多功能首饰雕刻机.pdf

本发明是一种用于首饰的雕刻设备的多功能首饰雕刻机，其具有底座，底座上方固定有机壳，机壳内部设置有X、Y、Z三个雕刻轴系，底座的中部设置有两个立板，立板将雕刻轴系间隔，夹刀架则与Y雕刻轴系连接，Y雕刻轴系分别控制雕刻刀的前后移动，Z雕刻轴系则控制上下位移，与X雕刻轴系或Y雕刻轴系连接。本发明采取立板间隔的结构方式，使得首饰的支撑固定和雕刻刀的控制，从两个方向进行，可以很方便地从多个角度对首饰的各个部位进行雕刻。

1、  一种多功能首饰雕刻机，其具有底座，底座固定有机壳，机壳内部设置有X、Y、Z三个雕刻轴系，每个轴系有与之连接的电机进行驱动，其特征在于底座的中部设置有两个立板，立板将雕刻轴系间隔，其中一个立板的内侧设置卡盘，X雕刻轴系连接卡盘，卡盘上部设置有沿着圆形轴心均匀分布的两个以上的卡爪，卡爪用于固定所雕刻的首饰，另一个立板具有竖向设置的立孔，雕刻刀从该立孔中伸出，对卡爪固定的首饰内壁进行雕刻，雕刻刀固定于刀杆上，从另一个立板的中部伸出，刀杆则与Y雕刻轴系连接，Y雕刻轴系分别控制雕刻刀的前后移动，Z雕刻轴系则控制上下位移，与X雕刻轴系或Y雕刻轴系连接。

2、  如权利要求1所述的多功能首饰雕刻机，其特征在于X雕刻轴系包括有卡盘、X轴电机、蜗轮、蜗杆及卡爪，X轴电机连接蜗杆，蜗杆带动蜗轮及卡盘旋转，卡盘上设置有卡爪，卡爪的内端面和/或外端面具有柔性的垫层。

3、  如权利要求1所述的多功能首饰雕刻机，其特征在于Y雕刻轴系包括有Y轴电机、滑座和丝杆，Y轴电机伸出丝杆，丝杆穿透滑座，与丝杆咬合，滑座则与刀杆固定在一起。

4、  如权利要求1所述的多功能首饰雕刻机，其特征在于Z雕刻轴系包括有Z轴电机、蜗轮和丝杆，Z轴电机通过丝杆带动蜗轮旋转，蜗轮则与其他部件咬合。

5、  如权利要求1所述的多功能首饰雕刻机，其特征在于所述的用于首饰的雕刻设备，Z雕刻轴系与Y雕刻轴系位于同一立板后，一支撑架支撑Y雕刻轴系，该支撑架为上下两层的中空结构，中间具有支撑板，Y雕刻轴系设置于支撑架的上层结构中，Y雕刻轴系的滑座固定于支撑板上，Z雕刻轴系设置于支撑架下层结构中。

6、  如权利要求5所述的多功能首饰雕刻机，其特征在于上述的方式中，Z轴电机设置于Z雕刻轴系的下部，其向上伸出丝杆，丝杆与蜗轮配合，蜗轮与支撑架的侧壁咬合，或者蜗轮与支撑架固定在一起；或者Z轴电机可固定于支撑板的下部，丝杆和蜗轮位于Z轴电机的下方，蜗轮与支撑架的侧壁咬合来达到控制Y雕刻轴系上下运动的目地。

7、  如权利要求1所述的多功能首饰雕刻机，其特征在于其中一立板设置于滑轨上，以能够调整两个立板之间的间距，即，底座上固定有滑轨，一立板的下部具有滑槽，滑槽与滑轨配合。

8、  如权利要求1所述的多功能首饰雕刻机，其特征在于两个立板之间，设置有平面夹座，平面夹座可固定进行平面雕刻的首饰，其上设置夹持件或凹陷部位。

9、  如权利要求1所述的多功能首饰雕刻机，其特征在于该用于首饰的雕刻设备，还设置有平面电机，平面电机连接有蜗杆及平面蜗轮，平面蜗轮通过直齿轮及齿条驱动横向滑板，横向滑板带动平面夹座进行平面运动。

10、  如权利要求1所述的多功能首饰雕刻机，其特征在于该用于首饰的雕刻设备，还设置有曲面电机，曲面电机通过曲面丝杆连接支撑架，控制支撑架带动其所固定器件进行曲面运动。

多功能首饰雕刻机
技术领域
本发明设计雕刻设备，确切地说是一种用于首饰雕刻的设备，该设备能对首饰的多个面进行雕刻。
背景技术
首饰，作为一种装饰品，随着人们生活水平的提高，越来越受到大家的喜爱，因此首饰雕刻，作为一种需要就称为首饰加工的必要手段。
对于首饰上单纯的文字雕刻，自古有之，以前主要是贵族、皇室或者是财主持有，其制作是通过手工来进行的，随着人们生活水平的提高，对首饰的需要不再局限于小部分人群，而是广大群众，人们的需求和工业化的发展，使得首饰加工的工业化称为可能，因此人们设计了简单是雕刻机械，即采用摇轮带队雕刻刀，进行雕刻，这种方式由于太过于简单，只能加工简单的图案和文字，对于复杂的图案，仍然需要手工进行，所以具有复杂图案的首饰，往往由于加工工艺复杂、成本特别高，大多为皇室或贵族所拥有，难以为普通消费者所接受。
尤其对于戒指等环行的首饰，其雕刻的时候并不是在平面上进行，而是在弧形界面上进行雕刻，特别是对于内缘，现在的雕刻设备是无法达到的。
为此，发明人曾经设计了一种对首饰内缘进行雕刻的设备，该设备将首饰，特别是戒指类物品从外缘夹持住，同时设置三个雕刻轴，从同一侧面伸出，对首饰的内缘进行雕刻。该设备在电脑的控制下能够对戒指类首饰的内缘进行雕刻，而且进行多种图案、文字的雕刻，与手动雕刻相比大大提高了雕刻效率和精度，然而该雕刻机仅仅是对首饰的内缘进行雕刻，由于其对首饰的外缘进行夹持，无法对戒指外缘进行雕刻，雕刻的方式过于单一。
而且所夹持首饰面是暴露在外部，雕刻过程中产生的金属微粒会到处溅落，不具有环保效果，还会对操作者产生不利影响，同时首饰大部分是由贵重金属材料制作，而这种雕刻方式对雕刻所产生的材料粉末无法收集利用，也造成资源上的浪费。
发明内容
基于此，本发明的目地是提供一种能够对戒指等首饰的内缘、外缘及平面进行雕刻的多功能雕刻机。
本发明的思路是：
将雕刻轴系设置于雕刻面的同一方向，虽然便于雕刻，但是也局限了雕刻的角度和方向，因此，将雕刻轴系分开放置，根据其所雕刻的需求和移动方向进行有效地结合，可全方位地对首饰进行雕刻。
基于此，本发明是的具体实现方法是：
一种多功能首饰雕刻机，其具有底座，底座固定有机壳，机壳内部设置有X、Y、Z三个雕刻轴系，每个轴系有与之连接的电机进行驱动，其特征在于底座的中部设置有两个立板，立板将雕刻轴系间隔，其中一个立板的内侧设置卡盘，X雕刻轴系连接卡盘，卡盘上部设置有沿着圆形轴心均匀分布的两个以上的卡爪，卡爪用于固定所雕刻的首饰，另一个立板具有竖向设置的立孔，雕刻刀从该立孔中伸出，对卡爪固定的首饰内壁进行雕刻，雕刻刀固定于刀杆上，从另一个立板的中部伸出，刀杆则与Y雕刻轴系连接，Y雕刻轴系分别控制雕刻刀的前后移动，Z雕刻轴系则控制上下位移，与X雕刻轴系或Y雕刻轴系连接。
其中，X雕刻轴系包括有卡盘、X轴电机、蜗轮、蜗杆及卡爪，X轴电机连接蜗杆，蜗杆带动蜗轮及卡盘旋转，卡盘上设置有卡爪，卡爪用于固定所雕刻之首饰。
卡爪的内端面和/或外端面具有柔性的垫层，以在雕刻时候保护所雕刻的首饰与卡盘接触面。
Y雕刻轴系包括有Y轴电机、滑座和丝杆，Y轴电机伸出丝杆，丝杆穿透滑座，与丝杆咬合，滑座则与刀杆固定在一起，Y轴电机在丝杆的作用下，带动刀杆前后运动。
Z雕刻轴系包括有Z轴电机、蜗轮和丝杆，Z轴电机通过丝杆带动蜗轮旋转，蜗轮则与卡盘或者支撑滑座的支撑架咬合，以达到控制其上下移动的目地。在其他的方式中，Z雕刻轴系也可只具有Z轴电机和丝杆，由丝杆直接带动其所推动的器件。
所述的多功能首饰雕刻机，其Z雕刻轴系可设置于X雕刻轴系或Y雕刻轴系的任意一侧，当其与X雕刻轴系位于同一侧时，Z雕刻轴系的蜗轮可直接与卡盘进行咬合，比较好的结合方式是将Z雕刻轴系与Y雕刻轴系结合起来，即Z雕刻轴系与Y雕刻轴系位于同一立板后，此时，设计一支撑架，用以支撑Y雕刻轴系，该支撑架为上下两层的中空结构，中间具有支撑板，Y雕刻轴系设置于支撑架的上层结构中，Y雕刻轴系的滑座固定于支撑板上，Z雕刻轴系设置于支撑架下层结构中。
上述的方式中，Z轴电机设置于Z雕刻轴系的下部，其向上伸出丝杆，丝杆与蜗轮配合，蜗轮与支撑架的侧壁咬合，或者蜗轮与支撑架固定在一起，从而使得Z雕刻轴系带动支撑架及Y雕刻轴系做上下运动。
上述的方式中，Z轴电机可固定于支撑板的下部，丝杆和蜗轮位于Z轴电机的下方，蜗轮与支撑架的侧壁咬合来达到控制Y雕刻轴系上下运动的目地。
该多功能首饰雕刻机，还设置有曲面电机，曲面电机通过曲面丝杆连接支撑架，控制支撑架带动其所固定器件进行曲面运动。
该多功能首饰雕刻机，还设置有上下电机，上下电机通过上下丝杆、上下丝母连接支撑架，控制支撑架带动其所固定器件进行上下运动。
由此，多功能首饰雕刻机在原有的X，Y，Z的基础上把Z轴方向再多分出V分量，用以区分和量度雕刻首饰内圈、外圈、及平面的控制。相应地在机器软件上增加V值，使得在原X，Y，Z三个量的雕刻运动模式不变的的情况下，区分雕刻内圈、外圈、及平面的算法。
为了能够兼容多种尺寸首饰的雕刻，其中一立板设置于滑与支撑架固定在一起，从而使得Z雕刻轴系带动支撑架及Y雕刻轴系做上下运动。
上述的方式中，Z轴电机可固定于支撑板的下部，丝杆和蜗轮位于Z轴电机的下方，蜗轮与支撑架的侧壁咬合来达到控制Y雕刻轴系上下运动的目地。
该多功能首饰雕刻机，还设置有曲面电机，曲面电机通过曲面丝杆连接支撑架，控制支撑架带动其所固定器件进行曲面运动。
为了能够兼容多种尺寸首饰的雕刻，其中一立板设置于滑轨上，以能够调整两个立板之间的间距，即，底座上固定有滑轨，一立板的下部具有滑槽，滑槽与滑轨配合，以便于立板滑动。
上述的立板，其下部设置有滑板，立板固定于滑板上，滑板的底部具有滑槽，滑槽与滑轨配合，控制立板的移动。
两个立板之间，设置有平面夹座，平面夹座可固定进行平面雕刻的首饰，其上可设置夹持件或凹陷部位，用以固定首饰。
上述的平面夹座，其底部具有横向滑板，平面夹座固定于横向滑板上，在滑板的带动下进行横向移动。
该多功能首饰雕刻机，还设置有平面电机，平面电机连接有蜗杆及平面蜗轮，平面蜗轮通过直齿轮及齿条驱动横向滑板，横向滑板带动平面夹座进行平面运动。
多功能首饰雕刻机，其机壳将底座及雕刻轴系完全包覆，在机壳的侧面设置一拉盖，该拉盖活动连接于机壳上，可打开放置所雕刻的首饰。
机壳内具有控制电路系统，连接雕刻轴系的电机，对雕刻轴系的行程和雕刻路线进行控制，该控制电路系统采用串行通信方式从上位机获取加工数据，同时将数据以文件的形式保存在FLASH中。主要支持FAT32格式的文件系统，触摸屏主要负责按键信息的采集，文件信息和加工信息都在显示屏上显示出来。具体可以分成以下六大部分：
I、运动控制模块：采用MCX 312控制芯片，完成对3个雕刻轴系的控制及曲面电机、平面电机等的控制。
II、串行通信：主要的功能就是接收上位机的加工数据。
III、相关FLASH操作模块：负责文件的存储。
IV、文件系统模块：文件系统模块负责文件的存取，以文件为单位把相关的数据组织起来，按照一定的存取格式协议把这些文件存放在系统的存取区中，支持的文件格式有FAT32的数据格式。
V、主程序模块：主程序模块负责对按键值采集和功能模块的调度，通过对这些功能模块的控制，实现各个模块的相互配合工作。
VI、显示模块：显示模块负责整个ARM程序显示信息的提示，实现一个人机显示界面；显示面板的信息提示是根据程序运行的状态和机器的工作状态，在不同的状态下有不同的显示信息提示。
对不同首饰的雕刻加工数据，储存于文件系统模块中，雕刻时，读取相关数据，便可根据所需要的模式进行雕刻，方便快捷。
本发明还采取红外线+超声波实时定位技术，对戒指表面进行实时定位，通过设置一个以上的红外探头对戒指雕刻面进行定位，同时在Z轴方向上运用超声波技术对钻石针和戒指雕刻面进行实时测量，使得雕刻钻石针能雕刻不规则雕刻面的戒指或表面。
具体地说，在钻石针支架上安装一垂直方向的红外线发射器，正下方平面托板上安装对应的红外线接收器。此红外探头用以监测平面雕刻时，雕刻物品的X轴初始端，即雕刻的起始点。这样只需固定好被雕刻物在平板固定架上，机器就会把雕刻介质往X轴负方向送入雕刻介质，待红外线被截断则，输送停止，当前X坐标设为雕刻初始点并转入雕刻工序。
钻石针的支架右侧与X轴系平行方向，我们安装距离探测器，测量在雕刻时钻石针在X轴前进正方被雕刻物体的高度，钻石针根据探测的数据实时地调节Z轴数值控制下刀深度，从而使机器能雕刻非规则面的介质。
根据成本和运用范围及精度的要求，除了在X轴系正方向上安装距离探测器外，还会在钻石针平面的八个方向上安装距离探测器。这样根据要求可以探测钻石针在各各运动方向上的被雕刻介质的表面形状并经过信息反馈计算控制下刀深度。
本发明采取立板间隔的结构方式，使得首饰的支撑固定和雕刻刀的控制，从两个方向进行，可以很方便地从多个角度对首饰的各个部位进行雕刻，解决了原有设备仅仅能雕刻首饰单个侧面——内缘的问题，并结合电脑的控制大大提高了雕刻效率，为首饰的多角度、不同层面的雕刻提供了方便的渠道。
附图说明
图1是本发明实施方式的结构示意图，
图2是本发明实施方式的结构分解示意图，
图3是本发明实施方式的侧视图，
图4是本发明所实施滑座的侧视图，
图5是本发明所实施卡爪的侧面剖视图
图6是本发明所实施卡爪的俯视图，
图7是本发明所实施支撑架的结构示意图，
图8是本发明所实施卡盘架板的主视图，
图9是本发明所实施方式组装后的立体图。
具体实施方式
下面结合附图所示，对本实用新型的实施作进一步说明。
图1所示为本发明的立体结构示意图，图2是该结构的爆炸图，图3是本发明的侧视图，图1、图2和图3中所示，该用于首饰的雕刻设备，其底部是底座1，底座1作为主要的支撑体，其上方固定有机壳49(图中未示)，机壳49包覆底座1的并向上形成一个罩体，机壳49内部设置有X、Y、Z三个主要的雕刻轴系，每个轴系通过与之连接的电机进行驱动，以对首饰进行雕刻。
首先，在底座1上方的中部设置有两个用以间隔雕刻轴系的板，其一是立板24，另一个是卡盘架板11，这两个板将X、Y、Z三个雕刻轴系间隔，使得雕刻轴系分开设置，便于从首饰的多个侧面或角度进行雕刻。
对于卡盘架板11，其下部设置有滑板3，卡盘架板11固定于滑板3上，滑板3的底部具有滑槽，底座上则固定有滑轨33，滑槽与滑轨33配合，控制卡盘架板11的横向滑动。
卡盘架板11如图8所示，其内侧表面上设置有卡盘10，卡盘10为盘状结构，其上固定有多个卡爪44(一般均匀设置3-6个)，卡爪44用以固定所雕刻在首饰，卡抓的结构如图5、图6所示，从其横截面来看，其中间凹陷，并具有固定孔442，以穿套固定轴，将其固定于卡盘10上，卡爪两侧则具有一高一低的两个突块444和441，这两个突块用以夹持所雕刻的首饰，其中夹持面443和445都是弧形结构，且具有相同的轴心；卡盘10的背面还设置有锁紧大齿轮45(卡盘架板11的对于部位设置有凹陷，容置锁紧大齿轮45)，锁紧大齿轮45被锁紧小齿轮46控制，且锁紧大齿轮46抵靠于卡爪44的固定轴，可通过锁紧小齿轮46，控制锁紧大齿轮45调整卡爪44的紧扣程度，以对首饰进行固定。
卡爪44通常具有两个以上，根据所需要的情况设置数量，且均匀分布于卡盘上，便于将所雕刻的首饰固定。且，为了保护首饰与卡爪的接触面不被磨损，卡抓外缘的内端面和/或外端面最好设置有具有柔性的垫层，以在雕刻时候保护所雕刻的首饰与卡盘接触面。
其次，另一个板是立板24，其直接固定于底座1上，且其中间具有竖向设置的立孔19，雕刻刀(包括刀杆和钻石针)从该立孔中伸出，对卡爪固定的首饰内壁进行雕刻。
X雕刻轴系连接卡盘10，X雕刻轴系包括有X轴电机5、蜗轮9、蜗杆6，X轴电机连接蜗杆6，蜗杆6带动蜗轮9及卡盘10旋转。
Y雕刻轴系包括有Y轴电机16、滑座15和丝杆13，Y轴电机16伸出丝杆13，丝杆13穿套有滑座15，滑座15则与刀杆12固定在一起，且滑座15前端设置有导柱14，Y轴电机16作用于丝杆13，带动刀杆12前后运动。
Y轴电机16的前方，还设置有Y轴座架，以与支撑架17进行连接。
滑座15的结构，如图4所示，其上部具有突翼151，突翼151中间设置一孔，用以传套丝杆13，滑座的两侧具有两侧翼152，侧翼152上具有孔153，该孔153设置有两个导柱，用以进行定位；同时突翼151下部设置有内凹部位154，该内凹部位154设置刀杆12，并对刀杆12进行固定。
刀杆12的前端垂直或者水平固定有钻石针47，钻石针47对首饰进行雕刻。
Z雕刻轴系包括有Z轴电机18、丝杆39，Z轴电机18通过丝杆带动刀杆，以达到控制刀杆上下移动的目地。
在此实施方式中，Y雕刻轴系和Z雕刻轴系位于立板的同一侧，通过一支撑架17支撑Y雕刻轴系，该支撑架17的结构如图7所示为上下两层的中空结构，中间具有支撑板172，上方后部具有靠板171，支撑板172的边缘向下延伸出连接件173，Y雕刻轴系设置于支撑架的上层结构中，固定在靠板171上，并被支撑板172所支撑，Z雕刻轴系设置于支撑架下层结构中，直接连接于Y雕刻轴系所固定的刀杆12。
在立板24和卡盘架板11之间，还设置有平面夹座2，平面夹座2用以固定进行平面雕刻的首饰，其上可设置夹持件或凹陷部位；平面夹座2的底部具有横向滑板34，平面夹座2固定于横向滑板34上，在横向滑板34的带动下进行横向移动；横向滑板3通过纵向丝杆30可被纵向电机8驱动。
平面电机27设置在卡盘立板11的外侧下方，其连接有蜗杆26及蜗轮9，蜗轮9通过齿轮轴28连接有平面齿轮7，平面齿轮7与齿条4咬合，齿条4固定在横向滑板34上，从而平面电机27能够驱动横向滑板34，使得横向滑板34带动平面夹座2进行平面运动。
在本发明的实施中，对于Z雕刻轴系，沿着Z轴方向再多分出V分量，用以区分和量度雕刻戒指内圈、外圈、及平面的控制。V分量是通过设计曲面电机和上下电机来实现的。
曲面电机20，设置于Y雕刻轴系的下方，其固定于支撑架17的下方，曲面电机20伸出有曲面丝杆41和曲面丝母40，并通过曲面丝母连接支撑架17，控制支撑架17带动其所固定器件进行曲面运动。
同时，支撑架17底部还固定连接有上下滑座21，上下滑座21的靠近立板24侧面设置有滑槽，滑槽与固定与立板24上对应位置的滑轨配合，对上下滑动的定位，能够使上下滑座稳定地进行上下运动；上下滑座的下部固定有上下丝母22，上下丝母22中套系上下丝杆23，上下丝杆的底部则连接上下电机43，由上下电机43对上下运动进行控制。
同时，立板底部向纵向延伸，形成底板48，底板48固定支撑上下电机43。
卡盘立板11的最下方还设置有旋转底板33，旋转底板被旋转底座37通过旋转轴支撑，旋转底板3的下部设置有内齿圈32和旋转齿轮35，内齿圈32与旋转电机31连接，在旋转电机31的作用下带动旋转底板进行0-90°的旋转。
图1—8所示，为本发明一个实施方式，在该实施方式中，Y雕刻轴系和Z雕刻轴系设置于同一立板的侧面，在其他的实施方式中，Z雕刻轴系可与X雕刻轴系设置于同一板的侧面，连接方式也可根据实际情况进行具体设计。
同时，在本发明所列举的实施方式中，X、Y、Z雕刻轴系的电机主要以蜗轮蜗杆的形式进行传动驱动，在其他的实施方式中，也可以其他的驱动方式进行驱动。
该方式组装后的外观结构，如图9所示，底座47、控制电路、雕刻轴系等部件均被机壳49包覆，形成一个完整的封闭形整体，其中机壳49上部的中间，对应立板24和卡盘架板11的部位，设置有滑盖50，以便于打开放置所雕刻的首饰。
机壳49的前部还设置有显示屏51，便于对首饰的雕刻进行控制，显示屏与控制电路进行连接。
该控制电路系统采用串行通信方式从上位机获取加工数据，同时将数据以文件的形式保存在FLASH中。主要支持FAT32格式的文件系统。
在雕刻时，本发明采取红外线+超声波实时定位技术，对戒指表面进行实时定位，通过3个红外探头对戒指雕刻面进行定位，同时在Z轴方向上运用超声波技术对钻石针和戒指雕刻面进行实时测量，使得雕刻钻石针能雕刻不规则雕刻面的戒指或表面。
具体地说，钻石针支架上安装一垂直方向的红外线发射器，正下方平面夹座上安装对应的红外线接收器。此红外探头用以监测平面雕刻时，雕刻物品的X轴初始端，即雕刻的起始点。这样只需固定好被雕刻物，机器就会把雕刻介质往X轴负方向送入雕刻介质，待红外线被截断则，输送停止，当前X坐标设为雕刻初始点并转入雕刻工序。
钻石针的支架右侧与X轴系平行方向，我们安装距离探测器，测量在雕刻时钻石针在X轴前进正方被雕刻物体的高度，钻石针根据探测的数据实时地调节Z轴数值控制下刀深度，从而使机器能雕刻非规则面的介质。
除了在X轴系正方向上安装距离探测器外，还会在钻石针平面的八个方向上安装距离探测器。这样根据要求可以探测钻石针在各各运动方向上的被雕刻介质的表面形状并经过信息反馈计算控制下刀深度。
在其它的实施方式中，探测器也会根据市场定位用不同的探测方案，第一种为超声波距离探测；第二种为激光距离探测。第三种为不加装距离探测器，直接在雕刻机的机械臂上加装力度感应单元。
力度感应单元是根据雕刻力度反馈，在魔力雕刻机的刀杆上加装力度感应单元，根据雕刻刀的钻石针与雕刻面的压力雕节雕刻力度和深度，当进入凹面时机械臂力度感应减少，机器监测压力减少后，系统实时加大Z轴的下压量，使钻石针下压，反之减少Z轴的量。使得在不规则表明雕刻深度及刀痕保持一致，配合MagicClick雕刻软件可使同一雕刻任务下雕刻不同的深度，更体现个性化。