CN1102880A - 检测一个齿轮总分度误差的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一个在加工机器，特别在齿轮珩磨机中检测齿轮 总分度误差的方法，在珩磨加工前，必须检测出工件 的总分度误差，作为扰动量接入工件轴和刀具轴的转 动连接中。在珩磨加工前进行一个机器内部的测量 过程，同时，刀具侧和工件侧的脉冲发送器在待加工 的齿轮的一个回转范围内发送脉冲到机器控制装置 上，脉冲检测出存在的总分度误差，可作为扰动量接 入及辨别废品和加工的周期终端。

Description

本发明涉及一个用于在一个加工机器，特别在一个齿轮珩磨机上检测一个齿轮总分度误差的方法，其中，该待加工的围绕其转轴旋转的齿轮与一个围绕自己转轴旋转的珩磨刀具处于啮合连接，依此，在待加工齿轮的齿面上发生切削加工，同时，齿轮的转轴与第一脉冲发送器和第一驱动元件相连接，珩磨刀具的转轴与第二脉冲发送器和第二驱动元件相连接，而且，脉冲发送器与机器控制装置相连接，它具有一个内部计算单元，第一和第二贮存装置和一个数据输出装置。此外，本发明还涉及一个实施这个方法的装置。

对于齿轮的硬性加工，可以应用不同的制造方法。经常，将滚铣的和硬化的齿轮通过一个磨削加工过程制成精确的型面轮廓（渐开线）。有时，在磨削加工过程之后实施一个齿轮珩磨过程，以便将磨削加工之后还遗留的齿轮误差减至最小。对于一个齿轮的稳定运行来说，总分度误差是特别关键的，因而也是应该注意的。

在齿轮珩磨过程中，要加工的齿轮绕其转轴转动。同时它与一个珩磨刀具相啮合，该刀具在待加工的齿轮为外齿轮情况下，具有一个内齿环的形状，该珩磨刀具同样围绕其转轴旋转。该珩磨刀具的内齿结构，在考虑刀具和工件之间的转动时，完全与待加工齿轮型廓的反向型廓相一致。为了实现从硬性待加工的齿轮上将材料切削掉，该珩磨刀具置有研磨颗粒。这种加工过程，例如在工件被驱动情况下，刀具是用一个基本的牵拉力矩同步运行的。通过改变转动方向，两个齿面（推和拉）就得到加工。

对待加工齿轮的质量高要求就导致必需功效高的硬性加工方法。关于齿轮的珩磨加工已被视为解决方案，其中，刀具和工件的两个转轴不再是相互无关运行的，而只是通过对不驱动构件的牵拉力矩相互连接，同时，这两个转轴通过一个限定的连接装置进行连接。这个连接，最好借助NC-技术实施电气方式（“电动轴”）。

这个措施的目标是，不仅通过珩磨过程去“检测出”齿轮误差，并用无误差的珩磨刀具以滚压方式减至最小，而且明确地通过转轴的强制连接加以消除。

无数试验表明，用公知的珩磨方法事实上可以使基本的齿轮误差达到很小，特别是转动偏差，齿形误差和齿轮的单个分度误差。

但是也表明，特别是齿轮的总分度误差也在使用一个“电动轴”情况下于珩磨过程之后几乎是无改变大小地存在着并原则上处于允许公差之外。

因此，每种高精度的硬性加工都是以精确的获知总分度误差为先决条件的，这样，总分度误差就可能成为认真对待的目标。为此，特别提出，将已确定的总分度误差“置以相反的符号”作为扰动作用量输入刀具和工件转轴的连接装置中（见DE4317306）。

因为，在变速箱结构中，通常必须制造很大批量的齿轮，因此就要求不用很大（时间）耗费就能够在齿轮珩磨机中有效地确定存在的总分度误差。

为此，本发明任务在于设置一个用于在加工机中，特别在齿轮珩磨机中检测一个齿轮总分度误差的方法，它可在短时间内提供结果，以便既用于进一步加工（“扰动量输入”），又用于工件（质量）的判断。

本发明解决这一任务的特片措施是，总分度误差通过下面由机器控制装置控制的工作步骤来确定：

a）珩磨刀具（3）借助第二驱动元件（8）是如此转动的，即齿轮（1）至少进行一个完整的回转（360°），同时，该齿轮（1）是无负载的，但是与珩磨刀具（3）处于结构啮合接触地同步运行;

b）一旦珩磨刀具（3）发生一个规定的转动行程，其与齿轮（1）完整回转（360°）中予先确定的分数部分相一致，则机器控制装置（9）的第一内部计算单元（11）每有一个信号输送到第二内部计算单元（12）去;

c）在第二内部计算单元（12）中对从第一脉冲发送器（5）在按照工作步骤b）中依顺序第二个信号期间发出的脉冲进行计数和贮存在机器控制装置（9）的第一贮存装置（13）中并一直计数到该齿轮（1）至少进行一个完整的回转为止;

d）通过机器控制装置（9）的内部计算单元和考虑齿轮（1），珩磨刀具（3）和驱动链间几何关系情况下评价在第一贮存装置（13）中存在的数值以计算出齿轮（1）存在的总分度误差。

通过本发明特征方案可以实现，用可供使用的控制系统和借助加工机NC轴的脉冲发送器就可以很快地检测出齿轮（1）存在的总分度误差。当然，首先应该运用关于这个误差，这个数值的知识（作为齿轮角坐标的性能函数）成为珩磨加工的基础。正如上面已描述的，该误差是作为“电动轴”的扰动量输入的。

按照本发明另一特征方案，这在机器控制装置（9）的第一贮存装置（13）中置存的数值，必要时在一个数字模拟量转换以后，作为扰动量输入用珩磨刀具（3）对齿轮（1）的加工过程中，同时，齿轮（1）的转轴（2）和珩磨刀具（3）的转轴（4）是电动连接的。

因为在驱动装置和机器元件中总是存在着单个元件基本的弹性，也就是说，只是单个元件有限的刚性，所以可能有意义的是，这些被输入到齿轮（1）和珩磨刀具（3）的转轴连接装置中的扰动量应该乘以放大因数，以实现一个更有效亦即较短的加工过程。

因为，有时一些予加工很坏的或淬火强烈扭曲的齿轮会到达硬性精加工机器上，从而导致珩磨刀具（3）过度消耗费用，然而本发明就可以有利方式如此设置技术方案即，机器控制装置（9）在检测总分度误差之后，当总分度误差超过一个规定最大值时就不导入用珩磨刀具（3）加工齿轮（1）的程序。由此刀具（3）可以明显得到保护。

为了在齿轮珩磨期间观察工作步骤和在给定的时间结束加工程序特规定，在用珩磨刀具（3）加工齿轮（1）期间，对总分度误差的检测工作是以可预定的时间间隔或以连续方式重复进行，同时，按照上面的工作步骤c）的贮存工作是在机器控制装置（9）的第二贮存装置（16）中完成的。

然后，检测的总分度误差数值可以在其检测的同时表示在机器控制装置（a）的数据输出装置上。此外，可以规定，该机器控制装置（8），一旦该检测的总分度误差数值低于一个规定的最小值时就结束用珩磨刀具（3）加工齿轮（1）的工作。

所有上面的实施方案，当然也适用于在实施上面的工作步骤a）时，齿轮（1）是借助第一驱动元件（7）转动的，而珩磨刀具（3）是无载的，但是与齿轮（1）处于结构啮合接触地同步运行的情况。

在附图中描述了一个实施例，借助它，应能阐明本发明方法。

图1是在加工过程中啮合的工件和刀具;

图2是用于检测总分度误差的装置结构简图和

图3是在转角范围内两个脉冲发送器详细信号的变化规律。

在图1中可以看出待加工的齿轮1。它具有一个转轴2，该齿轮1在研磨加工过程中，围绕轴2转动（转动方向A）。该齿轮1与研磨刀具3相啮合，刀具2可围绕其转轴4转动（转动方向B）。此处描述的是加工一个端面齿轮的最简单的情况，其具有与转轴2平行延伸的齿结构（直线齿轮）。但是，本发明实施方案完全适用于斜齿结构和适用于要加工的内齿轮。当然，此时的刀具具有一个外齿结构的端齿轮形状（这样，图1中，号码1就是刀具了，号码3就是工件了）。

该研磨刀具（珩轮3）具有与工件1反向的轮廓。在刀具3和工件1滚压时，刀具3就在工件上加工出希望的轮廓结构。材料切削（研削）是如此产生的，即在工件和刀具之间的接触表面上是在刀具一侧设有研磨材料的。可以使用一个这样的刀具，它完全由可修整的磨削材料构成并在其中例如借助一个带金钻石的标准齿轮加工出希望的轮廓形状。而且，该刀具还可以由一个金属基体构成，该基体已被精确地加工成一个等量较小的形状，然后再设置一个由超硬材料组成的单层结构（例如CBN），依此就获得一个精确要求的工具形状。

在图1中未描绘的脉冲发送器5，它与齿轮1的转轴2相连接，也未描绘的第一驱动元件6，它驱动齿轮1;同样未描述的还有脉冲发送器7，它与珩磨刀具3的转轴4相连接;以及第二驱动元件8，它驱动珩磨刀具3。

轴2和4的旋转运动（转动方向A和B）是电动连接的（“电动轴”）;也就是说，对于工件轴的每个转角位置，刀具轴也具有一个对应的转角位置，即该刀具轴是按照调节技术精确地对应设置和定位的。

在图2中简图描绘了用于检测总分度误差的装置结构。齿轮1和珩磨刀具3也处于啮合状态。齿轮1被第一驱动元件6驱动，珩磨刀具3被第二驱动元件8驱动。齿轮1与第一脉冲发送器5相连接，珩磨刀具3与第二脉冲发送器7相连接。

其中，机器控制装置9包括一个用于值Pm（s，u）的数值贮存器，一个第一和一个第二内部计算单元11和12，一个第一和一个第二贮存器装置13和16，一个D/A转换器14以及比较器15和17。

本发明构思是基于，珩磨刀具3在相当大地程度上说是无误差的。同时，该要加工的齿轮1具有基本的总分度误差。这个假设是与实际相符合的，因为用于齿轮一硬化精加工的刀具总是已被加工成很高的质量，因此，其（总是存在的）误差与相应的工件相比是可忽略的。

检测齿轮1总分度误差的目标是采取如下措施的：

该珩磨刀具3借助第二驱动元件8置于转动。齿轮1是无载地转动，但是，与刀具3处于结构吻合的接触。在机器控制装置9的一个数值贮存器10中，预定数值Pm，它确定测量点的数目。这些测量点在圆周上均匀分布，并应该在齿轮1上进行考核。一个第一内部计算单元11，在得到测量点的数目和预定的来自第二脉冲发送器7的脉冲，之后，通过考虑齿轮1和珩磨刀具3的齿数比和必要时考虑驱动元件存在的传动比来计算脉冲数目，它必须是由第二脉冲发送器7发出的，直至齿轮1转过第一分度角（2Pi/Pm）。然后，它将一个信号送到一个第二内部计算单元12去（“接收一个测量点的时刻”）。

该第二内部计算单元12就对从第一脉冲发送器5到达的脉冲计数，直到它从第一计算单元11收到一个信号。然后，这个数值被贮存在机器控制装置9的第一贮存装置13中并被存在该贮存装置13的第一位置上。这个过程一直重复，直到齿轮1（至少）转过一个完整的回转（360°）;而后，该第一贮存装置13就被存入与测量点Pm数目相一致的数值，在本简图示实例中亦即存入8个数值。在实践中，必要时选择数百个点，以便获得一个足够高的精度。

在图3中，简图方式描绘了从两个脉冲发送器5和7到达的信号在齿轮1的转角（Phi1）范围内的变化情况。此外作为简单的实施例，又是以图2相一致的8个数值为基础的。在齿轮回转的第一个“八分之一”期间，（从精确的，“理想的”的珩磨刀具算起），该第二脉冲发送器7在本实施例中计数100个脉冲（直至转角Pi/4）。然后，第一内部计算单元11的信号就送达第二单元12上（Piek nach Pi/4）。直到这一时刻，从第一脉冲发送器5输入102脉冲（见图3），这样，就产生一个总分度误差;这一点只有当从第一脉冲发送器同样输入100脉冲时才不会是这种情况。

通过继续“测量”齿轮1的整个圆周上的情况，才使第一贮存装置13的内容完全，直至它如图2描绘的形式。接着，珩磨加工就可以用扰动作用补偿方式如下进行：这由贮存器13来的与齿轮1的相应转角位置一致的数值（置以相反的符号），在刀具轴和工件轴的转动运动相连接的情况下，也被接入。为此，来自贮存装置13的数值首先在一个D/A-转换器14中从数字形式往模拟方式转换。为了提高加工过程的效率，将由D/A-转换器送到NC控制装置去的数据乘以放大因数Vw，例如它可以是1.2。

在所有的数值接收到贮存装置13中以后，按照要求就可以将已有的数值首先在真正的加工之前进行检查，该已有的总分度误差是否大到加工是不值得的（废品）程度。为此设置一个比较器15，它只有当所有在贮存器13中保存的数值不超过一个规定的最大误差（Fmax）时才启动齿轮1的加工过程。

为了在珩磨期间检查加工步骤和最终结束加工过程，设置一个第二贮存装置16，其中，上面描述的对总分度误差的测量在珩磨过程期间以确定的时间间隔或连续方式相互重复进行。一个比较器17将刚刚检测的数值与一个规定的用于总分度误差的最小值（Fmin）相比较并一旦低于这个值时发出结束珩磨加工的指令。

最后应该说明，在贮存装置（13，16）中存置的脉冲数值当然还不是总分度误差。这个总误差，只有当刀具，工件和装置的整个几何关系加以考虑和检测的脉冲数值通过一个相应的算法系统加以处理时才可获得。但是，上面描述的操作还可以不用换算成“真实的”总分度误差就能进行，因为，脉冲序列是与总分度误差成正比的。用于规定的最小数值和最大数值（Fmin和Fmax）的数据是当然应该换算成相应的“脉冲单位”的。本发明当然还包括这种情况，即被处理的不是明显计算的总分度误差，而是仅仅处理所测脉冲的贮存数。

另外还应提及的是，整个的开关技术方面的实施方案实际上还必须补充有一般的关于脉冲序列启动的同步装置（必须规定一个参考脉冲）。但是，这种技术是公知的，本发明只是借用而已。

零件编号

1  齿轮

2  齿轮转轴

3  珩磨刀具

4  刀具转轴

5  第一脉冲发送器

6  第一驱动元件

7  第二脉冲发送器

8  第二驱动元件

9  机器控制装置

10  用于Pm的机器控制数值贮存器

11  第一内部计算单元

12  第二内部计算单元

13  第一贮存装置

14  D/A转换器

15  比较器

16  第二贮存装置

17  比较器

A  齿轮转动方向

B  珩磨刀具转动方向

Pm  在齿轮圆周上测量点数目

Vw  放大因数

Fmin  总分度误差最小值

Fmax  总分度误差最大值

I₅第一脉冲发送器的脉冲

I₇第二脉冲发送器的脉冲

Claims (9)

1、用于在加工机中，特别在一个齿轮珩磨机中检测一个齿轮(1)总分度误差的方法，其中，该围绕其转轴(2)旋转的待加工齿轮(1)和一个围绕其转轴(4)旋转的珩磨刀具(3)处于啮合连接，因此，在待加工齿轮(1)的齿面上形成切削加工，同时，齿轮(1)的转轴(2)与一个第一脉冲发送器(5)和一个第一驱动元件(6)相连接，珩磨刀具(3)的转轴(4)与一个第二脉冲发送器(7)和一个第二驱动元件(8)相连接；而且，脉冲发送器(5，7)与机器控制装置(9)相连接，该装置(9)具有一个内部计算单元，第一和第二贮存装置和一个数据输出装置，其特征在于：

该总分度误差是通过下面的由机器控制装置控制的工作步骤确定的：

a)珩磨刀具(3)借助第二驱动元件(8)是如此转动的，即，齿轮(1)至少进行一个完整的回转；同时，该齿轮(1)是无负载的，但是与珩磨刀具(3)处于结构啮合接触地同步运转的；

b)一旦珩磨刀具(3)发生一个规定的转动行程，其与齿轮(1)完整回转(一周)中予先确定的分数部分相一致，则机器控制装置(9)的第一内部计算单元(11)每有一个信号输送到第二内部计算单元(12)去；

c)在第二内部计算单元(12)中对从第一脉冲发送器(5)在按照工作步骤b)中仍顺序第二个信号期间发出的脉冲进行计数和贮存在机器控制装置(9)的第一贮存装置(13)中并一直计数到该齿轮(1)至少进行一个完整的回转为止；

d)通过机器控制装置(9)的内部计算单元和考虑齿轮(1)，珩磨刀具(3)和驱动链间几何关系情况下评价在第一贮存装置(13)中存在的数值以计算出齿轮(1)上存在的总分度误差。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

在机器控制装置（9）的第一贮存装置（13）中存置的数值，必要时在一个数字模拟转换之后，作为在用珩磨刀具（3）加工齿轮（1）时的扰动量输入（加工控制程序中），同时齿轮（1）的转轴（2）和珩磨刀具（3）的转轴（4）是电动连接的。

3、按照权利要求2所述的方法，其特征在于：

该扰动量是通过一个放大因数，最好大于1，接入的。

4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：机器控制装置（9）在检测总分度误差之后，当总分度误差超过一个规定的最大数值时，就不导入用珩磨刀具（3）对齿轮（1）的加工过程。

5、按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于：

在用珩磨刀具（3）加工齿轮（1）的过程期间，对总分度误差的检测，是以可预先规定的时间间隔或连续方式重复进行的，同时，按照权利要求1工作步骤（c）的贮存工作是在机器控制装置（9）的第二贮存装置（16）中完成的。

6、按照权利要求5所述的方法，其特征在于：

该检测的总分度误差数值，在其检测同时表示在机器控制装置（9）的数据输出装置上。

7、按照权利要求5或6所述的方法，其特征在于：机器控制装置（9），一旦所检测的总分度误差数值低于一个预定的最小值时就结束用珩磨刀具（3）对齿轮（1）的加工过程。

8、按照权利要求1至7至少之一所述的方法，其特征在于：

为了实施权利要求1）的工作步骤a），该齿轮（1）借助第一驱动元件（7）进行转动，同时，该珩磨刀具（3）无载地任与齿轮（1）结构吻合接触地同步运转。

9、实施权利要求1至8至少之一方法的装置。

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