CH669354A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbsttätigen Positionieren eines Verzahnungs- oder Nutenbearbeitungswerkzeuges in bezug auf eine bereits vorhandene Verzahnung oder Nutung eines vorgefertigten Werkstückes, wobei das Verzahnungs- oder Nutenbearbeitungswerkzeug auf einer Werkzeugspindel angeordnet ist, die im wesentlichen quer oder schräg zu einer Werkstückspindel verläuft und mittels eines Stellmotors in Richtung ihrer Achse verstellbar ist und wobei am Umfang des Werkstückes ein dessen Zähne abtastender Impulsgeber und am Umfang der Werkstückspindel ein zweiter Impulsgeber angeordnet sind, deren frequenzgleichen Impulsfolgen in einer elektronischen Schaltungsanordnung in Abhängigkeit ihrer Phasenlagen zueinander ein elektrisches Steuersignal als Stellgrösse zur Steuerung des Stellmotors abgeleitet wird.

Bei einer bekannten Vorrichtung der gattungsgemässen Art (DE-OS 2 744 562) werden die Lage des Werkzeuges und des Werkstückes gemessen und Abweichungen von der Bezugslage durch eine Erkennungsschaltung ermittelt. Die Abweichungen von der Bezugslage zwischen Werkstück und Werkzeug werden mittels entsprechender Korrektursignale durch eine Axialverschiebung des Werkzeuges bzw. eine Zusatzdrehbewegung des Werkstückes aufgehoben. Dazu ist ein Messgeber vorgesehen, der zwischen das Werkzeug und das Werkstück während deren Lauf einführbar und wieder aus dieser Messposition entfernbar ist. Bei dem Messgeber handelt es sich um eine pneumatische Einrichtung mit zwei Düsenpaaren, wobei jedes Düsenpaar eine einstellbare Referenzdüse und eine auf das Werkzeug bzw. auf das Werkstück ausrichtbare Messdüse zur Erzeugung eines dem Differenzdruck entsprechenden, der Erkennungsschaltung zugeführten Signals umfasst. Neben der Erkennungsschaltung sind zwei logische Schaltkreise erforderlich. Der eine dieser Schaltkreise steht mit Schaltungsmitteln in Verbindung, welche Messimpulse erzeugen, deren Frequenz höher ist als die Frequenz aufeinanderfolgender Zahn- bzw. Gangteilungen. Am Ausgang dieses ersten Schaltkreises ist ein erster Zähler angeschlossen, welcher die vom Schaltkreis in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Erkennungsschaltung gesteuerten Messimpulse algebraisch summiert. Der zweite logische Schaltkreis bildet die Korrektursignale in Vor- und Rückwärtsrichtung in Abhängigkeit vom Zählinhalt des Zählers, der an den Ausgang des ersten logischen Schaltkreises angeschlossen ist. Zudem ist an die Erkennungsschaltung ein zweiter einstellbarer Zähler für die Werkzeuglücken an2

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geschlossen, welcher die Anzahl der Zahn- bzw. der Gangteilungen bestimmt, über welche die Messung und Mittelwertermittlung durchzuführen ist. Der Ausgang des zweiten Zählers ist dabei mit dem Eingang des zweiten logischen Schaltkreises verbunden.

Abgesehen von der Kompliziertheit und dem grossen Schaltungsaufwand der zur Auswertung der Messimpulse erforderlichen Schaltungsanordnung, muss der Messgeber bei jedem neu eingespannten Werkstück aus seiner Ruhelage zwischen Werkstück und Werkzeug geschwenkt und nach Durchführung der Einstelloperation wieder in seine Ruhelage gebracht werden. Das erfordert Zeit, welche die Stückzahlleistung vermindert. Ausserdem ist eine zusätzliche Steuer- und Antriebseinrichtung für das Verschwenken des Messgebers erforderlich. Schliesslich kommt hinzu, dass die pneumatischen Mess- und Referenzdüsen nur zum Abtasten einer mit lückenlosen Gängen versehenen Schleifschnecke nicht jedoch zum Abtasten beispielsweise eines schneckenförmigen Abwälzfräsers geeignet ist, weil ein Abwälzfräser keine in sich geschlossenen Schneckengänge sondern nur auf einer Schneckenlinie angeordnete Fräszähne aufweist, deren Lücken zusätzliche Impulse erzeugen würden, die für die Auswertung nicht brauchbar sind. Das bedeutet, dass diese bekannte Einrichtung nur in Verbindung mit Schleifschnek-ken funktionsfähig ist.

Bei einer bekannten Zahnflankenschleifmaschine (sowjetischer Urheberschein Nr. 200 394) ist auch bekannt, zum Zwecke einer selbsttätigen Einstellung des oder der Gänge einer Schleifschnecke auf eine Zahnlücke eines vorgefertigten Zahnrad-Werkstückes induktive Geber vorzusehen, mit welchen die Lage von Werkzeug und Werkstück bestimmt werden kann. Diese Geber sind an einen Phasenmesser angeschlossen, welcher seinerseits über einen elektrischen Verstärker mit einem die axiale Verschiebung der Schleifschnek-ke bewirkenden Stellmotor verbunden ist. Da das Werkstück dabei in den elektromagnetischen Kreis des einen induktiven Gebers so eingeschaltet ist, dass er als Rotor dient, während der Stator in der Art von Zahnsektoren ausgebildet ist, ist es erforderlich, dass die zu bearbeitenden Zahnräder aus einem ferromagnetischen Material bestehen und dass die Zahnsektoren des Gebers eine Teilung aufweisen, die der Zahnteilung des zu bearbeitenden Werkstückes entspricht. Das bedeutet, dass man für unterschiedliche Zahnteilungen auch unterschiedliche Geber zur Verfügung haben muss.

Die Bezugsmessung muss bei stehendem Zahnrad durch einen Abgleich des Frässpindelfühlers und einen Abgleich des Zahnradfühlers in der Weise erfolgen, dass die örtliche Lage der Fühler manuell verändert wird. Diese Art der Ermittlung der Bezugsgrösse bzw. der Durchführung des Ab-gleichs ist nicht nur umständlich, sondern auch ungenau.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung (DE-OS 3 314 793) wird das vorverzahnte Werkstück mittels eines Positionierungsfingers in seiner Aufspannlage stillstehend so •fixiert, dass seine Verzahnungslage mit der einen Referenzwinkellage des mit seiner Arbeitsdrehzahl laufenden Werkzeuges übereinstimmt. Dabei wird das Werkstück zu einem Zeitpunkt in Drehung versetzt, in welchem das Werkzeug die genannte Referenz-Winkellage durchläuft bis es bezüglich Drehzahl und Winkellage mit dem Werkzeug synchronisiert ist. In einer Recheneinheit werden vom gleichen Zeitpunkt an die Geberimpulse des Werkzeuges gezählt und mit den gezählten Impulsen eines Werkstückimpulsgebers verglichen, um mit dem Vergleichssignal den Werkstückantrieb zu steuern. Erst bei Erreichen des Gleichlaufs wird die Drehwinkelabweichung zwischen Werkstück und Werkzeug ermittelt und dann durch den Werkstückantrieb ausgeregelt. Eine axiale Verschiebung des Werkzeuges ist nicht vorgesehen. Diese Methode ist sehr zeitraubend, weil die Ausrichtung des Werkzeuges auf seine Nullindexmarke jeweils im Stillstand des Werkzeuges erfolgen muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass sie die vorerwähnten Nachteile vermeidet, dass sie zeitsparender arbeitet und sowohl für das Bearbeiten der Werkstük-ke mit einer Schleifschnecke als auch mit einem schneckenförmigen Abwälzfräser geeignet ist und dass ein örtliches Verschieben oder Verschwenken des oder der Messfühler entfallt und dass sie mit einer höheren Funktionssicherheit und Einstellgenauigkeit arbeitet als die bekannte Vorrichtung.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Impulsgeber elektronisch arbeiten und ortsfest angeordnet sind, dass der zweite Impulsgeber eine auf der Werkzeugspindel angeordnete oder mit dieser synchron umlaufende Impulsmarkierung abtastet und dass mittels der elektronischen Schaltungsanordnung, die programmierbar und insbesondere ein Prozessrechner ist, die zeitliche Phasendifferenz der frequenzgleichen Impulsfolgen ermittelt und durch deren Vergleich mit einer vorbestimmten Referenzgrösse die der exakten Positionierung des Verzahnungs- oder Nutenbearbeitungswerkzeuges entspricht, das Stellsignal bestimmt wird.

Durch die angegebene Lösung wird eine höhere Arbeitsleistung erzielt. Nach Bestimmung der Referenzgrösse sind keinerlei manuelle Manipulationen mehr erforderlich. Eventuelle Messfehler können durch Mittelwertbildungen ausgeschaltet werden, und es können einfache Impulsgeber beliebiger Art in Verbindung mit einer verhältnismässig einfachen und zudem programmierbaren Schaltungsanordnung verwendet werden, die eine schnelle und exakte Ermittlung der Stellgrösse und somit eine exakte Steuerung des Stellmotors gewährleisten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Anhand der Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Werkstück- und Werkzeuganordnung einer Zahnrad-Abwälzfräsmaschine in perspektivischer Darstellung mit einem Blockschaltbild einer elektronischen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 in schematischer Darstellung drei untereinander angeordnete Impulsfolgen,

Fig. 3 den Eingriff eines Fräserzahnes in eine Zahnlücke eines voverzahnten Werkstückes bei einer Referenzmessung,

Fig. 4, 5 und 6 verschiedene Winkelstellungen einer Zahnlücke des vorverzahnten Werkstückes in bezug auf die Mitte eines Fräserzahnes.

Die in Fig. 1 teilweise dargestellte Zahnrad-Abwälzfräsmaschine 1 weist in einem vertikalen Ständer 2 eine horizontale Werkstückspindel 3 auf und besitzt einen Gegenhalterarm 4 mit einem Gegenhalter 5. In die Werkstückspindel 3 ist ein zylindrisches Werkstück 6 eingespannt, das eine vorgefertigte Verzahnung 7 aufweist und durch einen Gegenhalterkegel 8 an seiner freien Stirnseite abgestützt ist. Auf einem tellerartigen Werkzeugspindelkopf 9 ist ein Spindelstock 10 mit einer horizontalen Werkzeugspindel 11 derart angeordnet, dass die Werkzeugspindel 11 unterhalb der Achse 12 der Werkstückspindel 3 bzw. unterhalb des zu bearbeitenden Werkstückes 6 quer dazu verlaufend angeordnet ist. Der Werkzeugspindelkopf 9 ist in vertikaler Richtung auf- und abbewegbar, um eine vertikale Achse 14 schwenkbar und in verschiedenen Winkelpositionen fixierbar und ausserdem in Richtung der Achse 12 der Werkstückspindel 3 bzw. des Werkstückes 6 verschiebbar, wobei für die geradlinigen Bewegungen jeweils separat steuerbare Antriebe, vorgesehen sind. Auf der dem Spindelstock 10 gegenüberliegenden Seite ist der Werkzeugspindelkopf 9 mit einem zusätzlichen La5

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gerbock 15 versehen, dessen Lager 16 koaxial zur Werkzeugspindel 11 angeordnet ist und zur zusätzlichen Lagerung eines Werkzeugdornes 17 dient, der in die Werkzeugspindel 11 eingespannt ist und einen schneckenförmigen Abwälzfräser 18 trägt, der drehfest auf ihm angeordnet ist. Die mit dem Gegenprofil zur endgültigen Zahnform der Verzahnung 7 versehenen Schneidzähne 19 des Abwälzfräsers 18 sind in bekannter Weise schneckenförmig angeordnet. Zur Nachbearbeitung bzw. Endbearbeitung der vorgefertigten Verzahnung des nachträglich gehärteten Werkstückes 6 wird ein aus Hartmetall bestehender Abwälzfräser 18 verwendet. Im Spindelstock 10 ist ein in beiden Drehrichtungen steuerbarer Schrittschaltmotor 20 untergebracht, durch den die Werkzeugspindel 11 in Richtung ihrer Achse 13 schrittweise in beiden Richtungen verschiebbar ist, wobei die kleinste Schrittgrösse in der Grössenordnung von einem Hundertstel Millimeter oder sogar darunter liegen kann.

Zum Nacharbeiten der vorgefertigten gehärteten Verzahnung 7 im sog. Schäl-Fräsverfahren ist es erforderlich, die mit der Verzahnung 7 in Eingriff kommenden Zähne 29 des Abwälzfräsers 18 exakt auf die Zahnlücken der Verzahnung 7 so auszurichten, dass exakt teilungsgleiche Zahnprofile beim Nacharbeiten der vorgefertigten Verzahnung 7 entstehen.

Zu diesem Zwecke ist in Umfangsnähe der vorgefertigten Verzahnung 7 des Werkstückes 6 ein erster elektronischer Impulsgeber 24 in Form eines Näherungsschalters angeordnet, der die Zahnköpfe der Verzahnimg 7 abtastet, während sich das Werkstück 6 dreht. In Umfangsnähe einer drehfest auf der Werkzeugspindel 11 befestigten Scheibe 21 ist ein zweiter elektronischer Impulsgeber 22 ebenfalls in Form eines Näherungsschalters angeordnet, der eine Impulsmarkierung 23 abtastet, welche die Form eines radialen Einschnittes am Umfang der Scheibe 21 hat, während sich die Werkzeugspindel 11 in Drehung befindet.

Wie bei solchen Zahnrad-Abwälzfräsmaschinen üblich, steht die Drehzahl nz der Werkstückspindel 3 in einem bestimmten Verhältnis zur Drehzahl nf der Werkzeugspindel 11. Dieses Drehzahlverhältnis wird bestimmt durch die Zähnezahl Z der zu bearbeitenden Verzahnung 7 und die Gangzahl g des Abwälzfräsers.

Es gilt:

n = —=— ,

z Z '

sodass die von den beiden Impulsgebern 22 und 24 erzeugten Impulsfolgen I und II bzw. III jeweils die gleiche Impulsfolgefrequenz aufweisen: die Impulsfolgefrequenz Tf der bei konstanter Drehzahl der Werkzeugspindel 11 vom Impulsgeber 22 erzeugten Impulse ist somit gleich der Impulsfolgefrequenz Tz der vom Impulsgeber 24 erzeugten Impulse der Verzahnung 7. Um dies zu gewährleisten, muss die Scheibe 21 jeweils eine der Gangzahl g des Fräsers entsprechende Anzahl von Impulsmarkierungen in gleichmässigen Winkelabständen aufweisen.

Die beiden Impulsgeber 22 und 24 sind über elektrische Leitungen 25 und 26 an einen Microprozessor 27 angeschlossen, der Teil einer elektronischen Schaltungsanordnung 28 ist, die als Blockschaltbild in Fig. 1 dargestellt ist. Diese Schaltungsanordnung 28 umfasst eine Eingabeeinheit 29 zur Steuerung und Programmierung des Microprozessors 27, eine Leistungseinheit 30 als Verbindungsglied zwischen dem Microprozessor 27 und dem Schrittschaltmotor 20 sowie eine Verbindungsschaltung 31 als Verbindungsglied zu der elektronischen Standardausrüstung der Maschine.

Während des Betriebes, d.h. während der Drehung des Werkstückes 6 und des Abwälzfräsers 18 entstehen die in Fig. 2 dargestellten Impulsfolgen I und II bzw. III bestehend aus den Einzelimpulsen If und Iz bzw. IZD, wobei die zeitlichen Impulsabstände Tf und Tz sämtlicher Impulsfolgen I, II, III, konstante Drehzahlen vorausgesetzt, jeweils gleich gross sind. Das bedeutet, dass die Periodendauer Tf bei den einzelnen Impulsfolgen I, II und III bei konstanten Drehzahlen jeweils gleich gross ist. Die Impulse If der Impulsfolge I werden vom Impulsgeber 22 erzeugt, während die Impulse Iz und Izp jeweils vom Impulsgeber 24 erzeugt werden. Selbstverständlich ist die dargestellte Rechteckform der Impulse in bekannter Weise durch entsprechende elektronische Differenzglieder, die den Impulsgebern 22 und 24 nachgeschaltet sind, sichergestellt.

Der Einfachheit halber werden im folgenden die Impulse If der Impulsfolge I als Fräserimpulse und die Impulse Iz bzw. Izp der Impulsfolgen II und III als Zahnradimpulse bezeichnet.

Dass im vorliegenden Beispiel die Impulslänge Tbf der Fräserimpulse If kleiner ist als die Impulslänge TZb der Zahnradimpulse Iz bzw. Izp ist im wesentlichen damit begründet, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Impulsmarkierung 23 grösser ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Werkstückes 6, was jedoch auf die Messung, die im folgenden näher erläutert wird, keinen Einfluss hat.

Um für die spätere Ermittlung einer Steuer- oder Stellgrösse eine Referenzgrösse zur Verfügung zu haben, ist es erforderlich, zunächst mit einem aus der Serienfertigung der nachzubearbeitenden vorverzahnten Werkstücke 6 eine Referenzmessung durchzuführen. Dazu wird durch manuelle Steuerung des Abwälzfräsers 18 in bezug auf die Verzahnung 7 des eingespannten Werkstückes 6 die Ausrichtung der Fräserzähne 19 auf die Zahnlückenmitte der Verzahnung 7 gem. Fig. 3 vorgenommen. D.h. die Fräserzähne 19 werden manuell mit der Verzahnung 7 flankenspielfrei in Eingriff gebracht. Dabei ist es zweckmässig, diese Ausrichtung mehrmals zu überprüfen bevor die elektronische Referenzmessung begonnen wird.

Die elektronische Referenzmessung erfolgt nun anschliessend bei laufender Maschine, d.h. bei laufendem Abwälzfräser 18 und laufendem Werkstück 6 im vorgegebenen Drehzahlverhältnis und bei eingeschalteter Schaltungsanordnung 28, die nun von den beiden Impulsgebern 22 und 24 die beiden Impulsfolgen I und II erhält. Das Einschalten erfolgt durch die Eingabeeinheit 28. Der Microprozessor ist nun so programmiert, dass zunächst der zeitliche Abstand Ti zwischen der Anstiegsflanke eines Fräserimpulses If und der Anstiegsflanke des zeitlich unmittelbar darauffolgenden Zahnradimpulses Iz gemessen wird, und ausserdem findet eine Messung der Impulslänge TZb der Zahnradimpulse Iz statt. Der für Tzb ermittelte Wert wird rechnerisch halbiert und zu dem ermittelten Wert Ti addiert, woraus sich dann der Zeitwert T<jr ergibt.

Um jedoch als Referenzgrösse eine absolute Zahl bzw. einen absoluten Wert zur Verfügung zu haben, wird in einem weiteren Prozess der Wert Tdr dividiert durch die Periodendauer Tf.

Die sich daraus ergebende Referenzgrösse Qr wird in einem Speicher des Microprozessors 27 abgespeichert.

Zur Sicherheit und zum Eliminieren von eventuellen Messfehlern, die beispielsweise durch Metallspäne oder sonstige Verunreinigungen, insbesondere an den abgetasteten Zähnen der Verzahnung 7 oder aber auch an der Impulsmarkierung 23 sowie durch Rundlauf- oder Teilungsfehler, entstehen könnten, wird diese Messung mehrmals z.B. 32 mal durchgeführt. Aus den bei jeder Messung ermittelten Werten wird das arithmetische Mittel gebildet, das dann schliesslich die abgespeicherte Referenzgrösse Qr ergibt.

Dieses eingespannte Werkstück 6 kann dann nach Durchführung dieser Referenzmessung in der manuell einjustierten Axiallage des Abwälzfräsers 18 bearbeitet werden.

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Nach dem Einsetzen eines neuen Werkstückes 6 der gleichen Serie muss dann vor der Bearbeitung durch den Abwälzfräser 18 die exakte Ausrichtung der Fräserzähne 19 auf die Zahnlücken der Verzahnung 7 des neu eingespannten Werkstückes 6 erneut, diesmal allerdings automatisch, erfolgen. Zu diesem Zweck wird dann mit Hilfe der beiden Impulsfolgen I und III auf die gleiche Weise wie bei der Referenzmessung zunächst der Wert Tam nach der Regel ermittelt, der dann wiederum durch den Wert Tf also durch die Periodendauer der Impulsfolgen I bzw. II und III dividiert wird. Der daraus erhaltene absolute Wert Qp wird dann im Microprozessor 27 rechnerisch durch Differenzbildung mit dem bereits gespeicherten Referenzwert Qr verglichen. Der sich daraus ergebende Differenzwert Dq wird dann in der Weise zur Steuerung des Schrittschaltmotors 20 benutzt, dass er mit der axialen Fräserteilung tf, die ja bekannt ist und eine feste Grösse darstellt, welche zuvor in den Microprozessor durch die Eingabeeinheit 29 eingegeben worden ist, multipliziert wird. Man erhält die Steuer- bzw. Stellgrösse Sp. Diese wird durch den Microprozessor 27 in eine entsprechende Anzahl von Schrittschaltimpulsen umgewandelt, die entsprechend verstärkt aus der Leistungseinheit 30 dem Schrittschaltmotor 20 zugeführt und so zur entsprechenden Axialverstellung der Werkzeugspindel 11 mit dem Abwälzfräser 18 benutzt wird. Wenn die axiale Verstellung der Werkzeugspindel 11 mit dem Abwälzfräser 18 entsprechend der ermittelten Stellgrösse Sp erfolgt ist, ist die exakte Ausrichtung bewerkstelligt und bei der darauffolgenden Bearbeitungsphase gewährleistet, dass das nachbearbeitete Randprofil der Verzahnung 7 des betreffenden Werkstückes 6 grösstmögliche Präzision aufweist.

Es ist naheliegend, dass nicht nur bei der Referenzmessung, sondern auch bei der mit jedem neuen Werkstück 6 neu zu ermittelnden Phasendifferenz Tdm die Messung mehrmals wiederholt und z.B. ebenfalls 32mal durchgeführt wird, um Tdm als arithmetisches Mittel aus diesen Messungen zu erhalten.

Es besteht auch die Möglichkeit, sich evtl. ergebende Messwerte von T2, die ausserhalb einer vorgegebenen Toleranzgrenze liegen, aus der Verwertung zur Mittelwertbildung auszuschliessen. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, kann die zum Ausrichten erforderliche maximale Axialverschiebung der Werkzeugspindel 11 bzw. des Abwälzfräsers 18 eine halbe axiale Teilung tf betragen, wobei die Möglichkeit besteht, diese Axialverschiebung nach links oder nach rechts, d.h. in positiver oder negativer Richtung durchzuführen. Dabei besteht programmtechnisch die Möglichkeit, diese Entscheidung in der Weise zu manipulieren, dass nach einer bestimmten Anzahl von Axialverschiebungen in der einen Richtung eine bestimmte Anzahl Axialverschiebungen in der entgegengesetzten Richtung stattfindet. Zu diesem Zweck ist der Microprozessor 27 mit einer zusätzlichen Zähleinrichtung 21' versehen, die entsprechend programmiert werden kann.

Ausserdem besteht wie sich aus den Fig. 5 und 6 ergibt, die Möglichkeit, den Microprozessor 27 so zu programmieren, dass für die Ausrichtung die jeweils kürzesten Wegstrecken in der einen oder anderen Richtung gewählt werden. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausgangslage ist erkennbar, dass die Ausrichtstrecke di wesentlich kleiner ist als die Ausrichtstrecke di, d.h. dass eine Axialverstellung des Abwälzfräsers 18 in Richtung des Pfeiles 32 auf wesentlich kür669 354

zerem Wege erfolgen kann als in der entgegengesetzten Richtung. Demzufolge ist in der Schaltungsanordnung 28 eine Einrichtung vorgesehen, welche die festgestellte Phasendifferenz T2 mit dem halben Wert von tf, also quasi mit dem Wert der halben Zahnteilung der Verzahnung 7 bzw. der halben Axialteilung bzw. Steigung des schneckenförmigen Fräsers 18 vergleicht und, je nach dem ob sich aus diesem Vergleich ein positiver oder negativer Differenzwert ergibt, eine positive oder negative Stellgrösse Sp in Form positiver oder negativer Impulse für den Schrittsehaltmotor 20 erzeugt. Wenn man annimmt, dass im Falle der Fig. 5 die Verstellrichtung des Pfeiles 32 durch positive Impulse, d. h. durch eine positive Stellgrösse Sp bewerkstelligt wird, so wäre der kürzeste Stellweg im Falle der Fig. 6, wo die Ausrichtstrecke di wesentlich grösser ist als die Ausrichtstrecke d2 die kürzeste Ausrichtung in Richtung des Pfeiles 33 durch eine negative Stellgrösse Sp, d.h. mit negativen Impulsen zu erreichen.

Da der oder die Messvorgänge zur Ermittlung der zeitlichen Phasendifferenz zwischen den beiden miteinander zu vergleichenden Impulsfolgen I und III ohne weiteres während einer Bewegungsphase des Werkzeugspindelkopfes 9, bei der sich der Abwälzfräser 18 nicht in Eingriff befindet mit dem Werkstück 6, erfolgen kann, besteht der zusätzliche Vorteil eines unter Umständen erheblichen Zeitgewinnes. So ist beispielsweise die Möglichkeit gegeben, dass die Ermittlung der Stellgrösse Sp zum Ausrichten des Abwälzfräsers 18 auf die Verzahnung 7 eines neu eingespannten Werkstückes 6 in der Zeit erfolgen kann, in welcher der Werkzeugspindelkopf 9 aus der Endposition der Bearbeitung des vorhergegangenen Werkstückes 6 in die Ausgangsposition für die Bearbeitung des nächstfolgenden Werkstückes fährt.

In manchen Fällen, insbesondere dann, wenn sehr hohe Zähnezahlen der nachzubearbeitenden Verzahnung vorliegen, bzw. wenn mit hohen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet wird, kann es zweckmässig sein, für die Durchführung der Messungen zur Ermittlung der Stellgrösse Sp in der vorgeschriebenen Weise die Drehzahl auf eine bestimmte optimale Grösse zu verringern und sie erst nach Durchführung der Ausrichtung wieder auf die erforderüche Schnittgeschwindigkeit zu bringen.

Es ist auch ohne weiteres möglich, den VerStellantrieb in Gestalt des Schrittmotors 20 ausserhalb jeglicher Ausrichtfunktionen in bekannter Weise zum axialen Verschieben des Abwälzfräsers 18 zu verwenden, um neue, noch nicht stumpf gewordene Schneidzähne des Abfläzfräsers 18 in bezug auf die zu bearbeitenden Werkstücke bzw. in bezug auf die Werkstückspindelachse 12 in Arbeitsposition zu bringen. Es ist klar, dass nach einer solchen Axialverschiebung der Werkzeugspindel 11 mit dem Abwälzfräser 18 erneut eine Referenzmessung durchgeführt werden muss, der dann die üblichen vorstehend beschriebenen Phasendifferenzmessun-gen zur Ermittlung der Stellgrösse Sp folgen können. Mit der beschriebenen Vorrichtung ist es prinzipiell z.B. auch möglich, an einem vorverzahnten Werkstück eine zusätzliche Verzahnung gleicher oder unterschiedlicher Zähnezahl zu fräsen, deren Zähne zu den Zähnen der vorhandenen Verzahnung eine bestimmte Winkelstellung haben sollen, nach welcher der Fräser zu positionieren ist. Statt einer Verzahnung lässt sich auch eine aus einer oder mehreren in gleichen Winkelabständen verlaufenden Nuten bestehende Nutung eines Werkstückes als Bezug für die Fräserpositionierung benutzen und abtasten. Bei unterschiedlichen Zähnezahlen der zueinander in Bezug zu setzenden Verzahnung oder bei mehrgängigen Fräsern besteht auch die Möglichkeit, zur Erzielung einer einheitlichen Impulsfrequenz elektronische Frequenzuntersetzer oder dgl. einzusetzen.

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2 Blatt Zeichnungen

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669 354 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung an einer Werkzeugmaschine (1) zum selbsttätigen Positionieren eines Verzahnungs- oder Nutenbearbeitungswerkzeuges in Form eines schneckenförmigen Abwälzfräsers (18) oder einer Schleifschnecke in bezug auf eine bereits vorhandene Verzahnung (7) oder Nutung eines vorgefertigten Werkstückes (6), wobei das Verzahnungsoder Nutenbearbeitungswerkzeug auf einer Werkzeugspindel (11) angeordnet ist, die im wesentlichen quer oder schräg zu einer Werkstückspindel (3) verläuft und mittels eines Stellmotors (20) in Richtung ihrer Achse verstellbar ist und wobei am Umfang des Werkstückes (6) ein dessen Zähne abtastender Impulsgeber (24) und am Umfang der Werkzeugspindel ein zweiter Impulsgeber (22) angeordnet sind, aus deren frequenzgleichen Impulsfolgen (I, II, III) in einer elektronischen Schaltungsanordnung (28) in Abhängigkeit ihrer Phasenlagen zueinander ein elektrisches Steuersignal (Sp) als Stellgrösse zur Steuerung des Stellmotors (20) abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsgeber (22,24) elektronisch arbeiten und ortsfest angeordnet sind, dass der zweite Impulsgeber (22) eine auf der Werkzeugspindel (11) angeordnete oder mit dieser synchron umlaufende Impulsmarkierung (23) abtastet und dass mittels der elektronischen Schaltungsanordnung (28), die programmierbar ist, die zeitliche Phasendifferenz (Tdr, Tdm) der frequenzgleichen Impulsfolgen (I II, III) ermittelt und durch deren Vergleich mit einer vorbestimmten Referenzgrösse (Qr), die der exakten Positionierung des Verzahnungs- oder Nutenbearbeitungswerkzeuges (18) entspricht, das Stellsignal bestimmt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsgeber (22,24) aus Näherungsschaltern bestehen und dass die an der Werkzeugspindel (11) bzw. an dem damit synchron drehenden Teil angeordnete Impulsmarkierung (23) aus einem Radialeinschnitt besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der zwischen den beiden Impulsfolgen (I und II, bzw. I und III) bestehenden Phasendifferenz (Tdr bzw. Tdm) mehrere aufeinanderfolgende Messungen durchgeführt werden und dass der zum Vergleich mit der Referenzgrösse (Qr) benutzte Phasendifferenzwert (Qp) einen arithmetischen Mittelwert aus den genannten Werten darstellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dasszur arithmetischen Mittelwertbildung nur Messwerte verrechnet werden, die innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Phasendifferenz (Tdr, Tdm) zwischen den beiden Impulsfolgen (I u. II, bzw. I u. III) jeweils der Zeitabstand zwischen der Anfangsflanke eines Werkzeugspindel- oder Fräserimpulses (If) und der Mitte des unmittelbar darauf folgenden Zahnradimpulses (Iz bzw. Izp) des Werkstückes (6) benutzt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzgrösse (Qr) der Quotient aus der bei einer Referenzmessung ermittelten Phasendifferenz (Tdm) als Dividend und der Periodendauer (Tf) der vom ersten Impulsgeber (22) erzeugten Impulsfolge (If) als Divisor benutzt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Stellgrösse (Sp) für den VerStellantrieb (20) der Werkzeugspindel (11) aus der Differenz der Referenzgrösse (Qr) und der auf der für jedes Werkstück (6) auf die gleiche Weise ermittelte Istgrösse (Qp) einerseits und der Axialteilung (tf) des Abwälzfräsers (18) andererseits ermittelt und dem Versteilantrieb (20) in Form eines positiven oder negativen Spannungsimpulses von entsprechender Dauer oder in Form einer entsprechenden Anzahl positiver oder negativer Schrittschaltimpulse zugeführt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der jeweils kürzesten Ausrichtstrecke (di, d2) die jeweils gemessene Phasendifferenz (T2) von der als Messwert gespeicherten Periodendauer (Tf) subtrahiert wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Anzahl von jeweils in gleicher Richtung erfolgenden Ausrichtverschiebungen des Abwälzfräsers (18) eine voreinstellbare elektronische Zähleinrichtung (27') vorgesehen ist, die bei Erreichen einer voreingestellten Zahl eine Umschaltung der nachfolgenden Ausrichtverschiebungen in die entgegengesetzte Richtung bewirkt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare, elektronische Schaltungsanordnung ein Prozessrechner (27) ist.