Прецизионный строгальный станок автоматизированного гравировального комплекса

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при автоматизированной обработке строганием изделий со сложным пространственным профилем фрагментов рисунка законченной гравюры в функциональном слое изделия. Станок содержит: станину 1 с вертикальной стойкой 2; шпиндельную бабку 3 с вращающимся шпинделем 4; салазки 7; основной стол 9, установленный на салазках 7; позиционирующее устройство для пространственной ориентации заготовки; оптико-электронную измерительную систему для контроля и коррекции положения вершины и/или режущей кромки инструмента 12. Особенностями конструкции станка является следующее. Станок дополнительно содержит средства оцифровки рабочей поверхности функционального слоя заготовки, выполненные с возможностью передачи результатов оцифровки в память управляющего компьютера системы ЧПУ для обеспечения коррекции исходных управляющих программ. Оптико-электронная измерительная система включает один телевизионный компьютерный микроскоп 34. который стационарно закреплен на основном столе 9 станка таким образом, что главная оптическая ось его объектива 35 ориентирована по направления возвратно-поступательного перемещения основного стола 9 и координатно адаптирована с нулевой точкой базовой системы XYZ отсчета станка и нулевой точкой исходных управляющих программ. Средство крепления инструмента 12 расположено непосредственно на шпинделе 4 с возможностью обеспечения соосности продольной оси инструмента 12 с осью вращения шпинделя 4. Продольные оси плоских пружин 27 фиксирующих узлов 23 устройства для пространственной ориентации заготовки расположены одна относительно другой под углами отличными от 0° или 180(и ориентированы вдоль базовой плоскости 30 установочного элемента 14 под углом, близким или равным 0° или 180°. Самоустанавливающиеся поверхности жестко закрепленных на базовом элементе 13 опорных элементов 19 периферийных опорных узлов 16 выполнены цилиндрическими.

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть, преимущественно, использована при автоматизированной механической обработке изделий со сложным пространственным профилем фрагментов рисунка законченной гравюры, формируемой посредством обработки строганием (строгальным резцом) на рабочей поверхности функционального слоя заготовки (например, металлографских модельных форм для производства денежных знаков и иных ценных бумаг) посредством прецизионных строгальных станков с системой числового программного управления (ЧПУ) автоматизированных гравировальных комплексов.

Из уровня техники известен прецизионный строгальный станок автоматизированного гравировального комплекса, содержащий станину, устройство для крепления и перемещения инструмента, а также устройства для пространственного позиционирования и перемещения заготовки, связанные с системой обеспечения перемещения соответствующих узлов этих устройств. Устройство для крепления и перемещения инструмента выполнено в виде шпиндельной бабки, закрепленной на вертикальной стойке и включающей гильзу и основной шпиндель, установленные в корпусе шпиндельной бабки и кинематически связанные с последней и между собой с возможностью вертикального перемещения и ограниченного поворота, соответственно. На нижнем торце основного шпинделя закреплен плансуппорт с ползуном. Последний включает средства для закрепления инструмента и кинематически связан с плансуппортом с возможностью радиального перемещения относительно оси поворота упомянутого основного шпинделя. Устройства для пространственного позиционирования и перемещения заготовки выполнены в виде крестового стола с размещенным на нем поворотным столом, на планшайбе которого установлено средство для пространственной ориентации заготовки. Кроме того станок снабжен: дополнительным сверлильно-фрезерным шпинделем, установленным на вертикальной стойке параллельно

основному шпинделю с возможностью автономного вращения и ограниченного автономного вертикального перемещения. При этом сверлильно-фрезерный шпиндель кинематически связан с гильзой шпиндельной бабки с возможностью ограниченного вертикального перемещения совместно с упомянутой гильзой. Станок также снабжен: инструментальным магазином (с приводом его перемещения) установленным на крестовом столе с возможностью функционального взаимодействия с ползуном упомянутого плансуппорта при автоматической смене инструмента; видеоблоком для коррекции положения вершины и/или режущей кромки инструмента, установленным на крестовом столе с возможностью визуализации режущей части инструмента на экране монитора управляющего компьютера; реперным средством для индексации положения заготовки в горизонтальной плоскости, базовая плоскость которого смещена от установочной поверхности планшайбы поворотного стола на постоянную величину, которая функционально является константой станка; а также системой ЧПУ функционально связанной посредством пульта управления с процессором управляющего компьютера.

Средство для пространственной ориентации обрабатываемой заготовки содержит связанные между собой базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы, расположенные между ними самоустанавливающиеся центральный и регулируемые периферийные опорные узлы с опорными элементами, а также средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента. Базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы связаны, по меньшей мере, одним упругим элементом, расположенным в области, ограниченной размещенными в зоне вершин треугольника центрами опорных элементов центрального и периферийных опорных узлов. Каждый периферийный опорный узел выполнен в виде двух опорных элементов с самоустанавливающимися поверхностями, первый из которых жестко закреплен на базовом элементе, а второй (самоустанавливающаяся поверхность которого выполнена сферической) кинематически связан с первым посредством подпружиненного рычага и регулировочного элемента с клиновым профилем. Регулировочный элемент размещен с возможностью перемещения между самоустанавливающимися

поверхностями упомянутых опорных элементов. Средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента выполнены в виде расположенных по периферии устройства, по меньшей мере, трех фиксирующих узлов, каждый из которых состоит из жестко связанного с базовым элементом средства зажима и плоской пружины. Один конец плоской пружины жестко закреплен на установочном элементе, а другой расположен с возможностью его жесткой фиксации в зоне зажимных элементов упомянутого средства зажима.

Центры сферических опорных элементов каждого опорного узла размещены в вершинах прямоугольного треугольника При этом вершина прямого угла соответствует месту расположения центра сферического опорного элемента центрального опорного узла.

Видеоблок включает два идентичных (подключенных к монитору управляющего механизмами перемещения станка компьютера) телевизионных компьютерных микроскопа, главные оптические оси микрообъективов которых расположены в плоскостях параллельных плоскости расположения осей «X» и «У» координатной системы отсчета станка и ориентированы вдоль упомянутых осей «X» и «У», при этом величина «z» относительного смещения плоскостей расположения упомянутых оптических осей вдоль оси «Z» координатной системы отсчета станка функционально является константой данного станка (RU, свидетельство на полезную модель №14022).

К недостаткам данного известного из уровня техники строгального станка следует отнести сложность конструкции и недостаточную точность позиционирования для целей повышения качества и точности обработки изделий со сложным пространственным профилем микрорельефа рисунка формируемой (в функциональном слое заготовки) гравюры.

Объясняется это, во-первых, тем, что в данном известном из уровня техники станке не предусматривается возможность осуществления коррекции управляющих программ системы ЧПУ на отклонение от плоскостности рабочей поверхности функционального слоя заготовки по результатам оцифровки по координатам «z» множества (расположенных с заданным шагом) точек этой поверхности на участке оцифровки (форма и площадь которого

регламентируется формой и площадью формируемого на этой поверхности рисунка гравюры).

А, во-вторых, тем, что реперная (базовая) координатная система X ₁Y₁Z₁ осчета станка (в частности, ее нулевая точка) формируется в отрыве от пространственного положения и микрорельефа рабочей поверхности функционального слоя заготовки.

В результате этого позиционирование и отсчет перемещений инструмента в процессе формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки ведут от сформированной нулевой точки реперной системы X ₁Y₁Z₁ отсчета согласно управляющим программам системы ЧПУ без учета их дополнительной коррекции по результатам оцифровки.

При этом следует учесть, что точность обработки является наиболее важным критерием качества, например, для металлографских модельных форм, используемых в процессе изготовления денежных знаков и иных ценных бумаг, поскольку за счет этого параметра обработки, как правило, обеспечиваются дополнительные степени защиты от подделки упомянутых ценных изделий.

В основу заявленного конструктивного выполнения прецизионного строгального станка автоматизированного гравировального комплекса была положена задача упрощения его конструкции при обеспечения (с помощью известных из уровня техники средств) упрощения технологии прецизионного позиционирования вершины и, соответственно, режущей части инструмента в трехкоординатной системе отсчета с повышением точности позиционирования для целей повышения качества и точности обработки изделий со сложным пространственным профилем микрорельефа рисунка формируемой (в функциональном слое заготовки) гравюры.

Поставленная задача достигается за счет того, что прецизионный строгальный станок автоматизированного гравировального комплекса, содержащий: станину с вертикальной стойкой; размещенную на стойке шпиндельную бабку с вращающимся по координате С в плоскости ХУ относительно оси Z базовой системы XVZ отсчета станка шпинделем со

средствами для крепления инструмента, который размещен в гильзе, кинематически связанной со шпиндельной бабкой посредством шарико-винтового механизма с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси Z; салазки, установленные на станине в горизонтальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси У посредством шарико-винтовою механизма; основной стол, установленный на салазках в горизонтальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси Х посредством шарико-винтового механизма; позиционирующее устройство для пространственной ориентации обрабатываемой заготовки относительно плоскости ХУ, стационарно закрепленное относительно установочной поверхности основного стола; автономные средства привода вышеупомянутых шарико-винтовых механизмов; оптико-электронную измерительную систему для контроля и коррекции положения вершины и/или режущей кромки инструмента относительно базовой системы ХУZ отсчета станка, установленную на основном столе с возможностью визуализации режущей части инструмента на экране монитора управляющего компьютера системы числового программного управления (ЧПУ) посредством исходных управляющих программ, при этом система ЧПУ функционально связана посредством пульта управления с процессором управляющего компьютера, а позиционирующее устройство для пространственной ориентации обрабатываемой заготовки содержит связанные между собой базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы, расположенные между ними самоустанавливающиеся центральный и регулируемые периферийные опорные узлы с опорными элементами, а также средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента, при этом базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы связаны, по меньшей мере, одним упругим элементом, расположенным в области, ограниченной размещенными в зоне вершин треугольника центрами опорных элементов центрального и периферийных опорных узлов, а каждый периферийный опорный узел выполнен в виде двух опорных элементов с самоустанавливающимися поверхностями, первый из которых жестко закреплен на базовом элементе, а второй,

самоустанавливающаяся поверхность которого выполнена сферической, кинематически связан с первым посредством подпружиненного рычага и регулировочного элемента с клиновым профилем, который размещен с возможностью перемещения между самоустанавливающимися поверхностями упомянутых опорных элементов, а средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента выполнены в виде расположенных по периферии устройства, по меньшей мере, трех фиксирующих узлов, каждый из которых состоит из жестко связанного с базовым элементом средства зажима и плоской пружины, один конец которой жестко закреплен на установочном элементе, а другой расположен с возможностью его жесткой фиксации в зоне зажимных элементов упомянутого средства зажима, согласно изобретению, дополнительно включает средства оцифровки рабочей поверхности функционального слоя заготовки, выполненные с возможностью передачи результатов оцифровки в память управляющего компьютера системы ЧПУ для обеспечения коррекции исходных управляющих программ; оптико-электронная измерительная система включает один телевизионный компьютерный микроскоп, который стационарно закреплен на основном столе станка таким образом, что главная оптическая ось его объектива ориентирована по направления возвратно-поступательного перемещения основного стола и координатно адаптирована с нулевой точкой базовой системы ХУZ отсчета станка и нулевой точкой исходных управляющих программ; средство крепления инструмента расположено непосредственно на шпинделе с возможностью обеспечения соосности по оси Z продольной оси инструмента с осью вращения шпинделя по координате С; продольные оси плоских пружин фиксирующих узлов устройства для пространственной ориентации заготовки расположены одна относительно другой под углами отличными от 0° или 180° и ориентированы вдоль базовой плоскости установочного элемента под углом, близким или равным 0° или 180°, а самоустанавливающиеся поверхности жестко закрепленных на базовом элементе опорных элементов периферийных опорных узлов выполнены цилиндрическими.

Целесообразно устройство для пространственной ориентации заготовки размещать непосредственно на установочной поверхности основного стола.

Оптимально средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента устройства для пространственной ориентации заготовки выполнять в виде трех фиксирующих узлов, в которых продольные оси плоских пружин должны быть ориентированы вдоль сторон равностороннего треугольника.

Разумно оптико-электронная измерительная систему оснащать экраном, расположенным в поле зрения объектива телевизионного компьютерного микроскопа позади зоны ввода инструмента в это поле, а также двумя осветителями, один из которых установлен с возможностью осуществления подсветки экрана, а другой - передней поверхности режущей части инструмента.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из перечня 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 критерию патентоспособности НОВИЗНА по действующему законодательству.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами.

Фиг.1 - общий вид станка (вид спереди).

Фиг.2 - общий вид станка (вид слева по фиг.1).

Фиг.3 - пульт ручного управления станка.

Фиг.4 - кинематическая схема станка (вид спереди).

Фиг.5 - кинематическая схема станка (вид справа по фиг.4).

Фиг.6 - общий вид устройства для пространственной ориентации изделий (вид в плане).

Фиг.7 - сечение А - А по фиг.6

Фиг.8 - вид по стрелке «В» на фиг.7 (с указанием пространственной ориентации продольной оси /штрих пунктирная линия без позиции/ плоской пружины относительно базовой плоскости установочного элемента).

Фиг.9 - стойка со шпиндельной бабкой (вид сбоку).

Фиг.10 - фрагмент стойки (вид спереди).

Фиг.11 - вид Г по фиг.10.

Фиг.12 - сечение Б-Б по фиг.10.

Фиг.13 - шпиндельная бабка (вид сбоку).

Фиг.14 - шпиндельная бабка (вид слева по фиг.13).

Фиг.15 - оптико-электронная измерительная система.

Фиг.16 - схема оцифровки фрагмента рисунка гравюры.

Фиг.17 - алгоритм оцифровки участка рабочей поверхности заготовки контактными средствами измерения (т.е., контактным методом) посредством индуктивного датчика.

Фиг.18 - условная схема коррекции по координатам «x₁» и «y ₁» продольной оси инструмента (проходящей через его вершину) относительно действительной оси вращения шпинделя станка (параллельной оси Z или Z₁)

Станок работает в составе автоматизированного гравировального комплекса для изготовления печатных форм в условиях автоматизированного индивидуального производства продукции под управлением системы ЧПУ.

Конструкция прецизионного строгального станка автоматизированного гравировального комплекса описана ниже и включает следующие узлы, механизмы и системы.

Станину 1 с вертикальной стойкой 2. Размещенную на стойке 2 шпиндельную бабку 3 с вращающимся (по координате С в плоскости ХУ относительно оси Z базовой системы XYZ отсчета станка) шпинделем 4, оснащенным средствами для крепления инструмента (средства для крепления инструмента расположены непосредственно на шпинделе 4 с возможностью обеспечения соосности по оси Z продольной оси инструмента с осью вращения

шпинделя 4 по координате С). Шпиндель 4 размещен в гильзе 5, кинематически связанной со шпиндельной бабкой 3 посредством шарико-винтового механизма (в виде шариковой винтовой пары 6) с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси Z. Салазки 7, установленные на станине 1 в горизонтальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси У посредством шарико-винтового механизма (в виде шариковой винтовой пары 8). Основной стол 9, установленный на салазках 7 в горизонтальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси Х посредством шарико-винтового механизма (в виде шариковой винтовой пары 10). Позиционирующее устройство для пространственной ориентации обрабатываемой заготовки относительно плоскости ХУ, стационарно закрепленное относительно установочной поверхности основного стола 9 (преимущественно, непосредственно на установочной поверхности основного стола 9). Автономные средства привода вышеупомянутых шарико-винтовых механизмов (например, в виде электродвигателей 11 модели Siemens IFK60GO-6AFN-IAAO). Оптико-электронную измерительную систему для контроля и коррекции положения вершины и/или режущей кромки инструмента относительно базовой системы XYZ отсчета станка. Данная система установлена на основном столе 9 с возможностью визуализации режущей части инструмента 12 на экране монитора управляющего компьютера системы ЧПУ посредством исходных управляющих программ (при этом система ЧПУ функционально связана посредством пульта управления с процессором управляющего компьютера). Средства оцифровки рабочей поверхности функционального слоя заготовки, выполненные с возможностью передачи результатов оцифровки в память управляющего компьютера системы ЧПУ для обеспечения коррекции исходных управляющих программ.

Позиционирующее устройство для пространственной ориентации обрабатываемой заготовки содержит связанные между собой базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы 13 и 14, соответственно. Расположенные между ними самоустанавливающиеся центральный опорный узел 15 и регулируемые периферийные опорные узлы 16

с опорными элементами 17. А также средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента 14. При этом базовый элемент 13 и пространственно ориентируемый установочный элемент 14 связаны, по меньшей мере, одним упругим элементом 18, расположенным в области, ограниченной размещенными в зоне вершин треугольника центрами опорных элементов 17 центрального опорного узла 15 и периферийных опорных узлов 16. Каждый периферийный опорный узел 16 выполнен в виде двух опорных элементов 19 и 20 с самоустанавливающимися поверхностями, первый из которых (элемент 19) жестко закреплен на базовом элементе 13, а второй (элемент 20, самоустанавливающаяся поверхность которого выполнена сферической) кинематически связан с первым посредством подпружиненного рычага 21 и регулировочного элемента 22 с клиновым профилем, который размещен с возможностью перемещения между самоустанавливающимися поверхностями упомянутых опорных элементов 19 и 20. Средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента 14 выполнены в виде расположенных по периферии устройства, по меньшей мере, трех фиксирующих узлов 23, каждый из которых состоит из жестко связанного с базовым элементом 13 средства зажима (выполненного, например, в виде двух связанных с базовым элементом 13 взаимоподвижных, преимущественно, подпружиненных одна относительно другой посредством пружины 24 зажимных губок 25 и 26) и плоской пружины 27. Зажимная губка 25 жестко закреплена на базовом элементе 13, а взаимное перемещение зажимных губок 25 и 26 осуществляется посредством резьбовой пары (в виде винта 28 и гайки 29) и пружины 24. Один конец плоской пружины 27 жестко закреплен на установочном элементе 14, а другой расположен с возможностью его жесткой фиксации в зоне зажимных элементов (губок 25 и 26) упомянутого средства зажима. Продольные оси (на фиг.8 ось обозначена штрих-пунктирной линией) плоских пружин 27 фиксирующих узлов 23 устройства для пространственной ориентации заготовки расположены одна относительно другой под углами отличными от 0° или 180° и ориентированы вдоль базовой плоскости 30 установочного элемента под углом, близким или равным 0° или 180°. Самоустанавливающиеся поверхности жестко закрепленных на базовом

элементе 13 опорных элементов 19 периферийных опорных узлов 16 выполнены цилиндрическими.

Оптимально средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента устройства для пространственной ориентации заготовки выполнять в виде трех фиксирующих узлов 23, в которых продольные оси плоских пружин 27 ориентированы вдоль сторон равностороннего треугольника.

На верхней базовой плоскости 30 установочного элемента 14 могут быть размещены упор 31, две шкалы 32 и две планки 33, перемещаемые и закрепляемые в пазах установочного элемента 14. Планка 33, сопряженная со шкалой 32, перемещается к центру на величину, равную половине ширины обрабатываемой заготовки и выставляется параллельно ходу основного стола 9 (координата X), после чего закрепляется. Вторая планка 33 в процессе перемещения прижимает заготовку к первой планке 33. Таким образом, заготовка базируется в направлении оси Y. В направлении оси Х заготовка подводится к упору 31. После базировки заготовка прижимается к базовой плоскости 30 установочного элемента 14.

Здесь необходимо отметить, что использование в фиксирующих узлах 23 именно плоских пружин 27 (а не жестких пластин или стержней) обеспечивает:

- во-первых, исключение какого-либо изменения выставленного пространственного положения изделия при фиксации соответствующих концов плоских пружин 27 губками 25 и 26 фиксирующих узлов 23 (т.к. в процессе упомянутой фиксации практически исключается какое-либо силовое воздействие на опорные узлы 16, способное изменить их пространственное положение);

- а, во - вторых, при наличии и соответствующем взаимном расположении, по меньшей мере, трех таких плоских пружин 27 обеспечивается жесткая (а не упругая) пространственная взаимосвязь базового элемента 13 (в качестве которого может быть использован, например, рабочий стол 9 станка) с установочным элементом 14 в процессе последующего манипулирования изделием, то есть, полностью исключается изменение

пространственной ориентации изделия в процессе, например, его механической обработки строганием. Следовательно, в рассматриваемом случае совокупность плоских пружин 27 выполняет роль жесткого связующего средства, несмотря на то, что включает только упругие элементы.

Оптико-электронная измерительная система включает один телевизионный компьютерный микроскоп 34, который стационарно закреплен на основном столе 9 станка таким образом, что главная оптическая ось его объектива 35 ориентирована по направления возвратно-поступательного перемещения основного стола 9 и координатно адаптирована с нулевой точкой базовой системы XYZ отсчета станка и нулевой точкой исходных управляющих программ. Оптико-электронная измерительная система может быть оснащена экраном 36 (расположенным в поле зрения объектива 35 телевизионного компьютерного микроскопа 34 позади зоны ввода инструмента 12 в это поле) а также двумя осветителями 37 и 38, один из которых (осветитель 37) установлен с возможностью осуществления подсветки экрана 36, а другой (осветитель 37)- передней поверхности режущей части инструмента 12.

Станок также может быть оснащен пневмооборудованием, включающем форсунку 39 (установленную с возможностью обдува зоны резания с целью удаления продуктов резания в виде микростружки) и вытяжное устройство 40, размещенное оппозитно форсунке 39 с возможностью отсоса удаляемых продуктов резания из зоны обработки.

Пульт ручного управления включает:

- кнопку 41 аварийного отключения приводов;

- кнопку 42 пуска электрооборудования;

- заглушку 43;

- кнопки 44 включения/выключения шпинделя 4;

- кнопки 45 включения/выключения приводов;

- кнопки 46 выбора режима;

- кнопки 47 включения/выключения дополнительного оборудования;

- кнопки 48 выбора оси и скорости подачи;

- переключатель 49 выбора скорости вращения шпинделя 4 в процентном отношении;

- переключатель 50 выбора скорости подачи приводов в процентном отношении;

- замок 51 выбора наладочной операции.

Электрооборудование станка размещено в электрошкафу 52.

Прецизионный строгальный станок предназначен для многопроходного строгания сложных рисунков (рельефов) на металлографских формах в автоматическом (или, частично, в полуавтоматическом) режиме в условиях мелкосерийного производства в специально оборудованном помещении (термостатирование, виброизоляция).

Станок создан на базе координатно-расточного станка модели 2431 СФ 10 с использованием его основных корпусных деталей (станина, салазки, стол, стойка, корпус шпиндельной бабки) с их доработкой и оснащением дополнительными узлами и устройствами.

Например, конструкция стойки 2 со шпиндельной бабкой 3 более подробно приведена на фиг.9 - фиг.12. На стойке 2 смонтированы шпиндельная бабка 3 и противовес. Противовес установлен на стойке 2 посредством кронштейна 53 через проставочные втулки 54. К корпусу шпиндельной бабки 3 посредством хомута 55 прикреплены два тросика 56, несущие (через смонтированные на кронштейне 53 четыре шкива 57), платформу 58 на которой установлены грузы 59 противовеса. Для предотвращения смещения грузов 59 при перемещении шпиндельной бабки 3 в них и в платформе 58 сделаны отверстия, через которые проходит пруток 60, закрепленный на стойке 2 посредством верхней планки 61 и нижней плиты 62.

Общий вид шпиндельной бабки 3 и входящих в нее узлов приведен на фиг.13 и фиг.14. Корпус шпиндельной бабки 3 неподвижно закреплен на стойке 2 станка. Перемещение шпинделя 4 по координате «Z» осуществляется от электродвигателя 11 модели IFK60GO-6AFH-IAAO фирмы Siemens, например, через муфту 63 и шарико-винтовую пару 6 (гайка которой жестко закреплена на корпусе /гильзе 5/ шпинделя 4) по направляющим 64 с помощью шариковых танкеток 65, смонтированных на раме 66. Отсчет перемещений по

координате «Z» производится, например, инкрементным линейным датчиком 67 модели ЛИР7-1-0190, линейка которого закреплена на корпусе шпинделя 4, а считывающая головка - на неподвижной раме 66.

Механизм зажима инструмента 12 состоит из инструментального гнезда 68, которое крепится на нижний торец шпинделя 4. Зажим инструмента 12 производится эксцентриком 69 с помощью пружины 70. Разжим осуществляется сжатием пружины 70 с помощью рычага 71. Смену инструмента 12 можно производить в любом удобном для оператора месте (угловом положении шпинделя 4).

Станок оснащен устройством ЧПУ типа CNC модели Sinumerik 840Di и системой подготовки управляющих программ к исполнению на ЧПУ на базе Intel-совместимого персонального компьютера.

Основные технические данные и характеристики станка представлены ниже.

Рабочая поверхность основного стола: ширина - 320 мм, длина -560 мм.

Наибольший ход основного стола 9, не менее: продольный (координата X)-400 мм; поперечный (т.е., ход салазок 7, координата У)-220 мм.

Наибольший ход гильзы 5 со шпинделем 4 шпиндельной бабки 3 (координата Z) не менее 80 мм.

Наибольший угол поворота шпинделя 4 (коорд. С), не менее 360° х N.

Расстояние от оси шпинделя 4 до стойки 2-320 мм.

Оптико-электронная измерительная система (система контроля и позиционирования инструмента 12) включает:

- количество телевизионных компьютерных микроскопов 34-1шт.;

- разрешающая способность микроскопа 34-1,0 мкм;

поле зрения микроскопа 34 (высота х ширина) - 0,6 х 0,9 мм;

Скорость рабочих перемещений по координатам (бесступенчатое регулирование):

- X, У, Z-10...500 мм/мин;

- С (при строгании) - 0,05...14 об/мин.

Скорость быстрых перемещений по координатам:

- Х и У - 2000 мм/мин;

- Z - 600 мм/мин;

- С - 14,0 об/мин.

Количество управляемых координат - 4.

Дискретность задания перемещений по координатам:

- Х, У и 2-0,1 мкм;

- С - 0,005 градусов.

Показатели точности станка:

- прямолинейность траектории перемещения по координатам Х и У - 2,0 мкм;

- перпендикулярность направления перемещения основного стола 9 (по X) к траектории перемещения салазок 7 (по У) - 2,0 мкм;

- параллельность рабочей поверхности позиционирующего устройства для пространственной ориентации обрабатываемой заготовки (т.е., устройства для крепления заготовок) перемещениям по осям Х и У - 3,0 мкм;

- радиальное биение контрольной оправки на вылете 20 мм - 1,5 мкм;

- повторяемость перемещений (одностороннее позиционирование):

- стола 9 и салазок 7 (координаты Х и У) -±1,0 мкм;

- шпинделя 4 шпиндельной бабки 3 (координата Z) -±0,5 мкм.

Характеристики устройства числового программного управления (ЧПУ):

- тип устройства - Sinumerik 840Di;

- операционная система - Windows NT;

- система кодирования - код ISO;

- емкость ПЗУ - 256 Кбайт;

- емкость ОЗУ - 128 Мбайт;

- емкость жесткого диска - 4,2 Гбайт;

- емкость дисковода гибких дисков - 1,44 Мбайт;

- количество релейных входов/выходов - 64;

- дисплей: тип - TTF; диагональ - 15,1 дюйм.

Характеристика электрооборудования:

- род тока питающей сети - переменный, трехфазный;

- напряжение - 380 В;

- частота - 50 Гц.

Электродвигатель 11 продольного перемещения основного стола 9 (по оси X):

- номинальная мощность - 0,8 кВт;

- максимальная частота вращения - 3000 об/мин;

- номинальный момент - 6,0 Нм.

Электродвигатель 11 поперечного перемещения стола 9 (по оси У, т.е., перемещение салазок 7):

- номинальная мощность - 0,8 кВт;

- максимальная частота вращения - 3000 об/мин;

- номинальный момент - 6,0 Нм.

Электродвигатель 11 вертикального перемещения шпинделя 4 (по оси Z):

- номинальная мощность - 0,8 кВт;

- максимальная частота вращения - 3000 об/мин;

- номинальный момент - 6,0 Нм.

Электродвигатель 11 поворота шпинделя 4 (по координате С):

- номинальная мощность - 0,8 кВт;

- максимальная частота вращения - 6000 об/мин;

- номинальный момент - 1,3 Нм.

Суммарная мощность электрооборудования станка - 8 кВт.

Характеристика пневматического оборудования:

- давление подводимого воздуха -1,0 МПа (10 кГс/см²)

- наибольший расход сжатого воздуха при давлении 1 МПа (10 кГс/ см ²) - 0,0027 м³/с (0,16 м ³/мин).

Техническая сущность подготовки к работе и работы заявленного прецизионного строгального станка автоматизированного гравировального комплекса заключается в следующем.

Перед формированием реперной координатной системы X ₁Y₁Z₁ осуществляют коррекцию исходных управляющих программ системы ЧПУ (например, типа CNC модели Sinumerik 840Di) на отклонение от плоскостности

рабочей поверхности функционального слоя заготовки. При этом заготовку предварительно закрепляют на установочной поверхности устройства для пространственной ориентации и ориентируют вдоль плоскости ХУ ортогональной координатной системы XYZ отсчета станка (т.е., осуществляют предварительное позиционирование).

Предварительное позиционирование закрепленной заготовки посредством устройства для пространственной ориентации перед оцифровкой осуществляют посредством определения и регистрации соответствующими средствами измерения значений координат «z», по меньшей мере, трех, не лежащих на одной прямой, точек рабочей поверхности функционального слоя заготовки и последующего выравнивания в диапазоне допустимых отклонений величин этих значений посредством периферийный регулировочных узлов 16 устройства для пространственной ориентации заготовок.

Для осуществления упомянутой коррекции исходных управляющих программ производят оцифровку по координатам «z» множества (расположенных с заданным шагом) точек рабочей поверхности функционального слоя заготовки на участке оцифровки форма и площадь которого регламентируется формой и площадью формируемого на этой поверхности рисунка гравюры. Оцифровку начинают с наиболее удаленной от центра участка оцифровки точки и продолжают посредством сканирования участка оцифровки средствами измерения с обеспечением регистрации значений координаты «z» в каждой точке оцифровки (точность оцифровки обеспечивается в пределах порядка 20...30 мкм) и автоматической коррекции управляющих программ ЧПУ по результатам оцифровки.

Оцифровка рабочей поверхности функционального слоя заготовки является технологической операцией, необходимой для корректного формирования рисунка гравюры на этой поверхности. Как правило, поверхность заготовки имеет плавное изменение геометрии (в частности, высоты неровностей относительно плоскости ХУ координатной системы отсчета станка). Чтобы учесть это изменение производится вышеупомянутая оцифровка заготовки. Для этого могут применяться различные известные из уровня техники средства измерения, которые делятся на контактные и

бесконтактные. Например, индуктивный датчик, используемый в рассматриваемом автоматизированном гравировальном комплексе, является контактным. К бесконтактным средствам измерения относятся, например, интерферометры и лазерные измерители. Последние имеют важное преимущество перед контактными, поскольку нет необходимости подъема/опускания датчика над поверхностью заготовки, для того чтобы не повредить ее зеркальную рабочую поверхность в процессе сканирования. Однако, стоимость лазерного измерителя значительно выше стоимости контактного датчика.

Другим недостатком контактного измерителя является наличие в нем инерционного элемента (т.е., пружины), что требует соответствующего учета (в частности - определения временного интервала выдержки для погашения колебательных процессов) при регистрации измеряемого значения.

Оцифровка заготовки осуществляется с помощью, установленного в гнездо 68 держателя инструмента 12 (т.е., шпинделя 4 шпиндельной бабки 3 станка) индуктивного датчика, подключенного к индуктивному преобразователю. Индуктивный преобразователь имеет аналоговый выход, на котором формируется выходной сигнал в виде уровня напряжения. Выходной сигнал, подается на один из входов платы аналогово-цифрового преобразования (АЦП), установленной в персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ) системы ЧПУ.

Для избежания помех, в том числе, вырабатываемых импульсным источником питания индуктивного преобразователя, подключение производится по дифференциальной схеме.

На входе платы АЦП максимальному значению (верхняя граница диапазона) соответствует напряжение +5В, а минимальному (нижняя граница диапазона) -5В. Разрядность АЦП составляет 12 бит. Таким образом, при максимальном входном диапазоне ±5В, дискретность составит 0.0025В, следовательно, при максимальном диапазоне измерений индуктивного преобразователя ±100 мкм дискретность измерений составит 0.05 мкм (что на два порядка превышает точность позиционирования по координате Z, обеспечиваемая непосредственно станком).

Таким образом, для организации процесса оцифровки, необходимо:

- определить габариты формируемого на рабочей поверхности функционального слоя заготовки рисунка гравюры;

- назначить величину шага между соседними точками оцифровки;

- сформировать набор кадров (команд), для их отработки на станке;

- определить время выдержки, необходимое для погашения колебательных воздействий пружины индуктивного датчика на результат измерения;

- организовать последовательный обход каждой из точек оцифровки (т.е., сканирование участка оцифровки).

Шаг между соседними точками оцифровки выбирается исходя из плотности элементов рисунка гравюры и качества рабочей поверхности функционального слоя используемой заготовки.

Формирование набора кадров (команд) подразумевает создание последовательности команд для организации процесса оцифровки. Так как применяется контактное средство измерения (т.е., индуктивный датчик), то существует необходимость для поднятия индуктивного датчика над рабочей поверхностью функционального слоя заготовки при его перемещении (в процессе сканирования) к следующей точке оцифровки.

Алгоритм оцифровки рабочей поверхности функционального слоя заготовки можно представить в виде, как показано на фиг.17 графических материалов.

Схема оцифровки фрагмента участка оцифровки рабочей поверхности функционального слоя заготовки представлена на фиг.16 графических материалов (изображен фрагмент заготовки с нанесенной на него сеткой оцифровки).

Коррекция управляющих программ системы ЧПУ на отклонение от плоскостности рабочей поверхности функционального слоя заготовки на (коррекция по координате Z) учитывает неровности рабочей поверхности функционального слоя заготовки (на которой производится формирование рисунка гравюры). По результатам оцифровки вносятся соответствующие изменения в исходную управляющую программу по координате Z.

Для расчета действительной координаты (z0) произвольной токи (РО) (расположенной на участке оцифровки) между точками оцифровки формируются треугольные плоскости, позволяющие определить необходимое приращение (dz) по координате Z.

Согласно фиг.16 графических материалов:

точка Р0 - это точка, для которой производится коррекция управляющей программы по координате Z;

набор точек P1, P2 и Р3 определяют ближайшую плоскость, охватывающую точку РО, для которой производится коррекция.

Для определения приращения (dz) по координате Z, составляется система уравнений:

Решив систему уравнений, величину приращения (dz) по координате Z можно рассчитать по формуле:

dz=А·х0+В·у0+С

таким образом, новое значение (z¹) по координате Z в точке (х0,у0) будет равно:

z'=z0+dz

После осуществления операции оцифровки и соответствующей коррекции исходных управляющих программ системы ЧПУ формируют ортогональную реперную координатную систему X₁Y ₁Z₁.

Реперную координатную систему X₁Y₁Z ₁ формируют от начальной точки (x₁ =0, y₁=0, z₁=0) оцифровки (функционально являющейся нулевой точкой этой системы) координаты которой (перед началом обработки) уточняют посредством обеспечения механического контакта вершины инструмента 12 (закрепленного в шпинделе 4 станка) с рабочей поверхностью функционального слоя заготовки в этой точке с последующей адаптацией реперной координатной системы X₁Y₁Z ₁ с нулевой точкой отсчета исходных управляющих программ.

Упомянутую адаптацию осуществляют через пространственную координатную привязку нулевой точки координатной системы X ₁Y₁Z₁ к нулевой точке ортогональной координатной системы XYZ отсчета станка, пространственно адаптированной с нулевой точкой отсчета исходных управляющих программ системы числового программного управления (ЧПУ).

Исходные управляющие программы предназначены для формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки, которую (как ранее указывалось) предварительно закрепляют и позиционируют на установочной поверхности устройства для пространственной ориентации относительно плоскости ХУ координатной системы XYZ. Исходные управляющие программы для формирования рисунка гравюры на рабочей поверхности функционального слоя изделия составляется (базируется) от некоторой исходной точки формируемого рисунка гравюры, координаты которой программно адаптированы с вышеупомянутой нулевой точкой отсчета реперной координатной системы X₁Y₁Z ₁.

После завершения формирования и соответствующей привязки реперной координатной системы X₁ Y₁Z₁ к нулевой точке отсчета управляющих программ осуществляют позиционирование непосредственно режущей части инструмента (в частности, его вершины) относительно нулевой точки отсчета управляющих программ, координатно адаптированной с координатной системой XYZ станка (т.е., с нулевой точкой этой системы).

Для этого осуществляют операции фотографирования передней поверхности режущей части инструмента, позицирования его вершины по трем координатам относительно нулевой точки сформированной реперной системы X₁Y₁ Z₁ и коррекции по координатам «x ₁» и «y₁» проходящей через эту вершину продольной оси инструмента 12 относительно параллельной оси Z или Z₁ действительной оси вращения шпинделя 4 станка. При этом обеспечивают визуальное отображения результатов упомянутых операций фотографирования, позиционирования и коррекции на экране монитора управляющего механизмами перемещения станка компьютера, а также координатную адаптации этих результатов с управляющими программами системы ЧПУ

Для реализации этих процессов используют оптико-электронную измерительную систему. Данная система включает телевизионный компьютерный микроскоп 34, который (как ранее указывалось) стационарно закрепляют на основном столе станка таким образом, что главная оптическая ось его объектива 35 ориентирована по направления возвратно-поступательного перемещения основного стола 9 станка вдоль осей Х (или X ₁) соответствующих координатных систем и координатно адаптирована с нулевой точкой координатной системы X₁ Y₁Z₁.

Таким образом, переднюю поверхность режущей части инструмента 12 (резца) вводят в поле зрения объектива 35 упомянутого микроскопа 34, его вершину совмещают с перекрестием ортогональных осей на экране монитора, которое расположено на главной оптической оси упомянутого объектива 35, и осуществляют поворот шпинделя 4 шпиндельной бабки 3 станка на угол в пределах 360°.

Резец вводится в область поля зрения объектива 35 телевизионного микроскопа 34 в ручном режиме после его заточки и установки в рабочий шпиндель 4 станка. Поворот шпинделя 4 вокруг его оси, по меньшей мере, на угол в 360°, осуществляется для выявления величины радиального смещения в плоскости ХУ (или X₁Y ₁) вершины резца (или продольной оси, проходящей через эту вершину, что равнозначно) относительно реальной оси вращения шпинделя 4. Поправка на величину выявленного смещения вводится в исходную программу ПЭВМ системы ЧПУ с соответствующей коррекцией этой программы в отношении данного конкретного инструмента 12 (резца).

Иными словами, в ручном режиме вершина резца корректируется по центру оптических осей объектива 35 телевизионного микроскопа 34 (визуально отображенных на экране монитора ПЭВМ в увеличенном масштабе), перекрестие которых изначально координатно адаптировано с нулевой точкой отсчета исходных управляющих программ.

В процессе технологического цикла обработки (т.е., после заданного числа отработанных управляющих программ или их файлов) инструмент 12 может автоматически (посредством откорректированной исходной программы ПЭВМ) вводиться в координатно зафиксированную (вышеописанными

методами) точку, расположенную в поле зрения телевизионного микроскопа 34 (т.е., точку, совпадающую с перекрестием ортогональных оптических осей объектива 35) для фотографирования режущей части инструмента 12 с целью обеспечения контроля ее качества и оценки пригодности инструмента 12 для дальнейшей обработки. После каждого фотографирования инструмент 12 возвращается (также в автоматическом режиме) ту же точку рабочей поверхности заготовки, на которой был прерван технологический цикл обработки.

Прецизионная обработка изделий со сложным пространственным профилем обрабатываемой поверхности (например, металлографских форм, рельеф рисунка формируемых на рабочей поверхности функционального слоя заготовки гравюр которых образован упорядоченным множеством профильных канавок различных размеров и геометрических форм, а также иных изделий с повышенными требованиями к точности обработки в функциональных слоях которых необходимо обеспечить получение рисунка заданной глубины с субмикронным разрешением его структур) требует точного выполнения и сопряжения участков с различной формой и профилем формируемого рельефа. Поскольку размеры используемого для данной обработки инструмента 12 могут быть аттестованы с погрешностью того же порядка, что и технологически заданные допуски на изготовление гравюр, а при смене инструмента 12, кроме того, возникают дополнительные погрешности положения вершины (и, соответственно, режущей кромки) инструмента 12, возникает необходимость после каждой смены инструмента 12 обеспечивать точную проверку фактического положения его вершины (режущей кромки) относительно нулевой точки реперной координатной системы X₁Y₁Z ₁ отсчета станка с последующей коррекцией упомянутого фактического положения рабочих элементов инструмента 12 относительно этой координатной системы. Аналогичная ситуация (в отношении необходимости коррекции фактического положения инструмента 12 в координатной системе отсчета станка) может возникнуть и в ряде иных случаев (например, при величине накопленной ошибки перемещения в механизмах позиционирующих узлов станка выше предельно допустимой). Причем при осуществлении обработки изделий со

сложной пространственно ориентируемой структурой формируемого рельефа коррекцию положения вершины (режущей кромки) инструмента 12 необходимо осуществлять по трем координатам X₁, у ₁ и Z₁ координатной системы отсчета станка.

Ввиду того, что, согласно изобретения, визуальное отображение привязки к сформированной реперной системе X ₁Y₁Z₁ станка на экране монитора осуществляется в виде пересекающихся под прямым углом соответствующих осей, при соответствующем программном обеспечении в процессе реализации патентуемого способа позиционирования инструмента 12 можно обеспечить измерение геометрических параметров и электронное фотографирование режущей части инструмента 12, например, для создание банка данных инструментов 12 и т.п.

В связи с вышеизложенным, целесообразно более подробно рассмотреть вариант реализации способа позиционирования для случая, когда вершина инструмента 12 (а, соответственно, и его продольная ось, проходящая через эту вершину) изменяет свое пространственное положение (в плоскости X₁Y₁ реперной координатной системы станка) при его повороте совместно со шпинделем 4 на угол в пределах 360°. Такое пространственное изменение положения вершины возможно, например, в тех случаях, когда упомянутая вершина смещена, например, на величину «y₁ » относительно оси вращения шпинделя 4 станка (ориентированной по оси «Z» координатной системы отсчета станка). Для этого случая вначале необходимо определить величину «у» (или «y ₁», что равнозначно) упомянутого смещения вершины посредством поворота инструмента 12 совместно со шпинделем 4 в поле зрения объектива 35 компьютерного телевизионного микроскопа 34 и произвести визуальную регистрацию процесса поворота на мониторе управляющего компьютера. После чего необходимо осуществить вышеупомянутую коррекцию управляющих программ в соответствии с вычисленной величиной смещения.

Схема определения величины вышеупомянутого смещения вершины инструмента 12 (а, соответственно, и его продольной оси, проходящей через эту вершину) представлена на фиг.18 графических материалов.

Согласно данной схеме расчет новых значений (X¹ и Y¹) координат Х и У вершины резца (или его продольной оси, проходящей через эту вершину) в плоскости XY рассчитывается по следующим формулам:

Х'=Х + К_x · cos(C) + К _у · sin(C)

У'=У + К_x · sin(C) - К_у cos(C), где

К_у - величина коррекции по У. Определяется как середина отрезка [X1, X1 ¹]. Знак определяется путем определения положения инструмента относительно оси микроскопа: если при повороте резца из положения 90° в положение 270° инструмент располагается справа, то знак плюс, иначе минус;

К_х - величина коррекции по X. Определяется как длина отрезка [Х2, Х2 ¹]. Знак определяется в соответствии со следующим правилом: Если инструмент в положении 0° отклонился от оси поворота вправо, то знак минус, иначе плюс;

X¹ - новое значение координаты Х с учетом коррекции;

Y ¹ - новое значение координаты Y с учетом коррекции;

С - угол поворота инструмента.

Следует учесть, что (согласно данной схеме) движение вдоль плоскости XY осуществляется посредством перемещение стола 9 с заготовкой, а инструмент 12 (или шпиндель 4) может осуществлять движение только вокруг своей оси (координата С).

Такая коррекция управляющих программ снижает в процессе последующей обработки примерно в два раза погрешность, возникающую вследствии эксцентричного расположения вершины инструмента 12 относительно оси поворота шпинделя 4.

Таким образом позиционирование и отсчет перемещений инструмента 12 в процессе формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки ведут от упомянутой нулевой точки реперной системы X ₁Y₁Z₁ согласно исходным управляющим программам системы ЧПУ с учетом коррекции по координатам «x₁» и «y ₁» продольной оси инструмента 12 (проходящей через его вершину) относительно действительной оси вращения шпинделя 4 станка (параллельной оси Z или Z₁) а также коррекции по результатам оцифровки.

Следует отметить, что упомянутые операции фотографирования передней поверхности режущей части инструмента 12, позицирования его вершины по трем координатам относительно нулевой точки сформированной реперной системы X ₁Y₁Z₁ и коррекции по координатам «x₁» и «y ₁» продольной оси инструмента 12 относительно действительной оси вращения шпинделя 4 станка посредством оптико-электронной измерительной системы целесообразно осуществлять в прямом и теневом свете. Для этого упомянутую измерительную систему оснащают отражающим экраном 36, расположенным в поле зрения объектива 35 телевизионного компьютерного микроскопа 34 позади зоны ввода инструмента 12 в это поле, а также двумя осветителями 37 и 38. Один из осветителей 37 в этом варианте реализации способа необходимо устанавливать с возможностью осуществления подсветки экрана, а другой осветитель 38 - с возможностью осуществления подсветки передней поверхности режущей части инструмента 12.

Данный вариант конструктивного исполнения оптико-электронной измерительной системы изображен на фиг.15 графических материалов заявки.

Данная система стационарно устанавливается на основном столе 9 станка (осуществляющим возвратно-поступательное перемещение вдоль оси Х /или X ₁/ соответствующих координатных систем станка).

Между телевизионной камерой 72 и объективом 35 телевизионного компьютерного микроскопа 34 установлены удлинительные кольца 73. Оптико-электронная часть измерительной системы фиксируется на двух стойках 74 и 75 и с регулируемой высотой. Выбранная высота закрепляется фиксатором 76. Осветители 37 и 38, а также экран 36 закреплены на третьей стойке 77 и регулируются по высоте одновременно с оптико-электронной частью.

Телевизионная камера 72 соединяется с компьютером телевизионным кабелем посредством установленной в нем платы видеозахвата, например, модели EZ Capture фирмы Aver Media. В качестве телевизионной камеры 72 может быть использована черно-белая телекамера RC - 583С с встроенным блоком питания, а в качестве осветителей 37 и 38 - осветители светодиодные белого света марки «Porta».

Использование в оптико-электронной измерительной системе отражающего экрана 36 и двух осветителей 37 и 38 позволяет повысить контрастность изображения режущей части инструмента 12 (в особенности ее границ, т.е., режущих кромок) на экране монитора, что повышает качество и эффективность контроля его параметров в режиме автоматического фотографирования.

На базе откорректированных исходных управляющих программ на станке рассматриваемого автоматизированного гравировального комплекса может выполняться строгание канавок различной формы постоянной или переменной глубины (прямолинейные, круговые, синусоидальные, сложной формы) и семейства этих канавок, в том числе пересекающиеся друг с другом.

Для выполнения перечисленных видов работ (помимо технологических возможностей, непосредственно вытекающих из технических характеристик станка) предусмотрены следующие вспомогательные технологические циклы и приемы, обеспечиваемые конструкцией станка и управляющими программами:

- коррекция положения точек рабочей поверхности функционального слоя заготовки по координате Z с учетом микронеровностей этой поверхности (оцифровка);

- определение положения и координатная привязка рабочей поверхности (т.е., нулевой точки отсчета реперной системы X ₁Y₁Z₁) функционального слоя заготовки относительно координатной системы отсчета станка;

- определение погрешностей заточки и установки резца в шпинделе 4 станка и коррекция управляющих программ на основе полученных данных.

Непосредственно технология строгания (схемы резания) на заявленном прецизионном строгальном станке подробно не раскрывается, поскольку является технологическим «НОУ-ХАУ».

Однако, целесообразно отметить, что используемая на данном станке технология строгания позволяет исключить использование такого признака, как «...при изменении направления проекции вектора V скорости перемещения резца на плоскость расположения координатных осей Х и У изменяют пространственное положение передней поверхности резца относительно ее предыдущего положения (посредством поворота резца по координате С вокруг

его продольной оси) таким образом, чтобы при прохождении любой точки траектории перемещения резца его передняя поверхность находилась перпендикулярно (т.е., под углом равным 90°) к плоскости, которая пересекает плоскость расположения координатных осей Х и У и ориентирована вдоль проекции вектора V скорости резца в этой точке на плоскость расположения упомянутых координатных осей...», что является необходимым условием для обеспечения необходимого качества и точности обработки, например, в патенте RU, №2153958.

В используемой на заявленном строгальном станке технологии резания достаточно лишь придерживаться условия минимизации контакта задней поверхности резца с поверхностью резания (т.е., расположение упомянутой задней поверхности резца в области уже снятого припуска на протяжении всего прохода резца). А данное условие наиболее просто может быть реализовано при углах расположения передней поверхности инструмента по отношению к поверхности резания именно отличных от 90°, причем в достаточно широком диапазоне (при определенной, не раскрываемой в рамках настоящей заявки, схеме резания). Кроме того, широкий диапазон допустимых углов расположения передней поверхности инструмента по отношению к поверхности резания позволяет в значительной степени упростить программное обеспечение системы ЧПУ станка без снижения качества и точности обработки.

Таким образом, заявленный прецизионный строгальный станок автоматизированного гравировального комплекса может быть использован при механической прецизионной обработке изделий со сложным пространственным профилем обрабатываемой поверхности (например, металлографских форм, рельеф рисунка формируемых на рабочей поверхности гравюр которых образован упорядоченным множеством профильных канавок различных размеров и геометрических форм), а также иных изделий с повышенными требованиями к точности обработки в функциональных слоях которых необходимо обеспечить получение рисунка заданной глубины с субмикронным разрешением его пространственных структур.

1. Прецизионный строгальный станок автоматизированного гравировального комплекса, содержащий станину с вертикальной стойкой, размещенную на стойке шпиндельную бабку с вращающимся по координате С в плоскости ХУ относительно оси Z базовой системы XYZ отсчета станка шпинделем со средствами для крепления инструмента, который размещен в гильзе, кинематически связанной со шпиндельной бабкой посредством шарико-винтового механизма с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси Z, салазки, установленные на станине в горизонтальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси У посредством шарико-винтового механизма; основной стол, установленный на салазках в горизонтальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси Х посредством шарико-винтового механизма, позиционирующее устройство для пространственной ориентации обрабатываемой заготовки относительно плоскости ХУ, стационарно закрепленное относительно установочной поверхности основного стола, автономные средства привода вышеупомянутых шарико-винтовых механизмов, оптико-электронную измерительную систему для контроля и коррекции положения вершины и/или режущей кромки инструмента относительно базовой системы XYZ отсчета станка, установленную на основном столе с возможностью визуализации режущей части инструмента на экране монитора управляющего компьютера системы числового программного управления (ЧПУ) посредством исходных управляющих программ, при этом система ЧПУ функционально связана посредством пульта управления с процессором управляющего компьютера, а позиционирующее устройство для пространственной ориентации обрабатываемой заготовки содержит связанные между собой базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы, расположенные между ними самоустанавливающиеся центральный и регулируемые периферийные опорные узлы с опорными элементами, а также средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента, при этом базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы связаны, по меньшей мере, одним упругим элементом, расположенным в области, ограниченной размещенными в зоне вершин треугольника центрами опорных элементов центрального и периферийных опорных узлов, а каждый периферийный опорный узел выполнен в виде двух опорных элементов с самоустанавливающимися поверхностями, первый из которых жестко закреплен на базовом элементе, а второй, самоустанавливающаяся поверхность которого выполнена сферической, кинематически связан с первым посредством подпружиненного рычага и регулировочного элемента с клиновым профилем, который размещен с возможностью перемещения между самоустанавливающимися поверхностями упомянутых опорных элементов, а средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента выполнены в виде расположенных по периферии устройства, по меньшей мере, трех фиксирующих узлов, каждый из которых состоит из жестко связанного с базовым элементом средства зажима и плоской пружины, один конец которой жестко закреплен на установочном элементе, а другой расположен с возможностью его жесткой фиксации в зоне зажимных элементов упомянутого средства зажима, отличающийся тем, что он включает средства оцифровки рабочей поверхности функционального слоя заготовки, выполненные с возможностью передачи результатов оцифровки в память управляющего компьютера системы ЧПУ для обеспечения коррекции исходных управляющих программ, оптико-электронная измерительная система включает один телевизионный компьютерный микроскоп, который стационарно закреплен на основном столе станка таким образом, что главная оптическая ось его объективна ориентирована по направлениям возвратно-поступательного перемещения основного стола и координатно адаптирована с нулевой точкой базовой системы XYZ отсчета станка и нулевой точкой исходных управляющих программ; средство крепления инструмента расположено непосредственно на шпинделе с возможностью обеспечения соосности по оси Z продольной оси инструмента с осью вращения шпинделя по координате С; продольные оси плоских пружин фиксирующих узлов устройства для пространственной ориентации заготовки расположены одна относительно другой под углами отличными от 0° или 180° и ориентированы вдоль базовой плоскости установочного элемента под углом, близким или равным 0° или 180°, а самоустанавливающиеся поверхности жестко закрепленных на базовом элементе опорных элементов периферийных опорных узлов выполнены цилиндрическими.

2. Прецизионный строгальный станок по п.1, отличающийся тем, что устройство для пространственной ориентации заготовки размещено непосредственно на установочной поверхности основного стола.

3. Прецизионный строгальный станок по п.1, отличающийся тем, что средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента устройства для пространственной ориентации заготовки выполнены в виде трех фиксирующих узлов, в которых продольные оси плоских пружин ориентированы вдоль сторон равностороннего треугольника.

4. Прецизионный строгальный станок по п.1, отличающийся тем, что оптико-электронная измерительная система оснащена экраном, расположенным в поле зрения объектива телевизионного компьютерного микроскопа позади зоны ввода инструмента в это поле, а также двумя осветителями, один из которых установлен с возможностью осуществления подсветки экрана, а другой - передней поверхности режущей части инструмента.