CN103786079A - 码粘磨抛全自动宝石加工机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种码粘磨抛全自动宝石加工机，其自动码石系统包括作升降运动的储料仓和设于储料仓下方的坯件托架，储料仓出料管上设有可使坯件成排下料的落料闸门；其自动粘石系统包括装夹铝排且可作升降运动的铝排卡具和感应加热线圈，感应加热线圈的位置对应于坯件与铝排粘石杆的粘结位置；其坯件输送系统为承载坯件托架并将其于自动码石系统和自动粘石系统之间运送的移动装置；其自动研磨系统包括作水平往复运动的铝排架和作升降运动的磨盘，铝排架内设有左右对称摆动的双铝排夹具以及驱动铝排粘石杆转动的机构；其机械手设于自动粘石系统和自动研磨系统之间。本发明使宝石加工过程实现了全自动化，提高了生产效率、加工质量和产量。

Description

码粘磨抛全自动宝石加工机

（一）技术领域：

本发明涉及宝石、珠宝、玻璃饰品加工设备，具体说是一种码粘磨抛全自动宝石加工机。

（二）背景技术：

宝石、珠宝、玻璃饰品加工是指将人工切割、定型后的材料原坯按特定工艺打磨抛光后制成各种几何形状的成品，如圆形、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、珠宝、玻璃饰品。

宝石、珠宝、玻璃饰品加工已从手工操作发展到机械化作业，目前，现有技术中存在多种结构形式的数控宝石加工设备，比较有代表性的如专利申请号为200910114000.3的《数控宝石成型机》和专利申请号为201110334049.7的《数控全自动宝石研磨成型机》所公开的技术方案，这类宝石加工设备存在以下不足：

1、粘石过程需人工手动码放宝石坯件，速度慢，效率低。

2、粘石、磨抛、反石、取石各工序间需人工反复搬运和装卸铝排，劳动强度大，效率低。

3、使用单一铝排，每次可加工的产品数量较少，产量小，生产效率较低。

4、实现铝排运动的结构比较复杂，体积大，安装调试困难，制造成本高。

5、粘石环节中采用液化气燃烧加热，有废气排放，不环保。

（三）发明内容：

为此，本发明提出了一种码粘磨抛全自动宝石加工机，其目的在于简化结构，减少人工参与，提高自动化程度和生产效率。

能够实现上述目的的码粘磨抛全自动宝石加工机，包括自动码石系统、坯件输送系统、自动粘石系统、机械手和自动研磨系统，所述自动码石系统包括作升降运动的储料仓和设于储料仓下方的坯件托架，所述储料仓的出料管垂直横向间隔排列，所述出料管的管径对应于宝石坯件的直径，出料管上设有可使宝石坯件成排下料的落料闸门；所述自动粘石系统包括作升降运动的铝排卡具（装夹铝排）和感应加热线圈，所述感应加热线圈的位置对应于宝石坯件与铝排粘石杆的粘结位置；所述坯件输送系统为承载坯件托架并将其于自动码石系统和自动粘石系统之间运送的移动装置，沿运送方向，所述坯件托架的前部设有环氧树脂料盘，后部设有坯件托盘，所述坯件托盘上设有与各出料管位置对应的存料口；所述自动研磨系统包括作水平往复运动的铝排架和作升降运动的磨盘，所述铝排架内设有在水平往复运动方向左右对称摆动的双铝排夹具以及驱动铝排粘石杆转动的机构；所述机械手设于自动粘石系统和自动研磨系统之间，包括至少具有五自由度的开式连杆机构，所述连杆机构的自由端设有搬运铝排的真空吸盘。

本发明不仅能实现自动码放和粘贴宝石坯件，双铝排摆动进行复杂轨迹磨削，获得宝石磨削表面高光亮度，而且可通过机械手实现铝排的搬运和装卸工作，全程可封闭作业，无粉尘污染，无废气排放。

可于所述机械手的工作范围内设置自动反石系统，所述自动反石系统包括将上、下铝排相向装夹且可分别作升降运动的上、下铝排卡具和上、下感应加热线圈，所述上、下感应加热线圈的位置分别对应于上、下铝排粘石杆与宝石坯件的粘结位置。

所述反石系统可对需要进行双面加工的宝石坯件完成上、下面的对调，铝排搬运和装卸的相关作业也由机械手完成。

所述落料闸门的一种结构包括对应于出料管的上、下槽口设置的上、下闸板，所述上、下闸板之间的距离对应于宝石坯件的直径，上、下闸板连接使其交替进出上、下槽口的摆臂，所述摆臂连接闸门电机。上闸板退出时宝石坯件下落至下闸板上，上闸板进入时下闸板退出，宝石坯件跌落出料管，该落料闸门可保证出料管每一次只落下一颗宝石坯件。

可使双铝排夹具左右对称摆动的一种机构包括由四个摆动齿轮组成的摆动齿轮组，所述摆动齿轮依次啮合，外侧两个摆动齿轮的转轴分别连接对应的铝排夹具，所述铝排架上设置摆动电机，所述摆动电机的输出轴与内侧中的一个摆动齿轮的转轴连接。

可使磨盘作升降运动的一种机构包括托盘、主轴、主轴箱、主轴电机、丝杆螺母副、传动齿轮副和主轴箱电机，所述托盘安装于主轴上，所述主轴安装于主轴箱内部，所述主轴电机设于主轴箱底部且其输出轴与主轴连接，所述主轴箱垂直滑动安装，其箱体与丝杆螺母副的螺母连接，丝杆螺母副的丝杠连接主轴箱电机驱动的传动齿轮副。

所述连杆机构的一种结构包括支撑杆、长臂杆、短臂杆、腕杆和腕关节，所述支撑杆竖直安装且绕自身轴线转动，所述长臂杆铰接支撑杆且在垂直平面内绕铰接点摆动，所述短臂杆与长臂杆铰接且在垂直平面内绕铰接点摆动，所述腕杆与短臂杆铰接且在水平面内绕铰接点摆动，所述腕关节与腕杆连接且绕腕杆的轴线转动，所述真空吸盘安装于腕关节上。

本发明的有益效果：

本发明码粘磨抛全自动宝石加工机采用了自动粘石系统、自动反石系统、机械手、双铝排加工系统、可升降磨盘系统和感应加热系统，这些系统的引入使宝石的加工过程实现了完全自动化，人工参与的部分减少，人员劳动强度降低，生产效率提高，加工质量提高，产量提高，机体体积减小，环境污染减小，能源消耗减少。

（四）附图说明：

图1为本发明中，自动码石系统、坯件输送系统和自动粘石系统一种实施方式的结构示意图。

图2为图1中自动码石系统的侧视图。

图3为本发明中，机械手和自动研磨系统一种实施方式的结构示意图。

图4为图3中的A向视图。

图5为图3中的B向视图。

图6为本发明中，自动反石系统一种实施方式的结构示意图。

图号标识：1、储料仓；2、坯件托架；3、落料闸门；4、铝排卡具；5、感应加热线圈；6、铝排；7、铝排粘石杆；8、环氧树脂料盘；9、坯件托盘；10、铝排架；11、磨盘；12、铝排夹具；13、机械手；14、真空吸盘；15、出料管；16、闸板；17、宝石坯件；18、摆动齿轮；19、摆动电机；20、托盘；21、主轴；22、主轴箱；23、主轴电机；24、丝杆螺母副；25、传动齿轮副；26、主轴箱电机；27、支撑杆；28、长臂杆；29、短臂杆；30、腕杆；31、腕关节；32、码石背板；33、码石气缸；34、滑动托板；35、摆臂；36、摆臂支座；37、闸门电机；38、输送电机；39、机架；40、粘石背板；41、粘石气缸；42、转动电机；43、曲柄连杆机构；44、往复运动电机；45、反石背板；46、反石气缸。

（五）具体实施方式：

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

对于宝石坯件17的半球加工，本发明码粘磨抛全自动宝石加工机包括自动码石系统、坯件输送系统、自动粘石系统、机械手13和自动研磨系统，所述坯件输送系统设于自动码石系统和自动粘石系统之间，所述机械手13设于自动粘石系统和自动研磨系统之间；对于宝石坯件17的全球加工，本发明粘磨抛全自动宝石加工机包括自动码石系统、坯件输送系统、自动粘石系统、自动反石系统、机械手13和自动研磨系统，所述自动反石系统对应于自动粘石系统设置并处于机械手13的工作范围之内。

所述自动码石系统包括码石背板32、码石气缸33、滑动托板34、储料仓1和坯件托架2，所述码石背板32竖直安装于机架39，所述码石气缸33安装在码石背板32的顶部，所述滑动托板34安装在码石背板32的竖直滑动轨道上并与码石气缸33的活塞杆相连，盛有宝石坯件17的储料仓1安装在滑动托板34上；所述储料仓1的出料管15垂直横向间隔排列（平行于码石背板32），各出料管15的管径对应于宝石坯件17的直径，对应于各出料管15于滑动托板34上设置落料闸门3，所述落料闸门3为对应于出料管15开设的上、下槽口而设置的上、下水平闸板16，所述上、下闸板16通过摆臂35安装，本实施方式中，所述摆臂35上开设有许多用于连接上、下闸板16的T型槽，所述摆臂35的一轴端安装在摆臂支座36上，摆臂35的另一轴端与闸门电机37连接；所述坯件托架2设于储料仓1的下方，坯件托架2上设有坯件托盘9，坯件托盘9上设有与各出料管15位置对应的存料口，如图1、图2所示。

码石加工开始时，码石气缸33推动滑动托板34带动储料仓1下降到一定高度，通过闸门电机37驱动摆臂35在一定角度内正反摆动，带动上、下闸板16做交替的伸缩运动，即可控制宝石坯件17成排的下落到坯件托盘9的存料口中，图1所示为下闸板16开启而上闸板16关闭，各出料管15中只有一颗宝石坯件17下落，图2所示为下闸板16关闭而上闸板16开启，各出料管15中的宝石坯件17下落于下闸板16上备料。

所述坯件输送系统为设于机架39内部的移动装置，所述移动装置包括丝杠螺母副24和输送电机38，所述坯件托架2安装于机架39上的水平滑动轨道上，丝杠螺母副24中的螺母连接坯件托架2，丝杠螺母副24中的丝杠连接输送电机38的输出轴；沿运送方向（自动码石系统至自动粘石系统方向），所述坯件托架2的前部设有环氧树脂料盘8，而坯件托盘9设在坯件托架2后部，如图1所示。

加工过程中，通过输送电机38的正反转动来驱动丝杆的转动，带动与螺母相连的坯件托架2沿水平滑动轨道运动，从而实现坯件托架2在自动码石系统和自动粘石系统之间的往复运动，完成对宝石坯件17的输送。

所述自动粘石系统包括粘石背板40、粘石气缸41、装夹铝排6的铝排卡具4和感应加热电源，所述粘石背板40竖直安装在机架39上，所述粘石气缸41安装在粘石背板40的顶部，所述铝排卡具4安装在粘石背板40的竖直滑动轨道上并与粘石气缸41的活塞杆相连，将感应加热电源安装在粘石背板40上，感应加热电源的感应加热线圈5的位置对应于铝排粘石杆7与宝石坯件17粘结的位置，如图1所示。

在加工过程中，宝石坯件17于坯件托盘9上码放好后，坯件托架2沿水平滑动轨道向自动粘石系统位置运动，待坯件托架2前部的环氧树脂料盘8到达自动粘石系统位置时，坯件托架2停止，粘石气缸41推动铝排卡具4带动铝排6下降，使铝排粘石杆7沾取料盘中的环氧树脂，沾取后粘石气缸41拉动铝排卡具4带动铝排6上升，坯件托架2继续运动，待坯件托盘9到达自动粘石系统位置时，坯件托架2停止，粘石气缸41推动铝排卡具4带动铝排6下降与宝石坯件17压紧，感应加热线圈5升温融化各铝排粘石杆7上的环氧树脂，将宝石坯件17粘结在铝排粘石杆7的端部，完成粘石工作。

所述机械手13包括具有五自由度的开式连杆机构，所述连杆机构包括支撑杆27、长臂杆28、短臂杆29、腕杆30和腕关节31，所述支撑杆27通过底座于机架39上安装且绕自身轴线转动而构成竖直旋转自由度，所述长臂杆28铰接支撑杆27且在垂直平面内绕铰接点摆动而构成俯仰自由度，所述短臂杆29与长臂杆28铰接且在垂直平面内绕铰接点摆动而构成俯仰自由度，所述腕杆30与短臂杆29铰接且在水平面内绕铰接点摆动构成水平摆动自由度，所述腕关节31与腕杆30连接且绕腕杆30的轴线转动而构成旋转自由度，真空吸盘14安装于腕关节31上，连杆机构各关节的转动依靠对应设置的关节电机，如图3所示。

所述自动研磨系统包括作水平往复运动的铝排架10、作升降运动的磨盘11和设于铝排架10内且在水平往复运动方向左右对称摆动的双铝排夹具12，装夹铝排6的双铝排夹具12左、右相互背向安装，对应于双铝排夹具12于铝排架10内设置摆动齿轮组，所述摆动齿轮组由四个相同尺寸规格的摆动齿轮18组成，所述摆动齿轮18依次啮合，最外侧两个摆动齿轮18的转轴分别与左、右铝排夹具12相连，内侧两个摆动齿轮18之一的转轴与安装于铝排架10上的摆动电机19的输出轴连接，铝排架10上还设置两台转动电机42，所述转动电机42的输出轴与对应的铝排6的铝排粘石杆7的转轴连接；所述铝排架10通过水平滑动轨道安装于机架39上，铝排架10往复运动的机构为设于机架39上的曲柄连杆机构43，所述曲柄连杆机构43的驱动为往复运动电机44；所述磨盘11的升降机构包括托盘20、主轴21、主轴箱22、主轴电机23、丝杆螺母副24、传动齿轮副25和主轴箱电机26，承载磨盘11的托盘20安装于主轴21上，所述主轴21安装于主轴箱22内部，所述主轴电机23设于主轴箱22底部且其输出轴与主轴21连接，所述主轴箱22一侧安装于机架39的垂直滑动轨道上，主轴箱22另一侧与丝杆螺母副24的螺母连接，丝杆螺母副24的丝杠连接主轴箱电机26驱动的传动齿轮副25，如图3、图4、图5所示。

在加工过程中，通过控制摆动电机19的转动，驱动摆动齿轮组中四个摆动齿轮18转动，使装卡在铝排夹具12上的两个铝排6在加工中同时反向摆动相同的角度，满足加工中对宝石坯件17摆角的需要；通过控制转动电机42的转动实现铝排粘石杆7的转动，满足加工中对宝石坯件17转角的需要；通过往复运动电机44驱动铝排架10沿滑动轨道做水平运动，可满足加工中水平方向的进给需要；通过主轴箱电机26的转动来驱动丝杠的转动，带动与螺母连成一体的主轴箱22沿垂直滑轨做上下运动，从而带动磨盘11垂直升降，可满足加工中垂直方向的进给需要；通过主轴电机23的转动，带动主轴21上的磨盘11转动，可提供加工中的磨抛转动；磨盘11的转动和铝排架10平动构成的复合运动，可避免宝石坯件17磨削面表现出现单一的磨痕，提高了宝石坯件17表面光亮度。

所述自动反石系统包括反石背板45、上、下铝排卡具4、上、下反石气缸46和感应加热电源的上、下感应加热线圈5，所述反石背板45竖直安装于机架39上，所述上、下铝排卡具4滑动安装于反石背板45的垂直滑动导轨上，上、下铝排6于上、下铝排卡具4上相向装夹，上、下反石气缸46分别安装在反石背板45的上、下两端，上、下反石气缸46的活塞杆分别连接上、下铝排卡具4，上、下感应加热线圈5的位置分别对应于上、下铝排粘石杆7与宝石坯件17的粘结位置，如图6所示。

在加工过程中，待宝石坯件17完成一面的磨抛加工后，取下铝排6装卡在自动反石系统中的下位铝排卡具4上，再取一个空铝排6装卡在上位铝排卡具4上，通过上、下反石气缸46推动两个铝排6彼此靠近，直到两铝排6将宝石坯件17压紧并运动到与上、下感应加热线圈5对应的位置停止，通过感应加热电源先使上位感应加热线圈5升温，待宝石坯件17与上方空铝排6的铝排粘石杆7粘结后，再使下位感应加热线圈5升温，使宝石坯件17与原铝排6的铝排粘石杆7脱离，从而完成宝石坯件17的反石工作，将反石后的铝排6取下装卡在自动研磨系统中，即可对宝石坯件17未加工的一面进行加工。

在加工过程中，各关节电机的协同配合可实现机械手13在自动码石系统与自动粘石系统和自动反石系统间搬运和装卸铝排6（用真空吸盘14吸附铝排6），如在自动粘石系统中将粘石完毕的铝排6取下，装卡到自动研磨系统的铝排夹具12上进行磨抛加工，待单面磨抛完毕后将铝排6取下，装卡到自动反石系统的铝排卡具4上进行反石，待反石完毕后再将铝排6取下，装卡到自动研磨系统的铝排夹具12上对宝石坯件17的另一面进行磨抛加工。

本发明各系统用电机均采用步进电机，所述各步进电机、感应加热电源均通过线路连接数控系统，系统运行的所有程序、动作均采用可编程PLC控制，自动完成设定程序，实现整机运行的自动化。

Claims (6)

1.码粘磨抛全自动宝石加工机，其特征在于：包括自动码石系统、坯件输送系统、自动粘石系统、机械手（13）和自动研磨系统，所述自动码石系统包括作升降运动的储料仓（1）和设于储料仓（1）下方的坯件托架（2），所述储料仓（1）的出料管（15）垂直横向间隔排列，所述出料管（15）的管径对应于宝石坯件（17）的直径，出料管（15）上设有可使宝石坯件（17）成排下料的落料闸门（3）；所述自动粘石系统包括作升降运动的铝排卡具（4）和感应加热线圈（5），所述感应加热线圈（5）的位置对应于宝石坯件（17）与铝排粘石杆（7）的粘结位置；所述坯件输送系统为承载坯件托架（2）并将其于自动码石系统和自动粘石系统之间运送的移动装置，沿运送方向，所述坯件托架（2）的前部设有环氧树脂料盘（8），后部设有坯件托盘（9），所述坯件托盘（9）上设有与各出料管（15）位置对应的存料口；所述自动研磨系统包括作水平往复运动的铝排架（10）和作升降运动的磨盘（11），所述铝排架（10）内设有在水平往复运动方向左右对称摆动的双铝排夹具（12）以及驱动铝排粘石杆（7）转动的机构；所述机械手（13）设于自动粘石系统和自动研磨系统之间，包括至少具有五自由度的开式连杆机构，所述连杆机构的自由端设有搬运铝排（6）的真空吸盘（14）。

2.根据权利要求1所述的码粘磨抛全自动宝石加工机，其特征在于：所述机械手（13）的工作范围内设置自动反石系统，所述自动反石系统包括将上、下铝排（6）相向装夹且可分别作升降运动的上、下铝排卡具（4）和上、下感应加热线圈（5），所述上、下感应加热线圈（5）的位置分别对应于上、下铝排粘石杆（7）与宝石坯件（17）的粘结位置。

3.根据权利要求1或2所述的码粘磨抛全自动宝石加工机，其特征在于：所述落料闸门（3）包括对应于出料管（15）的上、下槽口设置的上、下闸板（16），所述上、下闸板（16）之间的距离对应于宝石坯件（17）的直径，上、下闸板（16）连接使其交替进出上、下槽口的摆臂（35），所述摆臂（35）连接闸门电机（37）的输出轴。

4.根据权利要求1或2所述的码粘磨抛全自动宝石加工机，其特征在于：可使双铝排夹具（12）左右对称摆动的机构包括由四个摆动齿轮（18）组成的摆动齿轮组，所述摆动齿轮（18）依次啮合，外侧两个摆动齿轮（18）的转轴分别连接对应的铝排夹具（12），所述铝排架（10）上设置摆动电机（19），所述摆动电机（19）的输出轴与内侧中的一个摆动齿轮（18）的转轴连接。

5.根据权利要求1或2所述的码粘磨抛全自动宝石加工机，其特征在于：可使磨盘（11）作升降运动的机构包括托盘（20）、主轴（21）、主轴箱（22）、主轴电机（23）、丝杆螺母副（24）、传动齿轮副（25）和主轴箱电机（26），所述托盘（20）安装于主轴（21）上，所述主轴（21）安装于主轴箱（22）内部，所述主轴电机（23）设于主轴箱（22）底部且其输出轴与主轴（21）连接，所述主轴箱（22）垂直滑动安装，其箱体与丝杆螺母副（24）的螺母连接，丝杆螺母副（24）的丝杠连接主轴箱电机（26）驱动的传动齿轮副（25）。

6.根据权利要求1或2所述的码粘磨抛全自动宝石加工机，其特征在于：所述连杆机构包括支撑杆（27）、长臂杆（28）、短臂杆（29）、腕杆（30）和腕关节（31），所述支撑杆（27）竖直安装且绕自身轴线转动，所述长臂杆（28）铰接支撑杆（27）且在垂直平面内绕铰接点摆动，所述短臂杆（29）与长臂杆（28）铰接且在垂直平面内绕铰接点摆动，所述腕杆（30）与短臂杆（29）铰接且在水平面内绕铰接点摆动，所述腕关节（31）与腕杆（30）连接且绕腕杆（30）的轴线转动，所述真空吸盘（14）安装于腕关节（31）上。

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