專利名稱：高爾夫球棒手柄的鑄模裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來講，本發(fā)明涉及鑄模加工裝置，具體涉及一種制造高爾夫球棒手柄模具加工方法和裝置。
背景技術(shù)：
在美國大約有2640萬高爾夫球愛好者。這些高爾夫球愛好者僅在1999年就在裝備上投資59億美元，其中的25億美元是僅花在高爾夫球棒上了。這樣大的市場的一部分是包住每一個高爾夫球棒末端的橡膠手柄。除了固定在售出的每一個新高爾夫球棒上的手柄外，還存在著一個很大的單獨(dú)高爾夫球棒手柄市場，因?yàn)樵S多高爾夫球愛好者都對他們的高爾夫球棒手柄進(jìn)行定期更換。
一種典型的高爾夫球棒手柄是在模具中由橡膠鑄造而成。該手柄是中空的并且其恒定內(nèi)徑通常地約為1.472～1.524厘米(0.580～0.600英寸)，從而可以將其套在高爾夫球棒的末端之上。高爾夫球棒手柄的總體形狀大致為圓柱形，從其末端或頂帽(cap)的較大直徑逐漸變小到口部直徑，該口部直徑僅略大于高爾夫球棒手柄軸直徑。
在高爾夫球棒手柄的表面上可以形成各種類型的圖案如凹口或者縫隙。這些圖案通常可以通過利用高爾夫球棒模具腔室表面上圖案的相應(yīng)凸起或“凹入”的圖像鑄造而成。這些圖案通常包括高爾夫球棒制造商的名稱和/或標(biāo)志、識別高爾夫球棒樣式或者品種的商品名以及其它識別信息。另外，高爾夫球棒手柄的大部分表面區(qū)域可包含一組在其內(nèi)形成的紋理特征一曲線、十字型、星型、人字型以及其它。這些表面花樣既具有審美情趣也可以便于高爾夫球愛好者握住球棒。包括所有商品名、標(biāo)志、紋理特征和其它圖案元素的整個表面圖案可以額外地部分或全部被涂覆上油漆或者其它合適的顏料，這樣就具有了一個相對于圖案的對比色。
鑄制高爾夫球棒手柄的模具通常是利用在鑄鋼模具內(nèi)進(jìn)行的多步驟制造而成。首先，用一種合適的材料如鋁制造出具有所需錐形形狀并在其內(nèi)形成有表面圖案的高爾夫球棒手柄原型。由于制造過程所固有的收縮率和公差累積，該原造型要比所需的最后高爾夫球棒手柄按比例增大。橡膠或者其它合適材料的模具被鑄造在原型周圍，然后將其切成兩半并進(jìn)行銼磨和重新裝配從而形成一個中空的模具。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易認(rèn)識到原型上的表面圖案以立體凹入圖像的方式鑄在橡膠模具之內(nèi)，即在原型表面上作為缺口或切口而存在的圖案特征在橡膠模具的內(nèi)表面上為凸起的圖案或者突起。然后在橡膠模具內(nèi)鑄造出一個陶瓷造型。該陶瓷造型類似于原始的原型，但由于橡膠和陶瓷鑄造過程中所固有的收縮率，上述陶瓷造型比原始的原型成比例地縮小。與原型相似，陶瓷造型包含在其內(nèi)形成的表面圖案特征。然后在陶瓷造型的周圍鑄制出一個鋼制模具。再將陶瓷模具打碎并從模具中取出，這樣可從所得到的鋼制模具中鑄制出多個高爾夫球棒手柄來。
上面所述的過程非常容易理解并且相當(dāng)容易實(shí)現(xiàn)，但該過程具有明顯的缺點(diǎn)。如上所述，每一次模制和鑄制都伴隨固有的收縮率，而收縮率可使得模制或鑄制產(chǎn)品都稍微小于其基型或母模。由此，所需的最終產(chǎn)品一高爾夫球棒手柄的尺寸必須按比例增大從而生產(chǎn)出原型，這是一個不精確并且主要靠經(jīng)驗(yàn)的過程。另外鑄制過程所固有的不精確性，特別是鑄制最終手柄模具的鋼制模具可能生產(chǎn)出的成品上的表面圖案的質(zhì)量即表面圖案特征的拐角和邊緣的銳度等級降低。由于在每一個鑄制步驟中存在的配準(zhǔn)誤差的復(fù)合，幾個模具半塊的配合在一起的接點(diǎn)或者接縫必需進(jìn)行拋光，否則就需返工來消除接縫線。在多種情況下需要大范圍拋光，這樣可能遮斷相鄰的表面圖案。上述過程很耗時間，因此不可能對新的或者不同的表面圖案進(jìn)行快速的檢修。該生產(chǎn)過程可使得最終產(chǎn)品表面圖案缺少細(xì)部并且在鑄制過程之間缺乏連貫性。
利用放電加工機(jī)(EDM)進(jìn)行加工在冶金技術(shù)領(lǐng)域是公知的，并且長期以來人們就認(rèn)識到可將其應(yīng)用在精確表面特別是那些包括嵌入的表面圖案的切刻。在一個典型的模具腔室切刻實(shí)例中，EDM過程包括將所需的表面圖案的負(fù)像切刻到一個電極內(nèi)，上述電極通常利用石墨制造而成。在電極上施加高電壓，相應(yīng)的地電壓線施加在模具毛坯之上，上述兩個電極由絕緣流體分隔開。當(dāng)將電極和模具毛坯放置較為靠近時(利用數(shù)字定位裝置進(jìn)行控制)，絕緣流體被電離并成為導(dǎo)電體，從而有瞬間放電電流穿過縫隙。與電弧焊機(jī)相似，該高強(qiáng)度的瞬間放電電流腐蝕了模具毛坯件上的少量材料。通過電極相對于模具毛坯件進(jìn)行重新定位進(jìn)行許多次的重復(fù)放電的腐蝕作用，模具毛坯件逐漸被腐蝕掉直至其呈現(xiàn)出電極的尺寸、形狀以及表面圖案的負(fù)像。
然而目前已經(jīng)證明EDM加工不適合于加工高爾夫球棒手柄模具，這是因?yàn)樾枰獜?fù)制出來的表面圖案很復(fù)雜并且手柄的圓柱形形狀是逐漸變細(xì)的。如下所解釋的那樣，為了在腔室中切刻出表面圖案，EDM電極的直徑必須比所需腔室的直徑小，并且電極在腔室之內(nèi)移動從而將圖案平均地分配到模具腔室的表面。這樣在較小直徑的EDM電極內(nèi)形成為高爾夫球棒手柄準(zhǔn)備的表面圖案之前必須對上述圖案進(jìn)行縮放，這樣在圖案接著被切刻到模具腔室之后即可對圖案元素的直徑和相對位置進(jìn)行保存。常規(guī)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件可通過如下方式來完成該縮放過程將三維圖案“展開”為平的、二維形式，在一維或者多維中應(yīng)用線性放大因子，然后將被縮放的平的圖案再“合成”為三維的形式。該技術(shù)對于規(guī)則的圓柱形狀是很好的，但當(dāng)應(yīng)用于錐形形狀上的表面圖案時會導(dǎo)致變形。因此還沒有一種方法可以將高爾夫球棒手柄圖案精確的映射到錐形電極中，EDM加工不能在腔室之內(nèi)精確地將圖案復(fù)制出來，所以這種模具也不能生產(chǎn)出精確的高爾夫球棒手柄。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種用于鑄制高爾夫球棒手柄的模具，該模具包括一個大致圓柱形的腔室，該腔室具有至少一個錐形部分，并且該腔室包括通過放電加工機(jī)而在其上形成的高爾夫球棒手柄圖案的負(fù)像。
另一方面，本發(fā)明涉及一種將高爾夫球棒手柄的圖案傳送到EDM電極上的方法，其中上述圖案包括多個圖案元素。該方法包括選擇兩個相應(yīng)的尺寸參數(shù)，第一個參數(shù)與高爾夫球棒手柄圖案相聯(lián)系，第二個參數(shù)與電極相聯(lián)系，確定第一尺寸參數(shù)與第二尺寸參數(shù)的比率，隨著尺寸參數(shù)比率的變化而對于高爾夫球棒手柄圖案相聯(lián)系的圖案元素進(jìn)行縮放，這樣即可將它們的弦關(guān)系保存下來，將被縮放的圖案傳送到電極上。


圖1為一個高爾夫球棒手柄的透視圖；圖1A為高爾夫球棒手柄的一個紋理特征的放大視圖，其放大地顯示了手柄表面內(nèi)的缺口；圖2為根據(jù)本發(fā)明制造出的高爾夫球棒手柄模具的透視圖；圖2A為高爾夫球棒手柄模具的一個紋理特征的放大視圖，其放大地顯示了模具腔室表面的凸起；圖3為描述高爾夫球棒手柄模具的較細(xì)部分的示意圖；圖4為描述高爾夫球棒手柄模具的較細(xì)部分和一個EDM加工電極的示意圖；圖5為表現(xiàn)高爾夫球棒手柄圖案的CAD的透視圖；圖5A為表現(xiàn)高爾夫球棒手柄圖案的CAD的一個紋理特征的放大視圖，其顯示出了該紋理特征被簡化為兩個刀具路徑線；和圖6為沿著高爾夫球棒手柄圖案的軸線的俯視圖，其描述了一個點(diǎn)從高爾夫球棒手柄圖案平移到電極的數(shù)學(xué)過程。
本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及一種鑄制高爾夫球棒手柄的模具，其中通過放電加工(EDM)將表面圖案刻錄在模具腔室之內(nèi)。本發(fā)明還涉及一種將高爾夫球棒手柄圖案轉(zhuǎn)換到EDM電極的方法，這樣在模具加工過程中即可將圖案元素之間的弦關(guān)系保存下來。
在描述本發(fā)明的模具生產(chǎn)和圖案轉(zhuǎn)換過程之前，首先對根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)出來的高爾夫球棒手柄進(jìn)行簡要的回顧。在圖1中示出了這種手柄，該手柄通常由附圖標(biāo)記10來表示。高爾夫球棒手柄通常為圓柱形并且從頂部末端12到較小直徑的口部14處的至少一部分是錐形的。高爾夫球棒手柄10由橡膠或類似合適的材料鑄制而成。
多個圖案元素被嵌入到高爾夫球棒手柄10的表面之內(nèi)。例如這些圖案元素可包括用附圖標(biāo)記16表示的生產(chǎn)商的商品名和/或標(biāo)志。高爾夫球棒手柄的圖案也可以包括樣式名稱、商標(biāo)或其它標(biāo)識符。通常，這些圖案元素可以位于高爾夫球棒手柄10上的任何位置，并且也可以利用直線、圓和其它標(biāo)記對其進(jìn)行襯托。
另外，高爾夫球棒手柄10的表面圖案可包括一組紋理特征20形式的圖案元素。紋理特征20通?？蔀槿魏涡螤?，如十字型、陰影線型、人字型、“S”型元素和其它類型的元素。如圖1和1A所示，紋理特征20包括“十字”或“+”型圖案。如圖1A所示，這些圖案元素是通過高爾夫球棒手柄10表面之內(nèi)的缺口或空隙而形成的。
在鑄制之后，通常地將一種對比油漆或顏料涂覆到高爾夫球棒手柄10的表面之上。配制和涂覆的顏料可使得上述顏料填滿了包括形成在高爾夫球棒手柄10之內(nèi)的表面圖案的缺口或者空隙，即可包括高爾夫球棒手柄圖案的標(biāo)志16、紋理元素20和其它元素。然后對高爾夫球棒手柄10進(jìn)行拋光，這樣即可擦掉高爾夫球棒手柄10的表面上的顏料或油漆，同時保留位于表面圖案的缺口之內(nèi)的油漆。這樣即可直觀地將表面圖案元素和高爾夫球棒手柄10的基色(典型的為黑色)識別開。
圖2示出了一個用于鑄制高爾夫球棒手柄10的模具的一半。手柄模具30由一段鋼或其它合適的材料制造而成。一個腔室32形成在手柄模具30之內(nèi)且其形狀與高爾夫球棒手柄10通常的形狀相同。高爾夫球棒手柄10的表面圖案的負(fù)像形成在腔室32的表面之上。該像是“負(fù)”的，這是因?yàn)樵诟杏X上它是顯示在高爾夫球棒手柄10之上的表面圖案的鏡像，而且這些表面圖案元素是凸起的。即它們在腔室32的已修整的表面上延伸，從而當(dāng)進(jìn)行鑄制時可在高爾夫球棒手柄10的表面內(nèi)形成相應(yīng)的缺口。圖2A示出了一個凸起的圖案元素34，該圖案元素34將在高爾夫球棒10之內(nèi)形成紋理特征20。根據(jù)本發(fā)明，負(fù)表面圖案圖像或圖案元素是通過EDM加工而在腔室32之內(nèi)形成的。
圖3示出了高爾夫球棒手柄模具30，顯示出了高爾夫球棒手柄10的負(fù)圖像在手柄模具腔室32之內(nèi)形成之前的特征。通過研磨或其它合適的切削加工在模具30之內(nèi)初步切刻出腔室32。這不是必需的并且可通過EDM加工而形成整個腔室32。然而通過研磨或者其它加工技術(shù)，腔室32被“粗略地”形成一個初始表面35。根據(jù)本發(fā)明，然后利用EDM加工技術(shù)來選擇性地將腔室32擴(kuò)大到已修整的表面33上，并將圖案元素34的某些部分留在且凸起在已修整的表面33之上。
用虛線表示在加工過程中被切除掉的腔室32之內(nèi)的過剩材料36。圖3示出了將在最終模具30內(nèi)出現(xiàn)的圖案元素34。圖案元素34通?？蔀槿魏涡螤?。圖案元素34的最大高度(相應(yīng)于形成在高爾夫球棒手柄10之內(nèi)最深的圖案元素)在此被稱為“特征高度”并由尺寸38來表示。最大特征高度由EDM加工系統(tǒng)規(guī)定參數(shù)來確定。
虛線39表示了在腔室32之內(nèi)使用的EDM加工電極的最大直徑，下面將對其進(jìn)行全面的論述。用尺寸40來表示EDM電極相對于腔室32的初始表面35的偏移量。尺寸41表示了腔室32的直徑。需注意的是該尺寸為腔室的一個已修整的表面到另一個已修整的表面的直徑。腔室32的直徑和EDM加工電極的直徑之間的差值被稱為電極“不足尺寸(undersize)”。通過特征高度38加上偏移量40然后乘以2即可計(jì)算出電極的不足尺寸。
圖4示出了EDM電極40和部分形成的模具30。電極40具有與高爾夫球棒手柄10相同的錐形圓柱形，并且電極40在其表面之內(nèi)切刻出了與高爾夫球棒手柄10相同的表面圖案。然而電極40在沿著其長度上的每一點(diǎn)的直徑比高爾夫球棒手柄10的直徑小。如果電極40位于腔室32之內(nèi)，則該減小的直徑便于電極的移動。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很明顯的看到EDM電極40不能被制造成其直徑與腔室32的所需的最終直徑41相同。如果是這樣的話，當(dāng)電極40進(jìn)入到腔室32或者從腔室32縮回時，大約位于腔室32邊緣的圖案元素特征34將沿著過剩模具材料36完全被燒毀。因此EDM電極40具有較小的直徑并可在腔室32之內(nèi)移動，這樣所有的圖案元素34都可以被制造出來。圖4中示出了該相對尺寸以及電極40的所需運(yùn)動的一個例子。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，EDM電極40是“滾動”地穿過腔室32的內(nèi)表面。該運(yùn)動包括沿著如電極40上的箭頭所示的精確路徑的一個旋轉(zhuǎn)分量和一個平移分量。當(dāng)EDM電極40滾動穿過腔室32的表面時，過剩材料36將被燒掉。當(dāng)一個圖案元素切口44已在電極40內(nèi)形成時，手柄模具30的材料不會被燒掉，并使圖案元素特征34凸起在腔室32的已修整的表面33之上。
本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員可以認(rèn)識到在腔室32之內(nèi)電極40的滾動不是將圖案從電極40轉(zhuǎn)移到腔室32的表面上的唯一方法。例如，電極可以采用徑向步進(jìn)的方式，其中電極40的中心位于腔室32的中心處，并在一個給定的角度上徑向地步進(jìn)入腔室32或步進(jìn)出腔室32，然后連續(xù)地增加角度直至180°，并在每一個角度增量處徑向地使電極步進(jìn)。在此也可以采用EDM加工的其它技術(shù)，所有這些都落入到了本發(fā)明所請求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
上述EDM加工的方法提供了一種在用于鑄制高爾夫球棒手柄10的高爾夫球棒腔室之內(nèi)可形成任意的、復(fù)雜的表面圖案的高效、經(jīng)濟(jì)的方法。然而，將高爾夫球棒手柄圖案精確地轉(zhuǎn)移給錐形的具有較小直徑的電極上，這樣當(dāng)隨后將圖案切刻到手柄模具之內(nèi)時，其圖案元素保留了它們的弦關(guān)系，這對于在本領(lǐng)域中還沒有較好的解決方法而言是一個巨大的挑戰(zhàn)。將一個三維圖案“展開”為一個平面表示；在一維或多維中線性地放大平面圖案以及隨后將平面圖案“重新組合”為三維的表示，上述計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)方法不適合于錐形的三維形狀上的表面圖案。當(dāng)錐形圓柱例如圓錐被展開為平面表示時，繞著其圓周的“直”線不是直的，而是彎曲的，則沿著該直線的所有圖案元素都是彎曲的。當(dāng)將放大的圖案重新組合為一個較小直徑的圓柱時，該圖案的簡單的線性放大將會導(dǎo)致圖案元素的空間關(guān)系的變形。
根據(jù)本發(fā)明，高爾夫球棒10的三維表面圖案以一種方式被轉(zhuǎn)換到一個較小直徑上(即EDM加工電極40的直徑)，在該方式中當(dāng)利用電極40隨后將圖案切刻到腔室32之內(nèi)時，可以將表面圖案的所有元素的空間關(guān)系保存下來。具體地說，圖案元素之間的弦或者周界關(guān)系通過如下方式被保存下來計(jì)算參考位置的每一個元素的角度、通過一個比例因子而將該角度成比例放大或縮小并且對來自相同參考位置的被放大角度處的放縮或轉(zhuǎn)換的元素進(jìn)行定位。該被放縮的圖案元素同時被重新定位到一個將該圖案元素放置在電極40的表面上的直徑上。該角度或者徑向的轉(zhuǎn)換在此被稱為“弦縮放”(Cordal scaling)，下文將對此作詳細(xì)論述。
另外根據(jù)本發(fā)明，通過將一些圖案元素簡化為其相應(yīng)的刀具路徑并在電極40加工階段對相關(guān)聯(lián)的刀具尺寸進(jìn)行明確的控制即可簡化圖案的轉(zhuǎn)換，也可對得到的圖案元素特征的尺寸進(jìn)行更為精確的控制。
圖5示出了用標(biāo)號50表示的高爾夫球棒手柄10的一個表面圖案，該表面圖案50可以提供在一個三維CAD計(jì)算機(jī)軟件程序中。CAD圖案50在三維空間中與一個虛擬地圓柱形錐形表面54相一致，上述錐形表面54具有與高爾夫球棒手柄10相同的尺寸。CAD圖案50包含了相應(yīng)于標(biāo)志16的圖案元素56以及高爾夫球棒手柄10的表面圖案的其它元素。疊加在CAD圖案50上的是三維笛卡爾坐標(biāo)軸52。
CAD系統(tǒng)50另外還包括代表每一個紋理特征20(參見圖1A)的刀具路徑。在此使用的“刀具路徑”指的是一種路徑，數(shù)字銑床將沿著該路徑在被加工件中切出一個圖案元素來。例如通過利用具有適當(dāng)寬度的切割工具沿著圖5A所示的相應(yīng)刀具路徑58即可制造出圖1A中所示的+型的紋理特征20。該替換在將圖案轉(zhuǎn)換到EDM電極之前對圖案進(jìn)行了簡化。例如圖1A中所示的每一個紋理特征20包括八個邊和四個半圓，上述八個邊和四個半圓精確地對齊，從而形成兩個交叉的切口或溝槽。通過將紋理特征重新定義為如圖5A所示的刀具路徑58，上述形狀被簡化為兩條線，并且可通過四個端點(diǎn)進(jìn)行清楚的描述。這樣通過將表面圖案轉(zhuǎn)換為描述實(shí)際圖案元素的刀具路徑的集合即可顯著地降低圖案的復(fù)雜性和描述圖案元素的數(shù)據(jù)容量。另外通過畫出數(shù)字銑床的刀具路徑和分別指定相關(guān)的切割工具直徑(即紋理特征20的每一個切口或溝槽的寬度)即可對紋理特征20的尺寸即每一個切口的寬度進(jìn)行更為精確的控制。通常不僅是紋理特征元素58而是所有的圖案元素56都可以由刀具路徑來表示。
根據(jù)本發(fā)明，CAD圖案50被轉(zhuǎn)換到一個較小的直徑上，并同時保留了所有元素的弦或圓周關(guān)系。這樣可允許將該圖案轉(zhuǎn)送到具有較小直徑的EDM加工電極40上，由此當(dāng)電極40隨后將圖案切割到模具腔室32之內(nèi)時，圖案元素之間的弦關(guān)系即被保存下來。在此參考一個示范性的實(shí)施例來對該過程進(jìn)行說明。當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能意識到可以采用多種方式、利用不同的算法或者數(shù)學(xué)分析來進(jìn)行轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，通過根據(jù)圖案50和電極40的弦比率將一個參考位置的圖案元素的相對弦位置按比例縮放，這樣CAD圖案50即可被轉(zhuǎn)換到一個較小直徑的EDM加工電極40中。電極40的不足尺寸以及其直徑都可以由特征高度38和偏移量40(參見圖3A)計(jì)算出來。
在沿著CAD圖案50的長度的任意一個參考點(diǎn)上(即沿著如圖5所示的X軸)，圖案50的直徑被確定下來。該直徑相應(yīng)于沿著圖案長度上對應(yīng)點(diǎn)處的最終腔室32的直徑41。根據(jù)如下公式可以計(jì)算出跨過腔室32的表面且需要包含在那個點(diǎn)處圖案180°的弦長度LCLC=π(dC)2]]>在相應(yīng)點(diǎn)處電極的直徑(即沿著電極的長度在相同的距離處)可通過最終腔室32的直徑41減去不足尺寸而被計(jì)算出來。要求精確的表示跨過該直徑處的電極40的表面的圖案50的180°的弦長度LF為LE=π(dE)2]]>則腔室32與電極40的弦比率為 需注意的是，因?yàn)樽罱K腔室32的直徑始終大于電極40的直徑，所以該比率總是大于1。這樣需表示沿著其長度在任意點(diǎn)的電極上CAD圖案50的180°的角度覆蓋率為 ，該角度覆蓋率大于180°。通常在電極上需要表示的圖案角度覆蓋率比在腔室32內(nèi)或者高爾夫球棒手柄10上的相應(yīng)的角度覆蓋率要大。換句話講，與高爾夫球棒手柄10相比，圖案將進(jìn)一步“回繞”電極40的周圍。這樣至少需要兩個電極來傳送手柄模具30上的表面圖案的整個360°。
對上面的方程式考察可以很明顯的看到，弦比率可以被表達(dá)為腔室32的直徑與電極40的直徑的比率、它們的半徑、圓周或其他尺寸參數(shù)的比率。為了更為清楚起見，下面依據(jù)弦長度對本發(fā)明的一個示范性實(shí)施例進(jìn)行討論，但本發(fā)明并不限于此。
因?yàn)檠刂郀柗蚯虬羰直?0長度的每一個點(diǎn)上，特征高度38和偏移量40是相同的，相對于腔室32的直徑41的電極40的不足尺寸也是相同的。這樣，當(dāng)高爾夫球棒手柄10的直徑沿著其長度方向以通常任意方式變化時，電極的直徑也相應(yīng)變化，弦比率將保持恒定。因此沿著高爾夫球棒手柄10的長度方向的一個任意被選定的點(diǎn)上，弦比率僅需要被計(jì)算一次。
計(jì)算過弦比率之后，將CAD圖案50轉(zhuǎn)換到電極40的下一步是將CAD圖案50簡化為它們的圖案基元。大多數(shù)CAD軟件都可以自動地將任意復(fù)雜的圖案簡化為一個或者多個選定的圖案基。在本發(fā)明的一個示范性實(shí)施例中，圖案被簡化為直線。另外，圖案也可以被簡化為多線、樣條、弧或其他圖案基。通過將圖案簡化為直線，每一個圖案元素都可以由一組成對的端點(diǎn)來充分描述。因?yàn)檎麄€CAD表面圖案50位于一個三維表面上，并且電極40的表面具有一個完全相應(yīng)的形狀，所以CAD圖案50的端點(diǎn)可以被獨(dú)立的轉(zhuǎn)換到電極40的直徑上，并將端點(diǎn)重新連接在一起，從而在圖案基元(即直線)中再次生成被轉(zhuǎn)換的圖案。在實(shí)施例中利用直線作為圖案基元的另一個優(yōu)點(diǎn)是被轉(zhuǎn)換的直線可以作為數(shù)控銑床的刀具路徑被輸出，上述數(shù)控銑床可以將被轉(zhuǎn)換的圖案切削在電極40上。
表示CAD圖案50的圖案基元的端點(diǎn)通過弦縮放被轉(zhuǎn)換到相應(yīng)于EDM電極40的直徑的直徑處的一個表面上，然后對上述端點(diǎn)進(jìn)行重新連接。該轉(zhuǎn)換過程保存了圖案中的所有其它端點(diǎn)之間的弦關(guān)系。下面參考圖6對該轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行說明。圖6為在一個特定的X值處俯視CAD圖案50的X-軸的視圖。外圓表示了高爾夫球棒手柄10的表面，其中圖案50位于上述表面之上。內(nèi)圓(虛線)表示電極40的表面，其中圖案50將被轉(zhuǎn)換到上述電極表面之上。圖5中的點(diǎn)P1相應(yīng)于CAD圖案50的一個端點(diǎn)；點(diǎn)P2是一個被轉(zhuǎn)換的點(diǎn)(即電極40上的相應(yīng)點(diǎn))。依據(jù)笛卡爾坐標(biāo)軸x、y、z由CAD計(jì)算機(jī)軟件來對點(diǎn)P1進(jìn)行描述。為了進(jìn)行轉(zhuǎn)換，固定x值，然后確定新的y、z值。P1(x1，y1，z1)首先被轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)關(guān)于y軸r1為其半徑，Θ1為角度r1=y12+z12]]>Θ1=tan-1(|z1||y|)]]>注意為了便于下面的計(jì)算，在上面第二個方程中的絕對值算子使角度Θ1位于第一象限中。通過對P1的y、z坐標(biāo)符號的標(biāo)注，下面可對上述方程做出適當(dāng)?shù)男薷?，從而對象限偏?做出說明。
計(jì)算圖案元素之間的弦關(guān)系的參考位置被選定為與z軸相交叉。這樣按弦縮放的角度就是這些關(guān)于z-軸的角度。角度Φ1由角度Θ1計(jì)算而得到Φ1＝(90-Θ1)然后根據(jù)弦比率 對Φ1縮放從而得到關(guān)于z軸的點(diǎn)P2的角度 然后計(jì)算出關(guān)于y軸的縮放角度θ2θ2＝(90-Φ2)點(diǎn)P1的半徑減去電極不足尺寸(undersize)的一半從而將點(diǎn)P2放置于電極40的表面之上r2=r1-undersize2]]>被轉(zhuǎn)換的點(diǎn)P2(r2，θ2)的笛卡爾坐標(biāo)由下面用于直角三角形的三角方程來確定y2＝r2cosθ2z2＝r2sinθ2因?yàn)樵谵D(zhuǎn)換過程中x軸的位置保持不變，x2＝x1這樣即得到了點(diǎn)P2(x2，y2，z2)。注意對于第二個方程中的點(diǎn)P2，y2是負(fù)的。另外對于一些被轉(zhuǎn)換的點(diǎn)P2而言，z2是負(fù)的，這是因?yàn)橄鄬τ诔跏糃AD圖案50而言，該圖案需進(jìn)一步“圍繞”在電極40周圍。
然后對CAD圖案50中的每一個端點(diǎn)重復(fù)上述計(jì)算。再對被轉(zhuǎn)換的端點(diǎn)進(jìn)行重新連接，從而重現(xiàn)出被轉(zhuǎn)換的圖案，并且該圖案被切割到EDM加工電極40中。需注意的是，由于每一個端點(diǎn)的弦角度由一個大于1的因子進(jìn)行放大，電極40上被轉(zhuǎn)換的圖案所覆蓋的表面的角度覆蓋率將大于CAD圖案50中的表面圖案的角度覆蓋率。換句話講，相對于CAD圖案50而言，圖案將進(jìn)一步“圍繞”電極40。在圖6中利用表示在y軸的下面延伸的電極圖案表面的點(diǎn)線的延長線來對此進(jìn)行說明。利用根據(jù)本發(fā)明的被轉(zhuǎn)換到電極40上的圖案50，通過EDM加工腔室32利用電極40將原始圖案50以負(fù)像的方式復(fù)制在腔室32的表面之上，其中上述被復(fù)制的原始圖案50的所有圖案元素之間具有適當(dāng)?shù)南谊P(guān)系。
雖然在此根據(jù)本發(fā)明的特定特征、方面和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但很明顯，多種形式的變化、修改以及其他實(shí)施例都可能處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)，因此所有的變化、修改和實(shí)施例都被認(rèn)為是落入在本發(fā)明的構(gòu)思和范圍之內(nèi)。所以本發(fā)明的實(shí)施例被認(rèn)為是示范性的而不是限制性的，在后附的權(quán)利要求的內(nèi)涵和等價范圍之內(nèi)的所有變化都是屬于本發(fā)明的。
權(quán)利要求
1.一種用于鑄制高爾夫球棒手柄的模具包括一個通常為圓柱形的具有至少一個錐形部分的腔室。所述腔室包括一個通過放電加工而在其上形成的高爾夫球棒手柄的負(fù)像。
2.如權(quán)利要求1所述的模具，其中所述高爾夫球棒手柄圖案的負(fù)像是基于一個最初高爾夫球棒手柄圖案的，并且所述負(fù)像和所述最初高爾夫球棒手柄圖案包括相應(yīng)的圖案元素。
3.如權(quán)利要求1所述的模具，其中所述模具是通過如下方式形成的將來自最初高爾夫球棒手柄圖案的表面圖案傳送到與所述放電加工機(jī)相關(guān)聯(lián)的電極上；在相鄰的所述模具腔室內(nèi)移動其上具有被傳送的表面圖案的所述電極，從而可在所述模具腔室內(nèi)形成所述最初高爾失球棒手柄圖案相應(yīng)的高爾夫球棒手柄圖案的負(fù)像。
4.如權(quán)利要求3所述的模具，其中所述最初高爾夫球棒手柄圖案和所述電極都包括至少一個錐形部分，并且沿著其長度方向在相應(yīng)的位置上，所述電極的直徑小于所述最初高爾夫球棒手柄圖案的直徑。
5.如權(quán)利要求4所述的模具，其中沿著所述電極的長度方向上在任何點(diǎn)處的所述電極的直徑是下列各量的函數(shù)，即是對相應(yīng)點(diǎn)上所述最初高爾夫球棒手柄圖案的直徑、所述腔室內(nèi)的所述圖案元素的最大特征高度以及所述電極相對于所述腔室的偏移量的函數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的模具，其中被傳送的表面圖案越過所述電極表面的的角度覆蓋率比所述表面圖案越過所述最初高爾夫球棒手柄圖案的角度覆蓋率大。
7.一種用于鑄制高爾夫球棒手柄的模具包括一個用于鑄制高爾夫球棒手柄的腔室，該腔室具有一個表面和至少一個錐形部分；和一組由放電加工機(jī)形成的圖案元素，上述圖案元素位于腔室的表面之上以便在鑄制過程中可以在所述高爾夫球棒手柄上形成相應(yīng)的圖案元素。
8.如權(quán)利要求7所述的模具，其中所述由放電加工機(jī)形成的圖案元素是由一個上面具有多個相應(yīng)的圖案元素的電極形成的，通過所述電極在所述腔室之內(nèi)旋轉(zhuǎn)和平移將所述圖案元素形成在所述腔室的表面上。
9.如權(quán)利要求7所述的模具，其中所述由放電加工機(jī)形成的圖案元素是由一個上面具有多個相應(yīng)的圖案元素的電極形成的，通過所述電極在所述腔室之內(nèi)徑向步進(jìn)將所述圖案元素形成在所述腔室的表面上。
10.如權(quán)利要求8所述的模具，其中形成在所述電極之上的所述圖案元素是基于和仿造一組與最初高爾夫球棒手柄圖案相關(guān)的相應(yīng)的圖案元素的。
11.如權(quán)利要求10所述的模具，其中所述最初高爾夫球棒手柄圖案的圖案元素包括多個刀具路徑；其中所述刀具路徑按弦縮放并被傳送到所述電極中。
12.如權(quán)利要求10所述的模具，其中所述最初高爾夫球棒手柄圖案的所述圖案元素包括多個刀具路徑；所述直線的端點(diǎn)被轉(zhuǎn)換到所述電極中；所述電極上的被轉(zhuǎn)換的端點(diǎn)可以被再次連接，由此將所述圖案元素轉(zhuǎn)換到所述電極上。
13.如權(quán)利要求12所述的模具，其中所述端點(diǎn)到電極的轉(zhuǎn)換包括通過與所述最初高爾夫球棒手柄圖案有關(guān)的被選定尺寸參數(shù)和與所述電極有關(guān)的相應(yīng)的尺寸參數(shù)的比率對所述端點(diǎn)進(jìn)行弦縮放。
14.如權(quán)利要求2所述的模具，通過如下方式加工而成提供具有多個圖案元素的最初高爾夫球棒手柄圖案；使用一個放電加工機(jī)電極，該電極在沿著其長度方向上的點(diǎn)上的直徑小于在相應(yīng)點(diǎn)上所述最初高爾夫球棒手柄圖案的直徑；在所述電極的表面內(nèi)形成多個圖案元素，上述圖案元素通常對應(yīng)于所述最初高爾夫球棒手柄圖案的圖案元素；在相鄰的所述腔室處對具有上述圖案元素的所述電極進(jìn)行定位；使上述電極相對于所述腔室對所述電極進(jìn)行移動并將圖案元素切刻入所述腔室的表面中，該圖案元素通常對應(yīng)于形成在所述電極的表面之內(nèi)的所述圖案元素。
15.如權(quán)利要求14所述的模具，其中相對于與所述最初高爾夫球棒手柄圖案有關(guān)的圖案元素對形成在所述電極上的圖案元素按比例進(jìn)行弦放大。
16.如權(quán)利要求15所述的模具，其中形成在所述電極之上的所述圖案元素利用一個因子而被弦放大，該因子與一個選定的與所述最初高爾夫球棒手柄圖案有關(guān)的尺寸參數(shù)和一個相應(yīng)的與所述電極有關(guān)的尺寸參數(shù)的比率成比例或者相等。
17.如權(quán)利要求16所述的模具，其中所述尺寸參數(shù)是從包括直徑、弦長度、半徑和圓周的組中選定的。
18.一種將高爾夫球棒手柄圖案的包括一組圖案元素的表面圖案傳送到放電加工機(jī)電極的方法，上述方法包括選定兩個相應(yīng)的尺寸參數(shù)，第一個尺寸參數(shù)與所述高爾夫球棒手柄圖案有關(guān)，第二個參數(shù)與所述電極有關(guān)的；確定第一尺寸參數(shù)和第二尺寸參數(shù)的比率；隨著所述尺寸參數(shù)比率的變化而對與所述圖案有關(guān)的圖案元素進(jìn)行弦縮放，并且將被縮放的圖案傳送到所述電極上。
19.如權(quán)利要求18所述的模具，其中所述尺寸參數(shù)比率大于1。
20.如權(quán)利要求18所述的模具，其中所述兩個相應(yīng)的尺寸參數(shù)分別是所述高爾夫球棒手柄圖案和所述電極的橫截面圓的直徑。
21.如權(quán)利要求18所述的模具，其中所述兩個相應(yīng)的尺寸參數(shù)分別是沿著所述高爾夫球棒手柄圖案的表面和所述電極的參考位置的選定角度的弦長度。
22.如權(quán)利要求18所述的模具，其中隨著所述尺寸參數(shù)比率的變化而對所述圖案元素的選定點(diǎn)的與所述高爾夫球棒手柄圖案有關(guān)的圖案元素按比例進(jìn)行弦縮放包括如下步驟將一個參考位置的第一角度確定到一個選定點(diǎn)上；由所述尺寸參數(shù)比率而對所述第一角度進(jìn)行縮放從而得到第二角度；將所述被縮放的點(diǎn)定位在所述參考位置的所述第二角度上。
23.一種對于表面圖案的至少一個圖案元素將高爾夫球棒手柄圖案傳送到放電加工機(jī)電極上的方法包括對所述圖案元素的至少一個刀具路徑部分進(jìn)行識別；和利用一個與所述高爾夫球棒手柄圖案有關(guān)的尺寸參數(shù)與一個相應(yīng)的與所述電極有關(guān)的尺寸參數(shù)的比率而對所述刀具路徑部分進(jìn)行弦縮放。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，還包括利用刀具將所述被弦縮放的刀具路徑部分切割入所述電極中，其中上述切割工具的尺寸相應(yīng)于所述高爾夫球棒手柄圖案的所述至少一個圖案元素的尺寸。
25.一種生產(chǎn)用于鑄制高爾夫球棒手柄的腔室的方法，包括在一個放電加工機(jī)電極的表面上形成高爾夫球棒手柄圖案；和利用所述放電加工機(jī)電極將相應(yīng)的圖案切割入所述腔室的表面中。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中在放電加工機(jī)電極的表面形成高爾夫球棒手柄圖案的步驟包括將一個表面圖案從最初高爾夫球棒手柄圖案傳送到所述電極中，并將所述被傳送的表面圖案切割入所述電極的表面中。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述電極的直徑小于所述最初高爾夫球棒手柄圖案的相應(yīng)直徑，并且所述表面圖案越過所述電極的表面所占據(jù)的角度覆蓋率要比越過所述最初高爾夫球棒手柄圖案的相應(yīng)表面所占據(jù)的角度覆蓋率大。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述最初高爾夫球棒手柄圖案包括多個圖案元素；其中，將所述表面圖案從所述最初高爾夫球棒手柄圖案傳送到所述電極的步驟包括根據(jù)一個與所述最初高爾夫球棒手柄圖案有關(guān)的尺寸參數(shù)和一個相應(yīng)的與所述電極有關(guān)的尺寸參數(shù)的比率而對所述圖案元素進(jìn)行弦縮放。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其中通過上述電極在所述腔室之內(nèi)同時進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移并進(jìn)行放電加工而實(shí)現(xiàn)所述切割步驟。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中對所述電極的平移步驟包括在所述腔室之內(nèi)沿著一個通常拱形路徑對所述電極進(jìn)行移動。
31.如權(quán)利要求25所述的方法，其中通過在所述腔室之內(nèi)徑向地步進(jìn)所述電極而實(shí)施所述切割步驟。
全文摘要
一種在高爾夫球棒手柄腔室之內(nèi)形成高爾夫球棒手柄圖案的負(fù)像的方法包括:將一個最初的高爾夫球棒手柄圖案轉(zhuǎn)換到一個放電加工電極上,將該圖案切割入電極表面,在模具腔室內(nèi)旋轉(zhuǎn)和平移電極同時進(jìn)行放電加工。將最初的高爾夫球棒手柄圖案轉(zhuǎn)換到電極包括:對圖案元素按比例進(jìn)行縮放,這樣當(dāng)接下來圖案被形成在手柄模具腔室之內(nèi)時,圖案元素的弦關(guān)系被保存了下來。
文檔編號A63B53/14GK1371775SQ0210708
公開日2002年10月2日 申請日期2002年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月31日
發(fā)明者J·W·小湯普森, J·Q·瓦拉斯 申請人:東南工具及模具有限公司