Автоматизированный гравировальный программно-аппаратный комплекс для формирования резанием дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое металлографской формы

Полезная модель может быть использована при изготовлении металлографских печатных форм. Комплекс содержит металлорежущий станок с программно организованными исполнительными структурами в виде: четырехкоординатной XYZ и С системы главного формообразующего рабочего перемещения инструмента относительно поверхности упомянутого функционального слоя; системы позиционирования инструмента, включающей оснащенную телевизионным компьютерным микроскопом подсистему оптико-электронного видеоконтроля и коррекции текущего положения режущей кромки инструмента относительно базовой координатной системы XYZ, которая (т.е., подсистема) установлена на столе станка с возможностью визуализации режущей части инструмента на экране монитора посредством базовой управляющей программы; системы оцифровки поверхности функционального слоя заготовки металлографской формы. В состав программно организованных исполнительных структур станка дополнительно включены: система автоматической замены или смены инструмента; система автоматической подготовки базовой управляющей программы, которая (т.е., система) функционально является контролирующим и корректирующим средством исходи. Система позиционирования инструмента выполнена многофункциональной и конструктивно-технологически организована с возможностью обеспечения видеоконтроля как текущего состояния режущей части инструмента так и изменения ее положения по координате Z в результате температурных деформаций шпинделя станка. Для этого данная система оснащена подсистемой очистки режущей части инструмента (производимой перед осуществлением оптико-электронного видеоконтроля), а также подсистемой регистрации положения вершины режущей части по координате Z перед началом технологического цикла обработки. 1 н.п. ф-лы, 20 ил.

Полезная модель относится к широкому спектру областей современной техники, промышленная реализация объектов которой связана с использованием микро- и/или нанометрической технологии. В частности, полезная модель может быть использована при автоматизированном формировании субмикронных структур рельефа в функциональных слоях металлографских печатных форм (клише), которые используются в производстве различного вида ценных бумаг (требующих высокой степени защищенности от подделки), а также в других областях техники для получения рисунка (рельефа) заданной конфигурации и глубины с субмикронным разрешением структур этого рисунка (рельефа).

Полезная модель может быть использована в области станкостроения в рамках реализации Государственной программы внедрения современного уровня достижений в сфере «нанотехнологий» в ведущих отраслях техники, определяющих уровень экономического развития страны в целом.

Преимущественное направление использования - автоматизированная мехатронная обработка резанием функционального слоя металлографской печатной формы со сложным пространственным профилем и формой (в плане), формируемых в функциональном слое профильных структур фрагментов рисунка гравюры с высокой степенью точности. То есть, заявленное техническое решение может быть успешно реализовано при изготовлении печатных форм для металлографской печати, используемых для производства денежных знаков /банкнот/ и иных ценных бумаг.

В современном уровне производства различного вида ценных бумаг их качество характеризуется, в том числе, и степенью их защищенности от несанкционированного воспроизводства. В настоящее время известны различные технологии формирования защитных признаков на ценных бумагах, в том числе: допечатных, печатных и послепечатных. Наиболее простыми и технологически доступными являются печатные защитные признаки, поскольку их формирование на ценной бумаге производится одновременно с осуществлением процесса печати, в частности, металлографской.

Следовательно, данные защитные признаки должны быть сформированы непосредственно на печатной форме и, оптимально, чтобы они были сформированы одновременно с формированием объемных микроструктур рисунка гравюры печатной формы, в частности - металлографской. Это требует развития и использования новых технологических процессов для производства печатных форм и специального оборудования для их реализации.

При обработке функционального слоя металлографских печатных форм максимально возможная точность формирования контуров и профилей элементов формируемого рельефа (в частности, выступов, образующих директные линии, а, соответственно, и канавок, посредством которых образованы эти выступы) необходима именно по боковым граням этих структур. Именно от этих участков формируемого рельефа зависит качество печатной формы и, соответственно, оттисков с нее. Очевидно, что при удалении материала функционального слоя из пространства между выступами (директными линиями) при формировании донных участков выемок допустима более грубая обработка, поскольку точность изготовления донных участков формируемых структур (выемок) в значительно меньшей степени оказывает влияние на качество получаемых посредством металлографской печатной формы оттисков.

Из уровня техники известен автоматизированный гравировальный программно-аппаратный агрегат для формирования резанием дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое металлографской формы, содержащий непосредственно металлорежущий станок с программно организованными (посредством системы числового программного управления - ЧПУ), исполнительными структурами в виде:

- четырехкоординатной XYZ и С системы главного формообразующего рабочего перемещения инструмента относительно поверхности упомянутого функционального слоя;

- узла позиционирования инструмента, включающего оснащенную одним телевизионным компьютерным микроскопом подсистему оптико-электронного видеоконтроля и коррекции текущего положения вершины и/или режущей кромки инструмента относительно базовой координатной системы XYZ отсчета станка, которая (т.е., упомянутая подсистема) установлена на столе станка с возможностью визуализации режущей части инструмента на экране монитора управляющего компьютера системы ЧПУ посредством базовой управляющей программы;

- а также системы оцифровки поверхности функционального слоя заготовки металлографской формы, организованной с возможностью передачи результатов оцифровки в память управляющего компьютера системы ЧПУ для обеспечения коррекции базовой управляющей программы (RU, 48164, U1, 2005 г.).

К недостаткам данного известного из уровня техники автоматизированного гравировального агрегата следует отнести относительно невысокую точность и ограниченные технологические возможности.

Объясняется это тем, что в комплексе отсутствуют соответствующие программно организованные контролирующие и корректирующие системы, подсистемы, узлы и устройства способные осуществлять контроль технологических параметров процесса обработки и инструмента (в том числе, влияния температурных изменений) с последующей коррекцией управляющей программы системы ЧПУ в режиме реального времени осуществления процесса обработки.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение точности обработки формируемых структур, регламентирующих качество печатной формы и, соответственно, получаемых посредством нее печатных оттисков, при повышении производительности процесса резания и расширении функциональных возможностей программно-аппаратного агрегата.

Поставленный технический результат достигается посредством того, что в автоматизированном гравировальном программно-аппаратном комплексе для формирования резанием дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое металлографской формы, содержащем непосредственно металлорежущий станок с программно организованными (посредством системы числового программного управления - ЧПУ), исполнительными структурами в виде:

- четырехкоординатной XYZ и С системы главного формообразующего рабочего перемещения инструмента относительно поверхности упомянутого функционального слоя;

- узла позиционирования инструмента, включающего оснащенную одним телевизионным компьютерным микроскопом подсистему оптико-электронного видеоконтроля и коррекции текущего положения вершины и/или режущей кромки инструмента относительно базовой координатной системы XYZ отсчета станка, которая (т.е., упомянутая подсистема) установлена на столе станка с возможностью визуализации режущей части инструмента на экране монитора управляющего компьютера системы ЧПУ посредством базовой управляющей программы;

- а также системы оцифровки поверхности функционального слоя заготовки металлографской формы, организованной с возможностью передачи результатов оцифровки в память управляющего компьютера системы ЧПУ для обеспечения коррекции базовой управляющей программы, согласно полезной модели, в состав программно организованных исполнительных структур станка дополнительно включены:

- система автоматической замены (в случае поломки или технологически недопустимого износа) или смены (в случае изменения процесса резания) инструмента;

- устройство автоматической подготовки базовой управляющей программы, которое (т.е., устройство) функционально является контролирующим и корректирующим средством исходных параметров базовой управляющей программы в режиме реального времени технологического процесса;

упомянутый узел позиционирования инструмента выполнен многофункциональным и конструктивно-технологически организован с возможностью обеспечения видеоконтроля как текущего состояния режущей части инструмента (т.е., ее износа или скола) так и изменения ее положения по координате Z в результате температурных деформаций шпинделя станка; для чего данный узел оснащен подсистемой очистки режущей части инструмента (производимой перед осуществлением оптико-электронного видеоконтроля), а также подсистемой регистрации положения вершины режущей части по координате Z перед началом технологического цикла обработки.

Целесообразно, чтобы в состав узла позиционирования инструмента автоматизированного гравировального программно-аппаратного агрегата входила установленная во вращающемся по координате С шпинделе станка двухкоординатная инструментальная державка которая содержит два базовых элемента, один из которых оснащен гнездом для режущего инструмента, а другой - средствами крепления к шпинделю, при этом базовые элементы кинематически связаны между собой с возможностью относительного регулировочного перемещения в ортогональных плоскостях, проходящих через продольную ось инструментальной державки, а также оснащены средствами фиксации их пострегулировочного пространственного положения; кинематическая связь базовых элементов осуществлена посредством промежуточного звена, поверхности которого, обращенные к базовым элементам, оснащены скрещивающимися под углом близким или равным 90° направляющими прямолинейными выступами с формой поперечного сечения типа «ласточкин хвост», вдоль продольной оси которых выполнены резьбовые отверстия для осуществления кинематической связи с регулировочными микрометрическими резьбовыми элементами, закрепленными на базовых элементах с возможностью свободного вращения; при этом, на обращенных к промежуточному звену поверхностях базовых элементов выполнены проточки с ответным упомянутым направляющим выступам профилем для размещения последних; а средства фиксации пострегулировочного пространственного положения базовых элементов выполнены в виде клиновых элементов подвижно установленных в базовых элементах с возможностью осуществления фрикционного взаимодействия с одной из боковых поверхностей соответствующего направляющего выступа.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.

Автоматизированный программно-аппаратный агрегат, а также реализуемые с его использованием преимущественные методы формирования в функциональном слое металлографской печатной формы объемных микроструктур, а также непосредственно объемные микроструктуры рисунка гравюры, включая их геометрию и взаимное пространственное положение, иллюстрируются графическими материалами.

Фиг.1 - общий вид конструкции инструментальной державки автоматизированного гравировального программно аппаратного агрегата.

Фиг.2 - вид А (сверху) по фиг.1.

Фиг.3 - вид Б (справа) по фиг.1.

Фиг.4 - сечение В-В по фиг.2.

Фиг.5 - технологически регламентируемый профиль формируемой (в функциональном слое металлографской печатной формы) объемной микроструктуры (показан пунктирной линией, штриховкой обозначен объем материала функционального слоя, предварительно удаляемый /на этапе черновой обработки/ посредством фрезерования с использованием в качестве режущего инструмента фрезы или строгального резца; припуск на чистовую обработку /предназначенный для удаления посредством строгания на втором этапе - чистовая обработка/ условно не заштрихован).

Фиг.6 - профиль формируемой (в функциональном слое металлографской печатной формы) объемной микроструктуры после осуществления (посредством фрезерования) чернового этапа технологической обработки с использованием в качестве режущего инструмента фрезы или строгального резца.

Фиг.7 - профиль формируемой (в функциональном слое металлографской печатной формы) объемной микроструктуры после осуществления второго (чистового) этапа технологической обработки с использованием в качестве режущего инструмента строгального резца.

Фиг.8 - металлографская печатная форма (вид в плане) с технологически регламентируемым внешним контуром формируемой (в функциональном слое металлографской печатной формы) объемной микроструктуры (внешний контур микроструктуры показан пунктирной линией, штриховкой обозначен объем материала функционального слоя, удаляемый на первом этапе посредством фрезерования, с использованием в качестве режущего инструмента конической фрезы или строгального резца).

Фиг.9 - металлографская печатная форма (вид в плане) с технологически регламентируемым внешним контуром формируемой (в функциональном слое металлографской формы) объемной микроструктуры после первого этапа обработки посредством фрезерования, с использованием в качестве режущего инструмента конической фрезы или строгального резца (внешний контур, ограничивающий габаритные размеры формируемой микроструктуры, показан пунктирной линией).

Фиг.10 - металлографская печатная форма (вид в плане) с технологически регламентируемым внешним контуром формируемой (в функциональном слое металлографской печатной формы) объемной микроструктуры (в виде трехлучевой «звездочки») после второго этапа обработки посредством однократного индентирования (предварительно сформированной посредством фрезерования выборки) с использованием в качестве индентора специального трехгранного строгального резца (внешний контур, ограничивающий габаритные размеры микроструктуры, показан пунктирной линией).

Фиг.11 - металлографская печатная форма (вид в плане) с технологически регламентируемым внешним контуром формируемой (в функциональном слое металлографской печатной формы) объемной микроструктуры (в виде шестилучевой «звездочки») после второго этапа обработки посредством двукратного индентирования с поворотом индентора (предварительно сформированной посредством фрезерования выборки) с использованием в качестве индентора специального трехгранного строгального резца (внешний контур, ограничивающий габаритные размеры микроструктуры, показан пунктирной линией).

Фиг.12 - металлографская печатная форма (вид в плане) с технологически регламентируемым внешним контуром формируемых (в функциональном слое металлографской печатной формы), по меньшей мере, двух, объемных микроструктур (в виде трехлучевых «звездочек») после второго этапа обработки посредством однократного индентирования каждой из предварительно сформированных посредством фрезерования выборок (с поворотом индентора при переходе к каждой последующей выборке), и с использованием в качестве индентора специального трехгранного строгального резца, (внешний контур, ограничивающий габаритные размеры микроструктуры, показан пунктирной линией).

Фиг.13 - сечение А-А по фиг.9 для вариантов реализации способов с использованием на первом этапе обработки (т.е., формировании выборок посредством фрезерования) в качестве режущего инструмента непосредственно конической фрезы, а на втором этапе обработки сформированных выборок - трехгранного строгального резца.

Фиг.14 - сечение А-А по фиг.9 для вариантов реализации способов с использованием на первом этапе обработки (т.е., формировании выборок посредством фрезерования) в качестве режущего инструмента специального трехгранного строгального резца, а на втором этапе обработки сформированных выборок (т.е., при индентировании) - того же самого режущего инструмента, т.е. - трехгранного строгального резца.

Фиг.15 - сечение Б-Б по фиг.10.

Фиг.16 - металлографская печатная форма (вид в плане) с технологически регламентируемым внешним контуром формируемых (в функциональном слое металлографской печатной формы), по меньшей мере, двух, объемных микроструктур (в виде шестилучевых «звездочек») после второго этапа обработки посредством двукратного индентирования с поворотом каждой из предварительно сформированных посредством фрезерования выборок (с поворотом индентора при переходе к каждой последующей выборке), и с использованием в качестве индентора специального трехгранного строгального резца, (внешний контур, ограничивающий габаритные размеры микроструктуры, показан пунктирной линией).

Фиг.17а) - пример сформированного микрорастрового изображения на заявленном программно-аппаратном комплексе с использованием описанных в заявке методов и средств (точечный объемный растр с различной глубиной и взаимным положением точечных микроструктур).

Фиг.17б) - фрагмент микрорастрового изображения по фиг.17а) в увеличенном масштабе.

Фиг.18а) - пример сформированного микрорастрового изображения на заявленном программно-аппаратном комплексе с использованием описанных в заявке методов и средств (точечный объемный растр с различной глубиной и взаимным положением точечных микроструктур и векторных элементов).

Фиг.18б) - фрагмент микрорастрового изображения по фиг.18а) в увеличенном масштабе.

Фиг.19а) - примеры исходных (с одинаковой шириной и глубиной линий) векторных изображений, формируемых с использованием заявленного программно-аппаратного комплекса и описанных в заявке методов и вспомогательных средств.

Фиг.19б) - то же, что и на фиг.19а), но с градиентом по ширине и глубине линий (увеличение ширины и/или глубины линий сверху вниз по рисунку).

Фиг.19 в) - то же, что и на фиг.19а), но с градиентом по ширине и глубине линий (увеличение ширины и/или глубины линий слева направо по рисунку).

Фиг.20 - фрагмент рабочей зоны заявленного автоматизированного гравировального программно-аппаратного комплекса.

В графических материалах узлы и отдельные элементы конструкции инструментальной державки, а также элементы металлографской печатной формы и формируемых объемных микроструктур (выемок, совокупность которых образует микрорастр - точечное растровое изображение формируемой в функциональном слое печатной формы гравюры) обозначены следующими позициями:

1 - элемент (базовый);

2 - элемент (базовый);

3 - гнездо (для режущего элемента);

4 - средства (крепления к шпинделю комплекса);

5 - средства (фиксации пострегулировочного пространственного положения);

6 - звено (промежуточное);

7 и 8 - выступы (направляющие на промежуточном звене 6);

9 и 10 - отверстия (резьбовые);

11 и 12 - элементы (регулировочные резьбовые микрометрические);

13 и 14 - проточки (с ответным выступам 7 и 8 профилем на базовых элементах 1 и 2).

15 - форма (металлографская печатная);

16 - слой (функциональный);

17 - микроструктура (объемная формируемая в функциональном слое 2);

18 - припуск (материала функционального слоя 2, сохраненный для осуществления чистовой обработки на втором этапе);

19 - поверхность (боковая объемной микроструктуры 3);

20 - объем (материала функционального слоя 2, удаляемый на первом этапе обработки);

21 - выборка (сформированная на первом этапе обработки /фрезерование/);

22 - луч («звездочки» в виде которой формируется микроструктура 3 после второго этапа обработки);

23 - микроскоп (телевизионный компьютерный);

24 - система (оцифровки поверхности заготовки до начала технологического процесса ее обработки).

Автоматизированный гравировальный программно-аппаратный агрегат для формирования резанием дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое металлографской формы, содержит непосредственно металлорежущий станок с программно организованными (посредством системы числового программного управления - ЧПУ), исполнительными структурами в виде:

- четырехкоординатной XYZ и С системы главного формообразующего рабочего перемещения инструмента относительно поверхности упомянутого функционального слоя;

- узла позиционирования инструмента, включающего оснащенную одним телевизионным компьютерным микроскопом 23 подсистему оптико-электронного видеоконтроля и коррекции текущего положения вершины и/или режущей кромки инструмента относительно базовой координатной системы XYZ отсчета станка, которая (т.е., упомянутая подсистема) установлена на столе станка с возможностью визуализации режущей части инструмента на экране монитора управляющего компьютера системы ЧПУ посредством базовой управляющей программы;

- а также системы 24 оцифровки поверхности функционального слоя заготовки металлографской формы, организованной с возможностью передачи результатов оцифровки в память управляющего компьютера системы ЧПУ для обеспечения коррекции базовой управляющей программы.

В состав программно организованных исполнительных структур станка дополнительно включены:

- система автоматической замены (в случае поломки или технологически недопустимого износа) или смены (в случае изменения процесса резания) инструмента;

- устройство автоматической подготовки базовой управляющей программы, которое (т.е., устройство) функционально является контролирующим и корректирующим средством исходных параметров базовой управляющей программы в режиме реального времени технологического процесса.

Упомянутый узел позиционирования инструмента выполнен многофункциональным и конструктивно-технологически организован с возможностью обеспечения видеоконтроля как текущего состояния режущей части инструмента (т.е., ее износа или скола) так и изменения ее положения по координате Z в результате температурных деформаций шпинделя станка. Для этого данный узел оснащен подсистемой очистки режущей части инструмента (производимой перед осуществлением оптико-электронного видеоконтроля) а также подсистемой регистрации положения вершины режущей части по координате Z перед началом технологического цикла обработки.

Целесообразно, чтобы в состав узла позиционирования инструмента автоматизированного гравировального программно-аппаратного агрегата входила установленная во вращающемся по координате С шпинделе станка двухкоординатная инструментальная державка.

Двухкоординатная инструментальная державка автоматизированного гравировального программно-аппаратного комплекса для изготовления металлографских форм, содержит два базовых элемента 1 и 2, один из которых оснащен гнездом 3 для режущего инструмента, а другой - средствами 4 крепления к шпинделю исполнительной системы комплекса. При этом базовые элементы 1 и 2 кинематически связаны между собой с возможностью относительного регулировочного перемещения в ортогональных плоскостях, проходящих через продольную ось инструментальной державки. Кроме того, базовые элементы 1 и 2 оснащены средствами 5 фиксации их пострегулировочного пространственного положения. Кинематическая связь базовых элементов 1 и 2 осуществлена посредством промежуточного звена 6. Поверхности промежуточного звена 6, обращенные к базовым элементам 1 и 2, оснащены скрещивающимися под углом близким или равным 90° направляющими прямолинейными выступами 7 и 8 с формой поперечного сечения типа «ласточкин хвост», вдоль продольной оси которых выполнены резьбовые отверстия 9 и 10 для осуществления кинематической связи с регулировочными микрометрическими резьбовыми элементами 11 и 12. Резьбовые элементы 11 и 12 закреплены на базовых элементах 1 и 2 с возможностью свободного вращения. При этом, на обращенных к промежуточному звену 6 поверхностях базовых элементов 1 и 2 выполнены проточки 13 и 14 с ответным упомянутым направляющим выступам 7 и 8 профилем для размещения последних. Средства фиксации пострегулировочного пространственного положения базовых элементов 1 и 2 выполнены в виде клиновых элементов подвижно установленных в базовых элементах 1 и 2 с возможностью осуществления фрикционного взаимодействия с одной из боковых поверхностей соответствующего направляющего выступа 7 или 8.

Головки регулировочных микрометрических резьбовых элементов 11 и 12 могут быть оснащены регулировочным микрометрическим лимбом-шкалой для упрощения и обеспечения прецизионной регулировки.

Прецизионное пространственное позиционирование режущего инструмента посредством заявленной инструментальной державки осуществляется путем вращения регулировочных микрометрических резьбовых элементов. Пострегулировочная фиксация пространственного положения базовых элементов 1 и 2 посредством клиновых элементов позволяет обеспечить беззазорное соединение элементов конструкции.

Далее приведены различные методы формирования объемных профильных микроструктур (точечных и векторных) рисунка гравюры в функциональном слое 16 металлографской формы 15.

1-й вариант (фиг.5 - фиг.7, фиг.18 /частично/, и фиг.19).

В процессе технологического цикла гравирования осуществляют главное формообразующее относительное перемещение инструмента и поверхности функционального слоя металлографской формы. Для этого используют функционирующую посредством управляющей программы трехкоординатную исполнительную систему перемещения.

Управляющую программу исполнительной системы перемещения организуют таким образом, что в процессе технологического цикла через заданные промежутки времени осуществляют оптико-электронный контроль износа режущей части инструмента посредством подъема инструмента и перемещения его режущей части в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа с последующей его (инструмента) автоматической заменой - в случае износа выше допустимого предела, или возврата в зону обработки - в случае износа в допустимых пределах. При этом перед вводом режущей части инструмента в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа осуществляют ее очистку от микрочастиц обрабатываемого материала, а возврат инструмента в зону обработки осуществляют с возможностью позиционирования его вершины на позиции, предшествующей позиции упомянутого подъема инструмента.

Возврат инструмента в зону обработки с возможностью позиционирования его вершины на позиции, предшествующей позиции упомянутого подъема инструмента позволяет (несмотря на некоторое увеличение времени полного технологического цикла) повторно провести обработку ранее обработанного участка. А это, в случае износа режущей кромки выше допустимого предела или ее микроскола, позволяет довести точность и качество поверхности на данном участке до номинала новым режущим инструментом.

Осуществление очистки режущей части инструмента от микрочастиц обрабатываемого материала перед ее вводом в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа позволяет осуществлять более качественный контроль его пригодности для дальнейшего использования в процессе данного технологического цикла.

Оптимально очистку режущей части инструмента осуществлять путем обеспечения контакта ее поверхности с пластичным материалом, обладающим высокими адгезионными свойствами по отношению к обрабатываемому материалу (налипшим на режущую часть микрочастицам этого материала).

2-й вариант (фиг.5 фиг.7, фиг.18 /частично/, и фиг.19).

В процессе технологического цикла формирования (гравирования) дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое металлографской формы на автоматизированном гравировальном программно-аппаратном агрегате осуществляют главное формообразующее относительное перемещение инструмента и поверхности функционального слоя металлографской формы. Для этого используют функционирующую посредством управляющей программы трехкоординатную XYZ исполнительную систему относительного перемещения инструмента. Перед началом технологического процесса гравирования режущий инструмент (посредством исполнительной системы) перемещают в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа. Фиксируют его режущую часть в стационарной контрольной позиции и программно регистрируют вертикальную координату Z₁ вершины инструмента относительно базовой плоскости с координатой Z₀. В качестве базовой плоскости используют поверхность функционального слоя металлографской формы. При этом, координату Z₀ программно регистрируют одновременно с регистрацией координаты Z₁ любыми известными из уровня техники средствами. Например, посредством использования встроенного в исполнительную систему индуктивного или лазерного датчика. При этом величину константы Z_const=Z₁-Z₀ вносят в банк данных управляющей программы на время осуществления данного технологического процесса гравирования. Управляющую программу исполнительной системы перемещения организуют таким образом, что в процессе технологического цикла через регламентированные промежутки времени программно осуществляют текущий оптико-электронный видеоконтроль износа режущей части инструмента и текущей (регламентируемой температурными деформациями узлов исполнительной системы, в частности - шпинделя, а также непосредственно режущего инструмента) координаты Z_т его вершины относительно базовой плоскости - координаты Z₀. Для этого осуществляют подъем режущего инструмента из текущей рабочей позиции и перемещают его в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа в позицию, соответствующую вышеупомянутой стационарной исходной позиции. Далее программно регистрируют величину Z_т=Z_т-Z₀. Сравнивают величину Z_т с величиной Z_const. Осуществляют временную коррекцию управляющей программы по координате Z на величину Z=Z_т-Z_const. После этого программно обеспечивают возврат инструмента в рабочую позицию.

При этом, перед осуществлением вышеописанного цикла текущего оптико-электронного видеоконтроля (т.е., перед вводом режущей части инструмента в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа) осуществляют ее очистку от микрочастиц обрабатываемого материала.

Кроме того, в случае обнаружения в процессе оптико-электронного видеоконтроля нарушения целостности режущей части инструмента и/или ее износа выше технологически допустимой величины, программно осуществляют замену инструмента в автоматическом режиме, а определение величины Z (в процессе осуществления текущего оптико-электронного видеоконтроля) регламентирующей текущую коррекцию управляющей программы по координате Z, осуществляют по отношению к вершине вновь установленного режущего инструмента.

Оптимально упомянутые промежутки времени, через которые осуществляют текущий оптико-электронный видеоконтроль режущей части инструмента, программно регламентировать по заданной величине изменения градиента температуры соответствующих узлов исполнительной системы, в частности, шпинделя и непосредственно режущего инструмента. Это обеспечивает повышение производительности процесса гравирования, поскольку технологический цикл прерывается только в том случае, когда температура узлов исполнительной системы изменится на такую величину, влияние которой (вследствие линейных температурных изменений упомянутых узлов) вызовет появление технологически недопустимых погрешностей обработки.

Целесообразно очистку режущей части инструмента осуществлять путем обеспечения контакта ее поверхности с пластичным материалом, обладающим высокими адгезионными свойствами по отношению к обрабатываемому материалу.

Здесь следует отметить, что вышеупомянутая очистка обеспечивает повышение достоверности результатов текущего оптико-электронного видеоконтроля, предлагаемый способ очистки является технологически простым быстродействующим при обеспечении необходимого качества очистки.

Таким образом, осуществление очистки режущей части инструмента от микрочастиц обрабатываемого материала перед ее вводом в поле зрения телевизионного компьютерного микроскопа позволяет осуществлять более качественный текущий параметрический контроль изменения пространственного положения вершины инструмент.

Разумно в качестве рабочей позиции режущего инструмента в процессе его возврата после осуществления цикла текущего оптико-электронного видеоконтроля, использовать одну из текущих позиций инструмента, предшествующих позиции вышеупомянутого подъема инструмента в цикле осуществления текущего оптико-электронного видеоконтроля.

Возврат инструмента в зону обработки с возможностью позиционирования его вершины на позиции, предшествующей позиции упомянутого подъема инструмента позволяет (несмотря на некоторое увеличение времени полного технологического цикла) повторно провести обработку ранее обработанного участка. А это, в случае износа режущей кромки выше допустимого предела или ее микроскола, позволяет довести точность и качество поверхности на данном участке до номинала новым режущим инструментом.

3-й вариант (фиг.8 - фиг.17 и фиг.18 /частично/).

При формировании объемных микроструктур 17 рисунка гравюры в функциональном слое 16 металлографской формы 15 на заявленном автоматизированном гравировальном программно-аппаратном агрегате (согласно третьего варианта реализации) осуществляют двухэтапную обработку, по меньшей мере, одной формируемой объемной микроструктуры 17 с использованием технологии резания, в результате которой обеспечивают выборку материала функционального слоя 16 в пределах контура этой микроструктуры 17. Первый этап обработки, являющийся черновым, осуществляют посредством операции высокоскоростного фрезерования. Для этого используют режущий инструмент в виде фрезы, преимущественно, конической. Причем на этом этапе производят выборку основной части объема удаляемого материала (т.е., объем 20 с образованием выборки 21) упомянутого функционального слоя 16 внутри контура формируемой микроструктуры 17 с возможностью сохранения припуска 18 на чистовую обработку, преимущественно, однопроходную, по контуру этой микроструктуры на втором этапе. Чистовую обработку, осуществляют в режиме строгания, в процессе которого используют строгальный резец в виде многогранной, преимущественно, трехгранной усеченной пирамиды, каждая грань которой (в зависимости от направления резания) функционально является передней поверхностью резца. Причем смену режущего инструмента при данном технологическом процессе осуществляют в автоматическом режиме.

Вышеуказанные резцы широко известны из уровня техники (см., например, RU, 2311271 С1, 2007 г. или RU, 2006105766 А, 2007 г.) в связи с чем в рамках настоящего изобретения подробно не раскрывается их конструкция и геометрия.

4-й вариант (фиг.8 - фиг.17 и фиг.18 /частично/).

При формировании объемных микроструктур 17 рисунка гравюры в функциональном слое 16 металлографской формы 15 на заявленном автоматизированном гравировальном программно-аппаратном агрегате (согласно четвертого варианта реализации), осуществляют двухэтапную обработку, по меньшей мере, одной формируемой объемной микроструктуры 17 с использованием технологии резания, в результате которой обеспечивают выборку материала функционального слоя 16 в пределах контура этой микроструктуры 3.

Первый этап обработки, являющийся черновым, осуществляют посредством операции высокоскоростного фрезерования, для чего в качестве режущего инструмента используют строгальный резец в виде многогранной, преимущественно, трехгранной усеченной пирамиды, каждая грань которой, в зависимости от направления резания, функционально является передней поверхностью резца. Причем на этом этапе производят выборку основной части объема удаляемого материала (объем 20 с образованием выборки 21) упомянутого функционального слоя 16 внутри контура формируемой микроструктуры 17 с возможностью сохранения припуска 18 на чистовую обработку, преимущественно, однопроходную, по контуру этой микроструктуры 17 на втором этапе. Чистовую обработку осуществляют в режиме строгания, в процессе которого используют тот же, что и на первом этапе, режущий инструмент в виде упомянутого строгального резца.

Таким образом, использование на первом этапе (при удалении основного объема 20 материала функционального слоя 16) операции высокоскоростного фрезерования позволяет повысить производительность процесса без ущерба для качества обработки боковых поверхностей 19 формируемых объемных микроструктур 17. А минимальный припуск 18, оставленный в зоне боковых поверхностей 19 после операции фрезерования, позволяет произвести их чистовую обработку строганием (обеспечивающим высокую точность и чистоту обрабатываемой поверхности), как правило, за один проход, что полностью исключает образование ступенчатой структуры этой поверхности. Совершенно очевидно, что угол наклона режущей кромки резца должен соответствовать технологически заданному углу наклона поверхности 19 формируемой объемной микроструктуры 17.

Поскольку резцы вышеуказанной конструкции успешно используются и для операции фрезерования, то их использование в качестве режущего инструмента на обоих этапах обработки еще в большей степени позволяет повысить производительность технологического процесса, так как исключается такая вспомогательная операция, как смена режущего инструмента.

5-й вариант (фиг.8 - фиг.17 и фиг.18 /частично/).

При формировании объемных микроструктур 17 рисунка гравюры в функциональном слое 16 металлографской формы 15 на заявленном автоматизированном гравировальном программно-аппаратном агрегате (согласно пятого варианта реализации), осуществляют двухэтапную обработку, по меньшей мере, одной формируемой объемной микроструктуры 17 с использованием технологии резания, в результате которой обеспечивают выборку материала функционального слоя 16 в пределах контура этой микроструктуры 17. Первый этап обработки осуществляют посредством операции высокоскоростного фрезерования. Для этого используют режущий инструмент в виде фрезы, преимущественно, конической. Причем, на этом этапе производят выборку основной части объема удаляемого материала (объем 20 с образованием выборки 21) упомянутого функционального слоя 16 внутри контура формируемой микроструктуры 17 с возможностью сохранения припуска 18 на последующую обработку этого контура. На втором этапе осуществляют процесс однократного индентирования сформированной на первом этапе выборки 21 в пределах упомянутого припуска 18. При этом используют строгальный резец в виде многогранной, преимущественно, трехгранной усеченной пирамиды, каждая грань которой (в зависимости от направления резания) функционально является передней поверхностью резца. Причем смену режущего инструмента при данном технологическом процессе осуществляют в автоматическом режиме.

6-й вариант (фиг.8 - фиг.17 и фиг.18 /частично/).

Отличительными особенностями заявленного гравировального программно-аппаратного комплекса по шестому варианту исполнения является следующее.

Первый этап обработки осуществляют посредством операции высокоскоростного фрезерования, для чего используют режущий инструмент в виде фрезы, преимущественно, конической. Причем на этом этапе производят выборку основной части объема удаляемого материала (объем 20 с образованием выборки 21) упомянутого функционального слоя 16 внутри контура формируемой микроструктуры 17 с возможностью сохранения припуска 18 на последующую обработку этого контура. На втором этапе осуществляют процесс, по меньшей мере, двухкратного индентирования сформированной на первом этапе выборки 21 в пределах упомянутого припуска 18. При этом используют строгальный резец в виде многогранной, преимущественно, трехгранной усеченной пирамиды, каждая грань которой (в зависимости от направления резания) функционально является передней поверхностью резца. Причем, при каждом повторном индентировании осуществляют поворот резца вокруг его оси на технологически заданный угол, а смену режущего инструмента при данном технологическом процессе осуществляют в автоматическом режиме.

7-й вариант (фиг.8 - фиг.17 и фиг.18 /частично/).

Отличительными особенностями заявленного гравировального программно-аппаратного комплекса по седьмому варианту исполнения является следующее.

Осуществляют двухэтапную обработку, по меньшей мере, двух (последовательно расположенных) формируемых объемных микроструктур 17 с использованием технологии резания. Первый этап обработки осуществляют посредством операции высокоскоростного фрезерования, для чего используют режущий инструмент в виде фрезы, преимущественно, конической. Причем на этом этапе последовательно производят выборку основной части объема удаляемого материала (объем 20 с образованием выборки 21) упомянутого функционального слоя 16 внутри контура каждой из формируемых микроструктур 17 с возможностью сохранения припуска 18 на последующую обработку этого контура. На втором этапе осуществляют процесс последовательного однократного индентирования каждой из сформированных на первом этапе выборок 21 в пределах упомянутого припуска 18. При этом используют строгальный резец в виде многогранной, преимущественно, трехгранной усеченной пирамиды, каждая грань которой (в зависимости от направления резания) функционально является передней поверхностью резца. Причем, при индентировании каждой последующей выборки 21 осуществляют поворот резца вокруг его оси на технологически заданный угол относительно его предыдущего положения, а смену режущего инструмента при данном технологическом процессе осуществляют в автоматическом режиме.

8-й вариант (фиг.8 - фиг.17 и фиг.18 /частично/).

Отличительными особенностями заявленного гравировального программно-аппаратного комплекса по восьмому варианту исполнения является следующее.

Первый этап обработки осуществляют посредством операции высокоскоростного фрезерования, для чего в качестве режущего инструмента используют строгальный резец в виде многогранной, преимущественно, трехгранной пирамиды, каждая грань которой (в зависимости от направления резани), функционально является передней поверхностью резца. Причем, на этом этапе производят выборку основной части объема удаляемого материала (объем 20 с образованием выборки 21) упомянутого функционального слоя 16 внутри контура формируемой микроструктуры 17 с возможностью сохранения припуска 18 (в том числе, и по глубине выборки 21) на последующую обработку поверхности этой выборки 21. На втором этапе осуществляют процесс однократного индентирования сформированной на первом этапе выборки 21 в пределах упомянутого припуска 18, при этом используют тот же, что и на первой 9

9-й вариант (фиг.8 - фиг.17 и фиг.18 /частично/).

Отличительными особенностями заявленного гравировального программно-аппаратного комплекса по девятому варианту исполнения является следующее.

Первый этап обработки осуществляют посредством операции высокоскоростного фрезерования, для чего в качестве режущего инструмента используют строгальный резец в виде многогранной, преимущественно, трехгранной пирамиды, каждая грань которой (в зависимости от направления резания) функционально является передней поверхностью резца. Причем, на этом этапе производят выборку основной части объема удаляемого материала (объем 20 с образованием выборки 21) упомянутого функционального слоя 16 внутри контура формируемой микроструктуры 17 с возможностью сохранения припуска 18 (в том числе, и по глубине выборки 21) на последующую обработку поверхности этой выборки 21. На втором этапе осуществляют процесс, по меньшей мере, двухкратного индентирования сформированной на первом этапе выборки 7 в пределах упомянутого припуска 18. При этом используют тот же, что и на первом этапе, режущий инструмент в виде упомянутого строгального резца. Причем, при каждом повторном индентировании осуществляют поворот резца вокруг его оси на технологически заданный угол.

10-й вариант (фиг.8 - фиг.17 и фиг.18 /частично/).

Отличительными особенностями заявленного гравировального программно-аппаратного комплекса по десятому варианту исполнения является следующее.

Осуществляют двухэтапную обработку, по меньшей мере, двух (последовательно расположенных) формируемых объемных микроструктур 17 с использованием технологии резания. Первый этап обработки осуществляют посредством операции высокоскоростного фрезерования, для чего используют строгальный резец в виде многогранной, преимущественно, трехгранной пирамиды, каждая грань которой (в зависимости от направления резания) функционально является передней поверхностью резца. Причем, на этом этапе последовательно производят выборку основной части объема удаляемого материала (объем 20 с образованием выборки 21) упомянутого функционального слоя 16 внутри контура каждой из формируемых микроструктур 17 с возможностью сохранения припуска 18 (в том числе, и по глубине выборки 21) на последующую обработку поверхности этой выборки 21. На втором этапе осуществляют процесс последовательного однократного индентирования каждой из сформированных на первом этапе выборок 21 в пределах упомянутого припуска 18. При этом используют тот же, что и на первом этапе, режущий инструмент в виде упомянутого строгального резца. Причем, при индентировании каждой последующей выборки 21 осуществляют поворот резца вокруг его оси на технологически заданный угол относительно его предыдущего положения.

Как ранее указывалось, вышеуказанные резцы широко известны из уровня техники (см., например, RU, 2311271 С1, 2007 г. или RU, 2006105766 А, 2007 г.) в связи с чем в рамках настоящего изобретения подробно не раскрывается их конструкция и геометрия.

Поскольку резцы вышеуказанной конструкции успешно используются и для операции фрезерования, то их использование в качестве режущего инструмента на обоих этапах обработки в значительной степени позволяет повысить производительность технологического процесса, поскольку отсутствует такая вспомогательная операция, как смена режущего инструмента.

Таким образом, формируемые с использованием заявленного программно аппаратного комплекса объемные микроструктуры 17 в виде различного вида «звездочек» или треугольников с лучами 22 сами по себе функционально являются защитными элементами при последующей печати ценных бумаг посредством изготовленной (с использованием технологий реализуемых на заявленном программно аппаратном агрегате) металлографской формы.

Кроме того, защитную функцию может выполнять и некая программно организованная совокупность нескольких (по меньшей мере, двух) объемных микроструктур 17, организованная в соответствии с фиг.12 и фиг.16 графических материалов. Объясняется это тем, что изменение взаимного пространственного положения микроструктур 17 в рассматриваемой совокупности можно осуществлять по определенному закону.

Следует отметить, что и сам по себе микрорастр (фиг.17 и фиг.18), сформированный с использованием вышерассмотренных технологий является эффективным защитным средством, поскольку может включать в себя целую совокупность программно организованных защитных элементов. В частности, полутоновые изображения отдельных элементов рисунка гравюры, формируемые посредством программно организованного изменения глубины объемных микроструктур 17 (в виде треугольников и «звездочек») в точечном микрорастре.

Необходимо также отметить, что двухэтапная обработка каждой микроструктуры 17 (фрезерование+индентирование) необходима для обеспечения высокого качества печатной поверхности металлографской формы 15. Действительно, если осуществлять формирования микроструктур 17 исключительно посредством индентирования, избыток материала функционального слоя 16 будет образовывать наплывы над исходной поверхностью функционального слоя 16, что исключено при осуществлении предварительного фрезерования с образованием выборок 21.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении, может быть использован для формирования объемных микроструктур металлографских печатных форм;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его использовании способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.

1. Автоматизированный гравировальный программно-аппаратный комплекс для формирования резанием дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое металлографской формы, содержащий непосредственно металлорежущий станок с программно организованными посредством системы числового программного управления (ЧПУ) исполнительными структурами в виде четырехкоординатной XYZ и С системы главного формообразующего рабочего перемещения инструмента относительно поверхности упомянутого функционального слоя, узла позиционирования инструмента, включающей оснащенную одним телевизионным компьютерным микроскопом подсистему оптико-электронного видеоконтроля и коррекции текущего положения вершины и/или режущей кромки инструмента относительно базовой координатной системы XYZ отсчета станка, которая, т.е. упомянутая подсистема, установлена на столе станка с возможностью визуализации режущей части инструмента на экране монитора управляющего компьютера системы ЧПУ посредством базовой управляющей программы, а также системы оцифровки поверхности функционального слоя заготовки металлографской формы, организованной с возможностью передачи результатов оцифровки в память управляющего компьютера системы ЧПУ для обеспечения коррекции базовой управляющей программы, отличающийся тем, что в состав программно организованных исполнительных структур станка дополнительно включены система автоматической замены, в случае поломки или технологически недопустимого износа, или смены, в случае изменения процесса резания, инструмента, устройство автоматической подготовки базовой управляющей программы, которое, т.е. устройство, функционально является контролирующим и корректирующим средством исходных параметров базовой управляющей программы в режиме реального времени технологического процесса, упомянутый узел позиционирования инструмента выполнен многофункциональным и конструктивно-технологически организован с возможностью обеспечения видеоконтроля как текущего состояния режущей части инструмента в части ее износа или скола, так и изменения ее положения по координате Z в результате температурных деформаций шпинделя станка, для чего данный узел оснащен подсистемой очистки режущей части инструмента, производимой перед осуществлением оптико-электронного видеоконтроля, а также подсистемой регистрации положения вершины режущей части по координате Z перед началом технологического цикла обработки.

2. Автоматизированный гравировальный программно-аппаратный комплекс по п.1, отличающийся тем, что в состав узла позиционирования инструмента входит установленная во вращающемся по координате С шпинделе станка двухкоординатная инструментальная державка, которая содержит два базовых элемента, один из которых оснащен гнездом для режущего инструмента, а другой - средствами крепления к шпинделю, при этом базовые элементы кинематически связаны между собой с возможностью относительного регулировочного перемещения в ортогональных плоскостях, проходящих через продольную ось инструментальной державки, а также оснащены средствами фиксации их пострегулировочного пространственного положения; кинематическая связь базовых элементов осуществлена посредством промежуточного звена, поверхности которого, обращенные к базовым элементам, оснащены скрещивающимися под углом, близким или равным 90°, направляющими прямолинейными выступами с формой поперечного сечения типа «ласточкин хвост», вдоль продольной оси которых выполнены резьбовые отверстия для осуществления кинематической связи с регулировочными микрометрическими резьбовыми элементами, закрепленными на базовых элементах с возможностью свободного вращения, при этом на обращенных к промежуточному звену поверхностях базовых элементов выполнены проточки с ответным упомянутым направляющим выступам профилем для размещения последних, а средства фиксации пострегулировочного пространственного положения базовых элементов выполнены в виде клиновых элементов, подвижно установленных в базовых элементах с возможностью осуществления фрикционного взаимодействия с одной из боковых поверхностей соответствующего направляющего выступа.