CN104339422B - 线性锯以及使用其的加工方法和数控加工设备 - Google Patents

线性锯以及使用其的加工方法和数控加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种线性锯以及使用其的加工方法和数控加工设备。所述线性锯包括：加工部(1)，用于沿着所述线性锯的线性延伸方向切削加工对象，并且在该加工对象上生成加工槽，所述线性锯还包括避空部(2)，所述避空部(2)被设置为使得其在通过所述加工槽的过程中，至少部分时间不与所述加工槽接触或者不受到来自所述加工槽的作用力。根据本发明实施例的线性锯由于设置有避空结构，使得线性锯有时间和空间回复切削加工对象后产生的形变，从而可以有效地防止累积误差的发生，使得加工缝的位置精度大大提高。

Description

线性锯以及使用其的加工方法和数控加工设备
技术领域
本发明涉及加工工具领域，特别涉及加工板材的锯条以及使用该锯条的加工方法和数控加工设备。
背景技术
线性锯条是现有的手动锯以及电动锯中常用的切割工具，在将锯条安装在手动锯或电动锯上之后，由于锯条在前进方向上受到的加工对象反向向后的作用力，以及锯条在做上下往返运动时，锯齿受到上下反向作用力，锯条在加工时往往会产生形变，包括锯条线性方向的形变以及垂直于线性方向的形变。另外，锯条本身具有弹性，因此在安装锯条时也会产生一定的误差。
由于锯条本身的受力形变，机床的误差，加工对象的特性等等诸多因素，上述线性锯在每次切削加工时常常会产生加工误差，每次的加工误差大小也是不一定的，此误差会累积，直至锯条最大的形变量为止。由于现有的锯条在加工过程中锯齿与加工对象一直是接触的，从而导致上一次的加工形变无法消除，一直保留与积累下来，形成累积误差，不但影响加工精度，还会导致锯条的使用寿命缩短。
下面以在木板上加工直线缝隙为例具体说明传统线性锯的上述技术问题。
使用线性锯上下往复加工时，上下方向(Z轴方向)受力(加工对象对锯齿的作用力)不与线性锯的中心线相重合，于是就会产生扭矩，并且，加工缝隙用的锯条一般都比较薄，在垂直于锯齿锯背所在平面的方向上刚性不足，从而锯条会出现弯曲，弯曲主要出现在锯条的两侧，即Y轴方向，如图1所示。
此外，锯条在加工时，受到所加工的木板的材质不能均匀一致等等很多因素影响，使得锯条左右两侧的受力很难一直保持平恒，受力不均也会造成锯条在加工时会出现弯曲，锯条的弯曲会造成锯条加工位置偏离和加工方向偏移，使得锯条的位置和所要加工的直线缝隙位置不在同一条直线上，锯条X轴方向的角度不能与所要加工的直线保持平行，会产生一定的偏离角度，如图2a和图2b所示，其中，图中黑色部分表示线性锯，图2a是起始状态的直线加工效果(也可以看成是理想的直线加工效果)，图2b是产生了偏离角度的直线加工效果。
因锯条形变导致加工路径偏移后，由于锯齿有一定的高度，而所加工的木板有一定的厚度，锯齿就被之前切削出的已经发生偏离角度的缝隙所夹持，使得锯条依然以偏离的角度继续往前加工，偏移距离就越来越大，这个就是累积偏移，或者说是加工累积误差。图2b同时显示了一定的累积偏移。同时，为了保证直线加工位置，线性锯的两端通常不会偏离Z轴方向，这样，加工路径偏离的角度越大，线性锯的形变也越大，也就是说，在加工误差累积的过程中，也累积了线性锯的形变误差。
另一方面，锯条形变也会产生一个反向的回复力，这个回复力是将锯条拉直的力。由于前述的形变累积加大，当锯条形变的回复力大于缝隙偏离所产生的偏离夹持力时，锯条开始向形变相反的方向回复，其加工路径也会向图2b所示偏移的方向相反的方向偏移，直到回到直线加工位置(图2c)，然后，会继续向一个方向(可能是与图2b相反方向也可能是与图2b相同方向)产生加工误差累积和形变累积(图2d)，直到再次回到直线加工位置(图2e)。
这种向一个方向偏移，回到直线加工位置，再偏移，再回到直线加工位置的过程一直会不断出现，因此造成加工的直线不直，加工的路径一直在变化，典型的是会出现“S”形的加工路径。此外，如果所述产生的偏离夹持力很大，使得锯条形变累计到其无法承受的程度，那么锯条可能会断裂。在现有的解决方案中，累积误差的减小，只能从锯条的刚性加强、机床误差减小、加工对象特性尽量优良来提升与改良，但无法从根本上消除，从而导致现有的线性锯进行加工的位置精度低。
发明内容
为了防止锯条加工时的累积误差，提高加工位置精度，根据本发明的一个方面，提供了一种线性锯，其包括：加工部，用于沿着线性锯的线性延伸方向切削加工对象，并且在该加工对象上生成加工槽，线性锯还包括避空部，避空部被设置为使得其在通过加工槽的过程中，至少部分时间不与加工槽接触或者不受到来自加工槽的作用力。
根据本发明实施例的线性锯，可选地，避空部的长度大于加工对象的厚度，避空部的宽度小于加工部的最大宽度，并且避空部的厚度小于加工部的最大加工宽度。
根据本发明实施例的线性锯，可选地，加工部的最大加工宽度等于加工部的锯齿厚度或者加工部的锯齿开路后的最大厚度。
根据本发明实施例的线性锯，可选地，加工部的最大加工宽度与避空部的厚度之差大于在该避空部通过加工对象之前线性锯在避空部的厚度方向上产生的弯曲偏移量。
根据本发明实施例的线性锯，可选地，加工部与避空部沿线性锯的线性延伸方向一体成型或者组装连接。
根据本发明实施例的线性锯，可选地，在线性锯的一端或两端设置有固定部，该固定部的厚度不大于加工部的厚度，宽度不大于加工部的最大宽度。
根据本发明实施例的线性锯，可选地，线性锯包括多于一个加工部，避空部设置于两个相邻的加工部之间。
根据本发明实施例的线性锯，可选地，线性锯包括多于一个加工部和多于一个避空部，多个加工部与多个避空部间隔排列。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种线性锯，其包括：锯齿和锯背，其中，线性锯具有锯齿的部分为加工部，线性锯还包括避空部，在与加工部相连的不具有锯齿的一段锯背上形成避空部，避空部的长度大于线性锯的加工对象的厚度，并且锯背的厚度小于锯齿的厚度，或者避空部所在的一段锯背的厚度小于锯齿的厚度，或者避空部的厚度小于锯齿的厚度。
根据本发明实施例的又一方面，提供了一种数控加工设备，其包括前述的线性锯。
根据本发明实施例的再一方面，提供了一种数控加工设备，设备包括：数控电机，权利要求中任何一个的线性锯；数控电机包括：振动电机、移动电机；振动电机用于控制线性锯在该线性锯的线性延伸方向上进行振动；移动电机用于控制线性锯在垂直于线性延伸方向的平面内平移运动。
根据本发明实施例的数据加工设备，可选地，数控电机还包括旋转电机，该旋转电机用于控制线性锯以该线性锯的中心轴为轴进行旋转。
根据本发明实施例的数据加工设备，可选地，数控加工设备还包括夹持工具头和弹性工具头，夹持工具头安装于振动电机一侧，用于夹持固定线性锯的一端；弹性工具头直接或者间接地连接线性锯的另一端，其中，该弹性工具头包括压簧或者拉簧。
根据本发明实施例的其它方面，提供了一种使用线性锯进行加工的加工方法，线性锯的加工部切削加工对象，以在该加工对象上形成加工槽，在线性锯的避空部通过加工槽的过程中，至少部分时间不与加工槽接触或者不受到来自加工槽的作用力。
根据本发明实施例的使用线性锯进行加工的加工方法，可选地，加工部切削加工对象时以及避空部通过加工槽时，线性锯既进行在线性锯的线性延伸方向上的运动又进行沿加工槽的加工方向上的运动。
根据本发明实施例的线性锯由于设置有避空结构，使得线性锯有时间和空间回复切削加工对象后产生的形变，从而可以有效地防止累积误差的发生，使得加工缝的位置精度大大提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1是根据现有技术的线性锯的立体视图；
图2a～图2e是利用现有技术的线性锯对木板进行加工的分阶段效果图；
图3a和图3b是根据本发明实施例的线性锯的基本结构的示意图，其中，图3a是线性锯的正视图，图3b是线性锯的侧视图；
图4a、图4b和图4c示出了本发明实施例的线性锯的一种结构，其中，图4a是线性锯的正视图，图4b是线性锯的一侧视图，图4c是线性锯的另一侧视图；
图5a、图5b和图5c示出了本发明实施例的线性锯的另一种结构，其中，图5a是线性锯的正视图，图5b是线性锯的一侧视图，图5c是线性锯的另一侧视图；
图6a、图6b和图6c示出了本发明实施例的线性锯的又一种结构，其中，图6a是线性锯的正视图，图6b是线性锯的一侧视图，图6c是线性锯的另一侧视图；
图7示出了根据本发明实施例的数控加工设备的示意图。
附图标记
I切削部分
II支撑部分
1加工部
1A加工部
1B加工部
2避空部
2A避空部
2B避空部
701电机
702工具头
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
如背景技术部分所述，传统线性锯在往复加工过程中，会产生累积形变(误差)，一方面不能实现高精度的直线加工，另一方面也会加速线性锯自身的老化，甚至引起锯条的损坏断裂。基于前述的分析，锯的弯曲形变本身会产生一个回复力，该回复力的作用是使得锯回复到弯曲前的平直状态；但是，由于被加工对象的夹持作用，使得该回复力无法发生作用，从而形变不能及时回复，进而产生累积形变。
被加工对象的夹持作用通常包括加工出的缝隙的两内壁的夹持作用力(Y轴方向)，以及线性锯前进方向(X轴方向)上受到的来自加工对象的反作用力。其中，所述反作用力是与锯前进方向相反的，由于加工出的缝隙(加工槽)的顶部内壁与锯相抵而对其施加的作用力，该作用力对锯产生的摩擦力使得锯不能在Y轴方向上回复到平直状态。在图2a中，用F2表示前述的Y轴方向上的夹持作用力，用F1表示前述X轴方向上的反作用力。
根据本发明的技术方案，通过改变传统线性锯的结构，具体而言，通过设置避空结构，使得锯在一定的时间和空间内不受到来自被加工物体的前述作用力，从而在形变回复力的作用下回复到锯的直线加工位置，这样尽管仍然会在加工过程中产生形变误差，但是可以消除前述的累积误差。
图3a和图3b是根据本发明实施例的线性锯的基本结构的示意图。其中，图3a是线性锯的正视图，图3b是线性锯的侧视图。图3a和图3b体现了两种结构划分方式。一种方式是从线性锯的向外作用的角度进行划分的，包括：切削部分I和支撑部分II；另一种方式是从线性锯的向内作用的角度进行划分的，包括：加工部1，避空部2和固定部3。从空间的角度，也可以认为，第一种方式是从图3a中宽度方向(对应于图1中的X轴方向)的角度划分的；第二种方式是从图3a和图3b中长度方向(线性锯延伸方向，对应于图1中的Z轴方向)的角度划分的。
参见图3a，以第一种方式描述结构，则该线性锯包括：用于对加工对象进行切削加工的切削部分I，例如，锯齿；以及用于支撑该切削部分I的支撑部分II，即锯背。
本发明实施例所说的线性锯可以是在锯齿排列方向具有一定长度的锯条。“线性锯线性方向”或“线性锯线性延伸方向”或“Z轴方向”与线性锯的切削部分I中锯齿排列的方向相同或平行。由于锯条具有一定长度，且其加工面较薄，支撑部分II可以起到支撑锯条、提高线性锯的强度的作用，也可以方便锯条的安装与拆卸。
可选地，例如，可以将长条状的刚性材料板沿其长边的一侧制作成切削部分I，将其长边的另一侧制作成支撑部分II，支撑部分II可以仅仅是刚性原材料本身，也可以进行进一步加工，例如，将支撑部分II进行进一步打磨，煅烧，其形状、结构、厚度等均可以与切削部分I相同或不同。
可选地，支撑部分II可以由不同形状和厚度的多段组成，即在不同位置具有不同的形状和厚度。可选地，可以在刚性材料的支撑部分II上安装其他材料对线性锯进行加固和支撑。
可选地，切削部分I和支撑部分II除了一体成型外，也可以是组装关系。可以将切削部分I直接与单独制成的支撑部分II进行组装和连接，形成线性锯。
以第二种方式描述结构，则根据本发明实施例的线性锯包括：加工部1，避空部2和固定部3。
加工部1，避空部2和固定部3也可以是一体成型或者组装形成。
如图3a所示，加工部1是线性锯带有锯齿的部分，包括了切削部分I以及与之一体或者连接的支撑部分II的相应部分。切削部分I的锯齿齿牙的方向是示意性的。
避空部2位于加工部1和固定部3之间，与加工部1和/或固定部3一体成型或者组装连接。避空部2在线性锯对加工对象的加工过程中，穿过加工槽，但在穿过加工槽的过程中并不受到加工缝的内壁作用力。也就是说，在避空部2穿过加工对象的过程中，避空部2不会被加工槽两侧内壁夹持，也不会与加工槽顶侧内壁相抵，因而加工对象也不会对线性锯发生力的作用。这样，如前述分析的，线性锯(包括加工部1)在线性锯自身的形变回复力的作用下回复到直线加工位置，于是可以消除加工过程中的累积误差。
根据本发明的实施例，避空部2的长度大于加工对象的厚度(Z轴方向上的加工距离)，宽度小于加工部1的最大宽度(X轴方向)，且厚度小于加工槽的宽度(Y轴方向上的加工距离)，这样，在避空部2通过加工对象时，可以保证在一定时段内既不会被加工槽两侧内壁夹持。也不会与加工槽顶侧内壁相抵，从而在该时段内可以不受加工对象的作用力。所述时段的长度取决于避空部2的长度与加工对象厚度之差，以及线性锯在Z轴方向上的运动角度和速度。
具体而言，如图3a所示，避空部2的宽度L2小于加工部1的最大宽度L1(对应于图1中X轴方向上的距离)，其中加工部1的最大宽度实际上是锯齿在X轴方向上的最大延伸量与锯背的宽度之和。如果避空部2的宽度小于加工部1的最大宽度，在加工部1对加工对象进行切削加工并在X轴方向上移动后，避空部2可以继续在X轴方向上移动一段距离(例如，距离L＝L1-L2)，而在避空部2移动的过程中，避空部2在X轴方向上不会接触到加工对象，从而不会在X轴方向上受到作用力。
如图3b所示，避空部2的厚度W2小于加工槽的宽度(Y轴方向上的加工距离)。由于加工槽的宽度(Y轴方向上的加工距离)取决于加工部1的加工宽度，也就是说，加工槽的宽度等于或者略大于加工部1的最大加工宽度。当加工部1为在延伸方向(Z轴方向)上直线排列的锯齿时，加工槽的宽度即等于或者略大于锯齿的厚度(Y轴方向)W1。
在加工部1对加工对象进行切削加工并在X轴方向上移动后，避空部2可以继续在X轴方向上移动一段距离(例如，距离L＝L1-L2)，同时在Z轴方向上移动穿过加工槽，由于避空部2的厚度小于加工槽的宽度，使得避空部2移动的过程中，避空部2在Y轴方向不会被加工槽两侧内壁所夹持，从而避空部2在X轴方向和Y轴方向均不会受到来自加工对象的限制其回复的作用力。
类似前述，在一个加工周期内，在加工部1对加工对象进行切削加工后，线性锯整体(包括加工部1和避空部2)会发生弯曲形变，这样，即使避空部2的厚度小于加工槽的宽度，避空部2的一个侧面也有可能与加工槽的对应侧内壁相接触，不过该侧内壁对避空部2的作用力也是与形变相反方向的作用力，不会阻碍线性锯的形变回复。可选地，设置避空部2的厚度，使得加工部1的最大加工宽度与该厚度之差大于避空部2在Y轴方向的形变偏移量，从而使得避空部2在穿过加工槽时不与加工槽内壁相接触。于是，在避空部2通过加工对象时，避空部2完全不与加工对象接触，从而线性锯完全脱离加工对象，使得线性锯的形变得以回复。
根据图3a和图3b所示的实施例，可以用不具有切削部分I的支撑部分II来实现避空部2。例如，可以除去或者不安装锯齿，从而减小X轴方向的宽度；由于切削部分I与支撑部分II在Y轴方向厚度相同，可通过打薄该不具有切削部分I的支撑部分II的全部或一部分来实现Y轴方向厚度的减少。
避空部2也可以有锯齿，只不过该锯齿齿牙在X轴方向的最大长度小于切削部分I的齿牙在X轴方向的最大长度，或者该锯齿齿牙和与其相应的支撑部分II整体上在X轴方向的最大长度小于切削部分I和与其相应的支撑部分II整体上在X轴方向的最大长度。考虑到线性锯回复形变的时间及避空部2在X轴方向的运动速度，要求避空部2能够与加工对象不接触地在X轴方向运动一段距离，用不具有切削部分I的支撑部分II来实现避空部2是一种比较容易实现的方案。
可选地，用锯齿开路等结构来增大加工部1的最大加工宽度，从而不必打薄无切削部分I的支撑部分II的厚度来实现避空部2，也可以使得避空部2的厚度小于加工部1的最大加工宽度。
上述打薄方案是将没有切削部分I的支撑部分II的厚度减少来实现避空部2。可以将这部分支撑部分II的一部分或者全部的厚度减少，只要满足厚度减少的部分(避空部2)的长度大于加工对象的厚度。类似地，通过打薄来设置避空部2的厚度，使得加工部1的最大加工宽度与该厚度之差大于避空部2在Y轴方向的形变偏移量，从而使得避空部2在穿过加工槽时不与加工槽内壁相接触。
可选地，将整个支撑部分II打薄，或者使用厚度小于切削部分I的支撑部分II，这样可以使得避空部2的加工更加简单。为了保证线性锯的整体硬度，避空部2仍需具有一定的厚度。
在图3a和图3b的方案中，没有切削部分I的支撑部分II的部分连续长度的厚度小于切削部分I的最大加工宽度(等于加工部1的最大加工宽度)，而将该部分的支撑部分II作为避空部2。可选地，加工使得没有切削部分I的支撑部分II的全部连续长度的厚度小于切削部分I的最大加工宽度，而将该部分的支撑部分II作为避空部2，可以提高线性锯长度的利用效率，使得对应固定厚度的加工对象实现较短的线性锯。
可选地，加工部1以及避空部2的长度能够根据加工对象的厚度进行调整。这种调整可以是设计不同尺寸的线性锯(包括不同长度的加工部1和避空部2)，也可以是设计避空部2可变的线性锯。如前所述，避空部2的长度大于加工对象的厚度。可选地，加工部1的长度也可大于加工对象的厚度。这样可以增加加工部1对加工对象的切削量。考虑到线性锯整体长度加长可能会降低其刚性，因此，要从整体上考虑加工部1和避空部2的长度配置。
固定部3设置在线性锯的端部，用于从外部对线性锯进行夹持固定。图3a和图3b的方案中，在线性锯的两端均有固定部3，可以实现两端固定。可选地，也可以只在一端设置固定部3，进行一端固定。或者，也可以直接夹持线性锯的加工部1和/或避空部2，从而无需设置固定部3。如图3a和图3b所示，固定部3可以是对原始条状型材加工了所述加工部1和避空部2之后剩余的部分，因此其在X轴方向上的宽度可以基本上等于加工部1在X轴方向上的宽度(图3a)，其在Y轴方向上的厚度可以基本上等于加工部1在Y轴方向上的厚度(图3b)。这样，不仅简化了加工过程(无需单独加工固定部3)，还可以使得固定部3具有一定的宽度和厚度，更便于夹持，刚性也更强。可选地，固定部3也可以具有其它形状，例如，钩状，用于固定于拉簧或者拉杆等。此外，固定部3的厚度和宽度一般分别不超过加工部1的厚度和宽度，这样固定部3可以容易地与加工部1一起从加工缝移入移出。
线性锯可以在自动或手动驱动下沿工具线性延伸方向运动，以及在与工具线性延伸方向垂直的平面内进行平移运动。工具线性延伸方向的运动包括仅向一个方向的单向运动以及双向往返运动。线性锯可以处于三维空间中的任意位置，无论在何位置，线性加工工具的线性延伸方向均是指其锯齿排列的长度方向。例如，在使用线性锯加工水平放置的加工对象平面板材时，将线性锯的锯齿排列方向与水平面垂直放置，即与加工对象板材垂直放置，则线性锯的运动包括：沿工具线性延伸方向的运动，即垂直于水平平面的向上或下方向(对应于前述的Z轴方向)的纵向运动；以及，在与所述线性延伸方向垂直的平面内的平移运动运动，例如，向X轴和/或Y轴方向的运动。如果线性锯放置在与水平平面成一定角度的位置，那么，工具线性延伸方向仍然是指线性锯锯齿的排列方向，该方向此时也同样与水平平面成一定角度；而与所述线性延伸方向垂直的平面也同样与水平平面成一定角度。
根据本发明的实施例，线性锯的加工部1作用于加工对象时，既做沿其延伸方向的运动，也做与其延伸方向垂直的平面内的平移运动；在避空部2通过加工对象时，线性锯既做沿其延伸方向的运动，也做与其延伸方向垂直的平面内的平移运动。
图3a和图3b所示的根据本发明实施例的线性锯包括了一个加工部1和一个避空部2。从锯齿齿牙的方向，即对加工对象进行切削的方向来看，加工部1位于避空部2的上方，且二者不交叉。可选地，根据本发明的其它实施例，避空部2可以位于加工部1的上方，如图4a和图4b所示。
可选地，根据本发明实施例的线性锯还可以包括一个或多个加工部1，以及一个或多个避空部2。可选地，加工部1和避空部2可以间隔出现；可选地，加工部1与避空部2可以成对出现；可选地，避空部2的数量可以少于或等于或多于加工部1的数量，例如，线性锯可以包括两个加工部1和一个避空部2(如图5a，图5b和图5c)，或者，线性锯可以包括一个加工部1和两个避空部2(如图6a，图6b和图6c)，或者，线性锯可以包括两段加工部1和两段避空部2，等等。这样，可以根据不同强度不同厚度的加工对象，选取不同结构的线性锯，也可以根据不同的加工精度，选择不同结构的线性锯。
如果线性锯具有多个避空部2，那么每个避空部2的长度一般均大于加工对象的厚度，其宽度小于加工部1的宽度，且其厚度小于加工部1的最大加工宽度。
以下针对几种线性锯结构，对其运动轨迹和对加工对象的加工过程进行说明。
如上所述，图4a、图4b和图4c示出了本发明实施例的线性锯的一种结构。参见图4a、图4b和图4c，线性锯包括一加工部1和一避空部2，且加工部1在下，避空部2在上。
以线性锯垂直于水平放置的加工对象的加工面为例，加工部1先通过加工对象的加工面，然后，避空部2再通过加工对象的加工面。将线性锯的最下端，放置在加工对象的边沿上表面的初始位置，线性锯初始位置确定后，线性锯沿锯条线性方向进行向下运动，同时进行前进方向的平移运动，在加工过程中，线性锯受到了前进方向的阻力以及锯条线性方向的阻力以及因夹持力和相抵阻力产生的摩擦力，锯条会出现弯曲形变，锯条的形变造成锯条加工位置偏离或加工方向偏移，锯条的位置和所要加工的直线缝隙不在同一条直线上，当加工部1的末端离开加工对象时，线性锯的避空部2经过加工对象，此时，线性锯仍然一边进行线性方向的运动，一边进行前进方向的运动，由于整个支撑部分II的厚度，或者至少避空部2处的支撑部分II的厚度小于切削部分I的厚度(在该例中等于加工部1的最大加工宽度)，因此，避空部2通过加工对象时，线性锯不会被加工好的缝隙夹持，线性锯因而能够恢复形变；在锯条本身的刚性回复力和/或线性锯两端的拉伸作用下，线性锯迅速回复到直线加工位置，仍然按照原来的直线位置进行加工，达到了纠正偏移的作用，消除了累积误差的发生。
当避空部2通过加工对象时，由于加工部1和避空部2的宽度差(类似前述图3a中的L1-L2)可选地等于锯齿齿牙的长度XST，因而当避空部2通过加工缝隙时，避空部2在前进方向(X轴方向)前进距离一般要小于该锯齿齿牙长度XST，最多达到锯齿齿牙长度的距离。这样，可以使得避空部2在前进方向上不与加工对象接触。为了满足该条件，通常，在避空部2通过加工对象的时间内，符合Z2/V2Z≤XST/V2X，其中，Z2是避空部的长度(Z轴方向)，XST是锯齿齿牙的长度(X轴方向)，V2X和V2Z分别是避空部2通过加工对象时在X轴方向和在Z轴方向的速度或者平均速度。
当避空部2完全通过加工缝隙，或线性锯停止运动或改变轨迹时，线性锯完成了对加工对象进行的此次切削。
如前所述，可选地，避空部2的厚度与加工部1的最大加工宽度之差大于锯条在该避空部2通过加工对象之前产生的偏移量，这样，避空部2通过加工对象时，整个线性锯的切削部分I以及支撑部分II均不与加工对象接触，线性锯不会被加工好的缝隙夹持。
接下来，可选地，线性锯仅在线性延伸方向上做单向运动，而不继续沿前进方向前进，那么，在电机的带动下，或数控加工设备中的回复装置的带动下，或手动移动线性锯至第二个加工周期的起始位置，此时第一个加工周期结束，例如，线性锯仍然回到加工板的上表面位置，进行第二个周期的加工。以此类推，对加工对象进行加工。
可选地，采用往复切削的方式，切削效率更高。这时，线性锯在线性延伸方向上做往复运动，前述的切削实际上是半个周期，即第一半周期，然后，线性锯进行第二半周期，线性锯沿线性方向进行向上运动(相对于第一半周期的切削方向相反的方向)，避空部2先通过加工对象。
此期间，如果在第一半周期避空部2横向前进距离小于或等于锯齿齿牙长度，那么在第二半加工周期，避空部2可以仅做沿线性锯线性方向的运动，而不做沿前进方向的运动。这是因为，如果第一半周期避空部2前进距离已等于锯齿齿牙的长度，那么第二半周期，避空部2仅做沿线性锯线性方向的运动，不做沿前进方向的平移运动，否则，避空部2将没有前进空间。
或者，在第二半周期，避空部2既做沿线性锯线性方向的运动，又做沿前进方向的平移运动，在第二半周期的前进距离与第一半周期的前进距离之和仍需要小于或等于锯齿齿牙的长度。这种在前进方向上的连续运动模式更有利于对线性锯进行控制。
避空部2通过加工对象后，加工部1再通过加工对象，并且再次对加工对象进行切削，第二半周期结束。
由于在下一个周期(第二个加工周期)中，首先进行加工部对加工对象的切削，因此，实际上避空部2能够消除的最大累积误差是往复两次切削的误差量。
在之后的加工周期，线性锯再继续进行前进方向平移运动以及沿线性方向的运动，以此类推，对加工对象进行加工。
如果线性锯有多个加工部1和多个避空部2，则加工部1和避空部2依次顺序通过加工对象的加工面，加工部1在通过加工面时，与加工对象接触来切削加工对象；避空部2通过加工面时，不受加工对象的夹持，回复形变。
图5a、图5b和图5c示出了根据本发明实施例的线性锯的另一种结构。参见图5a、图5b和图5c，线性锯包括两个加工部，加工部1A和加工部1B，以及一个避空部2，且避空部2位于两个加工部1A和1B之间。
以线性锯垂直于水平放置的加工对象的加工面，对其进行加工为例，加工部1A先通过加工对象的加工面，然后，避空部2通过加工对象的加工面，之后加工部1B再通过加工对象的加工面。
将线性锯的最下端放置在加工对象的边沿上表面的加工初始位置点，进行第一个周期的加工。线性锯初始位置确定后，线性锯进行沿线性方向进行纵向向下运动以及在与工具线性方向垂直的加工对象的加工面内进行前进方向的平移运动，即首先线性锯的加工部1A进行前进方向的平移运动以及沿线性方向进行纵向向下运动，在加工部1A切削加工对象的过程中，线性锯受到了前进方向的阻力和锯条延伸方向的阻力以及摩擦力，锯条会出现弯曲形变，锯条的形变造成锯条加工位置偏离或加工方向偏移，锯条的位置和所要加工的直线缝隙不在同一条直线上，当加工部1A的末端离开加工对象时，线性锯的避空部2经过加工对象，此时，线性锯仍然一边进行线性方向的运动，一边进行前进方向的运动，由于整个支撑部分II的厚度，或者至少避空部2处支撑部分II的厚度小于切削部分I的厚度，因此，避空部2通过加工对象时，线性锯不会被加工好的缝隙夹持，线性锯因而能够恢复形变；在锯条本身的刚性回复力和/或线性锯两端的拉伸作用下，线性锯迅速回复到直线加工位置，仍然按照原来的直线位置进行加工，达到了纠正偏移的作用，消除了累积误差的发生。
类似前述，当避空部2通过加工对象时，避空部2在X轴方向的前进距离一般小于加工部1A的锯齿齿牙长度，最多锯齿齿牙长度。
随后，加工部1B通过加工对象，并对加工对象进行切削，线性锯沿线性方向继续进行纵向向下运动，并且进行前进方向的平移运动。在加工部1B加工木板板材的过程中，线性锯仍然会受到了前进方向的阻力和锯条延伸方向的阻力以及摩擦力，锯条可能会出现弯曲形变，锯条的形变有可能造成锯条加工位置偏离或加工方向偏移，锯条的位置和所要加工的直线缝隙不在同一条直线上。
可选地，当加工部1B的末端离开加工对象时，可以控制线性锯的运行速度或运动轨迹，使其减速或停止运动。
接下来，可选地，线性锯仅在其线性延伸方向上进行单向运动，可以使用电机带动，或在数控设备上设置一个回复机构进行带动，或手动控制，使线性锯到达第二个加工周期的起始位置，此时第一个加工周期结束。在第二个加工周期结束后，在电机的带动下，或手动移动线性锯到下一个周期的起始位置，线性锯进行第三个周期的加工，以此类推，对加工对象进行加工。
可选地，线性锯进行上下的往复运动，那么，前述的切削实际上是半个周期，即第一半周期，然后，线性锯进行第二半周期，线性锯的加工部1B、避空部2和加工部1A依次通过加工缝隙。在该第二半周期，线性锯沿线性方向进行纵向向上运动和在垂直于线性方向的加工平面上进行平移运动，加工部1B先通过加工对象，对加工对象进行切削，然后线性锯的避空部2通过加工对象，在避空部2通过加工对象时，线性锯加工时产生的误差可以得到纠正和恢复，这时消除的误差量是两次切削产生的误差量；最后，加工部1A再通过加工对象，并对加工对象进行切削，第一个加工周期结束。
由于在下一个周期(第二个加工周期)中，首先进行加工部对加工对象的切削，因此，实际上避空部2能够消除的最大累积误差也是往复两次切削的误差量。
在第二个加工周期，线性锯再继续向前向下运动，以此类推，对加工对象进行加工。
与图4a、图4b和图4c所示的线性锯结构相比，图5a、图5b和图5c所示的线性锯结构通过增加设置了一个加工部，可以增加切削量。
图6a、图6b和图6c示出了根据本发明实施例的线性锯的又一种结构。参见图6，线性锯包括两个避空部，避空部2A和避空部2B，以及一个加工部1，且加工部1位于避空部2A和避空部2B之间。
以线性锯垂直于水平放置的加工对象的加工面，对其进行加工为例，避空部2A先通过加工对象的加工面，然后，加工部1再通过加工对象的加工面，之后避空部2B再通过加工对象的加工面。由于避空部2A对加工对象无切削作用，可以通过加工对象的初始加工位置设置通孔来使得避空部2A得以通过加工对象。
或者，直接将加工部1的下端置于加工对象的加工初始位置，使加工部1先通过加工对象的加工面，然后避空部2B再通过加工对象的加工面。
将线性锯放置在加工对象的加工初始位置点，进行第一个周期的加工。加工开始后，线性锯进行前进方向的平移运动以及沿线性方向进行纵向向下运动，例如，依前述直接将加工部1的下端置于加工对象的加工初始位置的方案，线性锯的加工部1进行前进方向的平移运动以及沿线性方向进行纵向向下运动，在加工部1切削加工对象的过程中，线性锯受到了前进方向的阻力以及锯条方向的阻力以及摩擦力，锯条有可能会出现弯曲形变，锯条的形变可能造成锯条加工位置偏离或加工方向偏移，锯条的位置和所要加工的直线缝隙位置不在同一条直线上，当加工部1的上端离开加工对象时，线性锯的避空部2B经过加工对象，此时，线性锯仍然一边进行线性方向的运动，一边进行横向前进方向的运动，由于整个支撑部分II或者至少避空部2B处的支撑部分II的厚度小于切削部分I的厚度，因此，避空部2B通过加工对象时，线性锯不会被加工好的缝隙夹持，线性锯所以能够恢复形变；在锯条本身的刚性回复力和/或线性锯两端的拉伸作用下，锯条迅速回复到直线加工位置，仍然按照原来的直线位置进行加工，达到了纠正偏移的作用，消除了累积误差的发生。
在往复运动加工的模式下，避空部2B连续两次通过加工对象上的加工缝隙，通过加工对象时，其横向前进距离之和一般小于加工部1的锯齿长度，最多前进锯齿长度的距离。
当避空部2B向上再次通过加工对象后，线性锯的加工部1通过加工对象，在加工部1通过加工对象时，对加工对象进行加工，同样，线性锯在此次切削过程中，仍然可能会产生形变和切削轨道偏移，但该误差可以在随后的避空部2A通过加工对象时得以消除和纠正。在避空部2A通过加工对象后，第一个加工周期结束。
在第二个加工周期，线性锯再继续向前向下运动，在第三个加工周期，线性锯再继续向前向下运动，以此类推，对加工对象进行加工。
在往复加工模式下，在一个完整加工周期中，图4a、图4b和图4c所示的线性锯结构以及图5a、图5b和图5c所示的线性锯结构均在一个避空部通过加工缝隙时消除了加工部进行了两次切削所累积的误差，而图6a、图6b和图6c所示的线性锯结构，由于在加工部的上下两端都设置了避空部，因此可以在每次对加工对象切削后及时消除误差，防止误差累积效果更好。
在加工时，线性锯在前进方向的前进速度需要进行准确控制，使线性锯的锯条有充足的避空时间。也就是说，线性锯的避空部在运动时通过加工对象的速度与线性锯在加工对象上前进的位移速度需要匹配好，使得避空部通过加工对象的时间不超过线性锯前进锯齿齿牙距离所需的时间。
由于线性锯的加工部和避空部一体做前进方向的平移运动，同时还做沿锯条线性方向的单向运动或往复运动，这样，当加工部对加工对象进行切削后，避空部通过加工对象，在避空部通过加工对象的过程中，线性锯仍然在横向前进，避空部通过加工对象的时间越长，线性锯前进的横向位移越大，如果避空部通过加工对象的时间过长，那么线性锯前进到加工对象没有被切削的区域，这样线性锯将无法前进，或者可能造成锯条的磨损或角度的偏移，产生切削误差。如果避空部通过加工对象的时间过短，则线性锯前进的横向位移过小，远小于有锯齿部分锯齿齿牙长度，加工部就又开始下一次加工，可能会造成切削好的缝隙的大部分又重新被切削了一遍，切削效率过低，浪费时间和资源。
另一方面，避空部通过加工对象的时间也要足够使得整个线性锯的形变完全恢复，从而起到消除累积误差的作用。
因此，线性锯避空部通过加工对象的时间需要不超过线性锯前进位移锯齿齿牙长度所需的时间，但不能过度小，可以根据加工对象的材质以及加工精度等因素进行适当调整，使线性锯的避空部在运动时通过加工对象的速度与线性锯在加工对象上进行横向前进时的位移速度需要匹配好。如果采用振动电机来控制线性锯在Z轴方向的往复运动，则要控制好振动电机振动频率与位移电机所控制的线性锯在X-Y平面上的位移速度的匹配关系。
本发明的线性锯可以用在手动锯或电动锯上，也可以使用数控加工设备对其进行驱动。
本发明实施例还提供了一种使用线性锯的数控加工设备，图7示出了数控加工设备的示意图，参见图7，该数控加工设备具有多个电机701，包括振动电机、平移电机，旋转电机等。振动电机用于控制线性锯在线性延伸方向上进行运动；移动电机用于控制线性锯S在垂直于所述线性延伸方向的方向上进行平移运动，例如，沿X轴和/或Y轴的运动，旋转电机可以控制线性锯以锯条的中心轴为轴，进行不同角度的旋转运动。
数控加工设备可以包括一个或多个工具头702，用于连接或固定线性锯的一端或两端。
图7所示的实施例中，数据加工设备具有一组工具头702，其包括一个夹持工具头和一个弹性工具头，线性锯的一端被夹持固定在夹持工具头上，另一端直接或间接地连接于弹性工具头。夹持工具头被安装在一个振动电机上，从而振动电机带动夹持工具头上的线性锯做往复运动。该弹性机构例如压簧或拉簧。拉簧或压簧的弹性作用可以对线性锯起到定位作用，也可以为线性锯回复形变提供回复力。
数控电机还可以根据数控信号调整所述工具头的运动位置和角度，从而调整加工角度。
根据本发明实施例的线性锯由于设置有避空结构，使得线性锯有时间和空间回复切削加工对象后产生的形变，从而可以有效地防止累积误差的发生，使得加工缝的位置精度大大提高。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (15)

1.一种线性锯，其包括：锯齿(I)和锯背(II)，
其中，所述线性锯具有锯齿(I)的部分为加工部(1)，该锯齿(I)用于沿着所述线性锯的线性延伸方向切削加工对象，并且沿所述锯齿(I)的前进方向在所述加工对象上生成加工槽，
其特征在于，
所述线性锯还包括避空部(2)，
在与所述加工部(1)相连的锯背(II)设置所述避空部(2)，
所述避空部(2)被设置为使得其在通过所述加工槽的过程中，至少部分时间所述线性锯全部不与所述加工槽接触或者不受到来自所述加工槽的作用力。
2.根据权利要求1所述的线性锯，
其特征在于，
所述避空部(2)的长度大于所述加工对象的厚度，
所述避空部(2)的宽度小于所述加工部(1)的最大宽度，并且
所述避空部(2)的厚度小于所述加工部(1)的最大加工宽度。
3.根据权利要求1所述的线性锯，
其特征在于，
所述加工部(1)的最大加工宽度等于所述加工部(1)的锯齿厚度或者所述加工部(1)的锯齿开路后的最大厚度。
4.根据权利要求1所述的线性锯，
其特征在于，
所述加工部(1)的最大加工宽度与所述避空部(2)的厚度之差大于在该避空部(2)通过所述加工对象之前所述线性锯在所述避空部(2)的厚度方向上产生的弯曲偏移量。
5.根据权利要求1所述的线性锯，
其特征在于，
所述加工部(1)与所述避空部(2)沿所述线性锯的线性延伸方向一体成型或者组装连接。
6.根据权利要求1所述的线性锯，
其特征在于，
在所述线性锯的一端或两端设置有固定部(3)，该固定部(3)的厚度不大于所述加工部(1)的厚度，宽度不大于所述加工部(1)的最大宽度。
7.根据权利要求1所述的线性锯，
其特征在于，
所述线性锯包括多于一个加工部(1)，所述避空部(2)设置于两个相邻的所述加工部(1)之间。
8.根据权利要求1所述的线性锯，
其特征在于，
所述线性锯包括多于一个加工部(1)和多于一个避空部(2)，所述多个加工部(1)与所述多个避空部(2)间隔排列。
9.一种线性锯，其包括：锯齿(I)和锯背(II)，
其中，所述线性锯具有锯齿(I)的部分为加工部(1)，该锯齿(I)用于沿着所述线性锯的线性延伸方向切削加工对象，并且沿所述锯齿(I)的前进方向在所述加工对象上生成加工槽，
其特征在于，
所述线性锯还包括避空部(2)，
在与所述加工部(1)相连的不具有锯齿(I)的一段锯背(II)上形成所述避空部(2)，
所述避空部(2)的长度大于所述线性锯的加工对象的厚度，并且
所述锯背(II)的厚度小于所述锯齿(I)的厚度，或者所述避空部(2)所在的所述一段锯背(II)的厚度小于所述锯齿(I)的厚度，或者所述避空部(2)的厚度小于所述锯齿(I)的厚度。
10.一种数控加工设备，其特征在于，所述数控加工设备包括权利要求1-9中任何一个所述的线性锯。
11.一种数控加工设备，其特征在于，
所述设备包括：数控电机(701)，权利要求1-9中任何一个所述的线性锯；
所述数控电机(701)包括：振动电机、移动电机；
所述振动电机用于控制所述线性锯在该线性锯的线性延伸方向上进行振动；
所述移动电机用于控制所述线性锯在垂直于所述线性延伸方向的平面内平移运动。
12.根据权利要求11所述的数控加工设备，其特征在于，
所述数控电机(701)还包括旋转电机，该旋转电机用于控制所述线性锯以该线性锯的中心轴为轴进行旋转。
13.根据权利要求11所述的数控加工设备，其特征在于，
所述数控加工设备还包括夹持工具头和弹性工具头，
所述夹持工具头安装于所述振动电机一侧，用于夹持固定所述线性锯的一端；
所述弹性工具头直接或者间接地连接所述线性锯的另一端，其中，该弹性工具头包括压簧或者拉簧。
14.一种使用线性锯进行加工的加工方法，
其中，所述线性锯包括锯齿(I)和锯背(II)，该线性锯具有锯齿(I)的部分为加工部(1)，
其特征在于，
所述线性锯的加工部(1)切削加工对象，以沿该加工部(1)的锯齿前进方向在所述加工对象上形成加工槽，
所述线性锯在与所述加工部(1)相连的锯背(II)设置有避空部(2)，在该避空部(2)通过所述加工槽的过程中，至少部分时间所述线性锯全部不与所述加工槽接触或者不受到来自所述加工槽的作用力。
15.根据权利要求14所述的加工方法，
其特征在于，
所述加工部(1)切削加工对象时以及所述避空部(2)通过所述加工槽时，所述线性锯既进行在所述线性锯的线性延伸方向上的运动又进行沿所述加工槽的加工方向上的运动。
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