本實(shí)用新型涉及鉆石加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體是涉及一種鉆石研磨智能機(jī)器人。

背景技術(shù)：

加工成首飾的金剛石稱為鉆石。天然金剛石晶體的晶面上存在各種瑕疵，晶體內(nèi)部也會存在氣泡、裂紋、缺口以及其它瑕疵。用來加工成飾品的鉆坯，通過分解方案設(shè)計(jì)、分解(劈、鋸或激光切割)、車鉆(磨邊線)、粗磨(磨錐)、臺面和瓣面的研磨和拋光等工序之后才能成為鉆石成品-首飾鉆。

磨鉆(研磨和拋光)是鉆石加工中最為復(fù)雜，最為關(guān)鍵的工序。為了做到最大限度地展現(xiàn)鉆石的光學(xué)特性，現(xiàn)代的鉆石琢型設(shè)計(jì)為燦爛型琢型，主要指的是標(biāo)準(zhǔn)工的燦爛型圓鉆。光線通過該型成品鉆石的臺面和各個瓣面的反射和折射，能使鉆石的“出火”和光澤達(dá)到最佳程度，將鉆石晶體的天然美發(fā)揮得淋漓盡致。

燦爛型圓鉆的琢形由中部邊線、面部和底部組成。面部除了垂直于鉆石中心線的臺面之外還有32個瓣面成三圈排列，分別稱為小瓣(16個)、主瓣(8個)和星瓣(8個)。這三圈瓣面的幾何成型是三個不同錐角和不同面數(shù)的多等邊棱錐體。底部有24個瓣面成兩圈排列，分別稱為底小瓣(16個)和底主瓣(8個)。這兩圈瓣面的幾何成型也是兩個不同錐角和不同面數(shù)的棱錐體。底主瓣最后都匯聚到一點(diǎn)，稱為成品鉆石的底尖。

磨鉆工序就是要完美實(shí)現(xiàn)上述的琢形。本實(shí)用新型的機(jī)器的夾具能調(diào)節(jié)出不同的傾角，并能繞自身的軸線自動分度，按工藝程序精確磨出成品鉆的57個面。成品鉆的成型問題解決之后，關(guān)鍵便是提高磨鉆的生產(chǎn)效率。磨鉆的效率可以用磨鉆強(qiáng)度來描述，即單位時間內(nèi)的鉆坯表層去除量。

影響磨削強(qiáng)度的因素主要是如下四個：1，磨盤轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速越高，鉆石的磨削強(qiáng)度越大；2，單位壓力加大鉆石和磨盤接觸帶的壓力會增加鉆石的磨削量，但單位壓力過大會很快把鉆石微粉刮掉，并加快磨盤的磨損，甚至使鉆石破裂；3，鉆石微粉在磨盤工作面的涂布鉆石微粉微粒規(guī)格加大磨削強(qiáng)度增大，但光潔度會變差，微粉涂布密度在一定范圍內(nèi)磨鉆效率最高，這方面已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；4，磨削的取向。

為此，針對上述四個因素中的第一個，我們在配套本實(shí)用新型的臺式鉆石磨機(jī)中已將磨盤轉(zhuǎn)速大幅度提高。這是通過精細(xì)的動平衡技術(shù)和變頻驅(qū)動技術(shù)達(dá)到的。對于第三個因素，我們已掌握最佳的鉆石微粉粒度以及在磨盤工作面上的涂布密度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型將對第二、四兩個因素，即磨鉆時的單位面積壓力和磨削取向兩方面實(shí)施智能化解決方案。

鉆石的晶體結(jié)構(gòu)造成其硬度的各向異性。磨削時須找到面網(wǎng)的所在位置，并把鉆石沿硬度最小的方向定位，才能產(chǎn)生最高的磨削強(qiáng)度。本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動取向裝置在不斷的改變方向的過程中智能判斷最佳取向，給予定位。而且在磨削過程中通過一套自動改變彈簧拉力的機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)磨削壓力，並通過智能判斷產(chǎn)生出工件對磨盤的最佳壓力值。

因而，本實(shí)用新型旨在完美解決成品鉆的磨削琢形精確度、磨削表面質(zhì)量、及磨削的生產(chǎn)效率問題，以求達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供的一種能顯著提高生產(chǎn)效率，而且質(zhì)量可靠的鉆石研磨智能機(jī)器人。

本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)解決方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：一種鉆石研磨智能機(jī)器人，其特征在于，它包括底座、懸臂組件、工作頭組件和控制組件，底座上設(shè)置有研磨壓力控制裝置，懸臂組件設(shè)置有升降運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)裝置，工作頭組件設(shè)置有鉆石底面研磨角度調(diào)整裝置；控制組件設(shè)置有主控制器，連接驅(qū)動研磨壓力控制裝置、升降運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)裝置，結(jié)合電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動分度擺角、自動調(diào)整研磨壓力、自動尋找鉆石最佳研磨方向，整個工作循環(huán)自動完成。

作為上述方案的進(jìn)一步說明，所述研磨壓力控制裝置包括電機(jī)安裝座、步進(jìn)電機(jī)、偏心輪、拉伸彈簧、彈簧調(diào)節(jié)螺栓、平行桿、平行桿固定座，平行桿的一端與平行桿固定座鉸接，電機(jī)安裝座固定于底座上，步進(jìn)電機(jī)固定于電機(jī)安裝座上，偏心輪連接于步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上，拉伸彈簧的一端與偏心輪連接，另一端通過彈簧調(diào)節(jié)螺栓與平行桿的另一端連接；懸臂組件中設(shè)置有平面推力軸承與平行桿頂壓配合。

進(jìn)一步地，升降運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)裝置包括步進(jìn)電機(jī)、連接電機(jī)齒輪、內(nèi)螺紋齒輪、升降絲桿芯軸、升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱、導(dǎo)套立柱、導(dǎo)套，步進(jìn)電機(jī)固定于懸臂組件上，連接電機(jī)齒輪固定于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上，升降絲桿芯軸通過內(nèi)螺紋齒輪與連接電機(jī)齒輪嚙合傳動，升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱套設(shè)于升降絲桿芯軸外；導(dǎo)套立柱立向設(shè)置在底座上，導(dǎo)套設(shè)置在導(dǎo)套立柱內(nèi)，升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱連同升降絲桿芯軸插入導(dǎo)套的中間孔，在升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間設(shè)置有滾珠套，在升降絲桿芯軸的下部沿軸向方向設(shè)置有定位槽，升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱的側(cè)部設(shè)置有定位槽對應(yīng)的升降絲桿芯柱限位銷，限制升降絲桿芯柱的上下移動的行程。

所述升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱的上部設(shè)置有翻邊，翻邊與懸臂組件連接固定，在翻邊的下方套設(shè)有偏心軸導(dǎo)向固定座，偏心軸導(dǎo)向固定座的端部設(shè)置有偏心軸導(dǎo)輪，偏心軸導(dǎo)輪的外側(cè)設(shè)置有與其對應(yīng)的立向設(shè)置的偏心軸，該偏心軸的下方連接有驅(qū)動其轉(zhuǎn)動的行星電機(jī)裝置，行星電機(jī)裝置的下方連接有電機(jī)安裝立柱連接支撐于底座上。

所述行星電機(jī)裝置包括行星電機(jī)和與行星電機(jī)連接的行星電機(jī)減速器，偏心軸連接于行星電機(jī)減速器的輸出端。

進(jìn)一步地，工作頭組件包括夾頭組件及其上設(shè)置的微測頭千分尺、固定座、連接座和微測頭千分尺頂座，固定座與懸臂組件連接固定，連接座與固定座鉸接，固定座與夾頭組件連接固定，微測頭千分尺鉸接于連接座上，微測頭千分尺頂座固定于夾頭組件上，微測頭千分尺的端部與微測頭千分尺頂座活動頂壓配合。

本實(shí)用新型采用上述技術(shù)解決方案所能達(dá)到的有益效果是：

1、本實(shí)用新型采用機(jī)動5軸+人工2軸結(jié)合自主開發(fā)的操作軟件實(shí)現(xiàn)自動分度擺角、自動調(diào)整研磨壓力、自動尋找鉆石最佳研磨方向，其中機(jī)動5軸包括：1軸)控制研磨壓力大小(最小1g最大可達(dá)1800g)；2軸)控制加工過程中的水平擺動；3軸)控制加工過程中的升降；4軸)選擇研磨方向；5軸)控制加工鉆石分度，人工調(diào)節(jié)的2軸包括：1軸)翻轉(zhuǎn)機(jī)械臂，以方便安裝、觀察工件；2軸)調(diào)節(jié)鉆石加工底面角度。整個工作循環(huán)自動完成，因而可實(shí)現(xiàn)一人看管多機(jī)，試驗(yàn)證明本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)鉆石研磨工藝實(shí)現(xiàn)智能自動化，顯著提高了生產(chǎn)效率，而且質(zhì)量可靠。

2、本實(shí)用新型為達(dá)到工藝的最優(yōu)化，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)有研磨壓力控制裝置、自動水平調(diào)整裝置、直線運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)裝置、鉆石底面研磨角度調(diào)整裝置，使其結(jié)合電氣、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動分度擺角、自動調(diào)整研磨壓力、自動尋找鉆石最佳研磨方向，整個工作循環(huán)自動完成。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的研磨壓力控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型的懸臂組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的工作臺組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型的升降運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實(shí)用新型的鉆石底面研磨角度調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：1、底座 2、懸臂組件 3、工作頭組件 3-1、夾頭組件 3-2、微測頭千分尺 3-3、固定座 3-4、連接座 3-5、微測頭千分尺頂座 4、控制組件 5、研磨壓力控制裝置 5-1、電機(jī)安裝座5-2、步進(jìn)電機(jī) 5-3、偏心輪 5-4、拉伸彈簧 5-5、彈簧調(diào)節(jié)螺栓 5-6、平行桿 5-7、平行桿固定座 6、升降運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)裝置 6-1、步進(jìn)電機(jī)6-2、連接電機(jī)齒輪 6-3、內(nèi)螺紋齒輪 6-4、升降絲桿芯軸 6-41、定位槽 6-42、翻邊 6-5、升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱 6-6、導(dǎo)套立柱 6-7、導(dǎo)套 6-8、滾珠套 6-9、升降絲桿芯柱限位銷 7、鉆石底面研磨角度調(diào)整裝置7-1、夾頭組件 7-2、微測頭千分尺 7-3、固定座 7-4、連接座 7-5、微測頭千分尺頂座 8、偏心軸導(dǎo)向固定座 9、偏心軸導(dǎo)輪 10、偏心軸11、行星電機(jī)裝置 11-1、行星電機(jī) 11-2、行星電機(jī)減速器 12、電機(jī)安裝立柱。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對本技術(shù)方案作詳細(xì)的描述。

如圖1-圖6所示，本實(shí)用新型是一種鉆石研磨智能機(jī)器人，它包括底座1、懸臂組件2、工作頭組件3和控制組件4，底座1上設(shè)置有研磨壓力控制裝置5，懸臂組件2設(shè)置有升降運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)裝置6，工作頭組件3設(shè)置有鉆石底面研磨角度調(diào)整裝置7；控制組件設(shè)置有主控制器，連接驅(qū)動研磨壓力控制裝置、升降運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)裝置，結(jié)合電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動分度擺角、自動調(diào)整研磨壓力、自動尋找鉆石最佳研磨方向，整個工作循環(huán)自動完成。

進(jìn)一步地，研磨壓力控制裝置5包括電機(jī)安裝座5-1、步進(jìn)電機(jī)5-2、偏心輪5-3、拉伸彈簧5-4、彈簧調(diào)節(jié)螺栓5-5、平行桿5-6、平行桿固定座5-7，平行桿的一端與平行桿固定座鉸接，電機(jī)安裝座固定于底座上，步進(jìn)電機(jī)固定于電機(jī)安裝座上，偏心輪連接于步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上，拉伸彈簧的一端與偏心輪連接，另一端通過彈簧調(diào)節(jié)螺栓與平行桿的另一端連接；懸臂組件中設(shè)置有平面推力軸承與平行桿頂壓配合；利用彈簧拉力來抵消機(jī)構(gòu)一部分的自身重力，將抵消后的剩余重力作為研磨壓力，通過步進(jìn)電機(jī)連接偏心輪控制彈簧拉伸長度實(shí)現(xiàn)研磨壓力的調(diào)整。

升降運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)裝置6包括步進(jìn)電機(jī)6-1、連接電機(jī)齒輪6-2、內(nèi)螺紋齒輪6-3、升降絲桿芯軸6-4、升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱6-5、導(dǎo)套立柱6-6、導(dǎo)套6-7，步進(jìn)電機(jī)固定于懸臂組件上，連接電機(jī)齒輪固定于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上，升降絲桿芯軸通過內(nèi)螺紋齒輪與連接電機(jī)齒輪嚙合傳動，升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱套設(shè)于升降絲桿芯軸外；導(dǎo)套立柱立向設(shè)置在底座上，導(dǎo)套設(shè)置在導(dǎo)套立柱內(nèi)，升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱連同升降絲桿芯軸插入導(dǎo)套的中間孔，在升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間設(shè)置有滾珠套6-8，在升降絲桿芯軸的下部沿軸向方向設(shè)置有定位槽6-41，升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱的側(cè)部設(shè)置有定位槽對應(yīng)的升降絲桿芯柱限位銷6-9，限制升降絲桿芯柱的上下移動的行程；利用導(dǎo)套、滾珠套、升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱結(jié)合步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，能滿足機(jī)構(gòu)的升降運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的順暢及耐磨要求。進(jìn)一步地，所述升降旋轉(zhuǎn)導(dǎo)柱的上部設(shè)置有翻邊6-42，翻邊與懸臂組件連接固定，在翻邊的下方套設(shè)有偏心軸導(dǎo)向固定座8，偏心軸導(dǎo)向固定座的端部設(shè)置有偏心軸導(dǎo)輪9，偏心軸導(dǎo)輪的外側(cè)設(shè)置有與其對應(yīng)的立向設(shè)置的偏心軸10，該偏心軸的下方連接有驅(qū)動其轉(zhuǎn)動的行星電機(jī)裝置11，行星電機(jī)裝置的下方連接有電機(jī)安裝立柱12連接支撐于底座上。行星電機(jī)裝置11包括行星電機(jī)11-1和與行星電機(jī)連接的行星電機(jī)減速器11-2，偏心軸連接于行星電機(jī)減速器的輸出端。

進(jìn)一步地，鉆石底面研磨角度調(diào)整裝置7包括夾頭組件7-1及其上設(shè)置的微測頭千分尺7-2、固定座7-3、連接座7-4和微測頭千分尺頂座7-5，固定座與懸臂組件連接固定，連接座與固定座鉸接，固定座與夾頭組件連接固定，微測頭千分尺鉸接于連接座上，微測頭千分尺頂座固定于夾頭組件上，微測頭千分尺的端部與微測頭千分尺頂座活動頂壓配合；利用三角函數(shù)原理，以1個銳角交點(diǎn)作為旋轉(zhuǎn)中心，通過微測頭千分尺調(diào)整銳角對邊長度控制研磨角度。

經(jīng)試驗(yàn)，以下為本技術(shù)方案實(shí)施后能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，1、整機(jī)設(shè)計(jì)：主要分為機(jī)械機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)兩個部分。

2、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：本實(shí)用新型的整機(jī)械設(shè)計(jì)如附圖(圖1～圖4)所示。該機(jī)器用智能機(jī)動5軸+人工2軸結(jié)合自主開發(fā)的操作軟件實(shí)現(xiàn)智能自動化。其中機(jī)動5軸包括：1軸)控制研磨壓力大小(最小1g最大可達(dá)1800g)；2軸)控制加工過程中的水平擺動；3軸)控制加工過程中的升降；4軸)選擇研磨方向；5軸)控制加工鉆石分度，人工調(diào)節(jié)的2軸包括：1軸)翻轉(zhuǎn)機(jī)械臂，以方便安裝、觀察工件；2軸)調(diào)節(jié)鉆石加工底面角度。為達(dá)到工藝的最優(yōu)化，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)有研磨壓力控制裝置、自動水平調(diào)整裝置、直線運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)裝置、鉆石底面研磨角度調(diào)整裝置，使其結(jié)合電氣、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動分度擺角、自動調(diào)整研磨壓力、自動尋找鉆石最佳研磨方向，整個工作循環(huán)自動完成。

3、研磨壓力控制裝置原理：利用彈簧拉力來抵消機(jī)構(gòu)一部分的自身重力，將抵消后的剩余重力作為研磨壓力，通過步進(jìn)電機(jī)連接偏心輪控制彈簧拉伸長度實(shí)現(xiàn)研磨壓力的調(diào)整。

4、升降運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)裝置：該機(jī)構(gòu)由于偏向力的影響采用常用的導(dǎo)套配導(dǎo)柱或含油軸承導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)無法保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動的順暢及耐磨要求。從而在設(shè)計(jì)上作調(diào)整，利用高精密導(dǎo)套、滾珠套、導(dǎo)柱結(jié)合電機(jī)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，經(jīng)試驗(yàn)證明該方案能滿足機(jī)構(gòu)的升降運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的順暢及耐磨要求。但對零件加工要求非常嚴(yán)謹(jǐn)。對導(dǎo)套、滾珠套126個滾珠、導(dǎo)柱的直徑及圓度要求0.005mm以內(nèi)，硬度要求HRC60以上，表面粗糙度Ra0.8以上。

5、鉆石底面研磨角度調(diào)整裝置：利用三角函數(shù)原理，以1個銳角交點(diǎn)作為旋轉(zhuǎn)中心，通過微測頭千分尺調(diào)整銳角對邊長度控制研磨角度。

6、自動水平調(diào)整裝置：利用步進(jìn)電機(jī)配合絲桿轉(zhuǎn)動，通過系統(tǒng)讀取絲桿運(yùn)動長度分別找出各點(diǎn)到磨盤面的相對水平位置，達(dá)到磨削初始位置。

以上所述的僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。