CN106863043A - 钻石研磨智能机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻石研磨智能机器人，其特征在于，它包括底座、悬臂组件、工作头组件和控制组件，底座上设置有研磨压力控制装置，悬臂组件设置有升降运动及旋转装置，工作头组件设置有钻石底面研磨角度调整装置；控制组件设置有主控制器，连接驱动研磨压力控制装置、升降运动及旋转装置，结合电气系统实现自动分度摆角、自动调整研磨压力、自动寻找钻石最佳研磨方向，整个工作循环自动完成。本发明结构简单，使用方便，相比于同类型的产品，显著提高了生产效率，而且质量可靠。
Description
技术领域
本发明涉及钻石加工设备技术领域，更具体是涉及一种钻石研磨智能机器人。
背景技术
加工成首饰的金刚石称为钻石。天然金刚石晶体的晶面上存在各种瑕疵，晶体内部也会存在气泡、裂纹、缺口以及其它瑕疵。用来加工成饰品的钻坯，通过分解方案设计、分解(劈、锯或激光切割)、车钻(磨边线)、粗磨(磨锥)、台面和瓣面的研磨和抛光等工序之后才能成为钻石成品-首饰钻。
磨钻(研磨和抛光)是钻石加工中最为复杂，最为关键的工序。为了做到最大限度地展现钻石的光学特性，现代的钻石琢型设计为灿烂型琢型，主要指的是标准工的灿烂型圆钻。光线通过该型成品钻石的台面和各个瓣面的反射和折射，能使钻石的“出火”和光泽达到最佳程度，将钻石晶体的天然美发挥得淋漓尽致。
灿烂型圆钻的琢形由中部边线、面部和底部组成。面部除了垂直于钻石中心线的台面之外还有32个瓣面成三圈排列，分别称为小瓣(16个)、主瓣(8个)和星瓣(8个)。这三圈瓣面的几何成型是三个不同锥角和不同面数的多等边棱锥体。底部有24个瓣面成两圈排列，分别称为底小瓣(16个)和底主瓣(8个)。这两圈瓣面的几何成型也是两个不同锥角和不同面数的棱锥体。底主瓣最后都汇聚到一点，称为成品钻石的底尖。
磨钻工序就是要完美实现上述的琢形。本发明的机器的夹具能调节出不同的倾角，并能绕自身的轴线自动分度，按工艺程序精确磨出成品钻的57个面。成品钻的成型问题解决之后，关键便是提高磨钻的生产效率。磨钻的效率可以用磨钻强度来描述，即单位时间内的钻坯表层去除量。
影响磨削强度的因素主要是如下四个：1，磨盘转速转速越高，钻石的磨削强度越大；2，单位压力加大钻石和磨盘接触带的压力会增加钻石的磨削量，但单位压力过大会很快把钻石微粉刮掉，并加快磨盘的磨损，甚至使钻石破裂；3，钻石微粉在磨盘工作面的涂布钻石微粉微粒规格加大磨削强度增大，但光洁度会变差，微粉涂布密度在一定范围内磨钻效率最高，这方面已积累了丰富的经验数据；4，磨削的取向。
为此，针对上述四个因素中的第一个，我们在配套本发明的台式钻石磨机中已将磨盘转速大幅度提高。这是通过精细的动平衡技术和变频驱动技术达到的。对于第三个因素，我们已掌握最佳的钻石微粉粒度以及在磨盘工作面上的涂布密度的经验数据。本发明将对第二、四两个因素，即磨钻时的单位面积压力和磨削取向两方面实施智能化解决方案。
钻石的晶体结构造成其硬度的各向异性。磨削时须找到面网的所在位置，并把钻石沿硬度最小的方向定位，才能产生最高的磨削强度。本发明的旋转驱动取向装置在不断的改变方向的过程中智能判断最佳取向，给予定位。而且在磨削过程中通过一套自动改变弹簧拉力的机构调节磨削压力，並通过智能判断产生出工件对磨盘的最佳压力值。
因而，本发明旨在完美解决成品钻的磨削琢形精确度、磨削表面质量、及磨削的生产效率问题，以求达到最大的经济效益。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种能显著提高生产效率，而且质量可靠的钻石研磨智能机器人。
本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种钻石研磨智能机器人，其特征在于，它包括底座、悬臂组件、工作头组件和控制组件，底座上设置有研磨压力控制装置，悬臂组件设置有升降运动及旋转装置，工作头组件设置有钻石底面研磨角度调整装置；控制组件设置有主控制器，连接驱动研磨压力控制装置、升降运动及旋转装置，结合电气系统实现自动分度摆角、自动调整研磨压力、自动寻找钻石最佳研磨方向，整个工作循环自动完成。
作为上述方案的进一步说明，所述研磨压力控制装置包括电机安装座、步进电机、偏心轮、拉伸弹簧、弹簧调节螺栓、平行杆、平行杆固定座，平行杆的一端与平行杆固定座铰接，电机安装座固定于底座上，步进电机固定于电机安装座上，偏心轮连接于步进电机的输出轴上，拉伸弹簧的一端与偏心轮连接，另一端通过弹簧调节螺栓与平行杆的另一端连接；悬臂组件中设置有平面推力轴承与平行杆顶压配合。
进一步地，升降运动及旋转装置包括步进电机、连接电机齿轮、内螺纹齿轮、升降丝杆芯轴、升降旋转导柱、导套立柱、导套，步进电机固定于悬臂组件上，连接电机齿轮固定于步进电机的转子轴上，升降丝杆芯轴通过内螺纹齿轮与连接电机齿轮啮合传动，升降旋转导柱套设于升降丝杆芯轴外；导套立柱立向设置在底座上，导套设置在导套立柱内，升降旋转导柱连同升降丝杆芯轴插入导套的中间孔，在升降旋转导柱与导套之间设置有滚珠套，在升降丝杆芯轴的下部沿轴向方向设置有定位槽，升降旋转导柱的侧部设置有定位槽对应的升降丝杆芯柱限位销，限制升降丝杆芯柱的上下移动的行程。
所述升降旋转导柱的上部设置有翻边，翻边与悬臂组件连接固定，在翻边的下方套设有偏心轴导向固定座，偏心轴导向固定座的端部设置有偏心轴导轮，偏心轴导轮的外侧设置有与其对应的立向设置的偏心轴，该偏心轴的下方连接有驱动其转动的行星电机装置，行星电机装置的下方连接有电机安装立柱连接支撑于底座上。
所述行星电机装置包括行星电机和与行星电机连接的行星电机减速器，偏心轴连接于行星电机减速器的输出端。
进一步地，工作头组件包括夹头组件及其上设置的微测头千分尺、固定座、连接座和微测头千分尺顶座，固定座与悬臂组件连接固定，连接座与固定座铰接，固定座与夹头组件连接固定，微测头千分尺铰接于连接座上，微测头千分尺顶座固定于夹头组件上，微测头千分尺的端部与微测头千分尺顶座活动顶压配合。
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
1、本发明采用机动5轴+人工2轴结合自主开发的操作软件实现自动分度摆角、自动调整研磨压力、自动寻找钻石最佳研磨方向，其中机动5轴包括：1轴)控制研磨压力大小(最小1g最大可达1800g)；2轴)控制加工过程中的水平摆动；3轴)控制加工过程中的升降；4轴)选择研磨方向；5轴)控制加工钻石分度，人工调节的2轴包括：1轴)翻转机械臂，以方便安装、观察工件；2轴)调节钻石加工底面角度。整个工作循环自动完成，因而可实现一人看管多机，试验证明本发明能实现钻石研磨工艺实现智能自动化，显著提高了生产效率，而且质量可靠。
2、本发明为达到工艺的最优化，机械结构设有研磨压力控制装置、自动水平调整装置、直线运动及旋转装置、钻石底面研磨角度调整装置，使其结合电气、系统实现自动分度摆角、自动调整研磨压力、自动寻找钻石最佳研磨方向，整个工作循环自动完成。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的研磨压力控制装置结构示意图；
图3为本发明的悬臂组件结构示意图；
图4为本发明的工作台组件结构示意图；
图5为本发明的升降运动及旋转装置结构示意图；
图6为本发明的钻石底面研磨角度调整装置结构示意图。
附图标记说明：1、底座 2、悬臂组件 3、工作头组件 3-1、夹头组件 3-2、微测头千分尺 3-3、固定座 3-4、连接座 3-5、微测头千分尺顶座 4、控制组件 5、研磨压力控制装置5-1、电机安装座5-2、步进电机 5-3、偏心轮 5-4、拉伸弹簧 5-5、弹簧调节螺栓 5-6、平行杆 5-7、平行杆固定座 6、升降运动及旋转装置 6-1、步进电机6-2、连接电机齿轮 6-3、内螺纹齿轮 6-4、升降丝杆芯轴 6-41、定位槽 6-42、翻边 6-5、升降旋转导柱 6-6、导套立柱6-7、导套 6-8、滚珠套 6-9、升降丝杆芯柱限位销 7、钻石底面研磨角度调整装置7-1、夹头组件 7-2、微测头千分尺 7-3、固定座 7-4、连接座 7-5、微测头千分尺顶座 8、偏心轴导向固定座 9、偏心轴导轮 10、偏心轴11、行星电机装置 11-1、行星电机 11-2、行星电机减速器 12、电机安装立柱。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本技术方案作详细的描述。
如图1-图6所示，本发明是一种钻石研磨智能机器人，它包括底座1、悬臂组件2、工作头组件3和控制组件4，底座1上设置有研磨压力控制装置5，悬臂组件2设置有升降运动及旋转装置6，工作头组件3设置有钻石底面研磨角度调整装置7；控制组件设置有主控制器，连接驱动研磨压力控制装置、升降运动及旋转装置，结合电气系统实现自动分度摆角、自动调整研磨压力、自动寻找钻石最佳研磨方向，整个工作循环自动完成。
进一步地，研磨压力控制装置5包括电机安装座5-1、步进电机5-2、偏心轮5-3、拉伸弹簧5-4、弹簧调节螺栓5-5、平行杆5-6、平行杆固定座5-7，平行杆的一端与平行杆固定座铰接，电机安装座固定于底座上，步进电机固定于电机安装座上，偏心轮连接于步进电机的输出轴上，拉伸弹簧的一端与偏心轮连接，另一端通过弹簧调节螺栓与平行杆的另一端连接；悬臂组件中设置有平面推力轴承与平行杆顶压配合；利用弹簧拉力来抵消机构一部分的自身重力，将抵消后的剩余重力作为研磨压力，通过步进电机连接偏心轮控制弹簧拉伸长度实现研磨压力的调整。
升降运动及旋转装置6包括步进电机6-1、连接电机齿轮6-2、内螺纹齿轮6-3、升降丝杆芯轴6-4、升降旋转导柱6-5、导套立柱6-6、导套6-7，步进电机固定于悬臂组件上，连接电机齿轮固定于步进电机的转子轴上，升降丝杆芯轴通过内螺纹齿轮与连接电机齿轮啮合传动，升降旋转导柱套设于升降丝杆芯轴外；导套立柱立向设置在底座上，导套设置在导套立柱内，升降旋转导柱连同升降丝杆芯轴插入导套的中间孔，在升降旋转导柱与导套之间设置有滚珠套6-8，在升降丝杆芯轴的下部沿轴向方向设置有定位槽6-41，升降旋转导柱的侧部设置有定位槽对应的升降丝杆芯柱限位销6-9，限制升降丝杆芯柱的上下移动的行程；利用导套、滚珠套、升降旋转导柱结合步进电机实现直线运动和旋转运动，能满足机构的升降运动及旋转运动的顺畅及耐磨要求。进一步地，所述升降旋转导柱的上部设置有翻边6-42，翻边与悬臂组件连接固定，在翻边的下方套设有偏心轴导向固定座8，偏心轴导向固定座的端部设置有偏心轴导轮9，偏心轴导轮的外侧设置有与其对应的立向设置的偏心轴10，该偏心轴的下方连接有驱动其转动的行星电机装置11，行星电机装置的下方连接有电机安装立柱12连接支撑于底座上。行星电机装置11包括行星电机11-1和与行星电机连接的行星电机减速器11-2，偏心轴连接于行星电机减速器的输出端。
进一步地，钻石底面研磨角度调整装置7包括夹头组件7-1及其上设置的微测头千分尺7-2、固定座7-3、连接座7-4和微测头千分尺顶座7-5，固定座与悬臂组件连接固定，连接座与固定座铰接，固定座与夹头组件连接固定，微测头千分尺铰接于连接座上，微测头千分尺顶座固定于夹头组件上，微测头千分尺的端部与微测头千分尺顶座活动顶压配合；利用三角函数原理，以1个锐角交点作为旋转中心，通过微测头千分尺调整锐角对边长度控制研磨角度。
经试验，以下为本技术方案实施后能达到的技术指标：
本发明与现有技术相比，1、整机设计：主要分为机械机构及控制系统两个部分。
2、机械结构设计：本发明的整机械设计如附图(图1～图4)所示。该机器用智能机动5轴+人工2轴结合自主开发的操作软件实现智能自动化。其中机动5轴包括：1轴)控制研磨压力大小(最小1g最大可达1800g)；2轴)控制加工过程中的水平摆动；3轴)控制加工过程中的升降；4轴)选择研磨方向；5轴)控制加工钻石分度，人工调节的2轴包括：1轴)翻转机械臂，以方便安装、观察工件；2轴)调节钻石加工底面角度。为达到工艺的最优化，机械结构设有研磨压力控制装置、自动水平调整装置、直线运动及旋转装置、钻石底面研磨角度调整装置，使其结合电气、系统实现自动分度摆角、自动调整研磨压力、自动寻找钻石最佳研磨方向，整个工作循环自动完成。
3、研磨压力控制装置原理：利用弹簧拉力来抵消机构一部分的自身重力，将抵消后的剩余重力作为研磨压力，通过步进电机连接偏心轮控制弹簧拉伸长度实现研磨压力的调整。
4、升降运动及旋转装置：该机构由于偏向力的影响采用常用的导套配导柱或含油轴承导柱结构无法保证机构运动的顺畅及耐磨要求。从而在设计上作调整，利用高精密导套、滚珠套、导柱结合电机实现直线运动和旋转运动，经试验证明该方案能满足机构的升降运动及旋转运动的顺畅及耐磨要求。但对零件加工要求非常严谨。对导套、滚珠套126个滚珠、导柱的直径及圆度要求0.005mm以内，硬度要求HRC60以上，表面粗糙度Ra0.8以上。
5、钻石底面研磨角度调整装置：利用三角函数原理，以1个锐角交点作为旋转中心，通过微测头千分尺调整锐角对边长度控制研磨角度。
6、自动水平调整装置：利用步进电机配合丝杆转动，通过系统读取丝杆运动长度分别找出各点到磨盘面的相对水平位置，达到磨削初始位置。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种钻石研磨智能机器人，其特征在于，它包括底座、悬臂组件、工作头组件和控制组件，底座上设置有研磨压力控制装置，悬臂组件设置有升降运动及旋转装置，工作头组件设置有钻石底面研磨角度调整装置；控制组件设置有主控制器，连接驱动研磨压力控制装置、升降运动及旋转装置，结合电气系统实现自动分度摆角、自动调整研磨压力、自动寻找钻石最佳研磨方向，整个工作循环自动完成。
2.根据权利要求1所述的钻石研磨智能机器人，其特征在于，所述研磨压力控制装置包括电机安装座、步进电机、偏心轮、拉伸弹簧、弹簧调节螺栓、平行杆、平行杆固定座，平行杆的一端与平行杆固定座铰接，电机安装座固定于底座上，步进电机固定于电机安装座上，偏心轮连接于步进电机的输出轴上，拉伸弹簧的一端与偏心轮连接，另一端通过弹簧调节螺栓与平行杆的另一端连接；悬臂组件中设置有平面推力轴承与平行杆顶压配合。
3.根据权利要求1所述的钻石研磨智能机器人，其特征在于，升降运动及旋转装置包括步进电机、连接电机齿轮、内螺纹齿轮、升降丝杆芯轴、升降旋转导柱、导套立柱、导套，步进电机固定于悬臂组件上，连接电机齿轮固定于步进电机的转子轴上，升降丝杆芯轴通过内螺纹齿轮与连接电机齿轮啮合传动，升降旋转导柱套设于升降丝杆芯轴外；导套立柱立向设置在底座上，导套设置在导套立柱内，升降旋转导柱连同升降丝杆芯轴插入导套的中间孔，在升降旋转导柱与导套之间设置有滚珠套，在升降丝杆芯轴的下部沿轴向方向设置有定位槽，升降旋转导柱的侧部设置有定位槽对应的升降丝杆芯柱限位销，限制升降丝杆芯柱的上下移动的行程。
4.根据权利要求3所述的钻石研磨智能机器人，其特征在于，所述升降旋转导柱的上部设置有翻边，翻边与悬臂组件连接固定，在翻边的下方套设有偏心轴导向固定座，偏心轴导向固定座的端部设置有偏心轴导轮，偏心轴导轮的外侧设置有与其对应的立向设置的偏心轴，该偏心轴的下方连接有驱动其转动的行星电机装置，行星电机装置的下方连接有电机安装立柱连接支撑于底座上。
5.根据权利要求4所述的钻石研磨智能机器人，其特征在于，所述行星电机装置包括行星电机和与行星电机连接的行星电机减速器，偏心轴连接于行星电机减速器的输出端。
6.根据权利要求1所述的钻石研磨智能机器人，其特征在于，工作头组件包括夹头组件及其上设置的微测头千分尺、固定座、连接座和微测头千分尺顶座，固定座与悬臂组件连接固定，连接座与固定座铰接，固定座与夹头组件连接固定，微测头千分尺铰接于连接座上，微测头千分尺顶座固定于夹头组件上，微测头千分尺的端部与微测头千分尺顶座活动顶压配合。
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- 2017-03-30 CN CN201710203609.2A patent/CN106863043B/zh active Active
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