DE2724664B2

DE2724664B2 - Einrichtung zur Erzeugung einer Zusatzdrehbewegung eines schrägverzahnten Zahnrad-Werkstücks in einer zwangslaufgesteuerten, nach dem Schraubwälzverfahren arbeitenden Zahnrad-Bearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE2724664B2
Application number: DE2724664A
Authority: DE
Inventors: Arthur Wil Angst (Schweiz)
Original assignee: REISHAUER AG ZUERICH (SCHWEIZ)
Current assignee: REISHAUER AG ZUERICH (SCHWEIZ)
Priority date: 1977-06-01
Filing date: 1977-06-01
Publication date: 1979-04-19
Also published as: DE2724664A1; US4178537A; SU833174A3; DE2724664C3; HU176312B; JPS53148796A; DD135866A5; IT7868242A0; FR2392756A1; CS247053B2; IT1108506B; CH629989A5; FR2392756B1; GB1599978A; JPS5943253B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung einer Zusatzdrehbewegung eines schrägverzahnten Zahnrad-Werkstücks in einer elektronisch zwangslaufgesteuerten, nach dem Schraubwälzverfahren arbeitenden Zahnradbearbeitungsmaschine, die für das Werkzeug und das Werkstück getrennte Drehantriebe aufweist, mit einem Regler, welchem von der Drehzahl jedes Antriebs abhängige Folgen von Impulsen zugeführt werden, die zur Erzeugung eines Regelsignals zur Nachstellung des Werkstückantriebs miteinander verglichen werden, und

bo mit Mitteln zur Erzeugung eines dem Regler zugeführten Zusatzsignals einschließlich dessen Ableitung von einem Längsvorschub des Werkstücks bezüglich des Werkzeugs.
Bekanntlich muß beim Schleifen von schrägverzahn-

b5 ten Stirnrädern im Schraubwälzverfahren und auch beim analogen Wälzfräsen das Zahnrad-Werkstück bei seiner axialen ReIaI ivverschiebung bezüglich des Schleif- bzw. Fräswerkzeugs, d. h. bei der Ausführung

der oszillierenden Vorschubbewegungen bei der Zweiwegbearbeitung bzw. der Vorschub- und Rücklaufbewegung bei der Einwegbearbeitung jeweils eine Zusatzdrehbewegung ausführen, welche vom Modul, von der Zähnezahl und dem Zahnschrägungswinkel abhängt. Diese Zusatzdrehbewegung muß der Drehbewegung des Zahnrad-Werkstücks, wie sie einem geradverzahnten Werkstück entsprechen würde, je nach Richtung der relativen Längsvorschubbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug, additiv oder subtraktiv überlagert werden.

Es ist aus der deutschen Patentschrift 12 48 964 eine elektronische Wälzfräsmaschinensteuerung bekannt, bei welcher von der Welle des Fräsers und der Welle des Werkstücks drehzahiabhängige Impulsfolgen abgeleitet ι > werden, die für eine bestimmte Zähnezahl des zu fräsenden Zahnrades zur Erzielung einer festen Übersetzung ein bestimmtes Verhältnis aufweisen, wozu Impulsteiler oder Multiplikatoren für die Impulsfolgen vorgesehen werden können. Die beiden Impulsfolgen werden miteinander verglichen, und aus dem Vergleich wird ein Regelsignal zur Nachstellung des Werkstückantriebs gewonnen, so daß ein Zwangslauf des Werkstückantriebs in Abhängigkeit vom Fräserantrieb vorliegt. Um die für ein schrägverzahntes 2> Werkstück erforderliche Zusatzdrehbewegung zu erzielen, werden Zusatzimpulse erzeugt, die der einen Impulsfolge additiv bzw. subtraktiv zugefügt werden. Die Zusatzimpulse können hierbei z. B. an der Vorschubwelle für den Frässchlitten abgeleitet werden, Eine solche Impulsaddition bzw. -subtraktion entspricht in ihrer Wirkung derjenigen eines bekannten mechanischen Differentials in Wälzfräsmaschinen zur Berücksichtigung des Schrägungswinkels und wird deshalb oft als elektrisches oder elektronisches Differential be- ü zeichnet.

Aus der deutschen Auslegeschrift 22 55 514 ist eine Zahnradschleifmaschine mit elektrisch gesteuertem Werkstückspindelantrieb bekannt, welche zur Erzeugung der Zusati.drehbewegung für das schrägverzahnte Werkstück das obenerwähnte Verfahren der Erzeugung von Zusatzimpulsen benutzt. Bei dieser bekannten Maschine erfolgt die Ermittlung und Überlagerung der Zusatzdrehbewegung auf mechanisch-elektronischem Weg, indem die Wegmessung des die Vorschubbewe- 4> gung ausführenden Werkstückschlittens auf indirektem Weg, d. h. über eine Kugelrollspindel-Einheit ausgeführt wird, bei welcher die Kugelrollspindel mit einem Drehzahl-Impul'iWandler gekuppelt ist. Die erzeugten Impulse werden über eine Frequenzteilerschaltung >o einer einen Digital-Analog-Umsetzer enthaltenden Koordinierungsschaltung zugeführt, welcher auch die drehzahlabhängig erzeugten Impulse des Werkzeugs, d. h. der Schleifscheibe, und des Werkstücks zugeführt sind. Durch die Anwendung einer Kugelrollsp'ndel-Ein- ^r> > heit für die Wegmessung muß auch im günstigsten Fall mit einem Übertragungsfehler von 0,002 bis 0,003 mm gerechnet werden, der für das Zahnflankenschleifen von hochpräzisen Zahnrädern zu groß ist. Weitere Ungenauigkeiten entstehen dadurch, daß in der Koordinie- eo rungsschaltung die in der Frequenz geteilte Impulsfolge des Werkstückschlittens und die vervielfachte und geteilte Impulsfolge des Werkstückschlittens und die vervielfachte und geteilte Impulsfolge des Werkzeugs mit der Impulsfolge des Werkstücks direkt verglichen μ werden.

Es sind auch andere Folgesteuerungen, die ein digitales Wegmeßsystem mit einer Impulsvervielfachung enthalten, bekannt, set beispielsweise ein Elektronik-Bausteinsystem (Zeiss Informationen Oberkochen, Nr. 80/1972), bei welchem die Amplitudenschwankungen des abgetasteten Signals sich in Meßfehlern zeigen, oder beispielsweise eine Impulsvervielfachung mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (Roland Best, Theorie und Anwendungen des Phase-lockes Loops, Elektroniker, Nr. 10/1976), bei welchem das Ausgangssignal mit einem Schleppfehler behaftet wird. Diese bekannten Verfahren und Mittel können jedoch für das Zahnflankenschleifen von hochpräzisen Zahnrädern nicht angewendet werden, weil sie entweder zu ungenau sind oder zu wenig rasch arbeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine in extrem kurzen Zeitabschnitten, d. h. innerhalb 2 bis 3 MikroSekunden, wirkende Eingabe von in ausreichender Dichte folgenden Impulssignalen der durch ein Wegmeß-System genau gemessenen Längsverschiebungen des Werkstücks bezüglich des Werkzeugs in das Steuerungssystem für den Zwangslauf des Werkstücks in Form von Impulsüberlagerungen ermöglicht und die demnach die aus Gründen der sich laufend ändernden Schnittkräfte, der unstetigen Reibungskräfte, der Verzögerungen und Beschleunigungen der Schlittenrever';:erung usw. unvermeidlichen Änderungen der Schlittengeschwindigkeit berücksichtigt.

Erfindungsgemäß ist die Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß zur genannten Ableitung des Zusatzsignals eine aus einem optischen Maßstab und einem zugehörigen, Maßstabimpulse erzeugenden Lesekopf bestehende Wegmeßeinrichtung für einen Längsvorschubschlitten der Zahnradbearbeitungsmaschine angeordnet ist, daß ferner zur Erzeugung einer bestimmten konstanten Anzahl von Zwischenimpulsen in zeitlich mindestens angenähert gleichmäßiger Folge nach Beginn jedes durch zwei aufeinanderfolgende Maßstabimpulse begrenzten Intervalls mit einem aufgrund einer Messung der Länge des vorangehenden Intervalls bestimmten Abstand der Zwischenimpulse im Intervall erste Schaltungsmittel zur Teilung der Impulse des Impulsgenerators durch die bestimmte, konstante Zahl und zur Zählung der geteilten. Impulse während jedes zwischen einem ersten und einem zweiten Maßstabimpuls liegenden Intervalls und zweite Schaltungsmittel zur Teilung der Impulse des Impulsgenerators in jedem Intervall durch das Resultat der Zählung der ersten Schaltungsmittel vorhanden sind, und daß an die zweiten Schaltungsmittel dritte Schaltungsmittel zur Zufügung der durch die zweiten Schaltungsmittel erzeugten Impulse zu den Maßstabimpulsen angeschlossen sind, wobei die dritten Schaltungsmittel Torschaltungen zur Sperrung der Impulse der zweiten Schaltungsmittel enthalten, wenn deren Anzahl im Intervall zwischen dem zweiten und einem dritten Maßstabimpuls die bestimmte konstante Zahl erreicht bzw. zur Zufügung von Impulsen des Impulsgenerators nach dem dritten Maßstabimpuls, wenn die Anzahl der Impulse der zweiten Schaltungsmittel die bestimmte, konstante Zahl nicht erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kann durch das definierte Einbringen gleichmäßig verteilter Zwischenimpulse zwischen je zwei Wegmeßimpulsen die sich laufend ändernde Frequenz der Impulse des We_bmeß-Systems innerhalb kürzester Zeit und mit hoher Auflösung erfaßt und zur Bewirkung der Zusatzdrehbewegung des Werkstücks ohne weitere Verzögerung und Ungenauigkeiten ausgenützt werden.

Zudem sind mechanische Übertragungsfehler durch die Verwendung eines Maßstabimpulse erzeugenden direkten Wegmeß-Systems gänzlich vermieden.

Anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten, als elektronisches Differential wirkenden Einrichtung und einiger zeitlicher Impulsdiagramme wird die Erfindung nachstehend beispielsweise erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Steuerungssystems in einer Zahnradschleifmaschine, mit einer Einrichtung zur Erzeugung der beim Schraubwälzschleifen von schrägverzahnten Stirnrädern erforderlichen Zusatzdrehbewegung,

F i g. 2a und F i g. 2b zeitliche Impulsdiagramme der bei der erfindungsgemäßen Einrichtung erzeugten Mäßsiäbirnpüise und Zwischenimpulse,

F i g. 3 ein Blockschema der Einrichtung der F i g. 1 zur Erzeugung der Zusatzdrehbewegung,

Fig.4a eine graphische Darstellung einer in der Einrichtung der F i g. 3 erzeugten Impulsfolge,

F i g. 4b eine graphische Darstellung von aus der Impulsfolge der Fig.4a abgeleiteten Impulsen, welche einem Regler der F i g. 1 als grobe Lagemeldung zugeführt werden,

F i g. 4c eine graphische Darstellung eines aus der Impulsfolge der Fig.4a abgeleiteten Analogsignals, welches dem Regler der Fig. 1 als feine Lagemeldung zugeführt wird.

Gemäß F i g. 1 ist in einer nach dem Schraubwälzverfahren arbeitenden Zahnradschleifmaschine in an sich bekannter Weise an einer Werkzeugspindel 1 einer Schleifschnecke 2 ein Winkelschrittgeber 3 angebracht, der in Abhängigkeit von der Drehzahl der Schleifschnecke 2 eine Sollwert-Impulsfolge I₅ abgibt. In analoger Weise ist an einer Werkstückspindel 4 eines Werkstückmotors 5, der als Werkstück ein schrägverzahntes Zahnrad 6 antreibt, ein weiterer Winkelschrittgeber 7 angebracht, der in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors 5 und damit der Drehzahl des Zahnrads 6 eine Istwert-Impulsfolge l_w abgibt. Die Sollwert-Impulsfolge I₅ und die Istwert-Impulsfolge /„ sind einem Regler 8 zugeführt, der eine elektrische Einheit enthält, in welcher die beiden Impulsfolgen beispielsweise bezüglich der gegenseitigen Phasenlage der Impulse der beiden Folgen miteinander verglichen werden, wobei im Regler 8 bei fehlender Übereinstimmung der Impulsfolgen ein Signal erzeugt wird, welches dem Werkstückmotor 5 zwecks dessen Nachstellung zugeführt wird. Die Gangzahl der Schleifschnecke 2 und die Zähnezahl des Zahnrades 6 werden dabei in geeigneter Form in den Regler 8 eingegeben. Dieses nicht im einzelnen dargestellte Steuersystem ist in bekannter Weise zur Nachstellung des Drehantriebs eines geradverzahnten Zahnrades vorgesehen.

Für das Schleifen von schrägverzahnten Stirnrädern muß für dieses eine Zusatzdrehbewegung erzeugt werden, was in an sich bekannter Weise mittels eines mechanischen, mit Wechselrädern ausgerüsteten Differentialgetriebes oder, in vorteilhafter Weise, mittels Erzeugung von zusätzlichen, dem Regler 8 zugeführten Impulsen bewerkstelligt werden kann. Eine Einrichtung zur letztgenannten Erzeugung und Zuführung die Zusatzdrehbewegung bewirkender Impulse wird im folgenden als elektronisches Differential bezeichnet

In der F i g. 1 ist ein Werkstückschlitten 9 angedeutet der durch einen ebenfalls angedeuteten Support 10 getragen wird und welcher eine Vorschubbewegung h des Zahnrades 6 in dessen axialer Richtung ausführt Zur Erzeugung der notwendigen Weginformation über die Bewegung des Schlittens 9 ist ein an sich bekannte; digitales Wegmeß-System 11 vorgesehen, das aus einerr optischen Maßstab 12 und einem zugehörigen Lesekopl 13 besteht, wobei der optische Maßstab 12 am Schütter 9 und der Lesekopf 13 am Gehäuse des Supports IC befestigt ist. Der Lesekopf 13 erzeugt wegabhängig Impulse Im- Die Messung der Verschiebung des Schlittens 9 und damit des Zahnrads 6 erfolgt demnach

ίο direkt am Schlitten 9, d.h. ohne Zuhilfenahme von mechanischen Übertragungsgliedern wie Zahnstange und Ritzel, Kugelrollspindel und Kugelumlaufmutter Zahnradgetriebe usw. Mechanische Fehlerquellen sind aus diesem Grunde praktisch ausgeschlossen.

Die vom Wegmeß-System H in Form der Impulse h eingehenden Weginformationen sind dem erwähnter elektronischen Differential 14 zugeführt. In das elektronische Differential 14 werden die für die Beziehung zwischen der Schlittenbewegung und dei Zusatzdrehbewegung erforderlichen Daten eingegeben nämlich der Modul m, die Zähnezahl ζ und der Zahnschrägungswinkel β des zu schleifenden schrägverzahnten Stirnrades 6, dessen doppelter Teilkreisradius / bekanntlich m ■ z/cos β ist. Die genannten Dater werden nachstehend als Faktor bbezeichnet.

Für die Erzeugung der Zusatzdrehbewegung muG hierbei ein bestimmtes Verhältnis der Zahl der Istwert-Impulse /» des Werkstücks zur Zahl der wegabhängig erzeugten Maßstabimpulse Im, jeweils pro Zeiteinheit, vorhanden sein. Dieses durch den Faktor b dargestellte Verhältnis errechnet sich wie folgt:

b =

worin bedeuten:

■ · sin ,

/„ die Zahl der Werkstückimpulse pro Zeiteinheit,
Im die Zahl der Maßstabimpulse pro Zeiteinheit,
N_w die Zahl der Werkstückimpulse pro Umdrehung,
⁴⁽¹ q die Maßstabkonstante (Zahl der Impulse pro Meter).

Das richtige Verhältnis wird also mit der Berechnung und Einstellung des Faktors b hergestellt.

Zur Eingabe des Faktors b in das elektronische Differential 14 ist ein in F i g. 1 schematisch dargestelltes Einstellorgan 15 vorgesehen, das später anhand der F i g. 3 noch näher erläutert wird. Unter Berücksichtigung des Fak ors b und unter Einbezug der Drallrichtung der Zähne und der Vorschubrichtung des Schlittens werden im elektronischen Differentia! 14 die Impulse Iu verarbeitet, wobei, wie nachfolgend beschrieben, auch eine vorwählbare Vervielfachung der Wegimpulse Im zum Zwecke einer größeren Auflösung der Wegmessung erfolgt

Das aus dieser Verarbeitung resultierende Signal des elektronischen Differentials 14 wird in Form einer Impulsfolge Im ■ b dem Regler 8 zugeführt, wo die Impulsfolge I_M · b der Impulsfolge h des an der Werkzeugspindell angebrachten Winkelschrittgebers 3 überlagert werden, um durch Vergleich mit der Impulsfolge I_w des Werkstückantriebs ein den Werkstückmotor 5 beeinflussendes Signal zu erzeugen, das die notwendige Zusatzdrehbewegung in sehr genauer

Weise bewirkt

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird mit Beginn jedes durch zwei aufeinanderfolgende Maßstabimpulse Im der F i g. 1 begrenzten Intervalls in zeitlich

mindestens angenähert gleichmäßiger Folge eine bestimmte, konstante Anzahl von Zwischenimpulsen erzeugt. Anders ausgedrückt wird eine vorwählbare Vervielfachung der Maßstabimpulse Im des Wegmeß-Systems 11 des die Vorschubbewegung ausführenden Schlittens 9 um einen bestimmten Faktor ρ vorgenommen, indem die Einfügung der entsprechenden Anzahl von p— 1 Zwischnimpulen innerhalb den sich ändernden Periodendauern der Folgefrequenz der Impulse Im des optischen Maßstabes 12 in einer möglichst gleichmäßigen Verteilung erfolgt. Da die Änderungen der Geschwindigkeit des Vorschubschlittens 9 im Verhältnis zu den Strichabständen des Maßstabes 12 des Wegmeß-Systems allmählich, also nicht ruckartig erfolgen, wird die Bestimmung der jeweiligen Abstände der p— 1 Zwischenimpulse innerhalb einer bestimmten Periodendauer Τιμ(π) der Folge der Maßstabimpulse Im erfindungsgemäß aufgrund einer Messung der vorangehenden Periodendauer TiM(n-\) durchgeführt. Da die zur Verteilung der p—\ Zwischenimpulse vorliegende Periodendauer T_tM(n) nur in seltenen Fällen absolut genau mit der vorangehenden Periodendauer Τιμ(π— 1) übereinstimmt, erfolgt die Einfügung der p-1 Zwischenimpulse je nachdem, ob eine Periodendauer T/Mfn) größer oder kleiner als die vorangehende Periodendauer Τ/μ(π—\) ist, erfindungsgemäß in der folgenden, anhand der F i g. 2a und 2b beschriebenen Weise.

Der graphischen Darstellung der Fig.2a liegt der Fall zugrunde, daß eine Periodendauer Τιμ(π) der Maßstabimpulse Im, d. h. das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen Im, größer ist als die vorangehende Periodendauer. In diesem Fall wird erfindungsgemäß nach dem letzten der im genannten Intervall verteilten Zwischenimpulse Iz, dessen Lage sich aufgrund der vorher ermittelten Zeitabstände Τιμ(π— I)/ρ der Zwischenimpulse Iz ergibt, eine impulsfreie Ruhepause A bis zum Auftreten des nächstfolgenden Maßstabimpulses /Meingeschaltet.

Der F i g. 2b liegt dagegen der Fall zugrunde, daß die Periodendauer Τιμ(π), innerhalb welcher die Zwischenimpulse Iz verteilt werden sollen, kleiner ist als die vorangehende Periodendauer 77^/7-1). In diesem Fall werden erfindungsgemäß die letzten der Zwischenimpulse Iz, welche bei Einhaltung ihrer vorher ermittelten Zeitabstände T/M(n—\)/p innerhalb der laufenden Periodendauer Τιμ(π) keinen Platz mehr finden, direkt nach dem Auftreten des folgenden Maßstabimpulses Im erzeugt, und zwar direkt hintereinander in einem Zeitabstand B als sogenannte Korrekturimpulse Ik, d. h. in einem sehr geringen Bruchteil der nachfolgenden Periodendauer Τιμ(π+\) ausreichend lange vor dem Auftreten des ersten Zwischenimpulses Iz dieser nachfolgenden Periodendauer TiM(n+ 1).

Die in den Fig.2a und 2b ebenfalls dargestellten Bewegungsabläufe der Schlittenverschiebung h in Funktion der Zeit / zeigen im ersten Fall (F i g. 2a) beim Durchlaufen der Ruhepause A eine geringe Abweichung der Kurve vom kontinuierlichen Verlauf, was sich in einem zeitlich sehr kurzen horizontalen Kurvenabschnitt A ausdrückt. Im zweiten Fall (F i g. 2b) erfolgt beim Kurvenabschnitt B ein kurzfristiges, d. h. nahezu senkrechtes Ansteigen des Verschiebungsweges h um einen jedoch sehr geringen Betrag. Diese beiden diskontinuierlichen Abweichungen sind aber so klein, daß sie sich am fertig geschliffenen Zahnrad Oberhaupt nicht feststellen lassen.

In Fig.3 ist ein Blockschema des elektronischen Differentials 14 der F i g. 1 samt dem Wegmeß-System 11, dem Regler 8, den Winkelschrittgebern 3 und 7 und dem Motor 5 des Werkstückantriebs dargestellt.

Das gemäß F i g. 1 aus dem optischen Maßstab 12 und dem Lesekopf 13 bestehende Wegmeß-System 11 des Verschiebebewegungen in beiden Achsrichtungen des Zahnrads 6 ausführenden Schlittens 9 liefert Weginformationen in Form der Impulse Im als Aufwärts- und Abwärtsimpulse auf eine entsprechende Aufwärtsleitung 21 bzw. Abwärtsleitung 22 (Fig. 3). In den

ίο Leitungen 21 und 22 ist ein Richtungsspeicher 23 angeordnet, beispielsweise ein Flipflop, der speichert, ob der letzte Maßstabimpuls Im ein Aufwärts- oder ein Abwärtsimpuls war.

Die Aufwärts- bzw. Abwärtsimpulse Im des Wegmeß-Systems 11 sind ferner einer ODER-Schaltung 24 zugeführt, an deren Ausgang drei Leitungen 25, 26 und 27 angeschlossen sind.

Ein Impulsgenerator 28 erzeugt Impulse mit einer konstanten Frequenz von beispielsweise 1 MHz. Die Impulse mit der Frequenz /Ί sind dem Eingang eines Teilerzählers 29 zugeführt, der die ankommenden Impulse zählt und jeweils nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen einen Impuls an einen nachgeschalteten Zähler 30 weitergibt. Der Teilfaktor des Teilerzählers 29 ist hierbei gleich dem bereits erwähnten Faktor ρ der Vervielfachung der Maßstabimpulse Im- Er kann etwa im Bereich von 4 bis 64 liegen, wobei für Faktoren kleiner als 4 die gewonnene Vergrößerung der Auflösung der Maßstabimpulse nur gering ist, und für Faktoren größer als 64 die elektronische Ausrüstung zu aufwendig wird und die Impulsmaßstabfehler die hohe Auflösung unsicher machen.

Im Zähler 30, welcher der Periodendauer-Messung dient, erfolgt laufend so lange das Aufzählen der Ausgangsimpulse des Teilerzählers 29, also der Impulse mit der Frequenz f\lp, bis der nächste Maßstabimpuls Im auftritt. In diesem Zeitpunkt wird der Inhalt c des Zählers in einen Speicher 31 abgespeichert. Hierzu ist der den Zählerstand vermittelnde Ausgang des Zählers 30 an einen ersten Eingang einer UND-Schaltung 32 angeschlossen, während an einem zweiten Eingang der UND-Schaltung 32 die Leitung 25 liegt, welche die Maßstabimpulse I_M führt. Über die ebenfalls die Maßstabimpulse Im führende Leitung 26 werden beim Eintreffen des Maßstabimpulses I_M der Teilerzähler 29 und der Zähler 30 gleichzeitig gelöscht. Somit wird für jede Periodendauer T_IM(n) der Maßstabimpulse die durch den Faktor ρ geteilte Anzahl der Impulse mit der Frequenz /i gezählt und im Speicher 31 gespeichert, wo sie, wie nachfolgend erläutert, i'ür die nächste Periodendauer T_/M(n+\) zur Verfugung stehen, da erst der Maßstabimpuls /_A/n+l), der auf den die Zählung auslösenden Maßstabimpuls Ιμ(π) folgt, den Transfer des Inhalts cdes Zählers 30 in den Speicher 31 bewirkt und gleichzeitig den Zähler 30 zwecks Beginns eines neuen Zählzyklus löscht.

Vom Speicher 31 gelangt nun der Inhalt cdes Zählers 30 an einen weiteren Zähler 33. welcher die ihm zugeführten Impulse mit der konstanten Frequenz /] Mi zählt und der nach dem Zählen einer Anzahl c von aus Impulsgenerator 28 zugeführten Impulsen einen Ausgangsimpuls abgibt und hierauf gelöscht wird, so daß er von neuem bis auf c zu zählen beginnt, wieder einen Ausgangsimpuls abgibt usw. Die Ausgangsimpulse des Zählers 33 haben somit eine Frequenz fi=f\lc, die entsprechend dem jeweiligen Inhalt c des Zählers 30 nach Maßgabe der vorangehenden Periodendauer der Maßstabimpulse veränderlich ist Andererseits besteht

der Inhalt c des Zählers 33 aus den während der Periodendauer Tim gezählten, durch die konstante Zahl ρ geteilten Impulse des Impulsgenerators 28 mit der Frequenz /Ί, d. h. es ist

Folglich haben die Ausgangsimpulse des Zählers 33 eine Frequenz

r - ^fl - r ■ ^p

~ τ ' P ~ J IM ' P ■ 'IM 'IM

wo /)\fdie Frequenz der Maßstabimpulse ist.

Somit bilden die Ausgangsimpulse des Zählers 33 eine Impulsfolge mit einer Frequenz, die gleich ist der um den konstanten Faktor ρ vervielfachten Frequenz der MaÖstabimpulse. Mit anderen Worten besteht die Ausgangsimpulsfolge des Zählers 33 aus der Folge der Maßstabimpulse mit p— 1 Zwischenimpulsen zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Maßstabimpulsen, wobei die Abstände der Zwischenimpulse in jeder Periodendauer der Maßstabimpulse gleichmäßig und aufgrund der vorangehenden Periodendauer festgelegt sind. Die Ausgangsimpulse des Zählers 33 gelangen über eine UND-Schaltung 34, eine ODER-Schaltung 35 und eine Leitung 36 zu zwei in den beiden Leitungen 21 und 22 angeordneten UND-Schaltungen 37 und damit je nach Schaltzustand des Richtungsspeichers 23 auf eine der beiden Leitungen 21,22.

Um mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zu erzielen, daß mit Beginn jeder Periodendauer der Maßstabimpulse genau p— 1 Zwischenimpulse vorhanden sind, indem für eine längere Periodendauer eine impulsfreie Ruhepause vorgesehen wird (F i g. 2a) bzw. für eine kürzere Periodendauer überzählige Zwischenimpulse gleich nach Beginn der nächsten Periodendauer mit höherer Frequenz eingefügt werden (F i g. 2b), sind neben der UND-Schaltung 34 und der ODER-Schaltung 35 ein Kortrollzähler 39 und eine weitere UND-Schaltung 40 mit drei Eingängen vorgesehen. Der Zähleingang des Kontrollzählers 39 ist an die Leitung 36 angeschlossen. Ein Steuereingang des Kontrollzählers 39 für dessen Rückstellung auf Null ist über eine Leitung 38 an die ODER-Schaltung 24 angeschlossen und dadurch mit dem Wegmeß-System 11 verbunden. Der Ausgang des Kontrollzählers 39 ist mit einem Eingang der UND-Schaltung 34 und einem Eingang der UND-Schaltung 40 verbunden. Der Kontrollzähler 39 ist so ausgebildet, daß er ein Ausgangssignal so lange abgibt, wie er seine der bestimmten, konstanten Anzahl ρ entsprechende Zählkapazität nicht erreicht hat. Zudem ist der Kontrollzähler 39 so ausgebildet, daß seine Rückstellung durch einen über die Leitung 38 zugeführten Maßstabimpuls l_M des Wegmeß-Systems erfolgt, aber nur dann, wenn er seine der bestimmten konstanten Anzahl ρ entsprechende Zählkapazität erreicht hat bzw. erreicht Die zwei weiteren Eingänge der UND-Schaltung 40 sind mit dem Impulsgenerator 28 bzw. über die Leitung 27 und die ODER-Schaltung 24 mit dem Wegmeß-System 11 verbunden.

Somit gelangen die Ausgangsimpulse des Zählers 33 normalerweise über die UND-Schaltung 34 und die ODER-Schaltung 35 auf die Leitung 36 und damit an den Eingang des Kontrollzählers 39, der folglich die Ausgangsimpulse des Zählers 33 zählt Sobald der Kontrollzähler 39 seine Zählkapazität ρ erreicht hat, sperrt er die UND-Schaltung 34, so daß keine weiteren Ausgangsimpulse des Zählers 33 auf die Leitung 21 oder 22 gelangen. Erst beim nächstfolgenden Maßstabimpuls Im gibt der Kontrollzähler 39 die UND-Schaltung 34 wieder frei, indem er durch den Maßstabimpuls auf Null zurückgestellt wird. Dieser Vorgang entspricht dem in F i g. 2a dargestellten Fall.

Hat jedoch der Kontrollzähler 39 beim Eintreffen des nächsten Maßstabimpulses Im seine Zählkapazität ρ

ίο noch nicht erreicht, so gelangen beim Eintreffen dieses nächsten Maßstabimpulses auf der Leitung 27 die Impulse des Impulsgenerators 28 mit der Frequenz f\ als Korrekturimpulse Ik zur ODER-Schaltung 35 und damit über die Leitung 36 zum Eingang des Kontrollzählers 39 und auf eine der Leitungen 21,22. Der Kontrollzähler 39 zählt somit weiter, bis er seine Zählkpazität ρ erreicht hat, worauf er die UND-Schaltung 40 sperrt und auf Null zurückgestellt wird. Da die Frequenz f\ der Impulse des Impulsgenerators 28 wesentlich höher ist als die Frequenz f\/c der Ausgangsimpulse des Zählers 33, erfolgt die Durchgabe der Impulse des Impulsgenerators 28 längst bevor der nach dem Maßstabimpuls erste Ausgangsimpuls des Zählers 33 auftritt. Dieser Vorgang entspricht demnach dem in F i g. 2b dargestellten Fall.

Wie anhand der F i g. 1 bereits erwähnt, müssen zur Festlegung der Größe der Zusatzdrehbewegung des Zahnrad-Werkstückes die Zahnraddaten wie Modul m, Zähnezahl ζ und Zahnschrägungswinkel β berücksichtigt werden. Hierzu ist die auf die Leitung 21 bzw. 22 geführte Ausgangsimpulsfolge des Zählers 33 mit dem entsprechenden Faktor b zu multiplizieren, welcher kleiner als 1 ist. Zu diesem Zweck ist gemäß F i <·. 3 in die Leitungen 21 und 22 je ein einstellbarer M"ltiplizierer 41 bzw. 42 geschaltet, wobei die Multiplizierer mit einem Einstellorgan 43 versehen sind. Die Stellenzahl der Multiplizierer 41,42, die als sogenannte »binary rate multiplier« bekannt sind, bestimmt die Genauigkeit. Im vorliegenden Fall ist es zweckmäßig, 18 Binärstellen vorzusehen.

An die Leitungen 21 und 22 der Aufwärts- bzw. Abwärtsverschiebung des Schlittens ist ferner ein Richtungsumschalter 44 angeschlossen, der aus einem Logik-Gatter besteht. Der Richtungsumschalter 44 ist mittels eines Einstellorgans 45 umschaltbar, um die Drallrichtung des Zahnrad-Werkstückes, d. h. die Richtung des Zahnschrägungswinkels j3 (Fig. 1), berücksichtigen zu können. Der Richtungsumschalter 44 weist zwei Ausgangsleitungen 46 und 47 auf, welche auf die Richtung der Zusatzdrehbewegung des Zahnrad-Werkstückes bezogen sind und von welchen die eine Leitung 46 den Kanal für die Vorwärtsdrehung und die andere Leitung 47 den Kanal für die Rückwärtsdrehung des Zahnrad-Werkstücks darstellt.

Die auf jeweils einer der beiden Leitungen 46 und 47 als Impulsfolgen Im ■ ρ ■ b befindliche digital-inkrementale Lageinformation über den Werkstückschlitten wird anschließend zwecks Signalaufbereitung für den Regler 8 der Zwangslaufsteuerung aufgeteilt, indem eine grobe Lageinformation in digital-inkrementaler Form und eine feine Lageinformation in analoger Form dem Regler 8 zugeführt wird. Diese Aufteilung erfolgt mittels eines an die Leitungen 46 und 47 angeschlossenen Teilerzählers 48, der irn vorliegenden Ausführungsbeispiel von null bis zur bestimmten, konstanten Zahl p— 1 zählt und hierauf einen Ausgangsimpuls an eine von zwei mit dem Regler 8 verbundenen Ausgangsleitungen 49 und 50 abgibt Die Aufteilung kann aber auch mit irgend einem anderen Faktor erfolgen. Der Inhalt des

Zählers 48 wird einem an diesen angeschlossenen Digital-Analog-Umsetzer 51 zugeführt, der das entsprechende analoge Signal über seine mit dem Regler 8 verbundene Ausgangsleitung 52 ebenfalls an den Regler 8 abgibt.

Die beschriebene Aufteilung der vom Richtungsumschalter 48 abgegebenen Lageinformation durch den Teilerzähler 48 und die Umsetzung der feinen Lageinformation in ein analoges Signal durch den Digital-Analog-Umsetzer 51 ist in den Fig.4a, 4b und 4c in Funktion der Zeit t graphisch dargestellt, wobei in dieser Darstellung angenommen ist, daß die bestimmte konstante Zahl ρ den Wert 16 hat, d. h. zwischen je zwei Maßstabimpulsen Im 15 Zwischenimpulse gelegt sind.

F i g. 4a zeigt die Impulsfolge der vom Richtungsumschalter 48 abgegebenen Lageinformation, ausgedrückt durch die mit den Faktoren ρ und b multiplizierten Maßstabimpulse Im-

In Fig.4b ist die grobe Lageinformation dargestellt, bei welcher der Teilerzähler 48 nur jeden p-ten, d. h. jeden 16. Impuls in digital-inkrementaler Form an den Regler 8 weitergibt, was durch die Impulse Im ■ b ausgedrückt ist. Es ist ersichtlich, daß der Zähler 48 hierbei von Null bis p— 1 =15-»ählt.

In Fig.4c ist die feine Lageinformation dargestellt,

bei welcher alle eingehenden Impulse, ausgedrückt

Hi durch Im · ρ · b,\m Digital-Analog-Umsetzer51 in eine in Millivolt angegebene Spannung umgesetzt werden, die ebenfalls dem Regler 8 zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wurde anhand des

Beispiels des Zahnflankenschleifens nach dem Schraubwälzverfahren beschrieben. In gleicher Weise kann die beschriebene Einrichtung auch beim Wälzfräsen von schrägverzahnten Zahnrädern angewendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung einer Zusatzdrehbewegung bei der Bearbeitung eines schrägverzahnten Stirnrades in einer elektronisch zwangslaufgesteuerten, nach dem Schraubwälzverfahren arbeitenden Zahnradbearbeitungsmaschine, die für das Werkzeug und das Werkstück getrennte Drehantriebe aufweist, mit einem Regler, welchem von der Drehzahl jedes Antriebs abhängige Folgen von Impulsen zugeführt werden, die zur Erzeugung eines Regelsignals zur Nachstellung des Werkstückantriebs miteinander verglichen werden, und mit Mitteln zur Erzeugung eines dem Regler zugeführten Zusatzsignals einschließlich dessen Ableitung von einem Längsvorschub des Werkstücks bezüglich des Werkzeugs, dadurch gekennzeichnet, drß zur genannten Ableitung des Zusatzsignals eine aus einem optischen Maßstab (12) und einem zugehörigen, Maßstabimpulse erzeugenden Lesekopf (13) bestehende Wegmeßeinrichtung (11) für einen Längsvorschubschlitten der Zahnradbearbeitungsmaschine angeordnet ist, daß ferner zur Erzeugung einer bestimmten konstanten Anzahl von Zwischenimpulsen in zeitlich mindestens angenähert gleichmäßiger Folge nach Beginn jedes durch zwei aufeinanderfolgende Maßstabimpulse begrenzten Intervalls mit einem aufgrund einer Messung der Länge des vorangehenden Intervalls bestimmten Abstand der Zwischenimpulse im Intervall erste Schaltungsmittel (29,30) zur Teilung der Impulse des Impulsgenerators (28) durch die bestimmte, konstante Zahl und zur Zählung der geteilten Impulse während jedes zwischen einem ersten und einem zweiten Maßstabimpuls liegenden Intervalls und zweite Schaltungsmittel (33) zur Teilung der Impulse des Impulsgenerators (28) in jedem Intervall durch das Resultat der Zählung der ersten Schaltungsmittel (29, 30) vorhanden sind, und daß an die zweiten Schaltungsmittel (33) dritte Schaltungsmittel (39, 34, 40) zur Zufügung der durch die zweiten Schaltungsmittel (33) erzeugten Impulse zu den Maßstabimpulsen angeschlossen sind, wobei die dritten Schaltungsmittel Torschaltungen (34, 40) zur Sperrung der Impulse der zweiten Schaltungsmittel (33) enthalten, wenn deren Anzahl im Intervall zwischen dem zweiten und einem dritten Maßstabimpuls die bestimmte konstante Zahl erreicht bzw. zur Zufügung von Impulsen des Impulsgenerators (28) nach dem dritten Maßstabimpuls, wenn die Anzahl der Impulse der zweiten Schaltungsmittel (33) die bestimmte, konstante Zahl nicht erreicht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte konstante Anzahl der Zwischenimpulse 3 bis 63 beträgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaltungsmittel einen an den Impulsgenerator (28) angeschlossenen Teiler (29) und einen diesem nachgeschalteten Zähler (30) enthalten, welche beide einen mit der Wegmeßeinrichtung (11) verbundenen Löscheingang aufweisen, und daß an den Zähler (30) eine Torschaltung (32) angeschlossen ist, deren Steuereingang mit der Wegmeßeinrichtung (11) verbunden ist und an deren Ausgang ein Speicher (31) angeschlossen ist, um den Inhalt des Zählers (30) jeweils beim Auftreten eines Maßstabimpulses zu

speichern.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schaltungsmittel einen einstellbaren, an den Impulsgenerator (28) angeschlossenen Teiler (33) enthalten, dessen Setzeingang für den Teilfaktor mit dem Speicher (31) verbunden ist

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Schaltungsmittel einen beim Erreichen der bestimmten, konstanten Zahl ein Ausgangssignal abgebenden Zähler (39) enthalten, dessen Eingang mit dem Ausgang der zweiten Schaltungsmittel (33) in Verbindung steht und an dessen Ausgang der Steuereingang einer ersten Torschaltung (34), die mit dem Ausgang der zweiten Steuermittel (33) verbunden ist, sowie ein erster Steuereingang einer zweiten Torschaltung (40) angeschlossen ist, die mit dem Impulsgenerator (28) verbunden ist und die einen zweiten, mit der Wegmeßeinrichtung (11) verbundenen Steuereingang aufweist, wobei die Ausgänge der beiden Torschaltungen (34, 40) zusammengeführt und an eine mit dem Ausgang der Wegrn.eßeinrichtung (11) verbundene, zum Regler

(8) führende Leitung (21,22) angeschlossen sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der von der Wegmeßeinrichtung (11) zum Regler (8) führenden Leitung (21, 22) ein einstellbarer Multiplizierer (41,

jo 42, 43) zur Eingabe der Zahnraddaten und ein Richtungsumschalter (44, 45) für die 7usatzdrehbewegung angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Wegmeßei-irichtung (11) zum Regler (8) führende Leitung (21, 22) entsprechend der Richuung des Längsvorschubs des Werkstücks bzw. dessen Drallrichtung zweikanalig ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Maßstabimpulse u.id die Zusatzimpulse enthaltende Impulsfolge dem Regler (8) über einen Teiler (48) in digitalinkrementaler Form und über einen Digital-Analog-Umsetzer (51) in analoger Form zugeführt ist.