DE2351592A1 - Einrichtung zur steuerung einer zahnflankenschleifmaschine - Google Patents

Description

Permskij politechniceskij institut

ZUR STKJiSUMi EIHER
MASGHIHS

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der mechanischen Bearbeitung von Werkstücken und kann in Maschinenbaubetrieben bei der hochproduktiven Bearbeitung von Zahnrädern unter erhöhten Anforderungen an Herst eil ungsgenauigke it und Oberflächengüte . Verwendung finden.

Allgemein bekannt sind Einrichtungen zur Steuerung von Schleifmaschinen, welche Wirkleistungsgeber einschließen, deren Ausgänge über Sub^jbraktionss ehalt ung en zum Abziehen der Leerlaufleistung der Schleifscheibenantriebe, mit einem Sollwerteinstellblock der zulässigen Schnittleistung und mit einer Geschwindigkeitssteuerschaltung der Tischvorschübe der Schleifmaschine verbunden sind·

Diese Steuereinrichtungen «eisen jedoch eine eingeschränkte Einstellgenauigkeit der ImpulsschnittIeistung beim Zahnflankenabwäl ζ schleif en auf, und demzufolge erreichen die genannten Abwälzschleifmaschinen nur eine geringe Leistung bei der Werkstückbearbeitung, d.h. die Benutzung der bekannten Steuereinrichtungen wird bei einem Einschnitt ^mi^ geän- . .

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derter Motorleistung nicht zur Änderung der Tischvorschubgeschwindigkeit führen, wodurch TischgeschwlndigkeitsSchwankungen auftreten.■Diese scharfen Veränderungen der Tischgeschwindigkeiten während der Werkstückbearbeitung sind aber aus technologischen Gründen unzulässig. Darüber hinaus kann eine scharfe Tischgeschwindigkeitsänderung Flussigkeitsschläge im Hydrauliksystem der Schleifmaschine hervorrufen, was einen Verlust der Genauigkeit der Maschine und deren schnellere Abnutzung zur Folge hat.

Die Beseitigung der obengenannten Nachteile der bekannten Steuereinrichtungen, die zur Steuerung der Schleifmaschinen,-insbesondere . Zahnflankensciile if maschinen vorgesehen sind, wurde somit zum Ziele der vorliegenden Erfindung.

Um das gestellte und andere Ziele zu erreichen, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche Einrichtung zur Steuerung der Zahnflankenschleifmaschine zu entwickeln, bei der in Verbindung mit einer Steuerschaltung für die Tischvorschubgeschwindigkeit Mittel zur Kontrolle des jeweiligen Betriebszustandes der Schleifmaschine und zur Aufrechterhaltung eines entsprechenden Schnittleistungsniveaus angewandt werden, das eine allergrößte Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks sichern kann.

Um die gestellte Aufgabe zu lösen, wird in die Einrichtung zur Steuerung der Zahnflanken-Abwälzschle if maschine, die

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Wirkleistungsgeber an jedem SchleifScheibenantrieb, Sollwerte inst ellblock der zulässigen Schnittleistung, Suhjtraktionsschaltung zum Abziehen der Leerlauf leistung, Soll-Ist- -fergleichsblock zum Vergleichen der Sollschnittleistung mit der durch den ü-eber gemessenen Schnittleistung, der an die Steuerschaltung der ΐ is chvorschubgeschw ind igkeit der Schleifmaschine angeschlossen ist, einschließt, der vorliegenden Erfindung gemäß zwischen der Subjferaktionss ehalt ung der Leerlaufleistung und dem Soll-Ist-Vergleichsblock ein Speicher eingeschaltet, der zur Speicherung des Höchst impulses aus der

die

Reihe der durch^SuhJbrakt ions schaltungen der Leerlauf leistung gegebenen Schnittleistungsimpulse dient, an welche auch eine Einheit zum Vermeiden der Übersteuerung angeschlossen 1st, die mit einer Steuerschaltung der Tischvorschubgeschwindigkeit in Verbindung steht und zum Festlegen des Moments, wo die Schleifscheibe das zu bearbeitende Werkstück berührt, und zum Umstellen des iDisches vom beschleunigten Vorschub auf einen betriebserforderlichen Vorschub nach einem vorgeschriebenen ümsteilungsgesetzt eingerichtet ist.

Gemäß einer der Ausfuhr ungsformen, der Erfindung enthält der genannte Speicher einen umkehrimpulszähler, der über eine Schlüsselmatrix an ein Bullorgan angeschlossen ist, welches dem Umkehrimpulszähl er auffüllende Impulse gibt, wobei mit dem genannten Impulszähler ein den Impulszähler zurücksetzen-

an des Zeitelement gekoppelt ist. Dieses Zeitelement ist einen

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Pendelungszahlgeber des iSchle if bocks sowie an die Steuerschaltung der Tischvorschubgeschwindigkeit über^vlogisches Und-Glied zwecks Synchronisierung der Speicherungs- und Bearbeitungszeiten mit der Stellung des Schleifbocks angeschlossen.

Eine weitere Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung

sieht vor, daß der Soll-Ist-Vergleichsblock an seinem Ausgang

einen
mit dem Umkehr impulszähler über^ Vorzeichenausgabeblock des

vorgegebenen

Differenzsignal·, zwischen der ^v Schnitt leistung mit der geregelten Höchstleistung und mit der. Steuerschaltung der Tischvorschubgeschwindigkeit der Zahnflankenschleifmaschine zusammengeschaltet ist.

Die genannte Einheit zum Vermeiden der Übersteuerung kann

als ein Ze itelement ausgebildet »erden, das eine Impulsreihe, einer bestimmten Frequenz zu der Steuerschaltung der TischvorSchubgeschwindigkeit in dem Zeitpunkt gibt, wo die Schleifscheibe mit dem Werkstück in Berührung kommt.

Es ist iweckmäßig, die an den Speicher angeschlossene Subvjbraktionsschaltung der Leerlauf leistung erfindungsgemäß in Form einer der Reihe nach am Ausgang des Wirkleistungsgebers geschalteten Kette, bestehend aus einer Speicherkapazität und Diode auszulegen, deren Signal in den Speicher durch einen Emitterfolger ankommt.

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Werden die obengenannten aufbaumäßigen Besonderheiten zur Wirklichkeit, so kommt insbesondere die Tatsache zustande, daß die erfindungsgemäße Steuereinrichtung eine stoßfreie Veränderung der Tischvorschubgeschwindigkeit an der Z ahnflankens chi e if maschine unter Aufrecht erhaltung deren optimaler Größe ermöglicht, d.h. solcher Große, bei der der Höchstwert der .Schnittleistung am höchstbelasteten Antriebsmotor der Schleifscheibe der erforderlichen Oberflächengüte des Werkstücks und vorgeschriebenen Bearbeitungsgenauigkeit entspricht·

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand eines den Anwendungsbereich nicht einschränkenden Aüsführungsbeispiels und der beigelegten Zeichnungen erläutert, in denen es zeigt:

Fig. 1 Gesamtblockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steuerung der Zahnflankenschleifmaschine;

Pig. 2 Substrakt ions schaltung zum Abziehen der Leerlaufleistung.

Is soll hierbei darauf hingewiesen werden, daß ohne durchgeführte Rechnungen die Zusammenschaltung der Selbssteueranlage für die Schleifmaschine mit vorgeschriebenen hohen Kennwerten der Herstellungsgüte nur auf experimentellem. Wege äußerst kompliziert ist.

Die höchste Genauigkeit der Erhaltung einer vorgeschriebenen Schlttleistungsgröße kann bei der Anwendung einer

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selbsttätigen Digitalsteueranlage erreicht werden. Darüber hinaus weist die Digitalsteueranlage im Vergleich zu der Inalogsteuerung eine schnellere Wirkung, erhöhte Betriebszuverlässigkeit und bessere Abstimmungsbequemlichkeit auf. Zu den Torteilen der Digitalsteuerung müssen auch die Bequemlichkeit und Objektivität der Digitaldateneingabe, Signalwiedergabe sowie die Bequemlichkeiten bei Vereinigung von Digitalreglern mit Digitaleinrichtungen zur Datenverarbeitung hinzugefügt werden. Infolgedessen sind in dieser Hinsicht die

die

D ig it al Steuerungssysteme als aussichtsreichsten zu bezeichnen, um so mehr, daß die Regelgröße selbst eine Impulsgröße ist. Informationen über die Schnitt leistung beim Maschinenzahnflankenschleifen können nur in diskreten Zeitabschnitten erhalten werden. Diese Bedingung entsteht aus dem kraftschlüssigen Arbeitsablauf im ^egelobjekt. Aufgrund des obengesagten ist das Blockschaltbild der Steuereinrichtung zum Aufrechterhalten der entsprechenden Schnittleistungsgröße beim Zahnflankenschleifen folgendermaßen zusammengestellt (Pig.l). In Pig.l ist das Blockschaltbild der vorgeschlagenen Steuereinrichtung dargestellt, die erfind ungsgeniäß aus zwei Wirkleistungsgebern 1 und 2 besteht, die mit Substraktionsschaltungen 2 und 4 zum Abziehen der Leerlauf leistung der Antriebsmotoreri (nicht angedeutet) der Schleifscheiben zusammengesciialtet sind, welche ihrerseits an ein ODER-Element 5 angeschlossen sind. Dieses Element ist an seinem Ausgang mit

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einem Speicher 6 in Verbindung gebracht, wel^:clier aus einem Hullorgan 7 besteht, das übeijein logisches ODER-Element 8 an den Eingang eines Umkehrimpulszählers 9 geschaltet ist, dessen Ausgang über eine Schlüsse !matrix 10 mit dem zweiten Eingang des Nullorgans 7 in Verbindung'steht. Der Umkehrimpulszähler 9 ist mittels eines Zeitelementes 11 mit einem Pendelungszahlgeber 12 des Schleifbocks der Zahnflankenschleifmaschine gekoppelt. Der Ausgang der Schlütsselmatrix 10 des Spei-

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chers 6 und ein) der Eingänge eines Soll- Ist-Vergleichsblocks IJ sind zusammengeschaltet, während am anderen Eingang des Vergleichsblocks 15 ein Sollwerteinstellblock 14 der zulässigen Schnittleistung geschaltet wird. Der Ausgang des Soll-Ist-Vergleichsblocks 13 ist mit einem

Differenzsignalbloek 15 zwischen der Sollschnittleistung und IstschnittIeistung und über ein logisches Und- -Glied 16 mit einer Steuerschaltung 17 der Tischvorschubgeschwindigkeit an der Zahnflankenschleifmaschine verbunden. Der Differenzsignalblock 15 ist an seinem Ausgang mit dem Umkehr imp ul s zahl er 9 und der Steuerschaltung 17 gekoppelt. Das Oder-JBlement 5 ist an seinem Ausgang über ein Zeitelement 18 einer Einheit 22 zur Vermeidung von Übersteuerung mit einem der Eingänge des logischen Und-Gliedes 19 zusammengeschaltet, während der andere Eingang dieses Und-Gliedes 19 mit einem Impulserzeuger 20 in Verbindung steht. An den

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cer

Ausgang des Und-Gliedes 19 ist eiri der Eingänge der Steuerschaltung 17 der Tischvorschubgeschwindigkeit an der Zahnflanken-

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ε-cnle ifmaschine ^vangeschlossen.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung arbeitet wie folgt. Beim Schleifen von Zahnrädern an den mit zwei Schleift ellern betriebenen Zahnflanken-Abwälzschleifmaschinen schneiden diese Schleifteller nacheinander in den Zahn des [email protected] ein, indem sie dabei ihre Antriebsmotoren beanspruchen. Die aus dem Netz

durch diese Antriebsiaotoren aufgenommene und durch die Geber rs teilte

1 und 2 festge^ Wirkleistung wird nicht nur zum Sohle if-

schneiden, sondern auch ,für die Le erlauf Verluste verbraucht. Um die fiegelungsgenaiiigkeit der Impulsschnittleistung zu steigern, wird in den Substrakt ions schalt ungen 3 und 4- zum Abziehen

(-verlust-) .

der LeerlauTleistung aus dem der gesamten Wirkleistungjproportionalen Signal ein der laufenden Leerlaufleistung proportionales Signal abgezogen. Auf diese Weise kommen in den Speicher 6 Signale, die mit nur der Schnittleistung im richtigen Verhältnis stehen. Der Umkehrimpulszähler 9 wird hierbei durch im Nullorgan 7 erzeugte Impulse aufgefüllt. Diese Auffüllung

die

des Umkehrimpulszählers 9 geschieht so lange, bis^vom ODER- -Element 5 zugeführte Meßspannung der am Ausgang der Schlüsselmatrix 10 abgehend en Stufenspannung gleichgroß wird. Bei Gleichheit dieser Spannungen hört das Nullorgan 7 auf, Impule auf den Umkehrimpulszähler 9 zu geben. Demzufolge wird in diesen Zähler ein Digüalkode aufgefüllt, der dem Höchst-

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wert der Schnitt leistung entspricht. Hachdem die Schnittleistungsimpulse von beiden SGhleiftellern eingetroffen sind, gibt der Pendelungszahlgeber 12 des Schleifbooks einen Befehl aufs Zeitelement 11. Dieses Zeitelement 11 Öffnet das logische Um).—Element 16, durch welches dann das Differenzsignal

hindurchgeht, das der Differenz aus der zulässigen Schnittleistung, die sich aus der Bedingung der Erhal tung einer gewünschten Oberflächengüte des Werkstücks oder aus der der Erreichung einer vorgeschriebenen Bearbeitungsgenauigkeit (sie.wird am Sollwerteinstellblock 14 eingestellt) ergibt, und der größten vom Speicher 6 gemeldeten Istschnitt leistung von beiden Antriebsleistungen des rechten ν linken Antriebes der Schleifteller proportional ist. Das Vorzeichen der Differenz wird im Differenzsignalblock 15 ermittelt. Die Verzögerungszeit am Zeitelement 11 wird so groß eingestellt, daß die Informationen über die Größtwerte der Schnittleistung nicht verlorengehen, d.h., sie soll kleiner gewählt werden als der Zeitabstand zwischen zwei Höchstwerten der Schnittleistung an beiden Schleiftellern. Die Differenz-

signalg_r5ß_e j£_Ommt durch Ventil- logisches Element 16, zur Steuerschaltung 17 der Tischvorschubgeschwindigkeit an der Zahnflankenschleifmaschine 21 an und vergrößert oder verkleinert diese Tischvorschubgeschwindigkeit je nach dem

Differenz^vorzeichen. Wenn die Istschnittleistung die zulässige übertrifft, wird die Vorschubgeschwindigkeit des

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- lü -

iisches und somit auch die Schnittleistung herabgesetzt. Gleichzeitig wird die Differenzsignalgröße in der Steuerschaltung 17 in Impulse umgewandelt, die am .eingang des Umkehr imp ul s zähl er s 9 durch ODER-Element 8 eintreten, bis die Ausgangs spannung der Schlüsselmatrix IO die Größe der Spannung am Sollwerteinstellblock 14 erreicht, d.n. bis sich die Differenz zu Null geworden ist. - ^Das Einschalten im Umkehrimpulszähler 9 einer Additions- oder Abaugsoperation übernimmt der Differenzsignalblock 15 in Anhängigkeit von dem Differenzsignalvorzeichen. Dad urea, wird die Proportionalität der Verarbeitung der Differenzsignalgröße durch die Steuerschaltung 1? erhalten. Nach der erfolgten Verarbeitung des Differenzsignals löscht das Zeitelement 11 mit der rückwärtigen Flanke die im Umkehr impulszähler 9 des Speichers 6 aufgespeicherte Digitalgröße aus. Infolgedessen ist der Speicher 6 von neuenabereit, den Größtwert des folgenden Schnittleistungsimpulspaars aufzuspeichern, und der Steuerungszyklus wiederholt sich.

Eine am Anfang des Einschneidens in den Zahn des Rades entstehende Übersteuerung wird durch die Einheit 22 zum Vermeiden der Übersteuerung behoben, die ein Signal in die Steuerschaltung 17 der Tischvorschubgeschwindigkeit nur zum ersten Zeitpunkt, gibt, wo jeder Schleifteller den Radzahn berührt. Bei dieser ersten Berührung des Radzahns mit dem Schleifteller öffnet das Zeitelement 18 das Ventil -logisches

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Und-Glied 19, das eine Impulsreihe solcher Frequenz vom Impulserzeuger 20 hindurchläßt, daß das Stellwerk der Steuerschaltung 1? die Bewegungsgeschwindigkeit des Tisches nach einem Gesetz verkleinert, bei dem die Schnittleistung auf vorgeschriebener Höhe gehalten wird (gegebenenfalls nach , einem linearen Gesetz).

Die mit dem Speicher 6 zusammengeschaltete Substraktionsschaltung 5 oder 4 zum Abziehen der Leerlaufleistung ist in Fig. 2 wiedergegeben und enthält eine der Reihe nach am Ausgang des Wirkleistungsgebers 1 oder 2 angeschlossene Kette aus Speicherkapazität 25 und Diode 24. Das Signal der Diode 24 kommt über Emitterfolger 25 in den Speicher 6 an.

vtfird ein Schleifseheibenantriebsmotor der Zahnflankenschleifmaschine beispielsweise mit zwei Sohleifteilern im Leerlauf gefahren (an Anfang des Sohle ifvorganges), so wird die Speicherkapazität 25 durch ein der Leerlaufwirkleistung proportionales signal über perrwiderstand der Diode 24 aufgeladen, bis eine der Leerlaufwirkleistung proportionale Spannung erreicht ist.

Steigt die Leistung (Einschneiden des Schneidwerkzeugs ins »Verkstück) an, so wächst die Spannung am Ausgang des Gebers 1 oder 2 stark an. Bei aer Bearbeitung voß Werkstücken an Zahnflankenschleifmaschinen verschiedenen Bautyps ergibt sich die Ausgangsspannung der Geber 1, 2 in Form von der Sennittleistung proportionalen Impulsen, deren Dauer Se-

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kundenbrachteile nickt übersteigt. Während der Wirkzeit des Schnitt tmp ul s es vergrößert sich die Spannung an der Speicherkapazität nur unwesentlich, und die Gesamt spannung, die nur der Schnitt Wirkleistung proportional ist, wird an die Diode in nichtleitender Richtung angelegt. Der Emitterfolger dient zur Übergabe dieses Signals. Beim Abfall der Belastung bis auf die des Leerlaufs entladt sich die nur unwesentlich nachgeladene Speicherkapazität 22 sehr schnell über den Durchlaßwiderstand der Diode 24 bis auf die Spannung, die der jeweiligen Leerlaufleistung entspricht. Bei eventueller Vergrößerung der Leerlauf leistung beim Betrieb des Elektroantriebes wird die Speicherkapazität 23 allmählich bis auf eine neue Spannungsgröße aufgeladen, die dem neuen Leerlaufleistungswert entspricht, wobei die Schnittleistungsimpulse diesen Aufladungsvorgang beschleunigen. Wenn aber die Leerlaufleistung kleiner wird, so verkleinert sich auch die Spannung an der Speicherkapazität im schnellen Gang auf ihren neuen Wert durch Entladung über den Dur chi aß widerstand der Diode 24. Demzufolge ist die Spannung an der Speicherkapazität dieser vorgeschlagenen kontaktlosen Einrichtung stets der Leerlaufleistung proportional und folgt deren Veränderungen während Betriebes des Elektroantriebes.

Auf diese Weise werden bei dynamischen Belastungen des Elektroantriebes von der Diode nur Signale abgenommen und

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übertragen, die praktisch nur der zum , Sohneiden verbrauchten Leistung proportional sind.

Durch vorliegende Erfindung wurde dine 1,5-fache Steigerung der Maschinenleistung beim Zahnflankenschleifen unter Erhaltung der vorgeschriebenen Bearbeitungsgüte der Oberflächenschicht erreicht. ,

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Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ( 1. jEinrichtung zur· Steuerung einer Zahnflanken-Abwälzschieif maschine mit Wirkleistungsgeber für jeden Scnleifs eheibenantrieb, Sollwerteinstellblock für die zulässige Schnitt leistung, Sutu-trsüstionsschaltung zum Abziehen der Leerlaufleistung ^v Soll-Ist-Vergleichsblock zum Vergleichen

   die

   der vorgeschriebenen Schnitt leistung init der durch ^YGeber gemessenen, der an eine Steuerschaltung der Tischvorschubge

   seil
   windigkeit an der Schleifmaschine angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihr zwischen der Sub^fcraktionssciialtung O - ²O zum Abziehen der Leerlaufleistung und dem Soll-Ist-Vergleichsblock (13) ein Speicher (6) eingeschaltet ist, der zur Speicherung des Höchstimpulses aus der Reihe der durch die Sub^braktionsschaltungen (3 und 4). zum Abziehen der Leerlauf leistung gegebenen Schnittleistungsimpulse dient, an welche auch eine Einheit (22) zum Vermeiden der Übersteuerung angeschlossen ist, die mit einer Steuerschaltung (17) der Tischvorschubgeschwindigkeit zusammengeschaltet und zum festlegen des ersten Zeitpunkts, wo die Schleifscheibe das zu bearbeitende Werkstück berührt, sowie zum Umschalten einer beschleunigten Tischvorschubbewegung auf eine betriebserforderliche nach einem gegebenen besetz eingerichtet ist.

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2. 2. Einrichtung nach. Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Speicher (6) einen Umkehrimpulszähler (9) enthält, der über ©ine Schlüsselmatrix (10) an ein zu dem Umkehrimpulszähler (9) auffüllende Impulse gebendes Bullorgan (7).angeschlossen ist, wobei mit dem genannten Umkehrimpulszähler (9) ein den Zähler zurücksetzendes Zeitelement- (11) zusammengeschaltet wird, das mit einem Pendelungszahlgeber (12) des üchleifbocks und einer Steuerschaltung (17) der Tischvorschubgeschwindigkeit über ein logisches Und-Glied (16) zwecks Synchronisierung der Verarbeittungszeiten mit der Stellung des Schleifbocks in Verbindung steht.
3. 5» Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ichnet, daß der Soll-Ist-Vergleichsblock (13) an seinen Ausgang mit dem Umkehr impuls zähl er (9) über einen Differenzsignalblock (15) des Differenzsignals der vorgegebenen Schnitt leistung und der geregelten Höchstleistung gowie mit der Steuerschaltung (17) der Tischvorschubgeschwindigkeit der· Zahnflankenschlermaschine zusammengesehaltet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1,2 oder J, d adur ch gekennze i c h η e t, daß die Einheit zum Vermeiden der Übersteuerung als ein Ze it element (18) ausgebildet ist, das die Ausgabe einer Impulsreihe bestimmter !frequenz zu

   der Steuerschaltung (17) der Tischvorschubgeschwindigkeit

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   nur im ersten Zeitpunkt der Berührung äes Werkstücks mit der Schleifsciieifce ge

   5o Einrichtung nach einem belinbigen Inspraoh 1 bis 4₃ dadarcto. [email protected]©ioiin©t_s daß die an den Speichel? (6) angeschlossen© Sab^tralctionssehaltüÄg (J oder 4) übt leerlanflaistung ©in© der H©ihe nach am. Aasgang des Ä'irkl©istaogageb@rg (1 oü®s 2) g©sehalt©t© iLett© aus Speicherkapazität (25) und Diocl® (24) darstellt_s deren Signal über

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