DE3617912A1 - Method for driving a workpiece carrier or tool carrier without play and drive for carrying out this method - Google Patents

Method for driving a workpiece carrier or tool carrier without play and drive for carrying out this method

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DE3617912A1 DE19863617912 DE3617912A DE3617912A1 DE 3617912 A1 DE3617912 A1 DE 3617912A1 DE 19863617912 DE19863617912 DE 19863617912 DE 3617912 A DE3617912 A DE 3617912A DE 3617912 A1 DE3617912 A1 DE 3617912A1
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Abstract

The method for driving a workpiece holder or tool holder, in particular an index gear (1) for a workpiece which is to be processed by hob cutting, provides for a drive pinion (2) with a constant drive speed and a braking pinion (5) the braking moment of which is opposed to the drive moment to cooperate with the toothed workpiece carrier or tool carrier in the working phase. Initially, during a detection phase without processing of the workpiece, signals which are associated with increase of the movement of the workpiece carrier or tool carrier and are proportional to the braking moment are stored in a memory (9). During the subsequent working phase when the workpiece is being processed, the braking moment is controlled in accordance with the stored signals. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spielfreien Antrieb eines Werkstück- oder Werkzeugträgers nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen Antrieb zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.The invention relates to a method for backlash-free drive a workpiece or tool holder according to the generic term of claim 1 and a drive for implementation this method according to the preamble of claim 2nd

Es ist ein spielfreier Antrieb für ein Teilrad bekannt, welches mit konstanter Drehzahl kontinuierlich angetrieben wird und welches ein Werkstück trägt, das mittels des Abwälzschleifverfahrens zu einem Zahnrad bearbeitet wird. Hierbei wird das Teilrad mittels eines Antriebsritzels angetrieben, welches über ein Getriebe von einem elektrischen Motor mit konstanter Drehzahl angetrieben wird. Um aus Bearbeitungs- bzw. Störkräften resultierende Momente am Teilrad aus beiden Richtungen spielfrei aufnehmen zu können, wird ein weiteres, mit dem Teilrad kämmendes Ritzel von einem elektrischen Motor über ein Getriebe derart angetrieben, daß sein Drehmoment dem des Antriebsritzels entgegengesetzt ist. Hierdurch wird auf das Teilrad ein Bremsmoment ausgeübt, welches bewirkt, daß die voraus­ gehenden Flanken der Zähne des Antriebsritzels in Eingriff mit der Zahnung des Teilrades der Zahnung verbleiben. Das Bremsritzel übt mit seinen rückwärtigen Zahnflanken eine bremsende Wirkung aus. Nachteilig ist bei diesem bekannten Antrieb, daß vorhandene Fehler nicht weitgehend ausgeglichen werden können.A backlash-free drive for a partial wheel is known which is continuously driven at constant speed is and which carries a workpiece that by means of Hobbing process to a gear is processed. Here, the part wheel is driven by a pinion driven, which by a gear from one electric motor is driven at constant speed. Moments resulting from machining or interference forces pick up on the dividing wheel from both directions without play can, another pinion meshing with the gear from an electric motor through a gearbox like that driven that its torque is that of the drive pinion is opposite. As a result, the gear is on Braking torque exerted, which causes the advance engaging flanks of the teeth of the drive pinion remain with the toothing of the partial gear of the toothing. The Brake pinion exercises with its rear tooth flanks braking effect. The disadvantage of this known  Drive that existing errors are not largely compensated for can be.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren und den bekannten Antrieb so zu verbessern, daß ein weitgehendst spielfreier Antrieb des Werkstück- oder Werkzeugträgers während der Bearbeitungsphase des Werkstücks erreicht wird.The invention has for its object the known To improve the method and the known drive so that a largely play-free drive of the workpiece or Tool carrier during the machining phase of the workpiece is achieved.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2.The invention solves this problem with the characterizing Features of claims 1 and 2.

Dadurch, daß während der Erfassungsphase ohne Bearbeitung des Werkstückes, die innere Störgrößen des Antriebes während eines Bewegungszyklus des Werkstück- oder Werkzeugträgers erfaßt und gespeichert werden, kann während der anschließenden Arbeitsphase eine Kompensation dieser Störgrößen durch eine entsprechende Steuerung des Bremsmomentes erfolgen. Das Verfahren und der Antrieb nach der Erfindung ermöglichen eine Reduzierung der Genauigkeit der Herstellung des Werkstück- oder Werkzeugträgers, z.B. eines Teilrades mit großem Durchmesser, weil vorhandene Fehler kompensiert werden. Der Antrieb ist mechanisch einfach aufgebaut, verhindert "stick-slip"-Erscheinungen, verringert den Verschleiß und erlaubt ein frei einstellbares Bremsmoment und einen großen Tisch-Drehzahlbereich.The fact that during the acquisition phase without processing of the workpiece, the internal disturbance variables of the drive during a movement cycle of the workpiece or tool carrier can be recorded and saved during the subsequent work phase to compensate for this Disturbances through appropriate control of the Braking torque. The procedure and drive after the invention allow a reduction in accuracy the manufacture of the workpiece or tool carrier, e.g. of a part wheel with a large diameter, because existing ones Errors are compensated. The drive is mechanical simply constructed, prevents stick-slip phenomena, reduces wear and allows a freely adjustable Braking torque and a large table speed range.

Der spielfreie Antrieb kann statt eines Teilrades auch für einen geradlinig hin- und herbewegten, mit einer Zahnung versehenen Schlitten oder eine Zahnstange verwendet werden. Dabei kann statt eines Werkstückes auch ein Werkzeug auf dem Schlitten bzw. der Zahnstange angeordnet sein.The backlash-free drive can also be used instead of a partial wheel a straight back and forth, with a serration provided carriage or a rack can be used. Instead of a workpiece, a tool on the Carriage or the rack can be arranged.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further refinements of the invention result from the Subclaims.  

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is described below with reference to the drawing illustrated embodiments explained in more detail. In the Show drawing:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines spielfreien Antriebs eines Teilrades und Fig. 1 is a schematic representation of a backlash-free drive of a sub-wheel and

Fig. 2 eine Darstellung wie in Fig. 1 einer geänderten Ausführungsform. Fig. 2 is an illustration as in Fig. 1 of a modified embodiment.

Ein Teilrad 1, welches um eine vertikale Achse frei drehbar gelagert ist, trägt ein nicht dargestelltes Werkstück, das z.B. mittels des Abwälzschleifens zu bearbeiten ist. Das Teilrad 1 soll hierzu eine kontinuierliche Drehbewegung in Pfeilrichtung I mit konstanter Drehzahl N 1 vollführen.A partial wheel 1 , which is freely rotatable about a vertical axis, carries a workpiece, not shown, which can be machined, for example, by means of hob grinding. For this purpose, the sub-wheel 1 is to carry out a continuous rotary movement in the direction of the arrow I at a constant speed N 1 .

Mit dem Teilrad 1 kämmt ein Antriebsritzel 2, das in Pfeilrichtung II mit der Drehzahl n 2 von einem elektrischen Antriebsmotor 3 über ein Getriebe 4 angetrieben wird.A drive pinion 2 meshes with the partial wheel 1 , which is driven in the direction of arrow II at the speed n 2 by an electric drive motor 3 via a gear 4 .

Mit dem Teilrad 1 kämmt außerdem ein weiteres Ritzel 5, das von einem elektrischen Antriebsmotor 6 über ein Getriebe 7 angetrieben wird.The pinion 1 also meshes another pinion 5 , which is driven by an electric drive motor 6 via a gear 7 .

Wie angedeutet, besitzen das Teilrad 1 und die Ritzel 2, 5 Schrägverzahnungen.As indicated, the part wheel 1 and the pinion 2 , 5 have helical gears.

Die Drehzahl n 3 des Ritzels 5 ist gleich der Drehzahl n 2 des Ritzels 2, da beide Ritzel 2, 5 mit dem Teilrad 1 kämmen.The speed n 3 of the pinion 5 is equal to the speed n 2 of the pinion 2 , since both pinions 2 , 5 mesh with the partial wheel 1 .

Das Antriebsmoment des Ritzels 5 ist betragsmäßig kleiner als das Antriebsmoment des Ritzels 2 und diesem entgegengesetzt. Der Motor 6 treibt hierzu das Ritzel 5 in einer der Pfeilrichtung III entgegengesetzten Drehrichtung an. Da aber das Drehmoment des Ritzels 2 das Drehmoment des Ritzels 5 übersteigt, wird auch das Ritzel 3 in gleicher Drehrichtung wie das Ritzel 2 gedreht. The drive torque of the pinion 5 is smaller in magnitude than the drive torque of the pinion 2 and opposite. For this purpose, the motor 6 drives the pinion 5 in a direction of rotation opposite to the arrow direction III. However, since the torque of the pinion 2 exceeds the torque of the pinion 5 , the pinion 3 is also rotated in the same direction as the pinion 2 .

Es ergibt sich ein Bremsmoment, welches bewirkt, daß das Ritzel 2 ständig mit der in Drehrichtung vorauslaufenden Flanke und das Ritzel 5 ständig mit der Rückflanke jedes Zahnes des Teilrades 1 arbeitet. Das Teilrad 1 kann Teilungsfehler aufweisen, ohne daß sich die vorbeschriebene Wirkung der greifenden Ritzelzähne umkehrt.The result is a braking torque which causes the pinion 2 to work continuously with the flank leading in the direction of rotation and the pinion 5 to work continuously with the rear flank of each tooth of the partial wheel 1 . The partial wheel 1 can have pitch errors without the above-described effect of the gripping pinion teeth being reversed.

Mit dem Teilrad 1 ist ein Drehgeber 8 gekoppelt, der gleichen Winkelinkrementen zugeordnete Impulse erzeugt, die von einem nicht dargestellten Mikroprozessor verarbeitet werden. Dieser verwaltet einen Speicher 9 derart, daß jedem Winkelinkrement eine eigene Speicherzelle zugeordnet werden kann.A rotary encoder 8 is coupled to the partial wheel 1 , which generates pulses assigned to the same angular increments, which are processed by a microprocessor (not shown). This manages a memory 9 in such a way that each angular increment can be assigned its own memory cell.

In einer Erfassungsphase, während der das Teilrad 1 ohne Bearbeitung des Werkstückes um wenigstgens eine Umdrehung gedreht wird, werden über einen Analog/Digital-Wandler 10 Steuerinformationen des Bremsantriebes winkelgerecht in den Speicher 9 eingelesen, die in der Bearbeitungsphase, während der das Teilrad 1 unter Bearbeitung des Werkstückes gedreht wird, ebenso winkelgerecht ausgelesen und über einen Digital/Analog-Wandler 11 zum Bremsantrieb zurückgeführt werden.In a detection phase during which the partial wheel 1 is rotated by at least one revolution without machining the workpiece, control information of the brake drive is read into the memory 9 at an angle via an analog / digital converter 10 , which is in the processing phase during which the partial wheel 1 is under Machining of the workpiece is rotated, also read out at the correct angle and returned to the brake drive via a digital / analog converter 11 .

Eine im Steuerstromkreis des Antriebsmotors 3 liegende Steuerstufe 12 ist mit ihrem Steuereingang an einen Vergleicher 13 angeschlossen, der den über einen Stromfühler 14 erfaßten Motorstrom des Antriebsmotors 3 mit der Regeldifferenz vom Ausgang eines Vergleichers 15 des Drehzahlregelkreises vergleicht. Ein Eingang von Vergleicher 15 erhält eine veränderbare konstante Spannung vom Steller 16 für die Solldrehzahl n Soll , während der andere Eingang mit der vom Tachogenerator 17 abgegebenen Spannung n ist gespeist wird. Die Steuerstufe 12 speist so den Antriebsmotor 3 derart, daß die eingestellte Soll-Drehzahl n Soll eingehalten wird. Die Steuerspannung der Steuerstufe 12 am Steuereingang wird außerdem durch einen Vergleicher 18 mit einer vom Steller 19 abgegebenen, veränderbaren konstanten Spannung für das Vorspannmoment M V des Bremsantriebes verglichen.A lying in the control circuit of the drive motor 3 control stage 12 is connected with its control input to a comparator 13 which compares the detected via a current sensor 14 motor current of the driving motor 3 with the control difference from the output of a comparator 15 of the speed control loop. One input of comparator 15 receives a changeable constant voltage from the actuator 16 for the target speed n target , while the other input is fed with the voltage n ist output by the tachometer generator 17 . The control stage 12 feeds the drive motor 3 in such a way that the set target speed n target is maintained. The control voltage of the control stage 12 at the control input is also compared by a comparator 18 with a variable constant voltage output by the actuator 19 for the preload torque M V of the brake drive.

Der Ausgang des Vergleichers 18 ist mit einem Eingang eines Vergleichers 20 verbunden, während der andere Eingang an einen Stromfühler 21 im Steuerstromkreis des Bremsmotors 6 angeschlossen ist. Der Ausgang des Vergleichers 20 ist mit dem Analog/Digital-Wandler 10 verbunden und kann außerdem in der Erfassungsphase über den Schalter 22 mit dem Eingang einer Steuerstufe 23 verbunden werden, an deren Ausgang der Speisestromkreis für den Bremsmotor 6 angeschlossen ist.The output of the comparator 18 is connected to an input of a comparator 20 , while the other input is connected to a current sensor 21 in the control circuit of the brake motor 6 . The output of the comparator 20 is connected to the analog / digital converter 10 and can also be connected in the detection phase via the switch 22 to the input of a control stage 23 , to the output of which the supply circuit for the brake motor 6 is connected.

In der anderen Stellung des Umschalters 22, die er während der Bearbeitungsphase einnimmt, erhält diese Steuerstufe 23 über den Digital/Analog-Wandler 11 die in der Erfassungs­ phase in Speicher 9 abgelegten Daten als Steuersignale.In the other position of the switch 22 , which it assumes during the processing phase, this control stage 23 receives via the digital / analog converter 11 the data stored in the detection phase in memory 9 as control signals.

Die in der Erfassungsphase während einer Umdrehung des Teilrades 1 winkelgerecht im Speicher 9 abgespeicherten, auch Teilungs- oder ähnliche Fehler berücksichtigenden Werte werden während der anschließenden Teilradumdrehungen, bei denen die Bearbeitung des Werkstückes erfolgt (Bearbei­ tungsphase) über den Speicherausgang A bei umgeschaltetem Schalter 22 an die Steuerstufe 23 abgegeben. Sie bewirken eine winkellagengerechte Steuerung des elektrischen Stromes des Bremsmotors 6 und damit des Bremsmomentes, welches vom Ritzel 5 ausgeübt wird. Hierdurch werden die bei sehr großen Durchmessern eines Teilrades durch Teilungsfehler oder dergleichen bedingten Drehmomentänderungen ausgeglichen, so daß sich ein weitgehendst spiel- und zwangsfreier Antrieb des Teilrades 1 und damit eine weitgehende exakte, konstante Drehzahl für das zu bearbeitende Werkstück ergibt. The values stored in the memory 9 in the detection phase during one revolution of the partial wheel 1 , also taking into account division or similar errors, are changed during the subsequent partial wheel revolutions in which the workpiece is processed (processing phase) via the memory output A with the switch 22 switched over the tax stage 23 delivered. They effect a control of the electrical current of the brake motor 6 and thus the braking torque which is exerted by the pinion 5 in accordance with the angular position. As a result, the torque changes caused by pitch errors or the like in the case of very large diameters of a part wheel are compensated for, so that there is largely zero backlash and positive drive of the part wheel 1 and thus a largely exact, constant speed of rotation for the workpiece to be machined.

Das auf das Teilrad 1 über das Ritzel 5 ausgeübte Bremsmo­ ment muß dabei größer sein als die maximal auftretende Be­ triebs- bzw. Störkraft.The exerted on the part wheel 1 via the pinion 5 Bremsmo element must be greater than the maximum occurring operating or disruptive force.

Bei der geänderten Ausführungsform nach Fig. 2 werden in der Erfassungsphase, während der der Schalter 22 die gezeichnete Stellung einnimmt, die Ist-Werte des Ankerstromes des Bremsmotors 6 durch den Stromfühler 21 erfaßt und über den Analog/Digital-Wandler 10 dem Schreibeingang E des Speichers 9 zugeführt. In der Bearbeitungsphase werden die im Speicher 9 abgespeicherten winkelgerechten Werte des Ankerstromes über den Ausgang A ausgelesen und an den Digital/Analog- Wandler 11, über den Schalter 22 als neue Soll-Werte an den Vergleicher 20 gelegt.In the modified embodiment according to FIG. 2, the actual values of the armature current of the brake motor 6 are detected by the current sensor 21 in the detection phase, during which the switch 22 assumes the position shown, and the write input E of the analog input / digital converter 10 Memory 9 supplied. In the processing phase, the angle-appropriate values of the armature current stored in the memory 9 are read out via the output A and applied to the digital / analog converter 11 , and via the switch 22 to the comparator 20 as new target values.

Dadurch wird im Gegensatz zum Antrieb nach Fig. 1 auch in der Betriebsphase der Bremsantrieb in einem Regelkreis betrieben.In contrast to the drive according to FIG. 1, the brake drive is also operated in a control loop in the operating phase.

Die Funktion des Regelkreises beim Bremsantrieb kann dadurch verbessert werden, daß in der Bearbeitungsphase die Steuer­ stufe 23 mit einer anderen Übertragungsfunktion betrieben wird als in der Erfassungsphase.The function of the control circuit in the brake drive can be improved in that the control stage 23 is operated in the processing phase with a different transfer function than in the detection phase.

Claims (4)

1. Verfahren zum spielfreien Antrieb eines Werkstück- oder Werkzeugträgers, insbesondere eines Teilrades, für ein durch Abwälzschleifen zu bearbeitendes Werkstück, bei dem mit dem gezahnten Werkstück- oder Werkzeugträger in der Arbeitsphase ein Antriebsritzel mit einer konstanten Antriebsdrehzahl und ein Bremsritzel mit einem dem Antriebsmoment entgegengerichteten Bremsmoment zusammen­ arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst während einer Erfassungsphase ohne Bearbeitung des Werkstückes Inkrementen der Werkstück- oder Werkzeugträgerbewegung zugeordnete, dem Bremsmoment proportionale Signale in einem Speicher (9) abgespeichert werden, und daß während der nachfolgenden Arbeitsphase mit Bearbeitung des Werkstückes das Bremsmoment entsprechend den abgespei­ cherten Signalen gesteuert wird.1. Method for driving a workpiece or tool carrier, in particular a part wheel, without play, for a workpiece to be machined by hob grinding, in which, in the working phase, a drive pinion with a constant drive speed and a brake pinion with a direction opposite to the drive torque with the toothed workpiece or tool carrier Braking torque work together, characterized in that initially during a detection phase without machining the workpiece increments of the workpiece or tool carrier movement, signals which are proportional to the braking torque are stored in a memory ( 9 ), and that during the subsequent working phase with machining the workpiece, the braking torque accordingly the stored signals is controlled. 2. Antrieb zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem mit der Zahnung des Werkstück- oder Werkzeugträgers greifenden Antriebsritzel, welches von einem elektrischen Motor mit konstanter Drehzahl angetrieben ist und einem ein dem Antriebsmoment entgegengerichtetes Bremsmoment erzeugendes Bremsritzel, welches ebenfalls von einem elektrischen Motor angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein inkrementaler Geber (8) mit dem bewegbaren Werkstück- oder Werkzeugträger (1) zusammenwirkt, daß ein Speicher (9) vorhanden ist, dessen Adresseneingang (T) an den inkrementalen Geber (8) angeschlossen ist, daß während der Erfassungsphase der Schreibeingang (E) jedes Speichers (9) über einen Analog/Digital-Wandler (10) mit dem Steuerstromkreis für den das Bremsritzel (5) antreibenden Motor (6) verbindbar ist, während in der Arbeitsphase der Ausgang (A) des Speichers (9) über einen Digital/Analog-Wandler (11) mit diesem Steuerstromkreis verbunden ist.2. Drive for performing the method according to claim 1, with a with the toothing of the workpiece or tool carrier drive pinion, which is driven by an electric motor at a constant speed and a brake torque generating a braking torque opposing the drive torque, which is also from an electric motor is driven, characterized in that an incremental encoder ( 8 ) interacts with the movable workpiece or tool carrier ( 1 ), that a memory ( 9 ) is present, the address input ( T ) of which is connected to the incremental encoder ( 8 ), that during the acquisition phase the write input ( E ) of each memory ( 9 ) can be connected to the control circuit for the motor ( 6 ) driving the brake pinion ( 5 ) via an analog / digital converter ( 10 ), while in the working phase the output ( A ) the memory ( 9 ) is connected to this control circuit via a digital / analog converter ( 11 ). 3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstromkreis für den Bremsmotor (6) eine Steuerstufe (23) in Reihe mit einem Umschalter (22) aufweist, dessen einer Umschaltkontakt über den Analog/Digital-Wandler (11) mit dem Ausgang (A) des Speichers (9) verbunden ist und dessen anderer Umschaltkontakt an den Ausgang eines Vergleichers (20) und über einen Analog/Digital-Wandler (10) an den Schreibeingang (E) des Speichers (9) angeschlossen ist, daß der eine Eingang des ersten Vergleichers (20) über einen zweiten Vergleicher (18) mit einem Steller (19) für das Bremsmoment (M V ) und dem Steuerstromkreis des Antriebsmotors (3) verbunden ist, sowie daß in den Steuerstromkreis des Bremsmotors (6) ein Fühler (21) für den Motorstrom eingeschaltet ist, der mit dem anderen Eingang des ersten Vergleichers (20) verbunden ist.3. Drive according to claim 2, characterized in that the control circuit for the brake motor ( 6 ) has a control stage ( 23 ) in series with a changeover switch ( 22 ), one changeover contact of which via the analog / digital converter ( 11 ) with the output ( A ) of the memory ( 9 ) is connected and its other switch contact is connected to the output of a comparator ( 20 ) and via an analog / digital converter ( 10 ) to the write input ( E ) of the memory ( 9 ) that one Input of the first comparator ( 20 ) is connected via a second comparator ( 18 ) with an actuator ( 19 ) for the braking torque ( M V ) and the control circuit of the drive motor ( 3 ), and that a sensor in the control circuit of the brake motor ( 6 ) ( 21 ) is switched on for the motor current, which is connected to the other input of the first comparator ( 20 ). 4. Antrieb nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstromkreis für den Antriebsmotor (3) einen Steller (16) für die Soll- Drehzahl n Soll und einen Geber (17) für die Ist-Drehzahl n ist aufweist, die an die Eingänge eines Vergleichers (15) angeschlossen sind, daß ein Fühler (14) für den Strom des Antriebsmotors (3) und der Ausgang dieses Vergleichers (15) an die Eingänge eines weiteren Vergleichers (13) angeschlossen sind und daß der Ausgang dieses weiteren Vergleichers (13) einerseits mit dem Eingang der Steuerstufe (12) des Antriebsmotors (3) und andererseits mit dem Eingang des zweiten Vergleichers (18) im Steuerstromkreis des Bremsmotors (6) verbunden ist.4. Drive according to claims 2 and 3, characterized in that the control circuit for the drive motor ( 3 ) has an actuator ( 16 ) for the target speed n target and an encoder ( 17 ) for the actual speed n is are connected to the inputs of a comparator ( 15 ), that a sensor ( 14 ) for the current of the drive motor ( 3 ) and the output of this comparator ( 15 ) are connected to the inputs of a further comparator ( 13 ) and that the output of this further Comparator ( 13 ) is connected on the one hand to the input of the control stage ( 12 ) of the drive motor ( 3 ) and on the other hand to the input of the second comparator ( 18 ) in the control circuit of the brake motor ( 6 ).
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