DE102012201732B4 - Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Verfahren zum Steuern eines automatischen rotatorischen Ausrichtvorgangs eines Zahnrads an der Werkzeugmaschine - Google Patents

Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Verfahren zum Steuern eines automatischen rotatorischen Ausrichtvorgangs eines Zahnrads an der Werkzeugmaschine Download PDF

Info

Publication number
DE102012201732B4
DE102012201732B4 DE102012201732.1A DE102012201732A DE102012201732B4 DE 102012201732 B4 DE102012201732 B4 DE 102012201732B4 DE 102012201732 A DE102012201732 A DE 102012201732A DE 102012201732 B4 DE102012201732 B4 DE 102012201732B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tooth
tooth flanks
gear
machine tool
scanning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102012201732.1A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102012201732A1 (de
Inventor
Marzell Maier
Josef Neumaier
Thomas LOCHBIHLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deckel Maho Pfronten GmbH
Original Assignee
Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deckel Maho Pfronten GmbH filed Critical Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority to DE102012201732.1A priority Critical patent/DE102012201732B4/de
Priority to PCT/EP2013/052263 priority patent/WO2013117558A1/de
Publication of DE102012201732A1 publication Critical patent/DE102012201732A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102012201732B4 publication Critical patent/DE102012201732B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37037—Remeasure workpiece regularly for deformation
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37194—Probe work, calculate shape independent of position, orientation, best fit
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50151—Orient, translate, align workpiece to fit position assumed in program
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50152—Align axis cylinder, tube with rotation axis machine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Gear Processing (AREA)

Abstract

Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit zumindest 5-Achsen zur zerspanenden Bearbeitung eines an einem Einspannmittel (130) der Werkzeugmaschine (100) eingespannten Werkstücks (200) mittels eines an einer Arbeitsspindel (111) der Werkzeugmaschine (100) aufgenommenen Werkzeugs, umfassend:eine numerische Maschinensteuerungseinrichtung (150), die dazu eingerichtet ist, das an der Arbeitsspindel (111) der Werkzeugmaschine (100) aufgenommene Werkzeug relativ zu dem an dem Einspannmittel (130) der Werkzeugmaschine (100) eingespannten Werkstück (200) auf Grundlage numerischer Steuerdaten zu steuern,wobei die Maschinensteuerungseinrichtung (150) weiterhin dazu eingerichtet ist, einen automatischen rotatorischen Ausrichtvorgang zur Bestimmung zumindest einer rotatorischen Nullpunktverschiebung für eine Endbearbeitung eines an dem Einspannmittel (130) eingespannten Zahnrads (200) zu steuern, in welchem:- ein von der Maschinensteuerungseinrichtung (150) gesteuertes Messtastmittel (140) bei einer Mehrzahl von Zahnflanken (201a, 201b; 202a, 202b) des Zahnrads (200) an einer Mehrzahl von vorgegebenen Tastpositionen auf jeder der Zahnflanken eine jeweilige Istposition ermittelt, wobei die Mehrzahl von Zahnflanken eine Gruppe von linken Zahnflanken (201a, 202a) und eine Gruppe von rechten Zahnflanken (201b, 202b) umfasst,- die Maschinensteuerungseinrichtung (150) für jede der vorgegebenen Tastpositionen die ermittelte Istposition mit einer jeweiligen vorgegebenen Sollposition vergleicht und für jede Tastposition eine Soll-Ist-Abweichung auf Grundlage des Vergleichs ermittelt,- die Maschinensteuerungseinrichtung (150) auf Grundlage der bestimmten Soll-Ist-Abweichungen zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung des an dem Einspannmittel (130) eingespannten Zahnrads (200) ermittelt, und- die Maschinensteuerungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel (130) eingespannten Zahnrads (200) unter Berücksichtigung einer vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe zu ermitteln, mit der Maßgabe, bei Endbearbeitung des Zahnrads (200) an jeder Tastposition mindestens Material bis zu der vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe abzutragen, und falls dies nicht möglich ist,die Maschinensteuerungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, die für die Gruppe von linken Zahnflanken (201a, 202a) ermittelten Soll-Ist-Abweichungen und die für die Gruppe von rechten Zahnflanken (201b, 202b) ermittelten Soll-Ist-Abweichungen getrennt auszuwerten, und eine erste Nullpunktverschiebung für die Gruppe von linken Zahnflanken (201a, 202a) und eine zweite Nullpunktverschiebung für die Gruppe von rechten Zahnflanken (201b, 202b) zu ermitteln.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit zumindest 5-Achsen zur zerspanenden Bearbeitung, insbesondere Fräsbearbeitung, eines an einem Einspannmittel der Werkzeugmaschine eingespannten Zahnrads mittels eines an einer Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine aufgenommenen Werkzeugs. Die Werkzeugmaschine umfasst eine numerische Maschinensteuerungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das an der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine aufgenommene Werkzeug relativ zu dem an dem Einspannmittel der Werkzeugmaschine eingespannten Zahnrad (z.B. Stirnrad, Tellerrad bzw. Kegelrad) auf Grundlage numerischer Steuerdaten zu steuern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine funktionelle Erweiterung von Standardwerkzeugmaschinen, wie z.B. Fräs-Werkzeugmaschinen, Fräs-/Bohrwerkzeugmaschinen, Universal-Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Aus der DE 10 2009 008 124 A1 ist ein Verfahren bekannt, Zahnräder, wie z.B. Stirnräder, Kegelräder und Tellerräder mit beliebiger Verzahnungsform (z.B. geradverzahnt, schrägverzahnt, bogenverzahnt oder spiralverzahnt, usw.) und mit beliebigen Zahnprofilen (z.B. Evolventenprofil, Zykloidenprofil, usw.) an numerisch gesteuerten CNC-StandardWerkzeugmaschinen mittels Standardfräswerkzeugen herzustellen.
  • Bei einem derartigen Verfahren wird das Zahnrad in mehreren Schritten hergestellt, wobei zunächst in einer Weichbearbeitung ein vorgefrästes Zahnrad an der Standard-CNC-Werkzeugmaschine (im Gegensatz zu früheren Verfahren unter Verwendung von Spezial-Verzahnungmaschinen) mit einer vorgegebenen Verzahnungsform aus einem Rohteil hergestellt wird. Nach der Weichbearbeitung wird das vorgefräste Zahnrad aus der Werkzeugmaschine ausgespannt und zum Härten zumindest einer Oberflächenschicht des vorgefrästen Zahnrads einer materialhärtenden Wärmebehandlung unterzogen. Nach dieser Wärmebehandlung wird das vorgefräste, gehärtete Zahnrad erneut an dem Einspannmittel der CNC-Standard-5-Achs-Werkzeugmaschine eingespannt, um einer abschließenden Endbearbeitung bzw. Hartbearbeitung unterzogen zu werden.
  • Hierbei ist es herkömmlich bekannt, dass nach Einspannen des vorgefrästen, gehärteten Zahnrads vor Beginn der abschließenden Endbearbeitung bzw. Hartbearbeitung an der Werkzeugmaschine ein Werkzeugmaschinenkoordinatensystem mit dem Werkstückkoordinatensystem des eingespannten Werkstücks abgeglichen werden muss, da die numerischen Steuerdaten (z.B. ein oder mehrere NC-Programme) zum Steuern der Endbearbeitung bzw. Hartbearbeitung auf Grundlage des Werkstückkoordinatensystems erstellt sind und Verfahrbefehle für Linear- und Rundachsen der Werkzeugmaschine enthalten, die von der Werkzeugmaschine nur auf Grundlage des Werkzeugmaschinenkoordinatensystems umgesetzt werden können. Hierbei spricht man von einer sog. Nullpunktverschiebung, bei der eine Abweichung zwischen dem Koordinatennullpunkt des Werkzeugmaschinenkoordinatensystems und dem Koordinatennullpunkt des Werkstückkoordinatensystems ermittelt wird, und diese Abweichung dann bei Abarbeitung der numerischen Steuerdaten für die Endbearbeitung bzw. Hartbearbeitung numerisch berücksichtigt wird.
  • Bei rotationssymmetrischen Werkstücken, wie z.B. vorgefrästen Zahnrädern, insbesondere Stirnrädern, Kegelrädern und auch Tellerrädern, ist es hierbei nach Einspannen des Werkstücks vor Beginn der Endbearbeitung insbesondere erforderlich, eine rotatorische Nullpunktverschiebung zu ermitteln. Bei einer Werkzeugmaschine, bei der das rotationssymmetrische Werkstück z.B. auf einem Drehtisch eingespannt ist, welcher mittels einer Rundachse der Werkzeugmaschine drehbar gesteuert werden kann, ist es insbesondere erforderlich, eine rotatorische Nullpunktverschiebung zwischen dem Nullpunkt der den Drehtisch steuernden Rundachse und dem rotatorischen Nullpunkt des eingespannten Werkstücks zu bestimmen.
  • Herkömmlich wird bei einem derartigen Ausrichtvorgang das vorgefräste, gehärtete Zahnrad zuerst auf Grundlage einer Positionsbestimmung der Mittelbohrung translatorisch ausgerichtet und danach in einem rotatorischen Ausrichtvorgang auf Grundlage eines Abtastvorgangs mittels eines Messtasters der Werkzeugmaschine oder auch mittels Positionsbestimmung einer außermittigen Positionsbohrung auf der Stirnseite des Zahnrads rotatorisch ausgerichtet. Im Anschluss kann das eingespannte und ausgerichtete Zahnrad auf Basis der ermittelten Nullpunktverschiebungen, ggf. translatorisch sowie rotatorisch, endbearbeitet werden. Bei der Ausrichtmethode mittels eines Messtasters werden herkömmlich zwei gegenüberliegende Zahnflanken eines Zahns oder einer Zahnlücke jeweils einmalig abgetastet, um eine rotatorische Ausrichtung des eingespannten Zahnrads zu ermitteln.
  • Bei einem ausreichenden Aufmaß auf den Zahnflanken nach der Weichbearbeitung, einer ausreichenden Einhärtetiefe und einem geringen nach der Wärmebehandlung auftretenden Wärmeverzug ist der vorstehend beschriebene Ausrichtvorgang zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung gerade bei kleinerer Zahnrädern zumeist ausreichend.
  • Jedoch ermöglichen es die neuartigen Verfahren, in denen Zahnräder, wie z.B. Stirnräder, Kegelräder und Tellerräder mit beliebiger Verzahnungsform an numerisch gesteuerten CNC-Standard-5-Achs-Werkzeugmaschinen mittels Standardfräswerkzeugen hergestellt werden, an großen 5-Achs-Werkzeugmaschinen bzw. Bearbeitungszentren sehr große, teilweise einzelangefertigte Zahnräder mit Durchmessern bis zu über einem Meter oder mehr herzustellen, bei denen ein ungewöhnlich großer Wärmeverzug an den Zahnflanken nach der Wärmebehandlung auftreten kann. Hierbei tritt der größte Wärmeverzug meist an den Stellen auf, die die geringste Materialanhäufung und den größten Abstand zum Zahnradgrundkörper aufweisen, d.h. bei Zahnrädern also zumeist am Zahnkopf, so dass die Zähne quasi verbogen sind. Hierbei können sich gegenüberliegende Zahnflanken, d.h. linke und rechte Zahnflanken, durch die Wärmebehandlung ggf. vollkommen unterschiedlich verziehen bzw. verformen und gegebenenfalls sogar in unterschiedliche Richtungen verziehen.
  • Werden insbesondere sehr große Zahnräder, wie sie z.B. für Schiffsgetriebe verwendet werden, mittels der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren vor der Endbearbeitung rotatorisch ausgerichtet, kann der Verzug der Zahnflanken bzw. deren Verformung so groß sein, dass bei der Endbearbeitung an manchen Stellen der Zahnflanken der Materialabtrag zu gering ist und ggf. sogar Stellen auf Zahnflanken auftreten können, an denen bei der Endbearbeitung kein Material abgetragen wird, so dass ein späteres unvorteilhaftes Rollverhalten des Zahnrads auftreten kann. Weiterhin kann auch an anderen Stellen der Zahnflanken ein Verzug der Zahnflanken so groß sein, dass an diesen Stellen zu viel Material abgetragen wird, wobei an diesen Stellen ggf. beim Abtragen von Material die in der Wärmebehandlung gehärtete Einhärtetiefe überschritten wird und somit unvorteilhafte weiche bzw. nicht-gehärtete Stellen auf der Oberfläche der endbearbeiteten Zahnflanken auftreten können, wodurch die Verschleißanfälligkeit des Zahnrads signifikant reduziert wird.
  • Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme der aus dem Stand der Technik bekannten Ausrichtverfahren zum Bestimmen einer rotatorischen Nullpunktverschiebung ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Ausrichtvorgang für weichbearbeitete und einer Wärmebehandlung unterzogene Zahnräder an einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden können, und bei dem die rotatorische Nullpunktverschiebung insbesondere bei sehr großen Zahnrädern mit Durchmessern von bis zu über einem Meter immer noch vorteilhafte Ergebnisse liefern kann, so dass bei der Endbearbeitung vermieden werden kann, dass an Zahnflanken Stellen auftreten, an denen zu viel und/oder zu wenig Material abgetragen wird.
  • DE 10 2009 008 121 A1 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen von transformierten Steuerdaten zum Steuern eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks durch Zerspanen, wobei eine fehlerhafte Bearbeitung vermieden werden kann, selbst wenn das Werkstück ungenau in der Werkzeugmaschine eingespannt ist.
  • Ferner offenbart DE 10 2009 008 120 A1 eine Werkzeugmaschine zum programmgesteuerten Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines oder mehrerer, anhand von Steuerdaten gesteuerter Werkzeuge durch Zerspanen, wobei die Werkzeugmaschine zumindest 5 simultan ansteuerbare Achsen und weiterhin ein Einspannmittel zum Einspannen des Werkstücks und eine Steuervorrichtung mit einem Aufnahmemittel zum Aufnehmen eines der einen oder mehreren Werkzeuge der Werkzeugmaschine umfasst, wobei insbesondere die Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine dazu geeignet ist, das in dem Aufnahmemittel aufgenommene Werkzeug anhand der Steuerdaten entlang einer Werkzeugbahn zum Abtragen von Material von dem in dem Einspannmittel eingespannten Werkstück zu steuern.
  • DE 23 64 916 A1 offenbart ein Prüfgerät mit Taster für das Prüfen der Flanken an Zahnrädern mittels elektronischer Mittel. Die Messwerte werden dabei vorzugsweise als digitale Signale einem Rechner zugeführt, der sie entsprechen dem Fortschritt der Relativbewegung mit durch ein Programm eingegebenen Sollwerten vergleicht und die Soll-Ist-Differenz ermittelt.
  • Darüber hinaus offenbart DE 43 36 267 A1 ein Verfahren zur Messung eines Profils eines Werkstücks mit einer Tastspitze eines Tasters.
  • Des Weiteren offenbart DE 10 2008 007 127 A1 ein Verfahren zum Einmessen von Bauteilen in einer kartesischen Mess- oder Werkzeugmaschine, das dazu geeignet ist, die exakte Lage eines Bauteils in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem festzustellen, indem ein implizites, überbestimmtes, nichtlineares Gleichungssystem aufgestellt wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Das Problem wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 13 und 14 gelöst. Besondere Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit zumindest 5-Achsen zur zerspanenden Bearbeitung, insbesondere Fräsbearbeitung, eines an einem Einspannmittel der Werkzeugmaschine eingespannten Werkstücks mittels eines an einer Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine aufgenommenen Werkzeugs vorgeschlagen. Die Werkzeugmaschine umfasst bevorzugt eine numerische Maschinensteuerungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das an der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine aufgenommene Werkzeug relativ zu dem an dem Einspannmittel der Werkzeugmaschine eingespannten Werkstück auf Grundlage numerischer Steuerdaten zu steuern.
  • Erfindungsgemäß ist die Maschinensteuerungseinrichtung der Werkzeugmaschine dazu eingerichtet, einen automatischen rotatorischen Ausrichtvorgang zur numerischen Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung für eine Endbearbeitung eines an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads zu steuern. Unter einer „rotatorischen Nullpunktverschiebung“ wird hierbei insbesondere ein numerischer Wert (bevorzugt insbesondere ein Winkelwert) einer zu ermittelnden Rundachsverdrehung verstanden (insbesondere gemäß einem rotatorischen Freiheitsgrad), die für die spätere Endbearbeitung erforderlich ist, um einen Koordinaten- bzw. Winkel-Nullpunkt der Rundachse(n) im Werkzeugmaschinen-koordinatensystem mit einem rotatorischen Koordinaten-bzw. Winkelnullpunkt des eingespannten Zahnrads im Werkstückkoordinatensystem abzugleichen, wobei das Werkstückkoordinatensystem beim Erstellen bzw. Erzeugen von numerischen Steuerdaten wie z.B. einem NC-Programm zu Grunde gelegt werden, die Rundachse(n) jedoch mittels Befehlen der numerischen Steuerdaten wie z.B. einem NC-Programm unter Bezugnahme auf das Werkzeugmaschinenkoordinatensystem angesteuert werden.
  • In diesem automatischen rotatorischen Ausrichtvorgang ermittelt bzw. misst erfindungsgemäß ein von der Maschinensteuerungseinrichtung gesteuertes Messtastmittel bei einer Mehrzahl von Zahnflanken des Zahnrads an einer Mehrzahl von vorgegebenen Tastpositionen auf jeder der Zahnflanken eine jeweilige Istposition, vergleicht die Maschinensteuerungseinrichtung für jede der vorgegebenen Tastpositionen die ermittelte Istposition mit einer jeweiligen vorgegebenen Sollposition und ermittelt bzw. berechnet für jede Tastposition eine Soll-Ist-Abweichung auf Grundlage des Vergleichs, und die Maschinensteuerungseinrichtung ermittelt bzw. berechnet auf Grundlage der bestimmten Soll-Ist-Abweichungen zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads.
  • Hierbei liegt der Erfindung die Grundüberlegung zu Grunde, dass sich verschiedene Stellen der Zahnflanken des Zahnrads sich aufgrund der Wärmebehandlung im Aushärtevorgang über die Zahnflanke verteilt unterschiedlich verziehen können, und auch verschiedene Zahnflanken sich über das Zahnrad verteilt unterschiedlich verziehen können. Um diese Verzugseffekte verbessert durch die zu bestimmende rotatorische Nullpunktverschiebung ausgleichen zu können, wird die Bestimmung der rotatorischen Nullpunktverschiebung gemäß der Erfindung durch eine Mehrzahl von Soll-Ist-Positionsvergleichen mittels eines Messtastmittels an einer Mehrzahl von Zahnflanken ausgeführt, um die Effekte des unterschiedlichen Verzugs verschiedener Zahnflanken verbessert ausgleichen zu können, und auf jeder dieser Zahnflanken jeweils an mehreren Tastpositionen, um die Effekte des unterschiedlichen Verzugs an verschiedenen Stellen der jeweiligen Zahnflanken verbessert ausgleichen zu können.
  • Nach dem Ermitteln der Soll-Ist-Abweichungen an einer Mehrzahl von Tastpositionen, die erfindungsgemäß sowohl auf einer Mehrzahl von Zahnflanken des Zahnrads und zudem auf jeder der Zahnflanken an verschiedenen Stellen angeordnet sind, werden die Mehrzahl von ermittelten Soll-Ist-Abweichungen zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung ausgewertet.
  • Bei der Ermittlung der rotatorischen Nullpunktverschiebung gemäß der Erfindung auf Grundlage eines Soll-Ist-Positionsvergleichs an einer Mehrzahl von Tastpositionen, die auf einer Mehrzahl von Zahnflanken des Zahnrads und auf jeder dieser Zahnflanken an einer Mehrzahl von verschiedenen Positionen angeordnet sind, können sowohl die möglicherweise verschieden auftretenden Verzüge an verschiedenen Stellen einer jeweiligen Zahnflanke als auch die möglicherweise verschieden auftretenden Verzüge an verschiedenen Zahnflanken verbessert ausgeglichen werden.
  • Demzufolge ist es durch die vorliegende Erfindung verbessert ermöglicht, eine rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung des Zahnrads zu bestimmen, bei der gleichzeitig sowohl das Auftreten von Stellen auf Zahnflanken mit zu viel Materialabtrag und dem daraus möglicherweise folgenden Auftreten von weichen Stellen auf Zahnflanken, die zu erhöhter Verschleißanfälligkeit des Zahnrads führen, als auch das Auftreten von Stellen auf Zahnflanken mit zu wenig bzw. keinem Materialabtrag und dem daraus möglicherweise folgenden Auftreten eines verschlechterten Rollverhaltens des Zahnrads zu vermeiden oder zumindest signifikant zu reduzieren.
  • Für die Bestimmung der rotatorischen Nullpunktverschiebung kann die rotatorische Nullpunktverschiebung zum Beispiel gemäß einem besonders zweckmäßigen Beispiel auf einfache Weise derart ermittelt bzw. berechnet werden, dass in einer Simulation durch Variation der rotatorischen Nullpunktverschiebung überprüft wird, welche rotatorische Nullpunktverschiebung mindestens erforderlich ist, um alle Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich Null werden zu lassen.
  • Hierbei ist zu beachten, dass die Werte der einzelnen Soll-Ist-Abweichungen sowohl positive als auch negative Werte annehmen können. Hierbei bedeuten positive Werte gemäß einer gewählten Definition, dass die Zahnflanke an der jeweiligen Tastposition vom Zahn weg verzogen ist, und negative Werte bedeuten, dass die Zahnflanke an der jeweiligen Tastposition zum Zahn hin verzogen ist. Sobald bei einer derartigen Definition eine rotatorische Nullpunktverschiebung ermittelt werden kann, bei der alle Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich Null werden, ist es möglich, bei Einstellung dieser ermittelten rotatorischen Nullpunktverschiebung und unter Berücksichtigung dieser ermittelten rotatorischen Nullpunktverschiebung bei der folgenden Endbearbeitung an allen Tastpositionen derart zu bearbeiten, dass nicht zu wenig Material abgetragen wird.
  • Insbesondere ist es zum Beispiel möglich auf besonders einfache Weise zu ermitteln, welche Nullpunktverschiebung erforderlich ist, um die kleinste der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich Null werden zu lassen, und diesen Wert als die ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung zu erfassen.
  • Wahlweise zu den vorstehenden Aspekten ist es bevorzugt auch möglich, zusätzlich ein Mindestaufmaß vorzugeben, wobei die rotatorische Nullpunktverschiebung dann derart ermittelt werden kann, dass in einer Simulation durch Variation der rotatorischen Nullpunktverschiebung überprüft wird, welche rotatorische Nullpunktverschiebung mindestens erforderlich ist, um alle Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich des vorgegebenen Mindestaufmaßes werden zu lassen. Insbesondere ist es zum Beispiel bevorzugt möglich auf besonders einfache Weise zu ermitteln, welche Nullpunktverschiebung erforderlich ist, um die kleinste der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich des vorgegebenen Aufmaßes werden zu lassen, und diesen Wert als die ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung zu erfassen.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zur Ermittlung der rotatorischen Nullpunktverschiebung ist es zu berücksichtigen, dass eine rotatorische Nullpunktverschiebung bei der vorstehend genannten Definition der Vorzeichen der Soll-Ist-Abweichungen die Soll-Ist-Abweichungen auf rechten Flanken verkleinert, während sie die Soll-Ist-Abweichungen auf linken Flanken vergrößert, bzw. die Soll-Ist-Abweichungen auf rechten Flanken vergrößert, während sie die Soll-Ist-Abweichungen auf linken Flanken verkleinert. Falls es nicht möglich ist, rechte und linke Zahnflanken mittels der gleichen rotatorischen Nullpunktverschiebung einzustellen, ist es in weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, rechte und linke Flanken getrennt voneinander auszuwerten und getrennte rotatorische Nullpunktverschiebungen zu ermitteln. Dies wird später noch detaillierter beschrieben.
  • Für die Bestimmung der rotatorischen Nullpunktverschiebung kann die rotatorische Nullpunktverschiebung zum Beispiel gemäß weiteren zweckmäßigen Ausführungsbeispielen als Fit-Wert bzw. Best-Fit-Wert mittels einer mathematischen Ausgleichsrechnung ermittelt bzw. errechnet werden.
  • Zur Bestimmung eines Fit-Werts bzw. Best-Fit-Werts kann hierbei vorzugsweise ein Distanzwert auf Grundlage der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen errechnet werden, wobei der Distanzwert vorzugsweise einen die Größe der Gesamtabweichung unter Berücksichtigung aller ermittelten Soll-Ist-Abweichungen beschreibenden Wert darstellt. In dem mathematischen Ausgleichsverfahren wird dann vorzugsweise durch Variation der rotatorischen Nullpunktverschiebung automatisch dieser Distanzwert minimiert, und der Wert der rotatorischen Nullpunktverschiebung bei minimiertem Distanzwert ergibt dann im Rahmen dieser mathematischen Ausgleichsrechnung die ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung zur Verwendung bei der späteren Endbearbeitung des Zahnrads.
  • Hierbei ist zu beachten, dass die Werte der einzelnen Soll-Ist-Abweichungen sowohl positive als auch negative Werte annehmen können. Hierbei bedeuten vorzugsweise positive Werte gemäß einer gewählten Definition, dass die Zahnflanke an der jeweiligen Tastposition vom Zahn weg verzogen ist, und negative Werte bedeuten vorzugsweise, dass die Zahnflanke an der jeweiligen Tastposition zum Zahn hin verzogen ist. Aus diesem Grunde sollte der Distanzwert als Funktion der Soll-Ist-Abweichungen vorzugsweise derart gewählt werden, dass er als Funktion der Beträge der Soll-Ist-Abweichungen oder bevorzugt als Funktion der Quadrate der Soll-Ist-Abweichungen beschrieben werden kann. Weiterhin sollte der Distanzwert als Funktion der Soll-Ist-Abweichungen vorzugsweise derart gewählt werden, dass der Wert des Distanzwerts streng monoton steigt mit dem Betrag oder bevorzugt mit dem Quadrat jeder einzelnen Soll-Ist-Abweichung. Zweckmäßigerweise könnte der Distanzwert als streng monoton steigende Funktion der Summe der Beträge aller Soll-Ist-Abweichungen oder bevorzugt als streng monoton steigende Funktion der Summe der Quadrate aller Soll-Ist-Abweichungen definiert werden. Bei Verwendung von mathematischen Ausgleichsrechnungen ist es weiterhin bevorzugt, dass noch eine weitere zusätzliche Überprüfung durchgeführt wird, ob an allen Tastpositionen nach rotatorischer Nullpunktverschiebung entsprechend dem in der Ausgleichsrechnung ermittelten Wert wirklich positive Werte für die Soll-Ist-Abweichungen erreicht werden können (bzw. gemäß weiteren Ausführungen Werte größer oder gleich eines vorgegebenen Aufmaßes). Falls dies nicht der Fall ist, kann der Wert der ermittelten rotatorischen Nullpunktverschiebung entsprechend korrigiert werden (ggf. für linke und rechte Zahnflanken getrennt voneinander), bis an allen Tastpositionen positive Soll-Ist-Abweichungen bzw. Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich einem vorgegebenen Aufmaß erreicht werden.
  • Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung weiterhin dazu eingerichtet, nach dem automatischen Ausrichtvorgang automatisch die Endbearbeitung des eingespannten Zahnrads auf Grundlage von für die Endbearbeitung vorgegebenen Steuerdaten zu steuern, wobei die zumindest eine ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung vorzugsweise automatisch beim Steuern der Endbearbeitung des Zahnrads berücksichtigt wird (insbesondere numerisch berücksichtigt).
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung kann die Endbearbeitung des Zahnrads an der Werkzeugmaschine wesentlich effizienter und bei stark reduzierten Standzeiten an der Maschine ausgeführt werden, da nach dem auf die härtende Wärmebehandlung folgende Einspannen des Zahnrads an der Werkzeugmaschine sofort automatisch zuerst eine optimale rotatorische Nullpunktverschiebung ermittelt werden kann, die dann in der direkt anschließenden automatisch gestarteten Endbearbeitung des Zahnrads vorteilhaft automatisch berücksichtigt wird. Ein manuelles, steuerndes Eingreifen des Bedieners nach Bestimmung der rotatorischen Nullpunktverschiebung und vor Beginn der Endbearbeitung an der Werkzeugmaschine ist vorteilhaft nicht erforderlich.
  • Erfindungsgemäß umfassen die Mehrzahl von Zahnflanken eine Gruppe von linken Zahnfanken und eine Gruppe von rechten Zahnflanken, wobei die Maschinensteuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die für die Gruppe von linken Zahnflanken ermittelten Soll-Ist-Abweichungen und die für die Gruppe von rechten Zahnflanken ermittelten Soll-Ist-Abweichungen getrennt auszuwerten.
  • Demgemäß wird die Erkenntnis genutzt, dass sich zwar alle Zahnflanken aufgrund der härtenden Wärmebehandlung unterschiedlich verziehen können, wobei die Unterschiede im Verzug zwischen zwei verschiedenen linken Flanken bzw. Unterschiede im Verzug zwischen zwei verschiedenen rechten Flanken typischerweise geringer ausfallen als Unterschiede im Verzug zwischen einer linken Flanke und einer rechten Flanke. Bei zusätzlicher oder alternativer getrennter Auswertung der Soll-Ist-Abweichungen von Tastpositionen auf linken Flanken und der Soll-Ist-Abweichungen von Tastpositionen auf rechten Flanken ist es somit möglich, zusätzlich bzw. alternativ zur Bestimmung einer einzigen rotatorischen Nullpunktverschiebung getrennt voneinander eine erste rotatorische Nullpunktverschiebung für linke Zahnflanken und eine zweite rotatorische Nullpunktverschiebung für rechte Zahnflanken zu bestimmen.
  • Bevorzugt ist die Maschinensteuerungseinrichtung bei getrennter Auswertung der für die Gruppe von linken Zahnflanken ermittelten Soll-Ist-Abweichungen und der für die Gruppe von rechten Zahnflanken ermittelten Soll-Ist-Abweichungen weiterhin dazu eingerichtet, eine erste rotatorische Nullpunktverschiebung für die Gruppe von linken Zahnflanken und eine zweite rotatorische Nullpunktverschiebung für die Gruppe von rechten Zahnflanken zu ermitteln.
  • Dies hat den Vorteil, dass die Endbearbeitung des Zahnrads weiter verbessert werden kann. Sollte nämlich die Bestimmung einer einzigen rotatorischen Nullpunktverschiebung bei gemeinsamer Auswertung der Soll-Ist-Abweichungen der linken und rechten Zahnflanken zu einem Ergebnis führen, bei dem noch nach Endverarbeitung aufgrund eines zu großen und zu unterschiedlichen Wärmeverzugs der Zahnflanken Stellen mit zu viel Materialabtrag und/oder Stellen mit zu wenig oder keinem Materialabtrag auftreten sollten, kann dies bei getrennter Auswertung der linken und rechten Zahnflanken und Ermittlung der ersten Nullpunktverschiebung für die linken Zahnflanken und zweiten Nullpunktverschiebung für die rechten Zahnflanken verbessert vermieden werden.
  • Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung in diesem Fall dazu eingerichtet, nach dem automatischen Ausrichtvorgang automatisch die Endbearbeitung des eingespannten Zahnrads auf Grundlage von für die Endbearbeitung vorgegebenen Steuerdaten zu steuern, wobei die erste ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung vorzugsweise automatisch beim Steuern der Endbearbeitung der linken Zahnflanken berücksichtigt wird und die zweite ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung vorzugsweise automatisch beim Steuern der Endbearbeitung der rechten Zahnflanken berücksichtigt wird.
  • Wie bereits vorstehend erwähnt, kann somit bei getrennter Auswertung der linken und rechten Zahnflanken und Ermittlung der ersten Nullpunktverschiebung für die linken Zahnflanken und zweiten Nullpunktverschiebung für die rechten Zahnflanken verbessert vermieden werden, dass Stellen mit zu viel Materialabtrag und/oder Stellen mit zu wenig oder keinem Materialabtrag auftreten. Der einzige auftretende Effekt wäre bei Anwendung von einer ersten Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung der linken Flanken und einer unterschiedlichen zweiten Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung der rechten Flanken, dass die Zahndicke der Zähne des fertiggestellten Zahnrads gegenüber der Soll-Zahndicke reduziert wäre. Weil durch eine derartige reduzierte Zahndicke das Abrollverhalten des späteren Zahnrads jedoch nicht signifikant beeinflusst wird, da bei Verwendung des Zahnrads zumeist nur entweder die linken oder die rechten Zahnflanken jeweils mit Gegenflanken eines Gegenzahnrads abrollen, kann dieser Effekt toleriert werden und bringt keine wirklichen Nachteile mit.
  • In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, grundsätzlich eine erste und eine zweite Nullpunktverschiebung für die linken und rechten Zahnflanken getrennt voneinander zu ermitteln. Dies würde jedoch öfter als eigentlich nötig dazu führen, dass die Zahndicke des fertigen Zahns dünner ausfällt, als die eigentlich vom Konstrukteur vorgegebene Zahndicke. Um diesen Effekt zumindest in den Fällen, in denen es nicht nötig ist, zu vermeiden, werden weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele vorgeschlagen, in denen zuerst grundsätzlich eine gemeinsame Auswertung von rechten und linken Zahnflanken durchgeführt werden kann, um eine gemeinsame rotatorische Nullpunktverschiebung zu ermitteln. Bei dieser wird dann überprüft, ob an allen Tastpositionen auf linken sowie rechten Zahnflanken ein positiver Wert bzw. ein Wert größer oder gleich eines vorgegebenen Aufmaßes erreicht wird bzw. erreichbar ist. Sollte dies nicht möglich sein, können im nächsten Schritt durch getrennte Auswertung der linken und rechten Zahnflanken jeweils eine erste und zweite Nullpunktverschiebung ermittelt werden.
  • Vorzugsweise sind die Mehrzahl von Tastpositionen einer Zahnflanke auf der Zahnflanke in Zeilen, die in Zahnbreitenrichtung verlaufen, und Spalten, die in Zahnhöhenrichtung verlaufen, angeordnet, wobei das von der Maschinensteuerungseinrichtung gesteuerte Messtastmittel die Tastpositionen einer Zahnflanke vorzugsweise spaltenweise abtastet, vorzugsweise indem Tastpositionen einer Spalte hintereinander abgetastet werden und nach Abtasten der Tastpositionen der Spalte die Tastpositionen einer benachbarten Spalte abgetastet werden.
  • Dies hat den Vorteil, dass die Tastpositionen einer Zahnflanke auf dieser Zahnflanke gemäß einem regelmäßigen Punktgitter in Zeilen und Spalten auf besonders einfache Weise im Wesentlichen über die gesamte Breite und die gesamte Höhe der Zahnflanke verteilt werden können. Somit können auf einfache Weise Tastpositionen auf einer Zahnflanke derart angeordnet werden, dass sich der Wärmeverzug bzw. die Wärmeverzugsänderung über im Wesentlichen über die gesamte Zahnflankenfläche regelmäßig verteilt nachvollziehen lässt. Eine derartige Wärmeverzugsänderung über die Zahnflankenfläche ist auch stark vom jeweiligen Zahnradtyp und von der jeweiligen Verzahnungsform abhängig, da der Verzug typischerweise bei größer werdender Entfernung zum Grundkörper und zum Zahnkopf hin zunimmt.
  • Durch das spaltenweise Abtasten der Tastpositionen einer Zahnflanke gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform kann zudem der Abtastvorgang für die einzelnen Zahnflanken vorteilhaft effizienter und mit höherer Vorschubgeschwindigkeit durchgeführt werden, da ein dem entgegengesetztes zeilenweises Abtasten insbesondere in Nähe des Zahngrunds, bei dem die Zahnlücke typischerweise eine geringste Dicke aufweist, zur Vermeidung von Kollisionen sehr vorsichtig und langsam geführt werden müsste, und im Gegensatz dazu bei spaltenweisem Abtasten der Abtastvorgang demzufolge vorteilhaft effizienter bei schnellerer Vorschubgeschwindigkeit durchgeführt werden kann.
  • Vorzugsweise tastet das Messtastmittel die Tastpositionen einer Spalte in Richtung zum Zahngrund hin ab, vorzugsweise indem für jede Spalte zuerst die dem Zahnkopf am Nächsten liegende Tastposition abgetastet wird und die die dem Zahngrund am Nächsten liegende Tastposition zuletzt abgetastet wird. Vorzugsweise steuert die Maschinensteuerungseinrichtung das Tastmittel nach Abtasten der dem Zahngrund am Nächsten liegende Tastposition einer Spalte im Eilgang zu der dem Zahnkopf am Nächsten liegenden Tastposition der benachbarten Spalte.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung ergibt sich der Vorteil einer noch schnelleren und effizienteren Abtastung der Tastpositionen einer Zahnflanke, da die langsamere Vorschubgeschwindigkeit beim Abtasten der Tastpositionen einer Spalte zum enger werdenden Zahngrund hin durchgeführt wird und das Verfahren des Tastmittels zur nächsten Tastposition der benachbarten Spalte somit schräg aus dem Zahngrund heraus zum Zahnkopf hin erfolgen kann, demzufolge aufgrund der zum Zahnkopf hin größer werdenden Zahnlückendicke beim Verfahren zur benachbarten Spalte im effizienten und schnellen aber ungenauer steuerbaren Eilgang verfahren werden kann, wobei gleichzeitig das Risiko von Kollisionen signifikant reduziert ist gegenüber einem Verfahren schräg zum Zahngrund hin, bei dem der Eilgang aufgrund der zum Zahngrund hin dünner werdenden Zahnlückendicke nicht angewendet werden könnte.
  • Vorzugsweise umfasst die Mehrzahl von Zahnflanken eine erste Zahnflanke und eine zweite Zahnflanke, wobei die erste und zweiten Zahnflanken vorzugsweise entweder beide linke Zahnflanken oder beide rechte Zahnflanken sind, und wobei die erste Zahnflanke vorzugsweise auf einer ersten Seite des Zahnrads angeordnet ist, die einer zweiten Seite des Zahnrads, auf der die zweite Zahnflanke angeordnet ist, vorzugsweise in Bezug auf die Zahnradachse im Wesentlichen radial gegenüberliegt. Alternativ umfasst die Mehrzahl von Zahnflanken vorzugsweise eine Gruppe von N Zahnflanken, wobei die N Zahnflanken der Gruppe vorzugsweise entweder alle linke Zahnflanken sind oder alle rechte Zahnflanken sind, und wobei die N Zahnflanken der Gruppe vorzugsweise umfänglich des Zahnrads mit im Wesentlichen jeweils gleichem Winkelabstand zwischen einander angeordnet sind, d.h. vorzugsweise im Wesentlichen bei einem Winkelabstand von 360°/N. Die zuvor beschriebene Ausführungsform in Bezug auf die erste und zweite Zahnflanke entspricht hierbei im Wesentlichen dem Spezialfall N = 2.
  • Wie bereits vorstehend beschrieben, kann nicht nur für Tastpositionen auf einer Zahnflanke eine starke Veränderung des Wärmeverzugs auftreten, der durch die rotatorische Nullpunktverschiebung ausgeglichen werden soll, sondern es kann auch für unterschiedliche Zahnflanken ein unterschiedlicher Wärmeverzug auftreten. Um dies verbessert ausgleichen zu können, sieht diese bevorzugte Ausführungsform nicht nur vor, mehrere Zahnflanken abzutasten, sondern die abzutastenden Zahnflanken zudem möglichst umfänglich des Zahnrads im Wesentlichen gleichverteilt auszuwählen.
  • Bei zwei (bevorzugt entweder linken oder rechten) abzutastenden Zahnflanken werden diese bevorzugt im Wesentlichen auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnrads ausgewählt. Hierbei bedeutet „im Wesentlichen“ insbesondere bevorzugt, dass die Zahnflanken nicht notwendigerweise genau gegenüber, d.h. bei 180° angeordnet sein müssen, sondern bevorzugt innerhalb gegenüberliegender Winkelsegmente, die einen Winkel kleiner oder gleich 90° aufweisen, bevorzugt kleiner oder gleich 45°.
  • Bei drei oder mehr (bevorzugt entweder linken oder rechten) abzutastenden Zahnflanken, d.h. N > 2, werden diese bevorzugt im Wesentlichen bei einem Winkelabstand von 360°/N zueinander ausgewählt. Hierbei bedeutet „im Wesentlichen“ insbesondere bevorzugt, dass die N Zahnflanken nicht notwendigerweise bei einem Winkelabstand von 360°/N angeordnet sein müssen, sondern bevorzugt jeweils innerhalb von Winkelsegmenten, die einen Winkelabstand von 360°/N zueinander aufweisen und bevorzugt einen jeweiligen Winkel von kleiner oder gleich 180°/N aufweisen, bevorzugt kleiner oder gleich 90°/N.
  • Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung dazu eingerichtet, das Messtastmittel zum Abtasten der Tastpositionen auf Grundlage von Tastdaten zu steuern, wobei die Tastdaten für jede Tastposition vorzugsweise eine vorgegebene Zielposition, eine vorgegebene Tastrichtung und/oder eine vorgegebene Orientierungsrichtung für das Messtastmittel angeben.
  • Hierbei bezeichnet die Orientierungsrichtung für das Messtastmittel eine Vorgabe einer einzunehmenden Richtung einer Längsachse des Messtastmittels bei dem Abtastvorgang bei der Tastposition, z.B. bei Verwendung eines Taststiftes mit an der Spitze angeordneter Tastkugel der Längsachse des Taststifts.
  • Die Zielposition gibt (bevorzugt im Werkzeugmaschinenkoordinatensystem) die Position eines Abtastziels für die Tastposition an und die Tastrichtung gibt bevorzugt eine Vorschubrichtung für das Tastmittel beim Abtasten der Tastposition zur Zielposition hin vor.
  • Insgesamt wird eine Tastposition auf Grundlage der Tastdaten dann bevorzugt derart abgetastet, dass das Messtastmittel in einer festgehaltenen Orientierung gemäß der vorgegebenen Orientierungsrichtung in Richtung der vorgegebenen Tastrichtung zu der vorgegebenen Zielposition verfahren wird bis ein Tastkontakt mit der Zahnflanke an der Tastposition erreicht wird, an der dann die Istposition gemessen werden kann. Die vorgegebene Zielposition kann hierbei z.B. der vorgegebenen Sollposition der Zahnflanke (d.h. ohne Verzug) entsprechen oder auch einer Position, die definiert ist durch die vorgegebenen Sollposition plus ein vordefinierter Aufmaß-Betrag eines vorgegebenen Aufmaßes, z.B. in Richtung der Flächennormalen der Sollflankenform an der Tastposition.
  • Vorzugsweise geben die Tastdaten für alle Tastpositionen einer Zahnflanke die gleiche vorgegebene Orientierungsrichtung für das Messtastmittel an, so dass die Maschinensteuerungseinrichtung das Messtastmittel vorzugsweise derart steuert, dass die Orientierungsrichtung des Messtastmittels beim Abtastvorgang der Tastpositionen einer Zahnflanke unverändert bleibt. Vorzugsweise umfassen die zumindest 5-Achsen der Werkzeugmaschine hierbei zumindest zwei Rundachsen, wobei die vorgegebene Orientierungsrichtung der Tastdaten für eine Tastposition vorzugsweise eine numerische Stellungsvorgabe für die einzunehmende Stellung der zumindest zwei Rundachsen der Werkzeugmaschine beim Abtasten der Zahnflanke an der Tastposition angibt.
  • Dies hat den Vorteil, dass die Genauigkeit beim Abtasten der Tastpositionen einer Zahnflanke vorteilhaft erhöht werden kann, da die vorgegebene Tastorientierung und somit die eingehaltene Rundachsstellung der Rundachsen beim Abtastvorgang aller Tastpositionen einer Zahnflanke nicht verändert wird. Die Abtastbewegungen an einer Zahnflanke werden dann nur von den Linearachsen der Werkzeugmaschine bei festgehaltenen Rundachsen gesteuert, so dass die Abtast-Istpositionen für die jeweilige Zahnflanke vorteilhaft bei höherer relativer Genauigkeit zueinander erfasst werden können.
  • Vorzugsweise umfasst die Werkzeugmaschine weiterhin ein Eingabemittel, über das ein Benutzer für eine oder mehrere Zahnflanken eine jeweilige Mehrzahl von Tastpositionen vorgeben kann, und/oder ein Schnittstellenmittel, über das Tastpositionsdaten eingegeben werden können, die für eine oder mehrere Zahnflanken eine jeweilige Mehrzahl von Tastpositionen vorgeben. Vorzugsweise ist die Maschinensteuereinrichtung dann dazu eingerichtet, auf Grundlage der vorgegebenen Tastpositionen die Tastdaten automatisch zu erzeugen.
  • Dies hat den Vorteil, dass ein Benutzer der Werkzeugmaschine auf einfache Art und Weise Tastpositionen vorgeben kann, die dem Ausrichtvorgang zu Grunde gelegt werden sollen, indem die Tastpositionen entweder mittels des Eingabemittels direkt an der Werkzeugmaschine eingegebene werden können oder über die Schnittstelle an die Maschinensteuerungseinrichtung der Werkzeugmaschine übermittelt werden können. Die Schnittstelle kann hierbei z.B. eine Ethernet-, LAN-, WLAN-, und/oder USB-Schnittstelle zur Ein- und Ausgabe von Daten an der Werkzeugmaschine umfassen. Der Benutzer kann hierbei vorteilhaft nur die jeweiligen Zielpositionen vorgeben, wobei die weiteren erforderlichen Tastdaten automatisch an der Werkzeugmaschine von der Maschinensteuerungseinrichtung erzeugt werden können.
  • Vorzugsweise ist die jeweilige vorgegebene Tastrichtung für jede Tastposition auf einer Zahnflanke jeweils parallel zu einem Normalenvektor ausgerichtet, der an der jeweiligen Tastposition auf der Zahnflanke senkrecht steht. Somit kann die Tastrichtung auf einfache Weise bereits auf Grundlage der Sollflankengeometrie und der Zielpositionen errechnet werden, da sich die Tastrichtung an der Flächennormale der Sollflanke an der Tastposition orientiert. Zudem kann hierdurch der eigentliche Tastvorgang an einer Tastposition genauer ausgeführt werden. Am genauesten würde der Tastvorgang bei senkrechtem Antasten der tatsächlichen Flanke erreicht werden können, wobei die exakte senkrechte Richtung zu der tatsächlichen Flanke an der Tastposition aufgrund des unbekannten Verzugs nicht exakt bekannt ist. Indem die Flächennormale auf die Soll-Flankenfläche an der Tastposition zur Ausrichtung der Tastrichtung genutzt wird, kann die Genauigkeit der Abtastung jedoch im Durchschnitt über alle Tastpositionen selbst ohne Kenntnis der echten Flächennormalen der Flankenform mit Verzug auf einfache Weise vorteilhaft optimiert werden.
  • Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung dazu eingerichtet, die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads unter der Maßgabe zu ermitteln, bei Endbearbeitung des Zahnrads an jeder Tastposition Material abzutragen. Dies kann dadurch auf einfache Weise ermöglicht werden, indem die bestimmte rotatorische Nullpunktverschiebung zum Beispiel für alle ermittelten Soll-Ist-Abweichungen überprüft wird, um herauszufinden, ob an einer oder mehreren der Tastpositionen die ermittelte Nullpunktverschiebung nicht ausreichend ist, um an dieser Tastposition bei Endbearbeitung Material abzutragen. Auf Grundlage dieser Überprüfung kann dann die ermittelte Nullpunktverschiebung ggf. noch leicht korrigiert werden, um auch an diesen Tastpositionen Material abzutragen zu können, wobei bevorzugt noch erneut überprüft werden sollte, ob diese Korrektur nicht dazu führen könnte, dass dann an anderen Tastpositionen kein Material abgetragen wird. Durch das Ermitteln einer Nullpunktverschiebung bzw. korrigierten Nullpunktverschiebung, bei der während der Endbearbeitung an allen Tastpositionen Material abgetragen wird, kann es insbesondere verbessert vermieden werden, dass überhaupt Stellen auf Zahnflanken auftreten, an denen kein Material abgetragen wird.
  • In ähnlicher Weise ist es wie folgend beschrieben auch möglich, Maßgaben einer minimalen Materialabtragungstiefe bei der Endbearbeitung für die Ermittlung der rotatorischen Nullpunktverschiebung vorzugeben. Diese kann ggf. durch einen Benutzer erneut über ein Eingabemittel oder in Datenform über eine Datenschnittstelle vorgegeben werden.
  • Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung dazu eingerichtet, die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads unter Berücksichtigung einer vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe zu ermitteln, mit der Maßgabe, bei Endbearbeitung des Zahnrads an jeder Tastposition mindestens Material bis zu der vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe abzutragen.
  • Vorzugsweise umfasst die Maschinensteuerungseinrichtung ein Speichermittel und ist dazu eingerichtet, die zumindest eine ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung für das eingespannte Zahnrad zu speichern. Dies hat den Vorteil, dass die abgespeicherte rotatorische Nullpunktverschiebung auf einfache Weise bei der späteren Endbearbeitung numerisch berücksichtigt werden kann, da auch noch während der Abarbeitung der Steuerdaten bei Ausführung der Endbearbeitung stets erneut auf den gespeicherten Wert zurückgegriffen werden kann.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines automatischen rotatorischen Ausrichtvorgangs zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung für eine Endbearbeitung eines Zahnrads an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine vorgeschlagen, wobei die Werkzeugmaschine vorzugsweise gemäß einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungen ausgebildet ist bzw. der Ausrichtvorgang durchgeführt wird, wie an einer Werkzeugmaschine gemäß einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungen.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren Ermitteln einer jeweiligen Istposition an einer Mehrzahl von vorgegebenen Tastpositionen auf jeder Zahnflanke einer Mehrzahl von Zahnflanken des Zahnrads mittels eines Messtastmittels, Vergleichen der ermittelten Istposition für jede der vorgegebenen Tastpositionen mit einer jeweiligen vorgegebenen Sollposition, Ermitteln einer Soll-Ist-Abweichung auf Grundlage des Vergleichs für jede Tastposition, und Ermitteln zumindest einer rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads auf Grundlage der bestimmten Soll-Ist-Abweichungen.
  • Vorzugsweise folgt die von dem Maschinensteuerungseinrichtung gesteuerte Endbearbeitung des eingespannten Zahnrads auf Grundlage von für die Endbearbeitung vorgegebenen Steuerdaten automatisch nach dem automatischen Ausrichtvorgang, wobei die zumindest eine ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung vorzugsweise automatisch beim Steuern der Endbearbeitung des Zahnrads berücksichtigt wird.
  • Erfindungsgemäß umfassen die Mehrzahl von Zahnflanken eine Gruppe von linken Zahnfanken und eine Gruppe von rechten Zahnflanken, wobei die für die Gruppe von linken Zahnflanken ermittelten Soll-Ist-Abweichungen und die für die Gruppe von rechten Zahnflanken ermittelten Soll-Ist-Abweichungen getrennt ausgewertet werden. Vorzugsweise werden im Schritt Ermitteln zumindest einer rotatorischen Nullpunktverschiebung eine erste Nullpunktverschiebung für die Gruppe von linken Zahnflanken und eine zweite Nullpunktverschiebung für die Gruppe von rechten Zahnflanken ermittelt.
  • Vorzugsweise folgt die von dem Maschinensteuerungseinrichtung gesteuerte Endbearbeitung des eingespannten Zahnrads auf Grundlage von für die Endbearbeitung vorgegebenen Steuerdaten automatisch nach dem automatischen Ausrichtvorgang, wobei die erste ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung vorzugsweise automatisch beim Steuern der Endbearbeitung der linken Zahnflanken berücksichtigt wird und die zweite ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung vorzugsweise automatisch beim Steuern der Endbearbeitung der rechten Zahnflanken berücksichtigt wird.
  • Vorzugsweise sind die Mehrzahl von Tastpositionen einer Zahnflanke auf der Zahnflanke in Zeilen, die in Zahnbreitenrichtung verlaufen, und Spalten, die in Zahnhöhenrichtung verlaufen, angeordnet, wobei im Schritt Ermitteln der jeweiligen Istpositionen das Messtastmittel vorzugsweise die Tastpositionen einer Zahnflanke spaltenweise abtastet, indem Tastpositionen einer Spalte hintereinander abgetastet werden und nach Abtasten der Tastpositionen der Spalte die Tastpositionen einer benachbarten Spalte abgetastet werden.
  • Vorzugsweise tastet das Messtastmittel die Tastpositionen einer Spalte in Richtung zum Zahngrund hin ab, indem für jede Spalte zuerst die dem Zahnkopf am Nächsten liegende Tastposition abgetastet wird und die die dem Zahngrund am Nächsten liegende Tastposition zuletzt abgetastet wird. Vorzugsweise wird das Tastmittel hierbei nach Abtasten der dem Zahngrund am Nächsten liegende Tastposition einer Spalte im Eilgang zu der dem Zahnkopf am Nächsten liegenden Tastposition der benachbarten Spalte gesteuert.
  • Vorzugsweise umfassen die Mehrzahl von Zahnflanken eine erste Zahnflanke und eine zweite Zahnflanke, wobei die erste und zweiten Zahnflanken vorzugsweise entweder beide linke Zahnflanken oder beide rechte Zahnflanken sind, und wobei die erste Zahnflanke vorzugsweise auf einer ersten Seite des Zahnrads angeordnet ist, die einer zweiten Seite des Zahnrads, auf der die zweite Zahnflanke angeordnet ist, in Bezug auf die Zahnradachse im Wesentlichen radial gegenüberliegt. Alternativ umfassen die Mehrzahl von Zahnflanken vorzugsweise eine Gruppe von N Zahnflanken, wobei die N Zahnflanken der Gruppe vorzugsweise entweder alle linke Zahnflanken sind oder alle rechte Zahnflanken sind, und wobei die N Zahnflanken der Gruppe vorzugsweise umfänglich des Zahnrads mit im Wesentlichen jeweils gleichbleibendem Winkelabstand zwischen einander angeordnet sind.
  • Vorzugsweise wird das Messtastmittel zum Abtasten der Tastpositionen auf Grundlage von Tastdaten gesteuert, wobei die Tastdaten vorzugsweise für jede Tastposition eine vorgegebene Zielposition, eine vorgegebene Tastrichtung und/oder eine vorgegebene Orientierungsrichtung für das Messtastmittel angeben. Vorzugsweise geben die Tastdaten für alle Tastpositionen einer Zahnflanke die gleiche vorgegebene Orientierungsrichtung für das Messtastmittel an, so dass das Messtastmittel vorzugsweise derart gesteuert wird, dass die Orientierungsrichtung des Messtastmittels beim Abtastvorgang der Tastpositionen einer Zahnflanke unverändert bleibt.
  • Vorzugsweise umfassen die zumindest 5-Achsen der Werkzeugmaschine zumindest zwei Rundachsen, wobei die vorgegebene Orientierungsrichtung der Tastdaten für eine Tastposition vorzugsweise eine Stellungsvorgabe für die zumindest zwei Rundachsen der Werkzeugmaschine beim Abtasten der Zahnflanke an der Tastposition angibt.
  • Vorzugsweise werden die Tastdaten auf Grundlage von vorgegebenen Tastpositionen automatisch erzeugt, wobei die vorgegebenen Tastpositionen vorzugsweise über ein Eingabemittel von einem Benutzer und/oder über ein Schnittstellenmittel für eine oder mehrere Zahnflanken vorgegeben werden können.
  • Vorzugsweise ist die jeweilige vorgegebene Tastrichtung für jede Tastposition auf einer Zahnflanke jeweils parallel zu einem Normalenvektor ausgerichtet, der an der jeweiligen Tastposition auf der Zahnflanke senkrecht steht.
  • Vorzugsweise wird die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads unter der Maßgabe ermittelt, bei Endbearbeitung des Zahnrads an jeder Tastposition Material abzutragen. Vorzugsweise wird die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads unter Berücksichtigung einer vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe ermittelt, mit der Maßgabe, bei Endbearbeitung des Zahnrads an jeder Tastposition mindestens Material bis zu der vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe abzutragen.
  • Vorzugsweise wird die zumindest eine ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung für das eingespannte Zahnrad in einem Speichermittel gespeichert.
  • Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das ein computerlesbares Medium und ein darin gespeichertes Computerprogramm umfasst, wobei das Computerprogramm in der Form einer Abfolge von Zuständen gespeichert ist, die Befehlen entspricht, die eingerichtet sind von einer Maschinensteuerungseinrichtung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verarbeitet zu werden, so dass die Maschinensteuerungseinrichtung auf Grundlage der Befehle ein Verfahren gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen an der Werkzeugmaschine steuert.
  • Zusammenfassend ermöglicht es die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die vorstehend bereits beschriebenen, im Zusammenhang mit einem Ausrichtvorgang zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung auftretenden Problemen der aus dem Stand der Technik bekannten Ausrichtverfahren, einen verbesserten Ausrichtvorgang für weichbearbeitete und einer Wärmebehandlung unterzogene Zahnräder an einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden können, und bei dem die rotatorische Nullpunktverschiebung insbesondere bei sehr großen Zahnrädern mit Durchmessern von bis zu über einem Meter oder mehr immer noch vorteilhafte Ergebnisse liefern kann, so dass bei der Endbearbeitung vermieden werden kann, dass an Zahnflanken Stellen auftreten, an denen zu viel und/oder zu wenig Material abgetragen wird.
  • Kurzbeschreibung der angehängten Figuren
    • 1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 2 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung zweier benachbarter Zähne eines geradverzahnten Stirnrads in Perspektivdarstellung.
    • 3 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer rechten Zahnflanke zur Veranschaulichung eines Abtastvorgangs an einer Zahnflanke gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 4 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung von Istpositionen und Sollpositionen einer Spalte von Tastpositionen auf Zahnflanken eines Zahns aus 2.
    • 5 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagram eines Ausrichtvorgangs zur Endbearbeitung eines Zahnrads gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung der angehängten Figuren und bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Im Folgenden werden beispielhafte bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist durch den Umfang der Patentansprüche definiert. Gleiche bzw. ähnliche Merkmale der Ausführungsbeispiele werden in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
  • 1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Werkzeugmaschine 100 ist eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit zumindest 5-Achsen zur zerspanenden Bearbeitung eines an einem Einspannmittel 130 der Werkzeugmaschine 100 eingespannten Werkstücks 200 mittels eines an einer Arbeitsspindel 111 der Werkzeugmaschine 100 aufgenommenen Werkzeugs.
  • Die Werkzeugmaschine 100 umfasst drei Linearachsen X, Y, und Z (nicht dargestellt) und zwei Rundachsen, z.B. eine erste Rundachse A, B oder eine Kombination aus A und B (nicht dargestellt) und eine zweite Rundachse C (um Rotationsachse M1 in 1), mittels denen das an der Arbeitsspindel 111 aufgenommene Werkzeug relativ zu dem am Einspannmittel 120 eingespannten Werkstück 200 gesteuert werden kann, insbesondere in drei translatorischen Freiheitsgraden und zwei rotatorischen Freiheitsgraden. Zum Steuern der Achsbewegungen der drei Linearachsen X, Y, und Z und der zwei Rundachsen umfasst die Werkzeugmaschine eine numerische Maschinensteuerungseinrichtung 150, welche vorzugsweise eine CNC-Steuerungseinrichtung und eine PLC-Steuerungseinrichtung aufweist, wobei die Maschinensteuerungseinrichtung 150 dazu eingerichtet ist, das an der Arbeitsspindel 111 der Werkzeugmaschine 100 aufgenommene Werkzeug relativ zu dem an dem Einspannmittel 130 der Werkzeugmaschine 100 eingespannten Werkstück 200 auf Grundlage numerischer Steuerdaten zu steuern, insbesondere zum Beispiel auf Grundlage eines oder mehrerer NC-Programme.
  • Die Arbeitsspindel 111 ist an einem Spindelkopf 110 der Werkzeugmaschine gehalten, welcher über eine Rundachse (nicht dargestellt) rotatorisch angetrieben werden kann, und ist dazu eingerichtet, ein oder mehrere Werkzeuge an einer Werkzeugaufnahmeschnittstelle aufzunehmen. Des Weiteren ist die Arbeitsspindel 111 dazu eingerichtet, ein an der Werkzeugaufnahme aufgenommenes Werkzeug, wie z.B. ein Fräs- oder Bohrwerkzeug, zum Erzeugen der zerspanenden Schnittbewegung bei Bearbeitung eines Werkstücks an der Werkzeugmaschine bei hoher Drehzahl rotatorisch anzutreiben (werkzeugtragende Spindel). Weiterhin ist es jedoch neben zerspanenden Werkzeugen auch möglich, nicht-zerspanende Werkzeug an der Arbeitsspindel 111 aufzunehmen und mittels der zumindest 5 Achsen relativ zu dem an dem Einspannmittel 130 eingespannten Werkstück 200 zu verfahren. Das in 1 dargestellte Werkzeug ist z.B. ein Messtastwerkzeug 140 (z.B. Messtaster bzw. Taststift) mittels dem das eingespannte Werkstück 200 an einer Tastposition zur Positionsbestimmung der Werkstückoberfläche abgetastet werden kann.
  • Die Werkzeugmaschine umfasst weiterhin einen Drehtisch 120, auf dem das Einspannmittel 130 zum Einspannen eines Werkstücks 200 befestigt ist und der mittels der Rundachse B drehbar um die Rotationsachse M1 in 1 steuerbar ist.
  • Die Maschinensteuerungseinrichtung 150 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft eine Schnittstelle 170 zur Ein- und Ausgabe von Steuerdaten wie z.B. NC-Daten umfassend ein oder mehrere NC-Programme. Die Schnittstelle 170 kann hierbei unterschiedlichste Datenschnittstellen aufweisen, z.B. eine LAN-Schnittstelle, eine WLAN-Schnittstelle, eine Ethernet-Schnittstelle, eine Bluetooth-Schnittstelle, eine USB-Schnittstelle etc.
  • Weiterhin umfasst die Maschinensteuerungseinrichtung 150 eine Bedieneinrichtung 160, über die ein Bediener die Werkzeugmaschine 100 und insbesondere die Maschinensteuerungseinrichtung 150 bedienen kann. Die Bedieneinrichtung 160 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Darstelleinheit 161 zum Darstellen einer graphischen Benutzerschnittstelle (umfassend Mittel zur visuellen Informationsübertragung d.h. z.B. ein Monitor, Touchscreen bzw. Bildschirm, oder auch Balkenanzeigen, Lämpchen, LEDs etc.) und Bedieneinheiten 162a und 162b zur manuellen Eingabe von Bedienbefehlen. Beispielsweise kann die Bedieneinheit 162a mit einer Tastatur und/oder Softkeys ausgebildet sein, und die Bedieneinheit 162b kann beispielsweise als positionsangebende Bedieneinheit ausgebildet sein, z.B. als eine Computermaus, ein Trackingball, ein Touchpad, ein Joystick oder ähnliches.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Werkzeugmaschine 100 gemäß 1 dazu eingerichtet einen automatischen rotatorischen Ausrichtvorgang zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung für eine Endbearbeitung eines an dem Einspannmittel 130 eingespannten Zahnrads 200 zu steuern. Beispielhaft ist das Zahnrad 200 in 1 als geradverzahntes Kegelrad dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch vorteilhaft anwendbar zur Durchführung eines automatischen rotatorischen Ausrichtvorgangs zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung für eine Endbearbeitung verschiedenster Zahnräder (z.B. Stirnräder, Kegelräder, Tellerräder, usw.) mit beliebigen Verzahnungsformen (z.B. geradverzahnt, schrägverzahnt, bogenverzahnt, spiralverzahnt, usw.) und auch mit beliebigen Verzahnungsprofilen (z.B. Evolventenprofil, Zykloidenprofil, usw.). Hierbei erfolgt die Bearbeitung, insbesondere Fräsbearbeitung, als auch die Steuerung des Tastvorgangs im Sinne der Erfindung bei Kegelrädern 5-achsig (d.h. über Ansteuerung der zumindest drei Linearachsen und zumindest zwei Rundachsen), jedoch kann die Bearbeitung, insbesondere Fräsbearbeitung, als auch die Steuerung des Tastvorgangs im Sinne der Erfindung bei Stirnrädern auch 4-achsig erfolgen (d.h. über Ansteuerung der zumindest drei Linearachsen und zumindest einer Rundachse).
  • In diesem automatischen rotatorischen Ausrichtvorgang ermittelt bzw. misst der von der Maschinensteuerungseinrichtung 150 gesteuerte, an der Arbeitsspindel 111 aufgenommene Messtaster 140 bei einer Mehrzahl von vorgegebenen Zahnflanken des Zahnrads 200 an einer Mehrzahl von vorgegebenen Tastpositionen auf jeder der vorgegebenen Zahnflanken eine jeweilige Istposition. Danach vergleicht die Maschinensteuerungseinrichtung 150 für jede der vorgegebenen Tastpositionen die ermittelte Istposition mit einer jeweiligen vorgegebenen Sollposition und ermittelt bzw. berechnet für jede Tastposition eine Soll-Ist-Abweichung auf Grundlage dieses Vergleichs. Darauffolgend ermittelt bzw. berechnet die Maschinensteuerungseinrichtung 150 automatisch auf Grundlage der bestimmten Soll-Ist-Abweichungen zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung des an dem Einspannmittel 130 eingespannten Zahnrads 200. Dies wird später detaillierter beschrieben.
  • Vorzugsweise werden die bestimmten Istpositionen zusammen mit den Sollpositionen und den dazugehörigen Soll-Ist-Abweichungen in einem Speichermittel der Maschinensteuerungseinrichtung 150 gespeichert. Weiterhin wird vorzugsweise auch die ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung in dem Speichermittel gespeichert, um in der darauffolgenden Endbearbeitung berücksichtigt zu werden.
  • 2 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung zweier benachbarter Zähne 201 und 202 eines geradverzahnten Stirnrads in Perspektivdarstellung. Die Richtungspfeile ZH, ZB, und ZD in 2 geben die Richtungen ZH in Richtung der Zahnhöhe (Zahnhöhenrichtung), ZB in Richtung der Zahnbreite (Zahnbreitenrichtung) und ZD in Richtung der Zahndicke (Zahndickenrichtung) an. Der Zahn 201 weist eine linke Zahnflanke 201a und eine rechte Zahnflanke 201b auf, und der Zahn 202 weist ebenfalls eine linke Zahnflanke 202a und eine rechte Zahnflanke 202b auf. Zwischen den Zähnen 201 und 202 weist das Zahnrad eine Zahnlücke mit dem Zahngrund 203 auf.
  • 3 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung der rechten Zahnflanke 201b zur Veranschaulichung eines Abtastvorgangs an der Zahnflanke 201b gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Abtastvorgang gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird auf Grundlage von Tastdaten von der Maschinensteuerungseinrichtung 150 gesteuert. Hierbei ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung es vorsieht, dass eine Mehrzahl von Zahnflanken abgetastet wird. 3 veranschaulicht hierbei den Abtastvorgang an nur einer Zahnflanke, und es ist vorgesehen einen derartigen Abtastvorgang gemäß 3 nacheinander an einer Mehrzahl von Zahnflanken des Zahnrads durchzuführen.
  • Hierbei ist es gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass die Mehrzahl von abzutastenden Zahnflanken eine Gruppe von linken Zahnflanken und eine Gruppe von rechten Zahnflanken umfasst. Vorzugsweise ist hierbei die Anzahl der abzutastenden linken Zahnflanken und die Anzahl der abzutastenden rechten Zahnflanken gleich. Um hierbei vorteilhaft kurze Verfahrwege beim gesamten Abtastvorgang zu ermöglichen, können z.B. bevorzugt jeweils die linke und die rechte Zahnflanke des gleichen Zahns abgetastet werden oder noch zweckmäßiger die linke und die rechte Zahnflanke einer gleichen Zahnlücke.
  • Die Tastdaten geben vorzugsweise zunächst die abzutastenden Zahnflanken an, oder zumindest die abzutastenden Zähne bzw. Zahnlücken, wobei dann bevorzugt pro angegebenem Zahn bzw. pro angegebener Zahnlücke jeweils die linke und rechte Zahnflanke abgetastet wird. Für eine Zahnflanke (bzw. gleichzeitig für alle abzutastenden rechten und/oder linken Zahnflanken) geben die Tastdaten weiterhin eine Mehrzahl von vorgegebenen Tastpositionen für den Abtastvorgang an. Die Maschinensteuerungseinrichtung 150 ist dazu eingerichtet, den an der Arbeitsspindel 111 aufgenommenen Messtaster 140 zum Abtasten einer Mehrzahl von auf der Zahnflanke angeordneten Tastpositionen auf Grundlage der Tastdaten zu steuern, wobei die Tastdaten für jede Tastposition x(i,j) eine vorgegebene Zielposition, eine vorgegebene Tastrichtung und eine vorgegebene Orientierungsrichtung TO für den Messtaster 140 angeben.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind Tastpositionen x(i,j) in einem Gitter auf der abzutastenden Zahnflanke 201b an den jeweiligen Kreuzungspunkten von Gitterzeilen L1, L2, L3 und L4, die in Zahnbreitenrichtung ZB auf der Zahnflanke verlaufen, und Gitterspalten S1, S2, S3, S4, S5 und S6, die in Zahnhöhenrichtung ZH auf der Zahnflanke verlaufen, angeordnet. Hierbei beschreibt der Index i beispielhaft die Zeilennummer und der Index j beispielhaft die Spaltennummer. Folglich sind in diesem Beispiel in 3 auf der Zahnflanke 24 Tastpositionen x(1,1), x(1,2), ... , x(4,5), x(4,6) angeordnet, wobei die jeweilige Istposition an den 24 Tastpositionen mittels des Messtasters 140 abzutasten ist. Hierbei und auch im Folgenden ist die Anzahl von Zeilen und Spalten bzw. die Anzahl von vorgegebenen Tastpositionen lediglich beispielhaft gewählt. Die Tastpositionen werden bevorzugt derart angeordnet, dass alle Tastpositionen auf der später verzahnungsaktiven Zahnflankenfläche angeordnet sind. Hierbei stellt diese Anordnung der Tastpositionen auf einer Zahnflanke in einem Raster in Zeilen und Spalten lediglich eine besonders zweckmäßige Ausführung der Erfindung dar. In weiteren Ausführungen der Erfindung ist es möglich, dass der Benutzer für eine oder mehrere der Zahnflanken eine oder mehrere frei gewählte Tastpositionen vorgibt.
  • Die weiterhin in den Tastdaten angegebene Orientierungsrichtung TO für den Messtaster 140 bezeichnet gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Vorgabe einer einzunehmenden Richtung einer Längsachse des Messtasters 140 bei dem Abtastvorgang der 24 Tastpositionen der Zahnflanke 201b. 3 zeigt beispielhaft eine Spitze des Messtasters 140 mit einem Taststift 140b, an dessen Ende eine Tastkugel 140a angebracht ist, die zum Abtasten der Oberfläche der Zahnflanke 201b zur Bestimmung einer Istposition an den Tastpositionen x(i,j) mit der Zahnflankenoberfläche in Kontakt zu bringen ist.
  • Die in den Tastdaten weiterhin angegebenen Zielpositionen für jede der Tastpositionen geben (bevorzugt im Werkzeugmaschinenkoordinatensystem) die jeweilige Position eines Abtastziels für die jeweilige Tastposition an, und die in den Tastdaten weiterhin angegebenen Tastrichtungen geben eine jeweilige Vorschubrichtung für den Messtaster 140 beim Abtasten der jeweiligen Tastposition zur jeweiligen Zielposition hin vor. Somit wird an einer bestimmten Tastposition mittels des Messtasters 140 derart abgetastet, dass der Messtaster 140 in einer Orientierung gemäß der vorgegebenen Orientierungsrichtung TO (d.h. Längsachse des Taststifts 140b in 3 parallel ausgerichtet zu der in den Tastdaten vorgegebenen Orientierungsrichtung TO) vor der Zahnflanke derart positioniert wird, dass das Zentrum der Messkugel 140a auf einer Gerade liegt, die die Tastposition bzw. die in den Tastdaten angegebene Zielposition schneidet und deren Richtung vorgegeben wird durch den Normalenvektor auf der Zahnflankenfläche an der Tastposition bzw. an der von den Tastdaten vorgegebenen Zielposition.
  • Nach einer derartigen Positionierung wird der Messtaster 140 nur unter Ansteuerung einer oder mehrerer Linearachsen und bei festgehaltenen Rundachsen derart gesteuert, dass die Messkugel 140a in der in den Tastdaten angegebenen Tastrichtung, die parallel zu der Richtung des Normalenvektors auf der Zahnflankenfläche an der Tastposition bzw. an der von den Tastdaten vorgegebenen Zielposition ausgerichtet ist, zu der Zahnflanke hin verfahren wird, d.h. in Richtung der in den Tastdaten angegebenen Zielposition, bis festgestellt wird, dass die Tastkugel 140 mit der Zahnflanke 201b an der Tastposition in Kontakt kommt. Diese Kontaktposition wird erfasst und wird verwendet, die Istposition der Zahnflanke an dieser jeweiligen Tastposition zu ermitteln. Dieser Vorgang wird für alle 24 Tastpositionen x(i,j) wiederholt, bis bei der Zahnflanke 201b für jede Tastposition x(i,j) die jeweilige Istposition ermittelt wurde.
  • Eine besonders zweckmäßige Ausführung der Abtastbewegung ist mittels der gestrichelten Pfeile in 3 dargestellt. Hierbei werden die Abtastpositionen spaltenweise, beginnend bei einer der beiden äußeren Spalten, in Richtung zum Zahngrund hin (d.h. entgegengesetzt zur Zahnhöhenrichtung ZH) abgetastet, wobei also die Tastpositionen einer Spalte j hintereinander in der Reihenfolge x(1,j), x(2,j), x(3,j) und x(4,j) abgetastet werden.
  • Nach Abtasten der dem Zahngrund 203 am nächsten liegenden Tastposition x(4,j) der Spalte j (z.B. Pfeile t1 und t2 von x(3,3) zu x(4,3) in 3) wird der Messtaster 140 für den nächsten Abtastschritt von der Tastposition x(4,j) im Eilgang zu der dem Zahnkopf am nächsten liegenden Tastposition x(1,j+1) der der Spalte j benachbarten Spalte j+1 verfahren (z.B. Pfeil t3 von x(4,3) in Richtung von x(1,4) in 3). Hierbei wird der Messtaster im Eilgang zur nächsten Spalte verfahren, wobei die Bewegungsrichtung vom engen Zahngrund weg geführt ist, so dass ein derartiger Abtastvorgang mit signifikant reduziertem Kollisionsrisiko schnell, genau und effizient ausgeführt werden kann.
  • In dem Abttastvorgang ändern sich zwar für jede Tastposition x(i,j) die Zielposition und die Tastrichtung (die jeweils parallel zu dem jeweiligen Normalenvektor ausgerichtet ist) in den Tastdaten, jedoch werden die Tastdaten besonders zweckmäßigerweise derart erzeugt bzw. vorgegeben, dass die vorgegebene Orientierungsrichtung TO beim Abtasten aller 24 Tastpositionen der Zahnflanke durch den Taststift 140 beibehalten wird, d.h. dass die Rundachsen der Werkzeugmaschine bei den Verfahrbewegungen während des Abtastvorgangs der gesamten Zahnflanke 201b festgehalten werden. Dies erhöht insbesondere vorteilhaft die erreichbare relative Genauigkeit der Istposition-Bestimmungen an den Tastpositionen der Zahnflanke 201b. Die Orientierungsrichtung TO ist hierbei unter der Maßgabe vorzugeben, dass keine Kollisionen während des Abtastvorgangs auftritt (ggf. mittels einer vorhergehenden virtuellen Kollisionssimulation). Dies ist bei fast allen Verzahnungsformen typischerweise möglich und nur bei Zahnrädern mit sehr starkem Drall der Flanken (z.B. bei Kegelrädern mit sehr stark gekrümmter Bogen- oder Spiralverzahnung) kann es vorkommen, dass die Orientierung ggf. während des Abtastvorgangs ein- oder mehrmals variiert werden sollte, um etwaige Kollisionen vermeiden zu können.
  • Anschließend wird der Tastvorgang gemäß 3 für alle vorgegebenen linken und rechten Zahnflanken wiederholt, bis die Istpositionen an jeder der vorgegebenen Tastpositionen der Mehrzahl von vorgegebenen Zahnflanken mittels des Messtasters 140 ermittelt wurden. Erfindungsgemäß ist nach Ermitteln der Istpositionen vorgesehen, für jede Tastposition einen Soll-Ist-Vergleich durchzuführen. Ein derartiger Soll-Ist-Vergleich ist beispielhaft für Tastpositionen einer Spalte einer linken und einer rechten Zahnflanke eines Zahns in 4 veranschaulicht.
  • Üblicherweise beziehen sich die Angaben der Tastdaten auf ein Koordinatensystem, bei dem eine der Hauptachsen der Werkzeugmaschine (üblicherweise die Z-Achse) exakt auf der Mittelachse des Werkstücks liegt bzw. in der die Mittelachse des Werkstücks exakt mit der Rotationsachse M1 des Drehtischs 120 ausgerichtet ist. Bei dem vorhergehend beschriebenen Tastvorgang an der Werkzeugmaschine kann das Werkstück 200 jedoch in weiteren Ausführungsbeispielen auch beliebig in dem Einspannmittel 130 eingespannt sein, z.B. indem die Mittelachse des Werkstücks 200 ggf. achsparallel aber verschoben zur Rotationsachse M1 des Drehtischs 120 ausgerichtet ist.
  • In derartigen Ausführungsbeispielen kann eine derartige Einspannabweichung zwischen dem Rotationszentrum der Rundachse B der Werkzeugmaschine und der Mittelachse des Werkstücks 200 automatisch durch die Maschinensteuerungseinrichtung 150 mittels einer Koordinatenumrechnung bzw. Koordinatentransformation kompensiert werden, d.h. die Tastdaten bzw. die Positions- und Richtungsangaben in den Tastdaten können einer automatischen Koordinatentransformation unterzogen werden, um eine Einspannabweichung zwischen dem Rotationszentrum der Rundachse B der Werkzeugmaschine und der Mittelachse des Werkstücks 200 automatisch zu kompensieren. Analog können die Sollpositionen einer automatischen Koordinatentransformation unterzogen werden und/oder die im Tastvorgang ermittelten Istpositionen einer Rücktransformation unterzogen werden.
  • 4 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung von Istpositionen und Sollpositionen einer Spalte von Tastpositionen auf Zahnflanken 201a (linke Zahnflanke) und 201b (rechte Zahnflanke) des Zahns 201 aus 2 bzw. der Zahnflanke 201b aus 3 der Spalte S6 (im Wesentlichen im Profilschnitt durch den Zahn 201).
  • Die gestrichelten Linien in 4 entsprechen dem Sollverlauf der Zahnflanken 201a und 201b, gekennzeichnet als 201aSOLL und 201bSOLL entlang der Spalte S6 aus 3. Der Sollverlauf der Zahnflanken bzw. die benötigten Sollpositionen der Zahnflanke an den Tastpositionen kann z.B. auf Grundlage eines numerischen virtuellen Modells der Zahnradgeometrie nach einer zuvor erfolgten Weichbearbeitung an der Werkzeugmaschine bestimmt werden, z.B. auf Grundlage eines CAD-Modells des weichbearbeiteten Zahnrads, wobei das virtuelle Modell des Zahnrads ggf. der Erzeugung der numerischen Steuerdaten für die Weichbearbeitung zu Grunde gelegt worden sein kann. Hierbei kann für den Sollverlauf der Zahnflanken zusätzlich ein vom Bediener vorgegebenes Aufmaß berücksichtigt werden.
  • Beispielhaft folgt der Verlauf der Spalten S6 in 4 genau dem Profilschnitt, so dass beispielhaft die Spalten S6 der linken und der rechten Flanke beide in einer Profilschnittebene liegen. Dies dient jedoch nur Illustrationszwecken und im Allgemeinen ist es nicht erforderlich, dass eine Spalte von Tastpositionen auf einer Zahnflanke genau in einer Profilschnitteben des jeweiligen Zahns liegt. Ebenso ist es nicht erforderlich, dass die Spalten einer linken und einer rechten Zahnflanke jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Anordnung der Tastdaten der linken und rechten Zahnflanken können auch vollkommen unabhängig voneinander vorgegeben sein.
  • In 4 sind die jeweiligen Tastpositionen der linken Flanke 201aSOLL mit x(1,6,L) bis x(4,6,L) und die jeweiligen Tastpositionen der rechten Flanke 201bSOLL mit x(1,6,R) bis x(4,6,R) bezeichnet. Hierbei wurde ein weiterer Index k hinzugefügt, so dass x(i,j,k) nun genau den jeweiligen Tastpunkt bezeichnet mit i = 1, ... , Nz, wobei NZ die Anzahl der Zeilen pro Zahnflanke angibt, j = 1, ... , NS, wobei NS die Anzahl der Spalten pro Zahnflanke angibt, und k= R, L mit R für eine rechte Zahnflanke und L für eine linke Zahnflanke. Hierbei sind die Anzahl der Zeilen und Spalten auf rechten und linken Zahnflanken als gleich angenommen, jedoch können diese auch unterschiedlich sein, so dass die Anzahl der Tastpositionen auf linken Zahnflanken und die Anzahl der Tastpositionen auf rechten Zahnflanken unterschiedlich sein kann.
  • Die durchgehenden Linien in 4 entsprechen dem Istverlauf der Zahnflanken 201a und 201b, gekennzeichnet als 201aIST und 201bIST entlang der Spalte S6 aus 3. Hierbei wurde in 4 angenommen, dass der Istverlauf der Zahnflanken von dem Sollverlauf der Zahnflanken aufgrund eines aus einer vorangegangenen härtenden Wärmebehandlung nach Weichbearbeitung des Zahnrads resultierenden Verzugs der Zahnflanken abweicht. An den jeweiligen Tastpositionen werden gemäß 3 die tatsächlichen Istpositionen mittels des Messtasters 140 ermittelt. Die jeweiligen ermittelten Istpositionen bei den jeweiligen Tastpositionen sind beispielhaft mit y(i,j,k) gekennzeichnet, wobei die Indizes i, j und k analog zu den Indizes der Sollpositionen x(i,j,k) die Zeilennummer i und die Spaltennummer j kennzeichnen, und ob die Flanke eine rechte Flanke (k = R) oder eine linke Flanke ist (k=L). Da die Istpositionen y(i,j,k) jedoch gemäß 3 beispielhaft in einer Tastrichtung entsprechend dem jeweiligen Normalenvektor auf der jeweiligen Zahnflanke (gemäß Sollverlauf 201aSOLL bzw. 201bSOLL) an der Tastposition ausgeführt werden, liegen die ermittelten Istpositionen y(i,j,k) im Wesentlichen in jeweiliger Normalenrichtung der Sollpositionen x(i,j,k) positioniert.
  • Durch Vergleich der jeweiligen Sollpositionen x(i,j,k) und ermittelten Istpositionen y(i,j,k) können in einem nächsten Schritt entsprechende Soll-Ist-Abweichungsparameter Δ(i,j,k) ermittelt werden. Diese Soll-Ist-Abweichungsparameter Δ(i,j,k) werden bevorzugt berechnet als Betrag der Distanz zwischen den jeweiligen Soll- und Istpositionen x(i,j,k) und y(i,j,k) mit einem Vorzeihen, das anzeigt, ob die Zahnflanke zum Zahn hin oder vom Zahn weg verzogen ist (Verzugrichtung).
  • Hierbei können die Soll-Ist-Abweichungsparameter Δ(i,j,k) sowohl positive als auch negative Werte annehmen, wobei ein positives Vorzeichen beispielsweise angibt, dass die Zahnflanke an der jeweiligen Tastposition vom Zahn weg verzogen ist, und ein negatives Vorzeichen beispielsweise angibt, dass die Zahnflanke an der jeweiligen Tastposition zum Zahn hin verzogen ist. In diesem Falle wären beispielsweise die Parameterwerte für Δ(1,6,L) bis Δ(4,6,L) sowie Δ(3,6,R) und Δ(4,6,R) in 4 positiv und Δ(1,6,R) wäre negativ; Δ(2,6,R) wäre beispielhaft gleich Null, da die Soll- und Istpositionen x(2,6,R) und y(2,6,R) in 4 beispielhaft deckungsgleich bzw. identisch sind (lokal kein Verzug an der Tastposition i = 2, j = 6 und k = R).
  • Um die Bestimmung der rotatorischen Nullpunktverschiebung noch weiter zu optimieren, ist es gemäß einem Ausführungsbespiel der Erfindung weiterhin vorgesehen, eine Mehrzahl von linken und rechten Zahnflanken an verschiedenen Stellen des Zahnrads abzutasten. Hierbei können insbesondere N Paare von rechten und linken Zahnflanken an verschiedenen Stellen des Zahnrads abgetastet werden. Hierbei ist es z.B. denkbar, dass für eine Mehrzahl von vorgegebenen Zähnen bzw. Zahnlücken an verschiedenen Stellen des Zahnrads jeweils die rechte und linke Zahnflanke wie vorstehend beschrieben abgetastet werden. Hierbei können die Tastpositionen weiter mit einem zusätzlichen Index m angegeben werden mit Sollpositionen x(m,i,j,k), Istpositionen y(m,i,j,k) und Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,k), wobei m = 1, ... N den jeweiligen abzutastenden Zahn bzw. die abzutastende Zahnlücke angibt (wobei N der Anzahl der vorgegebenen abzutastenden Zähne bzw. Zahnlücken entspricht) und die Indizes i, j und k für jeden dieser Zähne bzw. jede dieser Zahnlücken die jeweilige Zeile und Spalte angeben, und ob die jeweilige Tastposition auf der linken oder der rechten Zahnflanke angeordnet ist.
  • Bei zwei abzutastenden Zähnen bzw. Zahnlücken (m = 1, 2) werden diese bevorzugt im Wesentlichen auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnrads ausgewählt. Hierbei bedeutet „im Wesentlichen“ insbesondere bevorzugt, dass die Zähne bzw. Zahnlücken nicht notwendigerweise genau gegenüber, d.h. bei 180° angeordnet sein müssen, sondern bevorzugt innerhalb gegenüberliegender Winkelsegmente, die einen Winkel kleiner oder gleich 90° aufweisen, bevorzugt kleiner oder gleich 45°. Bei drei oder mehr abzutastenden Zähnen bzw. Zahnlücken, d.h. m = 1, 2, ... , N mit N > 2, werden diese bevorzugt im Wesentlichen bei einem Winkelabstand von 360°/N zueinander ausgewählt. Hierbei bedeutet „im Wesentlichen“ insbesondere bevorzugt, dass die N Zähne bzw. Zahnlücken nicht notwendigerweise bei einem Winkelabstand von 360°/N angeordnet sein müssen, sondern bevorzugt jeweils innerhalb von Winkelsegmenten, die einen Winkelabstand von 360°/N zueinander aufweisen und bevorzugt einen jeweiligen Winkel von kleiner oder gleich 180°/N aufweisen, bevorzugt kleiner oder gleich 90°/N.
  • Nach Ermittlung der jeweiligen Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,k) an den vorgegebenen Tastpositionen der vorgegebenen Zahnflanken wird eine rotatorische Nullpunktverschiebung auf Grundlage der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,k) ermittelt. Hierzu können die ermittelten Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,k) als Funktion der ein-parametrischen rotatorischen Nullpunktverschiebung angesehen werden, wobei die Nullpunktverschiebung einer positiven bzw. negativen Rotation des Zahnrads um die Rotationsachse des Zahnrads angesehen werden kann, wobei die ermittelten Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,k) den Funktionswerten bei einer Nullpunktverschiebung gleich Null entsprechen. Durch Simulationsrechnung können die jeweiligen Funktionswerte der Soll-Ist-Abweichungen als Funktion der Nullpunktverschiebung variiert werden, um eine optimale rotatorische Nullpunktverschiebung durch Bestimmung eines Fit-Werts bzw. Best-Fit-Werts mittels einer mathematischen Ausgleichsrechnung ermitteln zu können. Die Nullpunktverschiebung kann hierbei z.B. durch einen Winkelwert θ angegeben werden (oder auch durch eine Positionsangabe der Rundachse B des Drehtischs 120 im Werkzeugmaschinenkoordinatensystem), wobei die Soll-Ist-Abweichungen als Funktion Δ(m,i,j,k)(θ) des Winkelwerts θ simuliert werden können und die ermittelten Soll-Ist-Abweichungen die Funktionswerte Δ(m,i,j,k)(0) bei θ = 0 darstellen.
  • Zur Bestimmung dieses Fit-Werts bzw. Best-Fit-Werts kann hierbei vorzugsweise ein Distanzwert D(θ) auf Grundlage der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen errechnet werden, wobei der Distanzwert D(θ) vorzugsweise einen die Größe der Gesamtabweichung unter Berücksichtigung aller ermittelten Soll-Ist-Abweichungen beschreibenden Wert darstellt. In dem mathematischen Ausgleichsverfahren wird dann vorzugsweise durch Variation der rotatorischen Nullpunktverschiebung θ automatisch dieser Distanzwert minimiert, und der Wert der rotatorischen Nullpunktverschiebung bei minimiertem Distanzwert ergibt dann im Rahmen dieser mathematischen Ausgleichsrechnung die ermittelte optimierte rotatorische Nullpunktverschiebung zur Verwendung bei der späteren Endbearbeitung des Zahnrads.
  • Da die Soll-Ist-Abweichungen wiederum als Funktionen in Abhängigkeit der Nullpunktverschiebung θ definiert werden können, kann dieser definierte Distanzwert D(θ) als Funktion der Nullpunktverschiebung θ angesehen werden und durch simulierte Variation der Nullpunktverschiebung θ minimiert werden, um die optimierte rotatorische Nullpunktverschiebung zu ermitteln, die dann der Endbearbeitung des eingespannten Zahnrads auf Grundlage der numerischen Steuerdaten zur Endbearbeitung zu Grunde gelegt werden soll.
  • Hierbei ist zu beachten, dass die Werte der einzelnen Soll-Ist-Abweichungen sowohl positive als auch negative Werte annehmen können. Aus diesem Grunde sollte der Distanzwert auf Grundlage der Soll-Ist-Abweichungen vorzugsweise derart gewählt werden, dass er als Funktion der Beträge der Soll-Ist-Abweichungen oder bevorzugt als Funktion der Quadrate der Soll-Ist-Abweichungen beschrieben werden kann.
  • Der Distanzwert kann z.B. auf Grundlage der Soll-Ist-Abweichungen vorzugsweise derart gewählt werden, dass der Wert des Distanzwerts streng monoton steigt mit dem Betrag jeder einzelnen Soll-Ist-Abweichung oder bevorzugt mit dem Quadrat jeder einzelnen Soll-Ist-Abweichung. Zweckmäßigerweise könnte der Distanzwert als streng monoton steigende Funktion der Summe der Beträge aller Soll-Ist-Abweichungen (z.B. D(θ) = Σ|Δ(m,i,j,k)(θ)| für alle Tastpositionen, d.h. alle m, i, j, und k) oder bevorzugt als streng monoton steigende Funktion der Summe der Quadrate aller Soll-Ist-Abweichungen definiert werden (z.B. D(θ) = Σ[Δ(m,i,j,k)(θ)]2 oder auch D(θ) = sqrt(Σ[Δ(m,i,j,k)(θ)]2), d.h. als Quadratwurzel der Summe aller Quadrate der einzelnen Soll-Ist-Abweichungen, für alle Tastpositionen, d.h. alle m, i, j, und k). Wie bereits erwähnt kann dann in einem mathematischen Ausgleichsverfahren eine optimierte Nullpunktverschiebung ermittelt werden durch Minimierung des Distanzwerts D(θ) bei simulierter Variation der Nullpunktverschiebung θ.
  • In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist es zusätzlich oder alternativ zur gemeinsamen Auswertung auch möglich, die linken und rechten Zahnflanken jeweils getrennt auszuwerten, und für die rechten und die linken eine jeweilige eigene optimierte Nullpunktverschiebung zu ermitteln. In diesem Falle würden dann zwei separate Distanzwerte D1(θ) und D2(θ) definiert, jeweils einer für die rechten und einer für die linken Zahnflanken, und diese Distanzwerte würden dann getrennt voneinander minimiert werden. Hierbei könnten die Distanzwerte analog zu der gemeinsamen Auswertung wie vorstehend beschrieben definiert werden, jedoch immer nur jeweils für die linken oder rechten Zahnflanken ausgewertet werden (z.B. D1(θ) = Σ|Δ(m,i,j,R)(θ)|, D1(θ) = Σ[Δ(m,i,j,R)(θ)]2 oder auch D(θ) = sqrt(Σ[Δ(m,i,j,R)(θ)]2) für alle rechten Tastpositionen, d.h. alle m, i, und j mit festgehaltenem k = R und D2(θ) = Σ|Δ(m,i,j,L)(θ)|, D2(θ) = Σ[Δ(m,i,j,L)(θ)]2 oder auch D2(θ) = sqrt(Σ[Δ(m,i,j,L)(θ)]2) für alle linken Tastpositionen, d.h. alle m, i, und j mit festgehaltenem k = L). Die Distanzwerte D1 und D2 können dann getrennt voneinander minimiert werden, so dass zwei unabhängige optimierte Nullpunktverschiebungen für die rechten und linken Zahnflanken ermittelt werden können.
  • Dies hat den Vorteil, dass die Endbearbeitung des Zahnrads weiter verbessert werden kann. Sollte nämlich die Bestimmung einer einzigen rotatorischen Nullpunktverschiebung bei gemeinsamer Auswertung der Soll-Ist-Abweichungen der linken und rechten Zahnflanken zu einem Ergebnis führen, bei dem noch nach Endverarbeitung aufgrund eines zu großen und zu unterschiedlichen Wärmeverzugs der Zahnflanken Stellen mit zu viel Materialabtrag und/oder Stellen mit zu wenig oder keinem Materialabtrag auftreten sollten, kann dies bei getrennter Auswertung der linken und rechten Zahnflanken und Ermittlung der ersten Nullpunktverschiebung für die linken Zahnflanken und zweiten Nullpunktverschiebung für die rechten Zahnflanken verbessert vermieden werden.
  • In weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen wird die ermittelte Nullpunktverschiebung bzw. die rotatorischen Nullpunktverschiebungen für die linken und rechten Zahnflanken noch einmal automatisch in der Maschinensteuerungseinrichtung 150 überprüft. Hierbei wird vorzugsweise für jede Tastposition in einem Simulationsvorgang auf Basis der Steuerdaten für die Endbearbeitung und/oder auf Basis eines virtuellen Modells des Zahnrads nach Endbearbeitung überprüft, ob und/oder wie viel Material an der Tastposition unter Berücksichtigung der ermittelten Nullpunktverschiebung bzw. der rotatorischen Nullpunktverschiebungen für die linken und rechten Zahnflanken bei der Endbearbeitung abgetragen wird. In Abhängigkeit der folgend beschriebenen Kriterien kann hierbei überprüft werden, ob an den jeweiligen Tastpositionen Material abgetragen wird, und/oder ob an den jeweiligen Tastpositionen eine vorgegebene minimale Materialabtragstiefe eingehalten wird. Nach Maßgabe der folgenden Kriterien kann die ermittelte Nullpunktverschiebung nochmals korrigiert werden (ggf. für die linken und rechten Zahnflanken getrennt) und erneut überprüft werden.
  • Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung 150 dazu eingerichtet, die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads unter der Maßgabe zu ermitteln, bei Endbearbeitung des Zahnrads an jeder Tastposition Material abzutragen. Dies kann dadurch auf einfache Weise ermöglicht werden, indem die bestimmte rotatorische Nullpunktverschiebung zum Beispiel für alle ermittelten Soll-Ist-Abweichungen überprüft wird, um herauszufinden, ob an einer oder mehreren der Tastpositionen die ermittelte Nullpunktverschiebung nicht ausreichend ist, um an dieser Tastposition bei Endbearbeitung Material abzutragen. Auf Grundlage dieser Überprüfung kann dann die ermittelte Nullpunktverschiebung ggf. noch leicht korrigiert werden, um auch an diesen Tastpositionen Material abzutragen zu können, wobei bevorzugt noch erneut überprüft werden sollte, ob diese Korrektur nicht dazu führen könnte, dass dann an anderen Tastpositionen kein Material abgetragen wird. Durch das Ermitteln einer Nullpunktverschiebung bzw. korrigierten Nullpunktverschiebung, bei der während der Endbearbeitung an allen Tastpositionen Material abgetragen wird, kann es insbesondere verbessert vermieden werden, dass überhaupt Stellen auf Zahnflanken auftreten, an denen kein Material abgetragen wird.
  • In ähnlicher Weise ist es wie folgend beschrieben auch möglich, Maßgaben einer minimalen Materialabtragungstiefe bei der Endbearbeitung für die Ermittlung der rotatorischen Nullpunktverschiebung vorzugeben. Diese kann ggf. durch einen Benutzer erneut über ein Eingabemittel oder in Datenform über eine Datenschnittstelle vorgegeben werden.
  • Vorzugsweise ist die Maschinensteuerungseinrichtung dazu eingerichtet, die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel eingespannten Zahnrads unter Berücksichtigung einer vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe zu ermitteln, mit der Maßgabe, bei Endbearbeitung des Zahnrads an jeder Tastposition mindestens Material bis zu der vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe abzutragen.
  • In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde detailliert eine mathematische Ausgleichsmethode zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung bzw. zur Bestimmung zweier rotatorischer Nullpunktverschiebungen für die linken bzw. rechten Zahnflanken getrennt voneinander beschrieben. In alternativen Ausführungsbeispielen ist es weiterhin möglich, ohne mathematische Ausgleichsmethode erfindungsgemäß eine oder zwei Nullpunktverschiebungen zu ermitteln.
  • Für die Bestimmung der rotatorischen Nullpunktverschiebung kann die rotatorische Nullpunktverschiebung zum Beispiel gemäß einem besonders zweckmäßigen Beispiel auf einfache Weise derart ermittelt bzw. berechnet werden, dass in einer Simulation durch Variation der rotatorischen Nullpunktverschiebung überprüft wird, welche rotatorische Nullpunktverschiebung θ mindestens erforderlich ist, um alle Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,k)(θ) größer oder gleich Null werden zu lassen bzw. welche rotatorischen Nullpunktverschiebungen θ1 und θ2 erforderlich sind, um alle Soll-Ist-Abweichungen Δ(m,i,j,L)(θ1) und Δ(m,i,j,R)(θ2) größer oder gleich Null werden zu lassen (letzeres bei getrennter Auswertung der linken und rechten Zahnflanken).
  • Insbesondere ist es zum Beispiel möglich auf besonders einfache Weise zu ermitteln, welche Nullpunktverschiebung erforderlich ist, um die kleinste der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich Null werden zu lassen, und diesen Wert als die ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung zu erfassen.
  • Wahlweise zu den vorstehenden Aspekten ist es bevorzugt auch möglich, zusätzlich ein Mindestaufmaß vorzugeben, wobei die rotatorische Nullpunktverschiebung dann derart ermittelt werden kann, dass in einer Simulation durch Variation der rotatorischen Nullpunktverschiebung überprüft wird, welche rotatorische Nullpunktverschiebung mindestens erforderlich ist, um alle Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich des vorgegebenen Mindestaufmaßes werden zu lassen. Insbesondere ist es zum Beispiel bevorzugt möglich auf besonders einfache Weise zu ermitteln, welche Nullpunktverschiebung erforderlich ist, um die kleinste der ermittelten Soll-Ist-Abweichungen größer oder gleich des vorgegebenen Aufmaßes werden zu lassen, und diesen Wert als die ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung zu erfassen.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zur Ermittlung der rotatorischen Nullpunktverschiebung ist es zu berücksichtigen, dass eine rotatorische Nullpunktverschiebung bei der vorstehend genannten Definition der Vorzeichen der Soll-Ist-Abweichungen die Soll-Ist-Abweichungen auf rechten Flanken verkleinert, während sie die Soll-Ist-Abweichungen auf linken Flanken vergrößert, bzw. die Soll-Ist-Abweichungen auf rechten Flanken vergrößert, während sie die Soll-Ist-Abweichungen auf linken Flanken verkleinert. Falls es nicht möglich ist, rechte und linke Zahnflanken mittels der gleichen rotatorischen Nullpunktverschiebung einzustellen, ist es in weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, rechte und linke Flanken getrennt voneinander auszuwerten und getrennte rotatorische Nullpunktverschiebungen zu ermitteln.
  • 5 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagram eines Ausrichtvorgangs zur Endbearbeitung eines Zahnrads gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt S1 wird das zuvor weichbearbeitete und einer härtenden Wärmebehandlung unterzogene Zahnrad 200 an dem Einspannmittel 130 der Werkzeugmaschine eingespannt. In einem weiteren Schritt S2 (der alternativ auch vor S1 ausgeführt werden kann), werden Tastdaten für einen Abtastvorgang des Zahnrads 200 vorgegeben. Diese können entweder über die Schnittstelle 170 oder auch manuell über die Bedieneinrichtung 160 vorgegeben werden bzw. es können über die Schnittstelle 170 oder auch manuell über die Bedieneinrichtung 160 Tastpositionen vorgegeben werden, wobei die weiteren Tastdaten auf Grundlage der Tastpositionen und eines virtuellen Modells des Zahnrads 200 automatisch erzeugt werden. Nach Vorgeben der Tastdaten wird im nächsten Schritt S3 der Abtastvorgang durchgeführt, in dem alle Tastpositionen des Zahnrads 200 mittels des Messtasters 140 abgetastet werden, um an den jeweiligen Tastpositionen die dazugehörigen Istpositionen zu ermitteln.
  • Nach dem Ermitteln der jeweiligen Istpositionen an allen vorgegebenen Tastpositionen werden im nächsten Schritt S4 auf Grundlage von vorgegebenen Sollpositionen und der ermittelten Istpositionen für alle Tastpositionen jeweilige Soll-Ist-Abweichungen berechnet, und im darauf folgenden Schritt S5 mittels einer mathematischen Ausgleichsrechnung eine Nullpunktverschiebung oder zwei Nullpunktverschiebungen für die rechten und linken Zahnflanken getrennt ermittelt. Auf den Schritt S5 folgend wird automatisch die Endbearbeitung des Zahnrads 200 an der Werkzeugmaschine 100 auf Grundlage von numerischen Steuerdaten für die Endbearbeitung durchgeführt, wobei die im Schritt S5 ermittelten rotatorischen Nullpunktverschiebungen berücksichtigt werden.
  • Zusammenfassend ermöglicht es die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die vorstehend bereits beschriebenen, im Zusammenhang mit einem Ausrichtvorgang zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung auftretenden Probleme der aus dem Stand der Technik bekannten Ausrichtverfahren, einen verbesserten Ausrichtvorgang für weichbearbeitete und einer Wärmebehandlung unterzogene Zahnräder an einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden können, und bei dem die rotatorische Nullpunktverschiebung insbesondere bei sehr großen Zahnrädern mit Durchmessern von bis zu über einem Meter immer noch vorteilhafte Ergebnisse liefern kann, so dass bei der Endbearbeitung vermieden werden kann, dass an Zahnflanken Stellen auftreten, an denen zu viel und/oder zu wenig Material abgetragen wird.

Claims (14)

  1. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit zumindest 5-Achsen zur zerspanenden Bearbeitung eines an einem Einspannmittel (130) der Werkzeugmaschine (100) eingespannten Werkstücks (200) mittels eines an einer Arbeitsspindel (111) der Werkzeugmaschine (100) aufgenommenen Werkzeugs, umfassend: eine numerische Maschinensteuerungseinrichtung (150), die dazu eingerichtet ist, das an der Arbeitsspindel (111) der Werkzeugmaschine (100) aufgenommene Werkzeug relativ zu dem an dem Einspannmittel (130) der Werkzeugmaschine (100) eingespannten Werkstück (200) auf Grundlage numerischer Steuerdaten zu steuern, wobei die Maschinensteuerungseinrichtung (150) weiterhin dazu eingerichtet ist, einen automatischen rotatorischen Ausrichtvorgang zur Bestimmung zumindest einer rotatorischen Nullpunktverschiebung für eine Endbearbeitung eines an dem Einspannmittel (130) eingespannten Zahnrads (200) zu steuern, in welchem: - ein von der Maschinensteuerungseinrichtung (150) gesteuertes Messtastmittel (140) bei einer Mehrzahl von Zahnflanken (201a, 201b; 202a, 202b) des Zahnrads (200) an einer Mehrzahl von vorgegebenen Tastpositionen auf jeder der Zahnflanken eine jeweilige Istposition ermittelt, wobei die Mehrzahl von Zahnflanken eine Gruppe von linken Zahnflanken (201a, 202a) und eine Gruppe von rechten Zahnflanken (201b, 202b) umfasst, - die Maschinensteuerungseinrichtung (150) für jede der vorgegebenen Tastpositionen die ermittelte Istposition mit einer jeweiligen vorgegebenen Sollposition vergleicht und für jede Tastposition eine Soll-Ist-Abweichung auf Grundlage des Vergleichs ermittelt, - die Maschinensteuerungseinrichtung (150) auf Grundlage der bestimmten Soll-Ist-Abweichungen zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung des an dem Einspannmittel (130) eingespannten Zahnrads (200) ermittelt, und - die Maschinensteuerungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel (130) eingespannten Zahnrads (200) unter Berücksichtigung einer vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe zu ermitteln, mit der Maßgabe, bei Endbearbeitung des Zahnrads (200) an jeder Tastposition mindestens Material bis zu der vorgegebenen minimalen Materialabtragstiefe abzutragen, und falls dies nicht möglich ist, die Maschinensteuerungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, die für die Gruppe von linken Zahnflanken (201a, 202a) ermittelten Soll-Ist-Abweichungen und die für die Gruppe von rechten Zahnflanken (201b, 202b) ermittelten Soll-Ist-Abweichungen getrennt auszuwerten, und eine erste Nullpunktverschiebung für die Gruppe von linken Zahnflanken (201a, 202a) und eine zweite Nullpunktverschiebung für die Gruppe von rechten Zahnflanken (201b, 202b) zu ermitteln.
  2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, nach dem automatischen Ausrichtvorgang automatisch die Endbearbeitung des eingespannten Zahnrads (200) auf Grundlage von für die Endbearbeitung vorgegebenen Steuerdaten zu steuern, wobei die zumindest eine ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung automatisch beim Steuern der Endbearbeitung des Zahnrads (200) berücksichtigt wird.
  3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, nach dem automatischen Ausrichtvorgang automatisch die Endbearbeitung des eingespannten Zahnrads (200) auf Grundlage von für die Endbearbeitung vorgegebenen Steuerdaten zu steuern, wobei die erste ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung automatisch beim Steuern der Endbearbeitung der linken Zahnflanken (201a, 202a) berücksichtigt wird und die zweite ermittelte rotatorische Nullpunktverschiebung automatisch beim Steuern der Endbearbeitung der rechten Zahnflanken (201b, 202b) berücksichtigt wird.
  4. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Tastpositionen einer Zahnflanke in Zeilen (L1-L4), die in Zahnbreitenrichtung (ZB) verlaufen, und Spalten (S1-S6), die in Zahnhöhenrichtung (ZH) verlaufen, auf der Zahnflanke angeordnet sind, wobei das von der Maschinensteuerungseinrichtung (150) gesteuerte Messtastmittel (140) die Tastpositionen einer Zahnflanke spaltenweise abtastet, indem Tastpositionen einer Spalte hintereinander abgetastet werden und nach Abtasten der Tastpositionen der Spalte die Tastpositionen einer benachbarten Spalte abgetastet werden.
  5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Messtastmittel (140) die Tastpositionen einer Spalte in Richtung zum Zahngrund hin abtastet, indem für jede Spalte zuerst die dem Zahnkopf am Nächsten liegende Tastposition abgetastet wird und die die dem Zahngrund am Nächsten liegende Tastposition zuletzt abgetastet wird, wobei die Maschinensteuerungseinrichtung (150) das Tastmittel nach Abtasten der dem Zahngrund am Nächsten liegende Tastposition einer Spalte im Eilgang zu der dem Zahnkopf am Nächsten liegenden Tastposition der benachbarten Spalte steuert.
  6. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Zahnflanken eine erste Zahnflanke und eine zweite Zahnflanke umfasst, wobei die ersten und zweiten Zahnflanken entweder beide linke Zahnflanken (201a, 202a) oder beide rechte Zahnflanken (201b, 202b) sind, und wobei die erste Zahnflanke auf einer ersten Seite des Zahnrads angeordnet ist, die einer zweiten Seite des Zahnrads, auf der die zweite Zahnflanke angeordnet ist, in Bezug auf die Zahnradachse im Wesentlichen radial gegenüberliegt; oder die Mehrzahl von Zahnflanken eine Gruppe von N Zahnflanken umfasst, wobei die N Zahnflanken der Gruppe entweder alle linke Zahnflanken sind oder alle rechte Zahnflanken sind, und wobei die N Zahnflanken der Gruppe umfänglich des Zahnrads mit im Wesentlichen jeweils gleichbleibendem Winkelabstand zwischen einander angeordnet sind.
  7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, das Messtastmittel (140) zum Abtasten der Tastpositionen auf Grundlage von Tastdaten zu steuern, wobei die Tastdaten für jede Tastposition eine vorgegebene Zielposition, eine vorgegebene Tastrichtung und eine vorgegebene Orientierungsrichtung für das Messtastmittel (140) angeben.
  8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastdaten für alle Tastpositionen einer Zahnflanke die gleiche vorgegebene Orientierungsrichtung für das Messtastmittel (140) angeben, so dass die Maschinensteuerungseinrichtung (150) das Messtastmittel (140) derart steuert, dass die Orientierungsrichtung des Messtastmittels (140) beim Abtastvorgang der Tastpositionen einer Zahnflanke unverändert bleibt.
  9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest 5-Achsen der Werkzeugmaschine (100) zumindest zwei Rundachsen umfassen, wobei die vorgegebene Orientierungsrichtung der Tastdaten für eine Tastposition eine Stellungsvorgabe für die zumindest zwei Rundachsen der Werkzeugmaschine beim Abtasten der Zahnflanke an der Tastposition angibt.
  10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, weiter gekennzeichnet durch ein Eingabemittel (160, 162a, 162b), über das ein Benutzer für eine oder mehrere Zahnflanken eine jeweilige Mehrzahl von Tastpositionen vorgeben kann, und/oder ein Schnittstellenmittel (170), über das Tastpositionsdaten eingegeben werden können, die für eine oder mehrere Zahnflanken eine jeweilige Mehrzahl von Tastpositionen vorgeben, wobei die Maschinensteuerungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, auf Grundlage der vorgegebenen Tastpositionen die Tastdaten automatisch zu erzeugen.
  11. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige vorgegebene Tastrichtung für jede Tastposition auf einer Zahnflanke jeweils parallel zu einem Normalenvektor ausgerichtet ist, der an der jeweiligen Tastposition auf der Zahnflanke senkrecht steht.
  12. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, die zumindest eine rotatorische Nullpunktverschiebung des an dem Einspannmittel (130) eingespannten Zahnrads (200) unter der Maßgabe zu ermitteln, bei Endbearbeitung des Zahnrads (200) an jeder Tastposition Material abzutragen.
  13. Verfahren zum Steuern eines automatischen rotatorischen Ausrichtvorgangs zur Bestimmung einer rotatorischen Nullpunktverschiebung für eine Endbearbeitung eines Zahnrads (200) an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: - Ermitteln (S3) einer jeweiligen Istposition an einer Mehrzahl von vorgegebenen Tastpositionen auf jeder Zahnflanke einer Mehrzahl von Zahnflanken des Zahnrads (200) mittels eines Messtastmittels (140), - Vergleichen der ermittelten Istposition für jede der vorgegebenen Tastpositionen mit einer jeweiligen vorgegebenen Sollposition, - Ermitteln (S4) einer Soll-Ist-Abweichung auf Grundlage des Vergleichs für jede Tastposition, und - Ermitteln (S5) zumindest einer rotatorische Nullpunktverschiebung für die Endbearbeitung des an dem Einspannmittel (130) eingespannten Zahnrads (200) auf Grundlage der bestimmten Soll-Ist-Abweichungen.
  14. Computerprogrammprodukt, das ein computerlesbares Medium und ein darin gespeichertes Computerprogramm umfasst, wobei das Computerprogramm in der Form einer Abfolge von Zuständen gespeichert ist, die Befehlen entspricht, die eingerichtet sind von einer Maschinensteuerungseinrichtung (150) einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine (100) verarbeitet zu werden, so dass die Maschinensteuerungseinrichtung (150) auf Grundlage der Befehle ein Verfahren nach Anspruch 13 an der Werkzeugmaschine (100) steuert.
DE102012201732.1A 2012-02-06 2012-02-06 Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Verfahren zum Steuern eines automatischen rotatorischen Ausrichtvorgangs eines Zahnrads an der Werkzeugmaschine Active DE102012201732B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012201732.1A DE102012201732B4 (de) 2012-02-06 2012-02-06 Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Verfahren zum Steuern eines automatischen rotatorischen Ausrichtvorgangs eines Zahnrads an der Werkzeugmaschine
PCT/EP2013/052263 WO2013117558A1 (de) 2012-02-06 2013-02-06 Numerisch gesteuerte werkzeugmaschine und verfahren zum steuern eines automatischen rotatorischen ausrichtvorgangs eines zahnrads an der werkzeugmaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012201732.1A DE102012201732B4 (de) 2012-02-06 2012-02-06 Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Verfahren zum Steuern eines automatischen rotatorischen Ausrichtvorgangs eines Zahnrads an der Werkzeugmaschine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102012201732A1 DE102012201732A1 (de) 2013-08-08
DE102012201732B4 true DE102012201732B4 (de) 2024-04-18

Family

ID=47678806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012201732.1A Active DE102012201732B4 (de) 2012-02-06 2012-02-06 Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Verfahren zum Steuern eines automatischen rotatorischen Ausrichtvorgangs eines Zahnrads an der Werkzeugmaschine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012201732B4 (de)
WO (1) WO2013117558A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013015234A1 (de) 2013-09-13 2015-03-19 Liebherr-Verzahntechnik Gmbh Verfahren zur Steuerung einer Verzahnmaschine sowie Verzahnmaschine
EP3125054A1 (de) * 2015-07-27 2017-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Ausrichtungsverfahren für werkstücke
CN106774176A (zh) * 2016-12-01 2017-05-31 河海大学常州校区 一种基于无线蓝牙通信的数控加工控制系统及工作方法
DE102017103115A1 (de) 2017-02-16 2018-08-16 Klingelnberg Ag Verfahren zum Auslegen und Bearbeiten eines Zahnrads sowie entsprechende Bearbeitungsmaschine und Software
CN113204219B (zh) * 2021-04-20 2022-04-08 扬州川石石油机械科技有限责任公司 用于智能制造的工业控制器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2364916A1 (de) 1973-09-14 1975-08-07 Maag Zahnraeder & Maschinen Ag Zahnflankenpruefgeraet
DE4336267A1 (de) 1993-10-23 1995-04-27 Perthen Feinpruef Gmbh Verfahren zur Messung eines Werkstückprofils
DE102008007127A1 (de) 2008-02-01 2009-08-06 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zum Einmessen von Bauteilen
DE102009008120A1 (de) 2009-02-09 2010-08-12 Deckel Maho Pfronten Gmbh Werkzeugmaschine und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks
DE102009008124A1 (de) 2009-02-09 2010-08-19 Deckel Maho Pfronten Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Steuerdaten zum Steuern eines Werkzeugs an einer zumindest 5 Achsen umfassenden Werkzeugmaschine
DE102009008121A1 (de) 2009-02-09 2010-08-19 Deckel Maho Pfronten Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von transformierten Steuerdaten zum Steuern eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4305408A1 (de) * 1993-02-22 1994-08-25 Sumitomo Heavy Industries Verfahren zum Vermessen von Zahnrädern sowie Anordnung zum spanenden Bearbeiten und Vermessen von Zahnrädern
DE19928500B4 (de) * 1999-06-22 2014-04-24 Reishauer Ag Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Messung von Prozess- und Werkstückkennwerten beim Schleifen von Zahnrädern
GB0419381D0 (en) * 2004-09-01 2004-10-06 Renishaw Plc Machine tool method
DE102007016056B4 (de) * 2007-04-03 2011-08-25 Sauer GmbH LASERTEC, 87437 Verfahren und Vorrichtung zur Werkstückeinmessung und Werkstückbearbeitung
JP5439157B2 (ja) * 2009-12-22 2014-03-12 三菱重工業株式会社 歯車測定方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2364916A1 (de) 1973-09-14 1975-08-07 Maag Zahnraeder & Maschinen Ag Zahnflankenpruefgeraet
DE4336267A1 (de) 1993-10-23 1995-04-27 Perthen Feinpruef Gmbh Verfahren zur Messung eines Werkstückprofils
DE102008007127A1 (de) 2008-02-01 2009-08-06 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zum Einmessen von Bauteilen
DE102009008120A1 (de) 2009-02-09 2010-08-12 Deckel Maho Pfronten Gmbh Werkzeugmaschine und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks
DE102009008124A1 (de) 2009-02-09 2010-08-19 Deckel Maho Pfronten Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Steuerdaten zum Steuern eines Werkzeugs an einer zumindest 5 Achsen umfassenden Werkzeugmaschine
DE102009008121A1 (de) 2009-02-09 2010-08-19 Deckel Maho Pfronten Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von transformierten Steuerdaten zum Steuern eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013117558A1 (de) 2013-08-15
DE102012201732A1 (de) 2013-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2221693B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Steuerdaten zum Steuern eines Werkzeugs an einer zumindest 5 Achsen umfassenden Werkzeugmaschine
DE102015105999B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur materialabtragenden Bearbeitung eines Werkzeuges
EP2946865B1 (de) Verfahren zur lagebestimmung der evolventen bei verzahnungen
EP2221690B1 (de) Werkzeugmaschine und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks
EP1981674B1 (de) Verfahren zum bearbeiten von kegelrädern im teilenden verfahren mit kompletter teilungsfehlerkompensation
DE3702594C2 (de)
EP3552744A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur anfasbearbeitung eines werkstücks
EP3456453A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum wälzschälen
DE102012201732B4 (de) Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Verfahren zum Steuern eines automatischen rotatorischen Ausrichtvorgangs eines Zahnrads an der Werkzeugmaschine
EP3724598B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur vermessung eines wälzbearbeitungswerkzeugs
EP0631211B1 (de) Verfahren für die Feinbearbeitung von Verzahnungen
DE112019002459T5 (de) Verfahren zur Werkstückbearbeitung und Maschine zur Werkstückbearbeitung
DE10012647A1 (de) Einrichtverfahren für ein Bearbeitungswerkzeug bzw. Werkstück auf einer Verzahnungsmaschine
EP2420906B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Steuerdaten zur Ausbildung eines Zahns einer Stirnradverzahnung durch fräsende Bearbeitung eines Werkstücks an einer Werkzeugmaschine
DE102015008956A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines verzahnten Werkstückes mit modifizierter Oberflächengeometrie
WO2022101197A1 (de) Messkörper zur überprüfung von geometrischen abweichungen einer 3-achsigen werkzeugmaschine, 3-achsige werkzeugmaschine und verfahren zur kompensation geometrischer abweichungen einer 3-achsigen werkzeugmaschine
EP0353451A2 (de) Vorrichtung zur Erzeugung eines Zahnrades
EP3139230A2 (de) Verfahren zur herstellung eines verzahnten werkstückes mit modifizierter oberflächengeometrie
EP2492766A1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Bewegung eines Maschinenelements einer Werkzeugmaschine zum Herstellen eines Zahnrads
DE102011052314A1 (de) Verfahren und Werkzeugmaschine zur Herstellung einer bogenförmigen Flanke an einem Werkstück
DE102019104604A1 (de) Verfahren zum Bestimmen einer Topographie einer Werkzeugmaschine
AT526167B1 (de) Computerimplementiertes Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes an einer Werkzeugmaschine, sowie eine Werkzeugmaschine, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium
EP3255374A1 (de) Verfahren zur profil- und/oder teilungsmessung eines verzahnten werkstückes
EP4286094A1 (de) Verfahren und bearbeitungsvorrichtung zum schärfbearbeiten von schneiden eines rotativen schneidwerkzeugs
DE102021117499A1 (de) Verfahren zur Kompensation einer Abdrängung eines Werkzeugs bei einer Bearbeitung eines Werkstücks sowie Werkzeugmaschine hierzu

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division