DE2208708B2 - Adaptive Regelungsvorrichtung für Verzahnmaschinen, insbesondere Stirnradwälzfräsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine adaptive Regelungsvorrichtung für Verzahnmaschinen, insbesondere Stirnradwälzfräsmaschinen, mit stufenlos regelbaren Vorschub- und Frässpindelantrieben zur Regelung der Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit, bei der aufgrund vorhandener Störgrößen sich laufend verändernde Zustandsgrößen, z. B. Drehmoment, Temperatur oder Schwingungen, durch Meßeinrichtungen erfaßbar und als Istwerte Reglern zuführbar sind, von denen durch Vergleich der Istwerte mit vorgegebenen Sollwerten jeweils Regelsignale an den Vorschub- und Frässpindelantrieb abgebbar sind.

Mit diesem Oberbegriff knüpft die Erfindung an den Stand der Technik gemäß der DE-Zeitschrift »Steuerungstechnik«, 1969, Nr. 6, S. 220, Bild 3, an.

Während es bei den bekannten adaptiven Pegelungsvorrichtungen für Werkzeugmaschinen (vgl. DE-Z. »Steuerungstechnik«, 1969, Nr. 6, S. 220-224, DE-Z. »Maschinenmarkt«, 1968, Nr. 45, S. 864-866) in erster Linie darum geht, die Leistung der Maschine optimal auszunutzen, muß bei der Herstellung einer Verzahnung für eine optimale Ausnutzung einer Verzahnmaschine die Leistung mit weiteren wesentlichen Zustandsgrößen in Einklang gebracht werden. Die Einwirkungen dieser Zustandsgrößen — wie Qualität, Oberflächengüte und vorgesehener Bearbeitungsfall für die Fertigbearbeitung, die einander angepaßt werden müssen — auf die optimale Ausnutzung der vorhandenen Leistung der Verzahnmaschine lassen sich jedoch durch die an Werkzeugmaschinen bekannten adaptiven Regelungsvorrichtungen nicht regeln bzw. steuern.

Darüber hinaus ist es mit den bekannten adaptiven Regelungsvorrichtungen auch nicht möglich, den Reglern für die zu steuernden Antriebe die für den Verzahnvorgang erforderlichen, von bestimmten Funktionen abhängigen Zustandsgrößen, z. B. zu fräsender Modul, Fräserart und Bearbeitbarkeit des Werkstückmaterials, als analog wirkende Größe für den Soll-/Istwertvergleich auf einfache Weise zuzuführen.

Außerdem können durch die gegenseitig abhängige Steuerung von Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit bei den bekannten Lösungen die auf diese beiden Werte beim Verzahnvorgang speziell und unabhängig vonein-

ander wirkenden Zustandsgrößen. /. 15. Temperatur. Versehleiß, Schwingungen oder auch die Größe der Vorschubmarkierungen für eine bestimmte Oberflächengüte, nicht im genügenden Maße für die optimale Regelung dieser beiden Zerspanungswcrtc genutzt werden.

Der Zweck der Erfindung besteht deshalb darin, sämtliche beim Verzahnvorgang wirkenden und sich verändernden Zustandsgrößen für die Regelung und Steuerung der Schnittgeschwindigkeit und des Vorschubes unter Anpassung an den vorliegenden Bearbeitungsfall und an die gewünschte Genauigkeit für eine optimale Auslastung der Maschine und des Werkzeuges zur Steigerung der Arbeitsproduktivität zu nutzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine adaptive Regelungsvorrichtung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, die es gestattet, Vorschubgeschwindigkeit und Fräserdrehzahl während des Schnittes optimal an die momentanen Schniitbedingungen unter Beachtung des jeweiligen Bearbeitungsfalles anzupassen, wobei für einen Soll-/Istwertvergleich dem Regler für den Vorschubanirieb und dem Regler für den Frässpindelantrieb die den Verzahnvorgang beeinflussenden Zustandsgrößen in ihrer funktioneilen Abhängigkeit zur Vorschubgeschwindigkeit bzw. zu der Fräserdrehzahl als einfache Regelgrößen zufließen sollen.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Regler für die Schnittgeschwindigkeit ein erster Grenzwertsteller zugeordnet ist, dessen Eingang mit einem Rechner für eine maximale Fräserdrehzahl in Verbindung steht, und daß der Regler für die Vorschubgeschwindigkeit mit einem zweiten Grenzwertsteller zusammenwirkt, dessen Eingang mit einem Rechner für ein maximales Drehmoment verbunden H. wobei beide Rechner mit einer zentralen Einga'jeei.iheit in Verbindung stehen, in der die technologischen und geometrischen Daten für den Verzahnprozeß eingegeben sind, die den Rechnern als Eingangsgrößen zufließen.

Nach einem weiteren Merkmal im Rahmen der Erfindung ist der Rechner für die maximale Fräserdrehzahl eingangsseitig mit einem weiteren Rechner für die maximale Schnittgeschwindigkeit verbunden, wobei als Eingang aus der Eingabeeinheit dem erstgenannten Rechner die Werte für den Fräserdurchmesser und dem weiteren Rechner die Werte für die Fräserart, die Bearbeitbarkeit, den Normalmodul und die gewünschte Standzeit zufließen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Rechner für die maximale Schnittgeschwindigkeit aus einem Eingabepotentiometer, einem Widerstands-Dioden-Netzwerk mit nachgeschaltetem Operationsverstärker, welches die funktionell Abhängigkeit der Schnittgeschwindigkeit von der Bearbeitbarkeit verkörpert, einer umschaltbaren Rückführung für die Fräserart und einem Spannungsteiler für den zu bearbeitenden Modul.

Weiterhin besteht der Rechner für die maximale Fräserdrehzahl aus einem Eingabepotentiometer, dem zwei gekoppelte Potentiometer zugeordnet sind, und aus einem mit dem Eingabepotentiometer in Wirkverbindung stehenden Folgeregelantrieb.

Nach einem weiteren Merkmal im Rahmen der Erfindung ist der Meßeinrichtung für das Schnittdrehmoment ein Schaltverstärker zugeordnet, der mit dem Regler für den Vorschubantrieb und dem Regler für den Frässpindelantrieb in Wirkverbindung steht.

Darüber hinaus ist in Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Regler und der Drch/uhlregclcinrk'hiung für den Vorschubantrieb sowie zwischen dem Regler und der Drehzahlregeleinrichtung für den Frässpindel- -, antrieb je ein Wahlschalter angeordnet, wobei der erste Wahlschalter auf den Ausgang eines Rechners für die Vorschubgeschwindigkeit, der eingangsseitig mit der Eingabeeinheit verbunden ist und dem von der Eingabeeinheit die Werte Vorschubgeschwindigkeit,

ίο Zähnezahl des Werkstückes und Fräserdrehzahl zufließen, und wobei der zweite Wahlschalter auf einen Ausgang aus der Eingabeeinheit, der die Fräserdlrehzahl darstellt, umschaltbar ist.

Ein weiteres Merkmal im Rahmen der Erfindung besteht darin, daß dem Regler Für den Vorschubantrieb ein Regler für einen Shiftantrieb zugeordnet ist, dem aus der Eingabeeinheit eine minimale Vorschubgeschwindigkeit als Sollwert und von dem Regler für den Vorschubantrieb die momentane Vorschubgeschwin- digkeit als Istwert zufließen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird bei optimaler Ausnutzung der Verzahnmaschine und des Werkzeuges eine für den speziellen Bearbeitungsfall günstige Fertigungszeit erreicht. Dabei ist es durch den speziellen Aufbau der adaptiven Regelungsvorrichtung möglich, für den jeweiligen Bearbeitungsfall immer die Zustandsgröße auf die Regelung wirken zu lassen, die das Optimum im wesentlichen bestimmt.

So kann beispielsweise beim Verzahnen in zwei

jo Schnitten im ersten Schnitt die mögliche Zerspanungsleistung der Maschine und des Werkzeuges voll genutzt werden, während nach automatischer Umschaltung auf den zweiten Schnitt das Optimum der Vorschub- und der Schnittgesrhv, indigkeit im wesentlichen von der

i> gewünschten Qualität bestimmt und über die Rechner durch konstante Werte der Vorschub- und Frässpindelantrieb bewirkt wird.

Darüber hinaus ist es durch die unabhängige Steuerung bzw. Regelung von Vorschub- und Schinittgeschwindigkeit möglich, jeden der beiden Werte, abhängig von den speziell auf sie einwirkenden Zustandsgrößen, wirklich optimal zu gestalten und auf den Regelvorgang einwirken zu lassen. Auch bei Anwendung von großen Vorschüben, zum Beispid beim An- und Ausschnitt am Werkstück oder bei aufeinanderfolgenden Schnittzyklen ergeben sich keine Überlastungen der Maschine und des Werkzeuges. Weiterhin läßt sich der Aufwand für die adaptive Regelungsvorrichtung durch Anwendung analoger Spannungen für den Regelvorgang verhältnismäßig niedrig halten; bei Anwendung dieser Vorrichtung tritt eine wesentliche Erhöhung der Produktivität bei gleichzeitiger Verbesserung der Standzeit und der Werkstückgenauigkeit ein.
Der Anspruch 1 gilt nach Maßgabe seiner Gesamtkombination.

Die Erfindung wird nachstehend an einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild der adaptiven Regelungs-

bo vorrichtung,

F i g. 2 eine Schaltungsanordnung des Rechners für die Schnittgeschwindigkeit im Zusammenwirken mit dem Rechner für die Fräserdrehzahl.

Die Stirnradwälzfräsmaschine, an der die adaptive Regelungsvorrichtung Anwendung findet, besitzt einen stufenlos regelbaren Frässpindelantrieb 1, der über einen Getriebezug 2, einen Wälzfräser 3 und über eine abgeleitete Getriebeverbindung 4 ein Werkstück 5 in

Drehung versetzt, wobei /.wischen der Drehung des Wälzfräsers 3 und der des Werkstückes 5 die für das Verzahnen allgemein bekannte Abhängigkeit besteht. Der Wälzfräser 3 wird von einem Ständerschieber 6 parallel zur Werkstückachse verschiebbar aufgenommen. Der Ständerschieber 6 besitzt hierfür einen stufenlos regelbaren Vorschubantrieb 7. Weiterhin ist der Wälzfräser 3 auf einem Tangentialschieber 8 in Richtung der Wälzfräserachse durch einen Shiftantrieb 9 verschiebbar angeordnet.

Einer Frässpindel 10 ist eine Meßeinrichtung 11 zur Abnahme des Ist-Schnittdrehmomentes M/7 zugeordnet, die mit einem Regler 12 für den Vorschubantrieb 7 in Wirkverbindung steht. Dem Regler 12 wird ein Soll-Schnittdrehmoment M/, zugeführt, das aus den entsprechenden technologischen und geometrischen Daten für den Verzahnprozeß in einem Rechner 13 aus der Formel

M/,„..„ = c · m„^l

errechnet und über einen Grenzwertsteller 14 aus dem maximalen Schnittdrehmoment M/_m;IA bestimmt wird. Das in dem Grenzwertsteller 14 eingestellte Optimum O wird aus der gewünschten Mengenleistung des Verzahnprozesses, der Bearbeitungsqualität und der Fertigungskosten für die Bearbeitung des jeweiligen Werkstückes vorher ermittelt. Das gewünschte Optimum O stellt einen Multiplikationsfaktor für das im Rechner 13 errechnete maximale Schnittdrehmoment M/,,,,.,, dar und kann sich zwischen 0 und 1 bewegen, wobei die Häufigkeit zwischen 0,3 und 0,6 liegt.

Das Soll- und Ist-Schnittdrehmoment wird im Regler 12 verglichen, so daß der Regler 12 eine Stellgröße, die als analoge Spannung zu einem bestimmten Vorschub Sa wirkt, an eine Drehzahlregeleinrichtung 16 für den Vorschubantrieb 7 weitergibt. Die Drehzahlregeleinrichtung 16 besteht vorzugsweise aus einem Thyristorgleichrichter mit Regeleinrichtung, wobei der Thyristorgleichrichter als Leistungsverstärker für den Vorschubantrieb 7 dient. Vom Regler 12 besteht weiterhin von der Ausgabeseite her eine Verbindung zu einem weiteren Regler 17 für den Shiftantrieb 9, der durch einen Schaltimpuls unmittelbar auf den Shiftantrieb 9 wirkt und den Wälzfräser 3 über den Tangentialschieber 8 um einen vorher festgelegten Shiftweg VV₁ verschiebt. Die Meßeinrichtung 11 für das Ist-Schnittdrehmoment Mi 1 ist mit einem Schaltverstärker 18 verbunden, der auf den Regler 12 einwirkt. Darüber hinaus sind dem Wälzfräser 3 Meßeinrichtungen für den Verschleiß, im vorliegenden Ausführungsbeispiel für eine indirekte Messung des Verschleißes über die Ist-Schneidentemperatur ft/ eine Meßeinrichtung 19 und dem Maschinengestell, beispielsweise dem Ständerschieber 6, eine Meßeinrichtung 20 für die Abnahme der Ist-Schwingungen ft zugeordnet, die mit einem Vergleichcr 21 in Wirkverbindung stehen.

In den Vergleicher 21 werden, abhängig von dem Wälzfräser 3 und der Maschine, eine Soll-Schneidentemperatur ■#, und eine Soll-Schwingung Λ eingegeben, die aus Versuchen ermittelte Erfahrungswerte darstellen. Aus dem Vergleich zwischen den Soll- und Istwerten im Vergleicher 21 ergibt sich eine Stellgröße, die in einem Regler 22 für den Frässpindclantricb 1 einfließt. In dem Regler 22 liegl eine Soll-Fräscrdrchzahl n/, an, indem der Regler 22 über einen Grcnzwertstellcr 25 für die Fräserdrehzahl πι mil einem Rechner 23 für die maximale Schnittgeschwindigkeit ν,,,,η und einem Rechner 24 für die maximale Fräserdrehzahl /);,„„ verbunden ist. In dem Rechner 23 wird, ausgehend von den gewünschten Arbeitsparameiern bzw. technologischen und geometrischen Daten für den Verzahnprozeß, nach der Formel

„ B* ■ FA

die maximale Schnittgeschwindigkeit v,„.„ errechnet und an den Rechner 24 weitergegeben. Im Rechner 24 erfolgt aus der maximalen Schnittgeschwindigkeit v,_m\ und dem Fräserdurchmesser d/ nach der Formel

eine Errechnung der maximalen Fräserdrehzahl /)/,„,„, die an den Grenzwertsteller 25 weitergegeben wird. Das in dem Grenzwertsteller 25 eingestellte Optimum O wird aus der gewünschten Mengenleistung des Verzahnprozesses, der Bearbeilungsqualität und der Fertigungskosten für das zu bearbeitende Werkstück vorher ermittelt. Dieses Optimum O stellt einen Multiplikationsfaktor für die im Rechner 24 ermittelte maximale Fräserdrehzahl /?/„,.„ dar und kann sich zwischen 0 und 1 bewegen, wobei die Häufigkeit zwischen 0,6 und 0,8 liegt. Die im Regler 22 für den Frässpindelantrieb 1 anliegende Soll-Fräserdrehazhl n/_s wird von der aus dem Vergleicher 21 kommenden Stellgröße noch beeinflußt, wobei die ankommende Stellgröße einen Multiplikationsfaktor darstellt.

Aus dem Regler 22 wird an eine Drehzahlregeleinrichtung 26 für den Frässpindelantrieb 1 eine Stellgröße abgegeben. Die Drehzahlregeleinrichtung 26 ist genau wie die Drehzahlregeleinrichtung 16 aufgebaut und besitzt dieselbe Wirkungsweise. Die Drehzahlregeleinrichtung 16 ist weiterhin mit einem Rechner 27 für den Vorschub verbindbar, so daß der Drehzahlregeleinrichtung 16 über einen Wahlschalter 28 entweder die Stellgröße vom Regler 12 oder eine konstante Stellgröße vom Rechner 27 zugeführt werden kann. Zwischen der Drehzahlregeleinrichtung 26 und dem Regler 22 ist auch ein Wählschalter 29 vorgesehen, durch den die Drehzahlrcgeleinrichtung 26 vom Regler 22 abschaltbar und auf einen die Fräserdrehzahl n_t darstellenden Ausgang einer zentralen Eingabeeinheil 15 umschaltbar ist. Beide Schalter 28,29 werden von der zentralen Eingabeeinheit 15 aus betätigt.

In der zentralen Eingabeeinheil 15 können die gewünschten Arbeitsparameter bzw. technologischen oder geometrischen Daten für den Verzahnprozeß eingestellt werden. Dies sind im einzelnen ein Normalmodul /?;„, ein axialer Vorschub pro Werkstückumdrehung 5,„ die Zähnezahl des Werkstückes Z_n, ein minimaler axialer Vorschub pro Werkstückumdrehung ,9,,„„„ für das Auslösen des Shiftschriltes, eine Fräscrdrchzahl n/, einen Fräserdurchmesser di, eine Standzeil T eine Fräserart FA und eine Bearbeitbarkeit B des M Werkstoffes.

Die in Fig. 2 gezeigte Schallungsanordnung des Rechners 23 für die Schnittgeschwindigkeit ist so aufgebaut, daß an einer Glcichspannungsqucllc 30, parallel geschaltet, ein Eingabcpotcntiomctcr 31 für die μ Bearbeitbarkeit B des Werkstoffes als veränderlicher Spannungsteiler und zwei Widerstände 32, 33 als konstanter Spannungsteiler anliegen. Das F.ingabcpoicniiomelcr 31 ist mit seiner Ausgangsgröße mil einem

Widerstands-Dioden-Netzwerk 34 verbunden. Dabei isi der Gleichspannungsquellc 30 eine weitere Glcichspannungsquelle 35 zugeordnet, die dem Widerslands-Diodcn-Netzwerk 34 eine entsprechende Vorspannung zuführt. Dem Widerstands-Dioden-Netzwerk 34 ist ein Operationsverstärker 36 nachgcschaltet, dessen Rückführung 37 über einen Widerstand 38 und gegebenenfalls über einen weiteren, durch einen Schalter Ϊ4 zuschallbaren Widerstand 40 läul'i. Diese beiden Widerstände 38, 40 ändern die Verstärkung des Operationsverstärkers 36 hinsichtlich beider möglicher Fräserarten FA (Vollstahl- oder Stollcnfräser). Über die Ausgangsgröße des Operationsverstärkers 36, die bis hierher die Funktionsabhängigkeit der Bearbeitbarkeit S des Werkstoffes und die Fräserart FA zur maximalen Schnittgeschwindigkeit v,„,,, beinhaltet, besteht eine weitere Verbindung zu einem vom Normalmodul m„ abhängigen Spannungsteiler 41, der eine der ermittelten maximalen Schnittgeschwindigkeit v,„,,_v analoge Spannung ergibt.

Zur Umrechnung der dieser Schnittgeschwindigkeit v_m:n anrlogen Spannung in eine der maximalen Fräserdrehzahl n/-,,,.,, entsprechende analoge Spannung ist dem Rechner 23 noch ein Rechner 24 für die Fräserdrehzahl ni_min zugeordnet. In diesem Rechner 24 befindet sich eine konstante Gleichspannungsquelle 42, die über einen Widerstand 43 mit einem Folgeregelantrieb 44 verbunden ist. Die zweite Spannung wird von einer Gleichspannungsquelle 45 über ein als Spannungsteiler wirkendes Eingabepotentiometer 46 für den Fräserdurchmesser dr und einen Widerstand 47 dem Folgeregelantrieb 44 zugeführt. Dabei sind dem Foigeregelantrieb44zwei von ihm steuerbare Potentiometer 48, 49 zugeordnet. Das eine Potentiometer 48 befindet sich zwischen dem Potentiometer 46 und dem Widerstand 47, während das andere Potentiometer 49 unmittelbar als Spannungsteiler auf die Ausgangsspannung des Rechners 23 wirkt. Dem Potentiometer 49 ist wieder ein Operationsverstärker 50 zugeordnet, der über die Ausgangsspannung des Potentiometers 49 gespeist wird und unmittelbar mit dem Regler 22 in Verbindung steht.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung der adaptivcn Regclungsvorrichtung für eine Stirnradwälzfräsmaschine ist nach dem Blockschaltbild in F i g. 1 wie folgt:

Vor Beginn des eigentlichen Verzahnvorganges werden die für den vorliegenden Bearbcitungsfall — z. B. die Herstellung eines Stirnrades mit kleinem Modul und keiner sehr hohen Genauigkeit in einem Schnitt — erforderlichen Arbeitsparamclcr bzw. technologischen und geometrischen Daten für den Vcrzahnprozcß ermittelt bzw. festgelegt und in der Eingabeeinheit 15 eingestellt. Dies sind: der Normalmodul /?;,„ der Durchmesser des Fräsers di, die Fräscrari FA (/.. H. Vollstahlfräscr), die Bearbeitbarkeit fldcs Werkstoffes, der minimale Vorschub Sj_1111n für die Auslösung des Shiftschrittes, der Shiftwcg IV, und die gewünschte Standzeit Tdes Wälzfräser*.

Desgleichen muß auch das Optimum O für beide Grcnzwcrlsteller 14 und 25 festliegen. Nach dem Einschalten der Stirnradwälzfräsmaschine und der adaptivcn Rcgclungsvorrichlung würde der Regler 12, da noch kein Ist-Drehmoment Mi, anliegt, eine sehr große Stellgröße an die Drehzahlrcgelcinrichliing 16 abgeben, deshalb wird der Vorschub 5,, für den Beginn des Vcr/.uhnvorgangcs auf einen technologisch vertretbaren I lochst wen begrenzt. Dieser Begrenzer bcfindei sich im Regler 12. Diese analoge Ausgangsspannung des Reglers 12 wird über den Wählschalter 28 unmittelbar an die Drehzahlregeleinrichtung 16 weitergegeben, die den Vorschubantrieb 7 während des Anschnittes regelt, ι Der Regelvorgang erfolgt dabei zwischen der Drehzahlregeleinrichtung 16 und dem Vorschubantrieb 7 in bekannter Weise so lange, bis sich der der analogen Spannung entsprechende vorgegebene Vorschub S. eingestellt hat. Zur gleichen Zeit wird in dem Rechner

ι» 23 aus Bearbeitbarkeil ödes Werkstoffes. Normalmodul m„. Standzeit T und Fräserart FA die maximale Schnittgeschwindigkeit iw ermittelt und als analoge Spannung an den Rechner 24 abgegeben. In dem Rechner 24 wird die maximale Schnittgeschwindigkeit

!■'> v_nlin, abhängig von dem in der Eingabeeinheit 15 eingestellten Fräserdurchmesser di, in eine maximale Fräserdrehzahl n/,„_n umgerechnet, die als analoge Spannung über den Grenzwertsleller 25 in den Regler 22 fließt. Da der Regelkreis im Regler 22 zu diesem

2» Zeitpunkt noch nicht zugeschaltet ist, wird die vom Regler 22 abgegebene analoge Spannung nur von der maximalen Fräserdrehzahl «/,„.„ und dem im Grenzwertsteller 25 eingegebenen Optimum O gebildet. Die aus dem Rechner 24 ermittelte maximale Fräserdreh-

r> zahl /7;■„,.,., wird durch den Multiplikationsfaktor des Grenzwertstellers 25 in eine Soll-Fräserdrehzahl nr, umgerechnet, welche durch den Regler 22 als analoge Spannung unmittelbar in die Drehzahlregeleinrichtung 26 eingeht. Auch hier erfolgt der Regelvorgang

κι zwischen der Drehzahlregeleinrichtung 26 und dem Frässpindelantrieb 1 in bekannter Weise so lange, bis sich die der analogen Spannung entsprechende Soll-Fräserdrehzahl /7/-, eingestellt hat.
Mit dem auf die vorgenannte Weise eingestellten

i") Vorschub 5., und der Soll-Fräserdrchzahl ni, beginnt der eigentliche Verzahnvorgang. Der Wälzfräser 3 dringt dabei mit dem Höchstwert des Vorschubes in das Werkstück 5 ein, so daß das an der Frässpindel 10 durch die Meßeinrichtung 11 gemessene Ist-Schnittdrehmo-

4(i ment Mn sehr rasch ansteigt. Hat es eine bestimmte Größe erreicht, dann wird durch den Schaltverstärker 18 der Regelkreis des Reglers 12 zugeschaltet. Dieses gemessene Ist-Schnittdrehmoment Mn wird im Regler 12 mit einem vom Rechner 13 über den Grcnzwcrtstcl-

·)■) lcr 14 anliegenden Soll-Schnittdrehmomem M/, verglichen, und die Differenz beider Drehmomente bildet während des weiteren Verzahnvorganges die Stellgröße für den Vorschubantrieb 7. Dabei wird im Rechner 13, ausgehend von dem in der Eingabeeinheit 15 eingestell-

iii ten Normalmodul m_m eine dem maximalen Schnittdrehmoment Mi,_my analoge Spannung erzeugt und an den Grcnzwcrtsteller 14 weitergegeben. Entsprechend dem ermittelten Optimum O im Grenzwertsleller 14 wird die ankommende analoge Spannung multipliziert und nur

"ι die sich daraus ergebende analoge Spannung für das Soll-Schnittdrchmoment M/, an den Regler 12 weitergegeben.

Nachdem das gemessene Ist-Schnittdrchmomcnt Mi₁, das während des Anschnittes des Wälzfräsers 3 immer

πι ι mehr ansteigt, das Soll-Schnitldrehmoment Mu überschritten hat, beginnt der eigentliche Rcgelvorgung. Der Kegler 12 gibt in diesem Falle, ausgehend von der eingetretenen Differenz zwischen Soll· und Isl-Schnittdrchmomcnt, eine negative, analoge Spannung an die

r. Drehzahlrcgclcinrichtung 16 ab. Dadurch wird von der Drchzahlrcgclcinrichtung 16 der Vorschubantrieb 7 so verstellt, daß der Vorschub S,, absinkt. Dies bewirkt, daß auch das Ist-Sehnitldrchmoment Mi. abnimmt, wodurch

die Differenz zwischen dem Soll- und dem Ist-Sehniitdrehmoment kleiner wird. Dieser Regelvorgang läuft so lange ab, bis Soll- und Ist-Schnittdrehmonient Mi _% gleich sind. Je nach den vorliegenden Verhältnissen, z. B. der eventuellen unterschiedlichen Härte im Werkstoff des Werkstückes 5, wird im Regler 12 eine positive oder negative Spannungsdifferenz entstehen, durch die in der geschilderten Weise der Vorschub .S', verringert oder erhöht wird, um das Isi-Schniitdrehniomeni Mi₁ konstant zu halten. Steigt nun das Ist-Schnitldrehmoment Mr₁ durch einen bestimmten Verschleiß an der Werkzeugschneide immer höher an. so daß ein minimaler Vorschub S.,„„„ unterschritten wird, so wird von der analogen Ausgangsspannung im Regler 12, die auch zu dem Regler 17 für den Shiftantrieb 9 fließt, durch den Regler 17 auf den Shiftantrieb 9 ein Schaltimpuls ausgelöst. Dadurch wird der Shiftantrieb 9 nach Fertigbearbeitung eines Werkstückes 5, wenn sich Wälzfräser 3 und Werkstück 5 außer Eingriff befinden, in Tätigkeit gesetzt und durch den Tangentialschieber 8 der Wälzfräser 3 um den vorher festgelegten Shiftweg VK₁ verschoben. So kommen neue, noch scharfe Schneiden am Wälzfräser 3 für dessen gleichmäßige Abnutzung zum Einsatz, und das Ist-Schnittdrehmoment Mn sinkt wesentlich ab, was eine Erhöhung des Vorschubes 5., durch die automatische Regelung zuläßt. Der Schaltverstärker 18 wirkt aber nicht nur auf den Regler 12, sondern schaltet auch gleichzeitig den Regelkreis für den Regler 22 zu. Dadurch wird die im Regler 22 der Soll-Fräserdrehzahl m?_s entsprechende, anliegende analoge Spannung für die Fräserdrehzahl η f. gebildet aus der aus dem Rechner 24 für die Fräserdrehzahl np kommenden und durch die aus dem Grenzwertsteller 25 für die Fräserdrehzahl n/ nochmals geteilte analoge Spannung, mit einem von der aus dem Vergleicher 21 kommenden Stellgröße beeinflußt, die als Multiplikationsfaktor wirkt.

Während die Meßeinrichtung 11 für das Ist-Schnittdrehmoment Mn in der beschriebenen Weise den Vorschub 5,, regelt, wirken gleichzeitig die Meßeinrichtung 19 und 20 auf die Schnittgeschwindigkeit ν ein. Der Regler 22 gibt eine Stellgröße als analoge Spannung an die Drehzahlregeleinrichtung 26 ab. Ist die Ist-Fräserdrehzahl η η zu groß, so daß Schneidentemperatur #/ und Schwingungen Fi ansteigen, so wirkt eine negative analoge Spannung, die über die Drehzahlregeleinrichtung 26 den Frässpindelantrieb 1 so verstellt, daß die Fräserdrehzahl /jf-und damit die Schnittgeschwindigkeit ν absinken. Dabei ist der Vergleicher 21 so ausgelegt, daß auch bei verhältnismäßig niedrigen Schneidentemperaturen, jedoch bei ungünstigem Schwingungsverhalten, eine entsprechende analoge Spannung erzeugt wird, die eine Veränderung der Fräserdrehzahl ni\ bzw. der Schnittgeschwindigkeit κ bewirkt.

Zur Ermittlung eines Soll-Wertes für die Fräserdrehzahl ni\ und damit der Schnittgeschwindigkeit ν geht in der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 folgendes vor sich:

Um aus den aus der Hingabeeinheit 15 kommenden Werten für die Bearbeitbarkeit B des Werkstoffes, den Normalmodul m„, die Standzeit Γ und Fräserart FA im Rechner 23 die maximale Schnittgeschwindigkeit v„_m zu ermitteln, ist eine Gleichspannungsquelle 30 vorgesehen. Die anliegende Spannung wird durch das Eingabepotentiometer 31 für die Bearbeitbarkeit ödes Werkstoffes, welches als linearer Spannungsteiler wirkt, geteilt, wobei der eingestellte Wert als analoge Spannung dem Widerstands-Dioden-Netzwerk 34 zufließt. Gleichzeitig ist eine weitere Gleichspiinnungsquelle 35 vorhanden, die dem Widcrstands-Dioden-Net/werk 34 eine entsprechende Vorspannung erteilt. Das Widerstands-Dioden-Netzwerk 34 ist so aufgebaut, daß die einzelnen Widerstandsstufen, die eine Folge von Knicklinien verkörpern, in Form eines Polygonzuges die Funktion der Schnittgeschwindigkeit ν,,,.η von der Bearbeitbarkeit Ii des Werkstoffes darstellt. Da diese Funklionskiirve nicht im 0-Punkl des Systems beginnt.

to ist dem Eingabepotentiomeier 31 für die Bearbeitbarkeit ödes Werkstoffes noch ein konstanter Spannungsteiler, bestehend aus den Widersländen 32, 33 zugeordnet, der die durch das Widerstands-Dioden-Netzwerk 34 dargestellte Funktionskurve aus dem

ii O-Punkt entsprechend anhebt. Die Folge der einzelnen Knicklinien des vorgenannten Polygonzuges wird durch den Operationsverstärker 36 im Summenpunkt summiert. Diese aus dem Widerstands-Dioden-Netzwerk 34 fließende analoge Ausgangsspannung, die die Funktion

2Ii der Schnittgeschwindigkeit v,„,_n von der Bearbeitbarkeil B des Werkstoffes darstellt, fließt über eine Rückführung 37, in der die Art des Fräsers FA berücksichtigt ist, und beinhaltet damit als analoge Ausgangsspannung des Operationsverstäi kers 36 die Abhängigkeit der Schnitt-

r> geschwindigkeit v_min von der Bearbeitbarkeit B des Werkstoffes und der Fräserart FA des Wälzfräsers 3. Ist der Schalter 39 in der Rückführung 37 eingeschaltet, so handelt es sich um einen Vollstahlfräser, andernfalls ist ein Kippstollenfräser im Einsatz. Die aus dem

in Operationsverstärker 36 hervorgehende, vorgenannte analoge Ausgangsspannung gelangt dann noch in einen Spannungsteiler 41, dessen Schaltstufen die Abhängigkeit vom Normalmodul m„ darstellen. Damit fließt aus dem Rechner 23 eine analoge Ausgangsspannung, die

ij die Abhängigkeit der Schnittgeschwindigkeit v„_m von der Bearbeitbarkeit B des Werkstoffes, der Fräserart FA und dem Normalmodul m„ verkörpert.

Diese der Schnittgeschwindigkeit v,,,,,, analoge Ausgangsspannung wird nun in dem nachgeschalteten Rechner 24 auf die entsprechende maximale Fräserdrehzahl /)/,„,„ umgerechnet. Dies geschieht, indem an eine Gleichspannungsquelle 45 ein Eingabepotentiometer 46 angelegt ist, welches als linearer Spannungsteiler wirkt und eine positive Teilspannung, die dem

4) vorhandenen Fräserdurchmesser cfr entspricht, an ein weiteres Potentiometer 48 abgibt. Dem letztgenannten Potentiometer 48 ist noch ein Potentiometer 49 zugeordnet, welches unmittelbar an der analogen Ausgangsspannung des Rechners 23 anliegt. Steht das Potentiometer 49 in seiner obersten Stellung, so fließt die vom Eingabepotentiometer 46 kommende positive Teilspannung in den Folgeregelantrieb 44. Gleichzeitig gelangt von der konstanten Gleichspannungsquelle 42 über den Widerstand 43 noch eine zweite, jedoch negative Spannung in den Folgeregelantrieb 44. Durch die am Folgeregelantrieb 44 anliegende Spannungsdifferenz wird der Folgeregelantrieb 44 so geregelt, daß er die beiden Potentiometer 48, 49, die fest miteinander verbunden sind, so lange verstellt, bis die Spannungsdif-

bo ferenz aufgehoben ist. Die Verstelleinrichtung ist davon abhängig, ob die Spannungsdifferenz positiv oder negativ ist. Die vom Potentiometer 49 abgenommene analoge Spannung entspricht nun der aus der Schnittgeschwindigkeit ν im Rechner 24 umgerechneten Größe für die Fräserdrehzahl nr· Für die Durchführung des Regelvorganges wird diese analoge Spannung noch durch den Operationsverstärker 50 verstärkt, ehe sie in den Regler 22 für den Frässpindelantrieb I einfließt.

Bei dem vorher erläuterten Ausführungsbeispiel wurde die Standzeit T als konstante Größe angenommen. Bei veränderlicher Standzeit T müßte die Standzeit 7"genau wie die Bearbeitbarkeit ßim Rechner 23 mit elektrisch dargestellt werden, damit sie in die -, Rechnung eingehen kann.

Sollen z. B. wenige Werkstücke 5 mit einem genau definierten Vorschub .S',, und einer bestimmten Schnittgeschwindigkeit ν naehgefrüsl oder auch in einem Schnitt gut bearbeitet werden, so ist es auch möglich, ι ο den Verzahnvorgang nur über die Rechner 24, 27 zu steuern. Zu diesem Zweck wird die Schaltungsanordnung in der Eingabeeinheit 15 auf »Rechner« umgestellt, das heißt, der Wahlschalter 28 in seine rechte Schaltstellung und der Schalter 29 in seine unterste Schaltstellung gebracht. Dabei wird im Rechner 27 für den Vorschub pro Minute S'„ abhängig von dem in der Eingabeeinheit 15 eingestellten Vorschub S₁, pro Werkstückumdrehung, der Zähnezahl z„ des Werkstükkes 5 und der Fräserdrehzahl nr, ein Vorschub pro 2» Minute S', ermittelt, dessen analoge Ausgangsspannung vom Rechner 27 über den Wahlschalter 28 der Drehzahlregeleinrichtung 16 zugeführt wird. Die Drehzahlregeleinrichtung 16 steuert, ausgehend von der analogen, konstanten Spannung, den Vorschubantrieb 7 mit einem konstanten Vorschub. Für die in der Eingabeeinheit 15 eingestellte Fräserdrehzahl nr wirkt gleichzeitig eine analoge Spannung, die von der Eingabeeinheit 15 über den Schalter 29 unmittelbar in die Drehzahlregeleinrichtung 26 fließt, die den Frässpin- >:

delantrieb 7 mil einer konstanten Fräserdrehzahl nr versieht bzw. den Wälzfräser 3 mit einer konstanten Schnittgeschwindigkeit v.rbeiten liißt.

Für die Fertigbearbeitung der Werkstücke 5 mit hoher Genauigkeit in einer Aufspannung im Zweischnittverfahren lassen sich die beiden geschilderten Funktionsabläufe, z. B. optimale Regelung von Vorschub 5,, und Schnittgeschwindigkeit v, bezogen auf die Produktivität, und optimale Steuerung von Vorschub 5,, und Schnittgeschwindigkeit v, bezogen auf die Genauigkeit, auch hintereinander automatisch durchführen. Zu diesem Zweck erfolgt nach dem ersten Schnitt eine automatische Umschaltung des Wahlschalters 28 und des Schalters 29, die durch die Schaltungsanordnung in der Eingabeeinheit 15 bewirkt wird.

Ohne das Wesen des Erfindungsgegenstandes zu verlassen, ist es auch möglich, die Fräserdrehzahl ni bzw. die Schnittgeschwindigkeit ν auch vom momentanen Vorschub abhängig zu regeln. Des weiteren können auch statt der Grenzwertsteller 14, 25, externe Rechner für die Ermittlung des Optimums O nach Standzeit Tdes Werkzeuges, Arbeitsproduktivität oder der Bearbeitungskosten eingesetzt werden.

Anstatt der Schneidentemperatur Q und der Schwingungen f lassen sich im gleichen Regelsystem auch andere physikalische oder geometrische Größen, die den Verschleiß des Werkzeuges ausdrücken, zur Regelung der Schnittgeschwindigkeit ν verwenden. Dabei sind sogar verschiedene Kombinationen dieser physikalischen oder geometrischen Größen möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Adaptive Regelungsvorrichtung für Verzahnmaschinen, insbesondere Stirnradwäl/.fräsmaschi- -, nen, mit stufenlos regelbaren Vorschub- und Frässpindelantrieben zur Regelung der Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit, bei der aufgrund vorhandener Störgrößen sich laufend verändernde Zustandsgrößen, z. B. Drehmoment, Temperatur κι oder Schwingungen, durch Meßeinrichtungen erfaßbar und als Istwerte Reglern zuführbar sind, von denen durch Vergleich der Istwerte mit vorgegebenen Sollwerten jeweils Regelsignale an den Vorschub- und Frässpindelantrieb abgebbar sind, da- \> durch gekennzeichnet, daß dem Regler (22) für die Schnittgeschwindigkeit (v) ein erster Grenzwertsteller (25) zugeordnet ist, dessen Eingang mit einem Rechner (24) für eine maximale Fräserdrehzahl (nr„_m) in Verbindung steht, und daß _>/> der Regler (12) für die Vorschubgeschwindigkeit (s'_ü) mit einem zweiten Grenzwertsteller (14) zusammenwirkt, dessen Eingang mit einem Rechner (13) für ein maximales Drehmoment (Μ?_αωχ) verbunden ist, wobei beide Rechner (13; 24) mit einer zentralen r> Eingabeeinheit (15) in Verbindung stehen, in der die technologischen und geometrischen Daten für den Verzahnprozeß eingegeben sind, die den Rechnern (13; 24) als Eingangsgrößen zufließen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jo zeichnet, daß der Rechner (24) für die maximale Fräserdrehzahl (ni,,_m) eingangsseitig mit einem weiteren Rechner (23) für die maximale Schnittgeschwindigkeit (v_milK) verbunden ist, wobei als Eingang aus der Eingabeeinheit (15) dem erstge- r> nannten Rechner (24) der Wert für den Fräserdurchmesser (dl·) und dem weiteren Rechner (23) die Werte für die Fräserart (FA), die Bearbeitbarkeit (B), den Normalmodul (m„) und die gewünschte Standzeit f7?zufließen.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (23) für die maximale Schnittgeschwindigkeit (v_min) aus einem Eingabepotentiometer (31), einem Widerstands-Dioden-Netzwerk (34) mit nachgeschaltetem Operationsverstärker (36), welches die funktionell Abhängigkeit der Schnittgeschwindigkeit (v) von der Bearbeitbarkeit (B) verkörpert, einer umschaltbaren Rückführung (37) für die Fräserart (FA) und einem Spannungsteiler (41) für den zu bearbeitenden Modul (m„) besteht.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (24) für die maximale Fräserdrehzahl (iiF_lmy) aus einem Eingabepotentiometer (46), dem zwei gekoppelte Potentiometer (48; 49) zugeordnet sind, und aus einem mit dem Eingabepotentiometer (46) in Wirkverbindung stehenden Folgeregelantrieb (44) besteht.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, bo dadurch gekennzeichnet, daß der Meßeinrichtung (Jl) für das Schnittdrehmoment (Mf) ein Schaltverstärker (18) zugeordnet ist, der mit dem Regler (12) für den Vorschubantrieb (7) und dem Regler (22) für den Frässpindelantrieb(1) in Wirkverbindung steht. b5

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Regler (12) und der Drehzahlregeleinrichtung (16) für den Vorschubantrieb (7) sowie /wischen dem Regler (22) und dt·;· Drehzahlregclcinriehlung (26) für den Frässpindclantrieb (I) je ein Wählschalter (28; 29) angeordnet ist, wobei der erste Wahlschalter (28) auf den Ausgang eines Rechners (27) für die Vorschubgeschwindigkeit (s\), der eingangsseitig mit der Eingabeeinheit (15) in Verbindung steht, und dem von der Eingabeeinheit (15) die Werte Vorschubgeschwindigkeit ft,), Zähnezahl des Werkstückes (Z_u) und Fräserdrehzahl (n_t) zufließen, und wobei der zweite Wahlschalter (29) auf einen Ausgang aus der Eingabeeinheit (15), der die Fräserdrehzahl (m) darstellt, umschaltbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (12) für den Vorschubantrieb (7) ein Regler (17) für einen Shiftantrieb (9) zugeordnet ist, dem aus der Eingabeeinheit (15) eine minimale Vorschubgeschwindigkeit (s_amin) als Sollwert und von dem Regler (12) für den Vorschuban (rieb die momentane Vorschubgeschwindigkeit (s_:l) als Istwert zufließen.