CN111407050B - 一种平面首饰随形测量加工控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面首饰随形测量加工控制方法，包括步骤1.按照标准首饰坯件外形尺寸，预先编写数控机床自动加工的坐标程序输入到数控机床电脑中；步骤2.以首饰表面为基准面，将首饰外形面分成XY轴网格面，控制加工机床的探头围绕首饰坯件自动逐点随形探测，得到首饰坯件需加工的外形面的空间坐标位置；步骤3.将探测首饰坯件需加工的外形面空间坐标与标准首饰坯件外形空间坐标进行比对和计算，得到加工校准数据；步骤4.启动数控机床刀头，按照所述实际加工参数，机床刀头始终沿首饰坯件实际外形加工，得到标准首饰坯件。可动态随形测量平面首饰，自动精密校正补偿偏差，大大提高了数控机床的加工精度。

Description

一种平面首饰随形测量加工控制方法

技术领域

本方案属于机械加工领域，具体首饰加工应用领域。

背景技术

很多首饰如黄金、白银、K金、铂金、钯金及其它金属手饰等各种首饰加工通常都靠人工或机械加工配合简单的电动打磨工具，比如专利名称为《空心手镯制造一体化设备》，CN201711431380.4，是在传统的空心手镯制造工艺中，将金银片料加工成圆管和将圆管加工成环体两个工序借助机械加工，但这样操作加工精度难以达到0.05-0.5毫米手镯雕刻花纹的要求，不能保证上千个手镯大小厚度，精细花纹一致。

目前五轴数控机床，只用来加工不锈钢、铸铁等硬质金属材料，没有发现运用于首饰加工领域大批量工业化统一自动生产。这是因为不同首饰的形状大小、质地、内外侧花纹都有不同，由于每个首饰粗胚体存在细微的厚度不同和尺寸差别，比如不同部位存在0.1-1毫米差别，加上装配到机床夹具上固定时，存在首饰装夹偏差值，另外五轴运动的数控机床本身存在机械偏差值，包括线性误差、水平方向直线度、垂直方向直线度、水平面内偏摆角、垂直面内俯仰角以及绕测量轴旋转的滚摆角偏差，多方面的偏差值累计起来常导致机械加工首饰时按固定程序加工，刀具运行工作不稳定，容易出现0.05-毫米的雕刻花纹误差，就导致产品报废率大，达4-25％材料耗费成本巨大，影响首饰品质卖不出去。

平面首饰因为形状不规则，可以为水滴形、弯月形等，市场上现有机床的探头检测的移动距离和角度都不好计算和控制，另外要求加工花纹，打磨角度极其精准，传统数控机床没有合适精准的探测方式，以及先进的比对控制算法，无法根据每件首饰的偏差值，精准补偿控制刀具运行位置，无法实现各类外形首饰表面加工深度精准度达0.01-0.2毫米。现有机床加工技术无法保证工业化生产连接一天加工上千件首饰，有高品质和极低的报废率。

发明内容

为克服上述技术难点，本发明提供一种平面首饰随形测量加工控制方法，该方法采用独特的探测方式和校准计算方法，动态随形测量每件平面首饰，自动校正补偿偏差，大大提高了数控机床的加工精度，报废率显著降低，节约了材料成本。

本发明提供一种平面首饰随形测量加工控制方法，包括

步骤1.按照标准首饰坯件外形尺寸，预先编写数控机床自动加工的坐标程序输入到数控机床电脑中；

步骤2.以首饰表面为基准面，将首饰外形面分成XY轴网格面，控制加工机床的探头围绕首饰坯件自动逐点随形探测，得到首饰坯件需加工的外形面的空间坐标位置，并反馈到数控机床的电脑中；

步骤3.将探测首饰坯件需加工的外形面空间坐标与标准首饰坯件外形空间坐标进行比对和计算，得到加工校准数据，并将校准数据自动补偿到所述预先自动加工的坐标参数中，得到数控机床的实际加工参数；

步骤4.启动数控机床刀头，按照所述实际加工参数，机床刀头始终沿首饰坯件实际外形加工，得到标准首饰坯件。

进一步，步骤1中，还建立一个标准首饰坯件的模型，将首饰材料质地、长宽尺寸、圆弧尺寸、需雕刻位置参数预先存储在数控机床电脑中，与所述自动加工的坐标程序相匹配。

进一步，所述步骤2具体包括：

采用五轴数控机床或三轴数控机床，以首饰表面为基准面，将首饰外形面分成XY轴网格面，标记每个网格点的坐标，通过探针自动逐点随形接触首饰坯件外形面；设置探头运行的控制程序，按照所述每个网格点划分成打点坐标去探测首饰，并记录每个点的偏差信息，反馈给数控机床。

进一步，所述步骤3还包括通过探头的移动探测，采集机械偏差值和首饰装夹偏差值，通过累加计算，一起自动补偿到所述预先自动加工的坐标参数中，得到数控机床的实际加工参数。

进一步，数控机床的探头采用机械接触式探针，或者为激光非接触式探头；所述机械接触式探针包括针头、弹性部件、压力传感器、数据传送装置，压力传感器电性连接所述数据传送装置，将针头接触的探测参数通过数据传送装置发送给数控机床的电脑；

所述激光非接触式探头包括激光发射器、采集器、数据传送装置，采集器电性连接所述数据传送装置，将采集器探测参数通过数据传送装置发送给数控机床的电脑。

进一步，固定平面首饰的装夹设备采用外夹方式或者底部吸盘式进行装夹，所述装夹设备还配制有水淋喷枪头。

进一步，所述数控机床根据首饰种类、形状及表面加工要求，调用不同种类首饰的加工程序，并设置更换刀头的时间点和位置点。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本申请人有先进独创的技术实现首饰工业化环保生产，在不断的研发过程中，本申请人利用独特的探测装置和动态随形测量计算数据方式，结合数控机床实现对各种首饰的精密加工，开创了随形测量加工控制方法在首饰加工领域的应用，带动着首饰加工行业朝智能尖端技术化发展。

(2)本发明对于平面异形首饰加工控制方法由于采用以首饰表面为基准面，将首饰外形面分成XY轴网格面，标记每个网格点的坐标，通过探针自动逐点随形接触首饰坯件外形面，所以无论首饰形状怎样、存在多少机械偏差值和首饰装夹偏差值，都能自动对每一个首饰精密校正补偿偏差，保证加工出的首饰符合标准首饰，大大提高了数控机床的加工精度，使各类首饰加工合格率达到同行先进水平，合格率达99.8％以上，报废率显著降低，节约了贵重金属和珠宝的材料成本，带来了意想不到的技术效果。

(3)采用独特结构的探头、装夹方式和控制算法，能感受到微米级别的空间位置变化，可精准控制刀头在首饰上加工均匀深度0.01-0.5毫米各类雕刻花纹。已经实现规模化量产，先进的控制技术保证首饰工业化自动生产，有高品质率，加工出来标准统一，报废率比现有技术加工降低80-95％。

附图说明

图1为本发明的一种平面首饰随形测量加工控制方法步骤示意图。

图2为本发明实施例中机械接触式探针的结构示意图。

图3为本发明的加工实施例中对平面异形首饰打点正面示意图。

图4为本发明的加工实施例中对平面异形首饰打点侧面示意图。

图5为本发明的加工实施例中对平面异形首饰的打点坐标示意图。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，

目前数控机床只用来加工不锈钢、铸铁等硬质金属材料，没有发现运用于首饰加工领域大批量工业化统一自动生产。这是因为不同首饰的形状大小、质地、内外侧花纹都有不同，由于每个首饰粗胚体存在细微毫米级的厚度不同和尺寸差别。所以目前首饰加工通常是靠人工加工配合简单的电动打磨工具，这样的首饰外观效果不亮丽，花纹不繁密漂亮。

本发明改进加工技术，经过上千次的开发测试，提出随形测量加工控制方法在首饰加工领域的应用，按照标准首饰坯件外形尺寸，预先编写数控机床自动加工程序；设定立体空间坐标位置通过自动逐点随形探测首饰坯件形状，确定首饰外形加工校准数据，控制改变数控机床刀头加工参数，动态探测并加工每件首饰符合标准首饰要求。

随形测量加工控制方法在首饰加工领域的应用，带来了产业革命，实现规模化量产，先进的控制技术保证工业化生产连续一天加工上千件首饰，优良率大大领先同行水平。

请参阅图1所示，本发明还提供一种类椭圆形首饰的随形测量加工控制方法，包括

步骤1.按照标准首饰坯件外形尺寸，编写数控机床预先自动加工的坐标程序输入到控制器中。具体建立一个标准合格产品的模型，大小、圆弧尺寸、需雕刻位置等参数预先存储在数控机床电脑中，编程软件通常使用精雕、Mastercam、UG等3D编程软件。

还建立一个标准首饰坯件的模型，将首饰材料质地、长宽尺寸、圆弧尺寸、需雕刻位置参数预先存储在数控机床电脑中，与所述自动加工的坐标程序相匹配。

步骤2.以首饰表面为基准面，将首饰外形面分成XY轴网格面，控制加工机床的探头围绕首饰坯件自动逐点随形探测，得到首饰坯件需加工的外形面的空间坐标位置，并反馈到数控机床的电脑中。

随形测量加工首饰的系统根据首饰种类，设置探测的方式，以及探头运行的空间位置，均匀划分多个打点坐标逐点随形探测；设置探头运行的控制程序，按照打点坐标去探测，并记录每个点的偏差信息，反馈给数控机床。

数控机床的探头采用机械接触式探针，或者为激光非接触式探头。

如图2所示，所述机械接触式探针包括针头11、外壳12里设置有弹性部件13、压力传感器14、连续压力轨迹记录电路模15、数据传送装置16、电池17，针头11通过弹性部件13连接压力传感器14，所述压力传感器电性连接所述连续压力轨迹记录电路模块15、数据传送装置16和电池17，将针头接触的探测参数通过数据传送装置发送给数控机床。

为进一步提高信号灵敏度，所述数据传送装置包括电性连接的信号过滤放大电路模块和无线数据传输模块。利用无线数据传输模块与数控机床控制器上的无线数据收发电路板通信。

为自动发现故障，还包括一个故障检测电路模块18分别与压力传感器14、数据传送装置16连接，检测电流、电压是否超标，发现故障并报警。可以是通过发光二极管报警，或通过数控机床的喇叭声音报警，及时发现探头故障。所述针头顶端设置有一个球状蓝宝石19，用于接触探测首饰坯件。用于接触探测首饰坯件，探测更加灵敏，又不压伤黄金首饰表面。所述机械接触式探针远离针头的一端设置有活动连接部件20，用于活动连接数控机床的机械手臂。该活动连接部件20可以是一个勾环，可以被机械手臂的抓手抓紧，当然还比如可以是一块电磁铁，与机械手臂磁性连接。

所述激光非接触式探头包括激光发射器、采集器、数据传送装置，采集器电性连接所述数据传送装置，将采集器探测参数通过数据传送装置发送给数控机床的电脑。

如图3-5所示，对于平面首饰，比如水滴形吊坠1，采用五轴数控机床或三轴数控机床，以首饰表面为基准面，将首饰外形面分成XY轴网格面2，标记每个网格点的坐标，通过探针自动逐点随形接触首饰坯件外形面；设置探头运行的控制程序，按照所述每个网格点划分成打点坐标3去探测首饰，并记录每个打点坐标3探测的偏差信息，反馈给数控机床。

比如需要在平面首饰的表面雕刻出细密花纹，可以采取细密的XY轴网格面，比如每个网格间距一毫米，这样每隔一毫米探针就接触测量一次，这样后续雕刻的花纹均匀深度0.01-0.5毫米之间，非常精美流畅。如果需要在平面首饰的表面雕刻出大线条花纹，可以采取中等密度的XY轴网格面，比如每个网格间距三毫米，这样每隔三毫米探针就接触测量一次，探测和雕刻加工速度会更快。可以根据实际加工首饰种类和花纹多少，雕刻速度等因素选择设置多少个打点坐标。

步骤3.将探测首饰坯件需加工的外形面空间坐标与标准首饰坯件外形空间坐标进行比对和计算，得到加工校准数据，并将校准数据，即比对差值自动补偿到所述预先自动加工的坐标参数中，得到数控机床的实际加工参数。

作为进一步改进方式，通过探头的移动探测，采集机械偏差值和首饰装夹偏差值，通过累加计算，一起自动补偿到所述预先自动加工的坐标参数中，得到数控机床的实际加工参数。

步骤4.启动数控机床刀头，按照所述实际加工参数，机床刀头始终沿首饰坯件实际外形加工，得到标准首饰坯件。

所述数控机床根据首饰种类、形状及表面加工要求，调用不同种类首饰的加工程序，并设置更换刀头的时间点和位置点。工业化生产连续一天加工上千件首饰，有高品质率，加工出来标准统一，合格率达99.8％以上，报废率显著降低，节约了贵重金属和首饰的材料成本。

通过五百次加工比较试验数据如下：

对于平面首饰加工，可采用五轴数控机床或三轴数控机床，固定平面首饰的装夹设备采用外夹方式或者底部吸盘式进行装夹。这样的装夹设备能保证固定首饰稳定不产生一丝位移，而且又不夹坏首饰，不遮挡刀具运行空间，大大扩大了自动加工雕刻面，无死角雕刻打磨。

由于采用独特结构的探头和控制算法，能感受到微米级别的空间位置变化，可精准控制刀头在首饰上加工均匀深度0.01-0.5毫米雕刻各类花纹。自动化程度高，已经实现规模化量产，有高品质率，加工出来标准统一。本发明方法节约了贵重金属和珠宝的材料成本，带来了意想不到的技术效果。

Claims (5)

1.一种平面首饰随形测量加工控制方法，其特征在于：包括

步骤1.按照标准首饰坯件外形尺寸，预先编写数控机床自动加工的坐标程序输入到数控机床电脑中；

步骤2. 以首饰表面为基准面，将首饰外形面分成XY轴网格面，控制加工机床的探头围绕首饰坯件自动逐点随形探测，得到首饰坯件需加工的外形面的空间坐标位置，并反馈到数控机床的电脑中；

具体采用五轴数控机床或三轴数控机床，以首饰表面为基准面，将首饰外形面分成XY轴网格面，标记每个网格点的坐标，通过探针自动逐点随形接触首饰坯件外形面；设置探头运行的控制程序，按照所述每个网格点划分成打点坐标去探测首饰，并记录每个点的偏差信息，反馈给数控机床；

步骤3. 将探测首饰坯件需加工的外形面空间坐标与标准首饰坯件外形空间坐标进行比对和计算，并通过探头的移动探测，采集机械偏差值和首饰装夹偏差值，通过累加计算，一起得到加工校准数据，并将所述加工校准数据自动补偿到预先自动加工的坐标参数中，得到数控机床的实际加工参数；

步骤4.启动数控机床刀头，按照所述实际加工参数，机床刀头始终沿首饰坯件实际外形加工，得到标准首饰坯件。

2.根据权利要求1所述一种平面首饰随形测量加工控制方法，其特征在于：步骤1中，还建立一个标准首饰坯件的模型，将首饰材料质地、长宽尺寸、圆弧尺寸、需雕刻位置参数预先存储在数控机床电脑中，与所述自动加工的坐标程序相匹配。

3.根据权利要求1或2所述一种平面首饰随形测量加工控制方法，其特征在于：数控机床的探头采用机械接触式探针，或者为激光非接触式探头；

所述机械接触式探针包括针头、弹性部件、压力传感器、数据传送装置，压力传感器电性连接所述数据传送装置，将针头接触的探测参数通过数据传送装置发送给数控机床的电脑；

所述激光非接触式探头包括激光发射器、采集器、数据传送装置，采集器电性连接所述数据传送装置，将采集器探测参数通过数据传送装置发送给数控机床的电脑。

4.根据权利要求1或2所述一种平面首饰随形测量加工控制方法，其特征在于：固定平面首饰的装夹设备采用外夹方式或者底部吸盘式进行装夹。

5.根据权利要求1或2所述一种平面首饰随形测量加工控制方法，其特征在于： 所述数控机床根据首饰种类、形状及表面加工要求，调用不同种类首饰的加工程序，并设置更换刀头的时间点和位置点。

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