DE2858367C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tiefenvorschub-Steuersystem für Zahnradwälzstoßmaschinen mit einer mittels einer Antriebs­ einrichtung mit veränderbarer Hubgeschwindigkeit hin- und herbewegbaren Schneidspindel, und mit einer durch das Tiefenvorschub-Steuersystem steuerbaren Tiefenvorschubein­ richtung zum Verschieben der Schneidespindel auf die Achse des Werkstückes zu, wobei die Tiefenvorschubgeschwindigkeit mit kleiner werdendem Achsabstand zwischen Schneidspindel und Werkstückachse verringerbar ist.

Das Handbuch "Zahnradbearbeitungsmaschinen" von M. W. Sinin, Seiten 25 bis 28, Verlag Technik, Berlin, 1952, beschreibt die herkömmliche Steuerung des Radialvorschubs bzw. Tiefen­ vorschubs. Danach wird die Steuerung rein mechanisch über Nocken vorgenommen, wobei die Form der Nockenscheibe eine unveränderliche und fest vorgeschriebene Bearbeitung des Werkstücks vorgibt. Momentane Änderungen während der Bear­ beitung in Abhängigkeit von kurzfristig auftretenden Änderun­ gen von sonstigen Betriebsparametern, etwa der Hubgeschwin­ digkeit, sind nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tiefenvorschub-Steuersystem zu schaffen, das die Geschwindigkeit mit der die Schneid­ werkzeugachse zu der Werkstückachse hinbewegt wird, automa­ tisch in Abhängigkeit von der jeweiligen Schneidspindel- Hubgeschwindigkeit und von der jeweiligen radialen Schneid­ spindel-Arbeitsposition bezüglich des Werkstücks steuert, um die Leistungsfähigkeit und Produktivität einer Zahnrad­ stoßmaschine zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch ein Tiefen­ vorschub-Steuersystem zum Steuern der Vorschubgeschwindigkeit gemäß Anspruch 1 gelöst.

Mit dem Tiefenvorschub-Steuersystem gemäß der Erfindung ist es möglich, die Bearbeitungszeit zu verkürzen, indem eine Abhängigkeit der Tiefenvorschubgeschwindigkeit von der jeweiligen Hubgeschwindigkeit der Schneidspindel vorgesehen ist. Das erfindungsgemäße Tiefenvorschub-Steuersystem ist vorteilhafterweise so ausgebildet, daß die Tiefenvorschub­ geschwindigkeit zu Beginn des Tiefenvorschubs, wo die Schneidbedingungen gewöhnlich einfach sind, hoch ist und die Tiefenvorschubgeschwindigkeit dann zu einer End- oder Grundgeschwindigkeit hin verringert wird, wenn sich der Schneidvorgang der Tiefe der Schneidposition nähert, wo Schneidbedingungen gewöhnlich schwieriger sind.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1a bis 1b Teile einer vollständigen Figur, die, wenn sie gemäß der Darstellung in Fig. 2 zusammen­ gesetzt sind, eine vollständige Figur bilden, die im folgenden als Fig. 1 bezeichnet wird und ein Schaltbild einer Zahnradstoßmaschine sowie ein Tiefenvorschub-Steuersystem, Fig. 1b z. T. und Fig. 1d, nach der Erfindung zeigt und

Fig. 2 ein Diagramm, das zeigt, wie die Fig. 1a, 1b, 1c und 1d in bezug aufeinander anzuordnen sind, um Fig. 1 zu bilden.

Gesamtaufbau

In Fig. 1 ist ein Gesamtsteuersystem schematisch in Verbin­ dung mit einer Zahnradstoßmaschine dargestellt, die eine vertikal hin- und herbewegbare Schneidspindel 5 hat, welche an ihrem unteren Ende ein Schneidwerkzeug 6 trägt. Die Bewegung der Schneidspindel 5 wird durch ein hydromechani­ sches System bewirkt und gesteuert, das ein Servoventil 9 enthält, das Teil eines Servosystems ist, mittels welchem Hydrauliköl zwischen den dargestellten Kammern 7 und 8 mit kleinerer bzw. größerer Kolbenfläche und einem Auslaß ventilierbar ist, so daß die Spindel 5 der Auf- und Abbewegung des Servoventils nachgeführt wird. Das Servoventil 9 wird seinerseits durch ein Hubgestänge 11, das durch einen Hubmotor 10 angetrieben wird, wieder­ holt hin- und herbewegt. Das Hubgestänge 11 ist so ausge­ bildet, daß ein Hin- und Herbewegungszyklus des Servoven­ tils 9 für jeweils N Umdrehungen des Motors 10 erzeugt wird, und es ist manuell verstellbar, um sowohl die Hub­ länge als auch das Rückhubgeschwindigkeitsverhältnis des Servoventils 9 und dementsprechend die Hublänge und das Rückhubgeschwindigkeitsverhältnis der Spindel 5 zu ver­ ändern, wobei das Rückhubgeschwindigkeitsverhältnis das Verhältnis der Geschwindigkeit der Spindel oder des Ser­ voventils während dessen Rück- oder Aufwärtshub im Ver­ gleich zu seiner Geschwindigkeit während dessen Abwärts- oder Schneidhub ist.

Die spezifische Form der Schneidspindel, ihr hydraulisches Servosystem und das zugeordnete Hubgestänge 11 können sich im Rahmen der Erfindung weitgehend ändern. Im vorliegenden Fall werden diese Teile jedoch als die einer Zahnradstoß­ maschine angenommen.

Das Schneidwerkzeug 6 und das Werkstück können relativ zu­ einander vorgeschoben werden, und zwar entweder durch eine Wälzvorschubantriebsvorrichtung 117, die durch einen Wälz­ vorschubmotor 116 angetrieben wird, oder durch eine Tie­ fenvorschubvorrichtung 167, die durch einen Tiefenvorschub­ motor 216 angetrieben wird, oder durch diese beiden Vorrich­ tungen gemeinsam. Durch Betätigung der Wälzvorschubvorrich­ tung werden das Schneidwerkzeug und das Werkstück beide gleichzeitig um Mittelachsen gedreht. Durch Betätigung der Tiefenvorschubvorrichtung 167 wird die Mittelachse des Schneidwerkzeuges zu der Mittelachse des Werkstückes hin- oder von derselben wegbewegt.

Die oben beschriebenen Teile bilden im wesentlichen die Grundmaschine, für die das Tiefenvorschub-Steuersystem nach der Erfin­ dung vorgesehen ist. Das gesamte Steuersystem besteht seinerseits aus einer Anzahl von kleineren, zueinander in Beziehung stehenden Systemen oder Untersystemen, die in ihrer Gesamtheit mit A bzw. B bzw. C bzw. D bzw. E bezeich­ net sind. Das System A ist ein Hubsteuersystem zum Steuern der Geschwindigkeit des Hubmotors 10, um verschiedene un­ terschiedliche Spindelhubgeschwindigkeiten (Hubzyklen/Minu­ te) zu schaffen, und es ermöglicht unter günstigen Umstän­ den, die Geschwindigkeit des Hubmotors während der Rück­ hübe der Spindel zu vergrößern, um den Wirkungsgrad der Maschine durch Verringerung der Rückhubzeit zu vergrößern.

Das System B ist ein Hydraulikdrucksteuersystem, das auf eine Anzahl von verschiedenen Variablen einschließlich der tatsächlichen Schnittkraft anspricht, um den Hydraulikver­ sorgungsdruck oberhalb eines gegebenen Minimalwertes zu hal­ ten, der sich mit der Hubgeschwindigkeit ändert, ansonsten aber auf einem Wert, der nicht größer ist als der für die betreffende Arbeit benötigte Wert, um Energie zu sparen und trotzdem übermäßige Kräfte zu verhindern, die die Ka­ pazität der Maschine übersteigen. Es dient außerdem zum Schutz vor einem Hydraulikdruckausfall, vor zu großer Hubgeschwindigkeit und vor zu großem Versorgungsdruck.

Das System C steuert den Wälzvorschub über die Wälzvorschub­ vorrichtung 117 und den zugeordneten Motor 118. Das System D steuert den Tiefenvorschub über die Tiefenvorschubvorrich­ tung 167 und den zugeordneten Motor 216. Diese beiden Sy­ steme sind mit dem Hubmotor derart gekoppelt, daß jedes in eine Betriebsart einen festen Vorschub pro Schneidhub der Spindel liefert. Diese beiden Systeme sind außerdem mit einem Schnittkraftgrenzwertselektor 66 und mit dem Hydraulikdrucksteuersystem B derart gekoppelt, daß der Gesamtvorschub, sei es insgesamt ein Wälzvorschub, ins­ gesamt ein Tiefenvorschub oder eine Kombination aus Wälz- und Tiefenvorschub, auf einem derartigen Wert gehalten wird, daß die tatsächliche Schnittkraft innerhalb der durch die Grenzwertauswähleinrichtung eingestellten Grenze gehal­ ten wird. Schließlich ist das System E ein System zum Steu­ ern der Vertikalposition des Schneidwerkzeuges relativ zu dem Werkstück und zum Anheben des Werkzeuges, um es bei­ spielsweise über Werkstückhindernisse hinwegzuführen.

Der Tiefenvorschub, der auch als Radialvorschub bezeichnet wird, ist die Aufeinanderzubewegung des Schneid­ werkzeuges und des Werkstückes, die gewöhnlich auf einer ihre Mitten verbindenden Linie erfolgt und das Werkstück und das Schneidwerkzeug auf einen für die Herstellung des gewünschten Werkstückprofils geeigneten Mittenabstand bringt.

In Fällen, in welchen das Werkstück ein zahnradartiger Ge­ genstand ist, werden der Tiefenvorschub und der Wälzvorschub gleichzeitig mit voreingestellten Geschwindigkeiten betätigt, während das hin- und hergehende Schneidwerkzeug 6 bei jedem Schneidhub eine durch ihre Geschwindigkeiten festgelegte Materialmenge abträgt. Die gewünschte Schnittiefe kann in einigen Fällen erreicht werden, indem sehr hohe Tiefenvor­ schubgeschwindigkeiten und niedrige Wälzvorschubgeschwin­ digkeiten innerhalb eines sehr kurzen Rotationsbogens des Werkstückes benutzt werden oder indem in anderen Fällen sehr niedrige Tiefenvorschubgeschwindigkeiten und sehr hohe Wälz­ vorschubgeschwindigkeiten während mehreren Umdrehungen des Werkstückes benutzt werden. Nachdem die gewünschte Schnitt­ tiefe erreicht ist, geht in jedem Fall der Schneidvorgang ohne weiteren Tiefenvorschub weiter, bis sich das Werk­ stück um weitere 360° gedreht hat, um das gewünschte Pro­ fil auf seinem gesamten Umfang zu erzeugen.

Das Grobsteuersignal für das Tiefenvorschubsystem D von Fig. 1 kann entweder ein hubgeschwindigkeitsbezogenes Si­ gnal sein, das aus dem Tachometer 43 über ein Eichpotentio­ meter 120 gewonnen wird, oder ein manuell ausgewähltes, nichtgeschwindigkeitsbezogenes Signal, das einem manuellen Eingang 122 entnommen wird. Der manuelle Eingang 122 wird hauptsächlich für Einrichtzwecke benutzt. Selektorkontakte 124 und 125 werden benutzt, um eines der beiden wahlweise verfügbaren Grobsteuersignale auszuwählen. Während eines Schneidzyklus wird ein hubgeschwindigkeitsbezogenes Signal dem Schleifer des Potentiometers 120 über zwei Potentiome­ ter 126 und 128 entnommen, die durch Kontakte 130 und 132 fakultativ auswählbar sind. Das Geschwindigkeitsvoreinstell­ potentiometer 126 und der Kontakt 130 werden benutzt, um ein Grundtiefenvorschubsignal auf einer Leitung 131 während Schruppschnitten zu erzeugen, und das Voreinstellpotentio­ meter 128 und der Kontakt 132 werden benutzt, um ein Grund­ tiefenvorschubsignal auf einer Leitung 131 während Schlicht­ schnitten zu erzeugen.

Das ausgewählte Grundtiefengeschwindigkeitssignal kann ent­ weder selbst benutzt werden, um den Tiefenvorschubmotor zu steuern, in welchem Fall der Vorschub mit einer konstanten Geschwindigkeit ungeachtet der Position des Schneidwerkzeu­ ges weitergeht, oder es kann in Verbindung mit einem Unter­ system benutzt werden, das zu ihm ein Inkrement addiert, welches sich im Wert mit der Entfernung des Schneidwerkzeu­ ges von einer vorbestimmten Endposition ändert und im Wert abnimmt, wenn sich das Schneidwerkzeug zu der Endposition bewegt. Das Untersystem, das für eine veränderliche Vergrö­ ßerung des Grundtiefenvorschubsignals sorgt, kann durch einen Selektorschalter 134 zu- und weggeschaltet werden. Wenn der Schalter 134 offen ist, geht das Grundtiefenvor­ schubsignal selbst über die Summierschaltung 136, und, wenn der Schalter geschlossen ist, wird das Inkrementsi­ gnal, welches von dem Untersystem erzeugt wird, durch die Summierschaltung zu dem Grundsignal addiert. In jedem Fall wird das Ausgangssignal der Summierschaltung 136 einer Subtrahierschaltung 138 zugeführt, in welcher es um das Signal E _L aus der Teilerschaltung 71 der Schnittkraftbe­ grenzungsschaltung verringert wird, wenn dieses Signal vorhanden ist. Das Signal E _L ergibt sich, wenn der Bela­ stungsdruck den maximalen Grenzwert überschreitet, den der Grenzwertselektor 66 und die Teilerschaltung 71 vorgeben, und deshalb wird in der Subtrahierschaltung 138 das Signal E _L von dem Tiefenvorschubsignal subtrahiert, das die Sum­ mierschaltung 136 liefert, um die Tiefenvorschubgeschwindig­ keit und dadurch die Größe des durch das Werkzeug abgenom­ menen Spans und entsprechend den Belastungsdruck zu verrin­ gern, um letzteren unter den vorgewählten Grenzwert zurück­ zubringen.

Das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 138 wird seiner­ seits an eine Tiefenvorschubpotentiometer-Antriebssteuer­ schaltung 140 angelegt, die einen Motor 142 steuert, wel­ chem ein Tachometer 144 zur Geschwindigkeitsrückführung zu der Steuerschaltung 140 zugeordnet ist.

Der Motor 142 treibt die Schleifer von Positionsrückführungs­ potentiometern 168 und 169 an. Das Ausgangssignal des Potentiometers 169 wird an eine Tiefenvorschubsteuerschal­ tung 214 angelegt, die einen Tiefenvorschubmotor 216 be­ tätigt, welchem ein Tachometer 218 zur Geschwindigkeitsrück­ führung und eine Positionsrückführungsschaltung 220 zugeord­ net sind.

Der Betrieb des Motors 142 ändert die Schleiferposition des Potentiometers 169, das ein Fehlersignal (Befehlssignal) an die Steuerschaltung 214 abgibt und eine entsprechende Drehung des Motors 216 hervorruft, welche die Tiefenvor­ schubbewegung erzeugt. Diese sich ergebende Tiefenvorschub­ bewegung ändert das Ausgangssignal der Positionsrückführungs­ schaltung 220 auf einen Wert, der ausreicht, um in der bei einem Nachlaufregelkreis üblichen Weise das Fehlersignal aus dem Potentiometer 169 zu Null zu machen.

Das Untersystem zur veränderlichen Tiefenvorschuberhöhung enthält eine Anzahl von Potentiometern 146, 148, 150 und 152, die eine Endposition festlegen. Das Ausgangssignal jedes Potentiometers kann ausgewählt und an den Punkt 154 angelegt werden, indem eine Anzahl von Selektorschaltern 156 bis 166 in richtiger Kombination geöffnet und geschlos­ sen wird. Insbesondere kann das Potentiometer 152 so ein­ gestellt werden, daß es die Position des Schneidwerkzeuges beim Start eines Schneidvorganges definiert. Das Potentio­ meter 150 kann so eingestellt werden, daß es die Position des Schneidwerkzeuges am Ende des ersten Schnittes definiert. Das Potentiometer 148 kann so eingestellt werden, daß es die Position des Schneidwerkzeuges am Ende des zweiten Schnit­ tes definiert, und das Potentiometer 146 kann so eingestellt werden, daß es die Position des Schneidwerkzeuges am Ende des letzten Schnittes definiert. Der Schleifer eines Posi­ tionsrückführungspotentiometers 168 wird durch den Tiefen­ vorschubpotentiometerantriebsmotor 142 gleichzeitig mit dem Schleifer des Positionseingabepotentiometers 169 bewegt, so daß das Spannungssignal, das durch den Schleifer des Potentiometers 168 abgenommen wird, die Ist- oder Augen­ blicksschneidwerkzeugposition definiert. Sämtliche Poten­ tiometer 146 bis 152 und 168 werden durch das Grundtiefen­ vorschubsignal von der Leitung 131 mit Strom versorgt, mit dem Ergebnis, daß das Inkrementsignal, welches durch das Erhöhungssystem erzeugt wird, in Übereinstimmung mit dem Wert des Grundtiefenvorschubsignals vergrößert oder ver­ kleinert wird. Das heißt, wenn das Grundtiefenvorschub­ signal geändert wird, beispielsweise durch Umschalten von dem Schruppgeschwindigkeitspotentiometer 126 auf das Schlicht­ geschwindigkeitspotentiometer 128 oder durch Vergrößern der Hubgeschwindigkeit, wird das Erhöhungssignal entsprechend vergrößert.

Das ausgewählte Endpositionssignal, das an dem Punkt 154 er­ scheint, wird einer Subtrahierschaltung 170 über ein Poten­ tiometer 173 zugeführt, die es mit dem Istschneidwerkzeug­ positionssignal auf der Leitung 172 vergleicht. Das Ausgangs­ signal der Subtrahierschaltung 170 ist ein Erhöhungssignal, das auf einer Leitung 174 erscheint und sich in seinem Wert in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Istschneid­ werkzeugposition und der Sollendposition und in Abhängig­ keit von der Einstellung des Potentiometers 173 ändert. Die Gesamtauswirkung besteht darin, daß das Erhöhungssi­ gnal relativ groß sein wird, wenn das Schneidwerkzeug eine gewisse Strecke von einem ausgewählten Endpunkt entfernt ist, und im Wert abnimmt, wenn sich das Schneidwerkzeug diesem Endpunkt nähert, wobei das Signal Null wird, wenn der ausgewählte Endpunkt erreicht ist. Die Steigung der Kennlinie, die den Wert des Erhöhungssignals in Abhängig­ keit von der Entfernung des Schneidwerkzeuges von einem ausgewählten Endpunkt angibt, wird durch das Potentiometer 173 verändert. Demgemäß wird dem Schneidwerkzeug bei Beginn eines Schnittes ein relativ hohes Tiefenvorschubgeschwindig­ keitssignal zugeführt und die Tiefenvorschubgeschwindigkeit nimmt ab, wenn das Schneidwerkzeug die Endposition erreicht, wobei die Vorschubgeschwindigkeit in der Endposition eine Grundvorschubgeschwindigkeit, d. h. eine nichterhöhte Vor­ schubgeschwindigkeit ist, die durch das Grundvorschubge­ schwindigkeitssignal auf der Leitung 131 diktiert wird.

Das Istschneidwerkzeugpositionssignal von der Leitung 172 und die ausgewählte Endposition von dem Punkt 154 werden außerdem einem Vergleicher 176 zugeführt, der ein den Tie­ fenvorschub beendendes Signal abgibt, wenn die beiden Si­ gnale den Gleichheitszustand erreichen, wobei das Ausgangs­ signal des Vergleichers 176 einem Tiefenvorschubbeendigungs­ relais 178 zugeführt wird, welches für diesen Zweck Kontak­ te 179 betätigt. Der Tiefenvorschub des Schneidwerkzeuges wird daher automatisch gestoppt, wenn die ausgewählte End­ position erreicht ist. Nach Beendigung eines Schneidzyklus werden die Schleifer der Potentiometer 168 und 169 in eine Startposition, die durch das Ausgangssignal des Po­ tentiometers 152 festgelegt ist, mit einer Geschwindig­ keit zurückgeführt, die durch die Eingangsspannung ge­ steuert wird, welche an dem Rückstelleingang 222 des Potentiometerantriebs 140 anliegt.

Claims (1)

1. Tiefenvorschub-Steuersystem für eine Zahnradwälzstoß­ maschine mit einer mittels einer Antriebseinrichtung mit veränderbarer Hubgeschwindigkeit hin- und her­ bewegbaren Schneidspindel, und mit einer durch das Tiefenvorschub-Steuersystem steuerbaren Tiefenvor­ schubeinrichtung zum Verschieben der Schneidspindel auf die Achse des Werkstückes zu, wobei die Tiefen­ vorschubgeschwindigkeit mit kleiner werdendem Achs­ abstand zwischen Schneidspindel und Werkstückachse verringerbar ist, gekennzeichnet durch

   • a) einen mit der Antriebseinrichtung gekoppelten Tacho­ generator (43) mit dem über an seinem Ausgang an­ geschlossene Schalteinrichtungen (120, 122) ein von der jeweiligen Hubgeschwindigkeit der Schneidspindel abhängiges Grundsignal erzeugbar ist,
   • b) Schalteinrichtungen (146-166) zur Erzeugung eines Endpositions-Signals, das eine Endposition auf dem Werkstück definiert, in welche die Schneidspindelachse durch die Tiefenvorschubeinrichtung (167) während des Tiefenvorschubs zu bewegen ist,
   • c) Schalteinrichtungen (168, 170, 173) zum Verknüpfen des Endpositions-Signals mit einem Istpositions- Signal der Schneidspindelachse, um ein Erhöhungs- Signal zu erzeugen, dessen Wert direkt von dem Abstand zwischen der Spindelistposition und der Endposition derart abhängt, daß es abnimmt, während die Schneid­ spindelachse sich der Endposition nähert,
   • d) eine Summierschaltung (136) zum Addieren des Grundsi­ gnals zu dem Erhöhungs-Signal, um ein Tiefenvorschub­ geschwindigkeits-Signal zu erzeugen, das von der Hubgeschwindigkeit abhängig ist und die Größe der jeweiligen Abnahme in der Schnittiefe vorgibt.