Способ ускоренной резки камня и полуавтоматический камнерезный станок для его осуществления
METHOD OF ACCELERATED STONE CUTTING AND SEMI-AUTOMATIC STONE CUTTING MACHINE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к технологии обработки камня и может быть использована для разрезания и обработки образцов горных пород, поделочных камней, мраморной плитки и других видов неметаллических материалов.
Общий принцип способов обработки природного камня и работы известных камнерезных станков заключается в воздействии на заготовку вращающимся режущим алмазным диском, установленным в охлаждающей жидкости. При этом заготовку закрепляют в каретке, которую перемещают вдоль рабочего стола в зону вращающего алмазного диска. В процессе резания алмазный диск захватывает охлаждающую жидкость и обильно смачивает разрезаемый материал в зоне разрезания.
Например, известен станок для резки неметаллических материалов включающий раму, ванну с охлаждающей жидкостью и размещенным в ней дисковым ножом, привод вращения ножа и узел крепления разрезаемого материала (авт. св. СССР N 837890, B28D 1/04). С целью повышения производительности в данном техническом решении узел крепления разрезаемого материала смонтирован на раме, а ванна с охлаждающей жидкостью и дисковым ножом - на каретке. При этом дисковый нож выполнен с радиальными каналами для более эффективной подачи охлаждающей жидкости в зону резания, что ускоряет процесс резания и улучшает качества реза.
Известна дисковая пила, применение которой предусмотрено в конструкциях дисковых пил деревообрабатывающих, металлорежущих и камнерезных станков, состоящая из диска с зубьями, прижимных шайб и демпфирующих накладок, зажатых между торцевыми поверхностями диска и прижимных шайб (патент РФ №2026167, В27В 33/08). С целью повышения надежности и улучшения виброакустических свойств, по крайней мере, на одной торцевой поверхности диска выполнено конусное углубление, имеющее в поперечном сечении форму ласточкина хвоста, а демпфирующие накладки имеют форму усеченного конуса, нижнее основание которого расположено в углублении. Высоты конуса демпфирующей накладки и углубления выбраны так, чтобы плоскость верхнего основания конуса демпфирующей накладки не выступала за плоскость поверхности, проведенной через выступы зубьев диска. Улучшение виброакустических характеристик данной дисковой пилы обусловлено тем, что часть энергии вибрации режущего диска превращается в тепловую энергию и рассеивается в окружающей среде.
Известен также станок для резки камня, содержащий станину, механизм закрепления заготовки, устройство для крепления инструмента и бак с охлаждающей жидкостью. При этом станок снабжен установленным на станине ходовым винтом и размещенной на одном его конце муфтой включения-выключения автоматического и ручного режимов резания, выполненной в виде стакана с прорезями (патент РФ №2024396, B28D 1/04, прототип). На другом конце винта установлен механизм закрепления заготовки и ее подачи к режущему диску выполненный в виде перемещаемой возвратно-поступательно по станине каретки, перпендикулярно плоскости которой установлены две плоские губки. Одна из указанных губок жестко закреплена на каретке, а другая закреплена с возможностью перемещения, поворота и фиксации в плоскости, перпендикулярной к оси перемещения каретки. Бак с охлаждающей жидкостью размещен под станиной и выполнен в форме усеченной прямоугольной призмы, в наклонной части которой установлен привод режущего диска.
Общим недостатком известных технических решений является низкая производительность камнерезных работ при их использовании на камнерезных станках.
Задачей изобретения является повышение производительности камнерезных работ.
Технический результат группы изобретений - обеспечение ускоренной резки камня за счет реализации самовибрационно-вращательного режима работы алмазного диска (дисковой пилы) в камнерезном станке. Техническим результатом группы изобретений является также то, что в процессе резки дополнительно к самовибрационно-вращательному движению алмазного диска заготовке камня сообщают колебательное движение по оси параллельной оси вращения двигателя.
Указанный технический результат достигается тем, что, согласно изобретению, в способе ускоренной резки камня на камнерезном станке на заготовку камня воздействуют алмазным диском, которому сообщают самовибрационно-вращательное движение путем его установки во втулке-эксцентрике, установленной на валу двигателя вращения алмазного диска.
Указанный технический результат достигается также тем, что в процессе резки дополнительно к самовибрационно-вращательному движению алмазного диска заготовке камня сообщают колебательное движение по оси параллельной оси вращения двигателя.
Согласно второму пункту группы изобретений, указанный технический результат достигается тем, что в камнерезном станке, содержащем столик, размещенный под столиком бак с жидкостью, охлаждающей алмазный диск, установленный на валу двигателя вращения, тиски для закрепления заготовки, снабженные устройством ее установки и перемещения в зону резания, согласно изобретению, указанный алмазный диск установлен на валу двигателя вращения с использованием насаженной на вал двигателя втулки - эксцентрика.
Указанный технический результат достигается также тем, что указанные тиски жестко связаны с расположенной вдоль столика станка металлической рейкой, снабженной зубчатой пластиковой лентой, при этом зубчатый край указанной пластиковой ленты соприкасается с металлической скобой, установленной на столике станка параллельно оси двигателя вращения.
Принцип ударно - или вибрационного вращательного воздействия на горную породу широко используется при буровых работах. Сущность их заключается в том, что на буровую колонну воздействуют различные виды ударных механизмов, расположенных или вверху буровой колонны или внизу около буровой коронки. Обычно это пневмо- или гидроударники, которые передают эти удары буровой коронке и она, благодаря этому ускоряет бурение горных пород на забое буровой скважины.
Этот принцип ускорения резания горных пород с использованием частых ударов рабочего инструмента автором предлагается использовать в камнерезном деле, с целью ускоренной резки камня на камнерезных станках. Для решения этой задачи разработан новый способ резки камня, который назван автором «самовибрационно-вращательный способ ускоренной резки камня на камнерезных станках». Принципиальное отличие его от других способов резки горных пород заключается в том, что мелкие частые удары на рабочий инструмент, в данном случае на алмазный диск, создаются не за счет внешних ударно-вибрационных механизмов, а за счет самого режущего инструмента в виде эксцентричной насадки алмазного диска на рабочий вал двигателя, приводящего алмазный диск в вибрационно-вращательное движение.
С этой целью, посадочное гнездо алмазного режущего диска изготавливается с небольшим эксцентриситетом так, чтобы ось его вращения была несколько отклонена (достаточно, например, на 1 мм) от оси вращения двигателя, приводящего алмазный диск во вращательное движение. Такая посадка рабочего инструмента создает эффект самовибрационно-вращательного движения алмазного диска и таким образом ускоряет резку камня.
Для еще большего ускорения резки камня, зажимной механизм (тиски) станка изготавливается, согласно изобретению, таким образом, чтобы он мог отклоняться на несколько первых угловых градусов на оси, параллельной оси вращения алмазного диска. Эти отклонения, согласно изобретению, создаются за счет зубчатой удлиненной пластины, которая жестко зафиксирована на зажимном механизме - тисках, которые вместе с ней могут свободно поворачиваться на оси, параллельной оси вращения двигателя.. При разрезании камня данная пластина вместе с зажимным механизмом скользит по скобе, отстоящей от тисков на некотором расстоянии, чем создаются небольшие колебательные движения (вверх-вниз) всего механизма крепления, заставляя разрезаемый камень поворачиваться в ходе его резки тем или иным краем на несколько угловых градусов. Благодаря этому сокращается площадь одновременно разрезаемой поверхности камня и таким образом, увеличивается удельное давление алмазной пилы на камень и дополнительно ускоряется его резка. Надвигание камня на алмазный диск создается за счет скольжения всего зажимного механизма вдоль направляющих штанг под действием тросика и привязанного к нему груза, перекинутого через шкив.
Способ ускоренной резки камня, согласно изобретению, был разработан автором в процессе проводимой им ручной резки камня на камнерезном станке, когда им визуально было установлено, что при эксцентричной насадке алмазного диска на вал двигателя существенно ускоряется скорость резания камня, а небольшие повороты камня руками на несколько угловых градусов при резке дополнительно повышают скорость резки.
На фиг. 1 показан общий вид камнерезного станка, согласно изобретению, фиг. 2 иллюстрирует установку на вал двигателя камнерезного станка режущего инструмента (алмазного диска), согласно изобретению.
Камнерезный станок, согласно изобретению, включает двигатель 1, приводящий во вращение алмазный диск 2, столик (раму) 3 станка, зажимные тиски 4 с осью 5 вращения. Ось 5 вращения жестко связана с устройством установки и перемещения тисков 4 с заготовкой камня 6, в зону резания, выполненного в виде механизма 7 исходной установки тисков 4, закрепленного на подвижном столике 8. Подвижный столик 8 снабжен направляющими, металлическими стержнями 9 и тросом 10, перекинутым через шкив 11 и снабжаемым грузиком 12, что в совокупности обеспечивает необходимую установку тисков 4 к алмазному диску 2 и их перемещение вместе с обрабатываемым камнем 6 вдоль линии распила. К тискам 4 жестко прикреплена расположенная вдоль столика 3 металлическая рейка 13, снабженная пластиковой, зубчатой лентой 14. Указанная металлическая рейка 13 вместе с пластиковой лентой 14 противоположным концом соприкасается с металлической скобой 15, соответственно установленной на столике 3, параллельно оси двигателя 1 вращения Станок включает также бак 16 с охлаждающей водой, защитный щиток 17 над алмазным диском 2, бортики 18 по периметру столика 3 для возвращения разбрызгивающейся воды в бак 16 с водой, чем предотвращается попадание воды за пределы станка.
На фиг 2. показан режущий узел станка, согласно изобретению, где 2 - алмазный диск, 19 - вал двигателя 1 вращения, 20 - втулка-эксцентрик, представляющая собой насадку на вал 19 двигателя 1 с эксцентрично выточенным посадочным гнездом 21 для алмазного диска 2, со смещением относительно оси вала 19 двигателя 1; 22 - прижимная шайба, зажимающая алмазный диск 2, 23 - гайка, фиксирующая прижимную шайбу 22, 24 - ось втулки - эксцентрика 20, 25 - ось вала 19 двигателя 1 вращения.
Работу на камнерезном станке, согласно изобретению, осуществляют следующим образом.
Обрабатываемый камень 6 зажимают в тисках 4. Установленным на подвижном столике 8 механизмом 7 обеспечивают нужную установку заготовки камня 6. Ручным перемещением по направляющим стержням 9 подвижного столика 8 устанавливают камень 6 вплотную к алмазному диску 2. Перекидывают тросик 10 через блок 11 и подвешивают груз 12. Включают электродвигатель 1, алмазный диск 2, приходя в движение, начинает резать камень 6. При этом алмазному диску 2, благодаря его закреплению, согласно изобретению, в эксцентрично выточенном посадочном гнезде 21, втулки 20, установленной на валу 19 двигателя 1, помимо традиционного, вращательного движения, сообщается самовибрационное (ударное) движение, чем обеспечивается усиленное воздействие на разрезаемый камень 6.
Одновременно под действием груза 12 подвижный столик 8 перемещается вдоль металлических направляющих 9, а жестко закрепленные на металлической рейке 13 тиски 4 с камнем 6 перемещаются вдоль зоны распила алмазного диска 2. При этом, за счет наличия металлической рейки 13 с зубчатой пластиковой лентой 14, скользящей зубчатым краем по скобе 15, зажимным тискам 4 и соответственно обрабатываемому камню 6 дополнительно сообщается колебательное движение, способствующее уменьшению площади одновременного реза камня, то есть увеличению удельного давления камня на алмазный диск в точке реза, что дополнительно увеличивает скорость резки.
После завершения необходимой резки камня 6 электродвигатель 1 выключают, грузик 12 снимают.
Таким образом, техническое решение, согласно группе изобретений, обеспечивает значительное ускорение процесса резки заготовки камня, за счет воздействия на него режущим инструментом, совершающим самовибрационно-вращательное (ударное) воздействие на обрабатываемый камень, а также за счет того, что самой заготовке, находящейся в зоне разрезания, согласно изобретению, дополнительно сообщается колебательное движение, увеличивающее удельное давление камня в непосредственной точке реза на вращающийся диск.