CN1933937A - 一种宝石加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宝石加工方法，该方法无需对准宝石或加工件，可实现宝石加工件的快速更换和宝石加工工序的连贯性。该装置包括带有转动轴和校准结构的可转动支撑件。该校准结构精确地定位和对准可互换的磨削件，以使其加工面在预定的平面内转动，该预定平面相对于宝石的位置是固定的。

Description

一种宝石加工方法

发明的技术领域

【0001】本发明涉及宝石加工领域，特别是一种宝石加工方法，该方法无需对准宝石或加工件，可实现宝石加工件的快速更换和宝石加工工序的连贯性。

发明的技术背景

【0002】磨削和抛光是最常见的宝石加工(成形)操作。抛光或加工宝石有不同的途径，最常见的，是用一个高速旋转的金属加工件或磨光盘对宝石进行机械地抛光或加工。磨光盘是一个水平旋转的重型铸铁轮，其一个工作面渗透有油和金刚石粉。

【0003】为了最大限度地获得宝石的闪耀度，小平面必须尺寸准确，相互间的角度必须正确，并且其表面必须经过不规则度不超过几个纳米的精细抛光。为了实现该宝石加工目的，宝石需被安装到一个通过柄芯夹持的金刚石夹上，并与相应的加工件对准。宝石的对准程序能保证小平面的准确尺寸和正确角度。“宝石”一词包括钻石，其他贵重宝石和次贵重宝石。

【0004】Blondeel的欧洲专利No.0 299 692 B1教导：对于宝石抛光，磨光盘的轴向(垂直偏差)位置稳定性非常重要。钻石对垂直偏差尤其敏感。如果磨光盘的金刚石渗透表面的轴向偏差超过+/-0.005mm，被抛光的宝石(尤其是钻石)就可能破裂。Blondeel用磁悬浮和某些预定转动频率来稳定磨光盘。

【0005】随着在同一个磨光盘上抛光的钻石数量的增加，该磨光盘的金刚石渗透表面就会磨损。有时上面会出现小沟，这就必须更新磨光盘。为了更新，把磨光盘从抛光机上卸下，送去做所谓的维修。该金刚石渗透面会被去除，并形成具有和原磨光盘工作面相同平面度的新表面。新表面形成之后，必须对该磨光盘做平衡。操作一个15-18千克重的磨光盘不是个简单的过程。

【0006】并不是每一个更新过的磨光盘都适合抛光钻石。在很多情况下，磨光盘的金刚石渗透表面上形成了小沟。当这样的磨光盘被送去维修时，小沟不被完全去掉。因为用户不想浪费未使用的金刚石渗透部分，如果要完全去掉小沟，该部分也会被去掉，所以就采用了该做法。而是对磨光盘表面进行抛光。这样可以使表面光滑但不能去除那些较深的小沟。如果剩余的较深小沟造成更新的金刚石渗透表面平面度的差异超过+/-0.005mm，抛光加工就可能导致碎片和有缺陷的小平面。

【0007】当具有处理工序要求的相同或不同的金刚石粉粒度的更新的或另一磨光盘被安装到钻石加工机上时，该金刚石渗透面和原始的高度平面在不同的高度平面上。这就指出了一种需要：即对被抛光宝石进行对准。如果没有恰当的对准工序，抛光面角度就会变化，整个内反射条件将不存在。抛光过的宝石的闪耀度将受到负面影响。对准操作费时，并降低了机器的生产能力。

【0008】Neumann的美国专利No.5,503,592试图解决使用具有不同金刚石粉粒度的加工件的问题。Neumann公开了一种钻石加工装置，包括一个可转动的底座和两个宝石加工件，其中第一宝石加工件确定第一宝石加工面，该表面适于可拆卸地安装在底座上；第二宝石加工件确定第二宝石加工面，该表面与第一宝石加工面有不同的粒度。第二构件适于可拆卸地安装于底座上，与第一加工件同心，并具有高度调节装置使得第二加工面与第一加工面平面对准(校平)。第二构件的表面比第一构件的表面磨损快。而第二表面可以更换。根据本发明，这允许进行一系列的宝石加工操作包括在抛光过程中更换第二表面。而这种更换要求与被更换的表面对准，这通过调整第二加工件表面的高度实现。第一构件的更换以传统方式进行。

【0009】第二构件的表面高度调节必须精确到微米；否则，加工钻石是不可能的。实施这样的重新调整很困难或几乎不可能，因为第二构件的两面都被金刚石渗透，而且咬合面之间没有提供期望的平面接触。第一和第二面之间总是存在缝隙，这就使得这种方法在加工钻石和某些其它脆性宝石中是不可行的。

【00010】背景技术没有教导或暗示一种宝石加工和更换加工件的方法，而不需要对准宝石或新加工件的加工面。如果存在这样一种方法，钻石加工行业将受益。如果存在一种工具，能实现更换加工件而不需对准钻石或加工面的方法，钻石行业将更加受益。

发明概述

【00011】本发明提供了一种宝石加工方法，在宝石加工件更换或更替方面不需要任何维修和对准工序。

【00012】本发明的目的是提供一种宝石尤其是钻石的加工方法，能够更换宝石加工件并使宝石加工工序连贯，而不需要对准宝石或加工件。

【00013】本发明的另一目的是提供一种加工件的更换或替代，在宝石加工工序中无需对被加工宝石或加工件进行对准。

【00014】本发明的另一目的是提供一种可以在现有宝石加工机器上实施的宝石加工方法。

【00015】本发明的另一目的是提供一种宝石加工装置，便于使用该宝石加工方法。

【00016】按照本发明的教导，该宝石加工方法包括提供具有转动轴和校准结构的可转动支撑件。该校准结构用来确定垂直于转动轴的校准面。该方法还包括提供夹具结构用来将宝石保持在一个相对于校准面可调整的水平上，并把宝石装卡到夹具结构中。该方法还包括提供多个可互换的磨削件，每个磨削件都具有加工面，并且每个磨削件都可连接到可转动支撑件。

【00017】按照本发明的进一步教导，该方法包括把多个可更换磨削件中的第一磨削件连接到可转动支撑件上。连接之后，在使用第一磨削件之前对准夹具结构，把可调整水平设置到加工水平，并且在第一磨削件的加工面上加工宝石。

【00018】根据本发明的教导，该方法还包括：用多个可互换磨削件中的第二磨削件替换第一磨削件；把第二磨削件连接到可转动支撑件上，并且在将可调整水平保持在加工水平的同时在第二磨削件的加工面上加工宝石，无需在使用第二磨削件之前重复对准。

【00019】这里所用的“可转动支撑件”一词可以理解为具有转动轴和“校准结构”的支撑件。“校准结构”一词指可转动支撑件的结构，其精确地定位和对准磨削件以使其加工面在预定的平面内转动，该平面相对于宝石具有固定的位置。该预定平面可以是垂直于可转动支撑件转动轴的“校准平面”。

【00020】根据本发明的教导，该校准结构与任何特殊工具毫不相关。该校准结构可以是平面和圆柱面的组合，单一的面比如凸面、凹面或圆锥面和任何其它结构，保证磨削件的精确定位和对准，以使其加工面在预定的平面内转动。

【00021】根据本发明的教导，磨削件的加工面涂覆有磨料。该磨料是金刚石粉。该金刚石粉属于单个粒度级别，或磨削件不同的区域涂上不同粒度级别的金刚石粉。任选地，根据特别的宝石加工工序的需要，也可以把多个磨削件的每个涂上不同粒度级别的金刚石粉。

【00022】根据本发明的方法，当多个可互换磨削件中的任何一个被连接到可转动支撑件上时，加工面和校准平面之间的距离基本相同。根据一个举例性的实例，该可转动支撑件由单一材料组成。根据另一实例，该可转动支撑件可能由多于一种材料组成。

【00023】根据本发明的方法，可互换磨削件能够经由校准结构与可转动支撑件连接。

【00024】根据本发明的方法，该加工选自包括抛光和磨削在内的一组。

【00025】本发明提供了使用在现有传统的宝石加工机器中加工宝石的方法。它还实现并增强了宝石加工装置的结构，其特征在于它们专门适用于该方法。

【00026】当可互换磨削件的加工面磨损或变得无法使用，该磨削件就被简单地替换成另一磨削件。可互换磨削件的应用消除了对加工件维修的需要。

【00027】更换磨削件不改变加工面和校准平面之间的距离，不需要对准被加工的宝石或磨削件，这就缩短了加工宝石所需的时间，从而降低了宝石加工成本。

【00028】可转动支撑件可以这样构成，其用相似于安装传统磨光盘的方法安装在现有的宝石加工机器上。这使该宝石加工方法能够应用于现有的宝石加工设备上，而同时保留了以前作出的投资，并进一步降低了宝石加工成本。

【00029】即使考虑到可互换磨削件在应用上的处理，其成本仍然低于传统磨光盘的更新成本。这简化了材料的处理从而进一步降低了宝石加工成本。

附图的简要说明

【00030】通过对发明具体实施例的更详细说明，该发明的前述和其它目的、特点和优点会明显，这些实施例在附图中图示，在这些图中，相同的附图标记在所有不同的图中代表同一零件。这些图不必按比例绘制。重点放在说明发明原理上。

【00031】图1A，1B和1C说明了现有钻石加工方法的一些元件；

【00032】图2A-2D是对实现本发明宝石加工方法的实施工具实例的示意性说明；

【00033】图3是连接在作为本发明一部分的可转动支撑件上的磨削件的示意性说明，以及

【00034】图4是本发明宝石加工方法的示意性说明。

发明的详细描述

【00035】通过综述，在详细说明附图之前，应该认识到本发明举例性和非限定性的实施方式提供了一种宝石加工的方法。该发明还提供了实现本发明宝石加工方法的工具。

【00036】现参照图1，其说明了先前宝石加工方法的一些元件。图1A表示了轴型加工件或磨光盘100，可通过商业渠道从NOVEX公司，纽伦堡，90473德国和其他来源获得。扁平磨光盘112，如图1C所示，也存在。加工件100是一个水平转动的重型铸铁金属轮，带有一个转动轴102；转动轴102的一部分104适于把宝石加工机器和旋转运动源接合起来。加工件100还具有一个大的相对较厚的盘形部分108，其加工面110渗透有金刚石粉。

【00037】夹具结构116包括一个或多个装置，用于在相对于加工面110的一个特定的角度和高度上夹持宝石120。结构116可以包括金刚石夹122和柄芯124。夹具结构116可以是在水平面128上，沿箭头130所示方向往复运动的手动模块。结构116还可以是在平面128上往复移动宝石120的自动模块。

【00038】随着在同一个加工件(磨光盘)上抛光的宝石数量的增加，该加工件的金刚石渗透表面110就会磨损或变得不能使用。为了更新加工面110，把加工件100从宝石加工机器上卸下，送去做维修，即去除金刚石渗透面110，而用一个具有和原加工件表面110相同的特性和平面度的新表面110取代它(图1B)。由于维修处理，加工件100的圆柱部分108被去掉了一些厚度，所以加工面110’和加工面110不在同一个平面内工作。宝石120在不同的角度和高度处与加工面110’接触，与要求的小平面角度不符。这就指出了重新对准被加工宝石的需要。

【00039】当宝石加工工序需要的另一个具有相同或不同金刚石粉粒度的磨光盘被安装到钻石加工机上时，就会产生相似的对准宝石的需要。

【00040】本发明提供了一种宝石，特别是钻石的加工方法，能实现宝石加工件更换和宝石加工工序的连贯性，无需对准宝石或加工件。术语“加工”在本发明的上下文中包括对宝石，其他珍贵和次珍贵石头的抛光和磨削。

【00041】按照本发明的教导，该宝石加工方法包括提供(模块220，图4)带有支撑部分138、转动轴142和校准结构的可转动支撑件140(图2A)。该“校准结构”指可转动支撑件的一个结构，其精确地定位和对准磨削件160，以使其加工面162在预定的平面内转动，此预定平面相对于宝石的位置固定。该预定平面可以是“校准平面”，校准结构能用来确定一个垂直于可转动支撑件转动轴的校准平面148。

【00042】该校准结构与任何特殊工具毫不相关。在图2A所示的举例性实施例中，可转动支撑件140的平面146，圆柱部分144和转动轴142的组合提供了校准结构的功能。在另一举例性实施例(图2B)中，可转动支撑件150的平面152和支撑件150的突出156的圆柱部分154的组合提供了校准结构的功能。图2C表示了一个带有凸(凹)面172的可转动支撑件170，图2D表示转动轴182带有圆锥面184的部分。圆锥面184还可以有一个键或几个槽与磨削件180的互补部分进行咬合。表面172和184可以提供校准结构的功能。

【00043】该方法还包括提供夹具结构116(模块220)，该结构能够在相对于校准面148的可调整的水平上夹持宝石120，并把宝石120置入夹具结构116中。该方法还包括提供多个可互换的磨削件160。每个磨削件160都有加工面162并且每个磨削件160都能与可转动支撑件140连接。磨削件160的加工面162涂有磨料。优选的磨料是金刚石粉。任何金刚石粉的涂覆方法，如渗透，电镀或使用粘合材料都适用于表面162的涂覆。进一步说，为了在同一个加工面上进行所有的宝石加工工序，加工面162可包含具有不同金刚石粉粒度的部分。多个可互换磨削件中的每一个的加工面可以被涂上不同粒度的金刚石粉，这在某个特殊的宝石加工工序中可能被要求。

【00044】一般来说，尽管磨削件160的最简单形式是一个盘状件，但磨削件可具有不同的形式。表面162是具有高平面度的平的表面。如果磨削件停放在可转动支撑件140的平面146上，表面162的平面度就会尤其重要。典型地，磨削件160要有1mm到6mm的厚度。可转动支撑件提供必需的硬度以在加工宝石时保持加工面162平整。磨削件180(图2D)没有支撑，应该有足够的厚度以免在被加工宝石的压力下摇晃。

【00045】根据本发明的进一步教导，该方法包括(模块222，图4)把多个可互换磨削件中的第一磨削件160连接到可转动支撑件140，并将其保持在可转动支撑件140上。不同的保持机构可以用来将磨削件保持在可转动支撑件上。图2A表示了一个举例性实施例，在这里，分布在可转动支撑件140内的永磁体插件200保持磨削件160，在这种情况下，磨削件应该由铁磁材料制成。电磁插件可以取代永磁体插件200。可选择地，图2B中的螺母158a与螺纹158b咬合来保持磨削件160。图2D说明了一个相似的保持机构，这里螺母186a与螺纹186b咬合来保持磨削件180。而在图2C所示的另一个实例中，由真空泵178产生的真空通过转动接头176将磨削件172保持在可转动支撑件170上。

【00046】图3示意性地说明了磨削件160连接在可转动支撑件190上。真空泵178产生的真空通过转动接头176将磨削件160保持在可转动支撑件190上。

【00047】(模块224，图4)为了在连接操作之后、在使用第一磨削件160之前把可调整水平设置到加工水平，对准夹具结构。然后，就可以开始在第一磨削件160的加工面162上加工宝石120(模块226，图4)。

【00048】一般地，一个磨削件160足够加工许多宝石。但也可能有这样的情况，在特定的磨削件上加工了宝石的一个或多个小平面，该件被磨损而不能使用，或者宝石加工工序需要涂覆有不同粒度金刚石粉的磨削件。(模块228，图4)。按照本发明的教导，该方法还包括(模块232，图4)用多个可互换磨削件160中的第二磨削件更换第一磨削件160；把第二磨削件160连接到可转动支撑件140上，在第二磨削件160的加工面上加工宝石120，同时保持可调整水平在加工水平上。在使用第二磨削件之前，对准过程不用重复。

【00049】按照本发明的方法，对多个可互换磨削件中的每一个来说，当连接到可转动支撑件140时，加工面162和校准面148之间的距离基本相同，加工面162和校准面148可以一致。在任何情况下，校准面的垂直偏差不得超过+/-0.005mm。为了达到这一偏差，磨削件和可转动支撑件的制造都应该受到严格的过程控制。磨削件的制造会包括反复的磨削和热处理步骤，以得到期望的平面度，准确的尺寸并防止任何应力累积，应力的累积可能造成磨削件160弯曲从而丧失平面度。

【00050】可转动支撑件140，150和190的平面146，152和192(图3)可由同种单一材料组成。这简化了表面处理。在以前的技术方案中，如Neumann的美国专利No.5,503,592，磁性环和放置磁性环的钢支撑件都与第二构件表面直接接触。由于磁性环和其钢支撑件由不同材料制成，它们无法被磨成同样的表面质量和平面度。

【00051】图2A说明了本发明的可转动支撑件140的一个实例，其具有磁性或电磁性的插件200。然而，在永磁体插件200和磨削件160的任何面之间没有直接接触。磁性插件200被插在可转动支撑件140上开的槽里。在磁性插件200和磨削件160的下表面之间存在一材料层。这种永磁体插入方法为表面146提供了一种同种单一材料的结构，这样表面146的制造精度会更高，而成本会更低。应用永磁体或电磁体，磨削件就必须用铁磁材料。对于其它类型的保持机构，磨削件可由满足上述制造要求的非磁性材料或复合材料制成。

【00052】如前面所指出的，单一材料的结构简化了可转动支撑件的制造，使能够制造出符合方法要求的精确度更高的可转动支撑件。一般地，可转动支撑件可以包括不只一种材料。例如，真空口可以是插入件和表面172(图2C)和184(图2D)，其可具有由不同材料制成的键或插件(未示出)。

【00053】本发明提供了使用在现有的传统宝石加工机器中加工宝石的方法。图2A图示了可转动支撑件140的举例性形式，其具有相似于现有加工件100(图1A)的结构，加工件100包括适于与传统宝石加工机器的旋转运动源咬合的部分104。可转动支撑件140的这种结构允许将本发明的磨削件与传统的宝石加工机器一起使用。与传统加工件相似的可转动支撑件140的举例性形式只是以示范为目的选择的。因为是示范，可转动支撑件的其它结构和形状都是可能的。

【00054】本发明实现并增强了宝石加工装置的构造，其特征在于它们专门适合于使用本发明的宝石加工方法。在这样一种装置中，可转动支撑件永久地和宝石加工装置的旋转运动源咬合在一起，而且一般不会被替换或从装置上去掉。另外，该装置包括旋转运动源，宝石夹持件和对准装置。

【00055】本公开的宝石特别是钻石加工方法实现了宝石加工件更换和宝石加工工序的连续性，无需对准宝石或加工件。

【00056】磨削件的更换不会改变加工面到校准平面的距离，这个距离对多个可互换磨削件中的每一个来说(当它被连接到可转动支撑件时)都是基本相同的，不会引起对准被加工宝石或磨削件加工面的需要。这缩短了加工宝石所需的时间，并且还降低了宝石加工成本。

【00057】作为本发明一部分的磨削件不需要维修。当磨削件的加工面磨损了，它只是被更换。这就消除操纵一个重型加工件的需要，消除了对它的平衡和运送从而降低了宝石加工成本。

【00058】制造可互换的宝石磨削件的成本低于传统加工件(磨光盘)的维修成本。因此，磨削件用完后就可以处理掉。

【00059】可转动支撑件可以这样构成，即将它以相似于传统磨光盘的方式安装在现有宝石加工机器上。这使得该宝石加工方法能够应用于现有宝石加工设备，同时保留以前作出的投资，从而进一步降低了宝石加工成本。

【00060】虽然本发明已经被具体描述，但应该认识到，还可以做出各种不同的变化，替代和变更，而不偏离本发明由所附权利要求限定的精神和范围。

Claims (21)

1.一种宝石(120)加工方法，包括：带有转动轴(142)的可转动支撑件(140)和多个可互换的磨削件(160)，每个磨削件都具有加工面(162)，每个磨削件都能够和所述可转动支撑件(140)连接，其特征在于：所述可转动支撑件(140)具有能够确定校准平面(148)的校准结构，以使所述加工面(162)在预定的平面内转动，该预定平面相对于宝石(120)具有固定的位置；其中将多个所述可互换磨削件(160)中的一个磨削件更换成另一个不需要对准所述宝石(120)或所述磨削件(160)。

2.根据权利要求1所述的方法，特征在于：所述加工面(162)涂覆有金刚石粉。

3.根据权利要求1所述的方法，特征在于：所述多个可互换磨削件(160)中的每一个的加工面都涂覆有相同粒度的金刚石粉。

4.根据权利要求1所述的方法，特征在于：所述多个可互换磨削件(160)中至少一个的加工面涂覆有不同粒度的金刚石粉。

5.根据权利要求1所述的方法，特征在于：对于所述多个可互换磨削件(160)的每一个，当连接到所述可转动支撑件(140)时，所述加工面(162)相对于所述校准面(148)的位置基本相同。

6.根据权利要求1所述的方法，特征在于：所述可互换磨削件(160)中的每一个都能够经由所述校准结构连接到可转动支撑件(140)。

7.根据权利要求1所述的方法，特征在于：该加工过程选自包括抛光和磨削的一组。

8.一种加工宝石(120)的装置，包括：夹持宝石(120)的夹具(116)，带有转动轴(142)的可转动支撑件(140)和多个可互换磨削件(160)，每一个磨削件都具有加工面(162)，每一个磨削件都能够连接到所述可转动支撑件(140)上，其特征在于：所述可转动支撑件具有能够确定校准平面(148)的校准结构，以使所述加工面(162)在预定的平面内转动，该预定平面相对于宝石(120)具有固定的位置，并且其中将多个磨削件(160)中的一个磨削件更换成另一个不需要对准所述宝石(120)或所述磨削件(160)。

9.带有加工面(162)的多个可互换磨削件(160)，其通过连接到带有转动轴(142)的可转动支撑件(140)来加工宝石(120)，其特征在于：所述可转动支撑件(140)具有能够确定校准平面(148)的校准结构，并且所述磨削件基本相同，以使所述加工面(162)在预定平面内转动，该预定平面相对于宝石(120)具有固定的位置，并且其中将所述多个磨削件(160)中的一个磨削件更换成另一个不需要对准所述宝石(120)或所述磨削件(160)。

10.根据权利要求9所述的磨削件(160)，其特征在于：所述加工面(162)涂覆有一种粒度的金刚石粉。

11.根据权利要求9和10所述的磨削件(160)，其特征在于：所述加工面(162)涂覆有不同粒度的金刚石粉。

12.根据权利要求9所述的磨削件(160)，其特征在于：其由铁磁材料制成。

13.根据权利要求9所述的磨削件(160)，其特征在于：其由非磁性材料制成。

14.一种加工宝石(120)的方法，包括：

(a)提供带有转动轴(142)和校准结构的可转动支撑件(140)，其中所述校准结构能够确定垂直于所述转动轴(142)的校准平面(148)；

(b)提供夹具结构(116)，其能够在相对于所述校准平面(148)的可调整水平上夹持宝石(120)，并放置宝石(120)以夹持在所述夹具结构(116)中；

(c)提供多个可互换磨削件(160)，其中每一个磨削件都具有加工面(162)，每一个磨削件都能够连接到所述可转动支撑件(140)；

(d)把所述多个可互换磨削件中的第一磨削件(160)连接到所述可转动支撑件(140)上；

(e)在使用第一磨削件(160-1)之前，对准所述夹具结构(116)，以将所述可调整水平设置到加工水平；

(f)在所述第一磨削件(160-1)的加工面(162)上加工宝石(120)；

(g)用多个可互换磨削件中的第二磨削件(160-2)替换所述第一磨削件(160-1)连接到所述可转动支撑件(140)上；和

(h)在所述第二磨削件(160-2)的加工面(162)上加工宝石(120)，同时保持所述可调整水平在所述加工水平，并且在使用所述第二磨削件之前不用重复所述对准。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述加工面(162)涂覆有金刚石粉。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个磨削件(160)中的每一个的所述加工面都涂覆有相同粒度的金刚石粉。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个磨削件(160)中至少一个的所述加工面涂覆有不同粒度的金刚石粉。

18.根据权利要求14所述的方法，其中对于所述多个可互换磨削件(160)中的每一个，当被连接到所述可转动支撑件(140)时，从所述工作面(162)到所述校准平面(148)的距离基本相同。

19.根据权利要求14所述的方法，其中所述可转动支撑件(140)的平面(146)由单一材料构成。

20.根据权利要求14所述的方法，其中所述可互换磨削件(160)中的每一个都能够经由校准结构连接到所述可转动支撑件(140)。

21.根据权利要求14所述的方法，其中该加工选自包括抛光和磨削的一组。

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