DD277627A1 - Verfahren und anordnung zur steuerung des einmittvorganges beim waelzfraesen - Google Patents

Abstract

Verfahren und Anordnung zur Steuerung des Einmittvorganges beim Waelzfraesen auf der Basis der Koerperschallanalyse als in-prozess-Messung. Die Schaltungsanordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens besteht aus Schwingungsaufnehmer, Impedanzwandler, Bandpaessen, Gleichrichter, Komparatoren, Inverter, Addierern und dem Logikblock. Im Bewertungsmodul werden aus den Komparator-Ausgangssignalen die Werkzeugposition in bezug auf die Zahnluecke bestimmt, ein entsprechendes Signal gebildet und ausgegeben. Es wird nur eine Messgroesse ausgewertet. Der Einmittvorgang ist bei variablen Produktionsbedingungen moeglich. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Gewährleistung eines automatischen Einmittvorganges beim Wälzfräsen durch Erfassung und Auswertung emittierter Körperschallsignale als In-prozess-Messung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind unterschiedliche Einmittverfahren bekannt, die jeweils das Positionieren von Fräser und Werkstück so zueinander vornehmen, daß bei der Bearbeitung von beiden Werkstückflanken im Idealfall jeweils gleichviel Material abgetragen wird. Ais Relativbewec, jngen kommen in 3etracht:

- die Verschiebung des Fräsers in Richtung seiner Achse relativ zum Werkstück

- die Verdrehung des Werkstückes relativ zum Fräser

- die Verschiebung des Axialschlittens

(bei Schrägverzahnung ohne Zusatzdrehung des Werkstückes; bei Gradverzahnung mit Zusatzdrehung bzw. mit Verschiebung des Fräsers in Richtung seiner Achse relativ zum Werkstück)

Je nach Auslegung der Maschine und Steuerung sind diese Bewegungen zum Einmitten zu realisieren.

In der Praxis dominiert die manuelle Steuerung des Einmittvorganges. Das Werkzeug wird vorsichtig soweit in die vorgezahnte Lücke gefahren, bis es von einer Flanke Material abträgt. Anschließend wird eine Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück, z. B. das Verschieben des Fräsers in Richtung seiner Achse, eingeleitet. Die Verschiebung erfolgt auf die Gegenflanke zu und ist beendet, wenn das Werkzeug auf der zweiten Flanke beginnt, Material abzutragen. Nach dem Verfahren des Tangentialschlittens um die Hälfte des Verschiebebetrages entgegen der ursprünglichen Verschieberichtung ist die Einmittposition erreicht.

Ein derartiges Einmitten ist umständlich und zeitaufwendig, weiterhin von subjektiven Faktoren des Bedieners bestimmt. So wird optisch die Oberfläche der Flanker, kontrolliert und aus hörbaren Veränderungen des Maschinengeräusches auf den Anschnitt geschlossen. Mindestens ein Bediener führt den Einmittvorgang durch. Bekannt ist eine Einmitteinrichtung für die Serienfertigung auf Voll-NC-Maschinen. Die Einrichtung besteht aus einem Meßschlitten mit drehbar gelagertem Meßrad, einem Winkelmoßsystem sowie einer Elektronikeinheit zur Verarbeitung der Moßsignale.

Bei dieser Vorrichtung wird das erste Werkstück des Loses manuell eingemittet und anschließend veizahnt. Die mechanische Einrichtung wird nach dem ors'.en Zahnrad justiert, alle Folyezahnrädor werden automatisch abgetastet und nach dem Lehrrad positioniert und bearbeitet.

Woitorhin ist oino Vorrichtung jum Einspuron (DD 226728) bekannt, dio eine Zahnlücke in Meßstellung gegonüber einem Moßfühlor positioniert. Ein auf oinom Hobol befindlicher Einspurzahn bewirkt eine Verdrehung des Werkstückes. Ein Meßfühler ist zwischen Drohpunkt dos Hobols und dom Einspurzahn angoordnet, wobei dor Abstand von dor Wirkungsflanko dos Einspurzahnos zu oinor Moßflanko dos Moßfühlors durch dio Stirntoilung dor Workstückverzahnung gsnzzahlig sein muß. Nnchtoilo diosor Lösung bostohon darin, daß dio Abtastung mochanisch durchgeführt wird und das Meßrad verschleißt, die Einrichtungen nur für oino Sorionfortigung oinsotzbar sind und woitorhin dioso Einrichtungen den Arbeitsraum der Maschine einschränken. Fur großo Modulo sind sio unzweckmäßig.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine automatische elektronische Überwachung des Einmittvorganges beim Wälzfräsen, die eine In-prozess-Messung realisiert, einfach und unkompliziert im Aufbau ist, den Vorbereitungs- und Einstellaufwand erheblich reduziert, die Standzeit des Werkzeuges verlängert und den bedienarmen Betrieb ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung mikroelektronischer Bauelemente den Einmittvorgang beim V/älzfräsen auf der Grundlage einer Körperschallanalyse zu steuern. Dabei sind Steuerungsfunktionen möglichst aus einer Meßgröße abzuleiten. Außerdem soll der Arbeitsraum der Werkzeugmaschine keine Einschränkung erfahren. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren und eine Anordnung gelöst, indem die von einem nahe der Wirkstelle in Richtung Passivkraft angebrachten Schwingungsaufnehmer bereitgestellten Körpersignale durch eine Schaltungsanordnung ausgewertet und der Maschinensteuerung bereitgestellt werden. Der Einmittvorgang des Werkzeuges in die Zahnlücke wird dabei durch folgenden Verfahrensablauf rea'isiert.

- Aufnahme von Körpersignalen nahe der Wirkstelle des Werkzeuges in Richtung der Passivkraft.

- Ausblenden von Störsignalen

- Detektieren von Signalüberschreitungen, die durch Über- oder Unterschreitung eines engbandigen Körperschallsignals in bezug auf eine aus einem konstanten und variablen Anteil bestehende obere und untere Schwelle und die durch Überschreitung einer konstanten Schwelle durch ein gleichgerichtetes und geglättetes Signal entstehen.

- Bewertung der zeitlichen Aufeinanderfolge der Signalüberschreitungen nach bekannten Auswertemethoden.

- Ableitung einer Flankenberührung der rechten oder linken Zahnflanke, Zahnkopfberührung bzw. Fräser im Schnitt aus den signifikanten Signalinhalten und Weginformationen aus der Steuerung.

- Ausgabe von Steuerinformationen an die Steuerung, wie Verfahren Fräser nach rechts, nach links oder Einmittvorgang beendet.

Für die Realisierung der Schritte wird eine aus Schwingungsaufnehmer, Impedanzwandler, Bandpässen, Gleichrichter, Komparatoren, Inverter, Addieren und Logikhiock bestehende Schaltungsanordnung verwendet. Der Impedanzwandler ist eingangsseitig mit dem Schwingungsaufnehmer und ausgangsseitig mit einem Bandpaß und einem Effektivwertgleichrichter verbunden. Der Ausgang des Bandpasses ist mit den Eingängen zweier Komparatoren verbunden, deren Ausgänge zum Log'kblock führen. Der Ausgang des Effektivwertgleichrichters ist mit dem Eingang des Tiefpasses verbunden, dessen Ausgang einmal zum Eingang des einen Addierers führt, der mit dem 1. Komparator verbunden ist. Der Tiefpaß ist ausgangsseitig über einen Inverter und einen zweiten Addierer mit dem anderen Komparator verbunden. Eine weitere Verbindung besteht vom Ausgang des Tiefpasses über einen weiteren Komparator zum Logikblock. Der Logikblock ist mit der Maschinensteuerung verbunden.

Das vom Schwingungsaufnehmer abgegebene Körperschallsignal wird über den Impedanzwandler und dem Bandpaß dem aus zwei Komparatoren gebildeten Signalzweig zugeführt.

Bei der Fräserberührung der rechten Zahnflanke zeigt der eine Komparator stets die 1. Überschreitung an. Umgekehrtes gilt für die linke Flankenberührung. Diese Flankenberührung ist das Kennzeichen für den Anschnitt der rechten Werkstückflanke bzw. der linken Zahnflanke.

Nach dem gleichgerichteten und geglätteten Signal zweigt ein weiteres Signal zu einem dritten Komparator ab. Über diesen Signalzweig wird das Ankratzen des Werkzeuges in jedem Fall registriert. Danach kann der Logikblock entscheiden, ob der Zahnkopf berührt wird oder sich der Fräser in einer Zahnlücke befindet. Die axialen und radiplen Verfahrwege leitet der Logikblock aus den Informationen des Schwingungsaufnehmers und der Maschinensteuerung ab.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich somit ein automatischer Ablauf des Einmittvorganges, wodurch die Zeit zum Einmitten verkürzt und eine optimale Stellung des Werkzeuges zum Werkstück erreicht werden. Neben der Verkürzung der Einstellzeit ergeben sich weiterhin eine Verkürzung der Bearbeitungszeit und eine Erhöhung der Werkzeugstandzeit. Durch die Befestigung des Schwingungsaufnehmers an der Spindelhalterung und der Schaltungsanordnung außerhalb des Arbeitsraumes der Werkzeugmaschine erfolgt gegenüber den bekannten Lösungen keine Beeinträchtigung des Arheitsraumes.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Blockschaltbild der Schaltungsanordnung Fig. 2: oino Anordnung dos Schwingiingsaufnohmers.

Dio zur Roalisiorung dor Vorfahronsschritto orforderlicho Schaltungsanordnung besteht aus einem Schwingungsaufnehmer 1 und e'inom Impedanzwandler 2, der mit oinom Bandpaß 3 und oinom Effoktivwoi !gleichrichter 4 verbunden ist. Der Ausgang des Gandpassus 3 ist mit (lon Eingängen zwoior Komparatoron 7, 10 verbundon.

Dio oino Komparntorschwollo wird mittols don Effoktivwertgloichrichtors 4, oinom Tiefpaß 5 und einom Addierer 8 erzeugt. Dio andoro Komparatorschwollo wird mittels F.ffoktivwortgloichrichtor 4, dos Tiofpassos 5, oinem Inverter 6 und einem Addierer 9 gobildot.

Die Signalüberschreitungen der Komparatoren 7 und 10 werden dem Logikblock 12 mitgeteilt. Ein weiteres Signal wird dem Logikblock vom Tiefpaß 5 über den Komparator 11 zugeführt. Der Schwingungsaufnehmer 1 istanderSindelhalterung 13 nahe der Wirkstelle des Werkzeuges 14 befestigt. Das vom Schwingungsaufnehmer 1 abgegebene Körperschallsignc! wird über den Impedanzwandler 2 über den Bandpaß 3 dem Signalzweig, der aus den Komparatoren 7 und 10 besteht, zugeführt. Die Komparatorschwolien werden durch Signalgleichrichtung mittels Effektivwertgleichrichters 4 und Glättung über Tiefpaß 5 einmal über dm Addierer 8 für den Komparator 7 sowie über den Inverter 6 und den Addierer 9 für den Komparator 10 gebildet. Bei der Fräsei oerührung der rechten Zahnflanke zeigt der eine Komparator stets die 1. Überschreitung an. Umgekehrtes gilt für die linke Flankenberührung. Diese Flankenberührung ist das Kennzeichen für den Anschnitt der rechten Werksiückflanke bzw. der linken Zahnflanke. Nach dem gleichgerichteten und geglätteten Signal zweigt ein weiteres Signal zum Komparator 11 ab. Über diesen Signalzweig wird das Ankratzen des Werkzeuges (14) in jedem Fall registriert. Der Logikblock 12 kann entscheiden, ob der Zahnkopf berührt wird oder sich der Fräser in einer Zahnlücke befindet.

Die axialen und radialen Verfahrwege des Werkzeuges 14 leitet der Logikblock 12 aus den Informationsn der Komparatoren 7, 10,11 und der Maschinensteuerung ab.

Meldet der Komparator 11 fortlaufend Signalüberschreitungen und unterscheidet sich die Anzahl der Ausgangssignale der Komparatoren 7 und 10 nicht wesentlich voneinander und stellt die Steuerung ein Signal „Wegbereich erreicht" zur Verfügung, ist der Einmittvorgang abgeschlossen.

Claims (2)

1. Verfahren zur Steuerung des Einmittvorganges beim Wälzfräsen, indem die von einem nahe der Wirkstelle in Richtung Passivkraft angeordneten Schwingungsaufnehmer bereitgestellten Körpersignale ausgewertet werden, gekennzeichnet dadurch, daß nach dem Ausblenden von Störsignalen die Signale, die durch Über- oder Unterschreitung eines engbandigen Körperschallsignals in bezug auf eine aus einen konstanten und variablen Anteil bestehende obere und untere Schwelle entstehen, detektiert werden und daß aus der zeitlichen Aufeinanderfolge der Signale auf eine Flankenberührung der rechten oder der linken Zahnflanke bzw. Fräser im Schnitt geschlossen wird.

2. Anordnung zur Steuerung des Einmittvorganges auf einer Wälzfräsmaschine, wobei das von einem Schwingungsaufnehmer und in einem Impedanzwandler umgesetzte Signal einem Bandpaß und einem Effektivwertgleichrichter zugeführt wird, der Ausgang des Bandpasses mit den Eingängen zweier Komparatoren verbunden ist und die eine Komparatorschwelle mittels Effektivwertgleichrichters, einen Tiefpasses und einen Addierers bildbar ist, während die andere Komparatorschwelle mittels Effektivwertgleichrichters, des Tiefpasses, einem Inverter und einem Addierer erzeugbar ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausgänge der Komparatoren (7,10) mit dem Logikblock (12) verbunden sind, eine Verbindung vom Tiefpaß (5) über den Komparator (11) zum Logikblock (12) besteht und der Logikblock (12) mit der Maschinensteuerung gekoppelt ist.