DE3930861A1

DE3930861A1 - Einrichtung zum automatischen positionieren einer zahnluecke eines zahnrades

Info

Publication number: DE3930861A1
Application number: DE19893930861
Authority: DE
Inventors: Folker Dr Sc Techn Borchardt; Harry Dipl Ing Kreller; Josef Thiede; Hans-Joachim Dipl Ing Ulrich
Original assignee: Werkzeugmaschinenkombinat 7 Oktober VEB
Current assignee: Niles Werkzeugmaschinen GmbH
Priority date: 1988-09-26
Filing date: 1989-09-15
Publication date: 1990-03-29
Also published as: DD275632A1

Description

Die Erfindung ist anwendbar zum automatischen Positionieren einer Zahnlücke zu einem Bearbeitungswerkzeug bzw. zu einem Meßmittel, vorzugsweise auf einer im Teilwälzverfahren ar beitenden Zahnradschleifmaschine mit einem doppelkegelför migen Schleifkörper.

Das manuelle Einlücken eines Schleifkörpers in die Zahn lücke eines Zahnrades ist personalintensiv und erfordert eine große Aufmerksamkeit, um eine Kollision zwischen Schleif körper und Zahnflanke zu vermeiden. Mit größer werdendem Durchmesser des Zahnrades wird der Sichtkontakt zur Anstellung Schleifkörper-Zahnflanke immer unsicherer und die Gefahr einer Kollision steigt an.

Bekannt sind mechanische Fixiereinrichtungen, die im Bereich des Werkstückträgers oder des Werkzeugträgers angeordnet sind, um die Lage der Zahnlücke dem Schleifkörper zuzuordnen. Diese Einrichtungen sind nicht geeignet bei einem wechselnden Werk stückprogramm, bei dem die Fixiereinrichtung dem Durchmesser, dem Modul und der Zähnezahl angepaßt werden muß.

Nach einer bekannten Ausführung (DD-WP 2 47 796) erfolgt das Einlücken des Schleifkörpers durch die Kombination einer lang samen radialen Schleifkörperzustellung und einer tangentialen Werkstückzustellung durch Drehung desselben, bei gleichzeitiger Analyse der aufgenommenen Schleifkörperantriebsleistung. Nach entsprechender signifikanter Änderung der benötigten Schleif motorantriebsleistung wird über einen definierten Bewegungs algorithmus versucht, die Stellung des Schleifkörpers zum Werk stück durch die Analyse bezüglich Schleifleistungserhöhung/ Schleifleistungsverminderung zu detektieren. Ein Soll/Ist wertvergleich der Radialposition des Werkzeuges zum Form kreis des Werkstückes ermöglicht, im Zusammenhang mit der Analyse der benötigten Schleifmotorantriebsleistung, die Bestimmung der Spielauslage/Drehwinkelstellung für die Bestimmung der Anfunkposition des Werkzeuges.

Nachteilig an der o.g. Lösung ist die sehr geringe Empfind lichkeit des Meßverfahrens, sowie die hohe Gefährdung von Werkzeug und Werkstück im Falle einer technischen Instabi lität. Des weiteren sind hohe Reaktionsgeschwindigkeiten zur Steuerung der Maschine mit einer Reihe von Maßnahmen zur Kompensation der durch die Bewegungsänderungen ent stehenden Massenkräfte notwendig.

In einer anderen bekannten Ausführung (DD-WP 1 53 196) wird über Sensoren die Berührung des Schleifkörpers flankenbe zogen erkannt; hierbei erfolgt eine langsame, wiederholbare Wälzvorschubbewegung und eine kontinuierliche Zustellbewe gung des Schleifkörpers.

Diese Lösung hat den Nachteil, daß wiederum eine hohe Gefähr dung von Werkzeug und Werkstück vorhanden ist, wenn Fehlfunk tionen innerhalb des Funktionsablaufes auftreten. Außerdem ist ein hoher Zeitaufwand für den Einrichtvorgang notwendig. Eine weitere bekannte Ausführung (DE-PS 36 15 365) beinhaltet, daß das erste zu fertigende Werkstück von Hand zum Werkzeug ausgerichtet wird und nach Betätigung der Wälzkopplung durch einen Sensor die Lage der Zahnköpfe in Abhängigkeit von den geometrischen und kinematischen Verhältnissen in einem Lern vorgang gespeichert wird. Bei den nachfolgenden Werkstücken wird die Phasenlage der am Sensor vorbei bewegten Zahnköpfe ermittelt und mit den im Lernvorgang gespeicherten Werten verglichen. Nach automatischer Herstellung einer Bewegungs koinzidenz wird das Werkzeug eingespurt und die Bearbeitung begonnen.

Diese Vorgehensweise ist für eine Losstückzahl = 1 nicht geeignet, da das erste Werkstück von Hand einzurichten ist.

Ziel der Erfindung ist, die Einrichtzeiten zum Anstellen der Zahnflanken an den Schleifkörper zu verkürzen und die Sicherheit des Einrichtvorganges zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einlücken eines Schleifkörpers in eine Zahnlücke zu automatisieren und eine Kollision zwischen Werkzeug und Zahnrad beim Einrichtvorgang zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein zum Doppelkegelschleifkörper zentrierter und zum Zahnrad gerichteter Einlücksensor mit zwei Ausgangsspannungen einem Differenzver stärker vorgeschaltet ist, dessen Differenzspannung an einem Gleichrichter, einem Speicher und einem Mittenregler anliegt. Am Ausgang des Gleichrichters sind in paralleler Anordnung ein Berührungstrigger und ein Entfernungstrigger nachgeordnet, wo bei der Berührungstrigger eingangsseitig und der Entfernungs trigger eingangs- und ausgangsseitig mit der Steuereinheit verbunden sind.

An dem Speicher liegt eingangsseitig ein Meßsystem und die Steuereinheit an. Am Ausgang des Speichers ist eine Auswerte einheit angeordnet, die eingangs- und ausgangsseitig mit der Steuereinheit verbunden ist. Des weiteren sieht die Ein richtung vor, daß der Ausgang des Mittenreglers an einem mit dem Ausgang eines Sollwertgenerators verbundenen Addierer an liegt und der Mittenregler einen Eingang der Steuereinheit aufweist. Der Addierer ist zwischen dem Sollwertgenerator und dem Regler angeordnet.

Die Steuereinheit ist eingangs- und ausgangsseitig mit den Sollwertgeneratoren verbunden, diesen sind Regler der Lage regelkreise der Achsen nachgeordnet.

Der Einlücksensor besitzt an seinen Meßflächen zur Zahnlücke eine gegensinnige Polarität, die mit zwei Ausgängen auf einen Differenzverstärker gegeben wird.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei spieles näher erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Darstellung der Einrichtung in der Draufsicht

Fig. 2 Seitliche Darstellung zu Fig. 1 mit der Einschwenk einheit für den Einlücksensor

Fig. 3 Anordnung zur Steuerung der Achsen der Einrichtung

Auf dem Rundtisch eines Bettschlittens 1 einer Teilwälz schleifmaschine ist ein Zahnrad 2 aufgespannt und wird durch einen Antrieb 3 rotatorisch und durch einen Antrieb 4 trans latorisch bewegt.

An einem radial zum Zahnrad 2 durch den Antrieb 13 zustell baren Ständer 24 ist ein Drehteil 10 angeordnet, das in seinen Führungen einen Stößel 16 aufnimmt, der in Richtung der Flankenlinie des Zahnrades 2 eine Arbeitsbewegung aus führt. In einer unteren Position des Stößels 16 ist ein Schleif schlitten 7 mit einer Schleifspindel und dem Doppelkegelschleif körper 5 angeordnet. Die Zustellung des Schleifschlittens 7 er folgt radial zum Zahnrad 2 durch den Antrieb 14. Fluchtend zum Doppelkegelschleifkörper 5 ist ein Einlücksensor 6 angeordnet, der durch eine Einschwenkeinheit 12 positioniert wird und sich zwischen dem Zahnrad 2 und dem Doppelkegelschleifkörper 5 befindet. Die Position zum Doppelkegelschleifkörper 5 wird durch eine Zentriereinheit 11 erreicht, die vorzugsweise mit berührenden Elementen die Kegelmantelfläche des Doppelkegel schleifkörpers 5 formschlüssig kontaktiert.

Zur Steuerung der Bewegungsabläufe der Baueinheiten ist eine Steuereinheit 15 vorgesehen. Durch die Antriebe 13 und 14 erfolgt eine radiale Zustellung des Einlücksensors 6 zum Zahnrad 2. Außerdem wird durch die Steuereinheit 15 das Zahn rad 2 über den Antrieb 4 in eine fluchtende Mittenposition zum eingeschwenkten Einlücksensor 6 gefahren und durch den Antrieb 3 in eine Dauerdrehbewegung versetzt. Die horizontale Lage des Einlücksensors 6 zum Zahnrad 2 erfolgt durch eine Einstellung der Hublage des Stößels 16.

Der mit einer gegensinnigen Polarität (tangentiale Meßein heiten 8; 9) ausgestattete Einlücksensor 6 ist an einem Differenzverstärker 17 angeschlossen. Dieser wiederum ist mit einem Gleichrichter 31, dem Speicher 35 und dem Mitten regler 30 verbunden.

Die Lageregelkreise für die Drehbewegung des Zahnrades 2, des Schleifschlittens 7, bzw. des Ständers 24 und des Bett schlittens 1 werden gebildet durch Regler 21; 22; 36; 23, Antriebe 3; 14; 13; 4 und Meßsysteme 27; 28; 26; 29.

Den Reglern 21; 22; 36; 23 sind die Sollwertgeneratoren 18; 19; 25; 20 vorgeschaltet, die eingangs- und ausgangsseitig mit der Steuereinheit 15 verbunden sind. Der Sollwertgene rator 18 und der Mittenregler 30 werden durch den Addierer 37 verknüpft und auf den Regler 21 geschaltet. Am Gleich richter 31 sind der Berührungstrigger 32 und der Entfernungs trigger 33 angeschlossen und weiter an die Steuereinheit 15 geführt, wobei der Trigger 33 auch eingangsseitig an der Steuereinheit 15 anliegt. Dem Speicher 35 nachgeschaltet ist die Auswerteeinheit 34, die eingangs- und ausgangsseitig mit der Steuereinheit 15 verbunden ist.

Von der Steuereinheit 15 bestehen Verbindungen zum Mitten regler 30 und zum Speicher 35. Der Speicher 35 ist eingangs seitig mit dem Meßsystem 27 verbunden.

Funktionsablauf

Die Einrichtung zum automatischen Positionieren setzt lage geregelte Achsen für die Drehbewegung des Zahnrades 2 (C), des Schleifschlittens 7 (V), des Ständers 24 (Y) und des Bettschlittens 1 (X) voraus. Die Lageregelkreise bestehen aus den Reglern 21; 22; 36; 23, den Antrieben 3; 14; 13; 4 und den Meßsystemen 27; 28; 26; 29. Die Sollwerte für die Regler 21; 22; 36; 23 werden durch die Sollwertgeneratoren 18; 19; 25; 20, die die Steuereinheit 15 manipuliert, vorgegeben. Beim Positionieren des Einlücksensors 6 in eine Zahnlücke wird die Stellgröße des Mittenreglers 30 mit dem Wert des Sollwertgenerators 18 durch den Addierer 37 verknüpft und dem Regler 21 als Sollwert vorgegeben.

Der Mittenreglar 30 hat integrales Verhalten und beeinflußt, in Abhängigkeit der Differenzspannung Δ u, die Drehbewegung des Zahnrades 2 zum Einführen des Einlücksensors 6 in eine Zahnlücke. Die Differenzspannung Δ u wird gebildet in Ab hängigkeit von den Abständen der tangentialen Meßeinheiten 8; 9 zu den Flanken des Zahnrades 2 und im Differenzver stärker 17 aufbereitet.

Der Mittenregler 30 kann über die Steuereinheit 15 zu- oder abgeschaltet werden.

Im Speicher 35 wird die Differenzspannung Δ u in Abhängigkeit von der Drehposition des Zahnrades 2 gespeichert und durch die Auswerteeinheit 34 in Werkstückparameter gewandelt, die bei Bedarf ausgelesen werden können. Beide Komponenten werden durch die Steuereinheit 15 manipuliert.

Ein zu starkes Annähern des Einlücksensors 6 an das Zahnrad 2 bis zur Berührung führt zu einer hohen Differenzspannung Δ u und wird über Trigger 32 signalisiert. Da die Annäherung an eine linke bzw. rechte Flanke gegenläufig Polarität der Differenzspannung Δ u hervorruft, ist ein Gleichrichter 31 notwendig. Die gleichgerichtete Differenzspannung Δ u wird weiterhin auf einen programmierbaren Trigger 33 geführt, mit dem ein Annähern des Einlücksensors 6 auf eine vorgegebene radiale Distanz zum Zahnrad 2 signalisiert wird . Die Steuer einheit 15 hat die Aufgabe, den Steuerungsablauf für die einzelnen Betriebsarten zu realisieren bzw. zu verknüpfen. Mit der Einrichtung lassen sich 3 Betriebsarten realisieren:

- BA 1
Annähern des Einlücksensors 6 an das Zahnrad 2 auf eine vorgegebene radiale Distanz zum Zahnkopf
- BA 2
Aufnahme des Verlaufes der Differenzspannung Δ u des Einlücksensors 6 über den Weg der Drehbewegung des Zahnrades 2
- BA 3
Einführung des Einlücksensors 6 innerhalb des Kopfkreises des Zahnrades 2

Alle 3 Betriebsarten bedingen ein Ausrichten des Zahnrades 2 zum Einlücksensor 6 derart, daß die Zahnradmitte auf der ver längerten Mittellinie des Einlücksensors 6 liegt. Dies rea lisiert die Steuereinheit 15 über den Sollwertgenerator 20 durch Ausgabe einer festgelegten Position des Bettschlittens 1. Bei schrägverzahnten Rädern wird der Einlücksensor 6 mit dem Drehteil 10 entsprechend dem Schrägungswinkel des Zahn rades 2 geschwenkt.

BA 1

In der Betriebsart 1 wird ein definiertes radiales Annähern des Einlücksensors 6 an den Kopfkreis des Zahnrades 2, und damit ein radialer Bezug zwischen Schleifschlittenachse und Zahnrad 2, realisiert. Die vorgegebene Entfernung zwischen Einlücksensor 6 und Kopfkreis muß im Wirkbereich des Ein lücksensors 6 liegen.

Ausgangszustand:

- Mittenregler 30 abgeschaltet
- Ständer 24 bzw. Schleifschlitten 7 mit Einlücksensor 6 zurückgefahren (außerhalb des Wirkbereiches zum Zahnrad 2)
- Zahnrad 2 über Bettschlitten 1 zum Einlücksensor 6 aus gerichtet

Ablauf:

Die Steuereinheit 15 gibt dem programmierbaren Trigger 33 einen Spannungswert vor, der der gewünschten Annäherung an den Kopf kreis des Zahnrades 2 entspricht.

Über den Sollwertgenerator 18 wird am Zahnrad 2 ein Dauer drehen bzw. ein Pendeln über mindestens eine Teilung erzeugt. Anschließend erfolgt die radiale Zustellung des Ständers 24 bzw. Schleifschlittens 7 zum Zahnrad 2 über den Sollwertgene rator 25 bzw. 19. Sobald der Einlücksensor 6 in den pro grammierten Entfernungsbereich eintaucht, wird dieses über den programmierbaren Trigger 33 der Steuereinheit 15 signali siert und der Antrieb 14 bzw. der Antrieb 13 gestoppt.

BA 2

In der Betriebsart 2 wird die Differenzspannung Δ u über den Weg der Drehbewegung des Zahnrades 2 aufgenommen und in der Auswerteeinheit 34 in Zahnradparameter wie Lücken mitte, Zähnezahl und Rundlauffehler gewandelt.

Ausgangszustand:

- Ausführung BA 1
- Mittenregler 30 abgeschaltet

Ablauf:

Die Steuereinheit 15 erzeugt über den Sollwertgenerator 18 ein Drehen des Zahnrades 2 über eine volle Drehung. Gleich zeitig wird im Speicher 35 die alternierende Funktion Δ u=f (c) abgespeichert. Anschließend ermittelt die Aus werteeinheit 34 Lückenmitte, Zähnezahl und Rundlauffehler. Die Lückenmitte ergibt sich aus den Nulldurchgängen der Differenzspannung Δ u mit vorgegebenem Polaritätswechsel. Der Nulldurchgang mit entgegensetztem Polaritätswechsel ent spricht der Zahnkopfmitte.

Die Zähnezahl ergibt sich aus der Anzahl der Zyklen (Lücken mitte-Zahnkopf-Lückenmitte von benachbarter Lücke). Der Rund lauffehler läßt sich aus der Amplitudendifferenz der Zyklen der Differenzspannung Δ u ermitteln.

BA 3

In dieser Betriebsart läßt sich die Lückenmitte innerhalb des Kopfkreises ermitteln. Diese kann von der BA 2 ermittel ten abweichen, aufgrund der unterschiedlichen Geometrie von linker und rechter Flanke.

Ausgangszustand:.

- Aufnahme des Bezugs zwischen Schleifschlitten 7, bzw. Ständer 24 und Zahnrad 2 durch BA 1
- Ermitteln einer Lückenmitte durch BA 2

Ablauf:

Positionieren des Einlücksensors 6 im Wirkbereich außer halb des Kopfkreises des Zahnrades 2 über den Sollwertgene rator 19 bzw. 25. Stellen des Zahnrades 2 auf eine nach BA 2 berechnete Lücke des Zahnrades 2 über den Sollwert generator 18. Anschließendes Einschalten des Mittenreglers 30.

Der Mittenregler 30 hat integrales Verhalten. Die durch den Mittenregler 30 integrierte Differenzspannung Δ u wird additiv mit dem Wert des Sollwertgenerators 18 durch den Addierer 37 verknüpft und auf den Regler 21 des Zahnrades 2 geschaltet. Damit korrigiert der Mittenregler 30 den Sollwert c _s für die Drehbewegung des Zahnrades 2, und damit die Dreh bewegung des Zahnrades 2 solange, bis die Differenzspannung Δ u gleich Null ist. Damit ist im Mittel die Entfernung der linken Flanke 8 des Einlücksensors 6 zur linken Flanke der Zahnlücke gleich der Entfernung der rechten Flanke 9 des Einlücksensors 6 zur rechten Flanke der Lücke.

Nun kann der Einlücksensor 6 mittels Ständer 24 bzw. Schleif schlitten 7 bis maximal zum Fußkreis in die Lücke eingefahren werden. Der Mittenregler 30 sorgt dabei ständig für die Zen trierung des Einlücksensors 6 durch Drehung des Zahnrades 2. Nach Abschluß der radialen Zustellung kann die Zahnradposi tion als Bezugsposition für eine Lückenmitte innerhalb des Kopfkreises abgespeichert werden.

Bei allen Betriebsarten ist über Berührungstrigger 32 eine Schutzwirkung gewährleistet. Bei zu starker Annäherung bzw. bei Berührung des Einlücksensors 6 mit dem Zahnrad 2 ergibt sich eine sehr hohe Differenzspannung Δ u, die über den Be rührungstrigger 32 der Steuereinheit 15 signalisiert wird. Die Steuereinheit 15 stoppt sofort jegliche Achsbewegungen und bricht den Positioniervorgang ab.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird erreicht, daß das Positionieren einer Zahnlücke zum Schleifkörper in einer kurzen Zeit und einer hohen Präzision durchgeführt werden kann. Die Einrichtung ist besonders bei relativ großen Zahn rädern von Vorteil, da bei größer werdenden Zahnraddurch messern der Sichtkontakt vom Bediener zur Zahnlücke abnimmt.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch daß mit der Ein richtung die Zähnezahl und der Rundlauf des Zahnrades nach dem Aufspannen auf dem Rundtisch überprüft werden können.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen:

1 Bettschlitten
2 Zahnrad
3 Antrieb (C-Achse)
4 Antrieb (X-Achse)
5 Doppelkegelschleifkörper
6 Einlücksensor
7 Schleifschlitten
8 tangentiale Meßeinheit linke Flanke
9 tangentiale Meßeinheit rechte Flanke
10 Drehteil
11 Zentriereinheit
12 Einschwenkeinheit
13 Antrieb (Y-Achse)
14 Antrieb (V-Achse)
15 Steuereinheit
16 Stößel
17 Differenzverstärker
18 Sollwertgenerator
19 Sollwertgenerator
20 Sollwertgenerator
21 Regler
22 Regler
23 Regler
24 Ständer
25 Sollwertgenerator
26 Meßsystem
27 Meßsystem
28 Meßsystem
29 Meßsystem
30 Mittenregler
31 Gleichrichter
32 Trigger Berührung
33 Trigger Entfernung Zahnkopf
34 Auswerteeinheit
35 Speicher
36 Regler
37 Addierer

BA 1 . . .3 Betriebsart
Δ u Differenzspannung
C Achse für die Drehbewegung des Zahnrades
V Achse für den Schleifschlitten
X Achse für den Bettschlitten
Y Achse für den Ständer
SG Sollwertgenerator
R Regler
M Meßsystem
. . ._s Sollwert
. . ._i Istwert
U _LF Ausgangsspannung linke Flanke
U _RF Ausgangsspannung rechte Flanke

Claims

1. Einrichtung zum automatischen Positionieren einer Zahn lücke eines Zahnrades zu einem Bearbeitungswerkzeug einer Zahnradbearbeitungsmaschine, vorzugsweise einer im Teil wälzverfahren arbeitenden Zahnradschleifmaschine mit einem doppelkegelförmigen Schleifkörper, wobei das Zahnrad auf einem mit einem Rundtisch versehenen Schlitten aufge spannt ist und die rotatorische und translatorische Be wegung des Zahnrades sowie die raiale Zustellbewegung des Bearbeitungswerkzeuges zum Zahnrad lagegeregelte elek tronische Antriebe aufweisen, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein zum Doppelkegelschleifkörper (5) zentrierter und zum Zahnrad (2) gerichteter Einlücksensor (6) mit zwei Ausgangsspannungen (U _LF; U _RF) einem Differenzver stärker (17) vorgeschaltet ist, dessen Differenzspannung (Δ U) an einem Gleichrichter (31), einem Speicher (35) und einem Mittenregler (30) anliegt,
- daß am Ausgang des Gleichrichters (31) in paralleler An ordnung ein Trigger (32) und ein Trigger (33) nachge ordnet sind, wobei der Trigger (32) eingangsseitig und der Trigger (33) eingangs- und ausgangsseitig mit der Steuereinheit (15) verbunden sind,
- daß an dem Speicher (35) eingangsseitig ein Meßsystem (27) und die Steuereinheit (15) anliegt und am Ausgang des Speichers (35) eine Auswerteeinheit (34) anliegt, die eingangs- und ausgangsseitig mit der Steuereinheit (15) verbunden ist,
- daß der Ausgang des Mittenreglers (30) an einem mit dem Ausgang eines Sollwertgenerators (18) verbundenen Addierer (37) anliegt und der Mittenregler (30) einen Eingang der Steuereinheit (15) aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Addierer (37) zwischen dem Sollwertgenerator (18) und dem Regler (21) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (15) eingangs- und ausgangsseitig mit den Sollwertgeneratoren (18; 19; 20; 25) verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Einlücksensors (6) eine gegen sinnige Polarität aufweist.