孔(50)內(nèi)，撥桿(36)裝在主軸(28)上，蝸桿穩(wěn)定臂(39)固定在螺母軸承座(27)上。
7.按照權(quán)利要求
3的滾壓機(jī)，其特征是立柱(2)和(3)的前后有兩根進(jìn)水管(40)和(41)，進(jìn)水管(40)和(41)各焊接有一排噴水嘴，每個噴水嘴的前端是很窄的一條縫，此縫對準(zhǔn)工件上的切割槽。進(jìn)水管(40)和(41)的右頭分別活套在支撐臂(43)和(44)的孔中，進(jìn)水管(40)和(41)的左頭分別套在支撐臂(44)和(45)的孔中，并由其夾緊，進(jìn)水管(40)和(41)的左端各焊接一手柄(46)和(47)，根據(jù)滾壓輪切入工件的深度，扳動手柄(46)和(47)可調(diào)整噴水嘴的噴射角度。
8.切割石片用滾壓輪，其特征是輪體呈圓片狀，中心有一圓孔，在圓孔的邊上有一鍵槽，在其外圓周邊布置有滾壓齒，齒的寬度大于輪體厚度。
9.按照權(quán)利要求
8的滾壓輪，其特征包括滾壓輪齒可直接在輪體上沖裁或銑出，在齒的表面和兩側(cè)面堆焊硬質(zhì)材料。
10.按照權(quán)利要求
8的滾壓輪，其特征包括用高硬度材料制好的齒焊接在輪體上。
11.按照權(quán)利要求
8的滾壓輪，其特征包括齒的上部是尖角，齒的刃部是一圓角，刃部的兩頭亦有圓角，從齒的前、后方向看是上小、下大，從齒的左、右方向看是上小、下小，齒的左、右面各有一條凹槽，齒的左、右面與底面相交處各有一圓角。此齒用高硬度材料制造。這種齒形便于采用擠壓工藝將齒鑲固在輪體上。
專利摘要
本發(fā)明是關(guān)于石材切割加工方法及設(shè)備和工具。其工作原理是工件裝在工作臺上作直線往返運動，滾壓輪在工件上滾動，并向工件施加壓力，滾壓輪的圓周上布置有一定形狀的齒，因而滾壓輪以沖擊、壓碎、剪切和刮削等不同作用吃入并破碎巖石，通過排碴機(jī)構(gòu)的水將巖碴排出溝槽。在每一次行程中的滾壓工作結(jié)束后，滾壓輪轉(zhuǎn)過一角度。使下一次行程中，滾壓輪齒不重復(fù)在前一次的破碎坑內(nèi)。經(jīng)過若干次往返破碎，在工件上形成一個個連續(xù)的破碎坑，滾壓輪的垂直推進(jìn)，以一定的速度在工件上切割成深槽，以此達(dá)到切割巖石的目的。
文檔編號B28D1/00GK86101685SQ86101685
公開日1987年9月30日 申請日期1986年3月13日
發(fā)明者葉笑雄 申請人:葉笑雄導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan