DE2724602A1

DE2724602A1 - Verfahren zur gleichlaufregelung einer zahnradbearbeitungsmaschine und einrichtung zur ausfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2724602A1
Application number: DE19772724602
Authority: DE
Inventors: Arthur Angst
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 1977-06-01
Filing date: 1977-06-01
Publication date: 1978-12-07
Also published as: US4253050A; JPS6258848B2; IT1108507B; CH629990A5; CS222260B2; DD135865A5; FR2392755B1; GB1599977A; JPS541493A; HU176311B; IT7868243A0; SU822772A3; DE2724602B2; FR2392755A1; DE2724602C3

Description

Reishauer AG, 8005 Zürich (Schweiz)

Verfahren zur Gleichlaufregelung einer Zahnradbearbeitungsmaschine und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gleichlaufregelung einer.nach dem Schraubwälzverfahren arbeitenden, für ein Werkzeug und eia Werkstück getrennte Antriebe aufweisenden Zahnradbearbeitungsmaschine, bei welchem Verfahren von der Drehzahl jedes Antriebs abhängige Folgen von Impulsen erzeugt werden, die bezüglich ihrer Phasenlage digital miteinander verglichen werden, wobei aus dem Vergleichssignal ein analoges Regelsignal zur Nachstellung des Werkstückantriebs gewonnen wird.

Bei Zahnflankenschleifmaschinen, die nach dem Schraubwälzverfahren arbeiten, müssen die Schleifscheibe, beispielsweise eine Schleifschnecke, und das Werkstück bei hohen Drehzahlen mit hoher Genauigkeit in einem bestimmten Drehzahlverhältnis zueinander laufen. Das gleiche gilt auch für eine Wälzfräsmaschine.

Aus der DT-PS 890 420 ist bereits ein Verfahren zur Erzeugung einer Regelgrösse bekannt, bei welchem aus jeder von zwei oder mehr in

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gegenseitige Abhängigkeit zu bringenden Bewegungen eine Impulsfolge abgeleitet wird, wobei die Impulsfolgen bezüglich ihrer Frequenz miteinander verglichen werden. Nach der Grosse und Richtung der erzeugten RegelgrÖsse kann die eine der Bewegungen nachgesteuert werden, bis eine Uebereinstimmung der Impulsfolgen erzielt ist.

Eine grössere Genauigkeit lässt sich erreichen, wenn gemäss der DT-PS 890 420 Abweichungen der Phasenlage zweier aus Bewegungen abgeleiteten Impulsfolgen zur Erzeugung der RegelgrÖsse benutzt werden, wobei die RegelgrÖsse wiederum zur Nachsteuerung der einen Bewegung dient, so dass unter Zuhilfenahme verschiedener Teilungen auf den bewegten Körpern, d.h. dem Werkzeug und dem Werkstück, und elektrischer Impulsteilung bzw. Impulsvervielfachung die Bewegungen in jede gewünschte gegenseitige Abhängigkeit gebracht werden können.

Eine auf dem Vergleich der Phasenlage von zwei drehzahlabhängig erzeugten Impulsfolgen beruhende Werkzeugmaschine zum Herstellen von Verzahnungen nach dem Abwälzprinzip ist aus der DT-OS 24 44 975 bekannt. Bei dieser Werkzeugmaschine liefern die dem Werkzeug und dem Werkstück zugeordneten Drehgeber die gleiche oder eine um ein gerad zahliges Vielfaches voneinander abweichende Impulszahl je Umdrehung. Ein Impulsvergleicher vergleicht nur jeden der gewünschten Zähnezahl des Werkstücks entsprechenden Impuls des Werkzeugdrehgebers hinsichtlich der Lage seiner Anstiegsflanke mit der Lage der Anstiegsflanke des vom Werkstückdrehgeber gelieferten Impulses und bewirkt damit den Gleichlauf der Antriebe in Abhängigkeit von den Impulsanstiegsflanken, da die vom Impulsvergleicher erzeugte RegelgrÖsse proportional der Winkeldifferenz der beiden Antriebe ist.

Dieser bekannte Vergleich der Phasenlage der beiden drehzahlabhängig erzeugten Impulsfolgen weist den Nachteil auf, dass die vom Impulsvergleicher vorgenommene Messung der Vor- oder Nacheilung der Impulse beider Impulsfolgen abhängig von der Drehzahl des Werkzeugs ist, da beim bekannten Vergleich eine zeitabhängige Phasenerfassung

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erfolgt. Ist die Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs nicht konstant, so ist das Phasensignal bei diesem bekannten Vergleich falsch. Zur Herstellung von Präzisionszahnrädern weist deshalb die bekannte Werkzeugmaschine eine unzureichende Genauigkeit auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem der Phasenvergleich unabhängig von der Drehzahl des Werkzeugs ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird durch die Erfindung von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, die Auflösung der erzeugten Regelgrösse durch die pro Zeiteinheit mehrfach zahlreicheren Impulse des Werkzeugantriebs zu bestimmen.

Erfindungsgemäss ist das Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass laufend die Differenz der durch die Zähnezahl des Werkstücks geteilten Zahl der Impulse des Werkzeugantriebs und der Zahl der Impulse des Werkstückantriebs gebildet wird, wobei die Zahl der Impulse des Werkzeugantriebs je Zeiteinheit um ein Mehrfaches grosser ist als diejenige des Werkstückantriebs in der gleichen Zeiteinheit, dass ferner die Impulse des Werkzeugantriebs im Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Werkstückantriebs gezählt werden, und dass die Ergebnisse der genannten Differenzbildung und Impulszählung getrennt in analoge Signale umgesetzt werden, die zur Bildung des Regelsignals summiert werden, wobei die Umsetzung des Ergebnisses der Impulszählung in Abhängigkeit vom Kehrwert der Zähnezahl des Werkstücks vorgenommen wird.

Dadurch, dass beim erfindungsgemässen Verfahren ein analoges Regel signal nicht nur aus der Differenz der Zählung der Werkstückimpulse und der durch die Zähnezahl geteilten Werkzeugimpulse gebildet wird, sondern dass jeweils im Zeitintervall zwischen zwei Werkstückimpul sen die Werkzeugimpulse gezählt und unter Berücksichtigung der Zähnezahl in ein zusätzliches Analogsignal umgesetzt werden, lässt sich zwischen zwei Werkstückimpulse ein Raster von Impulsen legen,

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das einen räumlich genauen, von der Drehzahl des Werkzeugs unabhängigen Phasenvergleich erlaubt, da die für den Phasenvergleich benutzten Impulse des Werkzeugs einem Verdrehwinkel und nicht einer zeitlichen Verschiebung entsprechen und somit zeit- und geschwindigkeitsunabhängig sind.

Erfindangsgemäss ist die genannte Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Winkelschrittgeber des Werkzeugantriebs ein einstellbarer Teilerzähler in Verbindung steht, welcher beim Erreichen des eingestellten Zählerstandes an einem ersten Ausgang ein Impulssignal abgibt und selbsttätig zurückgestellt wird und welcher an einem zweiten Ausgang laufend den jeweiligen Zählerstand abgibt, dass der erste Ausgang des Teilerzählers und der Winkelschrittgeber des Werkstückantriebs an je einen Eingang eines Bilanzzählers angeschlossen sind, dass der zweite Ausgang des Teilerzählers und der Ausgang des Bilanzzählers über je eine von den Impulsen des Winkelschrittgebers des Werkstückantriebs gesteuerte Torschaltung mit je einem Speichor in Verbindung stehen, und dass an die Speicher je ein Digital-Analog-Umsetzer angeschlossen ist, deren Ausgänge zur Bildung des Regelsignals additiv miteinander verbunden sind, wobei Mittel vorgesehen sind, um dem Digital-Analog-Umsetzer, welcher dem Bilanzzähler zugeordnet ist, einen konstanten Referenzstrom und dem Digital-Analog-Umsetzer, welcher dem Teilerzähler zugeordnet ist, einen dem Kehrvert der Zähnezahl des Werkstücks proportionalen Referenzstrom zuzuführen.

Die erfindungsgemässe Einrichtung ermöglicht es, mit wenigen elektronischen Schaltungsmitteln wie Zählern, Speichern, Digital-Analog-Umsetzern, einen Phasenvergleich und damit ein Regelsignal zum Nachstellen des Werkstückantriebs zu erzielen, deren Auflösung durch die vom Winkelschrittgeber des Werkzeugantriebs gelieferten Impulse bestimmt und unabhängig von der Drehzahl des Schleifscheibenantriebs ist.

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Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur Erzeugung eines analogen Regelsignals zum Nachstellen eines der beiden Antriebe einer Zahnflankenschleifmaschine näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema der Einrichtung,

Fig. 2 zeitliche Signalverläufe in verschiedenen Punkten des Block-Schemas der Fig. 1 für den Fall, dass die zeitliche Veränderung der Ist-Winkellage kleiner ist als die entsprechende zeitliche Veränderung der Soll-Winkellage,

Fig. 3 zeitliche Signalverläufe entsprechend der Fig. 2 für den Fall, dass die zeitliche Veränderung der Ist-Winkellage grosser ist als die entsprechende zeitliche Veränderung der Soll-Winkellage,

Fig. 4 ein Blockschema einer zusätzlichen Einrichtung zur elektronischen Korrektur systematischer Fehler.

Das Blockschema der Fig. 1 enthält eine von einem nicht dargestellten Elektromotor angetriebene Schleifscheibe 1, z.B. eine Schleifschnecke, zum Schleifen der Zahnflanken eines Werkstücks 2, das ebenfalls von einem separaten, nicht dargestellten Elektromotor angetrieben ist. Sowohl mit der Schleifscheibe 1 als auch mit dem Werkstück 2 ist je ein Winkelschrittgeber 3 bzw. 4 starr gekoppelt, welche beide für eine bestimmte Winkeländerung der sich drehenden Schleifscheibe 1 bzw. des sich drehenden Werkstücks einen Impuls liefern. Ein bestimmter Soll-Drehwinkel der Schleifscheibe wird somit durch eine entsprechende Zahl von Impulsen am Ausgang 5 des Winkelschrittgebers 3 und der zugehörige Ist-Drehwinkel des Werkstücks durch eine entsprechende Zahl von Impulsen am Ausgang 6 des Winkelschrittgebers 4 dargestellt.

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An den Ausgang des Winkelschrittgebers 3 ist ein Impulsvervielfacher 7 angeschlossen, dessen Faktor g entsprechend der Gangzahl g der Schleifscheibe 1 einstellbar ist, wobei ein zugehöriges Einstellorgan mit 8 bezeichnet ist. Pro Impuls des Winkelschrittgebers 3 gibt demnach der Inpulsvervielfacher 7 an seinem Ausgang 9 die Zahl von g Impulsen ab. An den Ausgang 9 des Impulsvervielfachers ist ein Teilerzähler 10 angeschlossen, dessen Zählkapazität ζ entsprechend der Zähnezahl ζ des Werkstücks 2 einstellbar ist, wobei zur Einstellung der Zählkapazität ein Einstellorgan 11 vorgesehen ist. Der Teilerzähler 10 zählt die ankommenden Impulse. Erreicht der Zählerstand die eingestellte Zählkapazität z, so gibt der Teilerzähler 10 an seinem ersten Ausgang 12 einen Impuls ab. Gleichzeitig wird der Teilerzähler 10 zurückgestellt, d.h. auf Null gesetzt, und beginnt die Zählung der ankommenden Impulse von neuem. An einem zweiten Ausgang 13 des Teilerzählers 10 erscheint der jeweilige, veränderliche Zählerstand.

Die Impulszahl des Winkelschrittgebers 3 der Schleifscheibe 1 kann pro Umdrehung der Schleifscheibe kleiner sein als die Impulszahl des Winkelschrittgebers 4 des Werkstücks 2 pro Umdrehung des Werkstücks, wobei dennoch die Impulszahl des Winkelschrittgebers 3 je Zeiteinheit grosser sein kann als die Impulszahl des Winkelschrittgebers 4 in der gleichen Zeiteinheit. Die Berücksichtigung des Drehzahlverhältnisses erfolgt durch die erwähnte Impulsvervielfachung um den Faktor g (Gangzahl der Schleifscheibe) und die Impuls teilung durch ζ (Zähnezahl des Werkstücks).

An den ersten Ausgang 12 des Teilerzählers 10 ist ein erster, mit + bezeichneter Eingang eines Bilanzzählers 14 angeschlossen. Ein zwei ter, mit - bezeichneter Eingang des Bilanzzählers 14 ist an den Aus gang 6 des Winkelschrittgebers 4 des Werkstücks 2 angeschlossen. Der Bilanzzähler 14 bildet in digitaler Form die Differenz der Zahl der Eingangsimpulse. Der Inhalt des Bilanzzählers 14 erscheint hierbei an seinem Ausgang 15.

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Die Einrichtung nach Fig. 1 enthält des weiteren Mittel zur intervallmässigen Speicherung der Inhalte des Bilanzzählers 14 und des Teilerzählers 10. Hierzu ist an den Ausgang 15 des Bilanzzählers 14 eine erste Torschaltung 17 und an den Ausgaag 13 des Teilerzählers 10 eine zweite Torschaltung 18 angeschlossen. Die Ausgänge der Torschaltungen 17 und 18 sind mit den Eingängen je eines Speichers 19 bzw. 20 verbunden. Die Steuerung der Torschaltungen 17 und 18 erfolgt über eine gemeinsame Steuerleitung 21, welche an den Ausgang einer Transferschaltung 22 angeschlossen ist. Ein Transfereingang 23 der Transferschaltung 22 ist mit dem Ausgang 6 des Winkelschrittgebers 4 des Werkstücks 2 verbunden, während ein Steuereingang 24 der Transferschaltung 22 an den Ausgang eines Binärteilers 25 angeschlossen ist. Ein Impulseingang 26 des Binärteilers 25 ist mit dem Ausgang 12 des Teilerzählers 10 und ein Rücksetzeingang 27 ebenfalls mit dem Ausgang 6 des Winkelschrittgebers 4 des Werkstücks 2 verbunden. Die Funktionsweise dieser die Transferschaltung 22 und den Binärteiler 25 umfassenden Schaltungsanordnung wird nachstehend noch erläutert.

An die Ausgänge 29 bzw. 30 der beiden Speicher 19 und 20 ist je ein Digital-Analog-Umsetzer 31 bzw. 32 angeschlossen. Zur Umsetzung ist dem Umsetzer 31 ein erster Referenzstrom I £, und dem Umsetzer 32 ein zweiter Referenzstrom I _f2 zugeführt. Der zweite Referenzstrom *ref2 *^{st e}^^nem dritten Digital-Analog-Umsetzer 33 entnommen, wel chem das der eingestellten Zähnezahl ζ des Werkstücks entsprechende Digitalsignal sowie ein dritter Referenzstrom I £, zugeführt sind. Demnach ist der dritte Digital-Analog-Umsetzer 33 über eine Leitung 34 mit dem Einstellorgan 11 für die Zähnezahl verbunden. Der Digital-Analog-Umsetzer 33 ist so ausgebildet, dass sein Ausgangsstrom, der Referenzstrom I _e£₂» proportional dem Kehrwert der eingestellten Zähnezahl ist.

Der erste Digital-Analog-Umsetzer 31 liefert an seinem Ausgang einen Strom Ig und der zweite Digital-Analog-Umsetzer an seinem Ausgang

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einen Strom I_CD. Die beiden Ströme Ι_Ό und I_CD sind einer Summier-

bö D SD

schaltung 35 zugeführt, welche ihrerseits einen Ausgangsstrom I. liefert, welcher als Regelsignal für die Nachstellung des Antriebs des Werkstücks 2 über eine in Fig. 1 nicht dargestellte Einrichtung dient.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung wird nachfolgend erläutert.

Der Bearbeitungsprozess beim Schleifen von Zahnflanken nach dem Abwälzverfahren verlangt, dass sich der Drehwinkel der Schleifscheibe, im vorliegenden Fall einer Schleifschnecke, zum Drehwinkel des Werkstücks verhält wie die Zähnezahl des Werkstücks zur Gangzahl der Schnecke. Die Drehzahlregelung des Antriebs des Werkstücks muss demnach dafür sorgen, dass die Differenz der beiden genannten Verhältnisse gleich Null ist. Wird mit Y^_o\\ der Drehwinkel der Schleifschnecke 1 (Fig. 1) und mit V"/_S.f der Drehwinkel des Werkstücks 2 in einem bestimmten Zeitpunkt t bezeichnet, und ist, wie bereits erwähnt, die Zähnezahl des Werkstücks ζ und die Gangzahl der Schleifschnecke g, so hat die Drehzahlregelung des Antriebs des Werkstücks die Beziehung

V ⁹ Kp η ⁷SoIi "ζ ^r»s+ — ^u

zu erzwingen, und zwar mittels eines analogen Regelsignals, das aus den digitalen Signalen der Winkelschrittgeber 3 und 4 der Schleifscheibe und des Werkstücks abgeleitet wird.

Bei einer Winkeländerung der Schleifscheibe 1 um Αψ erzeugt der zugeordnete Winkelschrittgeber 3 einen Impuls Mg. Somit ist der Drehwinkel der Schleifscheibe 1 im Zeitintervall zwischen den Zeiten 0 und t

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Wird mit N~ die Anzahl der Impulse bezeichnet, die der Winkelschrittgeber 3 pro Umdrehung der Schleifscheibe 1 erzeugt, so ist

Entsprechend werde mit M_w ein vom Winkelschrittgeber 4 des Werkstücks 2 erzeugter Impuls und mit N., die Anzahl der Impulse bezeichnet, die der Winkelschrittgeber 4 pro Umdrehung des Werkstücks 2 erzeugt. Dann ist

2T

Um das geforderte Uebersetzungsverhältnis z/g zwischen der Drehzahl der Schleifscheibe 1 und der Drehzahl des Werkstücks 2 zu erzeugen, werden gemäss Fig. 1 die Impulse des Winkelschrittgebers 3 der Schleifscheibe 1 im Impulsvervielfacher 7 mit g multipliziert und im Teilerzähler 10 durch ζ geteilt. Der Bilanzzähler 14 beinhaltet somit im Zeitpunkt t in digitaler Form die Differenz der Zahl der Ausgangsimpulse des Teilerzählers 10 und des Winkelschrittgebers 4, also die Differenz

Die Anzahl der Impulse des Winkelschrittgebers 3, welche nach der Berücksichtigung des Uebersetzungsverhältnisses g/z je Zeiteinheit im Bilanzzähler 14 eintrifft, muss mit der in der gleichen Zeitein heit vom Winkelschrittgeber 4 an den Bilanzzähler 14 eintreffenden Anzahl von Impulsen theoretisch übereinstimmen. Dies trifft automa tisch zu, wenn die Anzahl N- der Impulse pro Umdrehung der Schleif scheibe 1 gleich ist der Anzahl N_w der Impulse pro Umdrehung des Werkstücks 2, d.h. wenn die beiden Winkelschrittgeber gleich sind. Wird diese Impulszahl mit N bezeichnet, weil vorausgesetzt wird, dass

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so beträgt der Inhalt des Bilanzzählers 14 gleich

Soll " ~2

Wenn hingegen die Winkelschrittgeber 3 und 4 nicht gleich sind, sondern je Umdrehung verschiedene Impulszahlen abgeben, müssen die Drehzahlen, bzw. die Impulszahlen der Winkelschrittgeber 3 und 4 durch eine vorgebaute Ueber- oder Untersetzung auf das Verhältnis

Nw __ Λ

gebracht werden. Die Einhaltung dieser Bedingung kann aber auch durch eine im Impulsvervielfacher 7 oder im Teilerzähler 10 eingebaute Ueber- oder Untersetzung, oder durch eine entsprechende Berücksichtigung bei der Eingabe von g oder ζ in den Einstellorganen 8 oder 11 durchgeführt werden.

Die Auflösung der Winkeldifferenz 'soll' "7" ~" '\sk ^ⁿ dieser ^an sich bekannten Form genügt aber nicht, um die erwünschte Gleichlauf genauigkeit zu erzielen. Vielmehr muss hierzu auch die Phasenlage der beiden Impulssignale miterfasst werden, was erfindungsgemäss und mittels der in Fig. 1 schematisch dargestellten Einrichtung wie folgt geschieht.

Der Inhalt des Teilerzählers 10, der die mit der Gangzahl g der Schleifscheibe 1 multiplizierten Schleifscheibenimpulse durch die Zähnezahl ζ teilt, wird jeweils im Zeitpunkt, in welchem vom Winkel schrittgeber 4 ein Werkstückimpuls erzeugt wird, ausgelesen und gespeichert. Gleichzeitig wird auch der Inhalt des Bilanzspeichers ausgelesen und gespeichert. Hierzu gibt die normalerweise von den Werksttickimpulsen gesteuerte Transferschaltung 22 jeweils im Zeitpunkt des Auftretens eines Werkstückimpulses einen Steuerimpuls an die Torschaltungen 17 und 18 ab, die demnach in diesen Zeitpunkten

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den Inhalt des Bilanzzählers 14 und denjenigen des Teilerzählers 10, der zwischen 0 und ζ Impulse enthält, in die Speicher 19 bzw. 20 überträgt.

In diesen Zeitpunkten beinhaltet der Speicher 19 demnach eine Bilanz A

2τ

und der Speicher 20 eine Subbilanz B, welche der Phasenlage von

M₄,. -| und M_w entspricht, in der Form

N-2 (ψ J_- _ ^

Der Inhalt des Speichers 19 ist gemäss Fig. 1 dem Digital-Analog-Umsetzer 31 zugeführt, welcher einen Ausgangsstrom Ig erzeugt, der proportional der Bilanz A (d.h. dem Inhalt des Speichers 19) und dem Referenzstrom I_refi ist:

¹B -^W*!
wobei k, die betreffende Wandlerkonstante ist.

Entsprechend ist der Inhalt B des Speichers 20 dem Digital-Analog-Umsetzer 32 zugeführt, welcher einen Ausgangsstrom I_cn erzeugt, der proportional der Subbilanz B (d.h. dem Inhalt des Speichers 20) und dem Referenzstrom I _- ist:

ref2

¹SB ^{= B}'¹MfZ^Z
wobei k- die betreffende Wandlerkonstante ist.

Während der Referenzstrom I _r, konstant ist, wird der Referenz-

rerl

strom I__e£2 mittels des Digital-Analog-Umsetzers 33 aus der einge-

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stellten Zähnezahl z gebildet:

I = ——· I " k ref2 ζ ref3 3

wobei k, die Wandlerkonstante des Digital-Analog-Umsetzers 33 ist, und der Referenzstrom I r? wiederum einen konstanten Wert hat. Insbesondere kann angenommen werden, dass I r? ⁼ *_refi ⁼ ^₀' ^s0 dass

I_n = A-I -k, und I_ct, = B·!· k_o-k_T

B öl SB oz23

Gemäss Fig. 1 werden die Ströme der Digital-Analog-Umsetzer 31 und 32 in der Summierschaltung 35 addiert, so dass sich ein Ausgangsstrom I. mit dem Wert

T -T +T -A-T-V + R . T . - T I Λ . V +R 1

AB SB öl oz o\l ζ/

ergibt.
Damit nun der Strom I„_D tatsächlich ein Mass für die Phasenlage der

OD

Impulse der Schleifscheibe und des Werkstücks bildet, muss für den Fall, dass im Bilanzzähler 14 ein Impuls urA im Teilerzähler ζ Impulse vorhanden sind, d.h. für

A = I und B = z, gelten: I_R = Ic-d-

Daraus folgt die Bedingung k, = k- · k_ an die Wandlerkonstanten.

Damit wird

I, - L. Ja

Der Ausgangsstrom I. der in Fig. i dargestellten Einrichtung ist somit proportional der Winkeldifferenz zwischen der Schleifscheibe

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und dem Werkstück 2. Hierbei ist jedoch von wesentlichem Vorteil, dass die Auflösung dieses Ausgangsstroms der Auflösung des Winkelschrittgebers 3 der Schleifscheibe 1 entspricht, d.h. die kleinste messbare Aenderung wird durch einen Impuls des Winkelgebers 3 bestimmt. Mit anderen Worten ausgedrückt entspricht die Auflösung des Ausgangsstroms I. der Auflösung des Winkelschrittgebers 4 des Werk-Stücks 2, multipliziert mit der Zähnezahl z, wogegen bei der bekannten Werkzeugmaschine der Faktor ζ der Zähnezahl für die Auflösung nicht vorliegt.

Aus den Fig. 2 und 3 ist die Funktionsweise der Einrichtung der Fig. 1 weiterhin ersichtlich, wobei diese Figuren die zeitlichen Signalverläufe an verschiedenen Stellen im Blockschema der Fig. darstellen, und zwar für den Fall eines nacheilenden Werkstückantriebs (Fig. 2) und eines voreilenden Werkstückantriebs. Hierbei sind die Annahmen getroffen, dass die Gangzahl g gleich zwei und die Zähnezahl ζ gleich zwölf ist. In den Fig. 2 und 3 zeigen die folgenden zeitlichen Signalverläufe:

die erste Zeile am Ausgang 5 des Winkelschrittgebers 3 der

Schleifscheibe 1,

die zweite Zeile am Ausgang 9 des Impulsvervielfachers 7, die dritte Zeile am Ausgang 12 des Teilerzählers 10,

die vierte Zeile am Ausgang 6 des Winkelschrittgebers 4 des Werkstücks,

die fünfte Zeile ani Ausgang 29 des Speichers 19, die sechste Zeile am Ausgang 30 des Speichers 20, die siebte Zeile den Bilanzstrom I₁₅,

die achte Zeile den Subbilanzstrom I_CT] und

OD

die neunte Zeile ' den Ausgangsstrom I..

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Wie beschrieben, erfolgt die Erzeugung eines über die Leitung 21 (Fig. 1) den Torschaltungen 17 und 18 zugeleiteten Transfersignals, welches die Speicherung der Inhalte des Bilanzzählers 14 und des Teilerzählers 10 in den Speichern 19 bzw. 20 bewirkt, normalerweise durch einen Werkstückimpuls, d.h. einen Impuls des Winkelschrittgebers 4. Stehen die Achsen der Schleifscheibe und des Werkstücks je doch nahezu still, so ist es möglich, dass mehrere Schleifscheibenimporte pro Werkstückimpuls im Bilanzzähler 14 eintreffen. Es ist in diesem Fall sinnlos, von einer Phasenlage zu sprechen, und zweckmässigerweise werden die Transfersignale dann von den Schleifscheibenimpulsen ausgelöst.

Das hierzu vorgesehene Entscheidungsnetzwerk umfasst den Binärteiler 25, dessen Eingang 26 die Ausgangsimpulse des Teilerzählers 10 zugeführt sind. Beim dritten, am Eingang 26 ankommenden Impuls gibt der Binärteiler 25 einen Impuls an die Transferschaltung 24 ab, wodurch ein über die Leitung 21 den Torschaltungen 17 und 18 zugeführter Transferimpuls ausgelöst wird. Trifft jedoch vor dem dritten, am Eingang 26 ankommenden Impuls ein Werkstückimpuls des Winkelschrittgebers 4 ein, so wird der Binärteiler 25 durch diesen an seinem Rücksetzeingang 27 eintreffenden Impuls zurückgestellt. Gleichzeitig löst der Werkstückimpuls am Eingang 23 der Transferschaltung 22 einen Transferimpuls aus.

Damit beim Anlauf der Zahnflankenschleifmaschine keine Drehrichtungsprobleme entstehen, werden die Drehrichtungen der Achsen der Schleifscheibe und des Werkstücks durch eine vorzeichenrichtige Erzeugung des Ausgangsstroms I_A berücksichtigt. Der Impulsvervielfacher 7, der Teilerzähler 10 und der Bilanzzähler 14 erfassen beide Drehrichtungen, indem die genannten Zähler als Vor/Rückwärtszähler ausgebildet sind. Der Bilanzzähler 14 zählt Vorwärtsimpulse des Winkelschrittgebers 3 positiv, Rückwärtsimpulse des Winkelschrittgebers 3 negativ, Vorwärtsimpulse des Winkelschrittgebers

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negativ und Rückwärtsimpulse des Winkelschrittgebers 4 positiv. Bei der weiteren beschriebenen Signalverarbeitung erfolgt die Berücksichtigung des Vorzeichens automatisch. Somit kann dann die Regelung des Werkstückantriebs das Werkstück der Schleifscheibe in beiden Drehrichtungen nachlaufen lassen.

Es ist bekannt, zur Bearbeitung von schrägverzahnten Werkstücken zwecks Erzeugung einer Zusatzdrehbewegung des Werkstücks dem Regler ein Zusatzsignal, insbesondere Zusatzimpulse, zuzuführen, welches von der Vorschubbewegung des Werkstücks bezüglich des Werkzeugs abgeleitet wird, insbesondere also von der Vorschubbewegung des Werkstückschlittens. Gemäss einem Vorschlag der Anmelderin (Patentanmeldung P ) wird eine solche von der Vorschubbewegung abgeleitete

Impulsfolge dem Regler der zwangslaufgesteuerten Zahnradbearbeitungs maschine über einen Teiler in digitaler-inkrementaler Form und über einen Digital-Analog-Umsetzer in analoger Form zugeführt. Bei der vorgängig anhand der Fig. 1 beschriebenen Einrichtung kann eine solche Zuführung des Zusatzsignals für die Bearbeitung schrägverzahnter Werkstücke in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass das genannte digital-inkrementale Zusatzsignal an den Eingang des Bilanzzählers 14 und das analoge Zusatzsignal an den Eingang der Summierschaltung 35 geleitet wird.

Es hat sich gezeigt, dass beim vorliegenden Gleichlauf-Regelungsverfahren die durch den beschriebenen Phasenvergleich erzielte Genauigkeit derart gross ist, dass sich systematische Fehler der Bearbeitungsmaschine, insbesondere werkstückseitige, bereits störend bemerkbar machen können. Solche systematische Fehler sind vor allem im Zusammenhang mit dem Winkelschrittgeber des Werkstückantriebs festgestellt und gemessen worden, indem die vom Winkelschrittgeber des Werkstücks für eine vollständige Umdrehung des Werkstücks erzeugte Impulsfolge nicht genau den zugehörigen Drehwinkelinkrementen entspricht, sondern über eine Umdrehung des Werkstücks gemäss einer systemfehlerbedingten, messbaren Fehlerkurve verläuft.

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Die anhand des Blockschemas der Fig. 4 nachstehend erläuterte Massnahme gestattet es, mit einfachen Mitteln solche systematische Fehler auf elektronischem Wege zu korrigieren und dadurch die durch die systematischen Fehler beschränkte, an sich grosse Genauigkeit des vorliegenden Gleichlauf-Regelungsverfahrens wiederherzustellen.

In Fig. 4 sin! entsprechend Fig. 1 das von einem Elektromotor angetriebene Werkstück 2 und der mit dem Werkstück starr gekoppelte Winkelschrittgeber 4 schematisch dargestellt. Ein bestimmter Ist-Drehwinkel des Werkstücks 2 bewirkt, wie bereits erwähnt, am Ausgang 6 des Winkelschrittgebers 4 eine entsprechende Anzahl von Impulsen, die über eine Leitung 37 einem Regler 38 zugeführt sind, welcher hier schanktisch die Einrichtung der Fig. 1 wiedergibt. Dem Regler 38 sind über eine Leitung 39 ferner dem Soll-Drehwinkel des Werkzeugs entsprechende Impulse zugeführt, also die Ausgangsimpulse des Winkelschrittgebers 3 in Fig. 1. Der Regler 38 erzeugt das analoge Regelsignal I. (vgl. auch Fig. 1), welches nach geeigneter Verstärkung in einem Verstärker 40 den Antrieb des Werkzeugs 2 steuert.

Die vorliegende Massnahme beruht nun darauf, dem Regelsignal in einer Summierschaltung 41 ein Korrektursignal zuzuführen, welches einen systematischen Fehler des Winkelschrittgebers 4 einschliesslich eines allenfalls vorhandenen Interpolators und der mechanischen Uebertragungsglieder berücksichtigt, d.h. eine Abweichung von der Kongruenz eines durch den Winkelschrittgeber 4 erzeugten Impulses mit einem bestimmten, konstanten Drehwinkelinkrement, und zwar je Umdrehung des Werkstücks. Hierzu ist in einem Lesespeicher 42 (Festspeicher, "read-only-memory") in digitaler Form eine Korrekturkurve gespeichert, die aufgrund der über eine Umdrehung des Werkstücks gemessenen Abweichungen der Impulse des Winkelschrittgebers 4 von deren theoretischem, drehwinkelproportionalen Auftreten in den Lesespeicher 42 eingegeben worden sind«, Die gespeicherten Korrekturwerte werden während des Betriebs synchron ausgelesen und nach Umsetzung in einem Digital-Analog-Umsetzer 43 in der Summierschaltung

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41 dem Reglersignal I. zugefügt. Statt der separaten Summierschaltung 41 kann das analoge Korrektursignal auch direkt der Summierschaltung 35 der Fig. 1 zugeführt werden.

Zur Adressierung des Lesespeichers 42 ist dieser an einen Zähler angeschlossen, dessen Zähleingang die Impulse des Winkelschrittgebers 4 des Werkstücks 2 über die Leitung 37 zugeführt werden und des sen Indexierung ebenfalls durch den Winkelschrittgeber 4 über eine Leitung 45 erfolgt.

Für das analoge Korrektursignal ist eine Auflösung von etwa 2 % zweckmässig, was eine Wortlänge von 6 bit ergibt. Ferner ist es zweckmässig, jeweils nach einem Drehwinkel von etwa 1,5 ein digitales Korrekt.ursignal zu erzeugen. Hieraus ergibt sich, dass der Lesespeicher 42 etwa 6*256 = 1536 Speicherplätze aufweisen soll, was sich mitsamt der zugehörigen, beschriebenen Adressierschaltung ohne grosse Kosten erzielen lässt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gleichlaufregelung einer nach dem Schraubenwälzverfahren arbeitenden, für ein Werkzeug und ein Werkstück getrennte Antriebe aufweisenden Zahnradbearbeitungsmaschine, bei welchem Verfahren von der Drehzahl jedes Antriebs abhängige Folgen von Impulsen erzeugt werden, die bezüglich ihrer Phasenlage digital miteinander verglichen werden, wobei aus dem Vergleichssignal ein analoges Regelsignal zur Nachstellung des Werkstückantriebs gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, dass laufend die Differenz der durch die Zähnezahl des Werkstücks geteilten Zahl der Impulse des Werkzeugantriebs und der Zahl der Impulse des Werkstückantriebs gebildet wird, wobei die Zahl der Impulse des Werkzeugantriebs je Zeiteinheit um ein Mehrfaches grosser ist als diejenige des Werkstückantriebs in der gleichen Zeiteinheit, dass ferner die Impulse des Werkzeugantriebs im Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Werkstückantriebs gezählt werden, und dass die Ergebnisse der genannten Differenzbildung und Impulszählung getrennt in analoge Signale umgesetzt werden, die zur Bildung des Regelsignals summiert werden, wobei die Umsetzung des Ergebnisses der Impulszählung in Abhängigkeit vom Kehrwert der Zähnezahl des Werkstücks vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisse der Differenzbildung und der Impulszählung jeweils beim Auftreten eines Impulses des Werkstückantriebs getrennt gespeichert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umsetzung des gespeicherten Ergebnisses der Differenzbildung ein konstanter Referenzstrom und zur Umsetzung des gespeicherten Ergebnisses der Impulszählung ein dem Kehrwert der Zähnezahl des Werkstücks proportionaler Referenzstrom verwendet wird.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Gleichlaufregelung einer Zahnflankenschleifmaschine, bei welchem als Schleifscheibe eine Schleifschnecke verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Impulse des Schleifscheibenantriebs um die Gangzahl der Schleifschnecke vervielfacht wird.

5. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche sowohl für den Werkzeugantrieb als auch für den Werkstückantrieb je einen Impulse erzeugenden Winkelschrittgeber aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Winkelschrittgeber (3) des Werkzeugantriebs (1) ein einstellbarer Teilerzähler (10) in Verbindung steht, welcher beim Erreichen des eingestellten Zählerstandes an einem ersten Ausgang (12) ein Impulssignal abgibt und selbsttätig zurückgestellt wird und welcher an einem zweiten Ausgang

(13) laufend den jeweiligen Zählerstand abgibt, dass der erste Ausgang (12) des Teilerzählers (10) und der Winkelschrittgeber (4) des Werkstückantriebs (2) an je einen Eingang eines Bilanzzählers (14) angeschlossen sind, dass der zweite Ausgang (13) des Teilerzählers (10) und der Ausgang (15) des Bilanzzählers (14) über je eine von den Impulsen des Winkelschrittgebers (4) des Werkstückantriebs (2) gesteuerte Torschaltung (17,18) mit je einem Speicher (19,20) in Verbindung stehen, und dass an die Speicher (19,20) je ein Digital-Analog-Umsetzer (31,32) angeschlossen ist, deren Ausgänge zur Bildung des Regelsignals additiv miteinander verbunden sind, wobei Mittel vorgesehen sind, um dem Digital-Analog-Umsetzer (31), welcher dem Bilanzzähler

(14) zugeordnet ist, einen konstanten Referenzstrom (I ^₁) und dem Digital-Analog-Umsetzer (32), welcher dem Teilerzähler (10) zugeordnet ist, einen dem Kehrwert der Zähnezahl des Werkstücks proportionalen Referenzstrom (I _f_) zuzuführen.

6. Einrichtung nach-Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Winkelschrittgeber (3) des Werkzeugantriebs (1) und den Eingang des Teilerzählers (10) ein einstellbarer Impulsvervielfacher ₍7) geschaltey j«

-X₅-

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Transferschaltung (22) vorgesehen ist, welche zur Auslösung und gemeinsamen Abgabe von Steuerimpulsen an die Torschaltungen (17,18) einerseits an den Winkelschrittgeber (4) des Werkstückantriebs (2) und andererseits an einen Binärteiler (25) angeschlossen ist, dessen Zähleingang (26) mit dem ersten Ausgang (12) des Teilerzählers (10) und dessen Rücksetzeingang (27) mit dem Winkelschrittgeber (4) des Werkstückantriebs (2) verbunden ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zuführung eines Referenzstromes (I _f2) ^an den dem Teilerzähler (10) zugeordneten Digital-Analog-Umsetzer (32) einen weiteren Digital-Analog-Umsetzer (33) umfassen, welcher an ein digitales Einstellorgan (11) für den Teilerzähler (10) angeschlossen ist und welchem ein konstanter Referenzstrom (I _f,) zugeführt ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Summierung des Regelsignals mit einem Korrektursignal, welches systematische Abweichungen der Impulsfolge des Winkelschrittgebers (4) des Werkstückantriebs (2) über eine Umdrehung des Werkstücks berücksichtigt, ein Festspeicher (42) vorgesehen ist, in welchem den Abweichungen entsprechende Korrekturwerte digital gespeichert sind und dessen Ausgang über einen Digital-Analog-Umsetzer (43) an eine Summierschaltung (35;41) für das Regelsignal und das Korrektursignal angeschlossen ist, wobei der Festspeicher (42) zu seiner Adressierung mit einem Zähler (44) verbunden ist, dessen Zähleingang die Impulse des genannten Winkelschrittgebers (4) zugeführt sind und dessen Indexierung durch diesen Winkelschrittgeber (4) erfolgt.

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