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"Machine et procédé de débrutage d'une pierre précieuse"
DOMAINE DE L'INVENTION
Cette invention se rapporte au traitement de pierres précieuses, en particulier de diamants, pendant une conversion de la pierre depuis sa forme brute ou sciée jusqu'à une forme reconnue prête pour le facettage.
Cette procédure est connue dans le métier en tant que"débrutage"et ce terme sera utilisé pour décrire la procédure dans la description.
Le débrutage d'une pierre précieuse est une étape très importante dans la production de la pierre polie finale. Le débrutage détermine la forme et la dimension d'une pierre polie finale, et une pierre qui a été bien débrutée est plus facile à polir et fournit un rapport supérieur à celui de pierres débrutées imparfaitement.
Des machines automatiques ont été développées pour le débrutage de pierres rondes. Dans ces machines, la pierre est montée sur un support ou dop qui est ensuite attaché à un arbre, tournant, au moyen d'un mandrin qui peut être réglé de façon excentrée afin de déplacer la pierre par rapport à l'axe de rotation de l'arbre pour permettre par cela à la pierre traitée d'être façonnée dans une position optimale par rapport à la pierre brute, en tenant compte des exigences de rapport en qualité et en poids.
L'outil pour effectuer le débrutage est usuellement un autre diamant mais des meules de configurations différentes sont aussi utilisées.
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L'outil, soit stationnaire, soit tournant, est appliqué par des moyens manuels ou mécaniques contre la pierre précieuse qui tourne et le débrutage est effectué au point de contact entre la pierre et l'outil.
Dans le débrutage de pierres (formes) non rondes, des problèmes de différents centres d'arcs apparaissent. Dans la cas d'une"marquise"qui est un ovale allongé avec la forme lenticulaire pointée aux extrémités, la forme est réalisée par des arcs qui se coupent de rayons égaux, avec des centres à l'opposé l'un de l'autre. L'opération de débrutage de l'état antérieur de la technique nécessite le réglage de la pierre, dans une position excentrée par rapport à l'axe de rotation, et un débrutage d'abord d'un côté de la pierre. Ensuite, la pierre est réglée à nouveau avec le côté opposé excentré du même degré que le premier côté et le débrutage est ensuite effectué sur l'autre côté.
On peut apprécier que, puisque la pierre doit être à nouveau réglée, il y a un risque que la pierre n'ait pas la même forme sur chacun de ses côtés ou que la pierre ne soit pas débrutée de façon optimale pour obtenir le rapport maximum.
Dans le cas d'une pierre en forme de poire, la partie inférieure qui forme la pointe peut être formée comme pour une marquise mais la partie supérieure, qui est un demi-cercle de rayon plus petit que les éléments de la partie inférieure, ne peut pas être formée par une machine de débrutage usuelle. Dans le cas de ces types de façonnage par éléments, la forme finale n'apparaît pas aisément à l'opérateur tant que le processus n'est pas virtuellement terminé et en conséquence tout réglage pour obtenir des avantages en vue d'un façonnage de qualité et de rapport sont perdus. De plus, le danger de ruptures aux points de la pierre est très réel. L'habileté nécessaire pour réaliser un bon débrutage de formes est considérable.
En conséquence,
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des opérateurs expérimentés ont tendance à être chers et cela s'ajoute de façon significative au coût de la pierre débutée.
RESUME DE L'INVENTION
Suivant l'invention, on propose une machine pour le débrutage de pierres précieuses, qui comprend un arbre tournant dont une extrémité est adaptée pour qu'une pierre précieuse à débruter y soit montée, un outil de débrutage adapté pour être mis en contact avec la pierre précieuse, afin d'accomplir le débrutage de la pierre précieuse et des moyens de déplacement afin de déplacer l'outil de débrutage et/ou l'arbre tournant, par rapport à un plan de référence en synchronisation avec la rotation de l'arbre, le degré de déplacement procuré par les moyens de déplacement étant directement en rapport avec la forme souhaitée de la pierre précieuse débutée.
De préférence, l'arbre tournant comporte des moyens de réglage pour maintenir la pierre précieuse, qui permettent un réglage excentré de la pierre précieuse par rapport à l'axe de rotation.
De préférence, les moyens de déplacement comprennent au moins une came configurée en une forme qui correspond à la forme d'une pierre précieuse débrutée. La came peut être montée sur l'arbre tournant. De préférence, la came comporte une pluralités de surfaces arquées, chacune d'elles correspondant à une surface arquée des pierres précieuses débutées. Les moyens de déplacement comprennent de préférence une série de cames de ce genre, chacune d'elles ayant une configuration différente et chacune d'elles pouvant être sélectionnée pour réaliser une configuration différente de pierre précieuse.
L'outil de débrutage est monté de préférence sur un arbre tournant et il comporte de préférence des moyens d'avance pour faire avancer lentement l'outil vers la pierre précieuse. L'outil de débrutage peut
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avoir un mouvement de va-et-vient dans une direction parallèle à son axe de rotation.
L'invention s'étend à un procédé de débrutage d'une pierre précieuse, le procédé comprenant : - une rotation de la pierre précieuse autour d'un axe de rotation de la pierre, - une rotation d'un outil de meulage à proximité de la pierre précieuse sur un axe de rotation d'outil, - un déplacement latéral d'au moins un des axes de rotation, en synchronisme avec sa vitesse de rota- tion, par rapport à l'autre axe de rotation, et - une avance lente d'un des axes de rotation vers l'autre axe pour mettre l'outil de meulage en contact de meulage avec le bord périphérique de la pierre précieuse et pour provoquer par cela un débrutage de la pierre précieuse en une forme déterminée par le déplacement de l'axe de rotation qui peut être déplacé.
De préférence, l'axe de rotation de la pierre est déplacé par rapport à l'axe de rotation de l'outil et de préférence l'axe de rotation de l'outil est avancé vers l'axe de rotation de la pierre. De préférence, les deux axes sont maintenus parallèles l'un à l'autre dans toutes les positions. L'outil de meulage a de préférence un mouvement de va-et-vient dans une direction parallèle à son axe de rotation.
L'outil de meulage peut comporter une meule, une autre pierre précieuse ou tout autre élément de meulage approprié. En variante, un laser ou un élément de coupe de ce genre peut remplacer l'outil de meulage.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront des revendications secondaires et de la description des dessins qui sont annexés au présent mémoire et qui illustrent, à titre d'exemples
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non limitatifs, le procédé et des formes de réalisation particulières de la machine suivant l'invention.
COURTE DESCRIPTION DES DESSINS
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
La Figure 1 montre, dans une forme schématique, la manière dans laquelle une pierre précieuse en forme de marquise est débrutée suivant l'invention.
La Figure 2 montre, dans une forme simplifiée, une première forme de réalisation de la machine de débrutage suivant l'invention.
La Figure 3 montre une vue en coupe transversale suivant la ligne III-III de la Figure 2.
La Figure 4 montre, dans une forme schématique, la manière dans laquelle une pierre précieuse est montée par rapport à la came porteuse et à cet effet sur la machine des Figures 2 et 3.
La Figure 5 montre une vue semblable à celle de la Figure 4, avec une came dans une position de rotation différente.
La Figure 6 montre un détail semblable à celui de la Figure 5 mais dans lequel la pierre précieuse est meulée sur une meule circulaire.
La Figure 7 montre une série de pierres du type marquise, en rapport avec la came pour leur façonnage.
La Figure 8 montre une pierre en forme de poire en rapport avec la came pour son façonnage.
La Figure 9 montre une pierre en forme de triangle en rapport avec la came pour son façonnage.
La Figure 10 montre une machine de débrutage à utiliser dans le débrutage d'une pierre précieuse façonnée, dans laquelle une pierre précieuse d'une forme similaire à la pierre en cours de débrutage est utilisée comme outil de meulage.
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La Figure 11 montre schématiquement la manière suivant laquelle fonctionne la machine de la Figure 10.
DESCRIPTION DE FORMES DE REALISATION PREFEREES
En se reportant d'abord à la Figure 1, une pierre 1 qui doit être débrutée a un contour irrégulier, comme cela est indiqué par la référence 2, et elle est montée dans une machine, comme cela sera décrit cidessous avec plus de détails, en vue d'une rotation autour d'un axe de rotation 3.
La pierre 1 aura sa périphérie meulée ou débrutée de sorte qui lui sera donné une forme en marquise indiquée par la ligne 4. Ainsi, la zone périphérique externe de la pierre, indiquée par la zone ombrée 5, est meulée de la pierre brute afin de réaliser la forme en marquise 4.
Une meule 6 peut commodément être utilisée pour effectuer le débrutage de la zone périphérique 5 et cette meule 6 tourne autour d'un axe d'outil 7 dans le sens de la flèche 8. La meule 6 a un mouvement de vaet-vient, c'est-à-dire qu'elle se déplace vers l'avant et vers l'arrière dans une direction parallèle à l'axe de rotation 7, pendant qu'elle est en rotation. Ceci réalise un meulage régulier, et perpendiculaire, du bord 4 de la pierre 1.
En plus de ce que la pierre 1 tourne autour de l'axe de rotation 3, la pierre 1 est aussi déplacée à l'écart de et en direction de l'outil 6. Le degré de ce mouvement est indiqué par une flèche 9, c'est-à-dire que l'axe de rotation 3 est déplacé entre une limite inférieure 10 et une limite supérieure 11. La pierre dans sa forme débutée, telle qu'indiquée par la ligne 4, est un ovale allongé qui a des pointes 12 à ses longues extrémités. Lorsque la pierre 1 est dans sa position 11 de limite supérieure, la pointe inférieure 12 est écartée de l'outil de meulage 6 afin que la
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pointe 12 ne soit pas meulée en une forme arrondie. La distance dont elle est écartée est indiquée par la ligne de dimension 13.
L'outil de meulage 6 détermine effectivement un plan de meulage ou de débrutage qui est indiqué par des lignes interrompues 14.
L'outil de meulage 6 peut être déplacé en direction de ou à l'écart de l'axe de rotation 3 et on déplace effectivement par cela le plan de meulage 14 par rapport à la pierre 1. Dans l'exemple montré, le plan de meulage 14 peut être déplacé depuis une position inférieure indiquée par la ligne interrompue 15 jusqu'à une position supérieure indiquée par la ligne interrompue 16. Le plan de meulage 14 est généralement déplacé à la vitesse d'un ou de deux microns par seconde tandis que tant la pierre 1 que l'outil 6 sont en cours de rotation. Ainsi, le plan de meulage 14 est déplacé de la position 15 jusqu'à la position 16. On appréciera que l'axe de rotation 3 a besoin d'être déplacé entre les positions 10 et 11, exactement en synchronisme avec le mouvement de rotation de la pierre.
La manière suivant laquelle ce mouvement synchronisé est réalisé sera décrite ci-dessous en faisant référence aux dessins de formes de réalisation préférées.
En se rapportant à la Figure 2, une machine 20 pour le débrutage en formes de pierres précieuses y est montrée de façon quelque peu schématique. La machine 20 a une base 21 qui est généralement placée sur une table, etc., et sur laquelle sont montés les autres composants de la machine.
La base 21 est raisonnablement rigide afin qu'un mcuvement relatif entre les différents composants soit maintenu à un minimum. Le côté gauche de la machine, qui sera désigné comme étant le côté à pierre 22, a en service une pierre 40 à débruter qui y est montée. Le côté droit de la machine, qui sera désigné
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en tant que côté à outil 23, a un outil de meulage 53 qui y est monté. Le côté à pierre 22 comporte un arbre 24 dont une extrémité a une poulie 25 qui y montée et qui est raccordée à un moteur d'entraînement (non représenté). L'arbre 24 est monté dans des paliers 26.
Les paliers 26 sont raccordés l'un à l'autre par une plaque de pontage 27 qui à son tour est raccordée par une plaque 28 à une bride 29. La bride 29 est montée sur un arbre 30 qui peut coulisser vers le haut et vers le bas sur un axe vertical dans des paliers de coulissement 31. Les paliers 31 sont montés sur une plaque arrière 32 qui à son tour est montée sur la base 21.
Ainsi l'arbre 24, les logements de palier 26 et les composants 27, 28, 29 et 30 peuvent être déplacés ensemble vers le haut et vers le bas par rapport à la plaque de base 21. La plaque de pontage 27 est raccordée à la plaque de base 21 par des ressorts de tension 33 et ainsi un mouvement vers le haut de l'arbre 24 et d'autres composants subit une résistance par l'action de ces ressorts 33.
Un jeu de cames 34 est monté sur l'arbre 24 et est fixé pour tourner avec celui-ci. La configuration de ces cames 34 sera décrite avec plus de détails ci-après, mais chacune des cames 34 est configurée de façon différente. Un suiveur de came 35 est monté de façon coulissante dans un guide 36 qui à son tour est monté sur la plaque de base 21. Ainsi, le suiveur de came 35 peut être mis en contact avec l'une quelconque des cames 34, tel que cela est demandé par l'utilisateur de la machine. Il est préféré que le jeu de cames 34 soit démontable de l'arbre 24 afin qu'un jeu de cames différent, de configuration différente, puisse être monté sur l'arbre 24.
On appréciera que les cames 34 sont supportées par le suiveur 35. Ainsi, lorsque les cames 34 tournent avec l'arbre 24, l'arbre 24 est déplacé vers
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le haut et vers le bas à mesure que la came sélectionnée 34 circule sur le suiveur de came 35.
L'extrémité de l'arbre, à distance de la poulie 25, est agencée pour qu'y soit montée la pierre 40. La pierre 40 est montée dans un support ou dop 41 qui à son tour est monté dans un mandrin 42. Le mandrin 42 est monté sur une plaque 43 qui à son tour est raccordée à l'arbre 24 par l'intermédiaire d'une bride 44. Des broches 45 passent au travers de trous surdimentionnés de la plaque 43 et des écrous 46 et des rondelles élastiques 47 maintiennent la plaque 43 sur la bride 44. L'agencement est tel que la plaque 43 est maintenue relativement serrée sur la bride 44 mais, en tapottant la plaque 43 avec un marteau à tapottement, la plaque 43 peut être déplacée par rapport à la bride 44 en déplaçant effectivement par cela la pierre 40 par rapport à l'axe de rotation de l'arbre 24.
Il est important que la pierre puisse tourner par rapport aux cames afin que la pierre puisse être alignée de façon optimale par rapport aux points hauts de la came. Cette possibilité de rotation relative peut être obtenue par différentes manières. Par exemple, le dop 41 peut simplement être tourné par rapport au mandrin 42. En variante, les cames 34 peuvent être tournées par rapport à l'arbre 24. Un goujon fileté 48 qui fixe les cames 34 à l'arbre 24 peut être desserré pour permettre cette rotation relative des cames 34.
Le côté à outil 23 de la machine comporte un arbre 50 qui est entraîné par une poulie 51 et qui est monté dans des paliers 52 pour une rotation. Le moteur pour entraîner la poulie 51 peut être le même moteur que celui qui est utilisé pour entraîner la poulie 25. L'arbre 50 porte une meule 53 sur son extrémité écartée de la poulie 51 et cette meule 53 est montée sur un support 54 qui à son tour est maintenu
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dans un mandrin 55. Les paliers sont montés sur une plaque de pontage 57. Un mécanisme indiqué par la référence 56 est utilisé pour faire avancer la meule 53 vers la pierre 40. Le mécanisme d'avance 56 comporte une tige filetée 58 qui est vissée au travers d'une bride 59 taraudée de façon à coopérer.
La tige filetée 58, lorsqu'elle tourne, provoque un déplacement des logements de palier 52 et de la plaque de pontage 57 par rapport à la plaque de support 61 sur laquelle est montée la tige filetée 58. Une rotation de la tige 58 dans un sens provoque un déplacement de la meule 53 vers la pierre 40 et, dans le sens opposé, un déplacement s'écartant de la pièce 40.
La plaque 61 est montée sur une plaque coulissante 62 qui peut coulisser automatiquement vers l'avant et vers l'arrière dans les sens des flèches 63, d'une manière alternée. Le mécanisme pour réaliser ce coulissement vers l'avant et vers l'arrière dans les sens des flèches 63 n'est pas montré. L'amplitude du mouvement de coulissement 63 vers l'arrière est relativement petit, en général approximativement équivalent à l'épaisseur de la meule 53.
Dans certains circonstances, l'arbre à pierre précieuse 24 et l'arbre à outil 50 ne sont pas parallèles. Certaines meules ont une face périphérique qui n'est pas parallèle à l'axe de rotation de l'arbre à outil 50. Ce qui est important, c'est que le mouvement de va-et-vient est tel que l'action de meulage procurée par l'outil de meulage est perpendiculaire à la table de la pierre, c'est-à-dire parallèle à l'axe de rotation de l'arbre à pierre 24. ceci assure que la ceinture débrutée de la pierre est perpendiculaire à la table de la pierre.
En se reportant à la Figure 3 des dessins, une des cames 34 est montrée avec plus de détails. Il est à noter que la came 34 est supportée par un suiveur
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de came 17 et que la came 34 est non circulaire. Un cercle tracé par les points 69 de la came est indiqué par une ligne interrompue 38.
Le centrage de la pierre 40 par rapport à l'arbre 24 est réalisé de préférence à l'aide d'un système optique semblable à celui qui est décrit dans la demande de brevet sud-africain n 87/2. 615. Pendant la rotation de l'arbre 24, le déplacement produit par la came 34 donne lieu à l'image de la position changeante de la pierre sur l'écran de réglage. Ceci peut être surmonté en fixant les composants de formation d'image (non représentés) de sorte qu'ils soient déplacés avec le système à pierre. Ceci peut être réalisé commodément en fixant les composants de formation d'image à la plaque de pontage 27.
La Figure 4 des dessins décrit une des cames 34 pour produire une pierre en forme de marquise et décrit la manière dans laquelle la pierre est montée par rapport à cette came 34. La came 34 est formée par deux arcs 64 qui se coupent et de rayons égaux centrés respectivement en des points 65 et 66 du dessin. La pierre 40 (qui est montrée dans le schéma dans sa forme débrutée mais qui en pratique bien sûr est à l'origine de forme régulière) est montée avec son centre sur le centre de rotation 67. La pierre 41 a des pointes 68 qui sont alignées avec les points 69 de la came, déterminés par les arcs qui se coupent 64. Aux fins de cette description, la moitié des distances entre les pointes 68 est désignée comme étant le long rayon (R) et la moitié de la largeur de la pierre comme étant le rayon court (r).
Dans le métier de la taille des diamants, le rapport entre ces deux rayons, c'est-à-dire R/r, indique la proportion de la pierre : un rapport de 2/1 est souhaitable, de 5/3 est considéré comme représentant une pierre"grosse"et de 5/2 est considéré représenter une pierre"longue". A la Figure 4 est montrée une pierre
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et la pierre 40 y est déterminée par deux arcs qui se coupent 70, le centre de courbure de ces arcs 70 étant le même que les centres de courbure 65 et 66 de la came 34. Ainsi, les arcs 70 de la pierre et les arcs 64 de la came sont concentriques et en conséquence la différence entre la longueur et la largeur de la pierre est en rapport avec la différence des dimensions de longueur et de largeur de la came.
Le jeu de cames 34 montré à la Figure 1 comporte une gamme d'excentricités de sorte que la came de dimensions appropriées par rapport à la pierre à manufacturer peut être sélectionnée à partir de la gamme de cames disponibles. Dans une forme de réalisation commerciale de la machine, il est envisagé que dix cames séparées, chacune d'excentricité différente, soient montées sur l'arbre 24. Le suiveur de came 35 et le plan de meulage 72 (déterminé par la meule 53) sont à distance écartée fixe lorsque la pierre est finalement formée, c'est-à-dire lorsque l'avance de la meule 53 vers la pierre est terminée. La forme façonnée par une came particulière dépend de la profondeur de l'avance, c'est-à-dire qu'au plus près vient le plan de meulage 78 par rapport à l'axe de rotation 67, au plus"longue"est la pierre.
Ainsi, une personne qui débrute une pierre sélectionne une came particulière 34 et modifie la profondeur de meulage pour réaliser la configuration de la pierre qu'une pierre particulière non taillée peut produire. Clairement, pour maximaliser le rapport d'une pierre non taillée, les dimensions de la pierre complètement débrutée sont soit plus grosses soit plus longues selon que la personne qui fait le meulage les détermine suivant les différentes options qui lui sont disponibles.
La pierre montrée à la Figure 4 des dessins est un cas spécial dans lequel les arcs de la forme en marquise passent par les centres des arcs de
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came. On peut montrer que le rapport de forme de pierre finale est de 1,73/1 et cela correspond à une pierre quelque peu du côté gros.
Il a été mentionné précédemment qu'il est important que les pointes de la pierre ne touchent pas réellement l'extrémité frontale de la surface de meulage. Avec la machine de l'invention, ceci n'a pas lieu à cause de l'interaction entre la came 34 et le suiveur de came 35. A la Figure 4 des dessins, le bord de la pierre 40 est en contact avec la surface de meulage 72.
Cependant, lorsque cette pierre tourne dans le sens de la flèche 75 vers la position indiquée à la Figure 5 des dessins, il est à noter que la pointe 68 de la pierre est juste arrivée en contact latéral avec la surface de meulage 72. Cependant, le point 69 de la came 34 (qui est aligné avec la pointe 68) n'a pas encore pris contact avec le suiveur de came 35.
En conséquence, une rotation ultérieure depuis la position montrée à la Figure 5, dans le sens de la flèche 75, aboutit à un levage de la pierre 40 à l'écart de la surface de meulage 72 et aucun contact ultérieur de la pierre et de la surface de meulage 72 n'a lieu jusqu'à ce que la pierre a atteint la position indiquée par les lignes interrompues 77 lorsque, à nouveau, le côté opposé de la pierre 40 vient en contact avec la surface de meulage 72 pour aboutir à ce que le côté opposé de la pierre soit meule.
Ce levage de la pierre à partir de la surface de meulage 72 et sa remise en contact dès qu'elle a passe par la position critique d'extrémité frontale aboutit à une pointe formée parfaitement à chaque extrémité de la pierre et à ce qu'en aucun cas cette pointe ne soit meulée ou arrondie pendant la rotation de la pierre par rapport à la surface de meulage 72.
La Figure 4 décrit schématiquement la manière dans laquelle la pierre est débrutée pendant chaque cycle de rotation. Dans le segment de l'arc de
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rotation indiqué par la ligne A, la pierre 40 est en contact avec le plan de meulage 72. Ensuite pour le segment C, la pierre est déplacée à l'écart du plan de meulage 72. Pour le segment B, la pierre est déplacée en retour vers le plan de meulage 72. Un des bénéfices de la machine est qu'aucun composant à mouvement séparé n'est nécessaire pour réaliser ce mouvement de la pierre s'écartant du plan de meulage et vers celui-ci. Ce mouvement a lieu automatiquement en déplaçant seulement la pierre vers le haut et vers le bas en synchronisme avec la came.
Le mouvement assure le moins de dommage possible aux pointes de la pierre puisque la pierre est déplacée à l'écart de l'outil de débrutage à la position critique d'extrémité frontale de la pierre.
La Figure 6 décrit une pierre en cours de débrutage sur un outil rond 80, comme par exemple une meule périphérique. Puisque le diamètre de l'outil 80 est grand par rapport à la pierre, il détermine effectivement un plan de meulage semblable au plan plat 72 désigné ci-dessus. La pierre 81 est aussi déplacée, d'une manière semblable à celle décrite ci-dessus, pour s'écarter de et aller vers l'outil 80 lorsque la pierre est déplacée d'un côté à l'autre de la position d'extrémité frontale. Ainsi, même si l'outil est rond, les extrémités pointues 82 de la pierre sont protégées pendant le débrutage.
A noter qu'il est essentiel que l'axe de rotation de la pierre soit dans un plan qui comporte l'axe de rotation de la meule, dans toutes les positions de la meule, lorsque la meule avance vers la pierre pendant le débrutage, c'est-à-dire que l'axe de meule doit avancer directement vers l'axe de rotation de la pierre. Ceci assure des pointes formées symétriquement.
Il faut noter qu'il est possible de créer un plan de référence plat même avec un outil de meulage circulaire. L'outil peut être pivoté autour d'un axe
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qui est perpendiculaire au plan de référence. L'arbre d'outil 50 est effectivement monté sur un arbre 49 qui a un axe 92. En faisant pivoter l'arbre d'un côté à l'autre d'un arc relativement petit autour de l'axe 92, on peut provoquer que l'outil 53 soit déplacé vers l'arrière et vers l'avant par rapport à la pierre 40.
Ce mouvement crée effectivement un plan de référence plat du type indiqué sous la référence 14 de la Figure 1, même si l'outil est de forme circulaire comme le montre la Figure 6. Les moyens pour faire pivoter l'arbre à outil autour de l'axe 92 peuvent être une came ou un élément semblable (non représenté) monté en quelque autre endroit convenable du côté à outil.
A partir des Figures 4 et 5, il est évident qu'au plus grands sont les rayons d'arc de came au plus arrondie est la forme de la came. L'invention ne nécessite pas que la came ressemble à la forme de l'article en cours de façonnage. Au plus grand est le diamètre de la came au plus petit sera le taux de modification de contact angulaire avec le suiveur de came 35. Cependant, la dimension de la came est limitée par l'espace prévu dans la zone de logement de palier dans la machine. En conséquence, un compromis est obtenu entre le diamètre de came et l'espace disponible.
Il est aussi préférable que les cames soient dans un rapport de position. Par exemple, les points 69 des cames sont tous alignés de sorte qu'en déplaçant le suiveur de came 35 d'une came à l'autre afin de modifier le contour de la pierre en cours de traitement, le rapport entre les points de la came et la pierre ne soit pas modifié. Pour cette raison, il a été trouvé souhaitable d'usiner la pluralité de cames en tant qu'un ensemble. Il est préféré que les longs rayons des différentes cames soient tous de longueur semblable, tandis que les rayons courts des différentes cames décroissent depuis la came d'une extrémité du jeu
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de cames jusqu'à la came à l'autre extrémité de ce dernier. La différence des rayons courts entre une came et la came voisine est de préférence d'approximativement 0,2 mm.
En service, une pierre brute ou non taillée, à débuter, est marquée d'une ligne pour montrer la direction préférée entre ses pointes et la pierre est mesurée en longueur et en largeur et est montée sur le support 41. Le suiveur de came 35 est mis en regard d'une came appropriée pour les facteurs de dimension de la pierre débrutée qui sont exigés. Le support 41 est inséré dans le mandrin 42 et est tourné de sorte que les pointes proposées de la pierre correspondent avec les points de la came sélectionnée 34. Le support est ensuite bloqué dans le mandrin, la pierre est centrée en utilisant l'écran optique et l'outil de meulage est mis en contact avec la pierre à une vitesse de rotation et à un taux d'alimentation prédéterminés.
En faisant avancer cet outil vers la pierre, la profondeur de taille est avancée suivant la nécessité. A tout moment, des réglages d'excentricité peuvent être réalisés en repositionnant la plaque 43 par rapport à l'axe de rotation ou bien les positions de pointes sur la pierre peuvent être resituées en libérant et en tournant la bride 44 par rapport à l'arbre 24. Une manière, en variante, pour repositionner les pointes de la pierre consiste à libérer la came 34 sur l'arbre 24 en libérant le goujon fileté 48 et en faisant tourner la came 34 par rapport à l'arbre 24. Ceci réaligne effectivement les pointes de la pierre par rapport aux points de la came.
En variante, le mandrin peut être tourné par rapport à l'arbre 24 (voir la partie avec brisure du mandrin de la Figure 2).
Lorsque l'opération de débrutage a progressé jusqu'à une étape où il est remarqué par exemple que les rayons courts sont terminés mais que les pointes
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sont encore inachevées, le suiveur de came 35 peut être déplacé jusqu'à une came avec une différence plus petite, afin d'augmenter le rayon court. De façon semblable, s'il est trouvé que les pointes de la pierre sont terminées mais que les rayons courts sont inachevés, le suiveur de came peut être déplacé jusqu'à une came d'une différence supérieure afin de maintenir le long rayon mais de réduire le rayon court. Entre le choix d'un contour de came et d'une profondeur de débrutage, un grand nombre de dimensions et de formes variables peuvent être obtenues.
Les Figures 7,8 et 9 décrivent la forme d'une pierre qui peut être réalisée en utilisant une variété de formes différentes de came. La Figure 7 montre une came pour former une pierre en marquise. La même came peut être utilisée pour former les trois pierres différentes montrées dans le schéma. Clairement, la plus petite pierre 84 est la pierre"la plus longue", tandis que la pierre la plus grande 85 est la pierre"la plus grosse". La même came 86 est utilisée pour façonner les deux pierres 84 et 85 mais la profondeur de meulage est modifiée. Cependant, s'il est souhaité de façonner une grande pierre de la dimension indiquée à la référence 85 mais avec une forme"plus longue", une came différente est sélectionnée pour produire cette forme plus longue, c'est-à-dire une came avec un degré supérieur d'excentricité.
La pierre 87 montrée à la Figure 8 est une pierre en forme de poire qui a une came 88 en forme de poire correspondante. La pierre 89 montrée à la Figure 9 est une pierre en forme de triangle avec une came en forme de triangle correspondante 90.
La machine de l'invention peut être utilisée pour meuler une pierre contre l'autre mais dans ce cas tant les arbres du côté à pierre que du côté à outil doivent pouvoir être déplacés par rapport à un
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plan de référence. La machine est montrée à la Figure 10 et elle a un côté à pierre 100 de forme identique à celle décrite ci-dessus en référence à la Figure 2. Le côté à outil 101 est semblable à celui qui est montré à la Figure 2 excepté que le côté à outil 101 a un arbre 102 sur lequel sont montées une série de cames 103. Les cames 103 circulent sur un suiveur 104 qui peut être coulissé par rapport à un guide 105 de sorte que le suiveur puisse être situé en regard d'une quelconque des cames 103. L'arbre 102 est monté dans des paliers 106.
Les paliers 106 sont réunis par une plaque de pontage 107. La plaque de pontage 107 est poussée vers le haut par des ressorts de tension 108 qui sont attachés à une plaque porteuse 109, par l'intermédiaire d'un support 110. Un mécanisme d'avance 111 est prévu et il est semblable à celui qui est décrit ci-dessus en référence à la Figure 2. Le mécanisme d'avance 111 comporte un arbre fileté 112 tournant dont l'extrémité inférieure 113 est pressée contre le guide 105 pour modifier la position du suiveur de came 104 par rapport à la plaque porteuse 109 et pour permettre à la pierre du côté à outil d'être déplacée vers la pierre du côté à pierre. Lorsque l'arbre 102 tourne, il est déplacé vers le haut et vers le bas à mesure que la came circule sur le suiveur 104.
Le côté à pierre 100 est adapté pour supporter et faire tourner une pierre 120 pour le débrutage. Le côté à outil 101 comporte une pierre 121 de forme semblable qui sert d'outil de meulage pour la pierre 120. En général, il est préféré que les pierres 120 et 121 aient une forme terminée semblable bien que ceci ne soit pas une exigence essentielle. La manière suivant laquelle les pierres des deux côtés entrent en contact l'une avec l'autre est montrée schématiquement à la Figure 11. La pierre 120 tourne autour d'un axe 123 et la pierre 121 tourne autour d'un axe 124. L'axe
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123 peut être déplacé vers le haut et vers le bas entre une limite supérieure 125 et une limite inférieure 126. L'axe 124 du côté à outil peut être déplacé vers le haut et vers le bas entre une limite inférieure 127 et une limite supérieure 128.
Les deux pierres, tout en ayant un mouvement de va-et-vient, se meulent l'une l'autre en un plan de meulage indiqué par une ligne 129. Ce plan de meulage 129, au démarrage du cycle de meulage, est à la position inférieure indiquée par une ligne 130.
Pendant l'opération de débrutage, le plan est déplacé vers le haut vers la position finale indiquée par la référence 131. En général, il est à envisager que le taux d'avance est très lent pour assurer que soit évitée la possibilité que des bords tranchants des pierres n'entrent en contact l'un avec l'autre et ne se cassent.
Il est envisagé que les pierres tournent sans synchronisation de l'une avec l'autre pour assurer un meulage régulier sur toute la périphérie des pierres. Il est envisagé que, lorsque la pierre 120 a été correctement débutée, la pierre 121 soit montée du côté à pierre 100 et qu'une nouvelle pierre soit montée du côté à outil 101.
De ce qui précède, on appréciera que la pierre précieuse est effectivement débrutée sur un outil de meulage qui détermine un"plan". Il est fait référence dans cette description aux plans 14,72 et 129.
Lorsque l'outil en cours d'utilisation pour un débrutage est d'un diamètre relativement petit, il ne détermine pas un plan de nature plane suffisamment plate afin d'assurer que les pointes de la pierre ne soient pas endommagées. Pour cette raison, pour au moins certains outils de meulage de petit diamètre, il est préféré que le mécanisme, soit du côté à outil soit du côté à pierre, ait un mouvement de va-et-vient dans un plan horizontal. Comme mentionné précédemment, ceci peut être obtenu en faisant pivoter l'arbre à outil autour de
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l'axe de pivotement 92. Il est important que les mouvements de va-et-vient horizontaux et que les mouvements de rotation ne soient pas synchronisés l'un avec l'autre de sorte qu'une variation maximum de contact ait lieu.
Il est envisagé que le procédé de débrutage à deux pierres, du type décrit en référence aux Figures 10 et 11, soit inadapté pour de petites pierres mais que le procédé puisse présenter des avantages considérables pour des pierres plus grandes.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux modes et formes de réalisation décrits et que bien des modifications peuvent être apportées sans sortir du cadre de la présente invention.
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"Machine and method for debrutting a precious stone"
FIELD OF THE INVENTION
This invention relates to the treatment of precious stones, in particular diamonds, during a conversion of the stone from its rough or sawn shape to a recognized shape ready for faceting.
This procedure is known in the art as "denoising" and this term will be used to describe the procedure in the description.
The denoising of a precious stone is a very important step in the production of the final polished stone. Brute removal determines the shape and size of a final polished stone, and a stone that has been well bruted is easier to polish and provides a higher ratio than that of flawed brute stones.
Automatic machines have been developed for the denoising of round stones. In these machines, the stone is mounted on a support or dop which is then attached to a rotating shaft, by means of a mandrel which can be adjusted eccentrically in order to move the stone relative to the axis of rotation of the tree to thereby allow the treated stone to be shaped in an optimal position with respect to the rough stone, taking into account the requirements for quality and weight ratio.
The tool for performing brute-cutting is usually another diamond but grinding wheels of different configurations are also used.
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The tool, either stationary or rotating, is applied by manual or mechanical means against the rotating gemstone and brute-cutting is carried out at the point of contact between the stone and the tool.
In the brutage of non-round stones (shapes), problems of different arc centers appear. In the case of a "marquise" which is an elongated oval with the lenticular shape pointed at the ends, the shape is produced by arcs which intersect with equal radii, with centers opposite each other . The brute-cutting operation of the prior art requires the adjustment of the stone, in an eccentric position relative to the axis of rotation, and first of all a brute removal of the stone. Then the stone is set again with the opposite side eccentric by the same degree as the first side and brute-cutting is then carried out on the other side.
It can be appreciated that, since the stone must be adjusted again, there is a risk that the stone does not have the same shape on each of its sides or that the stone is not mutually optimized in order to obtain the maximum ratio .
In the case of a pear-shaped stone, the lower part which forms the point can be formed as for a marquise but the upper part, which is a semicircle of radius smaller than the elements of the lower part, does not can not be formed by a common denoising machine. In the case of these types of shaping by elements, the final shape does not appear easily to the operator until the process is virtually completed and consequently any adjustment to obtain advantages for a shaping of quality and report are lost. In addition, the danger of ruptures at the points of the stone is very real. The skill required to achieve good denoising of forms is considerable.
Consequently,
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experienced operators tend to be expensive and this adds significantly to the cost of stone started.
SUMMARY OF THE INVENTION
According to the invention, there is provided a machine for the denoising of precious stones, which comprises a rotating shaft, one end of which is adapted so that a precious stone to be denominated is mounted thereon, a denoising tool suitable for being brought into contact with the precious stone, in order to accomplish the denoising of the precious stone and displacement means in order to move the denoising tool and / or the rotating shaft, with respect to a reference plane in synchronization with the rotation of the tree , the degree of displacement provided by the displacement means being directly related to the desired shape of the gemstone started.
Preferably, the rotating shaft comprises adjustment means for holding the precious stone, which allow an eccentric adjustment of the precious stone relative to the axis of rotation.
Preferably, the displacement means comprise at least one cam configured in a shape which corresponds to the shape of a brute-cut precious stone. The cam can be mounted on the rotating shaft. Preferably, the cam comprises a plurality of arcuate surfaces, each of them corresponding to an arcuate surface of the gemstones started. The displacement means preferably comprise a series of cams of this kind, each of them having a different configuration and each of them being able to be selected to produce a different configuration of precious stone.
The denoising tool is preferably mounted on a rotating shaft and it preferably comprises advance means for slowly advancing the tool towards the precious stone. The denoising tool can
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have a back and forth movement in a direction parallel to its axis of rotation.
The invention extends to a method for debrutting a precious stone, the method comprising: - a rotation of the precious stone around an axis of rotation of the stone, - a rotation of a nearby grinding tool precious stone on an axis of rotation of the tool, - a lateral displacement of at least one of the axes of rotation, in synchronism with its speed of rotation, relative to the other axis of rotation, and - a slow advance of one of the axes of rotation towards the other axis to bring the grinding tool into grinding contact with the peripheral edge of the precious stone and to thereby cause a reduction of the precious stone to a shape determined by the displacement of the axis of rotation which can be moved.
Preferably, the axis of rotation of the stone is moved relative to the axis of rotation of the tool and preferably the axis of rotation of the tool is advanced towards the axis of rotation of the stone. Preferably, the two axes are kept parallel to each other in all positions. The grinding tool preferably has a back and forth movement in a direction parallel to its axis of rotation.
The grinding tool may include a grinding wheel, another gemstone or any other suitable grinding element. Alternatively, a laser or such a cutting element can replace the grinding tool.
Other details and particularities of the invention will emerge from the secondary claims and from the description of the drawings which are annexed to the present specification and which illustrate, by way of examples
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non-limiting, the method and particular embodiments of the machine according to the invention.
SHORT DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
In the various figures, the same reference notations designate identical or analogous elements.
Figure 1 shows, in a diagrammatic form, the manner in which a marquise-shaped gemstone is bruted according to the invention.
Figure 2 shows, in a simplified form, a first embodiment of the brute-cutting machine according to the invention.
Figure 3 shows a cross-sectional view along line III-III of Figure 2.
Figure 4 shows, in a schematic form, the manner in which a precious stone is mounted relative to the carrier cam and for this purpose on the machine of Figures 2 and 3.
Figure 5 shows a view similar to that of Figure 4, with a cam in a different rotational position.
Figure 6 shows a detail similar to that of Figure 5 but in which the gemstone is ground on a circular wheel.
Figure 7 shows a series of marquise type stones, related to the cam for their shaping.
Figure 8 shows a pear-shaped stone in relation to the cam for its shaping.
Figure 9 shows a triangular stone in relation to the cam for its shaping.
Figure 10 shows a denoising machine for use in denoising a shaped gemstone, in which a gemstone of a shape similar to the stone being denoised is used as a grinding tool.
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Figure 11 shows schematically the way in which the machine of Figure 10 works.
DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Referring first to Figure 1, a stone 1 which must be debrided has an irregular outline, as indicated by reference 2, and it is mounted in a machine, as will be described below in more detail, for rotation about an axis of rotation 3.
Stone 1 will have its periphery ground or bruted so that it will be given a marquise shape indicated by line 4. Thus, the external peripheral zone of the stone, indicated by the shaded area 5, is ground with rough stone in order to make the awning shape 4.
A grinding wheel 6 can conveniently be used to carry out the brute removal of the peripheral zone 5 and this grinding wheel 6 rotates around a tool axis 7 in the direction of the arrow 8. The grinding wheel 6 has a reciprocating movement, c that is to say, it moves forward and backward in a direction parallel to the axis of rotation 7, while it is rotating. This achieves regular, perpendicular grinding of the edge 4 of the stone 1.
In addition to the fact that the stone 1 rotates around the axis of rotation 3, the stone 1 is also moved away from and towards the tool 6. The degree of this movement is indicated by an arrow 9, that is, the axis of rotation 3 is moved between a lower limit 10 and an upper limit 11. The stone in its started form, as indicated by line 4, is an elongated oval which has tips 12 at its long ends. When the stone 1 is in its upper limit position 11, the lower point 12 is moved away from the grinding tool 6 so that the
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tip 12 is not ground into a rounded shape. The distance from which it is deviated is indicated by the dimension line 13.
The grinding tool 6 effectively determines a grinding or denoising plane which is indicated by broken lines 14.
The grinding tool 6 can be moved in the direction of or away from the axis of rotation 3 and the grinding plane 14 is effectively displaced by this in relation to the stone 1. In the example shown, the plane grinding 14 can be moved from a lower position indicated by the broken line 15 to an upper position indicated by the broken line 16. The grinding plane 14 is generally moved at the speed of one or two microns per second while that both the stone 1 and the tool 6 are being rotated. Thus, the grinding plane 14 is moved from position 15 to position 16. It will be appreciated that the axis of rotation 3 needs to be moved between positions 10 and 11, exactly in synchronism with the movement of rotation. stone.
The manner in which this synchronized movement is achieved will be described below with reference to the drawings of preferred embodiments.
Referring to Figure 2, a machine 20 for brute removal in the form of precious stones is shown in a somewhat schematic manner. The machine 20 has a base 21 which is generally placed on a table, etc., and on which the other components of the machine are mounted.
The base 21 is reasonably rigid so that a relative movement between the different components is kept to a minimum. The left side of the machine, which will be designated as the stone side 22, has in service a brute stone 40 which is mounted there. The right side of the machine, which will be designated
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as tool side 23, has a grinding tool 53 mounted therein. The stone side 22 has a shaft 24, one end of which has a pulley 25 which is mounted therein and which is connected to a drive motor (not shown). The shaft 24 is mounted in bearings 26.
The bearings 26 are connected to each other by a bridging plate 27 which in turn is connected by a plate 28 to a flange 29. The flange 29 is mounted on a shaft 30 which can slide up and towards the bottom on a vertical axis in sliding bearings 31. The bearings 31 are mounted on a rear plate 32 which in turn is mounted on the base 21.
Thus the shaft 24, the bearing housings 26 and the components 27, 28, 29 and 30 can be moved together up and down with respect to the base plate 21. The bridging plate 27 is connected to the base plate 21 by tension springs 33 and thus an upward movement of the shaft 24 and other components undergoes resistance by the action of these springs 33.
A set of cams 34 is mounted on the shaft 24 and is fixed to rotate with the latter. The configuration of these cams 34 will be described in more detail below, but each of the cams 34 is configured differently. A cam follower 35 is slidably mounted in a guide 36 which in turn is mounted on the base plate 21. Thus, the cam follower 35 can be brought into contact with any of the cams 34, such as this is requested by the user of the machine. It is preferred that the cam set 34 be removable from the shaft 24 so that a different set of cams, of different configuration, can be mounted on the shaft 24.
It will be appreciated that the cams 34 are supported by the follower 35. Thus, when the cams 34 rotate with the shaft 24, the shaft 24 is moved towards
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up and down as the selected cam 34 travels on the cam follower 35.
The end of the shaft, away from the pulley 25, is arranged so that the stone 40 is mounted there. The stone 40 is mounted in a support or dop 41 which in turn is mounted in a mandrel 42. The mandrel 42 is mounted on a plate 43 which in turn is connected to the shaft 24 by means of a flange 44. Pins 45 pass through oversized holes in the plate 43 and nuts 46 and elastic washers 47 hold the plate 43 on the flange 44. The arrangement is such that the plate 43 is kept relatively tight on the flange 44 but, by tapping the plate 43 with a tapping hammer, the plate 43 can be moved relative to the flange 44 by effectively displacing the stone 40 with respect to the axis of rotation of the shaft 24.
It is important that the stone can rotate relative to the cams so that the stone can be optimally aligned with respect to the high points of the cam. This possibility of relative rotation can be obtained in different ways. For example, the dop 41 can simply be rotated relative to the mandrel 42. Alternatively, the cams 34 can be rotated relative to the shaft 24. A threaded stud 48 which secures the cams 34 to the shaft 24 can be loosened to allow this relative rotation of the cams 34.
The tool side 23 of the machine has a shaft 50 which is driven by a pulley 51 and which is mounted in bearings 52 for rotation. The motor for driving the pulley 51 can be the same motor as that which is used for driving the pulley 25. The shaft 50 carries a grinding wheel 53 on its end separated from the pulley 51 and this grinding wheel 53 is mounted on a support 54 which in turn is maintained
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in a mandrel 55. The bearings are mounted on a bridging plate 57. A mechanism indicated by the reference 56 is used to advance the grinding wheel 53 towards the stone 40. The advancing mechanism 56 comprises a threaded rod 58 which is screwed through a flange 59 threaded so as to cooperate.
The threaded rod 58, when it rotates, causes the bearing housings 52 and the bridging plate 57 to move relative to the support plate 61 on which the threaded rod 58 is mounted. A rotation of the rod 58 in a direction causes a displacement of the grinding wheel 53 towards the stone 40 and, in the opposite direction, a displacement deviating from the part 40.
The plate 61 is mounted on a sliding plate 62 which can automatically slide forwards and backwards in the direction of the arrows 63, in an alternating manner. The mechanism for achieving this sliding forward and backward in the direction of the arrows 63 is not shown. The amplitude of the sliding movement 63 towards the rear is relatively small, in general approximately equivalent to the thickness of the grinding wheel 53.
Under certain circumstances, the gemstone shaft 24 and the tool shaft 50 are not parallel. Some grinding wheels have a peripheral face which is not parallel to the axis of rotation of the tool shaft 50. What is important is that the movement back and forth is such that the action of grinding provided by the grinding tool is perpendicular to the stone table, that is to say parallel to the axis of rotation of the stone tree 24. this ensures that the brute belt of the stone is perpendicular at the stone table.
Referring to Figure 3 of the drawings, one of the cams 34 is shown in more detail. It should be noted that the cam 34 is supported by a follower
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cam 17 and that cam 34 is non-circular. A circle drawn by the points 69 of the cam is indicated by a broken line 38.
The centering of the stone 40 relative to the shaft 24 is preferably carried out using an optical system similar to that which is described in the South African patent application No. 87/2. 615. During the rotation of the shaft 24, the displacement produced by the cam 34 gives rise to the image of the changing position of the stone on the setting screen. This can be overcome by fixing the imaging components (not shown) so that they are moved with the stone system. This can be conveniently done by attaching the imaging components to the bridging plate 27.
Figure 4 of the drawings describes one of the cams 34 for producing a marquise-shaped stone and describes the manner in which the stone is mounted relative to this cam 34. The cam 34 is formed by two intersecting arcs 64 and of radii equals centered respectively at points 65 and 66 of the drawing. The stone 40 (which is shown in the diagram in its brute form but which in practice of course is at the origin of regular shape) is mounted with its center on the center of rotation 67. The stone 41 has points 68 which are aligned with the points 69 of the cam, determined by the intersecting arcs 64. For the purposes of this description, half of the distances between the points 68 is designated as being the long radius (R) and half the width of the stone as the short radius (r).
In the profession of diamond cutting, the ratio between these two radii, that is to say R / r, indicates the proportion of the stone: a ratio of 2/1 is desirable, of 5/3 is considered to be representing a "large" stone and 5/2 is considered to represent a "long" stone. In Figure 4 is shown a stone
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and the stone 40 is determined by two intersecting arcs 70, the center of curvature of these arcs 70 being the same as the centers of curvature 65 and 66 of the cam 34. Thus, the arcs 70 of the stone and the arcs 64 of the cam are concentric and therefore the difference between the length and the width of the stone is related to the difference in the length and width dimensions of the cam.
The cam set 34 shown in Figure 1 has a range of eccentricities so that the cam of appropriate dimensions in relation to the stone to be manufactured can be selected from the range of available cams. In a commercial embodiment of the machine, it is envisaged that ten separate cams, each of different eccentricity, are mounted on the shaft 24. The cam follower 35 and the grinding plane 72 (determined by the grinding wheel 53) are at a fixed distance apart when the stone is finally formed, that is to say when the advance of the grinding wheel 53 towards the stone is finished. The shape shaped by a particular cam depends on the depth of the feed, that is to say as close as possible comes the grinding plane 78 with respect to the axis of rotation 67, at most "long" is stone.
Thus, a person who debrutes a stone selects a particular cam 34 and modifies the depth of grinding to achieve the configuration of the stone that a particular uncut stone can produce. Clearly, to maximize the ratio of an uncut stone, the dimensions of the completely debrided stone are either larger or longer depending on whether the person doing the grinding determines them according to the different options available to him.
The stone shown in Figure 4 of the drawings is a special case in which the arches of the marquise shape pass through the centers of the arches of
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cam. We can show that the final stone aspect ratio is 1.73 / 1 and this corresponds to a stone somewhat on the coarse side.
It has been mentioned previously that it is important that the tips of the stone do not actually touch the front end of the grinding surface. With the machine of the invention, this does not take place because of the interaction between the cam 34 and the cam follower 35. In Figure 4 of the drawings, the edge of the stone 40 is in contact with the surface grinding 72.
However, when this stone turns in the direction of arrow 75 towards the position indicated in FIG. 5 of the drawings, it should be noted that the point 68 of the stone has just come into lateral contact with the grinding surface 72. However, the point 69 of the cam 34 (which is aligned with the point 68) has not yet contacted the cam follower 35.
Consequently, a subsequent rotation from the position shown in Figure 5, in the direction of arrow 75, results in lifting of the stone 40 away from the grinding surface 72 and no subsequent contact of the stone and the grinding surface 72 does not take place until the stone has reached the position indicated by the broken lines 77 when, again, the opposite side of the stone 40 comes into contact with the grinding surface 72 to result in that the opposite side of the stone is milled.
This lifting of the stone from the grinding surface 72 and bringing it back into contact as soon as it has passed through the critical front end position results in a point formed perfectly at each end of the stone and in that in no case will this point be ground or rounded during the rotation of the stone with respect to the grinding surface 72.
Figure 4 schematically depicts the manner in which the stone is brisk during each rotation cycle. In the arc segment of
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rotation indicated by line A, the stone 40 is in contact with the grinding plane 72. Then for segment C, the stone is moved away from the grinding plane 72. For segment B, the stone is moved in back to the grinding plane 72. One of the advantages of the machine is that no component with separate movement is necessary to carry out this movement of the stone deviating from the grinding plane and towards it. This movement takes place automatically by moving only the stone up and down in synchronism with the cam.
The movement ensures as little damage as possible to the points of the stone since the stone is moved away from the brute removal tool to the critical position of the stone's front end.
Figure 6 depicts a stone being denoised on a round tool 80, such as a peripheral grinding wheel. Since the diameter of the tool 80 is large relative to the stone, it effectively determines a grinding plane similar to the flat plane 72 designated above. The stone 81 is also moved, in a similar manner to that described above, to move away from and go towards the tool 80 when the stone is moved from side to side from the end position frontal. Thus, even if the tool is round, the pointed ends 82 of the stone are protected during denoising.
Note that it is essential that the axis of rotation of the stone is in a plane which includes the axis of rotation of the grinding wheel, in all the positions of the grinding wheel, when the grinding wheel advances towards the stone during debrut, that is, the grinding wheel axis must advance directly towards the axis of rotation of the stone. This ensures symmetrically shaped tips.
Note that it is possible to create a flat reference plane even with a circular grinding tool. Tool can be rotated around an axis
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which is perpendicular to the reference plane. The tool shaft 50 is effectively mounted on a shaft 49 which has an axis 92. By rotating the shaft from side to side with a relatively small arc around the axis 92, one can cause that the tool 53 is moved backwards and forwards with respect to the stone 40.
This movement effectively creates a flat reference plane of the type indicated under the reference 14 in Figure 1, even if the tool is circular in shape as shown in Figure 6. The means for pivoting the tool shaft around the the shaft 92 may be a cam or the like (not shown) mounted in some other suitable location on the tool side.
From Figures 4 and 5, it is obvious that the larger the radius of the cam arc, the more rounded the shape of the cam. The invention does not require the cam to resemble the shape of the article being shaped. The larger the diameter of the cam, the smaller will be the rate of change in angular contact with the cam follower 35. However, the dimension of the cam is limited by the space provided in the bearing housing zone in the machine. As a result, a compromise is obtained between the cam diameter and the available space.
It is also preferable that the cams are in a position report. For example, the points 69 of the cams are all aligned so that by moving the cam follower 35 from one cam to another in order to modify the contour of the stone being treated, the ratio between the points of the cam and stone is not changed. For this reason, it has been found desirable to machine the plurality of cams as a set. It is preferred that the long radii of the different cams are all of similar length, while the short radii of the different cams decrease from the cam at one end of the set
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from cams to the cam at the other end of the latter. The difference in short radii between a cam and the neighboring cam is preferably approximately 0.2 mm.
In service, a rough or uncut stone, to be started, is marked with a line to show the preferred direction between its points and the stone is measured in length and in width and is mounted on the support 41. The cam follower 35 is placed next to an appropriate cam for the size factors of the brute stone that are required. The support 41 is inserted into the mandrel 42 and is rotated so that the proposed points of the stone correspond with the points of the selected cam 34. The support is then locked in the mandrel, the stone is centered using the optical screen and the grinding tool is contacted with the stone at a predetermined speed and feed rate.
By advancing this tool towards the stone, the cutting depth is advanced as necessary. At any time, eccentricity adjustments can be made by repositioning the plate 43 relative to the axis of rotation or else the positions of points on the stone can be resituated by releasing and turning the flange 44 relative to the shaft 24. One way, as a variant, for repositioning the points of the stone consists in releasing the cam 34 on the shaft 24 by releasing the threaded stud 48 and by rotating the cam 34 relative to the shaft 24. This realigns actually the points of the stone in relation to the points of the cam.
Alternatively, the mandrel can be rotated relative to the shaft 24 (see the broken part of the mandrel in Figure 2).
When the brute-cutting operation has progressed to a stage where it is noticed, for example, that the short spokes are finished but that the spikes
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are still unfinished, the cam follower 35 can be moved to a cam with a smaller difference, in order to increase the short radius. Similarly, if it is found that the points of the stone are finished but the short spokes are incomplete, the cam follower can be moved to a cam of greater difference in order to maintain the long radius but reduce the short radius. Between the choice of a cam contour and a debrut depth, a large number of dimensions and variable shapes can be obtained.
Figures 7,8 and 9 depict the shape of a stone which can be made using a variety of different cam shapes. Figure 7 shows a cam to form a marquise stone. The same cam can be used to form the three different stones shown in the diagram. Clearly, the smallest stone 84 is the "longest" stone, while the largest stone 85 is the "largest" stone. The same cam 86 is used to shape the two stones 84 and 85 but the grinding depth is changed. However, if it is desired to shape a large stone of the dimension indicated in reference 85 but with a "longer" shape, a different cam is selected to produce this longer shape, that is to say a cam with a higher degree of eccentricity.
The stone 87 shown in Figure 8 is a pear shaped stone which has a corresponding pear shaped cam 88. The stone 89 shown in Figure 9 is a triangle-shaped stone with a corresponding triangle-shaped cam 90.
The machine of the invention can be used to grind one stone against the other but in this case both the trees on the stone side and on the tool side must be able to be moved relative to a
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reference plane. The machine is shown in Figure 10 and it has a stone side 100 of shape identical to that described above with reference to Figure 2. The tool side 101 is similar to that shown in Figure 2 except that the tool side 101 has a shaft 102 on which are mounted a series of cams 103. The cams 103 run on a follower 104 which can be slid relative to a guide 105 so that the follower can be located opposite a any of the cams 103. The shaft 102 is mounted in bearings 106.
The bearings 106 are joined by a bridging plate 107. The bridging plate 107 is pushed upwards by tension springs 108 which are attached to a carrier plate 109, by means of a support 110. A mechanism d advance 111 is provided and it is similar to that described above with reference to Figure 2. The advance mechanism 111 comprises a threaded shaft 112 rotating whose lower end 113 is pressed against the guide 105 to modify the position of the cam follower 104 relative to the carrier plate 109 and to allow the stone on the tool side to be moved towards the stone on the stone side. When the shaft 102 rotates, it is moved up and down as the cam travels on the follower 104.
The stone side 100 is adapted to support and rotate a stone 120 for denoising. Tool side 101 has a stone 121 of similar shape which serves as a grinding tool for stone 120. In general, it is preferred that stones 120 and 121 have a similar finished shape although this is not an essential requirement. . The way in which the stones on both sides come into contact with each other is shown schematically in Figure 11. The stone 120 rotates around an axis 123 and the stone 121 rotates around an axis 124. L 'axis
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123 can be moved up and down between an upper limit 125 and a lower limit 126. The axis 124 on the tool side can be moved up and down between a lower limit 127 and an upper limit 128 .
The two stones, while having a back-and-forth movement, grind each other into a grinding plane indicated by a line 129. This grinding plane 129, at the start of the grinding cycle, is at the lower position indicated by a line 130.
During the brute-cutting operation, the plane is moved upwards to the final position indicated by the reference 131. In general, it is to be considered that the feed rate is very slow to ensure that the possibility of edges is avoided. sharp stones do not come into contact with each other and do not break.
It is envisaged that the stones will rotate without synchronization with one another to ensure regular grinding over the entire periphery of the stones. It is envisaged that, when the stone 120 has been correctly started, the stone 121 is mounted on the stone side 100 and that a new stone is mounted on the tool side 101.
From the above, it will be appreciated that the precious stone is effectively brute-cut on a grinding tool which determines a "plane". Reference is made in this description to plans 14, 72 and 129.
When the tool in use for brute-cutting is of a relatively small diameter, it does not determine a plane plane in nature flat enough to ensure that the tips of the stone are not damaged. For this reason, for at least some small diameter grinding tools, it is preferred that the mechanism, either on the tool side or on the stone side, has a back-and-forth movement in a horizontal plane. As mentioned earlier, this can be achieved by rotating the tool shaft around
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the pivot axis 92. It is important that the horizontal back-and-forth movements and that the rotational movements are not synchronized with each other so that a maximum variation of contact takes place.
It is envisaged that the two stone denoising process, of the type described with reference to Figures 10 and 11, is unsuitable for small stones but that the process may have considerable advantages for larger stones.
It should be understood that the invention is in no way limited to the modes and embodiments described and that many modifications can be made without departing from the scope of the present invention.