DE2307493C3

DE2307493C3 - Steuereinrichtung an einer Zahnflankenschleifmaschine zum Herstellen von Zahnflanken mit Korrektur in Breiten- und Höhenrichtung

Info

Publication number: DE2307493C3
Application number: DE2307493A
Authority: DE
Inventors: Albert L. Winterthur Friedery; Erwin J. Widen Guenter; Gerd R. Dietikon Sommer
Original assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Current assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Priority date: 1972-09-07
Filing date: 1973-02-15
Publication date: 1975-04-30
Also published as: SE395632B; CH560570A5; FR2208750B1; JPS4964996A; DE2307493B2; IT993883B; DE2307493A1; FR2208750A1; JPS5853971B2; GB1439817A; US3906677A

Description

)ie Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum stellen von Zahnflanken mit Korrektur in Breiten-

Höhenrichtung an einer im Wälzteilverfahren iitenden Zahnflankenschleifmaschine mit mindes einer tellerförmigen Schleifscheibe, die für die Korrektur entsprechend der in Achsrichtung des Werk Stücks stattfindenden Relativbewegung von Werkstüc und Schleifscheibe und entsprechend der zwischei beiden stattfindenden Abwälzbewegung jeweils läng der Schleifscheibenachse zustellhar ist.

Eine solche Steuereinrichtung ist aus der DT-P 1230650 bekannt; dort wird die Zustellbewegung läng der Schleifscheibenachse durch Überlagerung voi Bewegungen erhalten, die einerseits von einer Scha blone für eine Korrektur in Breitenrichtung und ander« seits von einer Schablone für eine Profilkorrektur ii Höhenrichtung abgenommen werden. Dabei sind zwe Hebel vorgesehen, die mittels je einer Schablone un eine vom Schleifscheibensupport ortsfest getragen! gemeinsame Achse schwenkbar sind, und von denei der erste Hebel sich über die ihm zugeordnete Schab lone an dem zweiten Hebel abstützt und mit der züge hörigen Schleifscheibe zwecks ihrer axialen Verschie bung verbunden ist

Unabhängig von der im Einzelfall verwendeter Steuereinrichtung ist es ein gemeinsames Kenn zeichen bekannter Zahnflankenkorrekturen, daß sie sich durch additive Überlagerung zweier Kurven er geben, nemlich einer Kurve für die Breitenkorrektui und einer Kurve für die Höhenkorrektur, die für die Bearbeitung einer bestimmten Verzahnung jeweils unveränderlich sind. In einem über die Zahnflanke gelegten Koordinatensystem mit in Richtung der Zahnbreite verlaufender Abszisse und in Richtung der Zahn höhe verlaufender Ordinate bedeutet dies, daß die Breitenkorrektur für alle Punkte gleichen Abszissenwertes die gleiche ist und die Höhenkorrektur für alle Punkte gleichen Ordinatenwertes ebenfalls die gleiche ist. Diese Korrekturen sind dazu vorgesehen und geeignet, Zahnflanken mit Breiten- und/oder Höhenballigkeit zu erzeugen. Unter Breitenballigkeit (die auch als Längsballigkeit bezeichnet wird) ist eine Flankenrücknahme zu verstehen, die sich zu den Zahnenden, also zu den Stirnflächen des Zahnrades hin, stetig verstärkt oder ausschließlich an den Zahnenden vorgesehen ist; unter Höhenballigkeit ist dagegen eine stetig zum Zahnkopf und/oder Zahnfuß hin zunehmende oder ausschließlich dort vorgesehene Flankenrücknahmt zu verstehen.

Die bekannten Zahnflankenkorrekturen, die zu einer Flankenballigkeit in Breiten- und/oder Höhenrichtung führen,beruhen auf Überlegungen, in denendie Breitenballigkeit insbesondere als Mittel zur Beseitigung der Folgen von Fehlern in der Achsparallelität und im Zahnschrägungswinkel, die Höhenballigkeit aber insbesondere als Mittel zum Vermeiden von Zahneingriffsstößen vorgesehen ist. Aufgrund dieser Überlegungen erschien es bisher nicht störend, daß sich die Zahnflankenrücknahme infolge Breitenballigkeit einerseits und Höhenballigkeit andererseits im Bereich der von den Zahnkopfflächen und den Zahnstirnflächen gebildeten Ecken zu erheblichen Beträgen summiert, denn man ist davon ausgegangen, daß der Zahn sich im Bereich dieser Ecken unter Last besonders stark verformt und gerade deshalb dort besonders stark im beschriebenen Sinn korrigiert werden muß.

Dementsprechend hat man auch bei anderen Steuereinrichtungen für Zahnflankenkorrekturen das in der erwähnten DT-PS 1230650 beschriebene Prinzip beibehalten, jede Zahnflankenkorrektur von einer Schablone abzuleiten. So ist aus der Veröffentlichung „Industrie-Anzeiger" 1964, Seiten 657 bis 660 eine elektronische Balligfräseinrichtung für Wälzfräsmaschinen be-

kannt, bei der eine Schablone von einem Weggeber abgetastet wird, woraus ein Sollwert für den radialen Abstand zwischen einem Wälzfräser und dem Werkstück gebildet wird. Dabei wird ein am Wälzfräser ausgebildetes Erzeugungsprofil auf das Werkstück übertragen, und zwar jeweils in gleicher Weise auf zwei vom Wälzfräser gleichzeitig bearbeitete Zahnflanken beiderseits einer Zahnlücke. Eine beliebige Breitenkorrektur, kombiniert mit einer sich über die Zahnbreite ändernden Höhenkorrektur ist dabei nicht möglich.

Ensprechendes gilt auch für die Veröffentlichung „TZ für praktische Metallbearbeitung" 1960, Seiten 594 bis 598, wo beim Wälzfräsen von balligen Stirnradverzahnungen die Balligkeit entweder mechanisch von einer Gelenkstange oder einer Schablone abgeleitet wird oder elektrisch ebenfalls von einer Schablone, die nur die Breitenballigkeit bestimmt, wobei eine Höhenballigkeit durch Verwendung von Wälzfräsern mit Knickprofil erzielt wenden kann. Auch hier besteht also nicht die Möglichkeit, die Höhenicorrektur beim Fortschreiten längs der Zahnbreite, und die Breitenkorrektur beim Fortschreiten längs der Zahnhöhe zu ändern, und auch hier werden notwendigerweise die einander gegenüberstehenden Zahnflanken beiderseits jeder Zahnlücke gleich gestaltet, ohne Rücksichtdarauf, daß im Betrieb regelmäßig nur die eine dieser Zahnflanken hoch belastet wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die bisherigen Korrekturmöglichkeiten bei besonders hoch belasteten Zahnradgetrieben und auch bei Werkzeugrädern für das Zahnradrollen nicht mehr ausreichen. Aus dieser Erkenntnis ist die Erfindungaufgabe abgeleitet, eine Steuereinrichtung der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, die eine beliebige Zahnflankenkorrektur als Abweichung vom theoretischen Flankenprofil,insbesondere Evolventenprofil, ermöglicht

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den für dip Relativbewegung in Achsrichtung des Werkstücks vorgesehenen Maschinenteilen ein erster Positionsgeber, den für die Wälzbewegung vorgesehenen Maschinenteilen ein zweiter Positionsgeber und der bzw. jeder Schleifscheibe für ihre Zustellbewegung ein Zustellmotor sowie ein weiterer Positionsgeber zugeordnet ist und eine an sich bekannte Steuerschaltung vorgesehen ist, die für bestimmte Koordinaten des ersten und zweiten Positionsgebers je einen Sollwert der Schleifschcibenstellung aus einem Speicher oder von einem anderen Datenträger abruft, den Sollwert mit dem vom Positionsgeber der bzw. jeder Schleifscheibe ermittelten Istwert vergleicht und aus der SoIl-Istwertabweichung ein Signal für den Zustellmotor der betreffenden Schleifscheibe bildet.

Dabei wird vorzugsweise das als Nullgradverfahren bekannte Schleifverfahren verwendet, bei dem zwei Schleifscheiben zumindest annähernd parallel zueinander angeordnet sind, also einen Winkel von etwa Null Grad einschließen. Die theoretisch zwischen jeder Schleifscheibe und dem Werkstück bestehende Punktberührung kann dadurch verbessert werden, daß die Schleifscheibenachsen um einige Winkelgrade gegeneinander geneigt sind. Wichtig ist bekanntermaßen, daß die Berührung am äußeren Rand jeder Schleifscheibe stattfindet und die Abwälzbewegung zwischen den Schleifscheiben und dem Werkstück auf den Grundkreis bezogen ist, wobei die beiden theoretisch aktiven Schleifpunkte auf einer Tangente an den Grundkreis liegen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung sind die Koordinaten des ersten und zweiten Positionsgebers feldweise je einem Sollwert der bzw. jeder Schleifscheibe zugeordnet und die Steuerschaltung weist je einen Interpolator auf, der den für den Wechsel von einem Koordinatenfeld eingespeicherten Zustellbetrag der bzw. jeder

' Schleifscheibe in eine Anzahl gleicher Teilbeträge unterteiii und diese dem zugehörigen Zustellmotor laufend übermittelt

Der bzw. jeder Zustellmotor ist ein Schrittmotor.

ίο Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung wird vorzugsweise an einer Zahnflankenschleifmaschine verwendet, bei der, wie aus der erwähnten DT-PS1230 650 bekannt, das Werkstück auf einem Wälzschlitten drehbar gelagert und über Rollbogen und Rollbänder mit einem Längsschlitten verbunden ist, auf dem der Wälzschlitten querverschiebbar geführt ist Dabei sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Positionsgeber Drehgeber an einer Antriebsvorrichtung des Längsschlittens, einer Antriebsvorrichtung des Wälzochlittens und dem bzw. jedem Zustellmotor.

Bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung kann man, insbesondere bei Einzelarbeiten, ohne peripheren Informationsträger z. B. Lochband od. dgl. auskommen,

■ so daß man alle eingegebenen Werte kurzfristig ändern kann. Das Koordinatennetz kann je nach Bedarf in beiden Richtungen unabhängig voneinander eng- oder weitmaschig gewählt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Zahnflankenschleifmaschine mit Steuereinrichtung;

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung;

F i g. 3 einen Zahn mit Evolventenflanken, eingezeichnet in ein räumliches System rechtwinkliger Koordinaten; und

Fig. 4 denselben Zahn nach einer stark übertrieben dargestellten Profilkorrektur.

Zu der in Fig. 1 nur teilweise dargestellten ZahnflankenschJeifmaschine für Stirnräder gehört ein Maschinenbett 1 mit darauf verschiebbar geführtem Längsschlitten 2. Auf dem Längsschlitten 2 ist ein Wälzschlitten 3 quer verschiebbar, und darauf ist ein Werkstück 4 in Gestalt eines Stirnrades drehbar gelagert. Das Werkstück 4 ist gleichachsig mit einem Rollbogen 5 angeordnet und mit diesem durch eine Teileinrichtung drehfest verbunden; die Verbindung ist lösbar, damit nach dem Schleifen eines Flankenpaars das nächste Flankenpaar in Arbeitsstellung gebracht werden kann. Der Rollbogen 5 ist durch zwei Rollbandpaare 6, die ihn in entgegengesetzten Richtungen umschlingen, mit einem RoUbai.dständer 7 verbunden, der auf dem Längsschlitten 2 einstellbar befestigt ist Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß jede Querverschiebung des Wählschlittens 3 in bezug auf den Längsschlitten 2 eine Drehung des Rollbogens 5 und des Werkstücks 4 um deren gemeinsame Achse hervorruft; infolgedessen führt das Werkstück 5 eine Wälzbewegung aus.

Zum Hin- und Herbewegen des Längsschlittens 2 dient eine Antriebsvorrichtung 8, die mit einem als Drehgeber ausgebildeten Positionsgeber 8' kombiniert ist und ein Ritzel 9 aufweist, das in eine Zahnstange 10 des Längsschlittens 2 eingreift Zum Hin- und Herbewegen des Wälzschlittens 3 quer zum Längsschlitten 2 dient eine Antriebsvorrichtung U, die über eine Kurbel 12, einen Gleitstein 13 und eine Kulissenführung 14 am Wälzschlitten 3 die beschriebene Wälzbewegung des Werkstücks 4 hervorruft.

Zwei tellerförmige Schleifscheiben 15 und 16 sind an einem Schleifscheibensupport gelagert, der nur teilweise gezeichnet und über einen nicht dargestellten Maschinenständer mit dem Bett 1 fest einstellbar verbunden ist Jeder der Schleifscheiben 15 und 16 ist eine Einrichtung zugeordnet, mit der sich die Schleifscheiben einzeln axial verschieben lassen; eine solche Einrichtung ist nur für die Schleifscheibe 15 dargestellt, deren Aufgabe es ist, die in Fig. 1 linken Zahnflanken des Werkstücks4 zu schleifen. Zwischen dem Schleifscheibensupport und einem mit der Schleifscheibe 15 fest verbundenen Wellenbund 18 ist eine Druckfeder 19 eingespannt, die ständig bestrebt ist, die Schleifscheibe 15 vom Werkstück 4 wegzudrücken. Die axiale Stellung der Schleifscheibe 15 wird von einer in Gegenrichtung drückenden Rolle 20 bestimmt, die auf einem Hebel 21 gelagert ist Der Hebel 21 ist seinerseits auf einem Zapfen 22 am Schleifscheibensupport 17 gelagert; auf dem Hebel 21 ist eine weitere Rolle 23 gelagert, die mit einem von der Druckfeder 19 hervorgerufenen Druck an einer Kurvenscheibe 24 anliegt Die Kurvenscheibe 24 ist an der Welle eines schrittweise arbeitenden Zustellmotors 25 befestigt, der die axiale Lage der Schleifscheibe 15 steuert In entsprechender Weise ist zum Steuern der axialen Lage der Schleifscheibe 16, die den in Fig.! rechten Zahnflanken zugeordnet ist, ein schrittweise arbeitender Zustellmotor 26 vorgesehen.

Der mit der Antriebsvorrichtung 8 kombinierte Positionsgeber V stellt die Lage des Längsschlittens 2 und damit auch die axiale Stellung des Werkstücks 4 in bezug auf die Schleifscheiben 15 und 16 fest Ein weiterer, ebenfalls als Drehgeber ausgebildeter Positionsgeber 27 ist mit der Antriebsvorrichtung 11 für die Wälzbewegung verbunden und überwacht die Stellung des Wälzschlittens 3 und damit auch die Wälzstellung der Zahnflanken des Werkstücks 4 in bezug auf die Schleifscheibe 15 und 16. Mit den beiden Zustellmotoren 25 und 26 ist je ein als Drehgeber ausgebildeter Positionsgeber 28 bzw. 29 für eine Positionskontrolle des Zustellsystems verbunden.

Die Zustellmotoren 25 und 26 sowie die Positionsgeber 8\ 27,28 und 29 sind an ein elektronisches Steuergerät30 angeschlossen. Zum Steuergerät 30,dessen Blockschaltbild in Fig. 2 dargestellt ist, gehört eine Eingabeeinheit 31 mit einem Tasterfeld 32 zum Eingeben der Daten auf einen als Arbeitsspeicher vorgesehenen elektronischen Speicher 33. Mit dem Speicher 33 ist eine zentrale Recheneinheit 34 und ein Interpolator 35 verbunden; daran schließt sich eine Leistungsstufe 36 an. Zum Steuergerät 30 gehören femer Anzeigegeräte 37,38 und 39 für Koordinatenwerte je, y und z sowie ein Programmwahlschalter 40.

Damit in den verschiedenen Zonen jeder mit einer der Schleifscheiben 15 oder 16 in Eingriff stehenden Zahnflanke verschiedene Profilkorrekturen ausgeführt werden können, wird der Zahnflanke gemäß Fig. 3 ein zweidimensionales Koordinatennetz X, Y zugeordnet, das die Zahnflanke in eine Anzahl von Feldern 41 zerlegt Jedes Feld 41 wird durch ein Wertepaar je.ys gekennzeichnet, dem ein bestimmter Zustellwert z zugeordnet ist

Zum Schleifen der Zahnflanken mit beliebigen Abweichungen von der theoretischen, evolventenförmigen Zahnflanke werden die den Koordinatenpunkten mit den x-j>-Werten zugeordneten Zustellwerte ζ über die Eingabeeinheit 31 bzw. über die Taster im Tasterfeld 32 in den

S elektronischen Arbeitsspeicher 33 im voraus eingegeben. Beim Schleifen werden diese Zustellwerte zdort abgefragt Diese Abfragung geschieht während des Bestreichen der jeweiligen Felder 41 der Zahnflanken durch die Schleifscheiben 15 und 16 in beliebiger Richtung, in den momentanen Relativstellungen zwischen Zahnflanken und Schleifscheiben. Dabei werden die dem entsprechenden Feld 41 zukommenden Zustellwerte aus dem Arbeitsspeicher 33 in die zentrale Recheneinheit 34 eingegeben, wo sie mit dem Istwert des Zustellmotors 25 verglichen

■5 und dann dem Interpolator 35 zugeführt werden. Über die Leistungsstufe 36 gelangen die auf diese Art ermittelten Zustellwerte zum Zustellmotor 25.

Der Zustellmotor 25 verdreht die Kurvenscheibe 24 und bewirkt damit über die Rolle 23 eine Verschwenkung des Hebels 21 und damit über die Rolle 20 und den Wellenbund 18 die axiale Verschiebung der Schleifscheibe 15, also eine Zustellung in der z-Achse des Koordinatensystems. Diese Zustellung entspricht dem Korrekturwert für das betreffende Feld, das mit dem Positionsgeber 8 für die Zahnlängsrichtung (jc-Richtung) und dem Positionsgeber 27 für die Zahnhöhenrichtung (y-Richtung) als Funktion der Wälzbewegung des Werkstücks 4 festgestellt worden ist

In Fig. 4 ist eine beliebige Zahnflankenkorrektur in stark überhöhtem Maße dargestellt, bei der sich das Zahnprofil längs der Zahnbreite laufend ändert, infolge der beschriebenen Zustellbewegung in z-Richtung der Schleifscheiben 15 und 16. Um eine möglichst glatte Zahnflanke ohne Absätze als Folge einer plötzlichen Änderung der Zustellwerte ζ zu erhalten, ist es notwendig, den Befehl zur Verschiebung in z-Richtung in möglichst kleinen, dafür zahlreichen Zustellbeträgen an den Zustellmotor 25 weiterzugeben. Dies wird durch die lineare Interpolation eines einzelnen Koordinatenschrittes als Differenz von xy3 zu χτγΑ und/oder xy3 zu xy 3 mittels des Interpolators 35 erreicht, wobei der Zustellbetrag in eine Anzahl gleicher Werte geteilt und die Teilwerte dem Zustellsystem laufend übermittelt werden.

An sich ist es möglich, anstelle der axialen Korrekturbewegung der Schleifscheiben 15 und 16, die unabhängig voneinander verstellt werden, die Korrekturbewegung in z-Richtung als Zusatzdrehbewegung des Werkstücks 4 auszuführen. Dies ist allerdings nur zweckmäßig, wenn nur die eine Zahnflanke bearbeitet wird und nicht - wie

so beim Nullgrad-Schleifverfahren allgemein üblich - beide Zahnflanken gleichzeitig geschliffen werden.

Für Massenfertigung oder for immer wiederkehrende gleiche Schleifarbeiten kann anstelle des Tasteleides 32 ein Lochstreifenleser vorgesehen werden.

ss Es ist ferner möglich, anstelle der elektronischer Steuerung in x-Richtung, d. h. in Zahnlängsrichtung, die bisherigen Längskorrektur-Schablonen zu verwendet und nur in der ^Richtung d. h. in Zahnhöhenrichtung mit der beschriebenen Steuereinrichtung zu arbeiten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

L Steuereinrichtung zum Herstellen von Zahnflanken mit Korrektur in Breiten- und Höhenrichtang an einer im Wälzteilverfahren arbeitenden Zahnflankenschleifmaschine mit mindestens einer tellerförmigen Schleifmaschine, die für die Korrektur entsprechend der in Achsrichtung des Werkstücks stattfindenden Relativbewegung von Werk-Stück und Schleifscheibe und entsprechend der zwischen beiden stattfindenden Abwälzbewegung jeweils längs der Schleifscheibenachse zustellbar ist,dadurch ge kenn zeichnet,daßden für die Relativbewegung in Achsrichtung des Werk-Stücks (4) vorgesehenen Maschinenteilen (2,8-10) «in erster Positionsgeber (80, den für die Wälzbewegung vorgesehenen Maschinenteilen (3, 5-7, U-14) ein zweiter Positionsgeber (27) und der bzw. jeder Schleifscheibe (15, 16) für ihre Zustellbewegung ein Zustellmotor (25 bzw. 26) sowie ein weiterer Positionsgeber (28 bzw. 29) zugeordnet ist und eine an sich bekannte Steuerschaltung vorgesehen ist, die für bestimmte Koordinaten (Xi, Yi) des ersten und zweiten Positionsgebers (8', 27) je einen Sollwert der Schleifscheibenstellung aus einem Speicher (33) oder von einem anderen Datenträger abruft, den Sollwert mit dem vom Positionsgeber (28,29) der bzw. jeder Schleifschef e (15,16) ermittelten Istwert vergleicht und aus der Soll-Istwertabweichung ein Signal für den Zustellmotor (25 bzw. 26) der betreffenden Schleifscheibe (15,16) bildet
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten (Xi, Yi) des ersten und zweiten Positionsgebers (8',27) feldweise je einem Sollwert (?,·) der bzw. jeder Schleifscheibe (15,16) zugeordnet sind und die Steuerschaltung je einen Interpolator (35) aufweist, der den für den Wechsel von einem Koordinatenfeld ins nächste Koordinatenfeld eingespeicherten Zustellbetrag der bzw. jeder Schleifscheibe (15,16) in eine Anzahl gleicher Teilbeträge unterteilt und diese dem zugehörigen Zustellmotor (25 bzw. 26) laufend übermittelt.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Zustellmotor (25,26) ein Schrittmotor ist.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 3 an einer Zahnflankenschleifmaschine, bei der das so Werkstück auf einem Wälzschlitten drehbar gelagert und über Rollbogen und Rollbänder mit einem Längsschlitten verbunden ist, auf dem der Wälzschlitten querverschiebbar geführt ist,dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsgeber (8', 27, 28, 29) Drehgeber an einer Antriebsvorrichtung (8) des Längsschiittens (2), einer Antriebsvorrichtung (H) des Wälzschlittens (3) und dem bzw. jedem Zustellmotor (25,26) sind.

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