DD275632A1

DD275632A1 - Einrichtung zum automatischen positionieren einer zahnluecke eines zahnrades

Info

Publication number: DD275632A1
Application number: DD32013488A
Authority: DD
Inventors: Folker Borchardt; Harry Kreller; Josef Thiede; Hans-Joachim Ulrich
Original assignee: Werkzeugmasch Okt Veb
Priority date: 1988-09-26
Filing date: 1988-09-26
Publication date: 1990-01-31
Also published as: DE3930861A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Positionieren einer Zahnluecke eines Zahnrades zu einem Schleifkoerper zu automatisieren, um eine Kollision zwischen Schleifkoerper und Zahnrad beim Einrichten zu vermeiden. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass zwischen dem Zahnrad 2 und dem Doppelkegelschleifkoerper 5 ein Einluecksensor 6 angeordnet ist, der mit einer gegensinnigen Polaritaet ausgestattet ist. Die Achsen C, X, V und Y besitzen lagegeregelte Antriebe 3; 4; 13; 14 und werden von der Steuereinheit 15 entsprechend der Anstellung des Einluecksensors 6 zur Zahnluecke gesteuert. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist anwendbar zum automatischen Positionieren einer Zahnlücke zu einem Bearbeitungswerkzeug bzw. zu einem Meßmittel, vorzugsweise auf einer im Teilwilr/erfahren arbeitenden Zahnradschleifmaschine mit einem doppelkegelförmigen Schleifkörper.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Das manuelle Einlücken eines Schleifkörpers In die Zahnlücke eines Zahnrades ist personalintensiv und erfordert eine große Aufmerksamkeit, um eine Kollision zwischen Schleifkörper 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 Werkstückprogramm, bei dem die Fixiereinrichtung dem Durchmesser, dem Modul und der Zähnezahl angepaßt werden muß. Nach einer bekannten Ausführung (DD-WP 247796) erfolgt das Einlücken des Schleifkörpers durch die Kombination einer langsamen radialen Schleifkörperzustellung und einer tangentialen Werkstückzustellung durch Drehung desselben, bei gleichzeitiger Analyse der aufgenommenen Schleifkörperantriebsleistung. Nach entsprechender signifikanter Änderung der benötigten Schleifmotorantriebsleistung wird über einen definierten Bewegungsalgorithmus versucht, die Stellung des Schleifkörpers zum Werkstück durch die Analyse bezüglich Schleifleistungserhöhung/Schleitlelstungsvermlnderung zu detektieren. Ein SolMstwertvergleich der Radialposition des Werkzeuges zum Formkreis 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 Empfindlichkeit des Meßverfahrens, sowie die hohe Gefährdung von Werkzeug und Werkstück im Falle einer technischen Instabilität. Des weiteren sind hohe Reaktionsgeschwindigkeiten zur Steuerung der Maschine mit einer Reihe von Maßnahmen zur Kompensation der durch die Bewegungsänderungen entstehenden Massenkräfte notwendig.

In einer anderen bekannten Ausführung (DO-WP 153196'/ wird über Sensoren die Berührung des Schleifkörpers flankenbezogen

erkannt; hierbei erfolgt eine langsame, wiederholbare Wälzvorschubbewegung und eine kontinuierliche Zustellbewegung des

Schleifkörper*. Diese Lösung hat den Nachteil, daß wiederum eine hohe Gefährdung von Werkzeug und Werkstück vorhanden ist, wenn Fohlfunktionen Innerhalb des Funktionsablaufes auftreten. Außerdem Ist ein hoher Zeitaufwand für den Einrichtvorgang

notwendig.

Eine weitere bekannte Ausführung (DE-PS 36 ϋ 5365) 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 dengeometrischen und kinematischen Verhältnisten in einem Lernvorgang gespeichert wird. Bei den nachfolgenden Werkstückenwird die Phasenlage der am Sensor vorbei bewegten Zahnköpfe ermittelt und mit den im Lernvorgang gespeicherten Wertenverglichen. Nach automatischer Herstellung einer Bewegungskoinzidenz wird das Werkzeug eingespurt und die Bearbeitungbegonnen.

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

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

Darlegung des Wesens der Erfindung 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 Differenzverstärker vorgeschaltet ist, dessen

Differenzspannung an einem Gleichrichter, einem Speicher und einem Mittenregler anliegt. Am Ausgang des Gleichrichters sind

in paralleler Anordnung ein Berührungetrigger und ein Berührungetrigger und ain Entfernungstrigger nachgeordnet, wobei der

Berührungstrigger eingangsseitig und der Entfernungstrigger eingangs· und ausgangsseitig mit der Steuereinheit verbunden An dem Speicher liegt eingangsseitig ein Meßsystem und die Steuereinheit an. Am Ausgang das Speichers ist eine Auswerteeinheit angeordnet, die eingangs- und ausgangsseitig mit der Steuereinheit verbunden !st. Des weiteren sieht die Einrichtung vor, daß der Ausgang des Mittenreglers an einem mit dem Ausgang eines Sollwertgenerators verbundenen Addierer

anliegt und der Mittenregler einen Eingang der Steuereinheit aufweist. Der Addierer ist zwischen dem Sollwertgenerator unddem Regler angeordnet.

Die Steuereinheit ist eingangs· und ausgangsseitig mit den Sollwertgeneratoren verbunden, diesen sind Regler der Lagerrogelkreise der Achsen nachgeordnet. Der Einlücksensor besitzt an seinen Meßflächen zur Zahnlücke eine gegensinnige Polarität, die mit zwei Ausgängen auf einen Differenzverstärker gegeben wird. Ausfuhrungsbeisplel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles 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 Einschwenkeinheit für den Einlücksensor Fig. 3: Anordnung zur Steuerung der Achsen der Einrichtung

Auf dem Rundtisch eines Bettschlittens 1 einer Teilwälzschluifmaschine ist ein Zahnrad 2 aufgespannt und wird durch einen Antrieb 3 rotatorisch und durch Antrieb 4 translatorisch bewegt.

An einem radial zum Zahnrad 2 durch den Antrieb 13 zustellbaren Ständer 24 Ist ein Drehteil 10 angeordnet, das in seinen Führungen einen Gtößel 16 aufnimmt, der in Richtung der Flankenlinie des Zahnrades 2 eine Arbeitsbewegung ausführt. In einer unteren Position des Stößels 16 ist ein Schleifschlitten 7 mit einer Schleifspindel und dem Doppelkegelschleifkörper 5 angeordnet. Die Zustellung des Schleifschlittens 7 erfolgt 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 Zentnereinheit 11 erreicht, die vorzugsweise mit berührenden Elementen die Kegelmantelfläche des Doppelkegelschleifkörpers 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 β zum Zahnrad 2. Außerdem wird durch die Steuereinheit 15 das Zahnrad 2 Ober 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 β zum Zahnrad 2 erfolgt durch eine Einstellung der Hublage des Stößels 16.

Der mit einer gegensinnigen Polarität (tangential Meßeinheiten 8; 9) ausgestattete Einlücksensor 6 Ist an einem Differenzverstärker 17 angeschlossen. Dieser wiederum ist mit einem Gleichrichter 31, dem Speicher 35 und dem Mittenregler 30 verbunden.

Die Lageregelkreise für die Drehbewegung des Zahnrades 2, des Schleifschlittens 7, bzw. des Ständers 24 und des Bettschlittens 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 Soliwertgeneratoren 18; 19; 25; 20 vorgeschaltet, die eingangs- und ausgangsseitlg mit der Steuereinheit 15 verbunden sind. Der Sollwertgenerator 13 und der Mittenregler 30 werden durch den Addierer 37 verknüpft und auf den Regler 21 geschaltet. Am Gleichrichter 31 sind der Berührungstrigger 32: und der Entfernungstrigger 33 angeschlossen und weiter an die Steuereinheit 15 geführt, wobei der Trigger 33 auch einfjangsseitig 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 Mittenregler 30 und zum Speicher 35. Der Speicher 35 ist eingangsseitig mit dem Meßsystem ?7 verbunden.

Funktionsablauf

Die Einrichtung zum automatischen Positionieren setzt lagegeregelte Achsen für die Drohbewegung 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 Miltenregler 30 hat integrales Verhalten und beeinflußt, in Abhängigkeit der Differenzspannung Au, die Drehbewegung des Zahnrades 2 zum Einführen des Einlücksensore 6 in eine Zahnlücke. Die Differenzspannung Au wird gebildet in Abhängigkeit von den Abständen der tangentialen Meßeinheiten 8; 9 zu den Flanken des Zahnrades 2 und im Differenzverstärker 17 aufbereitet.

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

Im Speicher 35 wird dh Differenzspannung Au in Abhängigkeit von der Drehposition des Zahnrades 2 gespeichert und durch die Auswerteeinheit 34 >,i Werkstückparameier 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 Au und wird Ober Trigger 32 signalisiert. Da die Annäherung an eine linke bzw. rechte Flanke gegenläufig Polarität der Differenzspannung Au hervorruft, ist ein Gleichrichter 31 notwendig. Die gleichgerichtete Differenzspannung Au wird weiterhin auf einen programmierbaren Trigger 33 geführt, mit dem ein Annähern des Einlücksensors 6 auf eine vorgegebene radiale Distenz zum Zahnrad 2 signalisiert wird. Die Steuereinheit 15 hat die Aufgabe, den Steuerungsablauf für die einzelnen Betriebsarten zu realisieren bzw. zu verknüpfen. Mit der Einrichtung lassen sich 3 Betriebsarten realisieren:

Annähern dos Einlücksensors 6 an das Zahnrad 2 auf eine vorgegebene radiale Distanz zum Zahnkopf

Aufnahme des Verlaufes dor Differenzspannung Au des Einlücksensors 6 über den Weg der Drehbewegung des Zahnrades 2

Einführen des Elntücksensor« 6 Innerhalb des Kopfkreises des Zahnrades 2

Alle 3 Betriebsarten bedingen ein Ausrichten des Zahnrades 2 zumEinlücksensor 6 derart, daß die Zahnradmitte auf der verlängerten Mittellinie des Einlü:ksensors 6 liegt. Dies realisiert die Steuereinheit 15 über den Sollwertgenerator 20 durch Ausgabe einer festgelegten Position des Bettschlittens 1. Bei schrägverzahnten Rädern wird der Einlücksensor β mit dem Drehteil 10 entsprechend dem Schrägungswinkel des Zahnrades 2 geschwenkt.

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

Ausgangszustand:

- Mittenregler 30 abgeschaltet

- Ständer 24 bzw. Schleifschlitten 7 mit Einlücksensor 8 zurückgefahren (außerhalb des Wirkbereiches zum Zahnrad 2)

- Zahnrad 2 über Bettschlitten 1 zum Einlücksensor β ausgerichtet Ablauf:

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

Über den Sollwertgenerator 18 wird am Zahnrad 2 ein Dauerdrehen bzw. ein Pendeln über mindestens eine Teilung erzeugt. Anschließend erfolgt die radiale Zustellung des Ständers 24 biw. Schleifschlittens 7 zum Zahnrad 2 Ober den Sollwertgenerator 25 bzw. 19. Sobald der Einlücksensor 8 in den programmierten Entfernungsberekh eintaucht, wird dieses Ober den programmierbaren Trigger 33 der Steuereinheit 15 signalisiert und der Antrieb 14 bzw. der Antrieb 13 gestoppt.

In der Betriebsart 2 wird die Differenzspannung Au über den Weg der Drehbewegung des Zahnrades 2 aufgenommen und in der Auswerteeinheit 34 in Zahnradparameter wie Lückenmitte, Zähnezahl und Rundlauffehlor gewandelt.

Ausgangszustand:

- Ausführung BA1

* Mittenregler 30 abgeschaltet

Ableuf:

Die Steuerefnr eit 15 erzeugt Ober den Sollwertgenerator 18 ein Drehen des Zahnrades 2 über eine volle Drehung. Gleichzeitig

wird Im Speichtr 35 die alternierende Funktion Au = f (c) abgespeichert. Anschließend ermittelt die Auswerteeinheit 34

Lückenmitte, Zähnezahl und Rundlauffehler. Die Lückenmitte ergibt sich aus den Nulldurchgängen dor Differenzspannung Au

mit vorgegebenem Polaritätswechsel. Der Nulldurchgang mit entgegengesetztem Polaritäts-wechsel entspricht der

Zahnkopfmitte. Die Zähnezahl ergibt sich aus der Anzahl der Zyklen (Lückenmitte-Zahnkopf-Lückenmitte von benachbarter Lücke). Der Rundlauffehler läßt sich aus der Amplitudendifferenz der Zyklen der Differenzspannung Au ermitteln. In dieser Betriebsart läßt sich die Lückenmitte innerhalb des Kopfkreises ermitteln. Diese kann von der BA 2 ermittelten

abweichen, aufgrund der unterschiedlichen Geometrie von linker und rechter Flanke.

Ausgangszustand:

- Aufnahme des Bezugs zwischen Schleifschlitten 7, bzw. Ständer ?4 und Zahnrad 2 durch BA 1

- Ermitteln einer Lückenmitte durch BA 2 Ablauf:

Positionieren des Einlücksensors 6 im Wirkbereich außerhalb des Kopfkreises des Zahnrade« 2 über den Sollwertgenerator 19

bzw. 25. Stellen des Zahnrades 2 auf eine nach BA 2 berechnete Lücke des Zahnrades 2 über den Sollwertgenerator 18.

Anschließendes Einschalten des Mittenreglers 30. Der Mittenregler 30 hat integrales Verhalten. Die durch den Mittenregler 30 integrierte Differonzspannung Au wird additiv mit

dem Wert des Sollwertgenerators 18 durch den Addierer 37 verknüpft und auf den Regler 21 des Zahnrades 2 geschaltet. Damitkorrigiert der Mittenregler 30 den Sollwert c, für die Drehbewegung des Zahnrades 2, und damit die Drehbewegung des

Zahnrades 2, solange, bis die Differenzspannung Au gleich Null Ist. Damit ist im Mitte! die Entfernung der linken Flanke 8 des Einlücksensors 6 zur linken Flanke der Zahnlücke gleich der Entfernung der rechten Flanke 9 dos Einlücksensors β zur rechten Flanke 9 des Einlücksensors β zur rechten Flanke der Lücke. Nun kann der Einlücksensor 6 mittels Ständer 24 bzw. Schleifschlitten 7 bis maximal zum Fußkreis in die Lücke eingefahren

werden. Der Mittenregler 30 sorgt dabei ständig für die Zentrierung des Einlücksensors 6 durch Drehung des Zahnrades 2. Nach

Abschluß der radialen Zustellung kann die Zahnradposition 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 Au, die über den Berührungstrigger 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 Zahnrädern von Vortoll, da bei größer werdenden Zahnraddurchmessern der Sichtkontakt vom Bediener zur Zahnlücke abnimmt. Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, daß mit der Einrichtung die Zähnezahl und der Rundlauf des Zahnrades nach dem Aufspannen auf dem Rundtisch überprüft werden können.

Claims

1. Einrichtung zum automatischen Positionieren einer Zahnlücke eines Zahnrades zu einem Bearbeitungswerkzeug einer Zahnradbearbeitungsmaschine, vorzugsweise einer im Teilwälzverfahren arbeitenden Zahnradschleifmaschine mit einem doppelkegelförmigen Schleifkörper, wobei das Zahnrad auf einem mit einem Rundtisch versehenen Schlitten aufgespannt ist und die rotatorische und translatorische Bewegung des Zahnrades sowie die radiale Zustellbewegung des Bearbeitungswerkzeuges zum Zahnrad lagegerechte elektronische Antriebe aufweisen, gekennzeichnet dadurch,

- daß ein zum Doppelkegelschleifkörper (5) zentrierter und zum Zahnrad (2) gerichteter Einlücksensor (6) mit zwei Ausgangsspannungen (Ulf; U_rf) einem Differenzverstärker (17) vorgeschaltet ist, dessen Differenzspannung (AU) _an einem Gleichrichter (31), einem Speicher (35) und einem Mittenregler (30) anliegt,

- daß am Ausgang des Gleichrichters (31) in paralleler Anordnung ein Trigger (32) und ein Trigger (33) nachgeordnet 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, gekennzeichnet dadurch, daß der Addierer (37) zwischen dem Sollwertgenerator (18) und dem Regler (21) angeordnet ist.

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

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