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"Procédé et machine de traitement des pierres précieuses, et dispositif d'examen de l'ébrutage".
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de traitement des pierres précieuses, ainsi qu'à un dis- positif d'examen de l'ébrutage de ces pierres.
Un premier aspect de la présente invention concerne une machine destinée au traitement des pierres précieuses, cette machine comprenant des moyens pour faire tourner deux pierres pré- cieuses autour d'axes correspondants de manière que les surfaces de ces pierres entrent en contact et se meulent l'une l'autre, des moyens d'alimentation permettant le déplacement des pierres l'une vers l'autre en vue d'assurer l'alimentation, et des moyens pour animer les pierres d'un mouvement de va-et-vient l'une par rapport à l'autre.
La machine est prévue pour la préparation de pierres précieuses brutes, en particulier de diamants, en vue de la formation des facettes, en particulier mais non exclusivement pour l'ébrutage ou le taillage en cône des pierres précieuses. Dans chaque cas, la pierre aura été traitée (normalement par sciage en deux parties) pour créer une surface plane appelée table, qui établit une surface de référence. L'ébrutage est la formation d'une zone de rondis, nor- malement d'une forme cylindrique circulaire, par meulage de la péri- phérie de la pierre brute. Le taillage en cône est la création d'une forme conique sur la culasse ou côté inférieur. Le mouvement de va-et-vient des pierres précieuses se fera normalement le long d'un axe se situant perpendiculairement à la table d'au moins l'une des pierres.
Des machines de ce type ont été décrites, par exemple, dans les brevets GB-A-2.018.173, GB-A-2.082.100 et GB-A-t.046.743.
Il existe deux problèmes dans l'ébrutage, ces problèmes pouvant se présenter également dans d'autres opérations de traitement.
La zone de rondis augmente de profondeur, ce qui exige une course plus longue pour assurer une opération efficace. La course, si elle
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n'est pas contrôlée, peut provoquer un effritement considérable de la table. Comme les deux pierres se meulent l'une contre l'autre, les deux tables peuvent passer au-delà l'une de l'autre et provoquer des dégâts considérables. Dans le document GB-A-2.074.910, on prévoit une solution électronique au problème du contrôle du va-et-vient afin d'augmenter l'efficacité de l'opération, mais l'agencement en cause est très coûteux.
Le premier aspect de l'invention prévoit une machine telle que définie dans la revendication 1, et un procédé tel que mis en évidence dans la revendication 5. Les revendications 2 à 4 présentent des caractéristiques facultatives du premier aspect de l'invention.
D'une manière générale, l'invention prévoit un agen- cement mécanique simple pour limiter les positions relatives des pierres précieuses à la fin de la course, afin d'empêcher une pierre de dépasser la position de table de l'autre pierre, tout en permettant encore une modification de la longueur de la course sans variation de cette position limite, c'est-à-dire en variant la longueur de la course seulement par modification de la position d'une extrémité (la seconde extrémité de la course). Toutefois, à titre de variante, une modification de la course change les positions relatives des pierres précieuses à chaque extrémité de la course, mais change beaucoup plus les positions relatives à la seconde extrémité qu'à la première (extrémité de table).
Ceci permet aux tables de se déplacer beaucoup plus près de la position d'espace libre au fur et à mesure que l'ébrutage ou le traitement se développe et que la course est allongée. Ceci évite un contact inactif qui peut mener à un polissage à la fin de l'ébrutage; si le rondis est complètement rond et que les pierres ont été polies, ces pierres ne se meuleront pas de façon efficace l'une contre l'autre. D'une manière générale, pour une pierre d'un diamètre de 3 à 4 mm, la course est telle que ces pierres se déplacent depuis une position à recouvrement de 2 à 3 mm à l'extrémité de table de la course jusqu'à une position dans laquelle il n'y a pas de recouvre- ment (mais pas d'espace libre).
La machine peut être agencée de manière qu'un simple réglage manuel puisse être réalisé à l'oeil nu, ce qui se situe
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dans les limites de l'habileté des opérateurs qui assurent normalement l'ébrutage.
Si les surfaces en contact des pierres se déplacent dans des sens qui sont d'une façon générale opposés l'un par rapport à l'autre, et en particulier si les pierres sont amenées à tourner autour d'axes parallèles, l'augmentation de la course et l'augmentation de vitesse résultante réduisent le danger d'un "barrelling" du rondis à l'extrémité de culasse.
Le second aspect de l'invention se rapporte au contrôle de l'ébrutage, et plus particulièrement à un dispositif permettant de déterminer le diamètre de rondis d'une pierre précieuse qui présente une table et doit être ébrutée ou est en cours d'ébrutage. Un dispositif de ce genre a été illustré dans le document SA-A-76/7290, mais il n'est pas d'une utilisation très pratique. Un autre procédé de centrage est illustré dans le document GB-A-2.080.712, mais ce procédé peut mener à des résultats imprécis.
Lors de l'ébrutage, le diamètre et la hauteur du rondis (qui devrait être cylindrique) sont d'une grande importance pour la formation de facettes correctes sur la pierre, et également pour éviter un enlèvement excessif de fragments de pierre durant le traitement. Les spécifications prévues pour une pierre bien faite exigent un rapport déterminé entre la hauteur de rondis et le diamètre de la pierre, ainsi qu'un angle spécifique pour les facettes inférieures (culasse) par rapport au plan du rondis, et exigent aussi que la culasse soit localisée sur l'axe central de la pierre. A la fin de l'ébrutage, les pierres devraient être essentiellement circulaires, les imperfections externes ayant été enlevées tout autour du rondis, avec un espace. juste suffisant pour une formation complète des facettes.
Un dépla- cement excessif du centre de la pierre donnera une pierre non arrondie, lorsqu'une imperfection a été enlevée, et un déplacement insuffisant donnerait un trop petit diamètre de pierre. Pour maintenir la pierre correctement durant la formation des facettes, il est important que le rondis soit formé d'un cylindre droit à côtés normalement parallèles.
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Dans le cas d'un polissage manuel, les erreurs au cours de l'opération d'ébrutage peuvent être compensées durant le processus de formation des facettes en modifiant les angles d'une facette à l'autre pour permettre à ces facettes de se rencontrer en des points spécifiques, et également en vue d'atteindre une épais- seur uniforme de rondis. Cette compensation n'est pas possible lorsqu'on doit utiliser une installation automatique, et des rondis non uniformes sont immédiatement apparents dans les pierres produites sur une installation automatique. En outre, des exigences excessives de compen- sation au cours d'un traitement manuel nécessitent une grande expé- rience et ont pour résultat une réduction importante de la productivité.
Il est de pratique normale de cimenter la table de la pierre sur un support appelé dop qui est fixé sur un plateau qui est lui-même monté sur un flasque extrême porté par une broche rotative. Le plateau forme ce que l'on appelle un mandrin de tapo- tement et permet un réglage de décentrage de la pierre par dépla- cement du plateau par rapport au flasque extrême. Ce réglage est nécessaire pour permettre la conformation de la circonférence de la pierre ébrutée dans la meilleure position par rapport à la pierre brute, en tenant compte de la qualité et du rendement pondéral de la pierre terminée. L'axe central de la pierre ébrutée, c'est-à-dire l'axe suivant lequel la culasse sera formée, coïncidera avec l'axe de la broche.
Le second aspect de l'invention prévoit un dispositif tel que défini dans la revendication 6, et un procédé tel que présenté dans la revendication 7. Les revendications 8 et 9 présentent des caractéristiques préférées du second aspect de l'invention. Ce second aspect de l'invention s'étend également à la machine d'ébrutage de la revendication 10 et au procédé d'ébrutage de la revendication
11. Le second aspect de l'invention peut être utilisé en association avec le premier aspect de cette invention.
Le second aspect de l'invention prévoit un système convenablement gradué pour positionner et observer le progrès d'une pierre précieuse durant l'ébrutage. L'ébrutage est terminé lorsque le rondis a été meulé jusqu'à la position de la ligne de rayon de rondis.
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Le dispositif, en association avec la machine d'ébru- tage, peut apporter des avantages importants dans le centrage initial de la pierre, dans le recentrage durant l'ébrutage et dans la détermi- nation du moment où il faut cesser l'ébrutage. Un examen et un réajus- tement visuels constants sont nécessaires pour assurer que l'étendue du déplacement latéral est satisfaisant, mais le dispositif permet la réalisation d'un réglage approprié.
L'invention pourra être mieux comprises encore grâce à la description suivante, donnée à titre d'exemple, avec réfé- rence aux dessins non limitatifs annexés.
La Figure 1 est une vue en plan d'une machine d'ébrutage suivant l'invention.
Les Figures 2 et 3 montrent chacune deux pierres qui sont en cours d'ébrutage dans la machine de la Figure 1.
La Figure 4 montre un dispositif permettant de déter- miner le diamètre du rondis avant et durant l'ébrutage.
Les Figures 5 et 6 montrent comment on utilise le dispositif de la Figure 4.
La machine d'ébrutage comporte deux broches 1 et 2 à axes parallèles pour la mise en rotation de deux pierres pré- cieuses (non illustrées sur la Figure 1) autour d'axes correspondants de manière que les surfaces des pierres entrent en contact et se meulent l'une l'autre, ce qui provoque un ébrutage mutuel des pierres.
Les axes des broches se situent dans le même plan vertical, la broche 1 se trouvant au-dessus de la broche 2.
La broche 1 est supportée dans des sièges de roulement fendus 3, comportant de préférence des roulements à rouleaux coniques.
Après un alignement précis, les sièges de roulement 3 sont bloqués grâce à des vis de blocage 4. Les sièges de roulement 3 sont montés sur un plateau usiné 5 qui est fixé au bâti de la machine. La broche 2 est montée de façon similaire, mais le second plateau 5 n'est pas fixé au bâti. Ce second plateau 5 porte deux autres sièges de roulement fendus 6 avec vis de blocage 7, supportant des roulements à billes linéaires 8 se déplaçant sur une barre de section circulaire 9 qui est fixée au bâti de la machine grâce à des supports de blocage
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verticaux 10. Cet agencement permet au plateau 5 et à la broche 2 d'être animés d'un mouvement de va-et-vient et également de se déplacer vers le haut et vers le bas en raison du mouvement autour de l'axe de symétrie 11 de la barre 9.
Les mouvement ascendant et descendant sont provoqués par la rotation d'une vis sans fin d'alimentation 12 qui se visse à travers une oreille en saillie (non illustrée) prévue sur le second plateau 5, et dont l'extrémité inférieure coopère avec un plan de glissement prévu sur le bâti de la machine, ce qui permet à cette vis d'alimen- tation 12 de se déplacer en va-et-vient avec la broche 2. La vis d'alimentation 12 est représentée dans une position assez proche de l'axe de symétrie 11. Si on le désire, un seconde vis sans fin d'ali- mentation 13 peut être prévue, en vue d'une alimentation rapide, cette vis étant agencée de façon semblable à la vis d'alimentation 12 mais un peu plus loin de l'axe 11.
L'agencement prévu pour animer le plateau 5 d'un mouvement de va-et-vient est décrit ci-après. Chaque broche 1,2 se termine par une monture en cuvette 14, d'un caractère concen- trique précis et présentant un trou taraudé 15. Un flasque extrême 16 est usiné de manière précise pour s'adapter dans la monture en cuvette 14 et pour se visser dans le trou 15, de sorte que ce flasque extrême 16 s'engage parfaitement bien contre la surface de la monture en cuvette 14 et est centré de façon précise sur la broche corres- pondante 1,2. Le flasque extrême 16 porte des boulons 17, et un plateau 18 est maintenu contre ce flasque extrême 16 par des rondelles à ressort et des écrous 19, les boulons 17 traversant des trous sur- dimensionnés existant dans le plateau 18.
Ceci forme un mandrin de tapotement et permet le réglage du plateau 18 d'une manière décentrée par rapport à la broche correspondante 1, 2 en frappant ce plateau avec un marteau léger. Un dop 20 est vissé sur le plateau 18. En pratique, les pierres (non illustrées) seront cimentées sur les dops 20. Chaque flasque extrême 16 peut être retiré de sa monture en cuvette 14 et est interchangeable du fait que les flasques extrêmes 16 sont identiques et utilisent les trous taraudés 15.
Aux extrémités arrière , les broches 1,2 portent
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des poulies à gorge 21 entraînées par des courroies de commande crénelées 22 qui, à leur tour, sont entraînées par des poulies à gorge 23 portant un arbre de commande 24 entraîné par une poulie principale de commande 25. L'arbre 24 est soutenu par des supports verticaux 26 fixés au bâti . de la machine. On peut prévoir n'importe quel nombre approprié de supports 26.
Les poulies 21,23 et les courroies 22 font tourner les broches 1, 2 à des vitesses différentes pour éviter une rotation des pierres en synchronisme. Pour autant qu'il n'y ait pas de facteur commun, on peut utiliser n'importe quelle différence appropriée des vitesses, par exemple de 25 % ou de 50 % ou de 70 %. Une différence importante des vitesses assure qu'au début de l'ébrutage, les pointes surélevées des pierres entrent fréquemment en contact. A titre d'exemple, les poulies 21,22 situées d'un côté ont respectivement 22 et 15 dents et, de l'autre côté, 26 et 21 dents, les vitesses des broches étant par exemple de 137 et de 170 tours/minute.
Le dispositif d'actionnement en va-et-vient comprend un excentrique 31 entraîné par l'arbre de commande 24. L'excentrique est déplaçable manuellement dans la direction axiale de l'arbre de commande 24 en étant supporté sur un collier 32 et bloqué en place par une vis 33. Suivant une variante d'agencement du collier 32, celui-ci est supporté dans une rainure de clavette existant sur l'arbre 24 et est en léger contact de frottement avec celui-ci. Ceci permet au collier 32 d'être amené à glisser à la main le long de l'arbre 24, tandis que la machine est en cours de travail. L'excentrique 31 com- porte une bague de support 34 montée à pression, et le degré d'excen- tricité assure une amplitude de mouvement se rapprochant de la moyenne de la gamme devant être assurée par le dispositif d'action- nement en va-et-vient.
La bague de support 34 est entourée par un galet de came annulaire 35, qui est relié par l'intermédiaire d'un élément de connexion en forme de tendeur 36 à un logement 37 qui supporte un palier ou élément de transmission à auto-alignement 38. A titre de variante du tendeur 36, les supports 26 peuvent être réglables par rapport au logement 37 ; les tolérances de fabrication sont bonnes, il n'est pas nécessaire de prévoir un réglage quelconque.
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Le palier 38 peut glisser le long d'un élément pivo- tant, pouvant être amené à osciller, se présentant sous la forme d'une tige 39 qui, d'une manière générale, est parallèle à l'arbre de commande 24 et qui est montée à pivotement en 40; la tige 39 est reliée à un bras 41 pour former un levier de renvoi coudé. Le bras 41 est relié à son tour à un joint universel 42 qui est relié, grâce à un goujon fileté 43 à un montant 44 fixé au second plateau 5. Le goujon fileté 43 peut être utilisé pour régler les positions extrêmes de la course du second plateau 5. Ce goujon fileté 43 peut être désserré et l'assem- blage tout entier monté sur le second plateau 5 peut être déplacé le long de la tige 9 à l'écart de la zone de meulage, pour faciliter l'échange des assemblages retenant les pierres.
Ce déplacement exige une courroie de commande détendue 22, ce que l'on peut obtenir en utilisant une courroie de réglage crénelée.
Le palier 38 et le logement 37 se déplacent le long . de la tige 39 lorsque le collier 32 bouge. Lorsque ceci se fait, la course de va-et-vient du second plateau 5 (et de ce fait de la pierre précieuse correspondante) est modifiée, ce qui augmente l'oscillation angulaire de la tige 39 autour de l'axe 40 sans modification de l'excen- tricité de l'excentrique 31. Le mouvement oscillant sera d'autant plus élevé que le palier 38 est plus proche du pivot 40. Lors du réglage de la machine, le collier 32 est mis dans sa position correspondant à l'extrémité de table de la course, et la longueur du tendeur 36 est réglée de manière que le bras 39 soit, de façon précise, parallèle à l'arbre de commande 24. Le tendeur 36 est alors bloqué.
Si le collier 32 et les éléments associés sont déplacés le long de l'arbre de com- mande 24, il n'y a pas de pivotement du bras 39 autour de l'axe 40, et de ce fait le second plateau 5 ne change pas de position.
Si, à une première extrémité de la course de va-et- vient, le bras ou tige 39 est strictement parallèle à l'arbre de com- mande 24, une modification de la position du collier 32 et, de ce fait, de la longueur de la course, ne change pas les positions relatives des pierres précieuses à l'extrémité de table de la course puisque le bras 39 retourne toujours à sa position parallèle à cette extrémité de la course. Toutefois, il est désirable de pouvoir changer légèrement
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l'extrémité de table de la course, de manière que la longueur soit augmentée durant l'ébrutage, mais beaucoup moins qu'à la seconde extrémité.
Pour réaliser ceci, le bras 39 se trouve suivant un certain angle par rapport à l'arbre de commande 24 à chaque extrémité de la course ; l'extrémité de table de la course, le bras 39 sera incliné légèrement par rapport à l'arbre de commande 24 et, à l'autre extré- mité de la course, le bras 39 sera incliné plus fortement vers l'arbre de commande 24.
La Figure 2 montre les pierres précieuses 45, 46 l'une par rapport à l'autre au début de l'ébrutage, la pierre 46 étant la pierre animée d'un mouvement de va-et-vient et supportée par la broche 2. La Figure 3 montre les pierres 45, 46 après que l'ébrutage a été partiellement réalisé. Les lignes en trait interrompu indiquent les extrémités de la course. On peut voir sur ces Figures que l'extré- mité de gauche (table) de la course reste dans la même position relative, tandis que l'extrémité de droite augmente de longueur suivant la distance nécessaire pour permettre un contact entre les pierres 45, 46 sur la totalité de la longueur ébrutée.
Il y a un système optique dont l'axe est horizontal.
Ceci empêche les poussières et autres de se déposer sur les lentilles.
Le système optique comporte une lampe de haute intensité 51, une lentille convergente 52 et une lentille grossissante 53, cette lentille grossissante 53 étant focalisée (directement ou par l'intermédiaire de miroirs), sur l'écran ou dispositif de contrôle spécial 54 que l'on décrit ci-après, la machine d'ébrutage étant agencée pour permettre le passage ininterrompu du faisceau. Comme l'écran 54 se trouve au-delà de l'arbre de commande 24, celui-ci devrait être suffisamment en dessous du niveau de la zone de meulage pour permettre le passage du faisceau lumineux.
L'écran 54 est illustré par la Figure 4 et comprend deux éléments plans, à savoir un élément fixe opaque arrière 55 et un élément transparent avant 56. Chaque élément 55,56 comporte des marques en ligne droite, ces marques étant illustrées plus clairement sur la Figure 5 où les lignes en trait ininterrompu sont celles qui se trouvent sur l'élément arrière 55, tandis que les lignes en trait
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interrompu sont celles qui se trouvent sur l'élément avant 56. L'élément arrière comporte deux lignes droites 57,58 se recoupant à 90 , à savoir une ligne de table 57 qui doit coïncider avec la table de l'image de la pierre 46, et une ligne axiale 58 qui doit indiquer l'axe de la pierre 46.
Il existe une troisième ligne droite 59, à savoir la ligne de hauteur de rondis, qui passe par l'intersection entre la ligne de table et la ligne axiale 57,58 et qui est inclinée par rapport à la ligne de table 57 d'un angle tel qu'en tout point quelconque de la ligne de hauteur de rondis 59, le rapport de la distance depuis la ligne de table 57 à la distance depuis la ligne axiale 58 est égal au rapport désiré entre la hauteur de rondis et le rayon de celui-ci; normalement, la hauteur de rondis désirée est de 14 % du rayon de rondis.
L'élément avant 56 comporte une ligne de rayon de rondis 60 qui est maintenue parallèle à la ligne axiale 58 de l'élément arrière 55, et une ligne de culasse 61 qui rejoint la ligne de rayon de rondis 60 et est inclinée par rapport à cette ligne de rayon de rondis 60 suivant l'angle de culasse désiré; l'angle de culasse désiré est norma- lement de 41 par rapport à la table. Par rapport à la ligne axiale 58, la ligne 61 est inclinée dans le sens opposé à celui de la ligne 59. Bien que l'on ait signalé que les lignes 57,58 se recoupent et que la ligne 59 passe par l'intersection, il n'est pas nécessaire que les lignes réelles descendent jusqu'à l'intersection, le seul point néces- saire étant que les extensions imaginaires se recoupent.
Lors de l'utilisation, l'élément avant 56 peut être maintenu à la main sur l'élément arrière 55 et y est déplacé, par rapport à cet élément arrière 55, tout en maintenant (i) la ligne de rayon de rondis 60 parallèle à la ligne axiale 58 et (ii) la jonction entre la ligne de culasse 61 et la ligne de rayon de rondis 60 sur la ligne de hauteur de rondis 59 de manière que cette ligne de hauteur de rondis 59 agisse comme centre. Pour permettre le maintien de la ligne de rayon de rondis 60 parallèle à la ligne axiale 58, l'élément arrière 55 peut être pourvu de lignes peu marquées (non illustrées) parallèles à la ligne axiale 58. L'élément avant 56 est déplacé comme indiqué sur la Figure 5 de manière que le contour de l'image de la pierre 56 soit totalement mais tout juste à l'extérieur de la ligne
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60,61.
La broche 2 est alors amenée à tourner de 180 et la pierre 46 est centrée par tapotement. Le centrage devrait être vérifié à la paire opposée de bords latéraux, ou sur le plat s'il y en a un.
La pierre 46 est alors ébrutée jusqu'à ce que le rondis se situe sur la ligne de rayon de rondis 60. En pratique, des concavités ou des parties rentrantes peuvent être mises à nu au fur et à mesure que l'ébrutage se développe, et l'écran 54 doit être utilisé un certain nombre de fois durant l'ébrutage. C'est ainsi que l'opérateur de la machine peut modifier le réglage suivant les exigences finales au fur et à mesure que l'ébrutage progresse.
Pour positionner la table de l'image correctement sur la ligne de table 57, l'écran 55 peut comporter un réglage latéral, ou bien l'inclinaison d'un miroir du système optique peut être modifiée.
La ligne axiale 58 est définie par la machine et devrait être réglée avec précision avant le début de l'ébrutage.
Bien qu'il soit possible de monter l'écran 56 de manière qu'il puisse seulement suivre la ligne de hauteur de rondis 59, il est préférable de ne pas prévoir ceci car il y aurait moins de flexibilité de l'agencement. La Figure 6 montre que, si l'élément avant 56 est utilisé correctement comme dans le cas de la Figure 5, et s'il y a une ouverture à la culasse, cette ouverture peut être fermée en dépla- çant l'élément avant 56légèrement vers la droite et, de la sorte, en abaissant quelque peu la hauteur du rondis. Il est possible que la hauteur de rondis descende jusqu'à 10 %, bien qu'une valeur de 12,5 % soit un chiffre plus approprié.
Au moins en théorie, il serait possible de représenter des lignes 57-61 de manière électronique dans une installation de présentation d'image électronique.
Normalement, la broche 1, qui tourne simplement, sera pourvue d'une pierre pour le finissage, tandis que l'arbre 2 portera une pierre pour un traitement initial. Ceci évite la nécessité d'un examen de la pierre 45 se trouvant sur la broche 1 en utilisant l'écran 54. De plus, la pierre 45 se trouve au-dessus de la pierre 46 et est plus clairement visible par un verre grossissant, si une inspection supplémentaire est nécessaire.
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Lorsque la pierre 45 se trouvant sur la broche 1 est achevée, le flasque extrême 16 et l'assemblage total sont enlevés, et l'autre flasque extrême 16 et l'autre assemblage, portant la pierre qui a été alors partiellement traitée, sont adaptés sur la broche 1.
La vis d'alimentation 12 est utilisée durant l'ébru- tage, l'alimentation étant normalement réalisée par étapes, par exemple à raison de 5 microns dans chaque étape, toutes les quatre secondes, bien qu'à des intervalles plus longs, par exemple toutes les demi- minutes, à la fin de l'ébrutage. Même s'il n'existe pas de facteur commun dans les vitesses de rotation des broches 1,2, il y a une légère formation de sillon aux vitesses élevées d'alimentation, du fait du parcours synchronisé, et la vitesse d'alimentation devrait être stoppée à la fin pendant une minute ou deux.
La présente invention a été décrite ci-dessus à titre d'exemple seulement, et de nombreuses modifications pourraient y être apportées sans sortir pour autant du cadre de cette invention.