CN102225524A - 高精度智能式宝石全自动角度打磨机 - Google Patents

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刘洪林
蒋昌茂
韦必忠
符强
张保忠
卢崇
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Abstract

本发明公开了一种高精度智能式宝石全自动角度打磨机,包括磨削夹具,所述宝石夹头由数控系统控制实现前后摆动且自转,所述宝石夹头安装于由数控系统控制的X、Y、Z三轴联动机构上从而实现五轴联动加工;所述X、Y、Z三轴联动机构的驱动元件为丝杆、螺母构成的传动副,各丝杆连接由数控系统控制的步进或伺服电机;本发明还包括磨削盘,所述磨削盘与X向底座分离设置或与X向底座整体安装。本发明采用高精度的步进电机,通过数控控制,从而实现了X,Y,Z方向及形状角度加工的五轴联动,使打磨功能更加精细,甚至可以打磨出球体形状,能够实现任意图案的加工,满足宝石形状各异的加工需求。

Description

高精度智能式宝石全自动角度打磨机
(-)技术领域:
[0001] 本发明涉及宝石、玉石、玻璃饰品加工设备,具体说是一种高精度智能式宝石全自动角度打磨机。
(二)背景技术:
[0002] 珠宝饰品加工是指将人工切割、定型后的宝石原坯(如各种钻石、天然石及水晶、 锆石等)按特定工艺打磨抛光后制成各种形状的成品,如圆形钻石、仿钻、心形、蛋形、棱形等各种形状。这些成品经手工镶嵌而制成各种宝石饰品。
[0003] 宝石加工已从手工操作发展到机械化作业,比较有代表性的如专利申请号为 200910114571. 7《数控宝石加工机》发明专利,主要构成是立柱和平台,宝石坯料粘接在夹头上,夹头通过滑块和摆座可沿立柱上下移动或前、后、左、右摆动而实现四轴联动加工,磨削盘安装在平台上。工作时,电机驱动磨削盘转动,装在夹头上的宝右坯料下移并按需要前后转动角度和左右摆动,通过控制宝石的加工层和面,在磨削盘上的磨盘作用下将宝石坯料打磨出不同的几何形状。
[0004] 实际使用中发现,《数控宝石加工机》发明专利由于立柱与磨削盘之间相对固定, 立柱与磨削盘之间距离无法调节,光靠夹头的前后摆动还是无法满足宝石在磨削盘上指定区域的磨削(或抛光)加工,造成磨削盘局部磨损严重,磨面利用率低,磨盘浪费严重,加工成本提高;另外立柱与磨削盘一体的结构形式还造成机器的体积增大,笨重,不能灵活就位安装;同时该发明还是采用了传统宝石加工设备用齿轮传动的设计思路,满足不了对精度加工的要求,更重要的是,随着对宝石形状要求的进一步提高,上述《数控宝石加工机》发明专利对有异形面的宝石加工无能为力。
(三)发明内容:
[0005] 本发明的目的是提供了一种高精度智能式宝石全自动角度打磨机,能够在磨盘的任意位置上完成对具有复杂形状表面的宝石加工。
[0006] 能够实现上述目的的高精度智能式宝石全自动角度打磨机,包括宝石夹头,所述宝石夹头由数控系统控制实现前后摆动且自转,所不同的是所述宝石夹头安装于由数控系统控制的X、Y、Z三轴联动机构上,从而实现五轴联动加工,满足宝石复杂形状的加工要求。
[0007] 所述X、Y、Z三轴联动机构的驱动元件为丝杆、螺母传动副,各丝杆连接由数控系统控制的步进电机。
[0008] 所述X、Y、Z三轴联动机构的一种结构形式:包括X向底座、Y向移动座和Z向立座,X向底座和Y向移动座之间通过X向滑道和滑轨安装,X向底座上设置X向丝杆,与X向丝杆配合的螺母连接Y向移动座;Z向立座安装于Y向移动台面上,Y向移动台面与Y向移动座之间通过Y向滑道和滑轨安装,Y向移动座上设置Y向丝杆,与Y向丝杆配合的螺母连接Y向移动台面;所述磨削夹具安装于Z向移动板面上,Z向移动板面与Z向立座之间通过 Z向滑道和滑轨安装,Z向立座上设置Z向丝杆,与Z向丝杆配合的螺母连接Z向移动板面。[0009] 为提高加工精度,所述丝杆采用滚珠丝杆。
[0010] 上述结构的本发明中还包括磨削盘,所述磨削盘与X向底座分离设置或与X向底座整体安装。
[0011] 本发明中,所述宝石夹头前后摆动的驱动元件采用涡轮、涡杆传动副,进一步提高加工精度。
[0012] 本发明的优点:
[0013] 本发明高精度智能式宝石全自动角度打磨机采用高精度的(微型)步进电机通过丝杆驱动完成加工动作,通过数控系统控制实现X,Y,Z方向及形状角度加工的五轴联动, 使打磨功能更加精细,甚至可以打磨出球体形状,能够实现任意图案的加工,满足宝石形状各异的加工需求。
(四)附图说明:
[0014] 图1为本发明一种实施方式的立体结构示意图。
[0015] 图2为图1实施方式的正面结构示意图。
[0016] 图3为图2的A-A剖示图。
[0017] 图号标识:1、夹杆;2、X向底座;3、Y向移动座;4、Ζ向立座;5、Χ向滑道和滑轨;6、 X向丝杆;7、γ向移动台面;8、Υ向滑道和滑轨;9、Υ向丝杆;10、Ζ向移动板面;11、Ζ向滑道和滑轨;12、Ζ向丝杆;13、Χ向步进电机;14、Υ向步进电机;15、Ζ向步进电机;16、面控步进电机;17、层控步进电机。
(五)具体实施方式:
[0018] 本发明为宝石夹头和X、Y、Z三轴联动机构的组合。
[0019] 如图1、图2、图3所示,所述Χ、Υ、Ζ三轴联动机构包括X向底座2、Υ向移动座3和 Z向立座4,X向底座2和Y向移动座3之间通过X向滑道和滑轨5安装,X向底座2上设置由X向步进电机13驱动的X向丝杆6,与X向丝杆6配合的螺母连接Y向移动座3 ;Z向立座4垂直安装于水平Y向移动台面7上,Y向移动台面7与Y向移动座3之间通过Y向滑道和滑轨8安装,Y向移动座3上设置由Y向步进电机14驱动的Y向丝杆9,与Y向丝杆9 配合的螺母连接Y向移动台面7 ;所述宝石夹头1安装于垂直Z向移动板面10上,Z向移动板面10与Z向立座4之间通过Z向滑道和滑轨11安装,Z向立座4上设置由Z向步进电机15驱动的Z向丝杆12,与Z向丝杆12配合的螺母连接Z向移动板面10。
[0020] 其中所述X向步进电机13、Y向步进电机14和Z向步进电机15通过线路连接数控系统;所述X向丝杆6、Y向丝杆9和Z向丝杆12均为滚珠丝杆。
[0021] 如图1、图2、图3所示,所述宝石夹头由夹杆1、面控步进电机16、涡轮、涡杆传动副和层控步进电机17构成。夹杆1与面控步进电机16的转轴同轴固装;涡杆与层控步进电机17的转轴同轴固装,涡轮的转轴固连面控步进电机16的机座;所述面控步进电机16 和层控步进电机17通过线路连接数控系统。
[0022] 所述层控步进电机17水平布置,其机座固定安装于Z向移动板面10上,所述夹杆 1为Y轴指向。
[0023] 本发明可以配置分体式磨削盘,也可以配置整体式磨削盘,整体式磨削盘即为磨
4削盘与X向底座2整体安装。
[0024] 本发明的工作原理:
[0025] 首先根据加工宝石的尺寸设置加工的层数和面数,并将相关数据送入数控系统, 数控系统自动计算各步进电机加工宝石需要走的步数。
[0026] 数控系统控制Y向步进电机14将宝石夹头移动到指定的磨盘区域内并保证不会超出磨盘区域范围,然后Z向步进电机15开始将宝石夹头向磨盘方向移动到达指定位置。
[0027] Z向步进电机15控制宝石接触磨盘,一旦接触磨盘就给出一个控制信号,标志正式打磨开始,此时X向步进电机13根据设置的步长开始快速来复运动,以保证磨盘不会出现某个区域内过多磨损使宝石打磨不合格的情况,面控步进电机16根据设置的面数开始转动相应步长,以达到所需要的形状要求,一旦完成一个层面的加工,Z向步进电机15自动脱离磨盘并抬起,同时层控步进电机17通过涡轮、涡杆传动使宝石夹头的夹杆1前后直线移动一个角度,然后又继续接触磨盘开始新层面的打磨……以上动作皆重复上述过程,直到程序所设置的加工工序全部完成,然后所有的步进电机回退到初始位置,等待更换新宝石后的打磨,打磨方法如上述。
[0028] 本发明还可配置高分辨率CXD摄像头,通过连续变倍显微镜头,以获得宝石加工过程中的高清晰图像,并同时能够完成宝石安装位置的检测、打磨后平面度检测、打磨后形状、角度、距离的测量。

Claims (6)

1.高精度智能式宝石全自动角度打磨机,包括宝石夹头,所述宝石夹头由数控系统控制实现前后摆动且自转,其特征在于:所述宝石夹头安装于由数控系统控制的X、Y、Z三轴联动机构上。
2.根据权利要求1所述的高精度智能式宝石全自动角度打磨机,其特征在于:所述X、 Y、Z三轴联动机构的驱动元件为丝杆、螺母传动副,各丝杆连接由数控系统控制的步进电机。
3.根据权利要求2所述的高精度智能式宝石全自动角度打磨机,其特征在于:所述X、 Y、Z三轴联动机构包括X向底座(2)、Υ向移动座(3)和Z向立座G),Χ向底座(2)和Y向移动座(3)之间通过X向滑道和滑轨(5)安装,X向底座(2)上设置X向丝杆(6),与X向丝杆(6)配合的螺母连接Y向移动座(3) ;Z向立座(4)安装于Y向移动台面(7)上,Y向移动台面(7)与Y向移动座(3)之间通过Y向滑道和滑轨⑶安装,Y向移动座(3)上设置Y向丝杆(9),与Y向丝杆(9)配合的螺母连接Y向移动台面(7);所述宝石夹头安装于 Z向移动板面(10)上,Z向移动板面(10)与Z向立座(4)之间通过Z向滑道和滑轨(11) 安装,Z向立座(4)上设置Z向丝杆(12),与Z向丝杆(12)配合的螺母连接Z向移动板面 (10)。
4.根据权利要求3所述的高精度智能式宝石全自动角度打磨机,其特征在于:还包括磨削盘,所述磨削盘与X向底座O)分离设置或与X向底座(2)整体安装。
5.根据权利要求2〜4中任意一项所述的高精度智能式宝石全自动角度打磨机,其特征在于:所述丝杆为滚珠丝杆。
6.根据权利要求1〜4中任意一项所述的高精度智能式宝石全自动角度打磨机,其特征在于:所述宝石夹头前后摆动的驱动元件为涡轮、涡杆传动副。
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