RU14022U1 - Суперпрецизионный строгальный станок - Google Patents

Description

СУПЕРПРЕЦИЗИОННЫЙ СТРОГАЛЬНЫЙ СТАНОК

Полезная модель относится к области станкостроения и может быть промышленно использована, преимущественно, для механической обработке изделий со сложным пространственным профилем обрабатываемой поверхности, например, металлографских модельных форм для производства денежных знаков (банкнот) и иных ценных бумаг и документов.

Прецизионная обработка изделий со сложным пространственным профилем обрабатываемой поверхности (например, металлографских форм, рельеф рабочей поверхности которых образован упорядоченным множеством профильных канавок различных размеров и геометрических форм, а также иных изделий с повышенными требованиями к точности обработки, в функциональных слоях которых необходимо обеспечить получение рисунка заданной глубины с субмикронным разрешением его структур) требует точного (порядка ± 0,004 мм для металлографских форм) сопряжения участков с различной формой и профилем формируемого рельефа. Поскольку геометрические параметры используемого для данной обработки инструмента могут быть аттестованы с погрешностью того же порядка, а при автоматической смене инструмента, кроме того, возникают дополнительные погрешности положения вершины (и, соответственно, режущей кромки) инструмента, возникает необходимость после каждой смены инструмента обеспечивать точную проверку фактического положения его вершины (режущей кромки) относительно базовой (нулевой) точки координатной системы отсчета станка с последующей коррекцией упомянутого фактического положения рабочих элементов инструмента в упомянутой координатной системе. Аналогичная ситуация (в отношении необходимости коррекции фактического положения инструмента в координатной системе отсчета станка) может возникнуть и в ряде иных

МПК: B23D 5/02

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 необходимо осуществлять, по меньшей мере, по трем координатам X, У и Z координатной системы отсчета станка.

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

Известны строгальные станки для обработки криволинейных поверхностей, содержащие, как правило, ползун (в котором закреплен режущий инструмент) и устройство для изменения пространственного положения (например, поворота) заготовки в процессе рабочего хода инструмента (GB, N01094623, КЛ.В230 5/04, 1Э67г., US, N03803382, кл.В230 5/00, 1374г.), принятые в качестве аналогов заявленного технического решения.

К недостаткам данных известных из уровня техники технических решений (станков) следует отнести их достаточно ограниченные функциональные возможности, ввиду того, что они предназначены для обработки (изготовления) деталей (изделий) со строго определенной формой (конфигурацией). А для их переналадки на иную конфигурацию обрабатываемыой поверхности необходимо использовать иные установочные, позиционирующие и зажимные приспособления.

Кроме того, рассмоотренные выше аналоги неспособны обеспечить точность обработки (порядка + 0,004 мм) приемлемую для производства таких уникальных изделий, как металлографские модельные формы для производства денежных

знаков (банкнот) и иных ценных бумаг и документов даже при условии использования в данных аналогах современных систем с числовым програмным управлением, поскольку они не устраняют и не компенсируют случайные накопленные погрешности системы СПИД (станок - приспособление инструмент - деталь).

Объясняется это, в основном, тем, что что в вышеописанных, известных из уровня техники строгальных станках не предусмотрены технические средства (а также, соответствующие этим средствам, технологические приемы) обеспечивающие:

-коррекцию положения передней поверхности инструмента в процессе его рабочего хода по криволинейной траектории переменного радиуса (т.е., средства, обеспечивающие ориентацию передней поверхности инструмента перпендикулярно траектории его перемещения в каждой точке этой траектории);

-возврат инструмента строго в исходную позицию после осуществления, например, процесса смены инструмента.

Наиболее близким к заявленному суперпрецизионному строгальному станку по технической сущности, достигаемому результату и функциональным возможностям является устройство (станок) для получения на плоской поверхности обрабатываемой заготовки кривых линий типа спирали Архимеда (SU, №1682053, кл. B23D 5/02, 1991г.). Данный известный из уровня техники строгальный станок содержит станину, устройство для закрепления и перемещения инструмента, а также устройства для пространственного позиционирования и перемещения заготовки, связанные с системой обеспечения перемещения соответствующих узлов этих устройств.

Данный известный из уровня техники строгальный станок способен обеспечить нарезание достаточно широкого спектра криволинейных канавок переменного радиуса без глобальной замены основных узлов станка, т.е. посредством переналадки.

необходимой точности обработки, например, при изготовлении суперпрецизионных изделий, преимущественно, таких, как металлографские модельные формы для производства денежных знаков (банкнот) и иных ценных бумаг и документов.

То есть, рассмоотренный выше прототип (как и расмотренные ранее аналоги) неспособен обеспечить точность обработки (порядка ± 0,004 мм) приемлемую для производства таких уникальных изделий, как металлографские модельные формы для производства денежных знаков (банкнот) и иных ценных бумаг и документов даже при условии использования в данных аналогах современных систем с числовым програмным управлением, поскольку они не устраняют и не компенсируют случайные накопленные погрешности системы СПИД (станок приспособление - инструмент - деталь).

Объясняется зто, как и в случаях с ранее рассмотренными аналогами, тем, что что в вышеописанном, известном из уровня техники прототипе не предусмотрены технические средства (а также, соответствующие зтим средствам, технологические приемы) обеспечивающие:

-коррекцию положения передней поверхности инструмента в процессе его рабочего хода по криволинейной траектории переменного радиуса (т.е., средства, обеспечивающие ориентацию передней поверхности инструмента перпендикулярно траектории его перемещения в каждой точке этой траектории);

-возврат инструмента строго в исходную позицию после осуществления, например, процесса смены инструмента.

В основу заявленного технического решения была положена задача создания такого суперпрецизионного строгального станка с нетрадиционной компоновкой, который, одновременно с расширением области применения и функционально - технологических возможностей, обеспечивал бы повышение точности обработки по отношению к известным из уровня техники средствам аналогичного назначения, в частности, посредством прецизионного позиционирования вершины и, соответственно, режущей части инструмента в

координатной системе отсчета станка при обработке изделий со сложным пространственным профилем микрорельефа в ортогональной трехкоординатной системе.

Техническое решение поставленной задачи обеспечивается посредством того, что в суперпрецизионном строгальном станке содержащем станину, устройство для крепления и перемещения инструмента, а также устройства для пространственного позиционирования и перемещения заготовки, связанные с системой обеспечения перемещения соответствующих узлов этих устройств, согласно заявленной полезной модели, устройство для крепления и перемещения инструмента выполнено в виде шпиндельной бабки, жестко закрепленной на дополнительно введенной вертикальной стойке и включающей гильзу и основной шпиндель, установленные в корпусе шпиндельной бабки и кинематически связанные с последней и между собой с возможностью вертикального перемещения и ограниченного поворота, соответственно; на нижнем торце основного шпинделя закреплен плансуппорт с ползуном, который включает средства для закрепления инструмента и кинематически связан с плансуппортом с возможностью радиального перемещения относительно оси поворота упомянутого основного шпинделя; устройства для пространственного позиционирования и перемещения заготовки выполнены в виде крестового стола с размещенным на нем поворотным столом, на планшайбе которого установлено нивелировочное средство для пространственной ориентации заготовки; кроме того станок снабжен: дополнительным сверлильно-фрезерным шпинделем, установленным на вертикальной стойке параллельно основному шпинделю с возможностью автономного вращения и ограниченного автономного вертикального перемещения, при этом сверлильнофрезерный шпиндель кинематически связан с гильзой шпиндельной бабки с возможностью ограниченного вертикального перемещения совместно с упомянутой гильзой; инструментальным магазином с приводом его перемещения.

установленным на крестовом столе с возможностью функционального взаимодействия с ползуном упомянутого плансуппорта при автоматической смене инструмента; видеоблоком для коррекции положения вершины и/или режущей кромки инструмента, установленным на крестовом столе с возможностью визуализации режущей части инструмента на экране монитора управляющего компьютера; реперным средством для индексации положения заготовки в горизонтальной плоскости, базовая плоскость которого смещена от установочной поверхности планшайбы поворотного стола на постоянную величину, которая функционально является константой станка ; а также системой числового програмного управления функционально связанной посредством пульта управления с процессором управляющего компьютера.

Наиболее оптимально, чтобы нивелировочное средство для пространственной ориентации заготовки включало связанные между собой базовый элемент и пространственно ориентируемый относительно последнего установочный элемент с расположенными между ними центральным и регулируемыми переферийиыми опорными узлами со сферическими опорными элементами, контактирующими с соответствующей поверхностью пространственно ориентируемого установочного элемента, а также средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента; в этом случае: базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы должны быть связаны между собой посредством, по меньшей мере, одного упругого элемента, который расположен в зоне ограниченной центрами сферических опорных элементов центрального и переферийных опорных узлов; центры сферических опорных элементов каждого опорного узла должны быть размещены в вершинах треугольника; каждый переферийный опорный узел должен быть выполнен в виде двух полусфер, между сферическими поверхностями которых размещают (с возможностью перемещения и пространственной самоустановки в процессе последнего) регулировочный элемент с клиновым

профилем, одна из упомянутых полусфер жестко закрепляется на базовом элементе, а другая - кинематически связывается с последним посредством подпружиненного рычага, при этом средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента выполняют в виде расположенных по переферии нивелировочного средства, по меньшей мере, трех фиксирующих узлов, каждый из которых включает жестко связанное с базовым элементом средство зажима и плоскую пружину, продольная ось которой ориентирована по отношению к установочному элементу под углом близким или равным один конец плоской пружины жестко закрепляют на установочном элементе, а другой размещещают в зоне зажимных элементов упомянутого средства зажима с возможностью жесткой фиксации этого конца.

В рассматриваемом конструктивном выполнении нивелировочного средства суперпрецизионного строгального станка центры сферических опорных элементов каждого опорного узла целесообразно размещать в вершинах прямоугольного треугольника, при этом вершина прямого угла, в этом случае, должна соответствовать месту расположения центра сферического опорного элемента центрального опорного узла.

Вполне разумно чтобы видеоблок включал два идентичных (подключенных к монитору управляющего механизмами перемещения станка компьютера) телевизионных микроскопа, главные оптические оси микрообъективов которых расположены в плоскостях параллельных плоскости расположения осей X и У координатной системы отсчета станка и ориентированы вдоль упомянутых осей X и У, при этом величина д. относительного смещения плоскостей расположения упомянутых оптических осей вдоль оси Z координатной системы отсчета станка функционально является константой данного станка.

Совершенно очевидно, что каждый признак заявленного объекта в отдельности широко известен из уровня техники. Однако, поставленная задача может быть решена исключительно

за счет отраженной в формуле изобретения совокупности известных признаков и реализуемых посредством определенного конструктивного выполнения и относительного пространственного расположения элементов устройства взаимосвязей. Следовательно, отраженнная в формуле изобретения совокупность известных из уровня техники признаков обеспечивает в заявленном объекте синергетический результат за счет определенной взаимосвязи этих признаков и их функционального назначения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного объекта, 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 полезной модели.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию охраноспособности НОВИЗНА по действующему законодателству.

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

- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его осуществлении, предназначен для использования в промышленности, а именно, в области станкостроения и металлообработки, преимущественно для автоматизизированного изготовления металлографских модельных форм для производства денежных знаков и иных ценных бумаг и документов;

-для заявленного технического решения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных на дату приоритета средств и методов;

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

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию критерия охраноспособности ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ПО Действующему законодательству.

Заявленная полезная модель иллюстрируется следующими графическими материалами.

Фиг. 1 - принципиальная схема общего вида суперпрецизионного строгального станка (видеоблок и реперное средство условно не показаны).

Фиг. 2 - вид А по фиг.1.

Фиг. 3 - вид Б по фиг.1.

Фиг. 4 - принципиальная схема общего вида суперпрецизиониого строгального станка в изометрии с обозначением (стрелками) рабочих перемещений основных кинематических узлов станка в его координатной системе отсчета.

Фиг. 5 - общий вид нивелировочного средства для пространственной ориентации заготовки (в плане).

Фиг.6 - сечение В - В по фиг.5.

Фиг. 7 - принципиальная схема компоновки (взаимного пространственного расположения) телевизионных компьютерных микроскопов на базовом элементе (в плане, т.е. в плоскости XZ расположения соответствующих осей X и Z координатной системы отсчета станка).

Фиг. 8 - условная схема пространственной взаимной ориентации главных оптических осей микрообъективов телевизионных компьютерных микроскопов с обозначением точки начала отсчета реперной системы станка (в

точке пересечения упомянутых оптических осей) и проекций этой точки на плоскости XZ и VZ расположения соответствующих осей координатной системы отсчета станка.

Фиг. 9 - условная схема позиционирования вершины инструмента по координатам X и Z в трехкоординатной системе отсчета X, У и Z станка.

Фиг.10 - условная схема позиционирования вершины инструмента по координате У в трехкоординатной системе отсчета X, У и Z станка.

Фиг.11 - траектория (включающая криволинейные участки) относительного перемещения обрабатываемого изделия и инструмента (траектория резания) в ортогональных координатных осях X и У, а также пространственное положение передней поверхности инструмента в различных точках этой траектории.

Фиг.12 - одна из возможных конструкций инструмента (резца), используемого для обработки на заявленном суперпрецизионном строгальном станке.

Фиг.13 - вид по стрелке Г на фиг.12.

Фиг.14 - сечение Д - Д по фиг.13.

Необходимо отметить, что вышеупомянутые графические материалы по фиг.7 - фиг.10 (для наглядности и простоты дальнейшего изложения) иллюстрируют лишь один из частных случаев осуществления способа позиционирования вершины и/или режущей кромки инструмента в координатной системе отсчета станка, а именно, когда:

главные оптические оси микрообъективов обоих компьютерных телевизионных микроскопов расположены в одной плоскости (величина смещения равна нулю) и, следовательно, пересекаются в одной точке;

пространственное положение вершины резца не изменяется при его повороте (посредством механизма поворота станка) на 180.

пересечения главных оптических осей микрообъективов компьютерных телевизионных микроскопов функционально является точкой начала отсчета реперной системы станка.

Варианты реализации патентуемого способа не удовлетворяющие или частично удовлетворяющие вышеуказанным допущениям подробно раскрываются в описатедьной части заявленного технического решения и понятны для специалиста в данной области без дополнительной их графической иллюстрации.

Суперпрецизионный строгальный станок содержит станину 1 с вертикальной стойкой 2, устройство для крепления и перемещения инструмента, а также устройства для пространственного позиционирования и перемещения заготовки, связанные с системой обеспечения перемещения соответствующих узлов этих устройств. Устройство для крепления и перемещения инструмента выполнено в виде шпиндельной бабки 3 корпус которой жестко (неподвижно) закреплен на направляющих в верхней части вертикальной стойки 2. Шпиндельная бабка 3 включает в себя гильзу 4 и основной шпиндель 5, установленные в корпусе шпиндельной бабки 3 и кинематически связанные с последней и между собой с возможностью вертикального перемещения (координата Z) и ограниченного поворота (координата С), соответственно. Перемещение гильзы 4 (совместно с основным шпинделем 5) по координате Z осуществляется от электродвигателя через упругую муфту и шарико-винтовую пару, гайка которой (через проставки и хомут) непосредственно перемещает упомянутую гильзу 4. Упомянутый электродвигатель перемещается по координате Z совместно с гильзой 4. Поворот основного шпинделя 5 по координате С осуществляется автономно от собственного электродвигателя также через упругую муфту и винты, находящиеся в зацеплении со щлицами основного шпинделя 5. Кинематикой станка предусмотрен поворот основного шпинделя 5 на угол ± 1080, при этом отсчет величины угла поворота основного шпинделя 5 осуществляется

посредством датчика, установленного на верхнем конце выходного вала ротора электродвигателя.

На нижнем торце основного шпинделя 5 закреплен плансуппорт 6 с ползуном 7. Ползун 7 включает средства (выполненные, например, в виде гребенки с шестью призматическими пазами и фиксирующей планки с механизмом зажима) для закрепления инструмента (например, строгального резца 8} и кинематически связан с плансуппортом 8 с возможностью радиального перемещения (координата U) относительно оси поворота (координата С) упомянутого основного шпинделя 5. При этом положение основного шпинделя 5 по координате С (при котором плансуппорт расположен параллельно оси X координатной системы отсчета станка) точно фиксируется посредством механического стопорного узла (фиксатора). Перемещение ползуна 7 по координате U осуществляется посредством кинематически связанного с последним электродвигателя. Однако, в некоторых случаях, прецизионное перемещение ползуна 7 может быть осуществлено посредством суперпрецизионного малоэнергоемкого магнитострикционного привода, охарактеризованного в патенте RU, N«2032967.

Устройства для пространственного позиционирования и перемещения заготовки выполнены в виде установленного на станине 1 в нижней части станка крестового стола с размещенным на нем поворотным (координата Е) столом Э, на планшайбе которого установлено нивелировочное средство 10 для пространственной ориентации и закрепления заготовки. Крестовый стол включает в себя продольно перемещающийся (координата X) основной стол 11 и поперечно перемещающиеся (координата У) салазки 12.

Кроме того станок снабжен:

- дополнительным сверлильно-фрезерным шпинделем 13, установленным на вертикальной стойке 2 параллельно основному шпинделю 5 с возможностью автономного вращения и ограниченного автономного (т.е. посредством собственного

привода) вертикального перемещения (координата , при этом сверлильно-фрезерный шпиндель 13 кинематически связан с гильзой 4 шпиндельной бабки 3 с возможностью ограниченного вертикального перемещения (координата Z) совместно с упомянутой гильзой 4;

инструментальным магазином 14 с приводом его перемещения (координата Х), установленным на крестовом столе (точнее: основном столе 11} с возможностью функционального взаимодействия с ползуном 7 упомянутого плансуппорта 6 при автоматической смене инструмента;

-видеоблоком 15 для коррекции положения вершины и/или режущей кромки инструмента, установленным на крестовом столе (точнее: основном столе 11) с возможностью визуализации режущей части инструмента на экране монитора управляющего компьютера (на чертежах условно не показан);

реперным средством 16 для индексации положения заготовки в горизонтальной плоскости, базовая плоскость которого (реперного средства 16) смещена от установочной поверхности планшайбы поворотного стола 9 на постоянную величину, которая (т.е. величина упомянутого смещения) функционально является константой станка;

-системой числового програмного управления основными и вспомогательными механизмами перемещения станка, функционально связанной посредством пульта управления с процессором управляющего компьютера (на чертежах условно не показаны).

Здесь целесообразно более детально раскрыть конструктивные особенности нивелировочного средства 10 и видеоблока 15, поскольку данные конструктивные узлы станка оказывают доминирующее влияние на достижение поставленной (ранееупомянутой) технической задачи.

Нивелировочное средство 10 (см.фиг.5 и фиг.6) включает связанные между собой базовый элемент 17 и пространственно ориентируемый относительно последнего установочный элемент 18 с расположенными между ними центральным и регулируемыми

переферийными опорными узлами 19 и 20, соответственно. Опорные узлы 19 и 20 снабжены сферическими опорными элементами 21, контактирующими с соответствующей (обращенной в сторону опорных узлов 19 и 20) поверхностью пространственно ориентируемого установочного элемента 18. Как правило, сферические опорные элементы 21 размещены в конических гнездах, выполненных на упомянутой поверхности пространственно ориентируемого установочного элемента 18 и поверхностях соответствующих элементов опорных узлов 19 и 20. Кроме того, нивелировочное средство 10 содержит средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента. Указанные средства фиксации выполнены в виде, преимущественно, равномерно расположенных по переферии устройства, по меньшей мере, трех фиксирующих узлов 22, каждый из которых включает жестко связанное с базовым элементом 17 средство зажима (выполненное, например, в виде двух связанных с базовым элементом 17 взаимоподвижных, преимущественно, подпружиненных относительно другой посредством пружины 23, зажимных губок 24 и 25), а также плоскую пружину 26. Зажимная губка 24 жестко закреплена на базовом элементе, а взаимное перемещение зажимных губок 24 и 25 осуществляется посредством резьбовой пары (в виде винта 27 и гайки 28) и пружины 23. Один конец плоской пружины 26 жестко закреплен на обращенной к фисирующему узлу 22 поверхности установочного элемента 18 (одним из известных способов крепления), при этом продольная ось плоской пружины 26 ориентирована по отношению к установочному элементу 18 под углом близким или равным 90. Другой конец этой плоской пружины 26 размещен в зоне зажимных элементов вышеупомянутого средства зажима (в данном конкретном случае /фиг.6/ - между взаимообращенными поверхностями зажимных губок 24 и 25) с возможностью жесткого закрепления этого конца в процессе фиксации заданного пространственного положения установочного элемента 18. Базовый и

пространственно ориентируемый установочный элементы 17 и 18, соответственно, связаны между собой посредством, по меньшей мере, одного упругого элемента 29, который расположен между центральным опорным узлом 19 и одним из переферийных опорных узлов 20 (т.е. в зоне ограниченной треугольником, образованным центрами сферических опорных элементов 21 опорных узлов 19 и 20). Центры опорных сферических элементов 21 каждого опорного узла 19 и 20 размещены в вершинах треугольника, при этом переферийные опорные узлы 20 должны быть смещены один относительно другого в окружном направлении, преимущественно, на угол равный 90. Каждый переферийный опорный узел 20 выполнен в виде двух полусфер 30 и 31, между сферическими поверхностями которых размещен с возможностью перемещения пространственно самоустанавливающийся (посредством его упругой связи с базовым элементом 17) регулировочный элемент 32 с клиновым профилем. Одна из упомянутых полусфер 30 жестко закреплена на базовом элементе 17, а другая полусфера 31 - кинематически связана с базовым элементом 17 посредством подпружиненного качающег ося рычага 33. Перемещение регулировочного элемента 32 осуществляется посредством резьбовой пары в виде связанного с основанием регулировочного элемента 32 винта 34 и плавающей гайки 35, закрепленной на поверхности базового элемента 17 посредством плоских пружин 36 с целью обеспечения пространственной самоустановки регулировочного элемента 32 и компенсации возможных перекосов и заклинивания в резьбовой паре при осуществлении процесса регулировки пространственного положения установочного элемента 18.

Для упрощения позиционирования (по координатным осям X и У) и фиксации изделия в плоскости рабочей поверхности 37 установочного элемента 18 на последнем могут быть размещены координатные линейки 38, упор 39 и подвижные прижимные планки 40 (условно обозначенные на фиг.5 пунктирными линиями).

Видеоблок (см. фиг.7 и фиг.8) включает два идентичных (подключенных к монитору управляющего механизмами перемещения станка компьютера) телевизионных микроскопа 41 и 42, главные оптические оси 43 и 44 микрообъективов 45 и 46 (соответственно) которых расположены в плоскостях параллельных плоскости ХУ расположения осей X и У координатной системы отсчета станка и ориентированы вдоль упомянутых осей X и У, при этом величина относительного смещения плоскостей расположения упомянутых оптических осей вдоль оси Z координатной системы отсчета станка функционально является константой данного станка.

Как ранее указывалось, на фиг.7 и фиг.8 (для наглядности и простоты дальнейшего изложения) проиллюстрирован лишь один из частных случаев взаимного пространственного положения главных оптических осей 43 и 44 микрообъективов 45 и 46, обеспечивающий возможность осуществления процесса позиционирования вершины 47 и/или режущей кромки инструмента в координатной системе отсчета станка, а именно, когда:

-главные оптические оси 43 и 44 микрообъективов 45 и 46 обоих компьютерных телевизионных микроскопов 41 и 42 расположены в одной плоскости (величина смещения равна нулю) и, следовательно, пересекаются в одной точке;

-пространственное положение вершины 47 резца 8 не изменяется при его повороте (посредством механизма поворота станка) на 180.

Совершенно очевидно, что для такого частного случая реализации процесса позиционирования инструмента на заявленном станке точка пересечения главных оптических осей 43 и 44 микрообъективов 45 и 46 компьютерных телевизионных микроскопов 41 и 42 функционально является точкой 48 начала отсчета реперной системы станка, которая (точка 48) проецируется на плоскости XZ и yz координатной системы станка в виде точек 49 и 50, соответственно.

Варианты реализации процесса позиционирования инструмента на рассматриваемом суперпрецизионнои строгальном станке не удовлетворяющие или частично удовлетворяющие вышеуказанным допущениям подробно раскрываются в последующей описательной части заявленного технического решения (описание работы станка) и понятны для специалиста в данной области без дополнительной их графической иллюстрации.

Принцип работы заявленного суперпрецизионного строгального станка заключается в следующем.

Во-первых необходимо отметить, что на рассматриваемом суперпрецизионном строгальном станке могут выполняться следующие основные виды работ (операций):

-строгание канавок различной формы (прямолинейных, круговых, синусоидальных, любой иной сложной формы с переменным радиусом кривизны) с постоянной или переменной глубиной, в том числе симейств перечисленных канавок (эквидистантных или пересекающихся между собой);

-фрезерование канавок (перечисленных в предыдущем пункте) при условии, что их ширина превышает 0,1 мм, в том числе в сочетании с несколькими строгальными проходами в процессе формирования упомянутых канавок;

-засверливание отверстий на небольшую глубину (при необходимости) для обеспечения врезания строгального резца 8 при формировании глухих канавок.

Строгание прямолинейных канавок постоянной глубины производится:

-либо перемещением основного стола 11 по координате X с предварительным заглублением резца 8 по координате Z на необходимую (постоянную) глубину (что обеспечивается или непосредственным врезанием резца 8 в материал заготовки, или его перемещением в предварительно просверленную лунку) и поворотом стола 9 по координате Е на требуемый угол;

-либо требуемый угол наклона канавки в горизонтальной плоскости ХУ вместо поворота стола 9 по координате Е обеспечивается интерполяцией перемещений по координатам X и У,

В случае переменной глубины упомянутых канавок вышеперечисленные перемещения интерполируются с дополнительным перемещением резца 8 по координате Z. Строгание круговых канавок производится: установкой резца 8 в необходимое (одно из шести) гнездо резцедержателя ползуна 7 плансуппорта 6, перемещением ползуна 7 на требуемую величину по координате и и последующим поворотом (в процессе резания) основного шпинделя 5 совместно с плансуппортом 6 по координате С на требуемый угол (в зависимости от длины дуги канавки постоянного радиуса, т.е.- круговой канавки);

-возможно строгание круговых канавок интерполяцией (в процессе резания) совместных перемещений по координатам X и У (при установка резца 8 в первое гнездо резцедержателя ползуна 7 плансуппорта 6 и совмещении оси 53 резца 8 с осью поворота основного шпинделя 5) и поворота основного шпинделя 5 по координате С, для того, чтобы передняя поверхность 51 резца 8 в каждой точке траектории 52 резания была ориентирована по нормали к проекции (на плоскость ХУ) вектора V мгновенной относительной скорости инструмента в этой точке траектории 52.

Необходимость дополнительного поворота резца 8 по координате С в процессе формирования круговых канавок в соответствии с последним из вышеописанных способов требует дополнительных, более подробных пояснений, которые приводятся ниже на основе иллюстраций по фиг.11 - фиг.14 графических материалов.

Техническая сущность способа соответствующей пространственной ориентации передней поверхности резца 8 в процессе строгания заключается в следующем.

Перед началом осуществления обработки изделия продольную ось 54 инструмента (резца 8) ориентируют под углом близким или равным 90° к плоскости расположения упомянутых координатных осей X и У, вдоль которых обеспечивается относительное перемещение (направление которого условно показано на фиг.11 стрелками S) резца 8 и обрабатываемого изделия (согласно фиг.11 - к плоскости чертежа). Вершину 47 резца 8 устанавливают в начальную точку траектории 52 резания (или траектории относительного перемещения инструмента и обрабатываемого изделия, что эквивалентно) и ориентируют переднюю поверхность 51 резца 8 по нормали к траектории 52 резания в этой начальной точке. Далее, в процессе обработки осуществляют по заданной программе (обеспечивающей необходимую криволинейную траекторию 52 резания) синхронное относительное перемещение обрабатываемого изделия и инструмента по двум координатным осям X и У (преимущественно, ортогональным, см. фиг.11). Упомянутое относительное перемещение осуществляют с возможностью обеспечения результирующего относительного перемещения резца 8 по заданной траектории 52 с криволинейными участками (например, с участками постоянного или переменного радиуса кривизны). При изменении направления проекции вектора V мгновенной скорости относительного перемещения инструмента на плоскость расположения координатных осей X и У (например, в процессе изменения радиуса кривизны на определенном участке траектории 52) изменяют относительное пространственное положение передней поверхности 51 резца 8 по отношению к исходному (или предыдущему) положению этой поверхности 51 таким образом, чтобы при прохождении любой точки упомянутой траектории 52 (например, на участке с переменным радиусом кривизны) передняя поверхность 51 оставалась бы перпендикулярной к плоскости 55, которая пересекает плоскость расположения координатных осей X и У и ориентирована параллельно проекции вектора V мгновенной

скорости относительного перемещения инструмента в этой точке на плоскость расположения упомянутых координатных осей X и У (на фиг. 11 плоскость 55 условно показана в виде прямой линии, являющейся линией пересечения плоскости 55 с плоскостью расположения координатных осей X и У).

Обеспечение указанной пространственной ориентации передней поверхности 51 резца 8 в любой точке траектории 52 резания создает оптимальные неизменные условия резания по всей длине прохода (вследствие неизменности пространственной ориентации задних поверхностей резца 8 по отношению к поверхности резания), что повышает стойкость инструмента (резца 8) и точность обработки изделия в целом.

Здесь необходимо отметить, что в случае осуществления процесса обработки с постоянной глубиной резания на всей траектории 52 относительного перемещения резца 8, упомянутая проекция вектора V мгновенной скорости инструмента в каждой конкретно взятой точке траектории перемещения строго параллельна вектору V мгновенной скорости в этой точке. При осуществлении процесса обработки с переменной глубиной резания (что также допустимо в рамках рассматриваемого способа обработки) указанное условие не выполняется. В связи с чем пространственная ориентация условной плоскости 55 осуществлена посредством ее привязки именно к проекции (на плоскость расположения координатных осей X и У) упомянутого вектора V мгновенной скорости резца 8 в каждой конкретно взятой точке криволинейной траектории 52 резания.

Совершенно очевидно, что упомянутое изменение пространственного положения передней поверхности 51 резца 8 может быть осуществлено широко известными из уровня техники средствами путем поворота обрабатываемого изделия и/или резца 2 вокруг соответствующих осей, ориентированных по нормали к плоскости расположения координатных осей X и У.

С конструктивно-технологической точки зрения дпя осуществления обработки изделия в соответствии с рассматриваемым способом целесообразно использовать резец 8 с треугольным профилем режущей части 56, передняя поверхность 51 которого ориентирована параллельно продольной оси 54 резца 8. При этом упомянутое изменение пространственного положения передней поверхности 51 резца 8 наиболее выгодно осуществлять путем поворота резца 8 (посредством известных из уровня техники средств) вокруг оси 53, проходящей через его вершину 47 и ориентированной по нормали к плоскости расположения упомянутых координатных осей X и У.

Строгание синусоидальных канавок и канавок иной сложной геометрической формы с участками траектории 52 резания переменного радиуса кривизны осуществляется аналогично вышеописанному (последнему) способу нарезания круговых канавок. То есть, интерполяцией перемещений по координатам X, У и Z, а в случае переменной глубины упомянутых канавок - дополнительной интерполяции с указанными перемещениями перемещения по координате Z.

Многовитковые канавки могут формироваться непрерывно в пределах трех оборотов основного шпинделя 5 по координате С, после чего упомянутый шпиндель 5 должен быть возвращен в исходное (нулевое по координате С) положение с повторным вводом резца 8 в конец ранее сформированной канавки. После этого осуществляется дальнейшее непрерывное формирование данной канавки опять же в пределах трех оборотов основного шпинделя 5 по координате С.

Фрезерование канавок осуществляется инструментом, закрепленным в высокооборотном сверлильно-фрезерном шпинделе 13 при соответствующих перемещениях (в зависимости от формы фрезеруемой канавки) основных узлов суперпрецизионного строгального станка описанных выше (за исключением перемещений по координатам U и С) при прямоугольном поле перемещений по координате X 200 мм.

ПО координате У 250 мм. В том случае, если подлежащий фрезерованию рисунок (например, металлографской модельной формы) имеет габарит по оси X более 200 мм, а по оси У более 250 мм, его фрезерование производится, например, в два приема с поворотом стола Э по координате Е на ISO.

Засверливание отверстий (гнезд) на небольшую глубину для заглубления строгального резца 8 производится посредством позиционирования крестового стола с обрабатываемой заготовкой по координатам X и У с последующим перемещением сверлильно-фрезерного шпинделя 13 по координате Z.

Для качественного выполнения перечисленных выше операций (работ), помимо технологических возможностей перечисленных выше и вытекающих непосредственно из технических характеристик станка, в последнем предусмотрены следующие вспомогательные циклы и приемы работ, также обеспечиваемые защищаемой конструкцией суперпрецизионного фрезерного станка:

коррекция положения заготовки в горизонтальной плоскости ХУ координатной системы отсчета станка;

-автоматическая смена резцов;

-коррекция плавающих нулей отсчета координатной системы отсчета станка по координатам Х,У и

определение положения заготовки в координатной системе отсчета станкаКоррекция положения заготовки в горизонтальной плоскости ХУ координатной системы отсчета станка осуществляется с помощью нивелировочного средства следующим образом.

Первоначально здесь необходимо отметить, что, поскольку глубина обрабатываемых, например, на металлографских модельных формах канавок регламентируется очень жесткими допусками (± 0,01 мм), при установке заготовки в зажимное приспособление (нивелировочное средство) необходимо обеспечить строгую параллельность ее

верхней (обрабатываемой) поверхности относительно плоскости перемещений соответствующих узлов станка по координатам X и У. Параллельность упомянутых поверхностей обеспечивается посредством коррекции пространственного положения заготовки с помощью нивелировочного средства 10, в котором определенным образом осуществляется регулировка пространственного положения установочного элемента 18 в плоскостях XZ и yz координатной системы отсчета станка по результатам непосредственной регистрации (измерительной головкой с ценой деления 1 мкм) положения поверхности заготовки при перемещениях крестового стола по координатам X и У. Причем, в качестве базовой плоскости отсчета в процессе контроля положения соответствующей поверхности заготовки используется верхняя плоскость реперного средства 16, расстояние которой от точки 48 начала отсчета нижерассмотренной реперной системы станка строго аттестовано и является константой данного станка.

Пространственная ориентация обрабатываемого изделия (заготовки) с помощью упомянутого нивелировочного средства в вышеупомянутых координатных плоскостях координатной системы станка с помощью нивелировочного средства 10 осуществляется в следующей последовательности.

После установки изделия на рабочую поверхность 37 установочного элемента 18 обеспечивают его позиционирование в координатной плоскости X - У. При этом координату заданного положения изделия по оси X обеспечивают посредством упора 39, а координату положения по оси У посредством одной из перемещаемых вдоль указанной оси прижимных планок 40. После чего посредством второй прижимной планки 40 осуществляют жесткую фиксацию заданного положения изделия в координатной плоскоости X - У.

Далее, при разжатых губках 24 и 25 фиксирующих узлов 22 осуществляют процесс пространственной ориентации изделия посредством изменения высоты переферийных опорных узлов 20 путем перемещения резьбовыми элементами в соответствующем

направлении регулировочных элементов 32. С помощью соответствующих (известных из уровня техники) контрольно измерительных средств рабочую поверхность 37 установочного элемента 18 выставляют в заданное положение. После этого осуществляют жесткую фиксацию плоских пружин 26 фиксирующих узлов 22 между губками 24 и 25 этих узлов 22. На этом процесс пространственной ориентации изделия заканчивается.

Здесь необходимо отметить, что использование в фиксирующих узлах именно плоских пружин 26 {а не жестких пластин или стержней) обеспечивает:

-во - первых, исключение какого-либо изменения выставленного пространственного положения изделия при фиксации плоских пружин 26 губками 24 и 25 фиксирующих узлов 22 (т.к. в процессе упомянутой фиксации практически исключается какое-либо силовое воздействие на опорные узлы, способное изменить их пространственное положение);

-а, во - вторых, при наличии и соответствующем взаимном расположении, по меньшей мере, трех таких плоских пружин 26 обеспечивается жесткая (а не упругая) пространственная взаимосвязь базового элемента 17 (установленного на поворотном столе 11 станка) с установочным элементом 1в в процессе последующего манипулирования изделием, то есть, полностью исключается изменение пространственной ориентации изделия в процессе, например, его механической обработки; следовательно, в рассматриваемом случае совокупность плоских пружин 26 выполняет роль жесткого связующего средства, несмотря на то, что включает только упругие элементы.

Автоматическая смена резцов 8 осуществляется следующим образом.

Автоматическая смена резцов 8 производится из одного из гнезд инструментального магазина 14 в одно из гнезд резцедержателя ползуна 7 плансуппорта 6. В исходном положении магазин 14 инструментов отведен в крайнее правое (фиг.1) положение, плансуппорт 6 - в крайнее верхнее

положение, ползун 7 плансуппорта 6 - в положение, когда ось первого гнезда резцедержателя совмещена с осью вращения (координата С) основного шпинделя 5, основной шпиндель 5 установлен в положение, соответствующее условию, что координата С О, при этом фиксатор положения основного шпинделя 5 находится в рабочем состоянии, т.е. жестко фиксирует вышеупомянутое пространственное положение (коо рдината С 0) основного шпинделя 5 и, соответственно, плансуппорта 6 в рассматриваемом положении. Отработавший резец 8 закреплен в одном из гнезд резцедержателя ползуна 7 плансуппорта 6. Цикл смены инструмента осуществляется посредством следующей последовательности пространственных перемещений соответствующих узлов станка:

-магазин инструментов перемещается (координата Х, фиг.4) в рабочее положение и фиксируется в нем, одновременно основной стол 11 и салазки 12 перемещаются в координаты X и У, соответственно, обеспечивающие возможность возврата отработавшего резца 8 в определенное для него гнездо инструментального магазина 14;

-гильза 4 основного шпинделя 5 совместно с плансуппортом 6 перемещается (координата Z) вниз, посредством чего отработавший инструмент возвращается в собственное гнездо инструментального магазина 14;

-отработавший инструментосвобождается от зажима в гнезде резцедержателя ползуна 7плансуппорта 6, после чего последний, совместно с гильзой4, перемещаются в крайнее верхнее положение;

основной стол 11 и салазки 12 перемещаются в соответствующие координаты X и У, обеспечивающие захват резцедержателем ползуна 7 плансуппорта 6 очередного необходимого инструмента (резца 8);

-плансуппорт 6 совместно с гильзой 4 перемещается вниз, посредством резцедержателя ползуна 7 плансуппорта 6 захватывает и фиксирует (в соответствующем гнезде

резцедержателя) очередной необходимый для последующей обработки инструмент;

плансуппорт 6 совместно с гильзой 4 и зафиксированным в гнезде резцедержателя ползуна 7 инструментом перемещается в крайнее верхнее положение;

- инструментальный магазин 14 отводится в крайнее правое (исходное) положение.

На этом цикл автоматической смены резцов заканчивается. Далее, в зависимости от характера необходимой последующей обработки изделия осуществляется относительное перемещение резца 8 либо для продолжения ранее прерванной обработки, либо для коррекции его положения в координатной системе отсчета X У Z станка (т.е. для коррекции плавающих нулей отсчета по указанным координатам X У Z координатной системы отсчета станка).

Техническая сущность процесса коррекции плавающих нулей отсчета координатной системы отсчета станка по координатам Х,У и Z (иными словами - процесса позиционирования инструмента в координатной системе отсчета станка по координатам Х,У и Z) заключается в следующем.

Обработка сложных рельефов, например, металлографских модельных форм требует точного (± 0,004 мм) сопряжения участков, формируемых разными инструментами. Поскольку размеры инструментов могут быть аттестованы с погрешностью того же порядка, а при их автоматической смене возникают дополнительные погрешности положения вершины 47 и/или режущей кромки, после каждой смены инструмента необходима точная проверка фактического положения упомянутых вершины 47 и/или режущей кромки по отношению к координатной системе отсчета X, У, Z станка

Для обеспечения решения рассмотренных выше технических задач (в том числе, позиционирования инструмента 1 в координатной системе отсчета станка) инструмент (резец 8)

(например, после осуществления процесса его автоматической смены) перемещают в соответствующую исходную позицию, где с помощью оптической системы индексации положения регистрируют достижение его вершиной 47 заданной точки отсчета путем совмещения упомянутой вершины 47 с точкой 48 начала отсчета реперной системы станка. Последнюю (реперную систему станка) автономно формируют в пространстве и визуализируют на экране монитора управляющего компьютера посредством оптической системой индексации положения в ходе вывода изображения процесса совмещения на экран. Изображение процесса рассматриваемого совмещения (точки 48 начала отсчета реперной системы и вершины 47 резца 8) выводят на экран монитора компьютера (на чертежах условно не показанных) посредством компьютерных телевизионных микроскопов 41 и 42 (например, типа КТМ-1) с микрообъективами 45 и 46 (например, типа ОБ-12), соответственно. Непосредственная связь видеокамер (на чертежах условно не показанных) компьютерных телевизионных микроскопов с компьютером может быть осуществлена любым известным из уровня техники способом, например, через электронный коммутатор и видеопорт, преимущественно, типа AVer-EZ-II (на чертежах условно не показаны).

При этом (в процессе осуществления указанных операций) формируемую реперную систему координатно адаптируют с упомянутой системой отсчета станка по трем координатам X, У и Z, обеспечивая, тем самым, регистрацию пространственного положения позиционируемой вершины 47 инструмента в трехкоординатной (преимущественно, ортогональной) системе отсчета станка. Отсчет дальнейших перемещений инструмента ведут от упомянутой точки 48 начала отсчета реперной системы (или, что эквивалентно, от скоректированного положения вершины 47 инструмента), определенным образом согласованной с нулевой точкой отсчета упомянутой трехкоординатной системы отсчета станка.

Как ранее указывалось, в качестве оптической системы индексации положения вершины 47 инструмента используют видеоблок, включающий два идентичных (подключенных к монитору управляющего механизмами перемещения станка компьютера) компьютерных телевизионных микроскопа 41 и 42, главные оптические оси 43 и 44 микрообъективов 45 и 46 которых располагают в плоскостях параллельных плоскости ХУ (т.е. плоскости расположения осей X и У) координатной системы отсчета станка и ориентируют вдоль упомянутых осей X и У. При этом величину относительного смещения плоскостей расположения упомянутых оптических осей регистрируют и запоминают. Эта последняя операция является необходимой, преимущественно, для тех случаев, когда заведомо известно, что плоскости расположения главных оптических осей 43 и 44 микрообъективов 45 и 46 смещены одна относительно другой по координатной оси Z системы отсчета станка (поскольку в дальнейшем /т.е. при координатной адаптации реперной системы с координатной системой отсчета станка/ эта отличная от нуля величина смещения используется в програмном обеспечении станка в качестве корректирующего коэффициента). Такое взаимное пространственное расположение микрообъективов 45 и 46 обеспечивает визуализацию на экране монитора регистрируемых объектов (расположенных в поле зрения объективов) как в плоскости XZ расположения соответствующих координатных осей (посредством микрообъектива 46), так и в плоскости yz расположения соответствующих координатных осей (посредством микрообъектива 45).

Упомянутую реперную систему станка формируют в виде пространственной прямоугольной системы координат Х, У, Z, оси Х и у которой ориентированы вдоль главных оптических осей 43 и 44 (на фиг.8 оси Х и У совпадают с осями 43 и 44) соответствующих микрообъективов 45 и 46, а ось Z параллельна оси Z координатной

системы отсчета станка. Для индексации заданного положения вершины 47 инструмента в качестве упомянутой точки начала отсчета реперной системы принимают точку 48, которая пространственно расположена в зоне видимости, по меньшей мере, одного (преимущественно, обоих) микрообъективов 45 и 46 и лежит на пересечении оси Х и/или главной оптической оси 43 соответствующего микрообъектива 45 с проекцией на плоскость Х У главной оптической оси 44 другого микрообъектива 46 (в случае, изображенном на фиг.8 упомянутая проекция совпадает с оптической осью 44, поскольку величина смещения равна нулю).

Изображение упомянутого процесса совмещения (т.е. процесса совмещения вершины 47 инструмента с точкой 48 начала отсчета реперной системы станка) выводят на экран монитора управляющего компьютера в виде изображений проекций реперной системы и вершины 48 инструмента на плоскости XZ и yz расположения соответствующих координатных осей, В результате этого реперная система станка визуализируется на экране в виде перекрестия проекций осей Х и Z (на плоскости XZ, посредством компьютерного телевизионного микроскопа 42) и перекрестия проекций осей yi и Z (на плоскости yz, посредством компьютерного телевизионного микроскопа 41).

Процесс совмещения вершины 48 инструмента (резца 8) с указанной точкой 48 начала отсчета реперной системы и, соответственно, координатную адаптацию реперной системы и системы отсчета станка по координатам X, У и Z (выполняемую с учетом величины смещения плоскостей расположения оптических осей микрообъективов) осуществляют последовательно в два этапа.

На первом этапе вершину 48 инструмента вводят в поле зрения первого компьютерного телевизионного микроскопа 42, главная оптическая ось 44 микрообъектива 46 которого ориентирована вдоль оси У координатной системы отсчета станка. Далее на экране монитора в плоскости XZ совмещают

изображения проекции 57 этой вершины 48 с проекцией 4Э упомянутой точки 48 реперной системы на указанную плоскость расположения координатных осей X и Z путем относительного перемещения инструмента вдоль указанных осей X и Z (на фиг.З перемещение вершины 47 инструмента условно обозначено стрелками S). После чего регистрируют показания координатной системы отсчета станка по координатам X и Z. На этом этапе обеспечивается коррекция положения инструмента относительно координатной системы отсчета станка по координатам X и Z.

На втором этапе вершину 47 инструмента вводят в поле зрения второго компьютерного телевизионного микроскопа 41, главная оптическая ось 43 микрообъектива 45 которого ориентирована вдоль оси X координатной системы отсчета станка. Затем на экране монитора компьтера в плоскости VZ совмещают изображения проекции 58 этой вершины 47 с проекцией 50 упомянутой точки 48 начала отсчета реперной системы на плоскость расположения координатных осей У и Z путем относительного перемещения инструмента по оси У (на фиг.10 перемещение вершины 47 инструмента условно обозначено стрелкой . После чего регистрируют показания координатной системы отсчета станка по координате У. На этом этапе обеспечивается коррекция положения вершины 47 инструмента относительно координатной системы отсчета станка по координате У.

С учетом того что величина поля зрения микрообъективов 45 и 46 в зоне реперной точки 48 достаточно мала (по оси Z - 0,375 мм, а по осям X и У - 0,500 мм), при этом величина разрешающей способности (или абсолютной точности измерения в поле зрения) компьютерных телевизионных микроскопов составляет ± 0,001 мм, процесс совмещения вершины 47 инструмента с точкой 48 начала отсчета реперной системы (после ввода указанной вершины 47 в поле зрения микрообъективов телевизионных микроскопов) осуществляют посредством дискретных относительных перемещений

инструмента с шагом не превышающим величину разрешающей способности телевизионных микроскопов. Это обеспечивает абсолютно точное (в пределах разрешающей способности телевизионных компьютерных микроскопов) совмещение рассматриваемых изображений (т.е. изображения вершины 47 инструмента и точки 48 начала отсчета реперной системы) на экране монитора и, соответственно, позиционирование инструмента с погрешностью в пределах величины разрешающей способности компьютерных телевизионных микроскопов 41 и 42.

Окончательную визуальную регистрацию момента совмещения вершины инструмента с точкой 48 начала отсчета реперной системы станка осуществляют непосредственно на экране монитора управляющего компьютера по совмещенным изображениям соответствующих проекций вершины 47 инструмента и реперной системы на соответствующие плоскости координатной системы отсчета станка.

Ввиду того, что, согласно изобретения, визуализация реперной cиcteмы станка на экране монитора осуществляется в виде пересекающихся под прямым углом линий (т.е. перекрестий проекций соответствующих осей координатной системы Х , у1 и Z, функционально являющейся реперной системой станка), при соответствующем програмном обеспечении в процессе реализации рассматриваемого способа позиционирования инструмента можно обеспечить измерение геометрических параметров и электронное фотографирование режущей части 56 инструмента, например, для создание банка данных инструментов и т.п.

Целесообразно также рассмотреть вариант реализации способа позиционирования, согласно изобретения, для случая, когда вершина 47 инструмента изменяет свое пространственное положение (в плоскости реперной системы станка) при его повороте посредством механизма поворота станка на 180. Такое пространственное изменение положения вершины 47 возможно, например, в тех случаях, когда упомянутая вершина 47 смещена, например, на величину относительно оси

поворота инструмента (ориентированной по оси Z координатной системы станка). Для этого случая вначале необходимо определить величину (или , что равнозначно) упомянутого смещения вершины 47 посредством поворота инструмента в поле зрения микрообъектива соответствующего компьютерного телевизионного микроскопа и регистрации процесса поворота на мониторе управляющего компьютера. После чего осуществляют коррекцию положения соответствующих осей (в данном случае осей Х и Z) или точки 48 начала отсчета реперной системы станка (что равнозначно) на величину /2 по оси У в соответствующем направлении (т.е. в направлении вышеупомянутого смещения вершины 47 по этой же оси У). Такая коррекция положения реперной системы снижает в процессе последующей обработки примерно в два раза погрешность, возникающую вследствии эксцентричного расположения вершины 47 инструмента относительно оси поворота последнего. Совершенно очевидно, что для этого рассмотренного варианта оптическая ось 43 объектива 45 не будет совпадать с осью Х реперной системы станка, поскольку последняя принудительно смещается на величину /2 по оси У .

Определение пространственного положения заготовки в координатной системе отсчета станка осуществляется следующим образом.

Управляющая программа обработки заготовки составляется для вполне определенного расчетного пространственного положения последней в координатной системе отсчета станка. Поскольку приведение заготовки перед началом осуществления обработки в расчетное пространственное положение связано со значительными трудностями, ее размещают на установочном элементе 18 нивелировочного средства 10 в заданное положение таким образом, чтобы при координате Е поворотного стола 9 равной нулю, одна из боковых плоскостей заготовки была бы ориентирована вдоль координатных осей X

или У координатной системы станка. Обычно положение формируемого на горизонтальной плоскости заготовки рельефа (рисунка) в упомянутой плоскости не регламентировано жесткими допусками относительно боковых сторон заготовки. В связи с чем положение заготовки фиксируется в этой (горизонтальной) плоскости по двум взаимно перпенликулярно расположеннным на соответствующей поверхности установочного элемента 18 штриховым координатным линейкам 38, нули отсчета которых отстоят от точки 48 начала отсчета реперной системы станка (т.е. от перекрестия оптических осей телевизионных компьютерных микроскопов) при координате Е О на фиксированных расстояниях, являющихся константами данного суперпрецизионного строгального станка. Таким образом определяется положение заготовки в координатной плоскости ХУ координатной системы отсчета станка, которое вводится в виде коррекции в управляющую программу станка, которая составлена относительно промежуточных (плавающих) нулей отсчета по координатным осям X и У, координатно адаптированных (связанных) с точкой 48 начала отсчета реперной системы станка (т.е. с перекрестием оптических осей телевизионных компьютерных микроскопов).

Положение формируемого в процессе обработки рельефа (рисунка) относительно верхней плоскости заготовки (т.е. по координате Z) регламентируется допусками на глубину канавок (т.е. в пределах 0,01 мм), в связи с чем после выставления (юстировки) упомянутой плоскости заготовки (при помощи нивелировочного средства 10) параллельно плоскостям перемещения основного стола 11 и салазок 12 по координатам X и У, соответственно, необходимо измерить растояние рассматриваемой плоскости заготовки от точки 48 начала отсчета реперной системы станка (т.е. от перекрестия оптических осей телевизионных компьютерных микроскопов) по координате Z с точностью не грубее 0,002 мм. Непосредственное измерение указанного

расстояния с требуемой точностью универсальными измерительными средствами практически невозможно, в связи с чем на основном столе 11 станка устанавливают реперное средство 16, положение верхней (реперной) плоскости которого аттестовано (по координате Z) по отношению к точке 48 начала отсчета реперной системы Х У Z станка (т.е. по отношению к перекрестию оптических осей телевизионных компьютерных микроскопов) и является константой данного станка. Устанавливая в плансуппорт 6 измерительную головку с ценой деления 1 мкм по координатной системе отсчета станка (координата Z) измеряют расстояние от верхней плоскости обрабатываемой заготовки до верхней плоскости реперного средства 16, и, тем самым, с требуемой точностью определяют положение рассматриваемой поверхности заготовки относительно точки 48 начала отсчета реперной системы станка (т.е. по отношению к перекрестию оптических осей телевизионных компьютерных микроскопов, функционально являющемуся промежуточным / плавающим / нулем координатной системы X, У, Z отсчета станка).

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

Claims (4)

1. Суперпрецизионный строгальный станок, содержащий станину, устройство для крепления и перемещения инструмента, а также устройства для пространственного позиционирования и перемещения заготовки, связанные с системой обеспечения перемещения соответствующих узлов этих устройств, отличающийся тем, что устройство для крепления и перемещения инструмента выполнено в виде шпиндельной бабки, жестко закрепленной на дополнительно введенной вертикальной стойке и включающей гильзу и основной шпиндель, установленные в корпусе шпиндельной бабки и кинематически связанные с последней и между собой с возможностью вертикального перемещения и ограниченного поворота, соответственно; на нижнем торце основного шпинделя закреплен плансуппорт с ползуном, который включает средства для закрепления инструмента и кинематически связан с плансуппортом с возможностью радиального перемещения относительно оси поворота упомянутого основного шпинделя; устройства для пространственного позиционирования и перемещения заготовки выполнены в виде крестового стола с размещенным на нем поворотным столом, на планшайбе которого установлено нивелировочное средство для пространственной ориентации заготовки; кроме того, станок снабжен дополнительным сверлильно-фрезерным шпинделем, установленным на вертикальной стойке параллельно основному шпинделю с возможностью автономного вращения и ограниченного автономного вертикального перемещения, при этом сверлильно-фрезерный шпиндель кинематически связан с гильзой шпиндельной бабки с возможностью ограниченного вертикального перемещения совместно с упомянутой гильзой, инструментальным магазином с приводом его перемещения, установленным на крестовом столе с возможностью функционального взаимодействия с ползуном упомянутого плансуппорта при автоматической смене инструмента, видеоблоком для коррекции положения вершины и/или режущей кромки инструмента, установленным на крестовом столе с возможностью визуализации режущей части инструмента на экране монитора управляющего компьютера, реперным средством для индексации положения заготовки в горизонтальной плоскости, базовая плоскость которого смещена от установочной поверхности планшайбы поворотного стола на постоянную величину, которая функционально является константой станка, а также системой числового программного управления, функционально связанной посредством пульта управления с процессором управляющего компьютера.

2. Суперпрецизионный строгальный станок по п.1, отличающийся тем, что нивелировочное средство для пространственной ориентации заготовки включает связанные между собой базовый элемент и пространственно ориентируемый относительно последнего установочный элемент с расположенными между ними центральным и регулируемыми периферийными опорными узлами со сферическими опорными элементами, контактирующими с соответствующей поверхностью пространственно ориентируемого установочного элемента, а также средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента, базовый и пространственно ориентируемый установочный элементы связаны между собой посредством, по меньшей мере, одного упругого элемента, который расположен в зоне, ограниченной центрами сферических опорных элементов центрального и периферийных опорных узлов, центры сферических опорных элементов каждого опорного узла размещены в вершинах треугольника; каждый периферийный опорный узел выполнен в виде двух полусфер, между сферическими поверхностями которых размещен (с возможностью перемещения и пространственной самоустановки в процессе последнего) регулировочный элемент с клиновым профилем, одна из упомянутых полусфер жестко закреплена на базовом элементе, а другая - кинематически связана с последним посредством подпружиненного рычага, при этом средства фиксации заданного пространственного положения установочного элемента выполнены в виде расположенных по периферии нивелировочного средства, по меньшей мере, трех фиксирующих узлов, каждый из которых включает жестко связанное с базовым элементом средство зажима и плоскую пружину, продольная ось которой ориентирована по отношению к установочному элементу под углом близким или равным 90^o, один конец плоской пружины жестко закреплен на установочном элементе, а другой размещен в зоне зажимных элементов упомянутого средства зажима с возможностью жесткой фиксации этого конца.

3. Суперпрецизионный строгальный станок по п.2, отличающийся тем, что центры сферических опорных элементов каждого опорного узла размещены в вершинах прямоугольного треугольника, при этом вершина прямого угла соответствует месту расположения центра сферического опорного элемента центрального опорного узла.

4. Суперпрецизионный строгальный станок по п.1, отличающийся тем, что видеоблок включает два идентичных (подключенных к монитору управляющего механизмами перемещения станка компьютера) телевизионных микроскопа, главные оптические оси микрообъективов которых расположены в плоскостях, параллельных плоскости расположения осей "X" и "У" координатной системы отсчета станка и ориентированы вдоль упомянутых осей "X" и "У", при этом величина Δ"Z" относительного смещения плоскостей расположения упомянутых оптических осей вдоль оси "Z" координатной системы отсчета станка функционально является константой данного станка.