一种刻面宝石激光加工设备的制作方法

本发明涉及一种宝石加工设备，尤其涉及一种刻面宝石激光加工设备，可应用于对刻面宝石的切割、打孔、雕琢等去料成型加工，也可以用于刻面宝石的刻字、防伪标记等再加工等技术领域。

背景技术：

经济的发展、财富的积累，使得人类对宝石类装饰品、工艺品的需求越来越强烈。宝石类中高端奢侈品市场越来越广阔的同时也要求生产工艺、生产方式、生产技术的不断革新，以提高宝石类产品的生产效率及生产质量。传统的宝石加工设备是使用刀具、磨具等对宝石进行加工，耗时较长，需要刀具、磨具等工具种类多且寿命短，加工过程中会产生较大噪音。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高加工效率和加工精度的刻面宝石激光加工设备。

本发明所采用的技术方案为：刻面宝石激光加工设备，包括机架、光纤脉冲激光发生装置、激光光路系统、宝石夹具、控制系统，所述四自由度承料杆包括竖直平面旋转分度装置、水平面旋转装置、伸缩杆、底部滑块，所述伸缩杆的下端连接有底部滑块，底部滑块与在机架上设置的滑槽滑移配置，所述伸缩杆的上端与水平旋转装置相连，所述水平旋转装置通过悬臂托盘与竖直平面旋转分度装置相连，所述竖直平面旋转分度装置安设在悬臂托盘的外端，所述竖直平面旋转分度装置的输出轴与宝石夹具相连，所述宝石夹具上的待加工宝石坯料与激光光路系统输出的激光相对设置，所述激光光路系统与光纤脉冲激光发生装置相连。

按上述技术方案，所述伸缩杆包括外套、内部升降丝杠，所述内部升降丝杠内套于外套中，在外套处配置有二级涡轮丝杠传动装置，所述二级涡轮丝杠传动装置包括涡轮蜗杆机构、所述涡轮蜗杆机构的蜗杆与驱动电机的输出轴相连，涡轮的内腔设有内螺纹结构，所述内部升降丝杠安设在涡轮的内部，两者螺纹连接。

按上述技术方案，所述水平面旋转装置包括箱体、涡轮蜗杆传动机构、传动轴，所述传动轴及涡轮蜗杆传动机构安设在箱体内，所述传动轴的下端与内部升降丝杠固定连接，上端与悬臂托盘相连，所述涡轮蜗杆传动机构包括涡轮、蜗杆，两者相啮合，蜗杆伸入箱体内并与传动轴垂直设置，蜗杆通过驱动电机驱动，所述传动轴内套于涡轮内，并通过键固定连接。

按上述技术方案，所述竖直平面旋转分度装置包括在悬臂托盘上设置的箱体、驱动电机、齿轮传动机构、输出轴，所述齿轮传动机构安设与箱体内，齿轮传动机构包括主动齿轮、从动齿轮，两者相啮合，驱动电机的输出轴与主动齿轮相连，从动齿轮通过键与输出轴相连，所述宝石夹具与输出轴相连，宝石坯料通过宝石夹具夹紧。

按上述技术方案，所述控制系统为plc控制装置。

按上述技术方案，在机架上还设有光纤耦合装置，所述光纤脉冲激光发生装置发出的脉冲激光通过光纤耦合装置与激光光路系统配合。

本发明所取得的有益效果为：

1、本发明使用高能激光束对宝石进行加工，通过调节四自由度承料杆竖直方向的伸长或缩短、水平面上旋转角度、竖直平面分度旋转角度、水平面移动等来实现对宝石夹具上的宝石胚料的全方位立体加工，以得到期望的三维几何形状，加工速度快，生产效率高，同时无须使用切割刀具、磨削磨具等，因而不用考虑刀具种类、换刀、刀具磨损、生产噪音等问题；

2、简化设计宝石承料装置，使设备操作简单便捷，缩小了设备整体体积，降低了物料体积与承料设备的整体比例，减小设备空行程，使加工的目的性更强；

3、本发明装配简单，拆卸方便，并通过电动控制，可以实现高精度加工。

附图说明

图1为本发明的三维结构图。

图2为四自由度承料杆的结构示意图。

图3为伸缩杆的结构图。

图4为水平面旋转装置的结构图。

图5为竖直面分度装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，本实施例提供了刻面宝石激光加工设备，包括机架1、光纤脉冲激光发生装置16、激光传导光纤15、光纤耦合装置13、激光光路系统11、宝石夹具8、控制系统14，所述四自由度承料杆7包括竖直平面旋转分度装置6、水平面旋转装置5、伸缩杆4、底部滑块3，所述伸缩杆4的下端连接有底部滑块3，底部滑块3与在机架上设置的滑槽2滑移配置，所述伸缩杆4的上端与水平旋转装置5相连，所述水平旋转装置5通过悬臂托盘26与竖直平面旋转分度装置6相连，所述竖直平面旋转分度装置6安设在悬臂托盘26的外端，所述竖直平面旋转分度装置6的输出轴与宝石夹具8相连，所述宝石夹具8上的待加工宝石坯料9与激光光路系统输出的激光10相对设置。

一定功率的光纤脉冲激光器16发出一定波长的持续脉冲激光，脉冲激光经激光传导光纤15及光纤耦合装置13后输出激光12，输出激光12进入激光光路系统11，经由激光光路系统11的准直、聚焦后能形成高能量激光光斑，聚焦光斑功率密度必须要大于待加工宝石的烧蚀阈值，聚焦光斑的直径与光路系统光学镜片焦距、材料种类有关外，还可以通过控制离焦量的大小来调节；激光束在水平面的扫描线轨迹通过激光光路系统11中的二维扫描振镜来调节。本发明通过控制底部滑块3在滑槽2中的移动量，从而顶部承载的宝石胚料向激光扫描路径方向靠近或偏移；通过伸缩杆竖直方向的伸缩，从而可以调节宝石胚料到激光束腰的竖直距离，即离焦量；通过对水平面旋转装置控制可以带动宝石夹具及宝石坯料整体做周转运动，与激光二维扫描线配合，从而可以对宝石材料进行旋转去料；通过对竖直平面旋转分度盘在竖直平面分度旋转角度的调节，配合水平面周转运动、激光二维扫描线轨迹，实现对宝石材料顶面的倒角、侧面的斜切，从而实现对夹具上宝石胚料的全方位立体加工成型。

如图3所示，所述伸缩杆包括箱体31、外套18、内部升降丝杠21，外套18的上端与箱体31相连，下端与底部滑块3相连，所述内部升降丝杠21内套于外套18中，在外套18内设有空腔27，其上端伸出箱体31外，并设有挡油环29，在箱体内设有二级涡轮丝杠传动装置，所述二级涡轮丝杠传动装置包括涡轮蜗杆机构、所述涡轮蜗杆机构的蜗杆28与驱动电机20的输出轴相连，涡轮30与蜗杆28相啮合，涡轮30的内腔设有内螺纹结构，所述内部升降丝杠21安设在涡轮30的内部，两者螺纹连接。驱动电机20将旋转运动和动力转换为内部升降丝杠21的升降运动和动力，从而带动内部升降丝杠21上部器件做升降运动，从而可以调节宝石胚料到激光束腰的竖直距离，即离焦量。通过对竖直平面旋转分度盘在竖直平面分度旋转角度的调节，配合上述水平面周转运动、激光二维扫描线轨迹，实现对宝石材料顶面的倒角、侧面的斜切。

如图4所示，所述水平面旋转装置包括箱体35、涡轮蜗杆传动机构、传动轴33，所述传动轴33及涡轮蜗杆传动机构安设在箱体35内，所述传动轴33的下端与内部升降丝杠21固定连接，上端与悬臂托盘26相连，所述涡轮蜗杆传动机构包括涡轮32、蜗杆36，两者相啮合，蜗杆36伸入箱体35内并与传动轴33垂直设置，蜗杆36通过驱动电机22驱动，所述传动轴33内套于涡轮32内，并通过键34固定连接。驱动电机22通过涡轮蜗杆传动机构将旋转及驱动力传递给传动轴33，从而驱动传动轴33的的悬臂托盘26做水平面上旋转运动。

如图5所示，所述竖直平面旋转分度装置包括在悬臂托盘16上设置的箱体37、驱动电机24、齿轮传动机构、输出轴36，所述齿轮传动机构安设与箱体37内，齿轮传动机构包括主动齿轮35、从动齿轮38，两者相啮合，驱动电机24的输出轴与主动齿轮35相连，从动齿轮38通过键36与输出轴39相连，所述宝石夹具8与输出轴39相连，宝石坯料9通过宝石夹具8夹紧。驱动电机24经由驱动齿轮35将分度旋转运动传递给从动齿轮38，从动齿轮38与轴39之间通过键36连接，从而驱动宝石夹具8及宝石胚料做分度旋转运动。托盘26位于宝石胚料9下部，用于承接被去除的材料。

所述控制系统为plc控制装置，plc控制装置控制驱动电机20、驱动电机22、驱动电机24以及光纤脉冲激光发生装置16，图中17为控制线路，本发明通过电动控制，可以实现高精度加工。