CH682853A5

CH682853A5 - Automatic positioning of gear-wheel tooth gap for numerically controlled gear edge machine - involves using two-edge ball sensor system for recording radial and tangential deflections

Info

Publication number: CH682853A5
Application number: CH4060/90A
Authority: CH
Inventors: Heinz Ruffner
Original assignee: Oerlikon Buehrle Ag
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1993-11-30

Abstract

A control computer positions a gear-wheel tooth gap (3) using sensor signals from an integrated sensing system (7) in a tool support with a sensor insert (8). The insert has a measurement ball (6) for two-edge sensing. Sensing system sensors (10,11) record radial and tangential deflections from null positions. A radial deflection indicates either that the ball is on a tooth crown (apex) or that it is in contact with both sides of a gap, resulting in insert retraction and rotation of a clamping table. A tangential deflection causes rotation of the clamping table to achieve the null position. ADVANTAGE - The method enables the number of clamping table movements, and hence the measurement times, to be reduced.

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum automatischen Positionieren einer Zahnlücke eines Zahnrades bei einer NC-gesteuerten Zahnflanken-bearbeitungsmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. The invention relates to a method for automatically positioning a tooth gap of a gear wheel in an NC-controlled tooth flank processing machine according to the preamble of the patent claim.

Das Positionieren einer Zahnlücke eines Zahnrades bei einer Zahnflankenbearbeitungsmaschine wird auch als Einmitten bezeichnet. In der Vergangenheit wurde das Einmitten von Hand durchgeführt, war jedoch sehr zeitaufwendig und verlangte vom Bedienpersonal Sachkenntnis und Erfahrung, da unbeabsichtigte Kollisionen zwischen Schleifkörper und Zahnflanken vermieden werden müssen. The positioning of a tooth gap of a gearwheel in a tooth flank processing machine is also referred to as centering. In the past, centering was carried out by hand, but it was very time-consuming and required know-how and experience from the operating personnel, since unintentional collisions between the grinding wheel and tooth flanks must be avoided.

Mit dem Aufkommen von lagegeregelten elektronischen Antrieben, NC-gesteuerten Maschinen und moderner Sensortechnik sowie dem wachsenden Bedarf nach kurzen Einrichtzeiten, wurde versucht, den Vorgang des Einmittens zu automatisieren. With the advent of position-controlled electronic drives, NC-controlled machines and modern sensor technology, as well as the growing need for short set-up times, an attempt was made to automate the procedure.

Eine derartige Lösung ist bekannt aus der US-A 4 755 950. Bei dieser Lösung handelt es sich um eine Verzahnungs-Formschleifmaschine mit automatischer Positionierung sowie Methode dazu. Eine Tastersonde, die für Einflankenantastungen konzipiert ist und die auf Berührung mit einer Zahnflanke anspricht, wird in die Zahnlücke eingeführt. Trifft die Sonde beim Versuch in die Zahnlücke eingeführt zu werden, auf einen Zahnkopf, so wird sie zurückgezogen und das Werkstück vor einem neuen Versuch um einen vorgegebenen Winkel verdreht. Nach erfolgter Einführung der Sonde wird computergesteuert nacheinander das Werkstück gerade so weit verdreht, bis die Sonde Berührung zuerst mit der einen und dann mit der anderen Zahnflanke meldet und die jeweiligen Kontaktpositionen werden registriert. Die Mittelstellung wird vom Computer berechnet, das Werkstück in diese Mittelstellung gedreht und die Sonde zurückgezogen. Damit ist der automatische Einmittvorgang beendet. Die Methode hat im Hinblick auf rasche Positionierung den Nachteil, dass sie nach erfolgter Einführung der Sonde mindestens drei Hin- und Herbewegungen erfordert bis die Einmittstellung erreicht ist. Such a solution is known from US-A 4 755 950. This solution is a gear grinding machine with automatic positioning and method for this. A probe, which is designed for single flank probing and which responds to contact with a tooth flank, is inserted into the tooth gap. If the probe hits a tooth head during the attempt to be inserted into the tooth gap, it is withdrawn and the workpiece is rotated through a predetermined angle before a new attempt. After the probe has been inserted, the workpiece is rotated one after the other by computer control until the probe reports contact with one tooth flank and then the other, and the respective contact positions are registered. The middle position is calculated by the computer, the workpiece is turned to this middle position and the probe is withdrawn. This concludes the automatic one-way process. With regard to rapid positioning, the method has the disadvantage that, after the probe has been inserted, it requires at least three reciprocating movements until the center is reached.

Eine weitere Lösung ist bekannt aus der DE-A 3 930 861. Bei dieser Lösung wird ein Einlücksensor für Zweiflankenmessungen verwendet, wobei die Einrichtung berührungslos arbeitet und in der Lage ist, ein Differenzsignal abzugeben, das proportional zum Unterschied der Abstände zu den beiden Zahnflanken ist. Dieses Differenzsignal wird von einer Steuereinheit verarbeitet, die den Aufspanntisch mit dem Werkstück solange dreht, bis die Differenz ausgeglichen ist. Another solution is known from DE-A 3 930 861. In this solution, an engagement sensor is used for two-flank measurements, the device working without contact and being able to emit a difference signal which is proportional to the difference in the distances from the two tooth flanks . This difference signal is processed by a control unit, which rotates the clamping table with the workpiece until the difference is compensated.

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, das den Einmittvorgang bei einer computergesteuerten Zahnflankenbearbeitungsmaschine auf einfache Art automatisiert und das die Zahl der durchzuführenden Bewegungen veringert. The invention, as characterized in the patent claim, solves the problem of creating a method that automates the process of a centering in a computer-controlled tooth flank processing machine in a simple manner and that reduces the number of movements to be carried out.

Eine vorzugsweise Ausführung der Erfindung verwendet als Sensor zur Detektion des Auftreffens der Messkugel auf einem Zahnkopf und zur Detektion der Berührung beider Zahnflanken einer Zahnlücke eine Andruckfeder und einen Endschalter. Da es sich hier grundsätzlich nur um ein Element handelt, das bei einer vorbestimmten Andruckkraft ansprechen soll, kann die gleiche Funktion ebenso mit einem anderen Kraftmesssensor bekannter Art erreicht werden. Kraftmesssensoren bekannter Art sind zum Beispiel Sensoren, die auf dem piezoelektrischen oder einem anderen physikalischen Effekt beruhen. A preferred embodiment of the invention uses a pressure spring and a limit switch as a sensor for detecting the impact of the measuring ball on a tooth head and for detecting the contact of both tooth flanks of a tooth gap. Since this is basically only an element that is to respond at a predetermined pressure force, the same function can also be achieved with another force measuring sensor of a known type. Force measuring sensors of a known type are, for example, sensors which are based on the piezoelectric or another physical effect.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Zahl der notwendigen Bewegungen des Aufspanntisches mit dem Werkstück verringert wird und dass dadurch die entstehenden Einrichtzeiten und die Messzeiten zum Beispiel bei Teilungsprüfungen und Rundlaufprüfungen weiter verkürzt werden. The advantage of the present invention is that the number of necessary movements of the clamping table with the workpiece is reduced and that the set-up times and the measuring times, for example in the case of division tests and concentricity tests, are further shortened.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform mit Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment with drawings. Show it

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine computergesteuerte Zahnflankenbearbeitungsmaschine mit einem am Werkzeugständer angeordneten, integrierten Tastsystem Fig. 1 shows a schematic representation of a computer-controlled tooth flank processing machine with an integrated touch probe arranged on the tool stand

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Steuerungsteiles Fig. 2 is a schematic representation of the control part

Fig. 3a, 3b und 3c drei verschiedene Phasen des erfindungsgemässen, automatischen Einmittvorganges Fig. 3a, 3b and 3c three different phases of the automatic Einmittvorganges according to the invention

Fig. 1 zeigt eine computergesteuerte Zahnflan-kenbearbeitungsmaschine mit einem integriertem Tastsystem 7 für automatisches Einmitten. Gezeigt sind ein Bett 25 mit einem Aufspanntisch 23 für ein Zahnrad 1 sowie ein Gegenhalter 24. Gezeigt sind ausserdem ein auf dem Bett 25 verschiebbar angeordneter Werkzeugständer 22 mit dem integrierten Tastsystem 7. Das Tastsystem 7 enthält einen Tastereinsatz 8 mit einer Messkugel 6 für Zweiflankenantastungen. Ein Teil der Antriebe ist mit einem Tischantriebsmotor 26 und mit Ständerantriebsmotoren 27 dargestellt. Nicht gezeigt sind Schleifwerkzeug und Antrieb desselben. Ebenfalls nicht gezeigt ist die Bearbeitungslage von Schleifwerkzeug und Zahnrad 1 nach erfolgtem Einmittvorgang. 1 shows a computer-controlled tooth flank processing machine with an integrated touch probe 7 for automatic centering. Shown are a bed 25 with a clamping table 23 for a gear wheel 1 and a counterholder 24. Also shown are a tool stand 22 which is displaceably arranged on the bed 25 with the integrated touch system 7. The touch system 7 contains a stylus 8 with a measuring ball 6 for double-flank probing. Some of the drives are shown with a table drive motor 26 and with stand drive motors 27. The grinding tool and drive of the same are not shown. Also not shown is the processing position of the grinding tool and gear 1 after the middle process.

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau des Steuerungsteils einer computergesteuerte Zahnflan-kenbearbeitungsmaschine. Gezeigt sind ein Steuercomputer 31 sowie der Tischantriebsmotor 26 mit einem Tischantriebsservo 28 und die Ständerantriebsmotoren 27 mit einem Ständerantriebsservo Fig. 2 shows the schematic structure of the control part of a computer-controlled tooth flank processing machine. A control computer 31 and the table drive motor 26 with a table drive servo 28 and the stator drive motors 27 with a stator drive servo are shown

29. Tischantriebsservo 28 und Ständerantriebsservo 29 enthalten die notwendigen Mittel, die zur Positionsrückmeldung an den Steuercomputer 31 notwendig sind. Gezeigt ist ausserdem wieder das Tastsystem 7 mit einer zugehörigen Tasterelektronik 29. Table drive servo 28 and stand drive servo 29 contain the necessary means which are necessary for position feedback to the control computer 31. The touch probe 7 with associated push button electronics is also shown again

30, die ebenfalls Verbindungen zum Steuercomputer 31 besitzt. 30, which also has connections to the control computer 31.

Fig. 3a, 3b und 3c zeigt anhand einer vorzugsweisen Ausführungsform drei verschiedene Phasen des erfindungsgemässen Einmittvorganges. 3a, 3b and 3c show, based on a preferred embodiment, three different phases of the inventive middle process.

In einer ersten Phase gemäss Fig. 3a des automatischen Positioniervorganges wird das Tastsystem 7 an das Zahnrad 1 herangeführt. Dies geschieht durch eine Bewegung des Werkzeugständers 22 in einer Weise, dass sich das Tastsystem 7 In a first phase according to FIG. 3a of the automatic positioning process, the touch probe 7 is brought up to the gear 1. This is done by moving the tool stand 22 in such a way that the touch probe 7

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radial zu einer Achse B des Aufspanntisches 23 und des Zahnrades 1 bewegt. Diese Bewegung erfolgt somit auf einer Achse A, die senkrecht zur Achse B steht. Das Tastsystem 7 enthält einen Tastereinsatz 8 mit einer Messkugel 6 für Zweiflankenantastung. Dies bedeutet lediglich, dass die Messkugel 6 so gross ist, dass sie beide Zahnflanken 4 einer Zahnlücke 3 gleichzeitig berühren kann. Der Tastereinsatz 8 ist beweglich mit einem Sensor moved radially to an axis B of the clamping table 23 and the gear 1. This movement thus takes place on an axis A which is perpendicular to the axis B. The touch probe 7 contains a stylus 8 with a measuring ball 6 for two-flank probing. This only means that the measuring ball 6 is so large that it can touch both tooth flanks 4 of a tooth gap 3 at the same time. The stylus 8 is movable with a sensor

10 bekannter Bauart für tangentiale Abweichungen verbunden, der sich in einem Tastergehäuse 9 befindet. Solange keine seitlichen Berührungskräfte einwirken, bleibt die tangentiale Abweichung der Messkugel 6 in bezug auf die Achse A gleich Null. Das Tastsystem 7 ist weiterhin mit einem Sensor 10 known design for tangential deviations connected, which is located in a button housing 9. As long as no lateral contact forces act, the tangential deviation of the measuring ball 6 with respect to the axis A remains zero. The touch probe 7 is still with a sensor

11 für radiale Abweichungen ausgestattet, der in einer bevorzugten Ausführungsform eine Andruckfeder 13 und einen Endschalter 14 enthält, beide von bekannter Bauart. Solange keine Berührungskräfte auf die Messkugel 6 einwirken, das heisst so lange die Messkugel 6 das Zahnrad 1 noch nicht berührt, bleibt auch die radiale Abweichung der Messkugel 6 in bezug auf das Tastergehäuse 9 gleich Null. Andruckfeder 13 und Endschalter 14 messen also indirekt via die radiale Abweichung lediglich die An-druckkraft der Messkugel 6 an das Zahnrad 1, wobei der Endschalter 14 bei einer vorgegebenen An-druckkraft, die auch einer vorgegebenen radialen Abweichung entspricht, anspricht. Fig. 3a zeigt nun den Fall bei dem die Messkugel 6 bei der Annäherung an das Zahnrad 1 nicht in eine Zahnlücke 3, sondern auf einen Zahnkopf 5 auftrifft. In diesem Fall wirkt eine Andruckkraft auf die Messkugel 6, die gross genug wird, um die Andruckfeder 13 zu betätigen und den Endschalter 14 zu aktivieren. Der Endschalter 14 befindet sich in einer aktivierten Stellung 18 und dadurch wird auch die Vorwärtsbewegung des Tastsystems 7 zum Zahnrad 1 unterbrochen. Der Steuerungscomputer 31 weiss aufgrund eines Abstandes C der Messkugel 6 von der Achse B, dass die Messkugel 6 sich noch nicht in der Zahnlücke 3 befindet, denn die Daten des Zahnrades stehen dem Steuerungscomputer zur Verfügung. Das Tastsystem 7 wird daraufhin zurückgezogen und das Zahnrad 1 um einen vorgegebenen Betrag gedreht, gerade so, dass beim nächsten Eintauchversuch die Messkugel 6 auf eine Zahnlücke 3 treffen muss. Diese Grobpositionierung wird vollautomatisch vom Steuercomputer 31 kontrolliert und durchgeführt. 11 equipped for radial deviations, which in a preferred embodiment contains a pressure spring 13 and a limit switch 14, both of a known type. As long as no contact forces act on the measuring ball 6, that is, as long as the measuring ball 6 does not yet touch the gear 1, the radial deviation of the measuring ball 6 with respect to the push button housing 9 also remains zero. Pressure spring 13 and limit switch 14 thus indirectly measure only the pressure force of the measuring ball 6 on the gear 1 via the radial deviation, the limit switch 14 responding at a predetermined pressure force, which also corresponds to a predetermined radial deviation. 3a now shows the case in which the measuring ball 6 does not strike a tooth space 3 when it approaches the gearwheel 1, but rather strikes a tooth head 5. In this case, a pressure force acts on the measuring ball 6, which becomes large enough to actuate the pressure spring 13 and to activate the limit switch 14. The limit switch 14 is in an activated position 18 and this also interrupts the forward movement of the touch probe 7 to the gear 1. Due to a distance C of the measuring ball 6 from the axis B, the control computer 31 knows that the measuring ball 6 is not yet in the tooth space 3, because the data of the gear wheel are available to the control computer. The touch probe 7 is then withdrawn and the gear 1 rotated by a predetermined amount, just so that the measuring ball 6 must meet a tooth gap 3 during the next immersion attempt. This rough positioning is controlled and carried out fully automatically by the control computer 31.

In einer zweiten Phase gemäss Fig. 3b trifft die Messkugel 6 beim Eintauchversuch auf eine Zahnlücke 3. Sobald der Sensor 10 eine Auslenkung n in tangentialer Tastrichtung registriert, wird diese dem Steuercomputer 31 übermittelt und dieser löst eine Korrekturbewegung des Aufspanntisches 23 aus, um die entstandene Abweichung sofort wieder auszugleichen d.h. zu Null zu machen. Während diesem Vorgang wird die Eintauchbewegung der Messkugel 6 fortgesetzt. Fig. 3b zeigt auch, dass der Endschalter 14 noch nicht angesprochen hat, er befindet sich in der nicht aktivierten Stellung 17, da der Sensor 11 für radiale Abweichungen noch keine genügende Andruckkraft registriert und demzufolge die Messkugel 6 noch nicht an beiden Zahnflanken In a second phase according to FIG. 3b, the measuring ball 6 encounters a tooth gap 3 during the immersion attempt. As soon as the sensor 10 registers a deflection n in the tangential scanning direction, this is transmitted to the control computer 31 and this triggers a correcting movement of the clamping table 23 by the resulting one Compensate the deviation again immediately to make zero. The immersion movement of the measuring ball 6 is continued during this process. 3b also shows that the limit switch 14 has not yet responded; it is in the non-activated position 17, since the sensor 11 for radial deviations does not yet register a sufficient contact force and, consequently, the measuring ball 6 does not yet have on both tooth flanks

4 der Zahnlücke 3 anliegt. 4 of the tooth gap 3 is present.

In einer dritten Phase gemäss Fig. 3c ist der Positioniervorgang beendet, die Einmittposition ist erreicht. Das Tastsystem 7 mit der Messkugel 6 ist so weit in die Zahnlücke 3 eingeschoben, dass die Messkugel 6 beide Zahnflanken 4 berührt. Der Endschalter 14 hat angesprochen, er befindet sich in der aktivierten Stellung 18, da der Sensor 11 für radiale Abweichungen eine genügende Andruckkraft registriert. Die Eintauchbewegung in die Zahnlücke 3 wird dadurch gestoppt. Der Steuerungscomputer 31 weiss aufgrund eines Abstandes D der Messkugel 6 von der Achse B, dass die Messkugel 6 sich am richtigen Ort in der Zahnlücke 3 befindet. Der Sensor 10 registriert keine tangentiale Abweichung p. von der Nullage und deshalb ist auch keine weitere Korrektur der Lage des Zahnrades 1 durch Verdrehen des Aufspanntisches 23 mehr notwendig. In a third phase according to FIG. 3c, the positioning process has ended, the mid-position has been reached. The touch probe 7 with the measuring ball 6 is inserted so far into the tooth space 3 that the measuring ball 6 touches both tooth flanks 4. The limit switch 14 has responded, it is in the activated position 18, since the sensor 11 registers a sufficient pressing force for radial deviations. The immersion movement in the tooth space 3 is thereby stopped. The control computer 31 knows, based on a distance D between the measuring ball 6 and the axis B, that the measuring ball 6 is located in the right place in the tooth space 3. The sensor 10 registers no tangential deviation p. from the zero position and therefore no further correction of the position of the gear 1 by turning the clamping table 23 is necessary.

Claims

1. A method for automatically positioning a tooth gap (3) of a gear wheel (1) on an NC-controlled tooth flank processing machine, with an integrated touch system (7) arranged on the tool stand (22) with a push button insert (8) and a rotatable clamping table (23) for the gearwheel (1), a control computer (31) using sensor signals from the touch probe (7) to automatically position the tooth gap (3) of the gearwheel (1), characterized in that

- the stylus (8) of the touch probe (7) is provided with a measuring ball (6) for two-flank probing,

- The touch system (7) is provided with sensors (10, 11) which register deviations from zero positions in the radial and tangential scanning direction with respect to the gear wheel (1),

- A deviation of the zero position of the measuring ball (6) in the radial scanning direction to the control computer (31) either signals that the measuring ball (6) stands up on a tooth head (5), which indicates a retraction movement of the stylus (8) and a predetermined rotation of the Clamping table (23), or that the measuring ball (6) touches both tooth flanks (4) of a tooth gap (3),

- A deviation of the zero position of the measuring ball (6) immersed in a tooth gap (3) in the tangential scanning direction causes the clamping table (23) to rotate to achieve the zero position, the tooth gap (3) of a gear wheel (1) being positioned, when the measuring ball (6) dips into the tooth gap (3) so far that the measuring ball (6) touches both tooth flanks (4) of the tooth gap (3) and the tangential deviation of the measuring ball is zero.

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