DE3402429C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbsttätigen Positionieren eines Verzahnungs- oder Nutenfräsers in bezug auf eine bereits vorhandene Verzahnung oder Nutung, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung der gattungsgemäßen Art (DE- OS 27 44 562) werden die Lage des Werkzeuges und des Werkstückes gemessen und Abweichungen von der Bezugslage durch eine Erkennungsschaltung ermittelt. Die Abweichungen von der Bezugslage zwischen Werkstück und Werkzeug werden mittels entsprechender Korrektursignale durch eine Axialverschiebung des Werkzeuges bzw. eine Zusatzdrehbewegung des Werkstückes aufgehoben. Dazu ist ein Meßgeber vorgesehen, der zwischen das Werkzeug und das Werkstück während deren Lauf einführbar und wieder aus dieser Meßposition entfernbar ist. Bei dem Meßgeber handelt es sich um eine pneumatische Einrichtung mit zwei Düsenpaaren, wobei jedes Düsenpaar eine einstellbare Referenzdüse und eine auf das Werkzeug bzw. auf das Werkstück ausrichtbare Meßdüse zur Erzeugung eines dem Differenzdruck entsprechenden, der Erkennungsschaltung zugeführten Signals umfaßt. Neben der Erkennungsschaltung sind zwei logische Schaltkreise erforderlich. Der eine dieser Schaltkreise steht mit Schaltungsmitteln in Verbindung, welche Meßimpulse erzeugen, deren Frequenz höher ist als die Frequenz aufeinanderfolgender Zahn- bzw. Gangteilungen. Am Ausgang dieses ersten Schaltkreises ist ein erster Zähler angeschlossen, welcher die vom Schaltkreis in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Erkennungsschaltung gesteuerten Meßimpulse algebraisch summiert. Der zweite logische Schaltkreis bildet die Korrektursignale in Vor- und Rückwärtsrichtung in Abhängigkeit vom Zählinhalt des Zählers, der an den Ausgang des ersten logischen Schaltkreises angeschlossen ist. Zudem ist an die Erkennungsschaltung ein zweiter einstellbarer Zähler für die Werkzeuglücken angeschlossen, welcher die Anzahl der Zahn- bzw. der Gangteilungen bestimmt, über welche die Messung und Mittelwertermittlung durchzuführen ist. Der Ausgang des zweiten Zählers ist dabei mit dem Eingang des zweiten logischen Schaltkreises verbunden.

Abgesehen von der Kompliziertheit und dem großen Schaltungsaufwand der zur Auswertung der Meßimpulse erforderlichen Schaltungsanordnung, muß der Meßgeber bei jedem neu eingespannten Werkstück aus seiner Ruhelage zwischen Werkstück und Werkzeug geschwenkt und nach Durchführung der Einstelloperation wieder in seine Ruhelage gebracht werden. Das erfordert Zeit, welche die Stückzahlleistung vermindert. Außerdem ist eine zusätzliche Steuer- und Antriebseinrichtung für das Verschwenken des Meßgebers erforderlich. Schließlich kommt hinzu, daß die pneumatischen Meß- und Referenzdüsen nur zum Abtasten einer mit lückenlosen Gängen versehenen Schleifschnecke nicht jedoch zum Abtasten beispielsweise eines schneckenförmigen Abwälzfräsers geeignet sind, weil ein Abwälzfräser keine in sich geschlossenen Schneckengänge sondern nur auf einer Schneckenlinie angeordnete Fräszähne aufweist, deren Lücken zusätzliche Impulse erzeugen würden, die für die Auswertung nicht brauchbar sind. Das bedeutet, daß diese bekannte Einrichtung nur in Verbindung mit Schleifschnecken funktionsfähig ist.

Bei einer Zahnflankenschleifmaschine (sowjetischer Urheberschein Nr. 200 934) ist auch bekannt, zum Zwecke einer selbsttätigen Einstellung des oder der Gänge einer Schleifschnecke auf die Zahnlücke eines vorgefertigten Zahnrad-Werkstückes induktive Geber vorzusehen, mit welchen die Lage von Werkzeug und Werkstück bestimmt werden kann. Diese Geber sind an einen Phasenmesser angeschlossen, welcher seinerseits über einen elektrischen Verstärker mit einem die axiale Verschiebung der Schleifschnecke bewirkenden Stellmotor verbunden ist. Da das Werkstück dabei in den elektromagnetischen Kreis des einen induktiven Gebers so eingeschaltet ist, daß er als Rotor dient, während der Stator in der Art von Zahnsektoren ausgebildet ist, ist es erforderlich, daß die zu bearbeitenden Zahnräder aus einem ferromagnetischen Material bestehen und daß die Zahnsektoren des Gebers eine Teilung aufweisen, die der Zahnteilung des zu bearbeitenden Werkstückes entspricht. Das bedeutet, daß man für unterschiedliche Zahnteilungen auch unterschiedliche Geber zur Verfügung haben muß.

Die Bezugsmessung muß bei stehendem Zahnrad durch einen Abgleich des Frässpindelfühlers und einen Abgleich des Zahnradfühlers in der Weise erfolgen, daß die örtliche Lage der Fühler manuell verändert wird. Diese Art der Ermittlung der Bezugsgröße bzw. der Durchführung des Abgleiches ist nicht nur umständlich, sondern auch ungenau.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung (DE-OS 33 14 793) wird das vorverzahnte Werkstück mittels eines Positionierungsfingers in seiner Aufspannlage stillstehend so fixiert, daß seine Verzahnungslage mit der einen Referenzwinkellage des mit seiner Arbeitsdrehzahl laufenden Werkzeuges übereinstimmt. Dabei wird das Werkstück zu einen Zeitpunkt in Drehung versetzt, in welchem das Werkzeug die genannte Referenz-Winkellage durchläuft bis es bezüglich Drehzahl und Winkellage mit dem Werkzeug synchronisiert ist. In einer Recheneinheit werden vom gleichen Zeitpunkt an die Geberimpulse des Werkzeuges gezählt und mit den gezählten Impulsen eines Werkstückimpulsgebers verglichen, um mit dem Vergleichssignal den Werkstückantrieb zu steuern. Erst bei Erreichen des Gleichlaufs wird die Drehwinkelabweichung zwischen Werkstück und Werkzeug ermittelt und dann durch den Werkstückantrieb ausgeregelt. Eine axiale Verschiebung des Werkzeuges ist nicht vorgesehen. Diese Methode ist sehr zeitraubend, weil die Ausrichtung des Werkzeuges auf seine Nullindexmarke jeweils im Stillstand des Werkzeuges erfolgen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art die vorerwähnten Nachteile der bekannten Vorrichtung zu vermeiden und sie so zu verbessern, daß sie zeitsparender arbeitet und sowohl für das Bearbeiten der Werkstücke mit einer Schleifschnecke als auch mit einem schneckenförmigen Abwälzfräser geeignet ist und daß ein örtliches Verschieben oder Verschwenken des oder der Meßfühler entfällt und daß sie mit einer höheren Funktionssicherheit und Einstellgenauigkeit arbeitet als dies bei den bekannten Vorrichtungen der Fall ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale.

Durch die angegebene Lösung wird eine höhere Arbeitsleistung erzielt. Nach Bestimmung der Referenzgröße sind keinerlei manuelle Manipulationen mehr erforderlich. Eventuelle Meßfehler können durch Mittelwertbildungen ausgeschaltet werden, und es können einfache Impulsgeber beliebiger Art in Verbindung mit einer verhältnismäßig einfachen und zudem programmierbaren Schaltungsanordnung verwendet werden, die eine schnelle und exakte Ermittlung der Stellgröße und somit eine exakte Steuerung des Stellmotors gewährleisten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Anhand der Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Werkstück- und Werkzeuganordnung einer Zahnrad- Abwälzfräsmaschine in perspektivischer Darstellung mit einem Blockschaltbild einer elektronischen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 in schematischer Darstellung drei untereinander angeordnete Impulsfolgen,

Fig. 3 den Eingriff eines Fräserzahnes in eine Zahnlücke eines vorverzahnten Werkstückes bei einer Referenzmessung,

Fig. 4, 5 und 6 verschiedene Winkelstellungen einer Zahnlücke des vorverzahnten Werkstückes in bezug auf die Mitte eines Fräserzahnes.

Die in Fig. 1 teilweise dargestellte Zahnrad-Abwälzfräsmaschine 1 weist in einem vertikalen Ständer 2 eine horizontale Werkstückspindel 3 auf und besitzt einen Gegenhalterarm 4 mit einem Gegenhalter 5. In die Werkstückspindel 3 ist ein zylindrisches Werkstück 6 eingespannt, daß eine vorgefertigte Verzahnung 7 aufweist und durch einen Gegenhalterkegel 8 an seiner freien Stirnseite abgestützt ist. Auf einem tellerartigen Werkzeugspindelkopf 9 ist ein Spindelstock 10 mit einer horizontalen Werkzeugspindel 11 derart angeordnet, daß die Werkzeugspindel 11 unterhalb der Achse 12 der Werkstückspindel 3 bzw. unterhalb des zu bearbeitenden Werkstückes 6 quer dazu verlaufend angeordnet ist. Der Werkzeugspindelkopf 9 ist in vertikaler Richtung auf- und abbewegbar, um eine vertikale Achse 14 schwenkbar und in verschiedenen Winkelpositionen fixierbar und außerdem in Richtung der Achse 12 der Werkstückspindel 3 bzw. des Werkstückes 6 verschiebbar, wobei für die geradlinigen Bewegungen jeweils separat steuerbare Antriebe, vorgesehen sind. Auf der dem Spindelstock 10 gegenüberliegenden Seite ist der Werkzeugspindelkopf 9 mit einem zusätzlichen Lagerbock 15 versehen, dessen Lager 16 koaxial zur Werkzeugspindel 11 angeordnet ist und zur zusätzlichen Lagerung eines Werkzeugdornes 17 dient, der in die Werkzeugspindel 11 eingespannt ist und einen schneckenförmigen Abwälzfräser 18 trägt, der drehfest auf ihm angeordnet ist. Die mit dem Gegenprofil zur endgültigen Zahnform der Verzahnung 7 versehenen Schneidzähne 19 des Abwälzfräsers 18 sind in bekannter Weise schneckenförmig angeordnet. Zur Nachbearbeitung bzw. Endbearbeitung der vorgefertigten Verzahnung des nachträglich gehärteten Werkstückes 6 wird ein aus Hartmetall bestehender Abwälzfräser 18 verwendet. Im Spindelstock 10 ist ein in beiden Drehrichtungen steuerbarer Schrittschaltmotor 20 untergebracht, durch den die Werkzeugspindel 11 in Richtung ihrer Achse 13 schrittweise in beiden Richtungen verschiebbar ist, wobei die kleinste Schrittgröße in der Größenordnung von einem Hundertstel Milimeter oder sogar darunter liegen kann.

Zum Nacharbeiten der vorgefertigten gehärteten Verzahnung 7 im sog. Schäl-Fräsverfahren ist es erforderlich, die mit der Verzahnung 7 in Eingriff kommenden Zähne 19 des Abwälzfräsers 18 exakt auf die Zahnlücken der Verzahnung 7 so auszurichten, daß exakt teilungsgleiche Zahnprofile beim Nacharbeiten der vorgefertigten Verzahnung 7 entstehen.

Zu diesem Zwecke ist in Umfangsnähe einer drehfest auf der Werkzeugspindel 11 befestigten Scheibe 21 ein erster elektronischer Impulsgeber 22 in Form eines Näherungsschalters angeordnet, der eine Impulsmarkierung 23 in Form eines radialen Einschnittes am Umfang der Scheibe 21 abtastet, während sich die Werkzeugspindel 11 in Drehung befindet. In Umfangsnähe der vorgefertigten Verzahnung 7 des Werkstückes 6 ist ein zweiter elektronischer Impulsgeber 24 ebenfalls in Form eines Näherungsschalters angeordnet, der die Zahnköpfe der Verzahnung 7 abtastet, während sich das Werkstück 6 dreht. Wie bei solchen Zahnrad-Abwälzfräsmaschinen üblich, steht die Drehzahl n _z der Werkstückspindel 3 in einem bestimmten Verhältnis zur Drehzahl n _f der Werkzeugspindel 11. Dieses Drehzahlverhältnis wird bestimmt durch die Zähnezahl Z der zu bearbeitenden Verzahnung 7 und die Gangzahl g des Abwälzfräsers. Es gilt:

so daß die von den beiden Impulsgebern 22 und 24 erzeugten Impulsfolgen I und II bzw. III jeweils die gleiche Impulsfolgefrequenz aufweisen: die Impulsfolgefrequenz T _f der bei konstanter Drehzahl der Werkzeugspindel 11 vom Impulsgeber 22 erzeugten Impulse ist somit gleich der Impulsfolgefrequenz T _z der vom Impulsgeber 24 erzeugten Impulse der Verzahnung 7. Um dies zu gewährleisten, muß die Scheibe 21 jeweils eine der Gangzahl g des Fräsers entsprechende Anzahl vom Impulsmarkierungen in gleichmäßigen Winkelabständen aufweisen.

Die beiden Impulsgeber 22 und 24 sind über elektrische Leitungen 25 und 26 an einen Microprozessor 27 angeschlossen, der Teil einer elektronischen Schaltungsanordnung 28 ist, die als Blockschaltbild in Fig. 1 dargestellt ist. Diese Schaltungsanordnung 28 umfaßt eine Eingabeeinheit 29 zur Steuerung und Programmierung des Microprozessors 27, eine Leistungseinheit 30 als Verbindungsglied zwischen dem Microprozessor 27 und dem Schrittschaltmotor 20 sowie eine Verbindungsschaltung 31 als Verbindungsglied zu der elektronischen Standardausrüstung der Maschine.

Während des Betriebes, d. h. während der Drehung des Werkstückes 6 und des Abwälzfräsers 18 entstehen die in Fig. 2 dargestellten Impulsfolgen I und II bzw. III bestehend aus den Einzelimpulsen I _f und I _z bzw. I _zp , wobei die zeitlichen Impulsabstände T _f und T _z sämtlicher Impulsfolgen I, II, III, konstante Drehzahlen vorausgesetzt, jeweils gleich groß sind. Das bedeutet, daß die Periodendauer T _f bei den einzelnen Impulsfolgen I, II und III bei konstanten Drehzahlen jeweils gleich groß ist. Die Impulse I _f der Impulsfolge I werden vom Impulsgeber 22 erzeugt, während die Impulse I _z und I _zp jeweils vom Impulsgeber 24 erzeugt werden. Selbstverständlich ist die dargestellte Rechteckform der Impulse in bekannter Weise durch entsprechende elektronische Differenzierglieder, die den Impulsgebern 22 und 24 nachgeschaltet sind, sichergestellt.

Der Einfachheit halber werden im folgenden die Impulse I _f der Impulsfolge I als Fräserimpulse und die Impulse I _z bzw. I _zp der Impulsfolgen II und III als Zahnradimpulse bezeichnet.

Daß im vorliegenden Beispiel die Impulslänge T _bf der Fräserimpulse I _f kleiner ist als die Impulslänge T _zb der Zahnradimpulse I _z bzw. I _zp ist im wesentlichen damit begründet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Impulsmarkierung 23 größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Werkstückes 6, was jedoch auf die Messung, die im folgenden näher erläutert wird, keinen Einfluß hat.

Um für die spätere Ermittlung einer Steuer- oder Stellgröße eine Referenzgröße zur Verfügung zu haben, ist es erforderlich, zunächst mit einem aus der Serienfertigung der nachzubearbeitenden vorverzahnten Werkstücke 6 eine Referenzmessung durchzuführen. Dazu wird durch manuelle Steuerung des Abwälzfräsers 18 in bezug auf die Verzahnung 7 des eingespannten Werkstückes 6 die Ausrichtung der Fräserzähne 19 auf die Zahnlückenmitte der Verzahnung 7 gem. Fig. 3 vorgenommen. D. h. die Fräserzähne 19 werden manuell mit der Verzahnung 7 flankenspielfrei in Eingriff gebracht. Dabei ist es zweckmäßig, diese Ausrichtung mehrmals zu überprüfen bevor die elektronische Referenzmessung begonnen wird.

Die elektronische Referenzmessung erfolgt nun anschließend bei laufender Maschine, d. h. bei laufendem Abwälzfräser 18 und laufendem Werkstück 6 im vorgegebenen Drehzahlverhältnis und bei eingeschalteter Schaltungsanordnung 28, die nun von den beiden Impulsgebern 22 und 24 die beiden Impulsfolgen I und II erhält. Das Einschalten erfolgt durch die Eingabeeinheit 28. Der Microprozessor ist nun so programmiert, daß zunächst der zeitliche Abstand T₁ zwischen der Anstiegsflanke eines Fräserimpulses I _f und der Anstiegsflanke des zeitlich unmittelbar darauffolgenden Zahnradimpulses I _z gemessen wird, und außerdem findet eine Messung der Impulslänge T _zb der Zahnradimpulse I _z statt. Der für T _zb ermittelte Wert wird rechnerisch halbiert und zu dem ermittelten Wert T₁ addiert, woraus sich dann der Zeitwert T _dr ergibt.

Um jedoch als Referenzgröße eine absolute Zahl bzw. einen absoluten Wert zur Verfügung zu haben, wird in einem weiteren Prozess der Wert T _dr dividiert durch die Periodendauer T _f .

Die sich daraus ergebende Referenzgröße Q _r wird in einem Speicher des Microprozessors 27 abgespeichert.

Zur Sicherheit und zum Eliminieren von eventuellen Meßfehlern, die beispielsweise durch Metallspäne oder sonstige Verunreinigungen, insbesondere an den abgetasteten Zähnen der Verzahnung 7 oder aber auch an der Impulsmarkierung 23 sowie durch Rundlauf- oder Teilungsfehler, entstehen könnten, wird diese Messung mehrmals z. B. 32mal durchgeführt. Aus den bei jeder Messung ermittelten Werten wird das arithmetische Mittel gebildet, das dann schließlich die abgespeicherte Referenzgröße Q _r ergibt.

Dieses eigespannte Werkstück 6 kann dann nach Durchführung dieser Referenzmessung in der manuell einjustierten Axiallage des Abwälzfräsers 18 bearbeitet werden. Nach dem Einsetzen eines neuen Werkstückes 6 der gleichen Serie muß dann vor der Bearbeitung durch den Abwälzfräser 18 die exakte Ausrichtung der Fräserzähne 19 auf die Zahnlücken der Verzahnung 7 des neu eingespannten Werkstückes 6 erneut, diesmal allerdings automatisch, erfolgen. Zu diesem Zweck wird dann mit Hilfe der beiden Impulsfolgen I und III auf die gleiche Weise wie bei der Referenzmessung zunächst der Wert T _dm nach der Regel

ermittelt, der dann wiederum durch den Wert T _f also durch die Periodendauer der Impulsfolgen I bzw. II und III dividiert wird. Der daraus erhaltene absolute Wert Q _p wird dann im Microprozessor 27 rechnerisch durch Differenzbildung mit dem bereits gespeicherten Referenzwert Q _r verglichen. Der sich daraus ergebende Differenzwert D _q wird dann in der Weise zur Steuerung des Schrittschaltmotors 20 benutzt, daß er mit der axialen Fräserteilung t _f , die ja bekannt ist und eine feste Größe darstellt, welche zuvor in den Microprozessor durch die Eingabeeinheit 29 eingegeben worden ist, multipliziert wird. Man erhält die Steuer- bzw. Stellgröße S _p . Diese wird durch den Microprozessor 27 in eine entsprechende Anzahl von Schrittschaltimpulsen umgewandelt, die entsprechend verstärkt aus der Leistungseinheit 30 dem Schrittschaltmotor 20 zugeführt und so zur entsprechenden Axialverstellung der Werkzeugspindel 11 mit dem Abwälzfräser 18 benutzt wird. Wenn die axiale Verstellung der Werkzeugspindel 11 mit dem Abwälzfräser 18 entsprechend der ermittelten Stellgröße S _p erfolgt ist, ist die exakte Ausrichtung bewerkstelligt und bei der darauffolgenden Bearbeitungsphase gewährleistet, daß das nachbearbeitete Randprofil der Verzahnung 7 des betreffenden Werkstückes 6 größtmögliche Präzision aufweist.

Es ist naheliegend, daß nicht nur bei der Referenzmessung, sondern auch bei der mit jedem neuen Werkstück 6 neu zu ermittelnden Phasendifferenz T _dm die Messung mehrmals wiederholt und z. B. ebenfalls 32mal durchgeführt wird, um T _dm als arithmetisches Mittel aus diesen Messungen zu erhalten.

Es besteht auch die Möglichkeit, sich evtl. ergebende Meßwerte von T₂, die außerhalb einer vorgegebenen Toleranzgrenze liegen, aus der Verwertung zur Mittelwertbildung auszuschließen. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, kann die zum Ausrichten erforderliche maximale Axialverschiebung der Werkzeugspindel 11 bzw. des Abwälzfräsers 18 eine halbe axiale Teilung t _f betragen, wobei die Möglichkeit besteht, diese Axialverschiebung nach links oder nach rechts, d. h. in positiver oder negativer Richtung durchzuführen. Dabei besteht programmtechnisch die Möglichkeit, diese Entscheidung in der Weise zu manipulieren, daß nach einer bestimmten Anzahl von Axialverschiebungen in der einen Richtung eine bestimmte Anzahl Axialverschiebungen in der entgegengesetzten Richtung stattfindet. Zu diesem Zweck ist der Microprozessor 27 mit einer zusätzlichen Zähleinrichtung 27′ versehen, die entsprechend programmiert werden kann.

Außerdem besteht wie sich aus den Fig. 5 und 6 ergibt, die Möglichkeit, den Microprozessor 27 so zu programmieren, daß für die Ausrichtung die jeweils kürzesten Wegstrecken in der einen oder anderen Richtung gewählt werden. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausgangslage ist erkennbar, daß die Ausrichtstrecke d₁ wesentlich kleiner ist als die Ausrichtstrecke d₂, d. h. daß eine Axialverstellung des Abwälzfräsers 18 in Richtung des Pfeiles 32 auf wesentlich kürzerem Wege erfolgen kann als in der entgegengesetzten Richtung. Demzufolge ist in der Schaltungsanordnung 28 eine Einrichtung vorgesehen, welche die festgestellte Phasendifferenz T₂ mit dem halben Wert von t _f , also quasi mit dem Wert der halben Zahnteilung der Verzahnung 7 bzw. der halben Axialteilung bzw. Steigung des schneckenförmigen Fräsers 18 vergleicht und, je nach dem ob sich aus diesem Vergleich ein positiver oder negativer Differenzwert ergibt, eine positive oder negative Stellgröße S _p in Form positiver oder negativer Impulse für den Schrittschaltmotor 20 erzeugt. Wenn man annimmt, daß im Falle der Fig. 5 die Verstellrichtung des Pfeiles 32 durch positive Impulse, d. h. durch eine positive Stellgröße S _p bewerkstelligt wird, so wäre der kürzeste Stellweg im Falle der Fig. 6, wo die Ausrichtstrecke d₁ wesentlich größer ist als die Ausrichtstrecke d₂ die kürzeste Ausrichtung in Richtung des Pfeiles 33 durch eine negative Stellgröße S _p , d. h. mit negativen Impulsen zu erreichen.

Da der oder die Meßvorgänge zur Ermittlung der zeitlichen Phasendifferenz zwischen den beiden miteinander zu vergleichenden Impulsfolgen I und III ohne weiteres während einer Bewegungsphase des Werkzeugspindelkopfes 9, bei der sich der Abwälzfräser 18 nicht in Eingriff befindet mit dem Werkstück 6, erfolgen kann, besteht der zusätzliche Vorteil eines unter Umständen erheblichen Zeitgewinnes. So ist beispielsweise die Möglichkeit gegeben, daß die Ermittlung der Stellgröße S _p zum Ausrichten des Abwälzfräsers 18 auf die Verzahnung 7 eines neu eingespannten Werkstückes 6 in der Zeit erfolgen kann, in welcher der Werkzeugspindelkopf 9 aus der Endposition der Bearbeitung des vorhergegangenen Werkstückes 6 in die Ausgangsposition für die Bearbeitung des nächstfolgenden Werkstückes fährt.

In manchen Fällen, insbesondere dann, wenn sehr hohe Zähnezahlen der nachzubearbeitenden Verzahnung vorliegen, bzw. wenn mit hohen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet wird, kann es zweckmäßig sein, für die Durchführung der Messungen zur Ermittlung der Stellgröße S _p in der vorgeschriebenen Weise die Drehzahl auf eine bestimmte optimale Größe zu verringern und sie erst nach Durchführung der Ausrichtung wieder auf die erforderliche Schnittgeschwindigkeit zu bringen.

Es ist auch ohne weiteres möglich, den Verstellantrieb in Gestalt des Schrittmotors 20 außerhalb jeglicher Ausrichtfunktionen in bekannter Weise zum axialen Verschieben des Abwälzfräsers 18 zu verwenden, um neue, noch nicht stumpf gewordene Schneidzähne des Abwälzfräsers 18 in bezug auf die zu bearbeitenden Werkstücke bzw. in bezug auf die Werkstückspindelachse 12 in Arbeitsposition zu bringen. Es ist klar, daß nach einer solchen Axialverschiebung der Werkzeugspindel 11 mit dem Abwälzfräser 18 erneut eine Referenzmessung durchgeführt werden muß, der dann die üblichen vorstehend beschriebenen Phasendifferenzmessungen zur Ermittlung der Stellgröße S _p folgen können. Mit der beschriebenen Vorrichtung ist es prinzipiell z. B. auch möglich, an einem vorverzahnten Werkstück eine zusätzliche Verzahnung gleicher oder unterschiedlicher Zähnezahl zu fräsen, deren Zähne zu den Zähnen der vorhandenen Verzahnung eine bestimmte Winkelstellung haben sollen, nach welcher der Fräser zu positionieren ist. Statt einer Verzahnung läßt sich auch eine aus einer oder mehreren in gleichen Winkelabständen verlaufenden Nuten bestehende Nutung eines Werkstückes als Bezug für die Fräserpositionierung benutzen und abtasten. Bei unterschiedlichen Zähnezahlen der zueinander in bezug zu setzenden Verzahnung oder bei mehrgängigen Fräsern besteht auch die Möglichkeit, zur Erzielung einer einheitlichen Impulsfrequenz elektronische Frequenzuntersetzer oder dgl. einzusetzen.

Claims (9)

1. Vorrichtung an einer Werkzeugmaschine zum selbsttätigen Positionieren eines Verzahnungs- oder Nutenbearbeitungswerkzeuges in Form eines schneckenförmigen Abwälzfräsers oder einer Schleifschnecke in bezug auf eine bereits vorhandene Verzahnung oder Nutung eines vorgefertigten Werkstückes, wobei das Verzahnungs- oder Nutenbearbeitungswerkzeug auf einer Werkzeugspindel angeordnet ist, die im wesentlichen quer oder schräg zu einer Werkstückspindel verläuft und mittels eines Stellmotors in Richtung ihrer Achse verstellbar ist und wobei am Umfang des Werkstückes ein dessen Zähne abtastender Impulsgeber und am Umfang der Werkzeugspindel ein zweiter Impulsgeber angeordnet sind, aus deren frequenzgleichen Impulsfolgen in einer elektronischen Schaltungsanordnung in Abhängigkeit ihrer Phasenlagen zueinander ein elektrisches Steuersignal als Stellgröße zur Steuerung des Stellmotors abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsgeber (22, 24) elektronisch arbeiten und ortsfest angeordnet sind, daß der zweite Impulsgeber (22) eine auf der Werkzeugspindel (11) angeordnete oder mit dieser synchron umlaufende Impulsmarkierung (23) abtastet und daß mittels der elektronischen Schaltungsanordnung (28), die programmierbar und insbesondere ein Prozeßrechners (27) ist, die zeitliche Phasendifferenz (T _dr , T _dm ) der frequenzgleichen Impulsfolgen (I, II, III) ermittelt und durch deren Vergleich mit einer vorbestimmten Referenzgröße (Q _r ), die der exakten Positionierung des Verzahnungs- oder Nutenbearbeitungswerkzeuges (18) entspricht, das Stellsignal bestimmt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsgeber (22, 24) aus Näherungsschaltern bestehen und daß die an der Werkzeugspindel (11) bzw. an dem damit synchron drehenden Teil angeordnete Impulsmarkierung (23) aus einem Radialeinschnitt besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der zwischen den beiden Impulsfolgen (I und II, bzw. I und III) bestehenden Phasendifferenz (Tdr bzw. Tdm) mehrere aufeinanderfolgende Messungen durchgeführt werden und daß der zum Vergleich mit der Referenzgröße (Q _r ) benutzte Phasendifferenzwert (Q _p ) einen arithmetischen Mittelwert aus den genannten Werten darstellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur arithmetischen Mittelwertbildung nur Meßwerte verrechnet werden, die innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Phasendifferenz (T _dr , T _dm ) zwischen den beiden Impulsfolgen (I u. II, bzw. I u. III) jeweils der Zeitabstand zwischen der Anfangsflanke eines Werkzeugspindel- oder Fräserimpulses (I _f ) und der Mitte des unmittelbar darauf folgenden Zahnradimpulses (I _z bzw. I _zp ) des Werkstückes (6) benutzt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzgröße (Q _r ) der Quotient aus der bei einer Referenzmessung ermittelten Phasendifferenz (T _dm ) als Dividend und der Periodendauer (T _f ) der vom ersten Impulsgeber (22) erzeugten Impulsfolge (I _f ) als Divisor benutzt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- oder Stellgröße (S _p ) für den Verstellantrieb (20) der Werkzeugspindel (11) aus der Differenz der Referenzgröße (Q _r ) und der auf der für jedes Werkstück (6) auf die gleiche Weise ermittelte Istgröße (Q _p ) einerseits und der Axialteilung (t _f ) des Abwälzfräsers (18) andererseits ermittelt und dem Verstellantrieb (20) in Form eines positiven oder negativen Spannungsimpulses von entsprechender Dauer oder in Form einer entsprechenden Anzahl positiver oder negativer Schrittschaltimpulse zugeführt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der jeweils kürzesten Ausrichtstrecke (d₁, d₂) die jeweils gemessene Phasendifferenz (T₂) von der als Meßwert gespeicherten Periodendauer (T _f ) subtrahiert wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Anzahl von jeweils in gleicher Richtung erfolgenden Ausrichtverschiebungen des Abwälzfräsers (18) eine voreinstellbare elektronische Zähleinrichtung (27′) vorgesehen ist, die bei Erreichen einer voreingestellten Zahl eine Umschaltung der nachfolgenden Ausrichtverschiebungen in die entgegengesetzte Richtung bewirkt.