DE19948134C2 - Verfahren zum Betrieb einer Wälzstoßmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Wälzstoßmaschine mit einer ein Schneidrad aufnehmenden Stoßspindel, die in einer Führung am Maschinengehäuse ge­ führt und gelagert ist.

Wälzstoßmaschinen dienen insbesondere zur Herstellung von Zahnrädern oder Zahnradsegmenten, die in vielen Anwendungs­ fällen eine hohe Fertigungsgenauigkeit erfordern. Bei Groß­ serien muß die Präzision auch bei hoher Maschinenleistung gewährleistet sein. Die Fertigungsgenauigkeit setzt eine entsprechend hohe Genauigkeit in der Geometrie des Schneid­ rades voraus, die durch jede Art von Verschleiß oder auch Schäden am Werkzeug beeinträchtigt wird. Verschleiß und Schäden am Schneidrad reduzieren außerdem die Schneidfähig­ keit des Werkzeugs und führen so zu hohen Prozeßkräften.

Dadurch nimmt wiederum der Verschleiß überproportional zu und kann bis zum Werkzeugbruch führen. Übermäßiger, insbe­ sondere unsymmetrischer Verschleiß am Schneidrad zwingen beim Nachschärfen zu einem unnötig hohen Abtrag, wodurch wiederum die Lebensdauer des Werkzeugs verkürzt wird bzw. die Werkzeugkosten erhöht werden.

Die Überwachung von Schneidradverschleiß oder Schneidrad­ schäden obliegt bisher noch meist dem Bediener der Maschine und erfordert eine gute Beobachtungsgabe und ein hohes Maß an Erfahrung. Allein die Vermutung eines für das Werkstück abträglichen Verschleisses oder Schadens am Schneidrad zwingt zum Stillsetzen der Maschine, um entweder eine ge­ nauere Inspektion zu ermöglichen, oder gar das Schneidrad für eine Überprüfung auszubauen.

Bei Wälzstoßmaschinen mit einer hydraulisch angetriebenen Stoßspindel ist es bekannt (DE 28 57 550 C2), den Druck im Hydraulikzylinder zu messen, der u. a. durch die axiale Schnittkraft und die Schnittgeschwindigkeit bestimmt wird. Der Verschleiß am Schneidrad führt zu einer Erhöhung der axialen Schnittkraft und dies wiederum zu einer Erhöhung des Drucks im Hydrauliksystem. Dieser Druck kann also zur Detektierung von Verschleiß am Schneidrad genutzt werden und es können die Betriebsparameter, z. B. die Schnittgeschwin­ digkeit, an den Verschleiß angepaßt werden. Diese Methode ist unsicher, weil der gemessene Druck nicht nur von der Schnittkraft bzw. deren Änderung bestimmt wird. Sie läßt sich zudem bei den heute noch sehr verbreiteten mechani­ schen Antrieben nicht einsetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dessen Hilfe Verschleiß oder Schäden am Schneidrad einer Wälzstoßmaschine unabhängig von der Art des Antriebs und mit hoher Genauigkeit feststellbar und in geeignete betriebliche Maßnahmen an der Maschine umsetzbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die im Betrieb auftretende Radialkraft am Schneidrad mittels wenigstens eines im Bereich der Führung der Stoßspindel an­ geordneten Sensors detektiert, die bei Verschleiß des Schneidrades auftretende Änderung der Radialkraft während des Betriebs erfaßt und außerhalb einer maschinentypischen Toleranz liegende Erhöhungen der Radialkraft als Signal zur Beeinflussung des Betriebs der Wälzstoßmaschine verwendet werden.

Es ist an sich bekannt, daß sich Verschleiß oder Schäden am Schneidrad in einer Erhöhung der Prozeßkräfte in radialer Richtung äußern. Indes hat man diese Erkenntnis bisher nicht unmittelbar für den Betrieb der Wälzstoßmaschine ge­ nutzt. Mit der Erfindung wird die Änderung, insbesondere die Erhöhung der Radialkraft, bei Verschleiß des Schneidra­ des, detektiert und es werden Änderungen dieser Radialkraft erfaßt. Dabei handelt es sich in der Regel um Änderungen im Sinne einer Erhöhung der Radialkraft. Überschreitet die Er­ höhung eine beispielsweise im Sensor selbst, in der Maschi­ nensteuerung oder in einem gesonderten Rechner gespeicherte Toleranzgrenze, führt dies zu einem Signal, das unmittelbar zur Einflußnahme auf den Betrieb der Wälzstoßmaschine ein­ gesetzt wird.

Die Art der Einflußnahme kann sehr unterschiedlich sein. Steigt die Radialkraft beispielsweise über einen vorgegebe­ nen, relativ hohen Wert oder ist die zeitliche Änderung des Anstiegs der Radialkraft progressiv, kann das Signal zur Ausgabe eines Alarms oder unmittelbar zur Stillsetzung der Maschine genutzt werden, um beispielsweise das Schneidrad zu wechseln.

Ferner kann für den bei gegebenen Betriebsparametern vor­ aussehbaren üblichen Verschleiß die Verschleißgrenze im Sinne eines Höchstwertes vorgegeben werden, so daß sich bei Erreichen der Verschleißgrenze das Signal zur Verhinderung eines Neustarts der Wälzstoßmaschine nutzen läßt und der Start erst einen Werkzeugwechsel voraussetzt. Dieser vor­ aussehbare Verschleiß ist bisher ausschließlich über Stück­ zahlzähler fiktiv ermittelt worden, ohne daß vom üblichen Verlauf abweichender Verschleiß berücksichtigt wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann man bei jeder Antriebs­ art - hydraulisch oder mechanisch - in gleich vorteilhafter Weise einsetzen. Es arbeitet darüberhinaus sehr genau, da die in der Führung aufgenommene Radialkraft nicht durch an­ dere Parameter verfälschend überlagert wird.

Als Sensor kann beispielsweise wenigstens ein den hydrauli­ schen Druck im Hydrauliksystem eines hydrostatischen Lagers der Stoßspindel aufnehmender Drucksensor verwendet werden. In der Regel besteht ein solches hydrostatisches Lager aus mehreren, am Umfang gleichmäßig verteilten Lagertaschen, so daß im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise jeder Lagertasche ein Drucksensor zugeordnet wird.

In einer anderen Ausführung kann als Sensor wenigstens ein am Gehäuse nahe der Führung der Spindel angeordneter Deh­ nungsmeßstreifen verwendet werden. Auch hier empfiehlt sich allerdings die radialsymmetrische Anordnung mehrerer Deh­ nungsmeßstreifen.

In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß bei mehreren radialsymmetrisch angeordneten Sensoren die Diffe­ renz der von diesen aufgenommenen Radialkräfte als Refe­ renzwert im Sensor selbst, in der Maschinensteuerung oder in einem gesonderten Rechner gespeichert und das Signal aus der während des Betriebs eintretenden Änderung gegenüber dem Referenzwert gewonnen wird. Diese Verfahrensvariante gibt insbesondere die Möglichkeit, daß der Referenzwert vor Inbetriebnahme der Wälzstoßmaschine durch eine Vergleichs­ messung im Leerlauf und im Schneidbetrieb ermittelt und fest eingespeichert wird. Es kann also für ein bestimmtes Maschinenkonzept der herstellerseitig ermittelte Referenz­ wert für diese Maschine festgelegt werden, während beim Ma­ schinenbetreiber faktisch nur noch Verschleißmessungen vor­ genommen werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung be­ schrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt im Bereich der Stoßspindel einer Wälzstoßmaschine und

Fig. 2 einen Schnitt II-II gemäß Fig. 1

In dem Gehäuse 1 einer Wälzstoßmaschine ist die Stoßspin­ del 2 in einer Führung mit einem hydrostatischen Lager 3 geführt, das mehrere, beispielsweise vier radialsymmetrisch angeordnete Taschen 4 (Fig. 2) aufweist. Am vorderen Ende der Stoßspindel 2 ist das Werkzeug in Form eines Schneidra­ des 5 eingespannt. Jeder der Taschen 4 des hydrostatischen Lagers 3 ist ein schematisch angedeuteter Drucksensor 6 zu­ geordnet, der beispielsweise in der Hydraulikzuführung 8 oder in den Taschen 4 angeordnet ist und den hydraulischen Druck in jeder Tasche 4 aufnimmt. Jeder Verschleiß, insbe­ sondere auch ein unsymmetrischer Verschleiß am Schneidrad 5 führt zu einer Erhöhung des hydraulischen Drucks in der dem Ort des Verschleißes gegenüberliegenden Tasche. Die Druck­ änderung ist direkt proportional der Radialkraftänderung und damit ein Maß für den Verschleiß bzw. für Schäden am Schneidrad 5. Die Änderung des Drucks bzw. der Druckgradient liefert unmittelbar ein Signal für den Verschleißzu­ stand und/oder den Verschleißfortschritt und kann damit für die Einflußnahme auf den Betrieb der Wälzstoßmaschine he­ rangezogen werden.

Statt der Drucksensoren 6 in den Hydraulikzuführungen 8 des hydrostatischen Lagers 3 können am Gehäuse 1 im Bereich der Führung der Stoßspindel 2, beispielsweise in Höhe der hy­ drostatischen Lager 3, Dehnungsmeßstreifen 7 (Fig. 1) in ra­ dialsymmetrischer Anordnung vorgesehen sein. Die mit dem Verschleiß einhergehende Änderung der auf das Gehäuse wir­ kenden Radialkräfte führt zu einer Änderung der von den Dehnungsmeßstreifen 7 aufgenommenen Kräfte.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb einer Wälzstoßmaschine mit einer ein Schneidrad aufnehmenden Stoßspindel, die in einer Führung am Maschinengehäuse geführt und gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die im Betrieb der Wälz­ stoßmaschine auftretende Radialkraft am Schneidrad (5) mittels wenigstens eines im Bereich der Führung der Stoßspindel angeordneten Sensors (6, 7) detektiert, die bei Verschleiß des Schneidrades (5) eintretenden Ände­ rungen der Radialkraft während des Betriebs erfaßt und außerhalb einer maschinentypischen Toleranz liegende Erhöhungen der Radialkraft als Signal zur Beeinflussung des Betriebs der Wälzstoßmaschine verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal zum Stillsetzen des Antriebs der Wälzstoßma­ schine verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Signal für einen Wechsel des Schneidra­ des (2) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal zur Verhinderung eines Neustarts der Wälz­ stoßmaschine verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Sensor wenigstens ein den hydrau­ lischen Druck in dem Hydrauliksystem eines hydrostati­ schen Lagers (3) der Führung aufnehmender Drucksen­ sor (6) verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem hydrostatischen Lager (3) mit mehreren Lager­ taschen (4) jeder Lagertasche ein Drucksensor zugeord­ net wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Sensor wenigstens ein an der Füh­ rung der Spindel (2) angeordneter Dehnungsmeßstrei­ fen (7) verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere radialsymmetrisch angeordnete Dehnungsmeßstrei­ fen (7) eingesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei mehreren radialsymmetrisch ange­ ordneten Sensoren die Differenz der von diesen aufge­ nommenen Radialkräfte als Referenzwert gespeichert und das Signal aus der während des Betriebs eintretenden Änderung gegenüber dem Referenzwert gewonnen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert vor Inbetriebnahme der Wälzstoßmaschi­ ne durch eine Vergleichsmessung im Leerlauf und im Schneidbetrieb ermittelt und für diese Maschine fest eingespeichert wird.