CN108274303A - 自动确定齿轮切削机器中刀具几何尺寸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在齿轮切削机器中自动确定具有蜗杆螺纹形状的加工区域的工具特别是研磨蜗杆的几何尺寸的方法，其中通过至少一个传感器自动检测和/或确定工具的至少一个参数。

Description

自动确定齿轮切削机器中刀具几何尺寸的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在齿轮切削机器中自动确定具有蜗杆螺纹形状的加工区域的工具特别是具有研磨蜗杆的工具的几何尺寸的方法以及用于该工具相对于齿状工件自动啮合的方法。本发明还涉及一种用于实施根据本发明的方法的设备和齿轮切削机器。

背景技术

根据现有技术中已知的方法和装置，以高到很高的速度使用的研磨蜗杆可以使用已知和已证明的低速成型工艺进行修整，尽管如此，在工作速度下即在离心力下的应力条件下仍能具有所需的精确轮廓几何结构。

已知的是，例如可以通过非接触式测量***例如激光光学距离测量的方式直接在研磨蜗杆上测量研磨蜗杆轮廓，或者通过对样品工件进行研磨和测量来间接地测量研磨蜗杆轮廓。在此还已知的是，在由于在工作速度下的离心力的作用而稍微变形的成型研磨蜗杆处测量研磨蜗杆轮廓。

当安装用于加工预切齿轮工件的齿轮切削机器时，需要进行多步安装。工具的几何尺寸首先必须在齿轮切削机器外部手动确定，或者也可以从工具数据表中获取，具体方式取决于尺寸。这些数据随后必须存储在机器控制器中。这些几何数据中的一些与可修整的工具随时间变化-例如在修整过程中-例如蜗杆直径随时间变化，或者由于蜗杆直径变化必须另外修正所述几何数据以避免轮廓误差，例如适用于导程或压力角。这些数据也必须在研磨蜗杆的使用时间内予以记录，以便在重复更换工具时可以再次使用这些数据。

在安装过程的另一个步骤中，工具螺纹相对于工具轴线的旋转位置的位置必须存储在控制装置中。该信息和工具齿槽相对于工件轴线的旋转位置的位置需要能够执行无差错的发动机耦合的齿轮加工过程。这些进一步的处理步骤通常称为啮合。

在随后的加工过程中，每个待加工的工件的仅仅工件齿槽位置必须通过啮合传感器确定，并且工件轴线的匹配旋转位置必须被存储。工件轴线的旋转位置然后在加工过程中与工具轴线的旋转位置同步，使得工具螺纹可以在没有碰撞的情况下伸入到齿槽中，并且工件可以以发动机耦合的方式加工。

迄今为止，尽管齿轮切削过程已经高度自动化，但是整个过程中的一些过程通过手动或者仅仅是半自动方式进行仍然是不利的。因此，操作者在基本上手动输入工具的几何参数之后，在第一次啮合期间必须预先相对于工件的齿槽定位工具。为此目的，该工具被手动地绕其旋转轴线旋转一段时间直到工具的齿能够在没有碰撞的情况下进入齿槽中。随后输送工具，并通过移动或旋转工具在工具的左右齿侧面之间建立相应的接触，并记录为此而测量的值。可以根据这些接触尺寸来计算工具相对于齿槽的齿中心位置，并且可以由此确定工具能够在没有碰撞的情况下进入已知齿槽的旋转位置。

所有这些手动操作步骤都带来诸如增加修整时间的缺点，并且由于手动操作，可能发生齿轮切削机器的错误设置。

在研磨蜗杆的工作速度下，只有研磨蜗杆轮廓形状的测量结果是已知的。然而，不知道的是使用非接触式测量***来确定具有蜗杆螺纹形状的加工区域的工具的各种几何参数。可以完全自动确定工具参数，并且因此可以通过自动确定齿轮切削机器在工件加工中所需的工具的不同几何尺寸来防止不正确的输入。

有利地，该工具可以是研磨蜗杆。但是，类似设计的其他工具诸如剥皮滚刀也可以采用此方法，在这种情况下，在参数确定中考虑了由切口中断的蜗杆螺纹的特定特征。

发明内容

因此，本发明的目的是完全自动地确定研磨蜗杆的过程相关的几何参数，以实现蜗杆螺纹位置相对于研磨蜗杆绕其轴线的旋转位置的自动确定并且使得研磨蜗杆能够在工件的轮齿中自动啮合。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现。因此，提出了一种用于自动确定齿轮切削机器的研磨蜗杆的至少一个参数的方法，所述方法的特征在于，研磨蜗杆的至少一个参数能够通过至少一个传感器自动检测和/或确定。

这里的“参数”可以理解为不同的几何尺寸，例如蜗杆直径、蜗杆宽度、导程角和导程方向，而且还可以理解为研磨蜗杆的蜗杆头数。然而，本发明意义上的“参数”也可以包括其他方面。

该“研磨蜗杆的啮合”可以意味着在研磨蜗杆和带齿工件之间实现了所谓的滚动接合。因此，相对于带齿工件的齿而精确定位和对准蜗杆螺纹或者对于多线程研磨蜗杆来说是研磨蜗杆的多个蜗杆螺纹是绝对必要的。

该方法的基本要求首先是校准过程，在该过程中确定并存储传感器相对于研磨轮的确切位置及其在齿轮切削机器内的定位位置。这尤其是这种情况，因为传感器不一定相对于研磨蜗杆位于居中的位置或者位于已知的或限定的位置，并且因此在传感器位置未知的情况下该方法将不能提供任何有用的结果。

根据本发明，因此这些参数可以以自动化的方式更快更精确地确定。该方法同样可以提供确定研磨蜗杆参数的廉价和防误差的可能性。这提供了相对于最初描述的现有技术的优点，即机器操作员的不正确设置可以被减少并且同样可以实现更快的工具更换。

另外有利的是，可以对齿轮切削机器几何结构的温度变化或温度引起的变化作出反应，并且可以通过传感器检测目标物的移动等，并且可以在必要时进行补偿。

本发明的有利实施例构成从属权利要求的主题内容。

根据第一优选实施例，蜗杆螺距、模数、直径、导程和/或蜗杆在工具夹具中的位置及其在V方向上的外部尺寸可以通过对所检测到的/或所确定的数值的计算处理来确定。

在根据本发明的方法中，校准过程可以以本身已知的方式进行，以确定传感器相对于研磨蜗杆的位置和/或相对于齿轮切削机器内的定位的位置。此处的校准过程意味着在每次执行根据本发明的方法时在进一步的一个或多个步骤之前进行校准，或者可选地在第一次执行本方法时在进一步的步骤之前进行校准并且在随后再次应用本方法时省略校准过程。除其它外，传感器相对于齿轮切削机器内的定位的位置在校准过程中被确定。这里的传感器并不一定真正地要被设置在齿轮切削机器的内部，而可以只是齿轮切削机器结构的一部分，因此例如可以设置在齿轮切削机器的外侧之一上。

在进一步优选的实施例中，研磨蜗杆被移动到预定的参考点，优选地，使A轴线对齐到0°，以确定蜗杆头数。参见权利要求。随后传感器检测到研磨蜗杆围绕B轴线的多次旋转，特别地为三次旋转。

在本发明的另一优选实施例中可以设定，在研磨蜗杆的中心轴线上方和下方通过传感器分别进行至少一次测量以确定导程方向并且/或者使得研磨蜗杆旋转并且导程方向由传感器和/或研磨蜗杆沿V方向的相互移动来确定。在首先提出的变型中，例如在中心的上方和下方进行测量，并且特别是沿着轴向方向与研磨蜗杆的中心间隔开地进行测量，可以随后计算并且因此通过确定研磨蜗杆上的这两个点来以计算方式确定研磨蜗杆的导程方向。在第二种变型中，如此进行导程方向的确定，即使得导程方向通过研磨蜗杆的旋转以及在特定的V方向上同时发生的相对位移来确定。如果先前假定的导程方向是正确的，那么由于传感器与蜗杆同步移动，所获取的信号保持不变。因此可以确认所假定的方向。如果由于传感器已经相对于蜗杆螺纹移动而导致信号下降，由此可以得出结论，对于导程方向的假定是错误的，因此传感器的运动方向必须相应地进行调整。导程方向同样可以通过传感器相应地确定。

根据另一个优选实施方式，研磨蜗杆能够沿其纵轴方向或V轴方向或 V方向行进以啮合研磨蜗杆，其中沿着V轴方向的齿的位置通过传感器确定并且由此计算或确定两个齿之间的中心位置。

根据优选实施例，传感器可以是光学传感器、电感式传感器、电容式传感器或超声波传感器，并且可以以模拟传感器或数字传感器的方式工作。不同原理的组合以及可替代地或附加地具有多于一个的传感器的本发明的实施方式因此是可想到的，其中所述多于一个的传感器也能够在这里具有不同的构造。这提供了这样的优点，即可以根据待检测的研磨蜗杆的材料使用相应的传感器，并且该方法的可变实施例由此是可能的。

在一个优选实施例中，为了不对称轮廓的自动啮合，通过传感器确定不同参数是可能的。这提供了具有不对称蜗杆轮廓的研磨蜗杆的啮合同样可以自动且可靠地进行的优点。

本发明还涉及一种用于执行前述方法之一的齿轮切削机器，其中设置有用于扫描研磨蜗杆的传感器。

附图说明

本发明的其他特征、细节和优点参照附图中作为例子示出的实施例来解释。示出了如下附图：

图1：根据现有技术的研磨设备；

图2：根据本发明提供的倾斜研磨蜗杆和传感器的示意图；以及

图3：具有研磨心轴的研磨蜗杆、反向柱和光学传感器的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的研磨设备。特别地，研磨设备的各个轴线可以通过图1中的完整性和可理解的方式来看到。在齿轮切削机器的左手区域中示出了机柱1，以及与机柱1水平地间隔开的反向柱3，具有移动轴线5(V轴线)并设置有用于接收磨削工具11的驱动电机18的机器头部 17可沿着机柱1在Z轴线7的方向上竖直运动。根据本发明提供的传感器8的安装位置2可以位于本身已知的齿轮切削机器的反向柱3的区域内。参考图1和下面的图2和图3来描述本发明，图2和图3示出了根据图1 的类别的装置的图示中未示出的本发明的细节。

在进行校准的过程中必须小心，使得研磨蜗杆11的A轴线6对齐到 0°。为此目的，例如可以将研磨蜗杆11水平设置或定位，为此研磨蜗杆 11可以相应地围绕A轴线6转动。这提供了具有固定参考值的优点。然后可以自动确定传感器8的位置及其切换点。研磨蜗杆11在Z方向上移动，直到传感器8检测到研磨心轴12的上部为止。然后再次移动研磨蜗杆11，直到传感器8检测到研磨心轴12的下部为止。传感器相对于蜗杆轴线的高度可以通过求这两个存储值的平均值来计算。传感器8距离研磨蜗杆的轴向距离可以用类似的方式确定，其中，研磨心轴12竖直移动一段距离直到达到研磨心轴12的最大直径。一旦研磨心轴12的直径在机械加工中不再改变，借助于这个直径和传感器信号就可以计算传感器距工具中心轴线的距离。

传感器8从机器中心(工具中心)沿V方向移动的距离可以如下确定：研磨蜗杆11从特定起始位置开始沿V方向移动，直到传感器8检测到主轴承侧(HL)上的研磨蜗杆11的起始面(终止面)。主轴承与研磨蜗杆之间的距离量值通过研磨心轴的结构设计是已知的。传感器8移出机器中心的距离可以从这个V值计算出来。为了确定传感器8的切换点，研磨蜗杆11中心行进到传感器的高度。研磨蜗杆11在X轴线4的方向上从传感器 8移开并且随后再次靠近它，直到传感器8检测到研磨心轴12为止。X轴线4必须被设定为的数值使得由此可以计算出位于研磨蜗杆11的齿的齿根与齿顶之间的传感器8的切换点。

另外，为了确定研磨蜗杆11的长度，从主轴承开始沿V方向移动研磨蜗杆11，通过传感器的切换信号在主轴承侧首先检测到蜗杆起始面。蜗杆宽度可以在传感器的切换信号指示蜗杆终止面时由路径差来计算。

根据本发明的方法同样能够确定研磨蜗杆11的蜗杆头数。为了能够确定蜗杆头数，A轴线6也必须在此对齐至0°，其中0°为能够意味着研磨蜗杆11的水平对齐。这里的传感器与蜗杆中心对齐并且与用于检测蜗杆螺纹的匹配切换距离对齐。

有利地，传感器8为光学传感器，优选地，用于检测研磨蜗杆11围绕 B轴线16旋转三周的切换信号的变化。由于蜗杆导程和研磨蜗杆的旋转，蜗杆螺纹在V方向上移动并且这样产生特定数目的切换信号。由于各个齿分别具有正侧面和负侧面，所以可以利用切换信号来确定研磨蜗杆11的相应的蜗杆头数。由于每个齿产生两个信号，因此可以使用接收到的切换信号的数目来确定蜗杆螺纹的数量。切换信号的数目随着多线程研磨蜗杆而相应地加倍。当研磨蜗杆11旋转时，升高的齿侧面称为正侧面，下降的齿侧面称为负侧面。

因此例如利用三螺纹研磨蜗杆11，可以达到或测量到总共18个信号。在研磨蜗杆11的三次旋转中考虑到检测到了9个齿的所述信号，并且可以根据每个齿各产生两个信号的情况，基于总计18个信号而得出是三螺纹研磨蜗杆的结论。对于双螺纹研磨蜗杆，程序是相同的，其中总共可以测量到12个信号；对于单螺纹研磨蜗杆，程序也是相同的，其中总共可以检测到6个信号。

在执行啮合过程时，机器或机器的相应控制/调节总是预先不知道蜗杆螺纹相对于研磨蜗杆11的旋转位置的位置。例如，当研磨蜗杆11已被更换时就是这种情况。

研磨过程中，研磨蜗杆11相对于工件的精确定位是绝对必要的。为了在刀具更换时重新建立所谓的滚动配合，迄今为止，刀具是被手动或半自动地围绕其旋转轴线旋转，直到研磨蜗杆11的齿伸入齿轮的齿槽中。根据本发明的方法现在提供了采用光学传感器8的选项，即通过研磨蜗杆11 沿着V轴线5行进来对研磨蜗杆11沿其纵向轴线进行测量，并且由此通过机器控制的手段计算沿着V轴线5的齿的位置，从而省去手动或半自动啮合过程。

因此，研磨蜗杆11能够自动啮合在工件中或者自动相对于工件啮合。

另外的参数，例如螺距，模数，导程，研磨蜗杆11的直径等可以由通过计算进一步确定的值来确定。因此，螺距例如可以根据上升或下降的蜗杆螺纹侧面的两个切换信号之间的距离并结合蜗杆螺纹数目来计算。在此，模数由所确定的螺距除以π得出。导程的确定同样基于模数乘以螺纹数目的公式。

对于根据本发明的方法，取决于所需的精度和条件，例如工具材料和使用条件，可以使用不同种类的传感器。以下传感器可以被使用：

光学传感器

电感式传感器

电容式传感器

超声波传感器

这里的传感器可以是模拟传感器或数字传感器。在评估测量信号时必须相应地考虑到这一点。

同样可以想到的是，通过模拟式光学传感器8在具有不对称轮廓的情况下实现根据本发明的方法。这里适用的是，在传感器信号的评估中，必须考虑齿在朝着传感器的方向接近的方向性，必要时在计算中必须包含更多的信号点。

除了在齿轮切削机器中使用根据本发明的方法之外，该方法还可以与其他蜗杆形工具一起使用，例如应用在刮削滚刀的机器中。然而，在这里也需要考虑齿轮滚刀的切口的数目和位置及其对信号评估的影响。

图2示出了具有光学传感器8的倾斜研磨蜗杆11的示意图。该图示出了在这种情况下传感器未被附接在机器中心上方，由此在计算中有必要计算数学校正值，即Z校正值9并作为V偏移值10。优选地，在测量蜗杆头数和齿数以及进行啮合时考虑这些校正值。

图3示出了具有研磨心轴12的研磨蜗杆11以及设置有光学传感器8 的反向柱3的示意图。可以认识到应该如何实现光学传感器8相对于研磨蜗杆11的根据本发明的设置方式。激光束13尤其可以通过这里的传感器沿X轴线4发射。传感器8可以设置在齿轮切削机器的或反向柱3的操作侧15与反操作侧14之间。

附图标记列表

1机柱

2光学传感器的安装位置

3反向柱

4X轴线

5V轴线

6A轴线

7Z轴线

8光学传感器

9Z校正值

10Y偏移值

11研磨蜗杆

12研磨心轴

13激光束

14反操作侧

15操作侧

16B轴线

17机器头部

18驱动电机

Claims (10)

1.一种用于在齿轮切削机器中自动确定具有蜗杆螺纹形状的加工区域的工具特别是研磨蜗杆的几何尺寸的方法，

其特征在于：

通过至少一个传感器(8)自动检测和/或确定所述工具的至少一个参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工具在所述机器内的位置和主要几何尺寸，诸如工具长度、工具直径和/或所述工具的蜗杆头数和/或所述工具的导程方向被确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工具特别是所述研磨蜗杆(11)的螺距、模数、直径、蜗杆宽度、蜗杆导程和/或V位置通过对所检测和/或所确定的数值的计算处理来确定。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，执行校准过程以确定所述传感器(8)相对于所述工具特别是相对于所述研磨蜗杆(11)的位置，和/或相对于所述齿轮切削机器内的定位的位置。

5.根据权利要求l、2或3所述的方法，其特征在于，使得所述工具与预定义的参考点对准，优选地，使A轴线对齐到0°，以确定蜗杆头数，并且随后传感器检测到所述工具围绕B轴线的多次旋转，特别地为三次旋转，特别地为研磨蜗杆的多次旋转。

6.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在所述工具特别是所述研磨蜗杆(11)的中心轴线上方和下方通过所述传感器分别进行至少一次测量，以确定导程方向；并且/或者其特征在于，使得工具旋转并且导程方向由所述传感器(8)和/或所述工具沿V方向的相互移动来确定。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了使所述工具特别是使所述研磨蜗杆(11)啮合，使得所述工具沿所述研磨蜗杆的纵向方向或V轴方向或V方向移动，通过所述传感器(8)确定沿着V轴方向的齿的位置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述传感器(8)可以被设置为光学传感器(8)、电感式传感器(8)、电容式传感器(8)和/或超声波传感器(8)，所述传感器(8)是模拟和/或数字传感器(8)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述传感器进行不同参数的确定，以自动啮合不对称轮廓。

10.一种用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的齿轮切削机器，其特征在于，在所述齿轮切削机器上设置有用于扫描研磨蜗杆(11)的传感器(8)。