DE3630485A1 - Hydrostatisches fuehrungssystem eines werkzeugschlittens an einer zahnradwaelzschleifmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Führungssystem eines Werkzeugschlittens an einer Zahnradwälzschleifmaschine, wobei der Werkzeugschlitten in einem Schwenkteil hubartig geradlinig bewegt wird und die Führungselemente des Werkzeugschlittens, bestehend aus Stützführung und Seitenführungen, Drucktaschen aufweisen, die durch einen Druckstromerzeuger mit einem Druckmittel beaufschlagt werden.

Es sind hydrostatisch geführte Werkzeugschlitten bekannt, die in einem Schwenkteil hubartig geradlinige Bewegungen ausführen. Am Werkzeugschlitten ist ein Schleifschlitten mit Schleifspindellager mit der Schleifscheibe angeordnet. Die Führungselemente des Werkzeugschlittens, bestehend aus Stützführung und Seitenführungen, weisen Drucktaschen auf, die mit einem Druckstromerzeuger verbunden sind. Der für die hydrostatischen Führungen notwendige Druck in den Drucktaschen wird durch den Pumpendruck des Druckstromerzeugers, den Widerstand der Drucktasche und den Widerstand der hydraulischen Leitung zwischen Drucktasche und Druckstromerzeuger bestimmt. Der Druck in den Drucktaschen wird justiert durch das Einstellen des Druckes des Druckstromerzeugers, wenn jeder Tasche ein Druckstromerzeuger zugeordnet ist, oder durch Anpassen des Widerstandes der hydraulischen Leitung zwischen Drucktasche und Druckstromerzeuger, wenn allen Drucktaschen ein gemeinsamer Druckstromerzeuger zugeordnet ist. Die Justage des Taschendruckes erfolgt einmalig während der Montage des Werkzeugschlittens im Schwenkteil und wird anschließend nicht mehr verändert.

Nachteilig an dieser Lösung ist, daß der Abstand zwischen der aktiven Schleifzone der Schleifscheibe und den Führungselementen, welche die Schleifkräfte aufnehmen, groß ist, bedingt durch den konstruktiven Aufbau der Baugruppen von den Führungselementen des Werkzeugschlittens den bis hin zur Schleifscheibe.

Dieser große Abstand bewirkt eine erhebliche Minderung der Steife und somit eine Verformung der Bauteile, die durch Schleifkräfte und Massenkräfte hervorgerufen wird und deren Folge eine direkt von diesen Kräften abhängige Schleifpunktverlagerung ist, Verlagerungen des Werkzeugschlittens innerhalb der Führungen im Schwenkteil, die sich aus den sich dynamisch ändernden Schleifkräften und Massenkräften ergeben, wirken sich über die Verlagerung des Schleifpunktes als Fehler am Werkstück aus. Damit wird die Genauigkeit der Verzahnung direkt beeinflußt, vor allem, wenn es sich, wie beim Verzahnungsschleifen, um Größenordnungen von 1 µm handelt.

Die tangentialen Schleifkräfte bewirken dabei vorrangig eine Teilungsabweichung der Verzahnung, die Massenkräfte bewirken hauptsächlich eine Flankenlinienabweichung der Verzahnung.

Beim Schleifen von Schrägverzahnungen wird das Schwenkteil auf den zu schleifenden Schrägungswinkel eingestellt, so daß die noch in Abhängigkeit vom Schrägungswinkel wirkenden Massenkräfte zusätzliche Verformungen und Lageabweichungen bewirken, die zu einer Flankenlinienabweichung der Verzahnung führen.

Ein weiterer Nachteil ist, daß eine geringe Teilungsabweichung nur bei einer Reduzierung der Zustellbeträge zwischen Werkzeug und Werkstück erreicht wird oder daß zusätzliche Werkstückumläufe ohne Zustellung bei gleichzeitiger Verringerung der Hubzahl des Werkzeugschlittens durchgeführt werden. Das ergibt eine geringe Arbeitsproduktivität. Eine entscheidende Verringerung der Flankenlinienabweichungen, insbesondere bei Zahnrädern mit großem Schrägungswinkel, ist mit der bekannten Lösung nicht erreichbar, da sich der negative Einfluß der Massenkräfte nicht in dem erforderlichen Maß kompensieren läßt und die Gesamtsteife der Baugruppe des Werkzeugträgers nicht beeinflußbar ist.

Bei einer weiteren bekannten Lösung nach DE-OS 34 23 495 wird die Verlagerung eines beweglichen Teiles korrigiert, indem die Abhängigkeit von der erreichten Position des Teiles ein Verlagerungskorrekturwert errechnet wird, der zur Veränderung des Druckes in einer Drucktasche genutzt wird.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß der ungünstige Einfluß des Abstandes vom Werkzeug zur Führung auf die Gesamtsteife des Systems nicht verringert wird. Weiterhin beruht die Kompensation auf einer empirisch oder analytisch ermittelten Vorgabe, mit der die sich dynamisch ändernden Schnittbedingungen des Werkzeuges nicht erfaßt werden und dadurch keine gezielte Korrektur unter Berücksichtigung aller Einflußfaktoren möglich ist.

Ziel der Erfindung ist es, eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit und Arbeitsproduktivität der Zahnradwälzschleifmaschine zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Führungssystem eines Werkzeugschlittens an einer Zahnradwälzschleifmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, daß die Gesamtsteife der kinematischen Kette zwischen Werkzeug und Führungssystem erhöht wird, die verbleibenden Verformungen der Bauteile unabhängig von ihrer räumlichen Lage einen geringen Einfluß auf die Verlagerung der Bearbeitungsstelle haben und die Bahn des Werkzeugschlittens während der Hubbewegung im Schwenkteil in Abhängigkeit von seiner Lage stetig korrigiert werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an den Seitenführungen des Werkzeugschlittens in tangentialer Richtung X zur Schleifscheibe Drucktaschen angeordnet sind, deren Abstand a zum Schleifpunkt S wesentlich kleiner ist, als der Abstand b der Drucktaschen der Stützführung, die sich in Flucht zur Schleifscheibe befindet, zum Schleifpunkt S, wobei die tangentialen Drucktaschen der Seitenführung und die Drucktaschen der Stützführung über hydraulische Regeleinrichtungen und Auswerteelektroniken, die an ein Wegmeßsystem für die Y-Richtung und ein Wegmeßsystem für die X-Richtung des Werkzeugschlittens geschaltet sind, steuerungsmäßig verbunden sind. Von Vorteil für die Erfindung ist, daß mindestens zwei tangentiale Drucktaschen an jeder Seitenführung angeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß unter Nutzung einer vorhandenen Ölversorgungsanlage für hydrostatische Führungen, durch Zuschalten von tangentialen Drucktaschen der Seitenführungen, deren Abstand zur Bearbeitungsstelle der Schleifscheibe wesentlich kürzer ist, als der der Drucktaschen der Stützführung zur Bearbeitungsstelle, sowohl tangential wirkende Schleifkräfte als auch anteilig wirkende Massenkräfte auf kürzestem Weg durch die hinreichend steife hydrostatische Führung aufgenommen und ins Fundament abgeleitet werden. Dadurch wird die Steife des Gesamtsystems erhöht und Verformungen der Bauteile zwischen der Bearbeitungsstelle und der Stützführung verringert. Insbesondere beim Schleifen von Schrägverzahnungen erfolgt die Änderung des Taschendruckes der tangentialen Drucktaschen der Seitenführung und der Drucktaschen der Stützführung in Abhängigkeit von der Lage des Werkzeugschlittens innerhalb des Schwenkteiles, wobei die Lage des Werkzeugschlittens über Meßsysteme in zwei Ebenen erfaßt wird. Die Stützführung ist dabei in vorteilhafter Weise in Flucht zur Bearbeitungsstelle angeordnet, so daß Temperaturverformungen in tangentialer Richtung zur Bearbeitungsstelle keinen Einfluß auf tangential wirkende Verzahnungsparameter haben. Auf diese Weise wird eine Erhöhung der Steife und je nach Lage des Werkzeugschlittens im Schwenkteil während der Hubbewegung eine Korrektur in Richtung X erreicht, die Verzahnungsqualität der zu schleifenden Zahnräder und die Produktivität des Verzahnungsschleifens erhöht.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Vorderansicht des Werkzeugschlittens.

Fig. 2: Draufsicht auf den Werkzeugschlitten.

Das Führungssystem für die hubartig geradlinige Bewegung des Werkzeugschlittens 1 im Schwenkteil 2 besteht aus der Stützführung 5 mit den Drucktaschen 9 und den Seitenführungen 6 mit den Drucktaschen 7 und 8. Am Werkzeugschlitten 1 ist ein nicht näher dargestellter verstellbarer Schleifschlitten angeordnet, an dem ein Schleifspindellager 3 mit einer Schleifscheibe 4 befestigt ist. Der Antrieb der Schleifscheibe 4 erfolgt von einem nicht näher dargestellten Schleifspindelantriebsmotor über einen Riementrieb.

Zwischen dem Werkzeugschlitten 1 und dem Schwenkteil 2 sind ein Wegmeßsystem 11 zur Erfassung der Position des Werkzeugschlittens 1 in Richtung Y und ein Wegmeßsystem 10 zur Ermittlung der Verlagerung des Werkzeugschlittens 1 in Richtung X angeordnet. Die Wegmeßsysteme 10; 11 sind mit Auswerteelektroniken 12 verbunden, die die hydraulische Regeleinrichtung 13 ansteuern. Dabei ist jeder tangentialen Drucktasche 7 der Seitenführung 6 und jeder Drucktasche 9 der Stützführung 5 eine Auswerteelektronik 12 und eine hydraulische Regeleinrichtung 13 zugeordnet. Die hydraulischen Regeleinrichtungen 13 sind in der Verbindungsleitung zwischen einem Druckstromerzeuger 14 und den tangentialen Drucktaschen 7 der Seitenführung 6 sowie zwischen Druckstromerzeuger 14 und den Drucktaschen 9 der Stützführung 5 angeordnet. Der Abstand a vom Schleifpunkt S zu den tangentialen Drucktaschen 7 der Seitenführung 6 ist wesentlich geringer als der Abstand b vom Schleifpunkt S zu den Drucktaschen 9 der Stützführung 5, die in Flucht zur Schleifscheibe 4 angeordnet ist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung ist wie folgt: Das Schwenkteil 2 wird über ein nicht näher dargestelltes Getriebe auf den Schrägungswinkel des zu schleifenden Zahnrades eingestellt. Über den Druckstromerzeuger 14 werden über nicht näher dargestellte Kapillardrosseln die radialen Drucktaschen 8 der Seitenführung 5 mit Hydrauliköl versorgt, wobei der notwendige Taschendruck vom Pumpendruck des Druckstromerzeugers 14 sowie von den hydraulischen Widerständen der Kapillardrosseln und den Widerständen der Drucktaschen 8 abhängt. Vorzugsweise haben die Kapillardrosseln einen konstanten hydraulischen Widerstand.

Demgegenüber werden die tangentialen Drucktaschen 7 der Seitenführung 6 und die Drucktaschen 9 der Stützführung 5 vom Druckstromerzeuger 14 über die hydraulischen Regeleinrichtungen 13 mit Hydrauliköl versorgt.

Nach Anliegen der erforderlichen Taschendrücke in den Drucktaschen 8; 9 und 7 wird über eine nicht näher dargestellte hydraulisch oder mechanisch wirkende Antriebseinheit der Werkzeugschlitten 1 im Schwenkteil 2 in Bewegung versetzt.

Die Wegmeßsysteme 10 und 11 erfassen dabei die Lage des Werkzeugschlittens 1 im Schwenkteil 2 in den Richtungen X und Y. Die Signalverarbeitung der Ist-Lage des Werkzeugschlittens 1 und der Vergleich zur Soll-Lage und die daraus resultierende erforderliche Ansteuerung der hydraulischen Regeleinrichtung 13 zur Regelung der Taschendrücke und die daraus sich ergebende Änderung der Spaltdicken in den tangentialen Drucktaschen 7 der Seitenführung 6 und den Drucktaschen 9 der Stützführung 5 zur Lageänderung des Werkzeugschlittens 1 in Richtung X erfolgen über die Auswerteelektroniken 12. Dabei sind im Ausführungsbeispiel jeder der vier tangentialen Drucktaschen 7 der Seitenführung 6 und ebenfalls jeder der vier Drucktaschen 9 der Stützführung 5 je eine Auswerteelektronik 12 und eine hydraulische Regeleinrichtung 13 zugeordnet.

• Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen  1 Werkzeugschlitten
   2 Schwenkteil
   3 Schleifspindellager
   4 Schleifscheibe
   5 Stützführung
   6 Seitenführung
   7 Drucktasche an tangentialer Seitenführung
   8 Drucktasche an radialer Seitenführung
   9 Drucktasche an Stützführung
  10 Wegmeßsystem X-Richtung (tangential)
  11 Wegmeßsystem Y-Richtung (Hubrichtung)
  12 Auswerteelektronik
  13 hydraulische Regeleinrichtung
  14 Druckstromerzeuger
  S Schleifpunkt
  X tangentiale Richtung
  Y Hubrichtung
  a Abstand Drucktasche 7 zum Schleifpunkt S
  b Abstand Drucktasche 9 zum Schleifpunkt S

Claims (2)

1. Hydrostatisches Führungssystem eines Werkzeugschlittens an einer Zahnradwälzschleifmaschine, wobei der Werkzeugschlitten in einem Schwenkteil hubartig geradlinig bewegt wird und die Führungselemente des Werkzeugschlittens, bestehend aus Stützführung und Seitenführungen, Drucktaschen aufweisen, die durch einen Druckstromerzeuger mit einem Druckmittel beaufschlagt werden, gekennzeichnet dadurch, daß an den Seitenführungen (6) des Werkzeugschlittens (1), in tangentialer Richtung (X) zur Schleifscheibe (4), Drucktaschen (7) angeordnet sind, deren Abstand (a) zum Schleifpunkt (S) wesentlich kleiner ist, als der Abstand (b) der Drucktaschen (9) der Stützführung (5), die sich in Flucht zur Schleifscheibe (4) befindet, zum Schleifpunkt (S), wobei die Drucktaschen (7) der Seitenführung (6) und die Drucktaschen (9) der Stützführung (5) über hydraulische Regeleinrichtungen (13) und Auswerteelektroniken (12), die an ein Wegmeßsystem (10) für die X-Richtung und ein Wegmeßsystem (11) für die Y-Richtung des Werkzeugschlittens (1) geschaltet sind, steuerungsmäßig verbunden sind.

2. Hydrostatisches Führungssystem eines Werkzeugschlittens nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß an jeder Seitenführung (6) mindestens zwei tangentiale Drucktaschen (7) angeordnet sind.