CN1883878A - 天然钻石加工设备及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然钻石加工设备以及加工方法，所述设备包括机架、石坯定位机构、石坯旋转驱动机构、磨具驱动机构以及磨具移动机构。本发明由于采用了旋转磨盘来打磨转动的石坯，由公式P＝mv得出当质量不变时，速度越大，动量P越大；当两者反向旋转时，可以使摩擦产生的集中应力得到分散，减少所述石坯产生振动的幅度，避免产生的应力过于集中作用于石坯以致破裂，提高石坯圆柱边的圆柱度。同时依靠机械控制磨具与石坯接触的进给深度，能有效控制磨盘路径，准确控制磨具在石坯上的打磨量。采用以中心线旋转的圆形磨盘打磨石坯可解决现有技术中的石坯圆形边上留下裂痕和使石坯的旋转中心经常发生变化，因而打磨出来的钻石的圆柱面的圆柱度不高的问题；安装计算机测绘系统即可准确控制磨盘的进给深度和路径。

Description

天然钻石加工设备及加工方法

技术领域

本发明涉及一项天然钻石(以下简称钻石)的加工设备及加工方法，具体为一种俯视截面为圆形的天然钻石的圆柱面的加工设备及加工方法。

背景技术

采自于天然的未经打磨的钻石俗语称石坯，钻石成品按照外形分为圆形(Round，如图1所示，该种外形的钻石俯视截面为圆形，包括有圆柱面1，所述钻石圆柱面1的下部分大致为带有尖头11的多棱椎体形，所述钻石圆柱面1的上部分大致为带有平顶面12的多棱椎台形)、梨形(Pear)、心形(Heart)、椭圆形(Oval)等，钻石的外形由石坯的天然外形而定；其中圆形钻石在全世界天然钻石市场中最受欢迎，生产量最大。而圆形钻石的光亮面打磨加工按先后次序分为：圆柱面1(如图1所示)打磨、上下表面棱形打磨、平顶面打磨；钻石的各个棱形面与钻石的中心线的夹角要精确，这样才能使钻石对称及折射出来光最耀眼，由于钻石价格跟其重量成正比关系，还要准确控制打磨量，才能保证附加值达到最高。同时圆形边打磨直接影响以后各个棱面的加工质量，因此石坯的圆柱面的打磨工艺和设备是圆形钻石加工的关键，一直受到钻石行业重视。

头、计算机处理系统、数据传输线和显示器；所述摄像头、计算机处理系统和显示器通过所述数据传输线相连通讯；在所述石坯的正面安装的摄像头可以把摄录的图像传到计算机的储存设备里，再通过安装在计算机里的图像处理软件把石坯的图像放大，同时以石坯外形和最小打磨量的原则，绘画磨盘要打磨的轨迹线路图，显示器中可清楚显示控制磨盘打磨的情况。

4、根据权利要求3所述的天然钻石加工设备，其特征在于，所述磨具为一种磨盘。

5、根据权利要求4所述的天然钻石加工设备，其特征在于，所述磨具在磨具驱动机构的作用下绕所述磨具中心作旋转运动，方向与所述石坯旋转方向相反，打磨所述石坯圆柱面。

6、根据权利要求3或4所述的天然钻石加工设备，其特征在于，所述磨具还被驱动机构沿着垂直于石坯旋转中心线的方向运动，以便控制磨具与石坯接触的进给深度，有效控制磨盘路径，准确控制磨具在石坯上的打磨量。

7、根据权利要求6所述的天然钻石加工设备，其特征在于，在所述磨具的下方装有一个可以起到冷却所述磨具的作用的储水盒。

8、根据权利要求1或2所述的天然钻石加工设备，其特征在于，在所述机架上还设置有用以控制变频马达的开停和转速的磨具转速按钮和用以控制磨盘上下左右的位移量的磨盘控制按钮。

9、根据权利要求4所述的天然钻石加工设备，其特征在于，所述磨盘是圆形，面上镀附金刚砂。

本发明的另一个目的在于：提供一种打磨天然钻石圆柱边面的方法，可提高钻石的圆柱度，准确控制磨盘在石坯上的打磨量。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种天然钻石加工设备，包括机架、石坯定位机构、石坯旋转驱动机构、磨具驱动机构以及磨具移动机构；

所述石坯定位机构安装在所述机架上，所述石坯定位机构由左、右顶针组成，所述左顶针设置有孔位，钻石的尖头伸入所述孔位进行定位；

所述石坯旋转驱动机构包括主轴电机、从动轴、主轴皮带、两根从动轴皮带以及带螺纹从动轴；所述从动轴和带螺纹从动轴通过两根从动轴皮带与主轴连接；所述主轴电机带动从动轴运动；所述左顶针安装在主动轴上，所述右顶针安装在带螺纹从动轴上，两个可以调节左右顶针距离的调节螺母分别位于从动轴、带螺纹从动轴的外端；

所述调节螺母、从动轴、带螺纹从动轴、左右顶针以及石坯的中心线位于同一直线上；

所述磨具驱动机构包括磨盘电机、滚珠丝杆以及铁销；所述磨具安装在架滚珠丝杆上，在磨盘电机驱动下，磨具左右方向转动；

所述磨具移动机构包括调节板、电机以及滚珠丝杆；所述磨具驱动机构固定在调节板上，通过电机驱使滚珠丝杆转动，带动调节板以铁销为中心转动，从而带动磨盘上下移动；所述磨具的中心线与所述石坯旋转中心线平行。

所述设备还包括计算机测绘系统；所述计算机测绘系统包括摄像头、计算机处理系统、数据传输线和显示器；所述摄像头、计算机处理系统和显示器通过所述数据传输线相连通讯。

一种天然钻石圆柱面的加工方法，包括如下步骤：

1)把所述石坯放到左顶针和右顶针之间；

2)微调使石坯中心线与从动轴的旋转中心线重合；

3)通过两个调节螺母之间的距离，夹紧所述石坯；

4)在石坯的正面安装的摄像机把摄录的图像传到计算机的储存设备里；

5)通过安装在计算机里的图像处理软件把石坯的图像放大，

同时以石坯外形和最小打磨量的原则，绘画磨盘要打磨的轨迹线路图；

6)调节磨盘转速按钮和磨盘控制按钮，启动各自电机或者驱动机构使磨盘和石坯以方向相反旋转；

7)按照轨迹图控制磨盘移动以进行打磨加工，继续在显示器中观察打磨的整个过程都，保证打磨轨迹的准确性。

本发明由于采用了旋转磨盘来打磨转动的石坯，由公式P＝mv得出当质量不变时，速度越大，动量P越大；当磨具与石坯以一定速度相反方向旋转时，所以速度V的绝对值将是两者速度的绝对值之和；假定磨具不动，相对来说增大石坯旋转的速度，动量P就也随之变大因而更容易打磨石坯不均匀的表面。同时由力的相互作用可知，磨具和石坯接触表面会产生磨损，当两者反向旋转时，这样可以使摩擦产生的集中应力得到分散，减少所述石坯产生振动的幅度，避免产生的应力过于集中作用于石坯以致破裂，提高石坯圆柱边的圆柱度。同时依靠机械控制磨具与石坯接触的进给深度，能有效控制磨盘路径，准确控制磨具在石坯上的打磨量。采用以中心线旋转的圆形磨盘打磨石坯可解决现有技术中的石坯圆形边上留下裂痕和使石坯的旋转中心经常发生变化，因而打磨出来的钻石的圆柱面的圆柱度不高的问题；安装计算机测绘系统即可准确控制磨盘的进给深度和路径。

附图说明

图1为圆形钻石的外形示意图；

图2为现有技术中加工钻石的动作原理示意图；

图3为本发明所述钻石加工设备的工作原理简图；

图4为本发明天然钻石加工设备的结构示意图；

图5为本发明天然钻石加工设备的俯视示意图；

图6为本发明天然钻石加工设备的侧视示意图。

具体实施方式

如图3、4、5、6所示，为本发明所述天然钻石加工设备的结构示意图；图中各符号表示：R01计算机处理系统，用以对钻石加工过程所监测到的数据进行处理、R02磨盘转速按钮，用以控制变频马达的开停和转速、R03磨盘控制按钮，用以控制磨盘上下左右的位移量、R04储水盒，用以冷却所述磨具、R05磨盘，用以打磨钻石、R06调节螺母、R07数据传输线、R08调节螺母、R09从动轴、R10左顶针、R11摄像头、R12液晶显示器、R13右顶针、R14带螺纹从动轴、R15主轴、R16机壳、R17从动轴皮带、R18主轴皮带、R19主轴电机、R20石坯、R21电机、R22滚珠丝杆、R23铁销、R24调节板、R25电机、R26滚珠丝杆。

所述计算机处理系统R01，可用以对钻石加工过程所监测到的数据进行处理；磨盘转速按钮R02，可用以控制变频马达的开停和转速；磨盘控制按钮R03，用以控制磨盘上下左右的位移量；储水盒R04，用以冷却所述磨具；磨盘R05，用以打磨钻石。所述主轴电机R19可带动左顶针R10和右顶针R13转动，从而带动石坯转动；所述电机R21可带动磨盘R05转动；所述电机R25可通过滚珠丝杆R26调整调节板R24的位置，从而设定磨盘R05的打磨量。

本发明所述的一种天然钻石加工设备，包括机架、石坯定位机构、石坯旋转驱动机构、磨具驱动机构以及磨具移动机构，所述石坯定位机构安装在所述机架上，所述石坯定位机构由左、右顶针R10、R13组成，所述左顶针R10设置有孔位，钻石的尖头可伸入所述孔位进行定位；所述石坯旋转驱动机构包括主轴电机R19、从动轴R09、主轴皮带R18、两根从动轴皮带R17、带螺纹从动轴R14；所述从动轴R09和带螺纹从动轴R14通过两根从动轴皮带R17与主轴R15连接；所述主轴电机R19带动从动轴R09运动，所述左顶针R10安装在主动轴R09上，所述右顶针R11安装在从动轴R14上，通过调节螺母R06、R08分别位于从动轴R09、带螺纹从动轴R14的外端，可以调节左右顶针R10、R11的距离，以便夹紧或松脱所述石坯；所述调节螺母R06、R08，从动轴R09、带螺纹从动轴R14，左右顶针R10、R11以及石坯R20的中心线位于同一直线上；所述磨具驱动机构包括磨盘电机R21、滚珠丝杆R22、铁销R23；所述磨具R05也安装在架滚珠丝杆R22上，在电机R21驱动下使磨具R05左右方向转动；所述磨具移动机构包括调节板R24、电机R25、滚珠丝杆R26，所述磨具驱动机构固定在调节板R24上，通过电机R25驱使滚珠丝杆R26转动，带动调节板以铁销R23为中心转动，从而带动磨盘上下移动；所述磨具R05的中心线与所述石坯旋转中心线平行，所述磨具R05在磨具驱动机构的作用下绕所述磨具R05中心作旋转运动，方向与所述石坯旋转方向相反，打磨所述石坯圆柱面；所述磨具R05还被驱动机构沿着垂直于石坯旋转中心线的方向运动，以便控制磨具与石坯接触的进给深度，有效控制磨盘路径，准确控制磨具在石坯上的打磨量。在所述磨具R05的下方还装有一个储水盒R04，可以起到冷却所述磨具R05的作用。在所述机架上还装有磨具转速按钮R02、磨盘控制按钮R03，以便调节控制所述磨具R05的运动状态。

上述磨具R05为磨盘，是圆形且面上镀附金刚砂，根据实际情况磨盘可更换成粗金刚砂磨盘或细金刚砂磨盘。

如图4所示，因为天然钻石相当珍贵，为了精确控制天然钻石的打磨精度和打磨量，本发明所述加工设备还包括计算机测绘系统；该测绘系统具有绘图、图像处理和尺寸测量功能。所述计算机测绘系统包括摄像头R11、计算机处理系统R01、数据传输线R07和显示器R12。所述摄像头R11、计算机处理系统R01和显示器R12通过所述数据传输线R07相连通讯。在所述石坯的正面安装的摄像头R12可以把摄录的图像传到计算机的储存设备里，再通过安装在计算机里的图像处理软件把石坯的图像放大，同时以石坯外形和最小打磨量的原则，绘画磨盘要打磨的轨迹线路图，这样可以清楚观察和控制磨盘打磨的情况。

如图2所示，为本发明加工钻石的动作原理示意图。根据动力学和动量的原理，由公式P＝mv得出当质量不变时，速度越大，动量P越大；当磨具与石坯以一定速度相反方向旋转时，所以速度V的绝对值将是两者速度的绝对值之和；假定磨具不动，相对来说增大石坯旋转的速度，动量P就也随之变大因而更容易打磨石坯不均匀的表面。同时由力的相互作用可知，磨具和石坯接触表面会产生磨损，当两者反向旋转时，这样可以使摩擦产生的集中应力得到分散，减少所述石坯产生振动的幅度，避免产生的应力过于集中作用于石坯以致破裂，提高石坯圆柱边的圆柱度。同时依靠机械控制磨具与石坯接触的进给深度，能有效控制磨盘路径，准确控制磨具在石坯上的打磨量。

所述设备加工钻石圆柱面的步骤为：首先把所述石坯放到左顶针R11和右顶针R12之间，微调使石坯中心线与从动轴R13的旋转中心线重合，通过调节螺母R07和R09之间的距离，以此夹紧所述石坯。在石坯的正面安装的摄像机可以把摄录的图像传到计算机的储存设备里，再通过安装在计算机里的图像处理软件把石坯的图像放大，同时以石坯外形和最小打磨量的原则，绘画磨盘要打磨的轨迹线路图。调节磨盘转速按钮R02和磨盘控制按钮R03，启动各自电机或者驱动机构使磨盘和石坯以方向相反旋转，然后按照轨迹图控制磨盘移动以进行打磨加工，打磨的整个过程都可以在显示器中观察保证打磨轨迹的准确性。根据石坯外形轮廓，可分为粗打磨和精打磨。

本发明还有其他改变或者变形，如果本技术领域的技术人员依照本说明书所作的显而易见的、非实质性的改变均应落在本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种天然钻石加工设备，其特征在于，所述设备包括机架、石坯定位机构、石坯旋转驱动机构、磨具驱动机构以及磨具移动机构。

2、根据权利要求1所述的天然钻石加工设备，其特征在于，所述石坯定位机构安装在所述机架上，所述石坯定位机构由左、右顶针组成，所述左顶针设置有孔位，钻石的尖头伸入所述孔位进行定位；

所述石坯旋转驱动机构包括主轴电机、从动轴、主轴皮带、两根从动轴皮带以及带螺纹从动轴；所述从动轴和带螺纹从动轴通过两根从动轴皮带与主轴连接；所述主轴电机带动从动轴运动；所述左顶针安装在主动轴上，所述右顶针安装在带螺纹从动轴上，两个可以调节左右顶针距离的调节螺母分别位于从动轴、带螺纹从动轴的外端；

所述调节螺母、从动轴、带螺纹从动轴、左右顶针以及石坯的中心线位于同一直线上；

所述磨具驱动机构包括磨盘电机、滚珠丝杆以及铁销；所述磨具安装在架滚珠丝杆上，在磨具电机驱动下，磨具左右方向转动；

所述磨具移动机构包括调节板、电机以及滚珠丝杆；所述磨具驱动机构固定在调节板上，通过电机驱使滚珠丝杆转动，带动调节板以铁销为中心转动，从而带动磨具上下移动；所述磨具的中心线与所述石坯旋转中心线平行。

3、根据权利要求1或2所述的天然钻石加工设备，其特征在于，所述加工设备还包括计算机测绘系统；所述计算机测绘系统包括摄像头、计算机处理系统、数据传输线和显示器；所述摄像头、计算机处理系统和显示器通过所述数据传输线相连通讯；在所述石坯的正面安装的摄像头可以把摄录的图像传到计算机的储存设备里，再通过安装在计算机里的图像处理软件把石坯的图像放大，同时以石坯外形和最小打磨量的原则，绘画磨盘要打磨的轨迹线路图，显示器中可清楚显示控制磨盘打磨的情况。

4、根据权利要求3所述的天然钻石加工设备，其特征在于，所述磨具为一种磨盘。

5、根据权利要求4所述的天然钻石加工设备，其特征在于，所述磨具在磨具驱动机构的作用下绕所述磨具中心作旋转运动，方向与所述石坯旋转方向相反，打磨所述石坯圆柱面。

6、根据权利要求3或4所述的天然钻石加工设备，其特征在于，所述磨具还被驱动机构沿着垂直于石坯旋转中心线的方向运动，以便控制磨具与石坯接触的进给深度，有效控制磨盘路径，准确控制磨具在石坯上的打磨量。

7、根据权利要求6所述的天然钻石加工设备，其特征在于，在所述磨具的下方装有一个可以起到冷却所述磨具的作用的储水盒。

8、根据权利要求1或2所述的天然钻石加工设备，其特征在于，在所述机架上还设置有用以控制变频马达的开停和转速的磨具转速按钮和用以控制磨盘上下左右的位移量的磨盘控制按钮。

9、根据权利要求4所述的天然钻石加工设备，其特征在于，所述磨盘是圆形，面上镀附金刚砂。

10、

一种天然钻石圆柱面的加工方法，包括如下步骤：

1)把所述石坯放到左顶针和右顶针之间；

2)微调使石坯中心线与从动轴的旋转中心线重合；

3)通过两个调节螺母之间的距离，夹紧所述石坯；

4)在石坯的正面安装的摄像机把摄录的图像传到计算机的储存设备里；

5)通过安装在计算机里的图像处理软件把石坯的图像放大，同时以石坯外形和最小打磨量的原则，绘画磨盘要打磨的轨迹线路图；

6)调节磨盘转速按钮和磨盘控制按钮，启动各自电机或者驱动机构使磨盘和石坯以方向相反旋转；

7)按照轨迹图控制磨盘移动以进行打磨加工，继续在显示器中观察打磨的整个过程都，保证打磨轨迹的准确性。

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