Разбираемся с ножами

Английский термин drag knife (в нашем контексте — инструмент «нож») изначально переводился как «флюгерный нож», и это было похоже на правду, если переводить drag как «отставать, запаздывать, тянуть». Это соответствовало принципу работы классического флюгерного ножа — острие/кончик лезвия был смещен назад относительно оси вращения инструмента, что позволяло лезвию самому поворачиваться по направлению вектора движения, аналогично тому, как флюгер «показывает» направление ветра. Да и первые режущие плоттеры не имели управления по оси Z (или T), поэтому все ножи были флюгерного типа.

Но далее с термином произошла метаморфоза, из-за которой сегодня иногда случается путаница. В процессе появления и последующего доминирования планшетных режущих плоттеров с инструментами, имеющими тангенциальное управление, смысл термина сместился к другому значению drag — «тянуть, волочить», а «отставание» уже не принимали в расчёт. Тангенциальное управление подразумевает, что поворот ножа по вектору движения осуществляет привод (двигатель). В этом случае кончик лезвия должен находиться на оси вращения. Лезвие в тангенциальном инструменте опускается вниз на заданную «глубину», и приводы «тянут» его вдоль пути резки, не меняя глубины (что и есть «статика»). В этом случае я предпочитаю использовать для инструмента drag knife перевод «статический нож», чтобы отличать его от классического — «флюгерного ножа».

Итак, классический флюгерный нож — это инструмент без тангенциального привода. Силу давления ножа по оси Z регулирует пружина, поворот по вектору происходит из-за смещения кончика лезвия относительно оси вращения. Кончик лезвия в процессе резки находится по оси Z в точке равновесия «давление пружины — сопротивление материала» в соответствии с третьим законом Ньютона.

Статический нож — это инструмент с тангенциальным приводом. Перемещение по оси Z такого ножа осуществляется либо пневмоцилиндром (возможны только два положения — поднятое и опущенное), либо электроприводом (глубина опускания ножа может изменяться). Но как бы то ни было, нож «статичен» по оси Z во время резки.

Естественно, тангенциальное управление обеспечивает точное следование контуру резки, в то время как поворот флюгерного ножа запаздывает при смене направления вектора резки, для чего в управляющей программе вводят поправочные коэффициенты, зависящие от характеристик материала.

Иллюстрации ножей (лезвий) для флюгерного и статического режущих инструментов помогут понять принцип их действия и отличия между ними.

Классическое лезвие для флюгерного ножа (показано смещение относительно оси вращения лезвия):

Два варианта ножей (лезвий) для статического режущего инструмента (видно, что кончик лезвия совпадает с осью вращения):

Оба, флюгерный и статический ножи, плохо справляются с раскроем рыхлых материалов, например, гофрокартона. Основное усилие резки у них направлено горизонтально, поэтому кромка реза не может быть аккуратной, часто она — рваная, так как лезвие режет несколько слоев бумаги, практически никак не закреплённых…

Для этих целей был придуман осциллирующий нож (инструмент), в котором лезвие совершает вертикальные возвратно-поступательные движения и основное усилие резки вертикально. За счёт этого кромка реза получается ровная.

Но здесь имеется другая физическая проблема — лезвие ножа, как правило, узкое, поэтому один вертикальный рез/«протыкание» картона создаёт короткий след разреза. Следовательно, следующее опускание ножа должно быть на расстоянии не большем, чем длина этого следа. Мы сразу получаем ограничение по скорости раскроя, определяемое частотой возвратно-поступательных движений и длиной одного «разреза». Если повышать скорость перемещения инструмента, то получим пунктирную линию. У осциллирующего ножа есть другое физическое ограничение: частота хода связана с амплитудой возвратно-поступательного движения. Как правило, более рыхлые и толстые материалы легче и аккуратнее режутся ножами с большой амплитудой, а это опять означает падение скорости раскроя. Характеристики осциллирующего ножа зависят от типа двигателя, обеспечивающего эти колебания. Самую большую амплитуду можно получить, применяя пневмодвигатель, он же даёт наибольшее вертикальное усилие при резке, так как нет необходимости преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Электродвигатель «быстрее», но ход лезвия небольшой, а усилие резки также меньше. Т. е. он может преодолеть меньшее «сопротивление» материала. Пример лезвия осциллирующего ножа показывает, что держатель ножа должен точно обеспечить нахождение кончика лезвия на оси вращения режущего инструмента:

Продолжение следует…

Об авторе: Виктор Миленин (vmilenin1954@gmail.com) — эксперт в области цифровой резки и инструментов для конструирования упаковки.