數控寶石磨拋一體的制造方法

數控寶石磨拋一體的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及的是一種數控寶石磨拋一體機，尤其是貴重、純天然刻面型寶石的加工；屬于刻面型寶石加工機械設備領域。技術方案是包含機體、移動裝置、擺動裝置、旋轉裝置、兩個測量裝置、升降裝置及數控系統；移動裝置設置在機體的安裝板上部，升降裝置設置在機體的安裝板下部，擺動裝置連接移動裝置，旋轉裝置連接擺動裝置，移動裝置自身左右擺動，擺動裝置的擺動臂沿其旋轉軸做軸向擺動，旋轉裝置各部中心線在同一直線上，做軸向轉動，兩個測量裝置分別安裝擺動裝置、升降裝置上，測量升降裝置上的磨盤、拋光盤高度及旋轉裝置上的寶石工件底部高度；數控系統有序、精確控制移動裝置、擺動裝置、旋轉裝置、升降裝置的運動，完成寶石工件的圈形、刻面的磨削及拋光。快速精準，產品工藝好，效率是目前的5到8倍。
【專利說明】數控寶石磨拋一體機

【技術領域】
[0001]本發明涉及的是寶石加工設備領域，尤其是貴重、純天然刻面型寶石的加工設備。

【背景技術】
[0002]目前，純天然寶石加工，主要是靠人工目測借助簡單的寶石加工機械進行加工，勞動強度較大，寶石質量不穩定，工藝不好；現有的天然寶石加工機械主要如圖一所示，機架上有一設備部件安裝板，電機安裝在安裝板下部，盤的安裝座安裝在電機軸上，電機直接驅動盤旋轉。加工時可根據不同工藝更換磨盤或拋光盤，即磨料時安裝磨盤，拋光時，再換拋光盤；安裝板上部裝有升降臺，八角手一端傾斜放在升降臺上，另一端裝有待加工寶石落在盤上，加工時，通過調整升降臺的高度，改變八角手與盤的角度，此角度又隨著磨削深度的變化而變化，角度的大小與磨削深度成正比，磨削深度的大小來自操作者給八角手向下壓力和磨拋時間，磨削深度隨著壓力、時間加大而加大，反之隨著壓力、時間減少而減小海粒寶石都有多個面構成，因面的磨拋角度大小的不確定性，工藝就得不到有效落實，不僅僅影響其外在的美感，更主要是直接影響其商業價值。
[0003]另外，近幾年市場上出現的自動化程度較高的寶石加工機械有很多種，都是針對人造寶石而研發的；因人造寶石原料價格低，毛坯可根據要加工產品規格的大小，使用切割機進行切割，毛坯具有同一性，即同規格產品的毛坯是相等的長方體或圓柱體。而天然寶石原料形狀各異，同規格產品的毛坯差異也很大，不具備形狀的同一性，顯然這些寶石機械不能用于天然寶石的加工。
[0004]天然寶石因其稀少而貴重，衡量一個寶石的價值，主要由材質、規格、重量、工藝四個方面因素綜合決定的，材質是天然的，不是人能改變的；規格是人工依據切除原石中的雜質、氣泡及裂紋后的毛坯的大小而決定的，小的就是小的，絕對不能變大；相同材質、規格寶石的重量主要決定其高度值，天然寶石的高度是在寶石的寬度75%—55%之間，也就是說依據毛坯的高度在其寬度75%—55%這個范圍內，加工時力求高度最大化，確保其重量；工藝決定寶石的美學價值；寶石在加工過程中常常因操作者無法控制的失誤導致產品出現缺陷，有的失誤導致原料降低一兩規格使用，甚至報廢；造成浪費。
[0005]綜上所述，目前寶石的加工方法及寶石加工機械均不能滿足寶石的商業價值最大化，需要研發一款新的天然寶石加工機械設備。


【發明內容】

[0006]本實用新型的目的是解決上述純天然寶石加工過程中存在的缺陷及現有寶石加工機械的不足，提供一款全新的數控寶石磨拋一體機。包含圍形、刻面、拋光，機械一次性自動完成，省時省力，操作簡單，效率高，工藝好，加工余量小，避免原料浪費，達到產品規格最大化、重量最大化、工藝最好化，實現寶石原料商業價值最大化。
[0007]技術方案:本發明的數控寶石磨拋一體機是由機械和數控系統兩大部分組成。
[0008]一、機械部分按照功用分為測量裝置、升降裝置，移動裝置、擺動裝置、氣動夾緊裝置、旋轉裝置、機體七大部件；機體上部設有部件的安裝板，移動裝置安裝在安裝板上部；升降裝置安裝在安裝板下部；擺動裝置安裝在移動裝置的工作臺2上；旋轉裝置安裝在擺動裝置的安裝坐上；測量裝置有兩個，一個安裝在擺動裝置的擺動臂上；另一個安裝在升降裝置上部磨盤擋水圈上。
[0009]移動裝置由安裝座22、第一導軌6、工作臺2、連接板、絲杠5、步進電機4、“零點”感應器8組成，步進電機驅動絲杠通過連接板帶動工作臺沿導軌左右移動。移動的距離是確保寶石加工時處在磨盤或拋光盤的工作區域內。
[0010]擺動裝置由蝸輪蝸桿減速機35、旋轉軸21、擺動臂9、“零點”感應器36、，第三伺服電機34等組成，伺服電機驅動蝸輪蝸桿減速機35通過旋轉軸21帶動擺動臂9做順時針或逆時針擺動，旋轉裝置隨其擺動，粘接桿上的寶石工件的軸線與升降裝置上的磨盤或拋光盤的角度隨著擺動的變化而變化，這個角度稱為該面的層角。
[0011]旋轉裝置由擺動臂9上的電機安裝座、聯軸器18、彈性夾頭16與夾頭套15氣動夾緊裝置、粘接桿16、寶石38、“零點”感應器17、第一伺服電機10等組成，電機通過聯軸器驅動由彈性夾頭38、夾頭套15組成的氣動夾緊裝置帶動粘接桿上的寶石旋轉；旋轉的角度就是寶石加工的點或面偏離“零點”位置的角度值，這個角度稱為該面的面角。
[0012]升降裝置由第二導軌41、安裝座42、花鍵軸11、花鍵套33、花鍵軸軸承座39、花鍵套軸承座40、磨盤12、拋光盤13、第一皮帶輪26、第二皮帶輪27、聯軸器30、擋水盤14、“零點”感應器32、測量裝置23、絲杠29、絲杠螺母31、第二伺服電機28、交流電動機25、變頻器37組成，由伺服電機驅動絲杠旋轉通過絲杠螺母帶動花鍵軸承座上下移動。磨盤12、拋光盤13安裝在花鍵軸上部的安裝座上；盤的轉動速度由變頻器輸出的頻率控制，寶石的加工點或面到磨盤或拋光盤的距離，就是磨盤或拋光盤的升降高度，稱為面高。
[0013]夾緊裝置與粘接桿裝配的端面上有一個限位槽，粘接桿中部圓弧面上設有定位銷，在加工過程中，有兩個作用，一是粘接桿與夾緊裝置的位置關系保持不變，二是粘接桿的高度相對夾緊裝置保持不變；其目的是保證寶石在加工過程中冠部與亭部反粘后加工位置的對應關系。
[0014]磨盤安裝在花鍵軸上部的安裝座上，拋光盤安裝在磨盤上部，安裝座中心設有圓柱銷，上部有螺紋，用螺母擰緊，使磨盤、拋光盤與花鍵軸成為一體，磨、拋光盤的旋轉是由花鍵軸與之裝配的花鍵套上的皮帶輪通過皮帶與交流電動機裝配的皮帶輪聯接而轉動的，轉速是通過與交流電動機聯接的變頻器發射的頻率由系統軟件控制的。
[0015]二、數控系統由控制器、觸摸屏、系統軟件、數據庫、感應器開關、濾波器組成。
[0016]為使操作者工作時方便，工作臺上設有相關的啟動、停止、數據加載按鈕等，作用等同于觸摸屏對應按鈕；因伺服電機與驅動器有閉環控制，所有伺服電機工作時不丟步，控制精度高，機械的升降裝置、移動裝置、擺動裝置、旋轉裝置分別由伺服電機、步進電機驅動，其位移量按照控制系統程序中的動作指令快速、精準到達指定的位置，磨拋盤由交流電動機驅動高速轉動，經過逐個點、面的加工，就完成了寶石的圍形、刻面磨削及拋光的加工。
[0017]本實用新型的效果是自動化程度高，操作簡便，省時省力，加工效率高、工藝好，又可根據原料的高度在工藝要求范圍內方便調整產品參數，具有“保重”功能。加工效率為目前的5到8倍。
[0018]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0019]附圖1目前純天然寶石加工機械結構示意圖
[0020]附圖2 A-2D是本發明實例的“零點”位置結構示意圖，分別為整機的正視圖，側視圖，俯視圖和一般視圖
[0021]附圖3本發明實例“盤高測量”時的結構示意圖
[0022]附圖4本發明實例“加工狀態”的結構示意圖
[0023]附圖5A-5B本發明實例氣動夾緊裝置結構示意圖
[0024]附圖6A-6B本發明實例粘接桿結構示意圖。
[0025]圖中:1、機體；2、工作臺；3、觸摸屏；4、步進電機；5、滾珠絲杠；6、第一導軌；7、絲杠固定坐；8、零點感應器；9、擺動臂；10、第一伺服電機；11、花鍵軸；12、磨盤；13、拋光盤；14、擋水圈；15、夾頭套；16、彈性夾頭；17、旋轉裝置零點感應器；18、聯軸器；19、盤高測量裝置；20、觸針；21、擺動臂軸；22、移動裝置安裝坐；23、寶石高度測量裝置；24、觸針；25、交流電動機；26、第一皮帶輪；27、第二皮帶輪；28、第二伺服電機；29、滾珠絲杠；30、聯軸器；31、滾珠絲杠螺母；32、零點感應器；33、花鍵套；34、第三伺服電機；35、減速機；36、零點感應器；37、感應器；38、粘接桿；39、花鍵軸軸承座；40、花鍵套軸承座；41、第二導軌；42、安裝座；43、限位槽；44、限位銷；45、機架；46、擋水圈；47、磨拋盤；48、粘接桿；49、八角手；50、升降臺；51、電機。
[0026]【具體實施方式】:開機后，如圖2A-2D所示，點擊系統的“回零”按鈕，機械的各部按照控制系統程序的復原指令，先后回到“回零”，做好加工前的準備工作。
[0027]磨盤、拋光盤高度的測量:如圖3所示，在寶石加工中，磨盤12、拋光盤13會有少許磨耗；觸摸屏3調用“盤高測量”窗口界面，按壓相關的移動按鈕，步進電機4驅動絲杠5轉動，使滑動工作臺2向左或向右移動，選擇測量磨盤12還是拋光盤13，使盤高測量裝置19的觸針20處在測量盤的工作區域內，再啟動升降裝置的第二伺服電機28，通過聯軸器30帶動滾珠絲杠29轉動，絲杠螺母31帶動花鍵軸軸承座39上升，磨盤12、拋光盤13安裝在花鍵軸11上部的安裝座上，用螺栓緊固，磨盤12、拋光盤13也隨之上升，當盤高測量裝置19的觸針20碰到測量盤面時，控制器得到一個信號，第二伺服電機28立即停止，系統自動掃描測量值并保存；同時，第二伺服電機28反轉回到“零點”待機，這是保證加工精度的一個必要條件。
[0028]寶石高度測量:如圖2A-2D所示，在“零點”位置，按壓“啟動”鍵，第二伺服電機28啟動，滾珠絲杠29轉動，絲杠螺母31帶動安裝在花鍵軸軸承座39上部擋水圈14上的測量裝置23的觸針24上升，當觸針24碰到寶石底部時，控制器得到一個信號，第二伺服電機28立即停止，系統掃描并儲存觸摸屏3上顯示的寶石高度值；這是保證寶石重量最大化的一個必要條件。
[0029]數據庫中的數據內容；寶石由冠部、亭部及腰部組成，冠部、亭部表面分別是由多個小平面圍成的多面體，每個小平面有層角、面角及面高三個參數，小平面與寶石中心軸線構成的角度為層角；過寶石中心軸線的一個面設定為基準參照面，小平面與基準參照面的夾角為面角；加工時，小平面與磨盤12、拋光盤13平行，小平面相對磨拋盤的“零點”位置的距離為面高，腰部是由一條或多條曲線相切構成，且具有一定的寬度，曲面內與中心軸線平行的直線相對磨拋盤的“零點”位置的距離為腰部過該點的直線面高；數據庫中的數據包含產品的層角、面角、面高、盤的工作區域、腰部曲線特征參數及工藝方面的速度等參數。
[0030]系統讀取加工數據:依據“寶石高度值”，系統中有自動、手動兩種加載模式，選擇其一讀取數據庫中對應的有關數據。
[0031]數控系統按照讀取數據庫中的有關數據賦值給程序中有關參數，如圖4所示，經計算步進電機4包含絲杠5、工作臺2等組成的移動裝置，使寶石在盤的工作區域左右移動；第一伺服電機10驅動包含聯軸器18、彈性夾頭38及夾頭套15組成的氣動夾緊裝置、粘桿16、寶石組成的“旋轉裝置”轉動，其中心線在同一線上，旋轉角為該加工面與對過寶石中心軸線的基準參考面即零點位置的夾角即面角；第三伺服電機34通過包含安裝在移動裝置滑動工作臺2上的減速機驅動擺動臂軸21及安裝在擺動臂軸21軸端的擺動臂9組成的“擺動裝置”擺動，擺動臂9與其零點位置的夾角為該加工小平面的層角；第二伺服電機28驅動包含聯軸器30、滾珠絲杠29轉動，絲杠螺母31帶動花鍵軸承座39、花鍵軸11及安裝在花鍵軸11上部用螺栓緊固的磨盤12、拋光盤13等組成的升降裝置也隨之上升，上升的高度為該加工面的面高；各電機依據計算的脈沖數再按照程序中的動作指令順序逐一控制移動裝置、擺動裝置、旋轉裝置、升降裝置的有序動作，同時交流電動機25依據變頻器37輸出的頻率動作，帶動花鍵軸11旋轉,該點或面的加工完成后,系統自動讀取下一組數據,循環執行，直至執行完最后一組參數；即從圈形、刻面到拋光，系統一次性完成腰部及冠部或亭部的加工。
[0032]寶石加工時，系統設置了“快磨慢拋”的工藝過程，系統依據不同的加工工藝設定不同的變頻器的頻率，控制盤的交流電動機轉速；粗磨、細磨時交流電動機高速轉動，拋光時交流電動機慢速轉動，即提高了工作效率又增強寶石的光學效應。
[0033]產品數據庫內含了圓形、橢圓、水滴、馬眼、正方、長方、正枕、長枕、三角九個形狀常見規格的所有數據并存儲在控制器中，加工時只要選定寶石的形狀、規格，系統自動讀取。
[0034]軟件設有“產品參數設置”模塊，便于使用者開發新產品。
【權利要求】
1.一種數控寶石磨拋一體機，其特征在于包含測量裝置、升降裝置，移動裝置、擺動裝置、旋轉裝置、機體及數控系統；機體上部設有部件的安裝板，移動裝置安裝在安裝板上部；升降裝置安裝在安裝板下部；擺動裝置安裝在移動裝置的工作臺(2)上；旋轉裝置安裝在擺動裝置的安裝坐上；測量裝置有兩個，一個安裝在擺動裝置的擺動臂上；另一個安裝在升降裝置上部磨盤擋水圈上。
2.根據權利要求1所述一種數控寶石磨拋一體機，其特征在于移動裝置包含安裝座(22)、第二導軌(6)、工作臺(2)、連接板、絲杠(5)、步進電機(4)、“零點”感應器(8)。
3.根據權利要求1所述一種數控寶石磨拋一體機，其特征在于擺動裝置包含蝸輪蝸桿減速機(35)、旋轉軸(21)、擺動臂(9)、“零點”感應器(36)、第三伺服電機(34)。
4.根據權利要求1所述一種數控寶石磨拋一體機，其特征在于旋轉裝置包含擺動臂(9)上的電機安裝座、聯軸器(18)、彈性夾頭(16)與夾頭套(15)組成的氣動夾緊裝置、粘接桿(38)、寶石、“零點”感應器(17)、第一伺服電機(10)。
5.根據權利要求1所述一種數控寶石磨拋一體機，其特征在于升降裝置包含第二導軌(41)、安裝座(42)、花鍵軸(11)、花鍵套(33)、花鍵軸軸承座(39)、花鍵套軸承座(40)、磨盤(12)、拋光盤(13)、第一皮帶輪(26)第二皮帶輪(27)、聯軸器(30)、擋水盤(14)、“零點”感應器(32 )、絲杠(29 )、絲杠螺母(31)、第二伺服電機(28 )、交流電動機(25 )、變頻器(37 )。
6.根據權利要求1所述一種數控寶石磨拋一體機，其特征在于擺動裝置上安裝有測量裝置(19)，用于測量磨盤(12)、拋光盤(13)高度。
7.根據權利要求1或4所述一種數控寶石磨拋一體機，其特征在于旋轉裝置包含的氣動夾緊裝置與粘接桿裝配的端面上有一個限位槽。
8.根據權利要求1或4所述一種數控寶石磨拋一體機，其特征在于旋轉裝置包含的粘接桿中部設有定位銷。
9.根據權利要求1所述一種數控寶石磨拋一體機，其特征在于升降裝置的擋水圈上安裝有測量裝置(23 )，用于測量寶石工件高度。
10.根據權利要求1或5所述一種數控寶石磨拋一體機，其特征在于升降裝置包含的交流電動機(25 )，轉速是通過與交流電動機(25 )聯接的變頻器發射的頻率由系統軟件控制。
11.根據權利要求1或5所述一種數控寶石磨拋一體機，其特征在于升降裝置的磨盤(12)安裝在花鍵軸上部的安裝座上，拋光盤(13)安裝在磨盤上部，安裝座中心設有圓柱銷，上部有螺紋，用螺母擰緊。
【文檔編號】B24B9/16GK204019295SQ201420146880
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年3月30日 優先權日:2014年3月30日
【發明者】陳江 申請人:陳江