DE2724602C3

DE2724602C3 - Einrichtung zur Gleichlaufregelung einer Zahnradbearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE2724602C3
Application number: DE2724602A
Authority: DE
Inventors: Arthur Wil Angst (Schweiz)
Original assignee: REISHAUER AG ZUERICH (SCHWEIZ)
Current assignee: REISHAUER AG ZUERICH (SCHWEIZ)
Priority date: 1977-06-01
Filing date: 1977-06-01
Publication date: 1979-11-22
Also published as: HU176311B; JPS6258848B2; FR2392755B1; SU822772A3; CS222260B2; US4253050A; DE2724602A1; FR2392755A1; GB1599977A; CH629990A5; IT1108507B; DE2724602B2; IT7868243A0; DD135865A5; JPS541493A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Gleichlaufregelung einer nach dem Schraubwälzverfahren arbeitenden, für ein Werkzeug und ein Werkstück getrennte Antriebe aufweisenden Zahnradbearbeitungsmaschine, mit je einem eine Impulsfolge erzeugenden Winkelschrittgeber für den Werkzeugantrieb und den Werkstückantrieb, mit einem an den Winkelschrittgeber des Werkzeugantriebs angeschlossenen, einstellbaren Teiler zur Teilung der Impulsfolge im Verhältnis der Zähnezahl des Werkstücks, mit einer Impulsvergleichsschaltung zum laufenden.digitalen Vergleich der Impulse beider Impulsfolgen bezüglich ihrer Phasenlage, und mit Schaltungsmitteln zur Erzeugung eines analogen Regelsignals aus dem Vergleichssignal zur Nachstellung des Werkstückantriebs.

Bei Zahnflankenschleifmaschinen, die nach dem Schraubwälzverfahren arbeiten, müssen die Schleifschnecke und das Werkstück bei hohen Drehzahlen mit hoher Genauigkeit in einem bestimmten Drehzahlverhältnis zueinander laufen. Das gleiche gili auch für eine Wälzfräsmaschine.

Aus der DE-PS 8 90 420 ist bereits ein Verfahren zur Erzeugung einer Regelgröße bekannt, bei welchem aus jeder von zwei oder mehr in gegenseitige Abhängigkeit zu bringenden Bewegungen eine Impulsfolge abgeleitet wird, wobei die Impulsfolgen bezüglich ihrer Frequenz miteinander verglichen werden. Nach der Größe und

Richtung der erzeugten Regelgröße kann die eine der Bewegungen nachgesteuert werden, bis eine Übereinstimmung der Impulsfolgen erzielt ist.

Eine größere Genauigkeit läßt sich erreichen, wenn gemäß der DE-PS 8 90420 Abweichungen der Phasenlage zweier aus Bewegungen abgeleiteten Impulsfolgen zur Erzeugung der Regelgröße benutzt werden, wobei die Regelgröße wiederum zur Nachsteuerung der einen Bewegung dient, so daß unter Zuhilfenahme verschiedener Teilungen auf den bewegten Körpern, d.h. ι ο dem Werkzeug und dem Werkstück, und elektrischer Impulsteilung bzw, Impulsvervielfachung die Bewegungen in jede gewünschte gegenseitige Abhängigkeit gebracht werden können.

Eine auf dem Vergleich der Phasenlage von zwei drehzahlabhängig erzeugten Impulsfolgen beruhende Werkzeugmaschine zum Herstellen von Verzahnungen nach dem Abwälzprinzip ist aus der DE-OS 24 44 975 bekannt. Bei dieser Werkzeugmaschine liefern die dem Werkzeug und dem Werkstück zugeordneten Drehgeber die gleiche oder eine um ein geradzahliges Vielfaches voneinander abweichende Impulszahl je Umdrehung. Ein Iropulsvergleicher vergleich t nur jeden der gewünschten Zähnezahl des Werkstücks entsprechenden Impuls des Werkzeugdrehgebers hinsichtlich der Lage seiner Anstiegsflanke mit der Lage der Anstiegsflanke des vom Werkstückdrehgeber gelieferten Impulses und bewirkt damit den Gleichlauf der Antriebe in Abhängigkeit von den Impulsanstiegsflanken, da die vom Impulsvergleicher erzeugte Regelgröße proportional der Winkeldifferenz der beiden Antriebe ist

Dieser bekannte Vergleich der Phasenlage der beiden drehzahlabhängig erzeugten Impulsfolgen weist den Nachteil auf, daß die vom Impulsvergleicher vorgenommene Messung der Vor- oder Nacheilung der Impulse beider Impulsfolgen abhängig von der Drehzahl des Werkzeugs ist, da beim bekannten Vergleich eine zeitabhängige Phasenerfassung erfolgt Ist die Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs nicht konstant so ist das Phasensigna¹, bei diesem bekannten Vergleich falsch. Zur Herstellung von Präzisionszahnrädern weist deshalb die bekannte Werkzeugmaschine eine unzureichende Genauigkeit auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist fin·: Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der Phasen vergleich unabhängig von der unvermeidbaren Drehzahl- bzw. Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Werkzeugs, hervorgerufen durch die stets wechselnde Schnittkraft des Werkzeugs, erfolgt Zur Lösung dieser Aufgab? wird durch die Erfindung von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, die Auflösung der erzeugten Regelgröße durch die pro Zeiteinheit mehrfach zahlreicheren Impulse des Werkzeugantriebs zu bestimmen.

Erfindungsgemäl) ist die Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet daß der einstellbare Teiler ein Teilerzähler ist, der bei Erreichen des eingestellten Zählerstandes an einem ersten Ausgang ein Impulssignal abgibt und se.bständig zurückgestellt wird, und der an einem zweiten Ausgang laufend den momentanen Zählerstand abgibt, daß der erste Ausgang des Teilerzählers und der Winkelschrittgeber des Werkstückantriebs mit je einem Eingang eines Bilanzzählers verbunden sind, an dessen Ausgang eine erste, von den Impulsen des Winkelschrittgebers des Werkstückentriebs gesteuerte Torschaltung angeschlossen ist, um jeweils beim Auftreten e^:res Impulses des Winkelschritteebers des Werkstückantriebsdie Differenz derdurch die Zähnezahl des Werkstücks geteilte Zahl der Impulse des Werkzeugantriebs und der Zahl der Impulse des Werkstückantriebs zu bilden, daß an den zweiten Ausgang des Teilerzählers eine zweite, von den Impulsen des Winkelschrittgebers des Werkstückantriebs gesteuerte Torschaltung angeschlossen ist, um die Impulse des Werkzeugantriebs im Zeitintervall zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Werkstückantriebs zu zählen, und daß mitden Ausgängen derTorschaltungen je ein Digital-Analog-Umsetzers in Verbindungstehtderen Ausgänge zur Bildung des Regelsignals additiv miteinander verbunden sind, wobei der dem zweiten Ausgang des Teilerzählers zugeordnete Umsetzer zur Vornahme der Umsetzung in Abhängigkeit vom Kehrwert der Zähnezahl des Werkstücks ausgebildet ist

Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ein analoge» Regeisignal nicht nur aus der Differenz der Zählung der Werkstückimpulseund der durch die Zähnezahl geteilten Werkzeugimpulse gebildet wird, sondern daß jeweils im Zeitintervall zwischen swei Werkstückimpulsen die Werkzeugimpulse gewählt und unter Berücksichtigung der Zähnezahl in ein zusätzliches Analogsignal umgesetzt werden, läßt sich zwischen zwei Werkstückimpulse ein Raster von Impulsen legen, das einen räumlich genauen, von der Drehzahl des Werkzeugs unabhängigen Phasenvergleich erlaubt, da die für den Phasenvergleich benutzten Werkzeugimpulse und die durch die Zähnezahl geteilten Werkzeugimpulse einem Verdrehwinkel und nicht einer zeitlichen Verschiebung entsprechen, und somit der Phasenvergleich unabhängig von Drehzahl- bzw. Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Werkzeugs ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht es, mit wenigen elektronischen Schaltungsmitteln wie Zählern, Speichern, Digital-Analog-Umsetzern, einen Phasenvergleich und damit ein Regelsignal zum Nachstellen des Werkstückantriebs zu erzielen, deren Auflösung durch die vom Winkelschrittgeber des Werkzeugantriebs gelieferten Impulse bestimmt und unabhängig von der Drehzahl des Schleifscheibenantriebs ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur Erzeugung eines analogen Regelsignals zum Nachstellen eines der beiden Antriebe einer Zahnflankenschleifmaschine näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschema der Einrichtung,

F i g. 2 zeitliche Signalverläufe in verschiedenen Punkten des Blockschemas der FI g. 1 für den Fall,daß die zeitliche Veränderung der Ist-Winkellage kleine/ ist als die entsprechende zeitliche Veränderung der Soll-Winkellage,

F i g. 3 zeitliche Signalverläufe entsprechend der F i g. 2 für den Fall, daß die zeitliche Veränderung der Ist-V/inkellage größer ist als die entsprechende zeitliche Veränderung der Soll-Winkellage,

Fig.4 ein Blockschema einer zusätzlichen Einrichtung zur elektronischen Korrektur systematischer Fehler.

Das Blockschelm der F i g. 1 enthält eine von einem nicht dargestellten Elektromotor angetriebene Schleifscheibe 1, z. B. eine Schleifschnecke, zum Schleifen der Zahnflanken eines Werkstücks 2, das ebenfalls von einem separaten, nicht dargestellten Elektromotor angetrieben ist. Sowohl mit der Schleifscheibe 1 als auch mit dem Werkstück 2 ist je e',z Winkdschrittgeber 3 bzw. 4 starr gekoppelt, welche beide für eine bestimmte Winkeländerung der sich drehenden Schleifscheibe 1 bzw. des sich drehenden Werkstücks einen Impuls liefern. Ein

bestimmter Soll-Drehwinkel der Schleifscheibe wird somit durch eine entsprechende Zahl von Impulsen am Ausgang 5 des Winkelschrittgebers 3 und der zugehörige Ist-Drehwinkel des Werkstücks durch eine entsprechende Zahl von Impulsen am Ausgang 6 des Winkelschrittgebers 4 dargestellt.

An den Ausgang des Winkelschrittgebers 3 ist ein Impulsvervielfacher 7 angeschlossen, dessen Faktor g entsprechend derGangzahl^derSchleifscheibe 1 einstellbar ist, wobei ein zugehöriges Einstellorgan mit 8 bezeichnet ist. Pro Impuls des Winkelschrittgebers 3 gibt demnach der Impiilsvervielfacher 7 an seinem Ausgang 9 die Zahl von g Impulsen ab. An den Ausgang 9 des Impulsverviclfachcrs ist ein Teilerzähler 10 angeschlossen, dessen Zählkapazität / entsprechend der Zähnezahl ζ des Werkstücks 2 einstellbar ist, wobei zur Einstellung der Zählkapazität ein Einstellorgan 11 vorgesehen ist. DerTeilerzähler 10 zählt die ankommenden Impulse. Erreicht der Zählerstand die eingestellte Zählkapazität z, so gibt der Teilerzähler lOanseinemersten Ausgang 12einen Impuls ab. Gleichzeitig wird der Teilerzähler 10 zurückgestellt, d. h. auf Null gesetzt, und beginnt die Zählung der ankommenden Impulse von neuem. An einem zweiten Ausgang 13 des Teilerzählers 10 erscheint der jeweilige, veränderliche Zählerstand.

Die Impulszahl des Winkelschrittgebers 3 der Schleifscheibe 1 kann pro Umdrehung der Schleifscheibe kleiner sein als die Impulszahl des Winkelschrittgebers 4 des Werkstücks 2 pro Umdrehung des Werkstücks, wobei dennoch die Impulszahl des Winkelschrittgebers 3 je Zeiteinheit größer sein kann als die Impulszahl des Winkelschrittgebers 4 in der gleichen Zeiteinheit. Die Berücksichtigung des Drehzahlverhältnisses erfolgt durch die erwähnte Impulsvervielfachung um den Faktor g (Gangzahl der Schleifscheibe) und die Impulsteilung durch ζ (Zähnezahl des Werkstücks).

An den ersten Ausgang 12 des Teilerzählers 10 ist ein erster, mit + bezeichneter Eingang eines Bilanzzählers 14 angeschlossen. Ein zweiter, mit — bezeichneter Eingang des Bilanzzählers 14 ist an den Ausgang 6 des Winkelschrittgebers 4 des Werkstücks 2 angeschlossen.

r*v__ n:i -Ut-- α λ u:i j_.: i:_:*_i π ι:« rv:ff ....

schlossen. Zur Umsetzung ist dem Umsetzer 31 ein erster Referenzstrom l_rer\ und dem Umsetzer 32 ein zweiter Referenzstrom /„./2 zugeführt. Der zweite Referenzstrom l„n ist einem dritten Digital-Analog-Umsetzer 33 entnommen, welchem das der eingestellten Zähnezahl ζ des Werkstücks entsprechende Digitalsignal sowie ein dritter Referenzstrom l_ren zugeführt sind. Demnach ist der dritte Digital-Analog-Umsetzer33 über eine Leitung 34 mit dem Einstellorgan 11 für die Zähnezahl verbu iden. Der Digital-Analog-Umsetzer 33 ist so ausgebildet, IaJ sein Ausgangsstrom, der Referenzstrom hrii, propo> tional dem Kehrwert der eingestellten Zähnezahl ist.

Der erste Digital-Analog-Umsetzer 31 liefert an seinem Ausgang einen Strom /ßund der zweite Digital-Analog-Umsetzer an seinem Ausgang einen St-om /s«. Die beiden Ströme In und Isb sind einer Summierschaltung 35 zugeführt, welche ihrerseits einen Ausgangsstrom U liefert, welcher als Rcgelsigna I für die Nachstellung des Antriebs des Werkstücks 2 über eine in F i g. I nicht dargestellte Einrichtung dient.

Die Funktionsweise der in F i g. I dargcstell'en Einrichtung wird nachfolgend erläutert.

Der Bearbeitungsprozeß beim Schleifen von Zahnflanken nach dem Schraubwälzverfahren verlangt, daß sich der Drehwinkel der Schleifschnecke zum Drehwinkel des Werkstücks verhält wie die Zähne;:ahl des Werkstücks zur Gangzahl der Schnecke. Die Drehzahlregelung ux's Antriebs des Werkstücks muß demnach dafür sorgen, daß die Differenz der beiden genannten Verhältnisse gleich Null ist. Wird mit <Ti„//der Drehwinkel derSchleifschnecke1(F i g. 1) und mit qp„,der Dreh winkel des Werkstücks 2 in einem bestimmten Zeitpunkt t bezeichnet, und ist, wie bereits erwähnt, die Zähne;:ahl des Werkstücks .zund die Gangzahl der Schleifschnecke g. so hat die Drehzahlregelung des Antriebs des Werkstücks die Beziehung

Ί sail ' . V i«

= 0

zu erzwingen, und zwar mittels eines analogen Regel-

* I J J —1° ° * 1 C* 1 *1 Wl' t ' 1 '. .

der Zahl der Eingangsimpulse. Der Inhalt des Bilanzzählers 14 erscheint hierbei an seinem Ausgang 15.

Die Einrichtung nach F i g. 1 enthält des weiteren Mittel zur intervallmäßigen Speicherung di r Inhalte des Bilanzzählers 14 und des Teilerzählers 10. Hierzu ist an den Ausgang 15 des Bilanzzählers 14 eine erste Torschaltung 17 und an den Ausgang 13 des Teilerzählers 10 eine zweite Torschaltung 18 angeschlossen. Die Ausgänge der Torschakangen 17 und 18 sind mit den Eingängen je eines Speichers 19 bzw. 20 verbunden. Die Steuerung der Torschaltungen 17 und 18 erfolgt über eine gemeinsame Steuerleitung 21, welche an den Ausgang einer Transferschaltung 22 angeschlossen ist. Ein Transfereingang 23 der Transferschaltung 22 ist mit dem Ausgang 6 des Winkelschrittgebers 4 des Werkstücks 2 verbunden, während ein Steuereingang 24 der Transferschaltung 22 an den Ausgang eines Binärteilers 25 angeschlossen ist. Ein Impulseingang 26 des Binärteilers 25 ist mit dem Ausgang 12 des Teilerzählers 10 und ein Rücksetzeingang 27 ebenfalls mit dem Ausgang 6 des Winkelschrittgebers 4 des Werkstücks 2 verbunden. Die Funktionsweise dieser die Transferschaltung 22 und den Binärteiler 25 umfassenden Schaltungsanordnung wird nachstehend noch erläutert.

An die Ausgänge 29 bzw. 30der beiden Speicher 19 und 20 ist je ein Digital-Analog-Umsetzer 31 bzw. 32 angegeber 3 und 4 der Schleifscheibe und des Werkstücks abgeleitet wird.

4-, Bei einer Winkeländerung der Schleifscheibe I um Δψ erzeugt der zugeordnete Winkelschrittgeber 3 einen Impuls Ms. Somit ist der Dreh winkel der Schleifscheibe 1 im Zeitintervall zwischen den Zeiten 0 und t

Wird mit A/sdie Anzahl der Impulse bezeichnet die der Winkelschrittgeber 3 pro Umdrehung der Schleifscheibe 1 erzeugt, se ist

2.T

Entsprechend werde mit Mw ein vom Winkel.schrittgeber 4 des Werkstücks 2 erzeugter Impuls und mit Nw die Anzahl der Impulse bezeichnet, die der Winkelschrittgeber 4 pro Umdrehung des Werkstücks 2 erzeugt. Dann

-rf-

^/VH-

Um das geforderte Übersetzungsverhältnis z/g zwischenderDrehzahlderSchleifscheibe 1 undder Drehzahl des Werkstücks 2 zu erzeugen, werden gemäß Fi g. I die Impulse des Winkelschrittgebers 3 der Schleifscheibe t im Impulsvervielfacher 7 mit #multipliziert und im Teilerzähler 10 durch ζ geteilt. Der Bilanzzähler 14 beinhaltet somit im Zeitpunkt t in digitaler Form die Differenz, der Zahl der Ausgangsimpulse des Teilerzählers 10 und des Winkelschrittgebers 4, also die Differenz

/V₁,

2.-T

Die Anzahl der Impulse des Whkelschrittgebers 3, welche nach der Berücksichtigung de s Übersetzungsverhältnisses g/z je Zeiteinheit im Bilarizzähler 14 eintrifft, muß mit der in der gleichen Zeiteinheit vom Winkelschrittgeber 4 an den Bilanzzähler 14 eintreffenden Anzahl von Impulsen theoretisch übereinstimmen. Dies trifft automatisch zu, wenn die Anzahl /Vsder Impulse pro Umdrehung der Schleifscheibe 1 gleich ist der Anzahl Nw der Impulse pro Umdrehung des Werkstücks 2,d. h. wenn die beiden Winkelschrittgeber gleich sind. Wird diese Impulszahl mil N bezeichnet, weil vorausgesetzt wird, daß

/V_v = .V₁, = ,V .
sii betraut dor Inhalt des Kil;in//ü>ilcrs 14 deich

,V

■)·

Wenn hingegen die Winkelschritt ieber 3 und 4 nicht gleich sind, sondern je Umdrehung verschiedene Impulszahlen abgeben, müssen die Drehzah en bzw. die Impulszahlen der Winkelschrittgeber 3 und 4 durch eine vorgebaute Über- oder Untersetzung auf das Verhältnis

gebracht werden. Die Einhaltung diener Bedingung kann aber auch durch eine im Impulsverv elfacher 7 oder im Teilerzähler 10 eingebaute Über- oder Untersetzung oder durch eine entsprechende Berüc ksichtigung bei der Eingabe von g oder ζ in den EinstePorganen 8 oder 11 durchgeführt werden.

Die Auflösung der Winkeldifferenz

in dieser an sich bekannten Form gerügt aber nicht, um die erwünschte Gleichlaufgenauigkeit zu erzielen. Vielmehr muß hierzu auch die Phasenlage der beiden Impulssignale miterfaßt werden, was erfindungsgemäß und mittels der in F i g. 1 schematisch dargestellten Einrichtung wie folgt geschieht.

Der Inhalt des Teilerzählers 10, der die mit der Gangzahl g der Schleifscheibe 1 multiplizierten Schleifscheibenimpulse durch die Zähnezahl ζ teilt, wird jeweils im Zeitpunkt, in welchem vom Winkelschrittgeber 4 ein Werkstückimpuls erzeugt wird, ausgelesen und gespeichert Gleichzeitig wird auch der Inhalt des Bilanzspeichers 14 ausgelesen und gespeichert Hierzu gibt die normalerweise von den Werkstückimpulsen gesteuerte

Transferschaltung 22 jeweils im Zeitpunkt des Auftretens eines Werkstückimpulses einen Steuerimpuls an die Torschaltungen 17 und 18 ab, die demnach in diesen Zeitpunkten den Inhalt des Bilanzzählers 14 und denjenigen desTeilerzählers lO.derzwischenOund zlmpulse enthält, in die Speicher 19 bzw. 20 überträgt.

In diesen Zeitpunkten beinhaltet der Speicher ^demnach eine Bilanz A

A =

.„)

und der Speicher 20 eine Subbilanz B, welche der PhaM silage von Ms yund Mw entspricht, in der Form

^{B =} 2,

Der Inhalt des Speichers 19 ist gemäß F i g. 1 dem Digital-Analog-Umsetzer 31 zugeführt, welcher einen Ausgangsstrom /«erzeugt, der proportional der Bilanz A (d. h. dem Inhalt des Speichers 19) und dem Referenzstrom I_n-Iι ist:

Ib=A ■ I_n, \ ■ Ai

wobei k\ die betreffende Wandlerkonstante ist.

Entsprechend ist der Inhalt B des Speichers 20 dem Digital-Analog-Umsetzer 32 zugeführt, welcher einen Ausgangsstrom Isb erzeugt, der proportional der Subbilanz ß(d. h. dem Inhalt des Speichers 20) und dem Referenzstrom l_rci2 ist:

lsi,= B ■ I_n, ₂ ■ k,

wobei kj die betreffende Wandlerkonstante ist.

Während der Referenzstrom l_n-n konstant ist, wird der Referenzstrom l_rc,₂ mittels des Digital-Analog-Umsetzers 33 aus der eingestellten Zähnezahl ζ gebildet:

wobei ki die Wandlerkonstante des Digital-Analog-Um-

Js, ,.,.«.· j *^.> IJI₁UIiUtJVi iili\.i Vll63ltUIII ' TCl S niVUvl Ulli CIIH-II

konstanten Wert hat. Insbesondere kann angenommen werden, daß I_n-Ii= Iren = h. so daß

/„ = A ■ I_n ■ A₁

'si? -B-I_n

-Ii₂

Gemäß F i g. 1 werden die Ströme der Digital-Analog-Umsetzer 31 und 32 in der Summierschaltung 35 addiert, so daß· sich ein Ausgangsstrom Ia mit dem Wert

Iλ =

I_n

A-, + B ■ I₀ ■ ^k^

A ■ A, + B "²-

ergilbt

Damit nun der Strom Isb tatsächlich ein Maß für die Phasenlage der Impulse der Schleifscheibe und des Werkstücks bildet, muß für den Fall, daß im Bilanzzähler 14 ein Impuls und im Teilerzähler ζ Impulse vorhanden sind, d. h. für

A = 1 und B=Z, gelten: I₈ = Isb-

Daraus folgt die Bedingung k\ =
lerkonstanten.
Damit wird

an die Wand 1.4— U) ' "" [¹I soll ' Z ~ '/(«)■

Der AusgangjStrom Ia der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung ist somit proportional der Winkeldiifferenz zwischen der Schleifscheibe 1 und dem Werkstück 2. Hierbei ist jedoch von wesentlichem Vorteil, daß die Auflösung dieses Ausgangsstroms der Auflösung des Winkelschrittgebers .3 der Schleifscheibe 1 entspricht, d. h. die kleinste meßbare Änderung wird durch einen Impuls des Winkelgebers 3 bestimmt. Mit anderen Worten ausgedrückt entspricht die Auflösung des Ausgangsstroms l.\ der Auflösung des Winkelschriltgebers 4 des Werkstücks 2. multipliziert mit der Zähriezahl /..

wnnocton h*>i <li>r hpWnntpn Wprk ypucmasrhinp Her

Faktor ζ der Zähnezahl für die Auflösung nicht vorliegt. Aus den F i g. 2 und 3 ist die Funktionsweise der Einrichtung der F i g. I weiterhin ersichtlich, wobei diese Figuren die zeitlichen Signalverläufe an verschiedenen Stellen im Blockschema der F i g. I darstellen, und zwar für den Fall eines nacheilenden Werkstückantriebs (F i g. 2) und eines voreilenden Werkstückantriebs. Hierbei sind die Annahmen getroffen, daß die Gangzahl £ gleich zwei und die Zähnezahl ζ gleich zwölf ist. In den Fig. 2 und 3 zeigen die folgenden zeitlichen Signalverläufe:

die erste Zeile am Ausgang 5 des Winkelschrittgebers 3 der Schleifscheibe 1,
die zweite Zeile am Ausgang 9 des Impulsvervielfa-

chers 7,

die dritte Zeile am Ausgang 12 des Teilerzählers l<0, die vierte Zeile am Ausgang 6 des Winkelschrittgebers 4 des Werkstücks,

die fünfte Zeile am Ausgang 29 des Speichers 19,
die sechste Zeile am Ausgang 30 des Speichers 20.
die siebte Zeile den Bilanzstrom /»
die achte Zeile den Subbilanzstrom I_Sa und
die neunte Zeile den Ausgangsstrom I_A.

Wie beschrieben, erfolgt die Erzeugung eines über die Leitung 21 (Fig. I) den Torschaltungen 17 und 18 zugeleiteten Transfersignals, welches die Speicherung der Inhalte des Bilanzzählers 14 und des Teilerzählers 10 in den Speichern 19 bzw. 20 bewirkt, normalerweise durch einen Werkstückimpuls, d.h. einen Impuls des Winkelschrittgebers 4. Stehen die Achsen der Schleifscheibe und des Werkstücks jedoch nahezu still, so ist es möglich, daß mehrere Schleifscheibenimpulse pro Werkstückimpuls im Bilanzzähler 14 eintreffen. Es ist in diesem Fall sinnlos, von einer Phasenlage zu sprechen, und zweckmäßigerweise werden die Transfersignale dann von den Schleifscheibenimpulsen ausgelöst.

Das hierzu vorgesehene Entscheidungsnetzwerk umfaßt den Binärteiler 25, dessen Eingang 26 die Ausgangsimpulse des Teilerzählers 10 zugeführt sind. Beim dritten, am Eingang 26 ankommenden Impuls gibt der Binärteiler 25 einen Impuls an die Transferschaltung 24 ab, wodurch ein über die Leitung 21 den Torschaltungen 17 und 18 zugeführter Transferimpuls ausgelöst wird. Trifft jedoch vor dem dritten, am Eingang 26 ankommenden Impuls ein Werkstückimpuls des Winkelschrittgebers 4 ein. so wird der Binärteiler 25 durch diesen an seinem Rücksetzeingang 27 eintreffenden Impuls zurückgestellt. Gleichzeitig löst der Werkstückimpuls am Eingang 23 der Transferschaltung 22 einen Transferimpuls aus.

Damit beim Anlauf der Zahnflankenschleifmaschine keine Drehrichtungsprobleme entstehen, werden die Drehrichtungen der Achsen der Schleifscheibe und des Werkstücks durch eine vorzeichenrichtige Erzeugung des Ausgangsstroms Ia berücksichtigt. Der Impulsvervielfacher 7, der Teilerzähler 10 und der Bilanzzähler 14 erfassen beide Drehrichtungen, indem die genannten Zähler als Vor/Rückwärts/ähler ausgebildet sind. Der Bilanz/ähler 14 zählt Vorwärtsimpulse des Winkelschrittgebers 3 positiv, Rückwärtsimpulse des Winkel-Schrittgebers 3 negativ. Vorwärtsimpulse des Winkelschrittgebers 4 negativ und Rückwärtsimpulse des Winkelschrittgebers 4 positiv. Bei der weiteren beschriebenen Signalverarbeitung erfolgt die Berücksichtigung rips Vor/cirhcns niiiomiiiisch. Somit kann dann die Regelung des Werkstückantriebs das Werkstück der Schleifscheibe in beiden Drehrichtungen nachlaufen lassen.

Es ist bekannt, /ur Bearbeitung von schrägverzahnten Werkstücken zwecks Erzeugung einer Zusatzdrehbewegung des Werkstücks dem Regler ein Zusatzsignal, insbesondere Zusatzimpulse, zuzuführen, welches von der Vorschubbewegung des Werkstücks bezüglich des Werkzeugs abgeleitet wird, insbesondere also von der Vorschubbewegung des Werkslückschlittens. Gemäß einem Vorschlag der Anmelderin (Patentanmeldung P 97 24 664.6) wird eine solche von der Vorschubbewegung abgeleitete Impulsfolge dem Regler der zwangslaufgesteuerten Zahnradbearbeitiingsmaschine über einen Teiler in digitaler-inkrenientalcr Form und über einen Digital-Analog-Umsetzer in analoger Form zugeführt. Bei der vorgängig anhand der F i g. I beschriebenen Einrichtung kann eine solche Zuführung des Zusatzsignals für die Bearbeitung schrägverzahnter Werkstücke in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß das genannte digital-inkrementale Zusatzsignal an den Eingang des Bilanzzählers 14 und das analoge Zusatzsignal an den Eingang der Summierschaltung 35 geleitet wird. Es hat sich gezeigt, daü beim vorliegenden Uleichlauf-Regelungsverfahren die durch den beschriebenen Phasenvergleich erzielte Genauigkeit derart groß ist, daß sich systematische Fehler der Bearbeitungsmaschine, insbesondere werkstückseitige. bereits störend bemerkbar machen können. Solche systematische Fehler sind vor allem im Zusammenhang mit dem Winkelschrittgeber des Werkstückantriebs festgestellt und gemessen worden, indem die vom Winkelschrittgeber des Werkstücks für eine vollständige Umdrehung des Werkstücks erzeugte Impulsfolge nicht genau den zugehörigen Drehwinkelinkrementen entspricht, sondern über eine Umdrehung des Werkstücks gemäß einer systemfehlerbedingten, meßbaren Fehlerkurve verläuft. Die anhand des Blockschemas der F i g. 4 nachstehend erläuterte Maßnahme gestattet es. mit einfachen Mitteln solche systematische Fehler auf elektronischem Wege zu korrigieren und dadurch die durch die systematischen Fehler beschränkte, an sich große Genauigkeit des vorliegenden Gleichlauf-Regelungsverfahrens wiederherzustellen.

In F i g. 4 sind entsprechend F i g. 1 das von einem Elektromotor angetriebene Werkstück 2 und der mit dem Werkstück starr gekoppelte Winkeischrittgeber 4 schematisch dargestellt. Ein bestimmter Ist-Drehwinkel des Werkstücks 2 bewirkt, wie bereits erwähnt, am Aus-

Il

gang » des Winkelschrittgebers 4 eine entsprechende Anzahl von Impulsen, die über eine Leitung 37 einem Regler 38 zugeführt sind, welcher hier schematisch die Einrichtung der F i g. I wiedergibt. Dem Regler 38 sind über eine Leitung 39 ferner dem Soll-Drehwinke! des Werkzeugs entsprechende Impulse zugeführt, also die Ausgangsimpulse des Winkelschrittgebers 3 in Fig. I. Der Regler 38 erzeugt das analoge Regelsignal l\ (vgl. auch Fig. I), welches nach geeigneter Verstärkung in einem Verstärker 40 den Antrieb des Werkzeugs 2 steuert.

Die vorliegende Maßnahme beruht nun darauf, dem Regelsignal in einer Summierschaltung 41 ein Korrcktursignal zuzuführen, welches einen systematischen Fehler des Winkelschrittgebers 4 einschließlich eines allenfalls vorhandenen Interpolators und der mechanischen Übertragungsglieder berücksichtigt, d. h. eine Abweichung von der Kongruenz eines durch den Winkclschrittgeber 4 erzeugten Impulses mit einem bestimmten, korsiGnten Drehwinkelinkrement, und zwar je Umdrehu~2 des Werkstücks. Hierzu is', in einem Lesespeicher 42 (Festspeicher, »read-only-memory«) in digitaler Form eine Korrekturkurve gespeichert, die aufgrund der über eine Umdrehung des Werkstücks gemessenen Abweichungen der Impulse des Winkelschrittgebers 4 von deren theoretischem, drehwinkelproportionalen Auftreten in den Lesespeicher 42 eingegeben worden sind. Die gespeicherten Korrekturwerte werden während des Betriebs synchron ausgelesen und nach Umsetzung in einem Digital-Analog-Umsetzer 43 in der Summierschaltung 41 üem Reglersignal l,\ zugefügt. Statt der separaten Summierschaltung 41 kann das analoge Korrektursignal auch direkt der Summierschaltung 35 der F i g. I zugeführt werden.

Zur Adressierung des Lesespeichers 42 ist dieser an einen Zähler 44 angeschlossen, dessen Zähleingang die Impulse des Winkelschrittgebers 4 des Werkstücks 2 über die Leitung 37 zugeführt werden und dessen Indexierung ebenfalls durch den Winkelschrittgeber 4 über eine Leitung 45 erfolgt.

Für das analoge Korrektursignal ist eine Auflösung von etwa 2% zweckmäßig, was eine Wortlänge von 6 bit ergibt. Ferner ist es zweckmäßig, jeweils nach einem Drehwinkel von etwa 1,5° ein digitales Korrektursignal zu erzeugen. Hieraus ergibt sich, daß der Lesespeicher 42 etwa 6 ■ 256 = 1536 Speicherplätze aufweisen soll, was sich mitsamt der zugehörigen, beschriebenen Adressierschaltung ohne große Kosten erzielen läßt.

Hierzu } UKiIi Zcii.hniin«i:ii

Claims

Patentansprüche;

1. Einrichtung zur Gleichlaufregelung einer nach dem Schraubwälzverfahren arbeitenden, for ein Werkzeug und ein Werkstück getrennte Antriebe aufweisenden Zahnradbearbeitungsmaschine, rriit je einem eine Impulsfolge erzeugenden Winkelschrittgeber für den Werkzeugantrieb und den Werkstückantrieb, mit einem an den Winkelschrittgeber des Werkzeugantriebs angeschlossenen, einstellbaren Teiler zur Teilung der Impulsfolge im Verhältnis der Zähnezahl des Werkstücks, mit einer Impulsvergleichsschaltung zum laufenden, digitalen Vergleich der Impulse beider Impulsfolgen bezüglich ihrer Phasenlage, und mit Schaltungsmitteln zur Erzeugung eines analogen Regelsignals aus dem Vergleichssignal zur Nachstellung des Werkstückantriebs, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Teiler ein Teilerzähler (10) ist, der bei Erreichen des eingestellten Zählerstandes an einem ersten Ausgang (12) ein Impulssignal abgibt und selbständig zurückgestellt wird, und der an einem zweiten Ausgang (13) laufend den momentanen Zählerstand abgibt, daß ein erster Ausgang (12) des Teilerzählers (10) und der Winkelschrittgeber (4) des Werkstückantriebs (2) mit je einem Eingang eines Bilanzzählers (14) verbunden sind, an dessen Ausgang (15) eine erste, von den Impulsen des Winkelschrittgebers (4) des Werkstückantriebs (2) ge- jo steuerte Torschaltung (17) angeschlossen ist, um jeweils beim Auftreten eines Impulses des Winkelschrittgebers (4) des VferkstUckantriebs (2) die Differenz der durch die Zähneaahl des Werkstück» geteilte Zahl der Impulse des W. rkzeugantrieb:; (1) j-, und der Zahl der Impulse des Werkstückantriebs (2) zu bilden, daß an einem zweiten Ausgang (13) des Teilerzählers (10) eine zweite, von den Impulsen des Winkelschrittgebers (4) des Werkstückantriebs (2) gesteuerte Torschaltung (18) angeschlossen ist, um die Impulse des Werkzeugantriebs (1) im Zeitintervall zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgende Impulsen des Werkstückantriebs (2) zu zählen, und daß mit den Ausgängen der Torschaltungen (17, 18) je ein Digital-Analog-Umsetzer (31,32) in Verbindung steht, deren Ausgänge zur Bildung des Regelsignals additiv miteinander verbunden sind, wobeii der dem zweiten Ausgang (13) des Teilerzählers (10) zugeordnete Umsetzer (32) zur Vornahme der Umsetzung in Abhängigkeit vom Kehrwert der Zähnezahl w des Werkstücks ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgängen der Torschaltungen (17, 18) und den Eingängen der zugeordneten Digital-Analog-Umsetzer (31, 32) je ein Speicher (19, 20) geschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Winkelschrittgeber (3) des Werkzeugantriebs (I) und dem Eingang des Teilerzählers (10) ein einstellbarer Impulsvervielfacher (7) geschaltet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Digital-Analog-Umsetzer (31), welcher dem Ausgang (lii) des. Bilanzzählers (14) zugeordnet ist, ein konstanter Refe- b^r> renzstrom (hen) und dem Digital-Analog-Umsetzer (32), welcher dem zweiten Ausgang (13) des Teilerzählers (10) zugeordnet ist, ein dem Kehrwert der Zähnezahl des Werkstücks proportionaler Referenzstrom (Iren) zuführbar sind,

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zuführung eines Referenzstromes (!reft) an den dem Teilerzähler (10) zugeordneten Digital-Analog-Umsetzer (32) einen waiteren Digital-Analog-Umsetzer (33) umfassen, welcher an das digitale Einstellorgan (11) für den Teilerzähler (10) angeschlossen ist und welcUem ein konstanter Referenzstrom (I^n) zugeführt ist

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transferschaltung (22) vorgesehen ist, welche zur Auslösung und gemeinsamen Abgabe von Steuerimpulsen an die Torschaltungen (17, 18) einerseits an den Winkelschrittgeber (4) des Werkstückantriebs (2) und andererseits an einen Binärteiler (25) angeschlossen ist, dessen Zähleingang (26) mit dem ersten Ausgang (12) des Teilerzählers (10) und dessen Rücksetzeingang (27) mit dem Winkelschrittgeber (4) des Werkstückantriebs (2) verbunden ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Summierung des Regelsignals mit einem Korrektursignal, welches systematische Abweichungen der Impulsfolge des Winkelschrittgebers (4) des Werkstückantriebs (2) über eine Umdrehung des Werkstücks berücksichtigt, ein Festspeicher (42) vorgesehen ist, in welchem den Abweichungen entsprechende Korrekturwerte digital gespeichert sind und dessen Ausgang über einen Digital-Analog-Umsetzer (43) an eine Summierschaltung (35; 41) für das Regelsignal und das Korrektursignal angeschlossen ist, wobei der Festspeicher (42) zu seiner Adressierung mit einem Zähler (44) verbunden ist, dessen Zähleingang die Impulse des genannten Winkelschrittgebers (4) zugeführt sind und dessen Indexierung durch diesen Winkelschrittgeber (4) erfolgt.