RU2360771C2 - Actuating system incorporated with software-hardware complex designed to cut discrete shaped etched images in operating layer of printed circuit - Google Patents
Actuating system incorporated with software-hardware complex designed to cut discrete shaped etched images in operating layer of printed circuit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2360771C2 RU2360771C2 RU2007147890/02A RU2007147890A RU2360771C2 RU 2360771 C2 RU2360771 C2 RU 2360771C2 RU 2007147890/02 A RU2007147890/02 A RU 2007147890/02A RU 2007147890 A RU2007147890 A RU 2007147890A RU 2360771 C2 RU2360771 C2 RU 2360771C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool
- movement
- axis
- additional
- tool holder
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 69
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 claims description 41
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 17
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 17
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 9
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 35
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 19
- 230000008859 change Effects 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 10
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 10
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 8
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 4
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Numerical Control (AREA)
- Manufacture Or Reproduction Of Printing Formes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится, преимущественно, к области станкостроения и может быть, использовано в рамках реализации Государственной программы внедрения современного уровня достижений в сфере «нанотехнологий» в ведущих отраслях техники, определяющих уровень экономического развития страны в целом.The invention relates mainly to the field of machine tool building and can be used in the framework of the State program for the implementation of the modern level of achievements in the field of "nanotechnology" in the leading branches of technology that determine the level of economic development of the country as a whole.
Преимущественное направление использования - автоматизированная мехатронная обработка резанием функционального слоя изделия со сложным пространственным профилем и формой (в плане) формируемых в функциональном слое профильных структур фрагментов рисунка гравюры с высокой степенью точности, при обеспечении возможности, преимущественно, одновременного (т.е., в реальном режиме времени) формирования на поверхности упомянутых профильных структур дополнительных микро- и/или наноструктур, функционально являющихся специальными, дополнительными, как правило, программно-организованными (т.е., машиносчитываемыми) элементами защиты изделия от подделки (т.е., несанкционированного воспроизводства) при использовании известного из уровня техники станочного оборудования.The main area of use is automated mechatronic processing by cutting the functional layer of the product with a complex spatial profile and shape (in plan) of the fragments of the engraving pattern formed in the functional layer of the profile structures of the engraving with a high degree of accuracy, while ensuring the possibility, mainly, simultaneously (i.e., in real time mode) the formation of additional micro- and / or nanostructures functionally special on the surface of the above-mentioned profile structures, additional As a rule, with software-organized (i.e., machine-readable) elements for protecting the product from counterfeiting (i.e., unauthorized reproduction) when using machine tools known from the prior art.
Например, заявленный комплекс может быть успешно реализован при изготовлении печатных форм для металлографской печати, используемых для производства денежных знаков /банкнот/ и иных ценных бумаг.For example, the claimed complex can be successfully implemented in the manufacture of printing forms for metallographic printing used for the production of banknotes / banknotes / and other securities.
Из уровня техники известен программно-аппаратный комплекс для формирования резанием дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое печатной формы, включающий: прецизионный металлорежущий станок с исполнительной системой. Исполнительная система содержит: средства позиционирования и относительного рабочего перемещения инструмента, включающие координатно-организованную механическую структуру главного формообразующего перемещения инструмента относительно поверхности функционального слоя (т.е., систему перемещения по координатным осям X, У, Z). Кроме того, ильная система оснащена системой числового программного управления упомянутыми средствами позиционирования и относительного перемещения инструмента (RU, патент на полезную модель №48164, 2005 г.).The prior art software and hardware complex for forming by cutting discrete profile structures engraving patterns in a functional layer of a printing form, including: a precision metal-cutting machine with an executive system. The executive system contains: positioning tools and relative working displacement of the tool, including a coordinate-organized mechanical structure of the main formative movement of the tool relative to the surface of the functional layer (i.e., a system of movement along the coordinate axes X, Y, Z). In addition, the system is equipped with a system of numerical program control of the aforementioned positioning and relative tool movement tools (RU, utility model patent No. 48164, 2005).
Прецизионный металлорежущий станок известного программно-аппаратного комплекса содержит:A precision metal cutting machine of a well-known hardware-software complex contains:
- станину с вертикальной стойкой;- a bed with a vertical rack;
- размещенную на стойке шпиндельную бабку с вращающимся по координате С в плоскости XY относительно оси Z базовой системы XYZ отсчета станка шпинделем со средствами для крепления инструмента (инструментодержателем), который размещен в гильзе, кинематически связанной со шпиндельной бабкой посредством шарико-винтового механизма с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси Z;- a headstock placed on a stand with a coordinate C rotating in the XY plane relative to the Z axis of the XYZ reference frame of the machine with a spindle with tools for fastening the tool (tool holder), which is placed in a sleeve kinematically connected to the headstock by means of a ball screw mechanism with the possibility of return - translational movement along the Z axis;
- салазки, установленные на станине в горизонтальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси Y посредством шарико-винтового механизма;- a slide mounted on the bed in horizontal guides with the possibility of reciprocating movement along the Y axis by means of a ball screw mechanism;
- основной стол, установленный на салазках в горизонтальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси X посредством шарико-винтового механизма;- the main table mounted on a slide in horizontal guides with the possibility of reciprocating movement along the X axis by means of a ball screw mechanism;
- позиционирующее устройство для пространственной ориентации обрабатываемой заготовки относительно плоскости ХУ, стационарно закрепленное относительно установочной поверхности основного стола;- a positioning device for the spatial orientation of the workpiece relative to the XY plane, stationary mounted relative to the mounting surface of the main table;
- автономные средства привода вышеупомянутых шарико-винтовых механизмов;- autonomous drive means of the aforementioned ball screw mechanisms;
- 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;- an optical-electronic measuring system for monitoring and correcting the position of the tip and / or cutting edge of the tool relative to the basic XYZ reference system of the machine, mounted on the main table with the ability to visualize the cutting part of the tool on the monitor screen of the control computer of a numerical control system (CNC) using the original control programs;
- 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.- means of digitizing the working surface of the functional layer of the workpiece, made with the possibility of transferring the results of digitization to the memory of the control computer of the CNC system to provide correction of the original control programs.
Совершенно очевидно, что шпиндельная бабка с ее вышеперечисленными кинематическими узлами, а также салазки, основной стол, позиционирующее устройство, автономные средства привода шарико-винтовых механизмов, оптико-электронная измерительная система, средства оцифровки рабочей поверхности функционального слоя заготовки данного известного из уровня техники гравировального комплекса в совокупности образуют исполнительную систему позиционирования и относительного рабочего перемещения инструмента, включающую координатно-организованную механическую структуру главного формообразующего перемещения инструмента относительно поверхности функционального слоя (т.е., систему перемещения относительно координатных осей X, Y, Z), которая (т.е., исполнительная система позиционирования и относительного перемещения инструмента) в технологическом режиме программно-организована и функционирует посредством системы числового программного управления (ЧПУ), связанной посредством пульта управления с процессором управляющего компьютера.It is quite obvious that the headstock with its kinematic nodes listed above, as well as the slide, the main table, the positioning device, autonomous means for driving ballscrews, the optoelectronic measuring system, the means for digitizing the working surface of the workpiece functional layer of this engraving complex known from the prior art collectively form an executive system of positioning and relative working movement of the tool, including coordinate-organized the mechanical structure of the main formative movement of the tool relative to the surface of the functional layer (i.e., the movement system relative to the coordinate axes X, Y, Z), which (i.e., the executive positioning system and relative movement of the tool) in the technological mode is program-organized and operates through a numerical control system (CNC), connected through a control panel to the processor of the control computer.
Оптико-электронная измерительная система может включать, например, 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 XYZ отсчета станка и нулевой точкой исходных управляющих программ.An optoelectronic measuring system may include, for example, one television computer microscope that is stationary mounted on the main table of the machine so that the main optical axis of its lens is oriented in the direction of the reciprocating movement of the main table and coordinate adapted with the zero point of the base XYZ reference system machine and zero point source control programs.
Средство крепления инструмента (инструментодержатель) расположено непосредственно на шпинделе с возможностью обеспечения соосности по оси Z продольной оси инструмента с осью вращения шпинделя по координате С относительно оси Z.The tool holder (tool holder) is located directly on the spindle with the ability to ensure alignment along the Z axis of the longitudinal axis of the tool with the axis of rotation of the spindle along the C coordinate relative to the Z axis.
К недостаткам данного известного из уровня техники программно-аппаратного комплекса и, соответственно, его исполнительной системы следует отнести недостаточные точность позиционирования инструмента перед началом обработки и точность его относительного перемещения в процессе обработки изделий (ограниченные точностью перемещения /дискретностью шага/ шарико-винтовых механизмов используемых средств относительного перемещения инструмента), а также ограниченные функциональные возможности, вследствие отсутствия возможности в процессе формирования основных профильных структур фрагментов рисунка гравюры формировать дополнительные микро- и наноструктуры (функционально являющиеся специальными, дополнительными, программно-организованными элементами защиты изделия от подделки), а также изменять форму профиля формируемых дискретных структур рисунка гравюры как до начала осуществления процесса резания, так и в процессе резания без прерывания технологического цикла обработки и без замены режущего инструмента.The disadvantages of this software and hardware complex known from the prior art and, correspondingly, its executive system include insufficient positioning accuracy of the tool before processing and the accuracy of its relative movement during product processing (limited by the accuracy of movement / step resolution / ball screw mechanisms of the tools used relative tool movement), as well as limited functionality, due to the lack of opportunity in the process the formation of the main profile structures of fragments of the engraving pattern; to form additional micro- and nanostructures (functionally special, additional, software-organized elements for protecting the product from counterfeiting), as well as changing the profile shape of the discrete structures of the engraving pattern, both before the cutting process starts and in cutting process without interrupting the technological cycle of processing and without replacing the cutting tool.
Следует отметить, что точность обработки является наиболее важным критерием качества и защищенности, например, для металлографских печатных форм, используемых в процессе изготовления денежных знаков (банкнот) и иных ценных бумаг, поскольку за счет этого параметра обработки, как правило, обеспечиваются и дополнительные степени защиты от подделки упомянутых ценных изделий.It should be noted that the accuracy of processing is the most important criterion of quality and security, for example, for metallographic printing plates used in the process of manufacturing banknotes and other securities, because this processing parameter, as a rule, provides additional degrees of protection from falsification of said valuable products.
В основу заявленного изобретения была положена задача расширения функциональных возможностей программно-аппаратного комплекса путем модернизации его исполнительной системы за счет придания инструменту дополнительных степеней свободы относительного перемещения при повышении точности позиционирования инструмента перед началом обработки и точности его относительного перемещения в процессе обработки изделий путем редуцирования (преимущественно, уменьшения) величины перемещения режущей части (например, вершины инструмента) с заданным коэффициентом редукции относительно величины перемещения исполнительных звеньев средств относительного перемещения инструмента по дополнительным степеням свободы.The claimed invention was based on the task of expanding the functionality of a hardware-software complex by upgrading its executive system by giving the instrument additional degrees of freedom of relative movement while increasing the accuracy of positioning the tool before processing and the accuracy of its relative movement during processing of products by reducing (mainly, decrease) the amount of movement of the cutting part (for example, the top of the tool) with reduction coefficient relative to the magnitude of the displacement of the executive links of the means of relative displacement of the tool for additional degrees of freedom.
Указанный технический результат позволяет посредством заявленной исполнительной системы реализовать на программно-аппаратном комплексе возможность в процессе формирования основных профильных структур фрагментов рисунка гравюры также формировать дополнительные микро- и наноструктуры, функционально являющиеся специальными, дополнительными, программно-организованными элементами защиты изделия от подделки, которые могут быть выявлены как визуально, так и с помощью специальных средств детектирования, в зависимости от их геометрических параметров.The indicated technical result allows, through the claimed executive system, to realize on the hardware-software complex the possibility, in the process of forming the main profile structures of fragments of the engraving pattern, also to form additional micro- and nanostructures that are functionally special, additional, program-organized elements for protecting the product from counterfeiting, which can be identified both visually and using special detection tools, depending on their geometrical of their parameters.
Кроме того, обеспечивается возможность изменять форму профиля формируемых дискретных профильных структур рисунка гравюры как до начала осуществления процесса резания, так и во время процесса резания без прерывания технологического цикла обработки и без замены режущего инструмента.In addition, it is possible to change the profile shape of the generated discrete profile structures of the engraving pattern both before the start of the cutting process and during the cutting process without interrupting the processing cycle and without replacing the cutting tool.
Поставленная задача решается посредством того, что в исполнительной системе программно-аппаратного комплекса для формирования резанием дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое печатной формы, содержащей: средства позиционирования и главного формообразующего относительного перемещения инструмента, включающие координатно-организованную механическую структуру главного формообразующего перемещения инструмента относительно поверхности функционального слоя; а также систему числового программного управления средствами позиционирования и главного формообразующего перемещения инструмента, согласно изобретению средства позиционирования и главного формообразующего относительного перемещения инструмента дополнительно содержат, по меньшей мере, один, первый узел дополнительного перемещения инструмента, выполненный с возможностью осуществления поворота продольной оси инструментодержателя (функционально являющейся, в пределах технологического допуска, и осью инструмента) на заданный угол в, по меньшей мере, одной плоскости, который (т.е., первый узел) функционально является первым средством модуляции регламентированных главным формообразующим перемещением инструмента геометрических параметров профиля и формы в плане дискретных профильных структур, обеспечивающим возможность формирования интегрального формообразующего перемещение инструмента; при этом упомянутый первый узел оснащен в каждой плоскости поворота независимыми приводами перемещения, программно-организованными с возможностью осуществления первого дополнительного модулирующего перемещения с различными периодом цикла и амплитудой дифференциальных колебательных процессов инструментодержателя в совмещенных плоскостях поворота.The problem is solved by the fact that in the executive system of the hardware-software complex for forming by cutting discrete profile structures engraving patterns in a functional layer of a printing form containing: positioning means and the main forming relative movement of the tool, including the coordinate-organized mechanical structure of the main forming forming movement of the tool relative to the surface of the functional layer; and also a system of numerical program control of the positioning means and the main forming tool movement, according to the invention, the positioning tools and the main forming relative tool movement additionally comprise at least one first node for additional tool movement, configured to rotate the longitudinal axis of the tool holder (which is functionally , within the technological tolerance, and the axis of the tool) at a given angle in at least one plane, which (i.e., the first node) is functionally the first means of modulation of the geometric profile and shape parameters regulated by the main forming tool movement in terms of discrete profile structures, which enables the formation of an integral forming tool tool movement; wherein said first unit is equipped in each rotation plane with independent displacement drives programmatically organized with the possibility of performing the first additional modulating movement with different cycle periods and the amplitude of the differential oscillatory processes of the tool holder in the combined rotation planes.
Оптимально, чтобы средства позиционирования и главного формообразующего перемещения инструмента дополнительно содержали, по меньшей мере, один, второй узел дополнительного перемещения инструмента, функционально являющийся вторым средством модуляции регламентированных упомянутым интегральным формообразующим перемещением инструмента геометрических параметров профиля и формы в плане дискретных профильных структур; упомянутый второй узел выполнен с возможностью осуществления поворота продольной оси инструментодержателя (совместно с инструментом) на заданный угол в, по меньшей мере, одной плоскости, совмещенной (в пределах технологического допуска) с плоскостью поворота оси инструментодержателя, обеспечиваемого первым узлом дополнительного перемещения; при этом второй узел дополнительного перемещения оснащен в каждой плоскости поворота независимыми приводами перемещения, программно-организованными с возможностью осуществления второго дополнительного модулирующего перемещения с различными периодом цикла и амплитудой дифференциальных колебательных процессов инструментодержателя (совместно с инструментом) по отношению к колебательным процессам, совершаемым посредством первого узла, в совмещенных плоскостях поворота.It is optimal that the means of positioning and the main forming movement of the tool additionally contain at least one second assembly of additional moving the tool, which is functionally the second means of modulating the geometric profile and shape parameters of discrete profile structures regulated by the said integral forming movement of the tool; said second node is configured to rotate the longitudinal axis of the tool holder (together with the tool) by a predetermined angle in at least one plane aligned (within the technological tolerance) with the plane of rotation of the axis of the tool holder provided by the first node for additional movement; the second additional movement unit is equipped in each rotation plane with independent movement drives programmatically organized with the possibility of performing a second additional modulating movement with different cycle periods and the amplitude of the differential oscillatory processes of the tool holder (together with the tool) with respect to oscillatory processes performed by the first node , in the combined planes of rotation.
Узлы дополнительного перемещения инструмента могут быть выполнены с возможностью осуществления циклического поворота оси инструментодержателя относительно:The nodes of the additional movement of the tool can be made with the possibility of cyclic rotation of the axis of the tool holder relative to:
- одного центра поворота, лежащего (в пределах технологического допуска) на оси инструментодержателя;- one center of rotation lying (within the technological tolerance) on the axis of the tool holder;
- одного центра поворота, совмещенного (в пределах технологического допуска) с вершиной инструмента;- one center of rotation combined (within the technological tolerance) with the top of the tool;
- пространственно разнесенных центров поворота, лежащих (в пределах технологического допуска) на оси инструментодержателя;- spatially spaced rotation centers lying (within the technological tolerance) on the axis of the tool holder;
- одного центра поворота, лежащего за пределами оси инструментодержателя;- one center of rotation lying outside the axis of the tool holder;
- пространственно разнесенных центров поворота, лежащих за пределами оси инструмента.- spatially spaced rotation centers lying outside the axis of the tool.
Разумно первый и/или второй узлы дополнительного перемещения инструмента выполнять в виде плоских и/или пространственных шарнирных механизмов, кинематически связывающих инструментодержатель со шпиндельной бабкой станка, управление которыми осуществляется посредством программно-организованной системы независимых приводов электромеханического, и/или магнитомеханического, и/или электромагнитного типов.It is reasonable to perform the first and / or second nodes of the additional movement of the tool in the form of flat and / or spatial hinge mechanisms kinematically connecting the tool holder with the machine headstock, which are controlled by a program-organized system of independent electromechanical and / or magnetomechanical and / or electromagnetic drives types.
Целесообразно узлы дополнительного перемещения инструмента, обеспечивающие дополнительные модулирующие перемещения с меньшими периодами циклов и амплитудой дифференциальных колебательных процессов инструмента, последовательно размещать в непосредственной близости к инструментодержателю.It is advisable that the nodes of the additional movement of the tool, providing additional modulating movements with shorter periods of cycles and the amplitude of the differential oscillatory processes of the tool, be sequentially placed in close proximity to the tool holder.
Оптимально узлы дополнительного перемещения инструмента компоновать таким образом, что подвижное звено каждого последующего шарнирного узла функционально является базовым звеном предыдущего шарнирного узла, предназначенным для базирования на нем программно-организованного независимого привода перемещения подвижного звена этого шарнирного узла.It is optimal to arrange the nodes for additional tool movement in such a way that the movable link of each subsequent hinge node is functionally the basic link of the previous hinge node, designed to base on it a software-organized independent drive for moving the movable link of this hinge node.
Координатно-организованную механическую структуру главного формообразующего перемещения инструмента целесообразно выполнять трехкоординатной с ортогональным расположением осей.Coordinate-organized mechanical structure of the main formative movement of the tool, it is advisable to perform a three-coordinate with the orthogonal arrangement of the axes.
Средства позиционирования и главного формообразующего относительного перемещения инструмента могут дополнительно содержать узел вращательного движения инструментодержателя с независимым приводом.The positioning means and the main shaping relative movement of the tool may further comprise a rotational movement unit of the tool holder with an independent drive.
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.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by signs and relationships between them that are identical to all the essential features of the claimed technical solution , and the prototype selected from the list of identified analogues, as the analogue closest in the set of features, made it possible to identify the set of essential (p relative to the applicant sees technical result) distinguishing features in the claimed object set forth in the claims.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодателству.Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "novelty" under the current legislation.
Изобретение иллюстрируется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
Фиг.1 - общий вид программно-аппаратного комплекса (вид спереди).Figure 1 - General view of the hardware-software complex (front view).
Фиг.2 - общий вид программно-аппаратного комплекса (вид слева по фиг.1).Figure 2 - General view of the software and hardware complex (left side view of figure 1).
Фиг.3 - общий вид металлорежущего станка программно-аппаратного комплекса в аксонометрической проекции с привязкой перемещений кинематических узлов его исполнительной системы к системе координат XYZ и поворота инструмента (инструментодержателя) относительно его оси по координате С.Figure 3 is a general view of a metal-cutting machine of a hardware-software complex in axonometric projection with reference to the movements of the kinematic nodes of its actuating system to the XYZ coordinate system and the rotation of the tool (tool holder) relative to its axis along coordinate C.
Фиг.4 - выноска I по фиг.1, иллюстрирующая кинематику первого и второго узлов дополнительного перемещения инструмента, обеспечивающих поворот оси инструмента в одной плоскости (по стрелкам V под действием усилия Р) вокруг центров поворота O1 и О2 (по дугам окружностей с радиусами Ro1 и Ro2 соответственно), один из которых (О2) совмещен с вершиной инструмента, а другой (O1) расположен на оси инструмента выше его вершины, а также во взаимно перпендикулярной плоскости вокруг центра поворота O1 (по дуге окружности с радиусом Ro1) также по стрелкам V под действием усилия Р (независимые приводы дополнительного перемещения инструмента условно не показаны).Figure 4 - callout I in figure 1, illustrating the kinematics of the first and second nodes of the additional movement of the tool, providing the rotation of the axis of the tool in one plane (arrows V under the action of force P) around the rotation centers O 1 and O 2 (along arcs of circles with radii Ro 1 and Ro 2, respectively), one of which (O 2 ) is aligned with the top of the tool, and the other (O 1 ) is located on the axis of the tool above its top, and also in a mutually perpendicular plane around the center of rotation O 1 (along an arc of a circle with radius Ro 1 ) also along the arrows V under the action of force P (independent drives for additional tool movement are not conventionally shown).
Фиг 5 - вид А по фиг.4.Fig. 5 is a view A of Fig. 4.
Фиг 6 - выноска I по фиг 1, иллюстрирующая кинематику первого и второго узлов дополнительного перемещения инструмента, обеспечивающих поворот оси инструмента в одной плоскости (по стрелкам V под действием усилия Р) вокруг пространственно разнесенных центров поворота О3 и О4 (по дугам окружностей с радиусами Ro3 и Ro4 соответственно), расположенных за пределами оси инструмента (независимые приводы дополнительного перемещения инструмента условно не показаны).Fig 6 - callout I in Fig 1, illustrating the kinematics of the first and second nodes of additional tool movement, providing rotation of the tool axis in the same plane (along arrows V under the action of force P) around spatially spaced rotation centers O 3 and O 4 (along arcs of circles with radii Ro 3 and Ro 4, respectively) located outside the tool axis (independent drives for additional tool movement are not conventionally shown).
Фиг.7 - схема поворота оси инструмента относительно центра поворота O1 под действием одного из дополнительных узлов перемещения, графически иллюстрирующая редуцирование (уменьшение) величины перемещения L вершины инструмента (равно как и любой точки его режущей кромки) по отношению к величине L1 перемещения исполнительного элемента дополнительного узла перемещения.7 - the scheme of rotation of the tool axis with respect to the rotation center O 1 under the action of one of the other moving assemblies that graphically illustrates rate reduction (reduction) amount of displacement L of the tool tip (as well as any point of its cutting edge) relative to the magnitude of actuator displacement L 1 element of an additional displacement node.
Фиг 8 - пример изменения формы поперечного профиля формируемой дискретной профильной структуры посредством первого узла дополнительного перемещения инструмента при использовании резца с треугольной формой передней поверхности при повороте его оси на угол «α» в одной плоскости относительно центра поворота О2, совмещенного с вершиной передней поверхности инструмента.Fig 8 is an example of a change in the shape of the transverse profile of the formed discrete profile structure by means of the first node for additional tool movement when using a cutter with a triangular shape of the front surface when its axis is rotated by an angle "α" in one plane relative to the center of rotation O 2 aligned with the top of the front surface of the tool .
Фиг.9 - пример изменения формы поперечного профиля формируемой дискретной профильной структуры посредством первого узла дополнительного перемещения инструмент при использовании резца с треугольной формой передней поверхности при повороте его оси на угол «α» в одной плоскости относительно центра поворота О1, расположенного на оси инструмента выше его вершины.Fig.9 is an example of changing the shape of the transverse profile of the formed discrete profile structure by means of the first node for additional tool movement when using a cutter with a triangular shape of the front surface when its axis is rotated through an angle "α" in one plane relative to the rotation center O 1 located on the tool axis above its tops.
Фиг.10 - пример изменения формы поперечного профиля формируемой дискретной профильной структуры посредством первого узла дополнительного перемещения инструмента при использовании резца с трапецеидальной формой передней поверхности при повороте его оси на угол «α» в одной плоскости относительно центра поворота О1, расположенного на середине поперечной режущей кромки передней поверхности инструмента.Figure 10 is an example of a change in the shape of the transverse profile of the formed discrete profile structure through the first node for additional tool movement when using a cutter with a trapezoidal shape of the front surface when its axis is rotated by an angle "α" in one plane relative to the center of rotation O 1 located in the middle of the transverse cutting edges of the front surface of the tool.
Фиг.11 - пример изменения формы поперечного профиля формируемой дискретной профильной структуры посредством первого узла дополнительного перемещения инструмента при использовании резца с трапецеидальной формой передней поверхности при повороте его оси на угол «α» в одной плоскости относительно центра поворота О2, расположенного на оси инструмента выше поперечной режущей кромки передней поверхности инструмента.11 is an example of changing the shape of the transverse profile of the formed discrete profile structure by means of the first node for additional tool movement when using a cutter with a trapezoidal shape of the front surface when its axis is rotated by an angle "α" in one plane relative to the center of rotation O 2 located on the tool axis above transverse cutting edge of the front surface of the tool.
Фиг.12 - пример изменения формы продольного профиля и формы в плане формируемой дискретной профильной структуры посредством первого узла дополнительного перемещения инструмента при повороте его оси на угол «α» в одной плоскости относительно центра поворота О1, лежащего на оси инструмента выше его вершины.12 is an example of changing the shape of the longitudinal profile and the shape in terms of the generated discrete profile structure by the first node for additional tool movement when turning its axis by an angle “α” in one plane relative to the rotation center O 1 lying on the axis of the tool above its top.
Фиг.13 - общая схема оптико-электронной измерительной системы.Fig. 13 is a general diagram of an optoelectronic measuring system.
Фиг.14 - пример реализации интегрального формообразующего перемещения инструмента посредством модуляции траектории главного формообразующего перемещения посредством двух дополнительных модулирующих перемещений (интерпретированный методом компьютерной графики в соответствии с заданными функциями траекторий соответствующих перемещений).Fig. 14 is an example of the implementation of the integral shape-shifting movement of the tool by modulating the trajectory of the main shape-shifting movement by two additional modulating movements (interpreted by computer graphics in accordance with the specified functions of the trajectories of the corresponding movements).
Конструктивные элементы, узлы, механизмы и системы программно-аппаратного комплекса с заявленной исполнительной системой на чертежах и далее по тексту описания обозначены следующими позициями.Structural elements, nodes, mechanisms and systems of a hardware-software complex with the claimed executive system in the drawings and further in the description are indicated by the following positions.
1 - станина;1 - bed;
2 - стойка (вертикальная);2 - stand (vertical);
3 - бабка (шпиндельная);3 - headstock (spindle);
4 - шпиндель;4 - spindle;
5 - гильза (шпинделя 4);5 - sleeve (spindle 4);
6 - салазки;6 - slide;
7 - стол (основной);7 - table (main);
8 - устройство (для позиционирования обрабатываемого изделия);8 - device (for positioning the workpiece);
9 - инструмент (режущий);9 - tool (cutting);
10 - инструментодержатель;10 - tool holder;
11 - монитор;11 - monitor;
12 - компьютер (управляющий);12 - computer (manager);
13 - микроскоп (телевизионный компьютерный);13 - a microscope (television computer);
14 - ось (объектива 15);14 - axis (lens 15);
15 - объектив (микроскопа 13);15 - lens (microscope 13);
16 - экран (оптико-электронной измерительной системы);16 - screen (optoelectronic measuring system);
17 - осветитель;17 - illuminator;
18 - осветитель;18 - illuminator;
19 - узел (первый, дополнительного перемещения инструмента 9);19 - node (first, additional movement of the tool 9);
20 - ось (инструмента 9);20 - axis (tool 9);
21 - узел (второй, дополнительного перемещения инструмента 9);21 - node (second, additional movement of the tool 9);
22 - заготовка;22 - workpiece;
23 - экран (отражающий);23 - screen (reflective);
24 - камера (телевизионная);24 - camera (television);
25 - кольца (удлинительные);25 - rings (extension);
26 - стойка;26 - rack;
27 - стойка;27 - rack;
28 - фиксатор;28 - a clamp;
29 - стойка.29 - rack.
Исполнительная система программно-аппаратного комплекса для формирования резанием дискретных профильных структур рисунка гравюры в функциональном слое печатной формы, содержит средства позиционирования и главного формообразующего относительного перемещения инструмента 9, включающие координатно-организованную механическую структуру главного формообразующего перемещения инструмента 9 относительно поверхности функционального слоя. Кроме того, исполнительная система оснащена системой числового программного управления (ЧПУ) упомянутой исполнительной системой позиционирования и относительного перемещения инструмента (например, типа CNC модели Sinumerik 840Di) и системой подготовки управляющих программ к исполнению на ЧПУ на базе Intel-совместимого персонального управляющего компьютера 12.The executive system of the hardware-software complex for forming cutting of discrete profile structures of the engraving in the functional layer of the printing form contains positioning means and the main forming relative movement of the
Прецизионный металлорежущий станок программно-аппаратного комплекса, предназначенный для использования заявленной исполнительной системы содержит:A precision metal-cutting machine of a hardware-software complex intended for use by the claimed executive system contains:
- станину 1 с вертикальной стойкой 2;- a
- 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 со средством для крепления инструмента 9 (т.е., инструментодержателем 10), который (т.е., шпиндель 4) размещен в гильзе 5, кинематически связанной со шпиндельной бабкой 3 посредством шарико-винтового механизма (в виде шарико-винтовой пары) с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно оси Z;- a
- салазки 6, установленные на станине 1 в горизонтальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси У посредством шарико-винтового механизма (в виде шарико-винтовой пары);- a slide 6 mounted on the
- основной стол 7, установленный на салазках 6 в горизонтальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси X посредством шарико-винтового механизма (в виде шарико-винтовой пары);- the main table 7 mounted on a slide 6 in horizontal rails with the possibility of reciprocating movement along the X axis by means of a ball screw mechanism (in the form of a ball screw pair);
- позиционирующее устройство 8 для пространственной ориентации обрабатываемой заготовки 22 относительно плоскости ХУ, стационарно закрепленное относительно установочной поверхности основного стола 7;- a
- автономные средства привода вышеупомянутых шарико-винтовых механизмов;- autonomous drive means of the aforementioned ball screw mechanisms;
- оптико-электронную измерительную систему для контроля и коррекции положения вершины и/или режущей кромки инструмента 9 относительно базовой системы XYZ отсчета станка, установленную на основном столе 7 с возможностью визуализации режущей части инструмента 9 на экране монитора 11 управляющего компьютера 12 системы числового программного управления (ЧПУ) и коррекции ее положения посредством исходных управляющих программ;- an optical-electronic measuring system for monitoring and correcting the position of the tip and / or cutting edge of the
- средства оцифровки рабочей поверхности функционального слоя заготовки, выполненные с возможностью передачи результатов оцифровки в память управляющего компьютера 12 системы ЧПУ для обеспечения коррекции исходных управляющих программ.- means of digitizing the working surface of the functional layer of the workpiece, made with the possibility of transferring the results of digitization to the memory of the
В качестве автономных средств привода вышеупомянутых шарико-винтовых механизмов могут быть использованы, например, электродвигатели модели Siemens IFK60G0-6AFN-IAA0.As autonomous drive means of the aforementioned ball screw mechanisms, for example, Siemens IFK60G0-6AFN-IAA0 electric motors can be used.
Совершенно очевидно, что шпиндельная бабка 3 с ее вышеперечисленными кинематическими узлами, а также салазки 6, основной стол 7, позиционирующее устройство 8, автономные средства привода шарико-винтовых механизмов, оптико-электронная измерительная система, средства оцифровки рабочей поверхности функционального слоя заготовки 22 заявленного программно-аппаратного гравировального комплекса функционально входят в заявленную исполнительную систему позиционирования и относительного рабочего перемещения инструмента 9, включающую координатно-организованную механическую структуру главного формообразующего перемещения инструмента 9 относительно поверхности функционального слоя (т.е., систему перемещения относительно координатных осей X, Y, Z), которая (т.е., исполнительная система позиционирования и относительного перемещения инструмента) в технологическом режиме программно-организована и функционирует посредством системы числового программного управления (ЧПУ), связанной посредством пульта управления с процессором управляющего компьютера 12.It is quite obvious that the
Оптико-электронная измерительная система может включать, например, один телевизионный компьютерный микроскоп 13, который стационарно закреплен на основном столе 7 станка таким образом, что главная оптическая ось 14 его объектива 15 ориентирована по направления возвратно-поступательного перемещения основного стола 7 и координатно-адаптирована с нулевой точкой базовой системы XYZ отсчета станка и нулевой точкой исходных управляющих программ.The optoelectronic measuring system may include, for example, one
Оптико-электронная измерительная система может быть оснащена экраном 16, расположенным в поле зрения объектива 15 телевизионного компьютерного микроскопа 13 позади зоны ввода инструмента 9 в это поле, а также двумя осветителями 17 и 18, один из которых (осветитель 17) установлен с возможностью осуществления подсветки экрана 16, а другой (осветитель 18) - передней поверхности режущей части инструмента 9.The optoelectronic measuring system can be equipped with a
Станок также может быть оснащен пневмооборудованием, включающим форсунку (установленную с возможностью обдува зоны резания с целью удаления продуктов резания в виде микростружки) и вытяжное устройство, размещенное оппозитно форсунке с возможностью отсоса удаляемых продуктов резания из зоны обработки.The machine can also be equipped with pneumatic equipment, including a nozzle (installed with the possibility of blowing the cutting zone to remove cutting products in the form of micro-chips) and an exhaust device placed opposite the nozzle with the possibility of suction of the removed cutting products from the processing zone.
Станок может быть создан на базе координатно-расточного станка модели 2431СФ10 с использованием его основных корпусных деталей (станина, салазки, стол, стойка, корпус шпиндельной бабки) с их доработкой и оснащением дополнительными функциональными узлами и системами.The machine can be created on the basis of the coordinate boring machine model 2431СФ10 using its main body parts (bed, slide, table, stand, spindle head housing) with their completion and equipping with additional functional units and systems.
Отличительные особенности заявленной исполнительной системы программно-аппаратного комплекса заключаются в следующем.Distinctive features of the claimed executive system of the hardware and software complex are as follows.
Средства позиционирования и главного формообразующего относительного перемещения инструмента 9 заявленной исполнительной системы дополнительно содержат, по меньшей мере, один, первый узел 19 дополнительного перемещения инструмента 9. Данный узел 19 выполнен с возможностью осуществления поворота по стрелке V продольной оси инструментодержателя 10 (функционально являющейся, в пределах технологического допуска, и осью 20 инструмента) на заданный угол «α» в, по меньшей мере, одной плоскости. Узел 19 функционально является первым средством модуляции регламентированных главным формообразующим перемещением инструмента 9 геометрических параметров профиля и формы в плане дискретных профильных структур, обеспечивающим возможность формирования интегрального формообразующего перемещение инструмента 9. Упомянутый первый узел 19 оснащен в каждой плоскости поворота независимыми приводами перемещения (условно не показаны, поскольку они широко известны из уровня техники и не являются объектами защиты в рамках настоящей заявки). Независимые приводы перемещения программно организованы с возможностью осуществления первого дополнительного модулирующего перемещения с различными периодом цикла и амплитудой дифференциальных колебательных процессов инструментодержателя 10 в совмещенных плоскостях поворота.The means of positioning and the main forming relative movement of the
То есть, узел 19 обеспечивает инструменту 9 дополнительные степени свободы относительного перемещения в пространстве с реализацией возможности повышения точности позиционирования инструмента 9 перед началом обработки и точности его относительного перемещения в процессе обработки изделий путем редуцирования (уменьшения на порядок и более) величины перемещения режущей части (например, вершины инструмента 9) с заданным коэффициентом редукции относительно величины перемещения исполнительных звеньев автономных средств, обеспечивающих относительное перемещение инструмента 9 по дополнительным степеням свободы.That is, the
Совершенно очевидно, что за счет эффекта редуцирования (в частности, в сторону уменьшения перемещения режущей части инструмента 9) уменьшается и погрешность по точности (дискретности шага) перемещения пропорционально величине коэффициента редукции. А это позволяет для осуществления перемещения режущей части инструмента 9 с микро- или нанометрической точностью использовать широко известные из уровня техники автономные средства перемещения с дискретностью шага в миллиметровом или микрометрическом диапазоне соответственно.It is quite obvious that due to the reduction effect (in particular, towards decreasing the displacement of the cutting part of the tool 9), the error in the accuracy (discreteness of the step) of the displacement is proportional to the reduction coefficient. And this allows for the implementation of the movement of the cutting part of the
Кроме того, дополнительные степени свободы перемещения в пространстве инструмент 9 позволяют обеспечить (в процессе формирования основных профильных структур фрагментов рисунка гравюры) модуляцию траектории главного формообразующего перемещения инструмента 9. То есть, обеспечивается возможность одновременно с формированием основных профильных структур также формировать дополнительные микро- и наноструктуры, функционально являющиеся специальными, дополнительными, программно-организованными элементами защиты изделия от подделки, которые могут быть выявлены как визуально, так и с помощью специальных средств детектирования, в зависимости от их геометрических параметров.In addition, additional degrees of freedom of movement in space of the
Следует также отметить, что в заявленном комплексе (за счет придания инструменту 9 дополнительных степеней свободы перемещения в пространстве) обеспечивается возможность изменять форму профиля основных дискретных профильных структур рисунка гравюры как до начала осуществления процесса резания, так и в процессе резания без прерывания технологического цикла обработки и без замены режущего инструмента 9.It should also be noted that in the claimed complex (due to giving the
Оптимально, чтобы средства позиционирования и главного формообразующего перемещения инструмента дополнительно содержали, по меньшей мере, один, второй узел 21 дополнительного перемещения инструмента 9, функционально являющийся вторым средством модуляции регламентированных упомянутым интегральным формообразующим перемещением инструмента 9 геометрических параметров профиля и формы в плане дискретных профильных структур. Упомянутый второй узел 21 выполнен с возможностью осуществления поворота продольной оси инструментодержателя 10 (совместно с инструментом 9) на заданный угол «α» в, по меньшей мере, одной плоскости, совмещенной (в пределах технологического допуска) с плоскостью поворота оси инструментодержателя 10, обеспечиваемого первым узлом 19 дополнительного перемещения. При этом второй узел 21 дополнительного перемещения оснащен в каждой плоскости поворота независимыми приводами перемещения, программно-организованными с возможностью осуществления второго дополнительного модулирующего перемещения с различными периодом цикла и амплитудой дифференциальных колебательных процессов инструментодержателя 10 (совместно с инструментом 9) по отношению к колебательным процессам, совершаемым посредством первого узла 19, в совмещенных плоскостях поворота.It is optimal that the means of positioning and the main forming movement of the tool additionally contain at least one
Такое конструктивное выполнение исполнительной системы еще в большей степени расширяет функционально-технологические возможности программно-аппаратного комплекса с использованием заявленной исполнительной системы по тем же (вышераскрытым) технологическим параметрам, что и посредством первого узла 19 дополнительного относительного перемещения инструмента 9.Such a constructive execution of the executive system further expands the functional and technological capabilities of the software and hardware complex using the claimed executive system according to the same (above-disclosed) technological parameters as through the
Узлы 19 и 21 дополнительного перемещения инструмента 9 могут быть выполнены с возможностью осуществления циклического поворота оси инструментодержателя 10 относительно:The
- одного центра O1 поворота, лежащего (в пределах технологического допуска) на оси инструментодержателя 10;- one center of rotation O 1 lying (within the technological tolerance) on the axis of the
- одного центра О2 поворота, совмещенного (в пределах технологического допуска) с вершиной инструмента 9;- one rotation center О 2 combined (within the technological tolerance) with the top of the
- пространственно разнесенных центров O1 и О2 поворота, лежащих (в пределах технологического допуска) на оси инструментодержателя 10;- spatially spaced rotation centers O 1 and O 2 lying (within the technological tolerance) on the axis of the
- одного центра О3 поворота, лежащего за пределами оси инструментодержателя 10;- one center About 3 rotation lying outside the axis of the
- пространственно разнесенных центров О3 и О4 поворота, лежащих за пределами оси инструментодержателя 10 (инструмента 9).- spatially spaced rotation centers O 3 and O 4 lying outside the axis of the tool holder 10 (tool 9).
Разумно первый и/или второй узлы 19 и 21 дополнительного перемещения инструмента 9 выполнять в виде плоских и/или пространственных шарнирных механизмов, кинематически связывающих инструментодержатель 10 со шпиндельной бабкой 3 станка, управление которыми осуществляется посредством программно-организованной системы независимых приводов электромеханического, и/или магнитомеханического, и/или электромагнитного типов.It is reasonable that the first and / or
Целесообразно узлы 19 или 21 дополнительного перемещения инструмента 9, обеспечивающие дополнительные модулирующие перемещения с меньшими периодами циклов и амплитудой дифференциальных колебательных процессов инструмента 9, последовательно размещать в непосредственной близости к инструментодержателю 10.It is advisable that the
Это позволяет снизить инерционные показатели высокочастотных узлов 19 или 21 дополнительного перемещения и, как следствие, использовать для их перемещения независимые приводы относительно небольшой мощности.This allows you to reduce the inertia of the high-
Оптимально узлы 19 и 21 дополнительного перемещения инструмента 9 компоновать таким образом, чтобы подвижное звено каждого последующего шарнирного узла 21 функционально являлось бы базовым звеном предыдущего шарнирного узла 19, предназначенным для базирования на нем программно-организованного независимого привода перемещения подвижного звена этого шарнирного узла 19.Optimally, the
Данная конструктивная особенность позволяет уменьшить массогабаритные показатели системы узлов 19 и 21 и, как следствие, оптимизировать их инерционные свойства.This design feature allows to reduce the overall dimensions of the system of
Координатно-организованную механическую структуру главного формообразующего перемещения инструмента 9 целесообразно выполнять трехкоординатной с ортогональным расположением осей.Coordinate-organized mechanical structure of the main formative movement of the
Средства позиционирования и главного формообразующего относительного перемещения инструмента 9 могут дополнительно содержать узел вращательного движение инструментодержателя 10 с независимым приводом.Means for positioning and the main forming relative movement of the
Техническая сущность подготовки к работе и работы программно-аппаратного комплекса с заявленной исполнительной системой заключается в следующем.The technical essence of the preparation for work and the operation of the hardware and software complex with the claimed executive system is as follows.
Перед формированием реперной координатной системы X1Y1Z1 осуществляют коррекцию исходных управляющих программ системы ЧПУ (например, типа CNC модели Sinumerik 840Di) на отклонение от плоскостности рабочей поверхности функционального слоя заготовки 27. При этом заготовку 22 предварительно закрепляют на установочной поверхности позиционирующего устройства 8 для пространственной ориентации и ориентируют вдоль плоскости ХУ ортогональной координатной системы XYZ отсчета станка (т.е., осуществляют предварительное позиционирование).Before forming the reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 , the initial control programs of the CNC system (for example, of the Sinumerik 840Di type CNC) are corrected for deviation from the flatness of the working surface of the functional layer of the
Предварительное позиционирование закрепленной заготовки 27 посредством устройства 8 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 22 и последующего выравнивания в диапазоне допустимых отклонений величин этих значений посредством периферийных регулировочных узлов устройства 8 для пространственной ориентации заготовки 22.The preliminary positioning of the fixed
Для осуществления упомянутой коррекции исходных управляющих программ производят оцифровку по координатам «z» множества (расположенных с заданным шагом) точек рабочей поверхности функционального слоя заготовки 22 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 и автоматической коррекции управляющих программ ЧПУ по результатам оцифровки.To carry out the mentioned correction of the initial control programs, the set of points (located at a given step) of the points of the working surface of the functional layer of the
Оцифровка рабочей поверхности функционального слоя заготовки 22 является технологической операцией, необходимой для корректного формирования рисунка гравюры на этой поверхности. Как правило, поверхность заготовки 22 имеет плавное изменение геометрии (в частности, высоты неровностей относительно плоскости XY координатной системы отсчета станка). Чтобы учесть это изменение производится вышеупомянутая оцифровка заготовки 22. 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 22, для того чтобы не повредить ее зеркальную рабочую поверхность в процессе сканирования. Однако стоимость лазерного измерителя значительно выше стоимости контактного датчика.Digitization of the working surface of the functional layer of the
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.Another disadvantage of a contact meter is the presence of an inertial element (i.e., a spring) in it, which requires appropriate consideration (in particular, determining the exposure time interval for damping oscillatory processes) when registering the measured value.
Оцифровка заготовки 22 осуществляется с помощью установленного в гнездо инструментодержателя 10 на место инструмента 9 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.Digitization of the
Для избежания помех, в том числе вырабатываемых импульсным источником питания индуктивного преобразователя, подключение производится по дифференциальной схеме.To avoid interference, including those generated by a pulsed power source of the inductive converter, the connection is made according to a differential circuit.
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.At the input of the ADC board, the maximum value (upper limit of the range) corresponds to + 5V, and the minimum (lower limit of the range) -5V. The resolution of the ADC is 12 bits. Thus, with a maximum input range of ± 5V, the resolution will be 0.0025V. Therefore, with a maximum measurement range of the inductive transducer ± 100 μm, the measurement resolution is 0.05 μm.
Таким образом, для организации процесса оцифровки необходимо:Thus, to organize the digitization process, it is necessary:
- определить габариты формируемого на рабочей поверхности функционального слоя заготовки 22 рисунка гравюры;- determine the dimensions formed on the working surface of the functional layer of the
- назначить величину шага между соседними точками оцифровки;- assign a step size between adjacent digitization points;
- сформировать набор кадров (команд) для их отработки на станке;- form a set of frames (teams) for practicing on the machine;
- определить время выдержки, необходимое для погашения колебательных воздействий пружины индуктивного датчика на результат измерения;- determine the exposure time required to cancel the oscillatory effects of the inductive sensor spring on the measurement result;
- организовать последовательный обход каждой из точек оцифровки (т.е., сканирование участка оцифровки).- organize a sequential bypass of each of the digitization points (i.e., scanning a digitization area).
Шаг между соседними точками оцифровки выбирается исходя из плотности элементов рисунка гравюры и качества рабочей поверхности функционального слоя используемой заготовки 22.The step between adjacent points of digitization is selected based on the density of the elements of the engraving pattern and the quality of the working surface of the functional layer of the used blank 22.
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 22 при его перемещении (в процессе сканирования) к следующей точке оцифровки.The formation of a set of frames (teams) implies the creation of a sequence of commands for organizing the digitization process. Since a contact measuring tool is used (i.e., an inductive sensor), there is a need to raise the inductive sensor above the working surface of the functional layer of the
Коррекция управляющих программ системы ЧПУ на отклонение от плоскостности рабочей поверхности функционального слоя заготовки 22 (коррекция по координате Z) учитывает неровности рабочей поверхности функционального слоя заготовки 22 (на которой производится формирование рисунка гравюры). По результатам оцифровки вносятся соответствующие изменения в исходную управляющую программу по координате Z.Correction of control programs of the CNC system to deviate from the flatness of the working surface of the functional layer of the workpiece 22 (correction along the Z coordinate) takes into account irregularities of the working surface of the functional layer of the workpiece 22 (on which the engraving pattern is formed). Based on the results of digitization, appropriate changes are made to the original control program at the coordinate Z.
После осуществления операции оцифровки и соответствующей коррекции исходных управляющих программ системы ЧПУ формируют ортогональную реперную координатную систему X1Y1Z1.After the digitization operation and the corresponding correction of the initial control programs of the CNC system, an orthogonal reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 is formed .
Реперную координатную систему X1Y1Z1 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 9 (закрепленного в инструментодержателе 10) с рабочей поверхностью функционального слоя заготовки 22 в этой точке с последующей адаптацией реперной координатной системы X1Y1Z1 с нулевой точкой отсчета исходных управляющих программ.The reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 is formed from the starting point (x 1 = 0, y 1 = 0, z 1 = 0) of digitization (which is functionally the zero point of this system), the coordinates of which (before the start of processing) are clarified by providing mechanical the contact of the top of the tool 9 (fixed in the tool holder 10) with the working surface of the functional layer of the
Упомянутую адаптацию осуществляют через пространственную координатную привязку пулевой точки координатной системы X1Y1Z1 к нулевой точке ортогональной координатной системы XYZ отсчета станка, пространственно адаптированной с нулевой точкой отсчета исходных управляющих программ системы числового программного управления (ЧПУ).The mentioned adaptation is carried out through the spatial coordinate reference of the bullet point of the coordinate system X 1 Y 1 Z 1 to the zero point of the orthogonal coordinate system XYZ of the machine reference, spatially adapted with the zero point of reference of the initial control programs of the numerical program control system (CNC).
Исходные управляющие программы предназначены для формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки 22, которую (как ранее указывалось) предварительно закрепляют и позиционируют на установочной поверхности устройства 8 для пространственной ориентации относительно плоскости XY координатной системы XYZ. Исходные управляющие программы для формирования рисунка гравюры на рабочей поверхности функционального слоя заготовки 22 составляются (базируются) от некоторой исходной точки формируемого рисунка гравюры, координаты которой программно адаптированы с вышеупомянутой нулевой точкой отсчета реперной координатной системы X1Y1Z1.The initial control programs are designed to form fragments of a three-dimensional engraving pattern in the functional layer of the
После завершения формирования и соответствующей привязки реперной координатной системы X1Y1Z1 к нулевой точке отсчета управляющих программ осуществляют позиционирование непосредственно режущей части инструмента 9 (в частности, его вершины) относительно нулевой точки отсчета управляющих программ, координатно-адаптированной с координатной системой XYZ станка (т.е., с нулевой точкой этой системы).After completion of the formation and corresponding binding of the reference coordinate system X 1 Y 1 Z 1 to the zero reference point of the control programs, the directly cutting tool 9 (in particular, its top) is positioned relative to the zero reference point of the control programs, coordinate-adapted with the coordinate system XYZ of the machine (i.e., with the zero point of this system).
Для этого осуществляют операции фотографирования передней поверхности режущей части инструмента 9, позицирования его вершины по трем координатам относительно нулевой точки сформированной реперной системы X1Y1Z1 и коррекции по координатам «x1» и «y1» проходящей через эту вершину продольной оси 20 инструмента 9 относительно параллельной оси Z или Z1 действительной оси вращения инструментодержателя 10. При этом обеспечивают визуальное отображение результатов упомянутых операций фотографирования, позиционирования и коррекции на экране монитора 11 управляющего механизмами перемещения станка компьютера 12, а также координатную адаптацию этих результатов с управляющими программами системы ЧПУTo do this, perform operations of photographing the front surface of the cutting part of the
Для реализации этих процессов используют оптико-электронную измерительную систему. Данная система включает телевизионный компьютерный микроскоп 13, который (как ранее указывалось) стационарно закрепляют на основном столе 7 станка таким образом, что главная оптическая ось 14 его объектива 15 ориентирована по направлению возвратно-поступательного перемещения основного стола 7 станка вдоль осей X (или X1) соответствующих координатных систем и координатно адаптирована с нулевой точкой координатной системы X1Y1Z1.To implement these processes, an optical-electronic measuring system is used. This system includes a
Таким образом, переднюю поверхность режущей части инструмента 12 (резца) вводят в поле зрения объектива 15 упомянутого микроскопа 13, его вершину совмещают с перекрестием ортогональных осей на экране монитора 11, которое расположено на главной оптической оси 14 упомянутого объектива 15, и осуществляют поворот инструментодержателя 10 на угол в пределах 360°.Thus, the front surface of the cutting part of the tool 12 (cutter) is introduced into the field of view of the
Резец вводится в область поля зрения объектива 15 телевизионного микроскопа 13 в ручном режиме после его заточки и установки в инструментодержатель 10 станка. Поворот инструментодержателя вокруг его оси, по меньшей мере, на угол в 360°, осуществляется для выявления величины радиального смещения в плоскости XY (или Х1Y1) вершины резца (или продольной оси, проходящей через эту вершину, что равнозначно) относительно реальной оси вращения инструментодержателя 10. Поправка на величину выявленного смещения вводится в исходную программу ПЭВМ системы ЧПУ с соответствующей коррекцией этой программы в отношении данного конкретного инструмента 9.The cutter is introduced into the field of view of the
Иными словами, в ручном режиме вершина резца корректируется по центру оптических осей объектива 15 телевизионного микроскопа 13 (визуально отображенных на экране монитора ПЭВМ в увеличенном масштабе), перекрестие которых изначально координатно адаптировано с нулевой точкой отсчета исходных управляющих программ.In other words, in manual mode, the tip of the cutter is adjusted in the center of the optical axes of the
В процессе технологического цикла обработки (т.е., после заданного числа отработанных управляющих программ или их файлов) инструмент 9 может автоматически (посредством откорректированной исходной программы ПЭВМ) вводиться в координатно-зафиксированную (вышеописанными методами) точку, расположенную в поле зрения телевизионного микроскопа 13 (т.е., точку, совпадающую с перекрестием ортогональных оптических осей объектива 15), для фотографирования режущей части инструмента 9 с целью обеспечения контроля ее качества и оценки пригодности инструмента 9 для дальнейшей обработки. После каждого фотографирования инструмент 9 возвращается (также в автоматическом режиме) ту же точку рабочей поверхности заготовки, на которой был прерван технологический цикл обработки.In the process of the technological cycle of processing (i.e., after a given number of worked out control programs or their files),
Прецизионная обработка изделий со сложным пространственным профилем обрабатываемой поверхности (например, металлографских форм) требует точного выполнения и сопряжения участков с различной формой и профилем формируемого рельефа. Поскольку размеры используемого для данной обработки инструмента 9 могут быть аттестованы с погрешностью того же порядка, что и технологически заданные допуски на изготовление гравюр, а при смене инструмента 9, кроме того, возникают дополнительные погрешности положения вершины (и, соответственно, режущей кромки) инструмента 9, возникает необходимость после каждой смены инструмента 9 обеспечивать точную проверку фактического положения его вершины (режущей кромки) относительно нулевой точки реперной координатной системы X1Y1Z1 отсчета станка с последующей коррекцией упомянутого фактического положения рабочих элементов инструмента 9 относительно этой координатной системы. Аналогичная ситуация (в отношении необходимости коррекции фактического положения инструмента 9 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 9 необходимо осуществлять по трем координатам X1, Y1 и Z1 координатной системы отсчета станка.Precision processing of products with a complex spatial profile of the machined surface (for example, metallographic forms) requires accurate execution and pairing of areas with different shapes and profiles of the formed relief. Since the dimensions of the
Ввиду того, что визуальное отображение привязки к сформированной реперной системе X1Y1Z1 станка на экране 16 монитора 11 осуществляется в виде пересекающихся под прямым углом соответствующих осей, при соответствующем программном обеспечении в процессе реализации вышеописанного способа позиционирования инструмента 9 можно обеспечить измерение геометрических параметров и электронное фотографирование режущей части инструмента 9, например, для создание банка данных инструментов 9 и т.п.Due to the fact that the visual display of the binding to the formed reference system X 1 Y 1 Z 1 of the machine on the
Такая коррекция управляющих программ снижает в процессе последующей обработки примерно в два раза погрешность, возникающую вследствие эксцентричного расположения вершины инструмента 9 относительно оси поворота инструментодержателя 10.Such correction of control programs during the subsequent processing reduces the error by about half as a result of the eccentric location of the top of the
Таким образом позиционирование и отсчет перемещений инструмента 9 в процессе формирования фрагментов объемного рисунка гравюры в функциональном слое заготовки 22 ведут от упомянутой нулевой точки реперной системы X1Y1Z1 согласно исходным управляющим программам системы ЧПУ с учетом коррекции по координатам «x1» и «y1» продольной оси инструмента 9 (проходящей через его вершину) относительно действительной оси вращения инструментодержателя 10 станка (параллельной оси Z или Z1), a также коррекции по результатам оцифровки.Thus, the positioning and counting of the movements of the
Следует отметить, что упомянутые операции фотографирования передней поверхности режущей части инструмента 9, позицирования его вершины по трем координатам относительно нулевой точки сформированной реперной системы X1Y1Z1 и коррекции по координатам «x1» и «y1» продольной оси инструмента 9 относительно действительной оси вращения инструментодержателя 10 посредством оптико-электронной измерительной системы целесообразно осуществлять в прямом и теневом свете. Для этого упомянутую измерительную систему оснащают отражающим экраном 23, расположенным в поле зрения объектива 15 телевизионного компьютерного микроскопа 13 позади зоны ввода инструмента 9 в это поле, а также двумя осветителями 17 и 18. Один из осветителей 17 в этом варианте реализации способа позиционирования инструмента 9 необходимо устанавливать с возможностью осуществления подсветки экрана 23, а другой осветитель 18 - с возможностью осуществления подсветки передней поверхности режущей части инструмента 9.It should be noted that the above-mentioned operations of photographing the front surface of the cutting part of the
Данный вариант конструктивного исполнения оптико-электроной измерительной системы изображен на фиг.13.This embodiment of the optoelectronic measuring system is shown in Fig. 13.
Данная система стационарно устанавливается на основном столе 7 станка (осуществляющим возвратно-поступательное перемещение вдоль оси X /или X1/ соответствующих координатных систем станка).This system is permanently installed on the main table 7 of the machine (performing reciprocating movement along the axis X / or X 1 / of the corresponding coordinate systems of the machine).
Между телевизионной камерой 24 и объективом 15 телевизионного компьютерного микроскопа 13 установлены удлинительные кольца 25. Оптико-электронная часть измерительной системы фиксируется на двух стойках 26 и 27 с регулируемой высотой. Выбранная высота закрепляется фиксатором 28. Осветители 17 и 18, а также экран 23 закреплены на третьей стойке 29 и регулируются по высоте одновременно с оптико-электронной частью.Extension rings 25 are mounted between the
Телевизионная камера 24 соединяется с компьютером 12 телевизионным кабелем посредством установленной в нем платы видеозахвата, например, модели EZ Capture фирмы Aver Media. В качестве телевизионной камеры 24 может быть использована черно-белая телекамера RC - 583С с встроенным блоком питания, а в качестве осветителей 17 и 18 - осветители светодиодные белого света марки «Porta».The
Использование в оптико-электронной измерительной системе отражающего экрана 23 и двух осветителей 17 и 18 позволяет повысить контрастность изображения режущей части инструмента 9 (в особенности ее границ, т.е., режущих кромок) на экране 16 монитора 11, что повышает качество и эффективность контроля его параметров в режиме автоматического фотографирования.The use of a
На базе откорректированных исходных управляющих програм на станке рассматриваемого автоматизированного гравировального комплекса может выполняться строгание и фрезерование канавок различной формы постоянной или переменной глубины (прямолинейные, круговые, синусоидальные, сложной формы) и семейства этих канавок, в том числе пересекающиеся друг с другом.On the basis of the adjusted initial control programs on the machine of the automated engraving complex under consideration, planing and milling of grooves of various shapes of constant or variable depth (straight, circular, sinusoidal, complex shapes) and families of these grooves, including intersecting with each other, can be performed.
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:To perform the above types of work (in addition to technological capabilities directly arising from the technical characteristics of the machine), the following auxiliary technological cycles and techniques provided by the design of the machine and control programs are provided:
- коррекция положения точек рабочей поверхности функционального слоя заготовки по координате Z с учетом микронеровностей этой поверхности (оцифровка);- correction of the position of the points of the working surface of the functional layer of the workpiece in the Z coordinate taking into account the microroughness of this surface (digitization);
- определение положения и координатная привязка рабочей поверхности (т.е., нулевой точки отсчета реперной системы X1Y1Z1) функционального слоя заготовки относительно координатной системы отсчета станка;- determining the position and coordinate reference of the work surface (i.e., the zero reference point of the reference system X 1 Y 1 Z 1 ) of the workpiece functional layer relative to the coordinate reference system of the machine;
- определение погрешностей заточки и установки инструмента 9 в инструментодержателе 10 станка и коррекция управляющих программ на основе полученных данных.- determination of errors in sharpening and installation of
Непосредственно технология обработки изделия (т.е., схемы резания) на заявленном прецизионном гравировальном станке подробно не раскрывается, поскольку является технологическим «НОУ-ХАУ».Directly, the technology of processing the product (ie, the cutting scheme) on the claimed precision engraving machine is not disclosed in detail, since it is a technological “know-how”.
Однако целесообразно отметить некоторые особенности технологии обработки.However, it is advisable to note some features of the processing technology.
В частности, в используемой на программно-аппаратном комплексе с заявленной исполнительной системой технологии резания необходимо придерживаться условия минимизации контакта задней поверхности резца с поверхностью резания (т.е., условия расположения упомянутой задней поверхности резца в области уже снятого припуска на протяжении всего прохода резца). Данное условие может быть реализовано в том числе и при углах расположения передней поверхности инструмента по отношению к поверхности резания, 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.In particular, in the cutting technology used on the hardware-software complex with the claimed executive system, it is necessary to adhere to the condition of minimizing the contact of the back surface of the cutter with the cutting surface (i.e., the conditions for the location of the mentioned rear surface of the cutter in the region of the already taken stock over the entire passage of the cutter) . This condition can be implemented, including at angles of the front surface of the tool relative to the cutting surface, other than 90 °, and in a fairly wide range (with a specific, not disclosed in the framework of this application, cutting scheme). In addition, a wide range of permissible angles of the front surface of the tool with respect to the cutting surface can greatly simplify the software system of the CNC machine without compromising the quality and accuracy of processing.
Следует отметить, что формирование каждой профильной структуры на полную глубину, с использованием заявленного технического решения, может быть осуществлено как за один проход инструмента 9, так и за несколько проходов (в зависимости от соотношения глубины /высоты/ данной структуры к ее ширине или от объема материала в удаляемом припуске).It should be noted that the formation of each profile structure to full depth, using the claimed technical solution, can be carried out both in one pass of the
В связи с этим, при однопроходной обработке дополнительные перемещения инструмента 9 (посредством поворота его оси 20) целесообразно осуществлять непосредственно в процессе главного формообразующего перемещения инструмента 9. Это позволяет повысить производительность технологического процесса формирования профильных структур в целом, а также повысить точность обработки в связи с исключением дополнительной погрешности обработки, накапливаемой в кинематических цепях исполнительной системы позиционирования и относительного рабочего перемещения инструмента 9 станка.In this regard, during single-pass processing, additional movements of the tool 9 (by turning its axis 20) are expedient to be carried out directly in the process of the main forming movement of the
В случае многопроходной обработки дополнительные перемещения инструмента 9 (посредством поворота его оси 20) целесообразно осуществлять только в процессе окончательных чистовых проходов главного формообразующего перемещения инструмента 9.In the case of multi-pass processing, additional movements of the tool 9 (by turning its axis 20) are advisable only during the final finishing passes of the main forming movement of the
Совершенно очевидно, что посредством сообщения дополнительных перемещений инструменту 9 (посредством поворота его оси 20 в заданных плоскостях на заданный угол и с заданной частотой изменения направления этих перемещений) можно формировать как визуально воспринимаемые элементы защиты от подделки (т.е., дополнительные микроструктуры на поверхности формируемых в функциональном слое профильных структур), так и визуально не воспринимаемые (т.е., дополнительные наноструктуры), однако считываемые машинным способом посредством соответствующих детекторов.It is quite obvious that by communicating additional movements to the tool 9 (by turning its
Здесь следует отметить, что дополнительные перемещения инструмента 9 при использовании заявленной исполнительной системы могут осуществляться посредством нижеперечисленных технологических режимов функционирования.It should be noted that additional movements of the
Дискретно-статический режим функционированияDiscrete-static mode of operation
Режим, при котором поворот оси инструмента 9 на заданный угол в определенной плоскости (плоскостях) осуществляют однократно до начала осуществления цикла обработки. То есть, в зависимости от пространственного расположения плоскостей поворота обеспечивается изменение на постоянные величины углов наклона боковых стенок и (в случае использования режущего инструмента с трапецеидальным сечением) дна формируемых основных профильных структур по отношению к плоскости функционального слоя изделия, а также глубины формируемой канавки и ее ширины в плане.The mode in which the rotation of the axis of the
Дискретно-динамический режим функционированияDiscrete dynamic mode of operation
Режим, при котором поворот оси инструмента 9 в определенной плоскости (плоскостях) на заданный угол в течение заданного промежутка времени осуществляют однократно, причем в процессе осуществления цикла обработки. То есть, в зависимости от пространственного расположения плоскостей поворота обеспечивается изменение на постоянную величину углов наклона боковых стенок и (в случае использования режущего инструмента с трапецеидальным сечением) дна формируемых основных профильных структур по отношению к плоскости функционального слоя изделия, а также глубины формируемой канавки и ее ширины в плане. При этом упомянутый заданный угол в каждой плоскости поворота является константой в течение упомянутого заданного промежутка времени.The mode in which the rotation of the axis of the
Импульсный режим функционированияPulse Mode
Режим, при котором поворот оси инструмента 9 в определенной плоскости (плоскостях) в заданном диапазоне углов осуществляют импульсно через заданные промежутки времени в процессе осуществления цикла обработки. То есть, в зависимости от пространственного расположения плоскостей поворота обеспечивается дискретное изменение углов наклона боковых стенок и (в случае использования режущего инструмента с трапецеидальным сечением) дна формируемых основных структур в заданном диапазоне по отношению к плоскости функционального слоя изделия, а также глубины формируемой канавки и ее ширины в плане на участках траектории перемещения инструмента 9, формируемых в период времени между импульсами.The mode in which the rotation of the axis of the
Импульсный циклический режим функционированияPulse cyclic mode of operation
Режим, при котором поворот оси инструмента 9 в определенной плоскости (плоскостях) в заданном диапазоне углов осуществляют импульсно через заданные промежутки времени в процессе осуществления цикла обработки. Причем в течение периода импульса инструмент 9 возвращается в исходное положение. То есть, обеспечивается плавное изменение углов наклона боковых стенок и (в случае использования режущего инструмента с трапецеидальным сечением) дна формируемых основных структур в заданном диапазоне по отношению к плоскости функционального слоя изделия, а также глубины формируемой канавки и ее ширины в плане на участках траектории перемещения инструмента 9, формируемых в течение периода импульса.The mode in which the rotation of the axis of the
Непрерывный режим функционированияContinuous operation
Режим, при котором поворот оси инструмента 9 в определенной плоскости (плоскостях) в заданном диапазоне углов осуществляют непрерывно в процессе осуществления цикла обработки. То есть, обеспечивается непрерывное плавное изменение углов наклона боковых стенок и (в случае использования режущего инструмента с трапецеидальным сечением) дна формируемых основных структур в заданном диапазоне по отношению к плоскости функционального слоя изделия, а также глубины формируемой канавки и ее ширины в плане на всей траектории перемещения инструмента 9.The mode in which the rotation of the axis of the
Непрерывный циклический режим функционированияContinuous cyclic operation
Режим, при котором поворот оси 20 инструмента 9 в определенной плоскости (плоскостях) в заданном диапазоне углов «α» осуществляют непрерывно по замкнутому циклу в процессе осуществления цикла обработки. То есть, в течение периода замкнутого цикла инструмент 9 возвращается в исходное положение. То есть, обеспечивается непрерывное, плавное, циклически повторяющееся изменение углов наклона боковых стенок и (в случае использования режущего инструмента 9 с трапецеидальным сечением) дна формируемых основных профильных структур в заданном диапазоне по отношению к плоскости функционального слоя изделия, а также глубины формируемой канавки и ее ширины в плане на всей траектории перемещения инструмента 9.The mode in which the rotation of the
Совершенно очевидно, что на программно-аппаратном комплексе с заявленной исполнительной системой может быть реализован и интегрированный режим формирования каждой профильной структуры (канавки или выступа) и/или семейства данных структур, организованный посредством различного сочетания вышерассмотренных режимов функционирования.It is completely obvious that an integrated mode of forming each profile structure (groove or protrusion) and / or family of these structures can be implemented on a software and hardware complex with the claimed executive system, organized by a different combination of the above-mentioned operating modes.
Некоторые примеры изменения поперечного и продольного профиля, а также формы в плане формируемых дискретных профильных структур посредством сообщения инструменту 9 дополнительных модулирующих перемещений приведены на фиг.8-12.Some examples of changes in the transverse and longitudinal profiles, as well as the shape in terms of the generated discrete profile structures by means of reporting additional modulating movements to the
Точность формирования дополнительных микро- и наноструктур известными из современною уровня техники средствами перемещения микрометрического диапазона обеспечивается за счет редуцирования (в частности, уменьшения) величины перемещения режущей части инструмента 9 по отношению к величине перемещения исполнительных элементов упомянутых известных средств перемещения на величину коэффициента редукции, который определяется пространственным расположением центра поворота оси 20 инструмента 9 относительно точки приложения внешней нагрузки (со стороны средства перемещения) и вершины инструмента 9.The accuracy of the formation of additional micro- and nanostructures by means of moving the micrometric range known by the state of the art is ensured by reducing (in particular, reducing) the displacement of the cutting part of the
Совершенно очевидно, что посредством заявленного технического решения обеспечивается возможность формирования с микро- и нанометрической точностью неограниченного множества вариаций профиля и формы в плане формируемых в функциональном слое изделия профильных структур рисунка гравюры, а также дополнительных микро- и наноструктур (функционально являющихся дополнительными элементами защиты изделия от подделки), расположенных на соответствующих поверхностях основных профильных структур (причем на известном из уровня техники станочном оборудовании и с помощью известных из уровня техники средств перемещения с миллиметровой или микрометрической дискретностью шага перемещения).It is completely obvious that by means of the claimed technical solution, it is possible to form an unlimited set of profile and shape variations with micro- and nanometric accuracy in terms of profile structures of the engraving pattern formed in the product’s functional layer, as well as additional micro- and nanostructures (which are functionally additional elements protecting the product from fakes) located on the corresponding surfaces of the main profile structures (and on the machine tool known from the prior art m equipment and using the prior art displacement means millimeter or micrometer increments moving step).
В качестве примера на фиг.14 графически проиллюстрирована траектория интегрального формообразующего перемещения (кривая Y1) инструмента, формируемого посредством главного формообразующего перемещения (кривая Y1i), а также двух дополнительных перемещений (кривые Y2i и Y3i), которые (т.е., указанные кривые) программно организованы в соответствии со следующими исходными данными и функциями:As an example, FIG. 14 graphically illustrates the path of the integral shape-shifting movement (curve Y 1 ) of the tool formed by the main shape-forming movement (curve Y1 i ), as well as two additional movements (curves Y2 i and Y3 i ), which (i.e. ., the indicated curves) are programmatically organized in accordance with the following initial data and functions:
В программно-аппаратном комплексе с заявленной исполнительной системой качестве металлорежущего станка может быть использован гравировально-фрезерный станок, оснащенный независимым приводом вращения инструмента 9. При этом инструментодержатель 10 должен быть кинематически связан с сопряженным с ним узлом 19 дополнительного перемещения инструмента 9 с возможностью относительного вращения, а с автономным независимым приводом вращения инструмента 9 - посредством гибкого передаточного звена, например гибкого вала, функционально являющегося шпинделем 4 станка.In a hardware-software complex with the claimed executive system as a metal cutting machine, an engraving-milling machine equipped with an independent drive for rotating the
Совершенно очевидно, что при использовании в качестве металлорежущего станка строгального станка в случае необходимости поворота инструмента 9 вокруг собственной оси 20 с целью обеспечения ориентации его передней поверхности относительно направления резания (т.е., при криволинейной траектории главного формообразующего перемещения) необходимо использовать конструкцию шпиндельного узла, аналогичную вышеописанной для гравировально-фрезерного станка. То есть, инструментодержатель 10 должен быть кинематически связан с сопряженным с ним узлом 19 дополнительного перемещения инструмента 9 с возможностью относительного вращения, а с независимым приводом вращения инструмента 9 - посредством гибкого передаточного звена, например гибкого вала, функционально являющегося шпинделем 4 станка.It is quite obvious that when using a planing machine as a metal cutting machine, if necessary, turn the
При использовании в качестве металлорежущего станка гравировально-строгального станка в качестве режущего инструмента 9 может быть использован:When used as a metal cutting machine engraving and planing machine as a
- строгальный резец с треугольной формой передней поверхности, а центр О2 поворота оси инструментодержателя 10 может быть совмещен, в пределах технологического допуска, с вершиной резца;- a planing cutter with a triangular shape of the front surface, and the center of rotation 2 of the axis of the
- строгальный резец с трапециевидной формой передней поверхности, а центр O2 поворота оси инструментодержателя 10 может быть совмещен, в пределах технологического допуска, с точкой пересечения этой оси с поперечной режущей кромкой резца;- a planing cutter with a trapezoidal shape of the front surface, and the center of rotation O 2 of the axis of the
- строгальный резец, режущая часть которого имеет форму трехгранной пирамиды, каждая грань которой функционально является передней поверхностью резца.- a planing cutter, the cutting part of which has the shape of a trihedral pyramid, each face of which is functionally the front surface of the cutter.
При использовании в качестве металлорежущего станка гравировально-фрезерного станка в качестве режущего инструмента может быть использована фреза, преимущественно, треугольного или трапециевидного профиля.When using an engraving-milling machine as a metal cutting machine, a cutter, mainly of a triangular or trapezoidal profile, can be used as a cutting tool.
Таким образом, программно-аппаратный комплекс с заявленной исполнительной системой может быть использован для автоматизированной мехатронной обработки резанием функционального слоя изделия со сложным пространственным профилем и формой (в плане) формируемых в функциональном слое профильных структур фрагментов рисунка гравюры с высокой степенью точности, при обеспечении возможности, преимущественно, одновременного (т.е., в реальном режиме времени) формирования на поверхности упомянутых профильных структур дополнительных микро- и/или наноструктур, функционально являющихся специальными, дополнительными, как правило, программно-организованными (т.е., машиносчитываемыми) элементами защиты изделия от подделки (т.е., несанкционированного воспроизводства) при использовании известного из уровня техники станочного оборудования. Например, программно-аппаратный комплекс с заявленной исполнительной системой может быть успешно реализован при изготовлении печатных форм для металлографской печати, используемых для производства денежных знаков (банкнот) и иных ценных бумаг, что подтверждает соответствие заявленного технического решения условию патентоспособности «промышленная применимость».Thus, the hardware-software complex with the claimed executive system can be used for automated mechatronic processing by cutting the functional layer of the product with a complex spatial profile and shape (in plan) of the fragments of the engraving pattern formed in the functional layer of the profile structures with a high degree of accuracy, while making it possible mainly, simultaneously (i.e., in real time mode) the formation of additional micro- and / or nanostructures that are functionally special, additional, as a rule, program-organized (i.e., machine-readable) elements for protecting the product from counterfeiting (i.e., unauthorized reproduction) using machine tools known from the prior art. For example, a hardware-software complex with the claimed executive system can be successfully implemented in the manufacture of printing forms for metallographic printing used for the production of banknotes and other securities, which confirms the compliance of the claimed technical solution with the patentability condition “industrial applicability”.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007147890/02A RU2360771C2 (en) | 2007-12-25 | 2007-12-25 | Actuating system incorporated with software-hardware complex designed to cut discrete shaped etched images in operating layer of printed circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007147890/02A RU2360771C2 (en) | 2007-12-25 | 2007-12-25 | Actuating system incorporated with software-hardware complex designed to cut discrete shaped etched images in operating layer of printed circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007147890A RU2007147890A (en) | 2008-05-10 |
| RU2360771C2 true RU2360771C2 (en) | 2009-07-10 |
Family
ID=39799770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007147890/02A RU2360771C2 (en) | 2007-12-25 | 2007-12-25 | Actuating system incorporated with software-hardware complex designed to cut discrete shaped etched images in operating layer of printed circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2360771C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446033C1 (en) * | 2010-09-23 | 2012-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Департамент науки и промышленной политики города Москвы | Method of cutting article with complex profile surface and lower-rigidity functional layer by multifunctional program-control hardware |
| RU2446034C1 (en) * | 2010-09-23 | 2012-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Департамент науки и промышленной политики города Москвы | Method of cutting article with complex profile surface by multifunctional program-control hardware |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997048555A1 (en) * | 1996-06-17 | 1997-12-24 | Giesecke & Devrient Gmbh | Process for producing dies |
| RU14022U1 (en) * | 1999-12-15 | 2000-06-27 | Открытое акционерное общество "Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков" | SUPER-PRECISIVE STROGAL MACHINE |
| RU48164U1 (en) * | 2005-06-02 | 2005-09-27 | Научно-исследовательский институт Гознака | PRECISION STROGAL MACHINE OF AUTOMATED ENGRAVING COMPLEX |
| RU2282524C2 (en) * | 2004-11-04 | 2006-08-27 | Открытое акционерное общество "Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков" (ОАО "ЭНИМС") | Articles planing method |
| RU2299813C2 (en) * | 2001-12-10 | 2007-05-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инсмат Технология" | Method for making relief in functional layer of printing form |
-
2007
- 2007-12-25 RU RU2007147890/02A patent/RU2360771C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997048555A1 (en) * | 1996-06-17 | 1997-12-24 | Giesecke & Devrient Gmbh | Process for producing dies |
| RU14022U1 (en) * | 1999-12-15 | 2000-06-27 | Открытое акционерное общество "Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков" | SUPER-PRECISIVE STROGAL MACHINE |
| RU2299813C2 (en) * | 2001-12-10 | 2007-05-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инсмат Технология" | Method for making relief in functional layer of printing form |
| RU2282524C2 (en) * | 2004-11-04 | 2006-08-27 | Открытое акционерное общество "Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков" (ОАО "ЭНИМС") | Articles planing method |
| RU48164U1 (en) * | 2005-06-02 | 2005-09-27 | Научно-исследовательский институт Гознака | PRECISION STROGAL MACHINE OF AUTOMATED ENGRAVING COMPLEX |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446033C1 (en) * | 2010-09-23 | 2012-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Департамент науки и промышленной политики города Москвы | Method of cutting article with complex profile surface and lower-rigidity functional layer by multifunctional program-control hardware |
| RU2446034C1 (en) * | 2010-09-23 | 2012-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Департамент науки и промышленной политики города Москвы | Method of cutting article with complex profile surface by multifunctional program-control hardware |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007147890A (en) | 2008-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8543237B2 (en) | Rotating part position and change finding method and apparatus | |
| CN114026509B (en) | Processing module and machine tool having a unit for detecting tool contour and method for detecting tool contour | |
| EP2390737B1 (en) | Method for machine measurement | |
| KR102559309B1 (en) | Method and device for measuring Changsung machining tools | |
| RU2356704C2 (en) | Method for formation of discrete profile structures of engraving picture in functional layer of type form on metal-cutting lathe | |
| US20160195385A1 (en) | Method and arrangement for measuring internal threads of a workpiece with an optical sensor | |
| EP2312264A1 (en) | Offset Amount Calibrating Method and Surface Texture Measuring Machine | |
| JP4571256B2 (en) | Shape accuracy measuring device by sequential two-point method and laser displacement meter interval measuring method for shape accuracy measurement by sequential two-point method | |
| WO2015107751A1 (en) | Surface shape measuring device and machine tool provided with same, and surface shape measuring method | |
| US20230280145A1 (en) | Measurement method | |
| CN109514181B (en) | Method and machine device for producing a cutting tool | |
| RU2360771C2 (en) | Actuating system incorporated with software-hardware complex designed to cut discrete shaped etched images in operating layer of printed circuit | |
| CN112119280B (en) | Three-dimensional object having dual structure, optical measuring device and method having the three-dimensional object | |
| RU2279964C1 (en) | Method of positioning of tool in reference system of machine tool in automated engraving complex | |
| CN106556371A (en) | Surface waviness, roughness on line measurement instrument | |
| CN112105887B (en) | Machine tool with optical measuring device for three-dimensional registration between tool holder and workpiece holder | |
| RU72164U1 (en) | SOFTWARE AND HARDWARE COMPLEX FOR THE FORMATION BY CUTTING OF DISCRETE PROFILE STRUCTURES OF THE DRAWING OF THE ENGRAVING IN THE FUNCTIONAL LAYER OF THE PRINTING FORM | |
| US9879968B2 (en) | Component measurement system having wavelength filtering | |
| DE102011008513B4 (en) | Adjustment and / or meter device | |
| RU48164U1 (en) | PRECISION STROGAL MACHINE OF AUTOMATED ENGRAVING COMPLEX | |
| Ardila et al. | Micro-milling process for manufacturing of microfluidic moulds | |
| CN116490298B (en) | Method and device for determining bending angle on bending machine | |
| RU2165348C1 (en) | Method for positioning tool in coordinate system of machine tool | |
| RU14022U1 (en) | SUPER-PRECISIVE STROGAL MACHINE | |
| JPH03268818A (en) | Angle measuring instrument for bender |