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Einrichtung zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeiten in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Werkstückes für Stirnradwälzfräsmaschinen.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Radial-,
Axial- und Tangentialvorsohubgeschwindigkeiten fttr Stirnradwälzfräsmaschinen, die
einen eigenen, vom Wälzgetriebezug unabhängigen stufenlos regelbaren Vorschubantrieb
besitzen.
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Bei den bekannten Stirnradwälzfräsmaschinen besteht zwischen dem Wälzfräsen
und dem Werkstück die erforderliche Getriebeverbindung, der sogenannte Wälzgetriebezug.
Für die Erzeugung einer bestimmten Zähnezahl am Werkstück sind in dem Wälzgetriebezug
Wechselräder angeordnet, durch die sich das erforderlich Übersetzungsverhältnis
zwischen Gangzahl und Drehzahl des Wälzfräsers und Drehzahl des Werkstückes einstellen
läßt. Der Antrieb des Wälzgetriebezuges erfolgt von einem Rotor aus, so daß aber
die genannte Getreibeverbindung gleichzeitig der Wälzfräser und auch das Werkstück,
unter
Beachtung der bestehenden Abhängigkeit, in Drehung versetzt
werden.
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Bei den meisten Strinradwälzfräsmaschinen der genannten Art wird vom
Jälzgetriebezug auch noch der Antrieb für die Vorschubbewegungen zwischen Wälzfräser
und Werkstück in radialer, axialer und tangentialer Richtung abgeleitet. Hierfür
bestehen entsprechende Getriebeverbindungen zwischen Wälzgetriebezug und den Vorsohubspindeln,
in die zur Erreichung verschiedener Vorschubgeschwindigkeiten gestufte R§dergetriebe
oder stufenlose Getriebe eingefUgt sind.
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Obwohl dieser bekannte Vorschubantrieb auf Grund der vorhandenen Getriebeverbindungen
den Vorteil besitzt, daß bei Veränderung der Wälzfräserdrehzahl die gewählten Vorschubgeschwindigkeiten,
die sinnvollerweise auf die Werkstückumdrehungen bezogen sind, erhalten bleiben,
haften dieser Lösung noch erhebliche Nachteile an. Durch Verwendung eines Antriebsmotors
für sämtliche Antriebsbewegungen wird der Wirkungsgrad der Maschine verschlechtert.
Bei Anwendung stufenlos regelbarer Vorschubgetriebe sind zusätzliche Stellgetriebe
erforderlich, tUr deren Verstellbewegung eine hebe Drehzahl und große Verstellkräfte
bei einer verhältnismäßig langen Verstellzeit benötigt werden. Außerdem ist deren
Stellbereich sehr begrenzt.
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Es wurden deshalb Stirnradwälzfräsmaschine'n entwickelt, bei denen
die Vorschubbewegungen nicht mehr vom Wälzgetriebzug abgeleitet, sondern ein eigener,
von der Drehzahl des WerkstUckes unabhängiger stufenlos regelbarer Vorschubantrieb
vorhanden ist. Hierfür wird als Vorschubmotor ein Rotor verwendet; der durch ein
Stellglied in seiner Drehzahl verändert werden kann.
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Als Motor kann ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor oder ein Drehstrom-
bzw. auch Wechselstrommotor Verwendung finden.
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Dabei werden Magnetverstärker, Amplidyne, Thyristorgeräte oder ähnliche
Geräte ala Stellglieder benutzt. Bei einem derartigen, getrennten Vorschubantrieb
wird das Stellglied durch Veränderung einer kleinen Sollspannung gesteuert, wobei
durch die geänderte Sollsteuerspannung eine Veränderung der Drehzahl des Motors
bewirkt wird.
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Trotz des großen Vorteiles, daß durch den separaten Vorschubantrieb
die Vorschubgeschwindigkeiten zur Leistungssteigerung an die optimalen Schnittbedingungen
angeglichen werden können, besitzt auch diese Lösung noch erhebliche Nachteile.
Da zwischen den Vorschubbewegungen und der Werkstdckdrehzahl keine getriebemäßige
Abhängigkeit besteht, kann der Vorschub nicht mehr in mm pro Werkstnckumdrehung,
sondern nur noch eine Vorschubgeschwindigkeit in mi pro Minute angegeben werden.
Eine in mm pro Minute ausgedrückte Vorschubgeschwindigkeit läßt' Jedoch keine reale
Einschätzung der vorliegenden Zerspanungsleistung beim Verzahnen zu.
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Diese kann nur aus der Angabe des Vorschubes in mm pro Werkstückumdrehung
entnommen werden. Deshalb ist es erforderlich den gewählten Vorschub in mm pro Werkstückumdrehung
in die an der Maschine einzustellende Vorschubgeschwindigkeit in mm pro Minute umzurechnen.
Da Jedoch die Präserdrehzahl während des Verzahnens häufig geändert wird, ergibt
sich auch eine knderung der Werkstückdrehzahl, bei gleichbleibender Vorschubgeschwindigkeit
in mm pro Minute und es stellt sich ein neuer nicht gewünschter Vorschub in mm pro
Werkstückumdrehung ein, der berechnet werden muß, um eine neue reale Vorschubgeschwindigkeit
in mm pro Minute einzustellen, durch die die Maschine in ihrer Leistung optimal
ausgenutzt und nicht überlastet wird. Es ergibt sich für die Bedienung einer derartig
aufgebauten Stirnradwälzfräsmaschine ein erheblicher Berechnungs- und Bedienungsaufwand.
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Der Zweck der Erfindung, die sich auf eine Einrichtung zur Steuerung
der Vorschubgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Drehzahl des Werkstückes für
Stirnradwälzfräsmaschinen bezieht, besteht nun darin, bei Nutzung der großen Vorteile
eines getrennten, stufenlos regelbaren Vorschubantriebes den Unirechnungsaufwand
fUr den Vorschub in mm pro Werkstückumdrehung in eine Vorschubgeschwindigkeit in
mm pro Minute zu vermeiden und eine einfache Bedienung der Maschine, ohne besonderen
Einstellaufwand zu erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zur
Steuerung der Vorschubgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Drehzahl des Werkstückes
für Stirnradwälzfräsmaschinen, die einen eigenen, vom Wälzgetriebezug unabhCngigen,
stufenlos regelbaren Vorschubantrieb besitzen, zu schaffen, bei der das Stellglied
für den Vorschubmotor, ausgehend von der Drehbewegung im Wälzgetriebezug, so beeinflußt
wird, daß die gewünschte Abhängigkeit des Vorschubes von der Werkstückdrehzahl erreicht
wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch geldst, daß dem stufenlos
regelbaren Vorschubmotor, von dem aus der Antrieb für die Radial-, Axial- und Tangentialvorschubbewegung
erfolgt, ein Tachometergenerator zugeordnet ist, der seinen Antrieb über eine vom
Wälzgetriebezug abgeleitete Antriebsverbindung erhält und über ein Einstellgerät
für den Vorschub in mm pro Werkstückmdrehung und ein Stellglied für die Regelung
des Vorschubmotors mit dem stufenlos regelbaren Vorschubmotor zusammenwirkt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist dabei die Antriebsverbindung,
die zum Tachometergenerator führt, von dem hinter den Wechselgetrieben liegenden,
das Werkstück mit einer konstanten Übersetzung antreibenden Teil des Wälzgetriebezuges
abgeleitet. Erfindungsgeiäß ist das Einstellgerät für den Vorschub in mm pro Werkstückumdrehung
als Spannungsteiler ausgebildet, an dem der gewünschte Vorschub in mm pro Werkstückumdrehung
unmittelbar eingestellt und abgeleaen werden kann.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung entsteht eine Einrichtung zum Steuern
der Vorschubgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Drehzahl des Werkstückes,
die sich durch ihren einfachen Aufbau, ihre kostengünstige Gestaltung und ihre einfache,
direkte Bedienung auszeichnet. Die gefundene Lösung ist so gestaltet, daß die Abhängigkeit
der Vorschub schwindigkeiten von der Drehzahl des Werkstückes auf elektrischem Wege
wieder hergestellt wird, so daß die Umrechnung des Vorschubes von mm pro Werkstückumdrehung
in eine Vorschubgeschwindigkeit in mm pro Minute und damit die Aufstellung von Nomogrammen
entfällt. Bei Anpassung der Rräserdrehzahl zur Erreichung optimaler Schnittbedingungen,
bei der sich auch die Drehzahl des Werkstückes verändert, bleibt der gewllnschte
Vorschub in mm pro Werkstückumdrehung erhalten und es stellt sich eine neue Vorschubgeschwindigkeit
in mm pro Minute ein. Der die Stirnradwälzfräsmaschine Bedienende braucht also keine
Umrechnungen mehr vorzunehmen oder die an die Drehzahl des Werkstückes anzupassende
Vorschub geschwindigkeit in mm pro Minute aus einem Nomogrnmm zu entnehmen und an
der Maschine neu einzustellen, da sich diese durch die erfindungsgemäße Ausbildung
der Steuereinrichtung automatisch einstellt.
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Die Erfindung 8011 nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden.
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In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1: als Blockschalthild
das vereinfachte Getriebeschema einer Stirnradwälzfräsmaschinen mit der Einrichtung
zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeiten, dargestellt fiir die Axialvorschubbewegung,
Fig. 2: eine Schaltungsanordnung der Steuereinrichtung für den Vorschubmotor0 Bei
einer Stirnradwälzfräsmaschinen, die mit einem eigenen vom Wälzgetriebezug unabhängigen,
stufenlos regelbaren Vorschubmotor ausgerüstet ist, führt von dem Wälzfräsen 1 der
Wälzgetriebezug 2 über Wechselgetriebe 3, die aus den Teilwechselrädern und einem
Räderwechsel zur Änderung der Teikonstante der Maschine bestehen können, zum Werkstück
4.
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Der Wälzgetriebezug 2 und damit der Wälzfräser 1 und das Werkstück
4 werden von einem Hauptmotor 5 angetrieben.
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In Fig. 1 ist durch einen Pfeil die Verschiebemöglichkeit des Frässchlittens
6 in axialer Richtung dargestellt. Die Verschiebung des Fräsachlittens 6 in axialer
Richtung geschieht durch einen stufenlos regelbaren Vorschubmotor 7 der mit einer
Axialvorschubspindel 8 verbunden ist, die in eine im Frässchlitten 6 angeordnete
Spindelmutter 9 eingreift. Vom Wälzgetriebezug 2 besteht eine Antriebsverbindung
10 zu einem Tachometergenerator 11. Der Tachometergenerator 11 ist über ein Einstellgerät
12 und ein Stellglied
13 mit dem Vorschubmotor 7 elektrisch verbunden0
Der Vorschubmotor 7 treibt jedoch nicht nur, wie in Fig. 1 dargestellt, die Axialvorschubspindel,
sondern auch die Radial- und Tangentialvorschubspindeln an. Je nach dem gewählen
Verfahrensablauf können, wie nicht besonders dargestellt, die betreffenden Vorschubspindeln
über Magnetkupplungen mit dem Antrieb vom Vorschubmotor 7 verbunden werden.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung der Steuereinrichtung
für den Vorschubmotor 7 fließt von einem Netz 14 Strom über Sicherungen 15 und einem
Schütz 16 in ein Thyristorgerät 17. Die im Thyristorgerät 17 gleichgerichtete Spannung
liegt über Leitungen 18 an einem Gleichstrom-Nebenschlußmotor 19 an, dessen Feldwicklung
20 über Leitungen 21 mit aus dem Thyristorgerät 17 gespeist wird.
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Vom Tachometergenerator 11 der seinen Antrieb vom Wälzgetriebezug
2 erhält, fließt über Leitungen 22 eine analoge Steuerspannung in das Thyristorgerät
17, die vorher noch über einen Spannungsteiler 23 in ein bestimmtes, einstellbares
Verhältnis geteilt wird.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeiten
in Abhangigkeit von der Drehzahl des Werkstückes ist nun folgende: Vor Beginn des
Verzahnvorganges, zum Beispiel, der Herstellung eines geradverzahnten Stirnrades
im Axialfräsverfahren,
wird am Spannungsteiler 23 der gewünschte
Vorschub in mm pro Werkstückumdrehung eingestellt. Macht sich bei dem vorliegenden
Zerspanungsproblem zur Angleichung an die optimalen Zerspannungsbedingungen eine
Veränderung der Schnittgeschwindigkeit, zum Beispiel, durch Verringerung der Fräserdrehzahl
erforderlich, so wird über den Wälzgetriebezug 2 auch eine Verringerung der Drehzahl
des Werkstückes 4 eintreten. Durch diese geringere Drehgeschwindigkeit im Wälzgetriebezug
2 wird auch der Tachometergenerator 11 über die Antriebsverbindung 10, die unmittelbar
von der Teilschneckenwelle erfolgen kann, langsamer angetrieben und dadurch eine
Verringerung der analogen Steuerspannung erreicht. Die im Tachometergenerator 11
erzeugte geringere, zur Drehzahl des Werkstückes analoge Steuerspannung fließt über
die Leitungen 22 und über den Spannungsteiler 23, der nur einen bestimmten Teil
der geringeren Steuerspannung weitergibt, in das Thyristorgerät 17. Dadurch verringert
sich auch die im Thyristorgerät 17 gleichgerichtete Spannung im gleichen Verhältnis,
die über die Leitungen 18 in den Gleichstrom-nebenschlußmotor 19 fließt und seine
Drehzahl so verringert, daß zu sich eine Vorschubgeschwindigkeit in mm pro Minute
einstellt, die dem gewünschten und am Spannung teiler 23 vor Beginn des Arbeitsprozesses
eingestellten Vorschub in mm pro Werkstückuidrehung entspricht Der gewünschte Vorschub
im mm pro Werkstückumdrehung kann damit in Abhängigkeit zur Drehzahl des Werkstückes
4, da sich die Vorschubgeschwindigkeit in mm pro Minute durch die
sich
analog verändernde Steuerspannung für den Gleichstrom-Nebenschlußmotor 19 in dem
gleichen Verhältnis ändert wie die Drehzahl des Werkstückes 2, konstant gehalten
werden.
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Ohne das Wesen des Erfindungsgegenstandes zu verlassen ist es auch
möglich die in das Thyristorgerät 17 einzugebende Steuerspannung für den Gleichstrom-Nebenschlußmotor
19 aus den drei abhängigen Rechengrößen, Zähnezahl des Werkstückes 2, gewählter
Vorschub in mm pro Werkstückumdrehung und die Fräserdrehzahl, durch Darstellung
analoger Spannungen in einer entsprechenden Rechenschaltung zu erarbeiten. Dabei
ist es möglich den Antrieb fr den Tachometergenerator 11 unmittelbar von der Drehbewegung
des Fräsers 1 abzuleiten.
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Die Eingabe des zu wählenden Vorschubes in mm pro WerkstUckumdrehung
und die Werkstückzähnezahl kann über entsprechende Schalter erfolgen, die an einem
Widerstandsnetzwerk eine der Rechengröße analoge Spannung abgreifen. Damit wird
die Änderung der Fräserdrehzahl erfaßt und die Vorschubgeschwindigkeiten in mm pro
Minute werden durch Steuerung des Gleichstrom-Nebenschlußmotors 19 mit Hilfe der
analogen Spannungen so verändert, daß der gewählte Vorschub in mm pro WerkstUckumdrehung
erhalten bleibt.