DE2724664A1

DE2724664A1 - Verfahren zur erzeugung einer zusatzdrehbewegung eines schraegverzahnten zahnrad-werkstuecks in einer zwangslaufgesteuerten, nach dem schraubwaelzverfahren arbeitenden zahnrad-bearbeitungsmaschine und einrichtung zur ausfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2724664A1
Application number: DE19772724664
Authority: DE
Inventors: Arthur Angst
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 1977-06-01
Filing date: 1977-06-01
Publication date: 1978-12-07
Also published as: FR2392756A1; US4178537A; DD135866A5; IT7868242A0; HU176312B; CH629989A5; IT1108506B; SU833174A3; GB1599978A; CS247053B2; JPS5943253B2; JPS53148796A; DE2724664B2; DE2724664C3; FR2392756B1

Description

28.4.1977 HF/rü

Reishauer AG, 8005 Zürich (Schweiz)

Verfahren zur Erzeugung einer Zusatzdrehbewegung eines schrägverzahnten Zahnrad-Werkstücks in einer zwangslaufgesteuerten, nach dem Schraubwälzverfahren arbeitenden Zahnrad-Bearbeitungsmaschine und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer Zusatzdrehbewegung eines schrägverzahnten Zahnrad-Werkstücks in einer elektronisch zwangslaufgesteuerten, nach dem Schraubwälzverfahren arbeitenden Zahnradbearbeitungsmaschine, die für das Werkzeug und das Werkstück getrennte Drehantriebe aufweist, bei welchem Verfahren einem Regler, welchem von der Drehzahl jedes Antriebs abhängige Folgen von Impulsen zugeführt werden, die zur Erzeugung eines Regelsignals zur Nachstellung des Werkstückantriebs miteinander verglichen werden, zudem ein Zusatzsignal zugeführt wird, das von einem Längsvorschub des Werkstücks bezüglich des Werkzeugs abgeleitet wird.

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Bekanntlich muss beim Schleifen von schrägverzahnten Stirnrädern
im Schraubwälzverfahren und auch beim analogen Wälzfräsen das
Zahnrad-Werkstück bei seiner axialen Relativverschiebung bezüglich des Schleif- bzw. Fräswerkzeugs, d.h. bei der Ausführung der oszillierenden Vorschubbewegungen bei der Zweiwegbearbeitung bzw. der Vorschub- und Rücklaufbewegung bei der Einwegbearbeitung jeweils eine Zusatzdrehbewegung ausführen, welche vom Modul, von der Zähnezahl und dem Zahnschrägungswinkel abhängt. Diese Zusatzdrehbewegung muss der Drehbewegung des Zahnrad-Werkstücks, wie sie
einem geradverzahnten Werkstück entsprechen würde, je nach Richtung der relativen Längsvorschubbewegung zwischen dem Werkstück
und dem Werkzeug, additiv oder subtraktiv überlagert werden.

Es ist aus der deutschen Patentschrift 1 248 964 eine elektronische Wälzfräsmaschinensteuerung bekannt, bei welcher von der Welle des Fräsers und der Welle des Werkstücks drehzahlabhängige Impulsfolgen abgeleitet werden, die für eine bertimmte Zähnezahl des zu fräsenden Zahnrades zur Erzielung einer festen Uebersetzung ein bestimmtes Verhältnis aufweisen, wozu Impulsteiler oder Multiplikatoren für die Impulsfolgen vorgesehen werden können. Die beiden
Impulsfolgen werden miteinander verglichen, und aus dem Vergleich wird ein Regelsignal zur Nachstellung des Werkstückantriebs gewonnen, so dass ein Zwangslauf des Werkstückantriebs in Abhängigkeit vom Fräserantrieb vorliegt. Um die für ein schrägverzahntes Werkstück erforderliche Zusatzdrehbewegung zu erzielen, werden Zusatz-

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impulse erzeugt, die der einen Impulsfolge additiv bzw. subtraktiv zugefügt werden. Die Zusatzimpulse können hierbei z.B. an der Vorschubwelle für den Frässchlitten abgeleitet werden. Eine solche Impulsaddition bzw. -subtraktion entspricht in ihrer Wirkung derjenigen eines bekannten mechanischen Differentials in Wälzfräsmaschinen zur Berücksichtigung des Schrägungswinkels und wird deshalb oft als elektrisches oder elektronisches Differential bezeichnet.

Aus der deutschen Auslegeschrift 22 55 514 ist eine Zahnradschleifmaschine mit elektrisch gesteuertem Werkstückspindelantrieb bekannt, welche zur Erzeugung der Zusatzdrehbewegung für das schrägverzahnte Werkstück das obenerwähnte Verfahren der Erzeugung von Zusatzimpulsen benutzt. Bei dieser bekannten Maschine erfolgt die Ermittlung und Ueberlagerung der Zusatzdrehbewegung auf mechanischelektronischem Weg, indem die Wegmessung des die Vorschubbewegung ausführenden Werkstückschlittens auf indirektem Weg, d.h. über eine Kugelrollspindel-Einheit ausgeführt wird, bei welcher die Kugelrollspindel mit einem Drehzahl-Impulswandler gekuppelt ist. Die erzeugten Impulse werden über eine Frequenzteilerschaltung einer einen Digital-Analog-Umsetzer enthaltenden Koordinierungsschaltung zugeführt, welcher auch die drehzahlabhängig erzeugten Impulse des Werkzeugs, d.h. der Schleifscheibe, und des Werkstücks zugeführt sind. Durch die Anwendung einer Kugelrollspindel-Einheit für die Wegmessung muss auch im günstigsten Fall mit einem Uebertragungs- fehler von 0,002 bis 0,003 mm gerechnet werden, der für das Zahn-

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- A

flankenschleifen von hochpräzisen Zahnrädern zu gross ist. Weitere Ungenauigkeiten entstehen dadurch, dass in der Koordinierungsschaltung die in der Frequenz geteilte Impulsfolge des Werkstückschlittens und die vervielfachte und geteilte Impulsfolge des Werkstückschlittens und die vervielfachte und geteilte Impulsfolge des Werkzeugs mit der Impulsfolge des Werkstücks direkt verglichen werden.

Es sind auch andere Folgesteuerungen, die ein digitales Wegmesssystem mit einer Impulsvervielfachung enthalten, bekannt, so beispielsweise ein Elektronik-Bau; teinsystem (Zeiss Informationen Oberkochen, Nr. 80/1972), bei welchem die Amplitudenschwankungen des abgetasteten Signals sich in Messfehlern zeigen, oder beispielsweise eine Impulsvervielfachung mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (Roland Best, Theorie und Anwendungen des Phase-lockes Loops, Elektroniker, Nr. 10/1976), bei welchem das Ausgangssignal mit einem Schleppfehler behaftet wird. Diese bekannten Verfahren und Mittel können jedoch für das Zahnflankenschleifen von hochpräzisen Zahnrädern nicht angewendet werden, weil sie entweder zu ungenau sind oder zu wenig rasch arbeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine in extrem kurzen Zeitabschnitten, d.h. innerhalb 2 bis 3 Mikrosekunden, wirkende Eingabe von in ausreichender Dichte folgenden Impulssignalen der durch ein Weglasset)!^ 4 9 / 0 3 2 8

System genau gemessenen Längsverschiebungen des Werkstücks bezüglich des Werkzeugs in das Steuerungssystem für den Zwangslauf des Werkstücks in Form von Impulsüberlagerungen ermöglicht und das demnach die aus Gründen der sich laufend ändernden Schnittkräfte, der unstetigen Reibungskräfte, der Verzögerungen und Beschleunigungen der Schlittenreversierung usw. unvermeidlichen Aenderungen der Schlittengeschwindigkeit berücksichtigt.

Erfindungsgemäss ist das Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass vom Längsvorschub des Werkstücks abhängige Massstabimpulse erzeugt werden, dass nach Beginn jedes durch zwei aufeinanderfolgende Massstabimpulse begrenzten Intervalls in zeitlich mindestens angenähert gleichmässiger Folge eine bestimmte, konstante Anzahl von Zwischenimpulsen erzeugt wird, wobei der Abstand der Zwischenimpulse in diesem Intervall aufgrund einer Messung der Länge des vorangehenden Intervalls und einer mindestens angenähert gleichmässigen Verteilung der bestimmten Anzahl von Zwischenimpulsen auf die gemessene Intervallänge bestimmt wird, und wobei in jedem Intervall, das langer als das vorangehende ist, nach dem letzten der mit der bestimmten Anzahl erzeugten Zwischenimpulse ein impulsfreier Intervallabschnitt gelassen wird, und bei jedem Intervall, das kürzer als das vorangehende ist, die überzähligen Zwischenimpulse im nachfolgenden Intervall zwischen dem Beginn des nachfolgenden Intervalls bildenden Massstabimpuls und dem ersten auf diesen folgenden Zwischenimpuls mit einer höheren

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Impulsfolgefrequenz erzeugt werden, und dass die in allen aufeinanderfolgenden Intervallen erzeugte Folge der Massstabimpulse und der Zwischenimpulse dem Regler als Zusatzsignal zugeführt wird.

Beim erfindungsgemässen Verfahren kann durch das definierte Einbringen gleichmässig verteilter Zwischenimpulse zwischen je zwei Wegmessimpulsen die sich laufend ändernde Frequenz der Impulse des Wegmess-Systems innert kürzester Zeit und mit hoher Auflösung erfasst und zur Bewirkung der Zusatzdrehbewegung des Werkstücks ohne weitere Verzögerung und Ungenauigkeiten ausgenützt werden. Zudem sind mechanische Uebertragungsfehler durch die Verwendung eines Massstabimpulse erzeugenden direkten Wegmess-Systems gänzlich vermieden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Einrichtung zur Ausführung des oben definierten Verfahrens, welche eine aus einem optischen Massstab und einem zugehörigen, Massstabimpulse erzeugenden Lesekopf bestehenden Wegmesseinrichtung für einen Längsvorschubschlitten der Zahnradbearbeitungsmaschine aufweist. Erfindungsgemäss ist die Einrichtung gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen konstanter Frequenz, die grosser ist als die um die bestimmte, konstante Zahl vervielfachte Frequenz der Massstabimpulse, durch erste Schaltungsmittel zur Teilung der Impulse des Impulsgenerators durch die bestimmte, konstante Zahl und zur Zählung der geteilten Impulse während jedes zwischen einem ersten und einem zweiten Massstabimpuls liegenden Intervalls, durch zweite Schaltungsmittel zur Teilung der Impulse des Impuls-

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- ir -

generators in jedem Intervall durch das Resultat der Zählung der ersten Schaltungsmittel, und durch an die zweiten Schaltungsmittel angeschlossene dritte Schaltungsmittel zur Zufügung der durch die zweiten Schaltungsmittel erzeugten Impulse zu den Massstabimpulsen, wobei die dritten Schaltungsmittel Torschaltungen zur Sperrung der Impulse der zweiten Schaltungsmittel enthalten, wenn deren Anzahl im Intervall zwischen dem zweiten und einem dritten MassStabimpuls die bestimmte konstante Zahl erreicht bzw. zur Zufügung von Impulsen des Impulsgenerators nach dem dritten Massstabimpuls, wenn im Intervall zwischen dem zweiten und dritten Massstabimpuls die Anzahl der Impulse der zweiten Schaltungsmittel die bestimmte, konstante Zahl nicht erreicht.

Anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten, als elektronisches Differential wirkenden Einrichtung und einiger zeitlicher Impulsdiagramme wird das erfindungsgemässe Verfahren nachstehend beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Steuerungssystems in einer Zahnradschleifmaschine, mit einer Einrichtung zur Erzeugung der beim Schraubwälzschleifen von schrägverzahnten Stirnrädern erforderlichen Zusatzdrehbewegung,

Fig. 2a und 2b zeitliche Impulsdiagramme der beim erfindungsgemässen Verfahren erzeugten Massstabimpulse und Zwischenimpulse ,

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Fig. 3 ein Blockschema der Einrichtung der Fig. 1 zur Erzeugung der Zusatzdrehbewegung,

Fig. 4a eine graphische Darstellung einer in der Einrichtung der Fig. 3 erzeugten Impulsfolge,

Fig. 4b eine graphische Darstellung von aus der Impulsfolge der Fig. 4a abgeleiteten Impulsen, welche einem Regler der Fig. 1 als grobe Lagemeldung zugeführt werden,

Fig. 4c eine graphische Darstellung eines aus der Impulsfolge der Fig. 4a abgeleiteten Analogsignals, welches dem Regler der Fig. 1 als feine Lagemeldung zugeführt wird.

Gemäss Fig. 1 ist in einer nach dem Schraubwälzverfahren arbeitenden Zahnradschleifmaschine in an sich bekannter Weise an einer Werkzeugspindel 1 einer Schleifschnecke 2 ein Winkelschrittgeber angebracht, der in Abhängigkeit von der Drehzahl der Schleifschnecke 2 eine Sollwert-Impulsfolge I abgibt. In analoger Weise ist an einer Werkstückspindel 4 eines Werkstückmotors 5, der als Werkstück ein schrägverzahntes Zahnrad 6 antreibt, ein weiterer Winkelschrittgeber 7 angebracht, der in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors 5 und damit der Drehzahl des Zahnrads 6 eine Istwert-Impulsfolge I abgibt. Die Sollwert-Impulsfolge I und die

w s

Istwert-Impulsfolge I sind einem Regler 8 zugeführt, der eine

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'5

elektrische Einheit enthält, in welcher die beiden Impulsfolgen beispielsweise bezüglich der gegenseitigen Phasenlage der Impulse der beiden Folgen miteinander verglichen werden, wobei im Regler 8 bei fehlender Uebereinstimmung der Impulsfolgen ein Signal erzeugt wird, welches dem Werkstückmotor 5 zwecks dessen Nachstellung zugeführt wird. Die Gangzahl der Schleifschnecke 2 und die Zähnezahl des Zahnrades 6 werden dabei in geeigneter Form in den Regler 8 eingegeben. Dieses nicht im einzelnen dargestellte Steuersystem ist in bekannter Weise zur Nachstellung des Drehantriebs eines geradverzahnten Zahnrades vorgesehen.

Für das Schleifen von schrägverzahnten Stirnrädern muss für dieses eine.Zusatzdrehbewegung erzeugt werden, was in an sich bekannter Weise mittels eines mechanischen, mit Wechselrädern ausgerüsteten Differentialgetriebes oder, in vorteilhafter Weise, mittels Erzeugung von zusätzlichen, dem Regler 8 zugeführten Impulsen bewerkstelligt werden kann. Eine Einrichtung zur letztgenannten Erzeugung und Zuführung die Zusatzdrehbewegung bewirkender Impulse wird im folgenden als elektronisches Differential bezeichnet.

In der Fig. 1 ist ein Werkstückschlitten 9 angedeutet, der durch einen ebenfalls angedeuteten Support 10 getragen wird und welcher eine Vorschubbewegung h des Zahnrades 6 in dessen axialer Richtung ausführt. Zur Erzeugung der notwendigen Weginformation über die Bewegung des Schlittens 9 ist ein an sich bekanntes digitales

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Wegmess-System 11 vorgesehen, das aus einem optischen Massstab 12 und einem zugehörigen Lesekopf 13 besteht, wobei der optische Massstab 12 am Schlitten 9 und der Lesekopf 13 am Gehäuse des Supports 10 befestigt ist. Der Lesekopf 13 erzeugt wegabhängig Impulse L. Die Messung der Verschiebung des Schlittens 9 und damit des Zahnrads 6 erfolgt demnach direkt am Schlitten 9, d.h. ohne Zuhilfenahme von mechanischen Uebertragungsgliedern wie Zahnstange und Ritzel, Kugelrollspindel und Kugelumlaufmutter, Zahnradgetriebe usw. Mechanische Fehlerquellen sind aus diesem Grunde praktisch ausgeschlossen.

Die vom Wegmess-System 11 in Form der Impulse L eingehenden Weginformationen sind dem erwähnten elektronischen Differential 14 zugeführt. In das elektronische Differential 14 werden die für die Beziehung zwischen der Schlittenbewegung und der Zusatzdrehbewegung erforderlichen Daten eingegeben, nämlich der Modul m, die Zähnezahl ζ und der Zahnschrägungswinkel Jo des zu schleifenden schrägverzahnten Stirnrades 6, dessen doppelter Teilkreisradius r bekanntlich m · ζ / cosjj ist. Die genannten Daten werden nachstehend als Faktor b bezeichnet.

Für die Erzeugung der Zusatzdrehbewegung muss hierbei ein bestimmtes Verhältnis der Zahl der Istwert-Impulse I des Werkstücks

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zur Zahl der wegabhängig erzeugten Massstabimpulse I_M, jeweils pro Zeiteinheit, vorhanden sein. Dieses durch den Faktor b dargestellte Verhältnis errechnet sich wie folgt:

I N w w

-γ— = · sin

T-m-z-q

worin bedeuten:

I die Zahl der Werkstückimpulse pro Zeiteinheit,

die Zahl der Massstabimpulse pro Zeiteinheit,

N die Zahl der Werkstückimpulse pro Umdrehung,

q die Massstabkonstante (Zahl der Impulse pro Meter)

Das richtige Verhältnis wird also mit der Berechnung und Einstellung des Faktors b hergestellt.

Zur Eingabe des Faktors b in das elektronische Differential 14
ist ein in Fig. 1 schematisch dargestelltes Einstellorgan 15 vorgesehen, das später anhand der Fig. 3 noch näher erläutert wird.
Unter Berücksichtigung des Faktors b und unter Einbezug der Drallrichtung der Zähne und der Vorschubrichtung des Schlittens werden

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im elektronischen Differential 14 die Impulse I„ verarbeitet, wobei, wie nachfolgend beschrieben, auch eine vorwählbare Vervielfachung der Wegimpulse L zum Zwecke einer grösseren Auslösung der Wegmessung erfolgt.

Das aus dieser Verarbeitung resultierende Signal des elektronischen Differentials 14 wird in Form einer Impulsfolge I., · b dem Regler 8 zugeführt, wo die Impulsfolge I». · b der Impulsfolge I des an der Werkzeugspindel 1 angebrachten Winkelschrittgebers 3 überlagert werden, um durch Vergleich mit der Impulsfolge I des Werkstückantriebs ein den Werkstückmotor 5 beeinflussendes Signal zu erzeugen, das die notwendige Zusatzdrehbewegung in sehr genauer Weise bewirkt.

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird mit Beginn jedes durch zwei aufeinanderfolgende Massstabimpulse I., der Fig. 1 begrenzten Intervalls in zeitlich mindestens angenähert gleichmässiger Folge eine bestimmte, konstante Anzahl von Zwischenimpulsen erzeugt. Anders ausgedrückt wird eine vorwählbare Vervielfachung der Massstabimpulse I-. des Wegmess-Systems 11 des die Vorschubbewegung ausführenden Schlittens 9 um einen bestimmten Faktor ρ vorgenommen, indem die Einfügung der entsprechenden Anzahl von p-1 Zwischenimpulsen innerhalb den sich ändernden Periodendauern der Folgefrequenz der Impulse I„ des optischen Massstabes 12 in einer möglichst gleichmässigen Verteilung erfolgt. Da die Aenderungen der Geschwindigkeit des Vorschubschlittens 9 im Verhältnis zu den Strichabstän-

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den des Massstabes 12 des Wegmess-Systems allmählich, also nicht ruckartig erfolgen, wird die Bestimmung der jeweiligen Abstände der p-1 Zwischenimpulse innerhalb einer bestimmten Periodendauer T_TM(n) der Folge der Massstabimpulse I_M erfindungsgemäss aufgrund einer Messung der vorangehenden Periodendauer T .,(n-1) durchgeführt Da die zur Verteilung der p-1 Zwischenimpulse vorliegende Periodendauer T,_M(n) nur in seltenen Fällen absolut genau mit der vorangehenden Periodendauer T_TM(n-l) übereinstimmt, erfolgt die Einfügung der p-1 Zwischenimpulse je nachdem, ob eine Periodendauer T_TM(n) grosser oder kleiner als die vorangehende Periodendauer T (n-1) ist, erfindungsgemäss in der folgenden, anhand der Fig. 2a und 2b beschriebenen Weise.

Der graphischen Darstellung der Fig. 2a liegt der Fall zugrunde, dass eine Periodendauer T _M(n) der Massstabimpulse I„, d.h. das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen I_M, grosser ist als die vorangehende Periodendauer. In diesem Fall wird erfindungsgemäss nach dem letzten der im genannten Intervall verteilten Zwischenimpulse I₇, dessen Lage sich aufgrund der vorher ermittelten Zeitabstände T_TM(n-l)/p der Zwischenimpulse I ergibt, eine impulsfreie Ruhepause A bis zum Auftreten des nächstfolgenden Massstabimpulses I_M eingeschaltet.

Der Fig. 2b liegt dagegen der Fall zugrunde, dass die Periodendauer T (n), innerhalb welcher die Zwischenimpulse I₇ verteilt

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werden sollen, kleiner ist als die vorangehende Periodendauer T (n-1). In diesem Fall werden erfindungsgemäss die letzten der Zwischenimpulse I₇, welche bei Einhaltung ihrer vorher ermittelten Zeitabstände T (n-l)/p innerhalb der laufenden Periodendauer T (n) keinen Platz mehr finden, direkt nach dem Auftreten des folgenden Massstabimpulses I„ erzeugt, und zwar direkt hintereinander in einem Zeitabstand B als sogenannte Korrekturimpulse I„, d.h. in einem sehr geringen Bruchteil der nachfolgenden Periodendauer

T _M(n+1) ausreichend lange vor dem Auftreten des ersten Zwischen-IM

impulses I₇ dieser nachfolgenden Periodendauer T_TM(n+l).

Die in den Fig. 2a und 2b ebenfalls dargestellten Bewegungsabläufe der Schlittenverschiebung h in Funktion der Zeit t zeigen im ersten Fall (Fig. 2a) beim Durchlaufen der Ruhepause A eine geringe Abweichung der Kurve vom kontinuierlichen Verlauf, was sich in einem zeitlich sehr kurzen horizontalen Kurvenabschnitt A ausdrückt. Im zweiten Fall (Fig. 2b) erfolgt beim Kurvenabschnitt B ein kurzfristiges, d.h. nahezu senkrechtes Ansteigen des Verschiebungsweges h um einen jedoch sehr geringen Betrag. Diese beiden diskontinuierlichen Abweichungen sind aber so klein, dass sie sich am fertig geschliffenen Zahnrad überhaupt nicht feststellen lassen.

In Fig. 3 ist ein Blockschema des elektronischen Differentials 14 der Fig. 1 samt dem Wegmess-System 11, dem Regler 8, den Winkelschrittgebern 3 und 7 und dem Motor 5 des Werkstückantriebs dargestellt.

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Das gemäss Fig. 1 aus dem optischen Massstab 12 und dem Lesekopf 13 bestehende Wegmess-System 14 des Verschiebebewegungen in beiden Achsrichtungen des Zahnrads 6 ausführenden Schlittens 9 liefert Weginformationen in Form der Impulse I als Aufwärts- und Abwärtsimpulse auf eine entsprechende Aufwärtsleitung 21 bzw. Abwärtsleitung 22 (Fig. 3). In den Leitungen 21 und 22 ist ein Richtungsspeicher 23 angeordnet, beispielsweise ein Flipflop, der speichert, ob der letzte Massstabimpuls I„ ein Aufwärts- oder ein Abwärtsimpuls war.

Die Aufwärts- bzw. Abwärtsimpulse I des Wegmess-Systems 11 sind ferner einer ODER-Schaltung 24 zugeführt, an deren Ausgang drei Leitungen 25, 26 und 27 angeschlossen sind.

Ein Impulsgenerator 28 erzeugt Impulse mit einer konstanten Frequenz von beispielsweise 1 MHz. Die Impulse mit der Frequenz f, sind dem Eingang eines Teilerzählers 29 zugeführt, der die ankommenden Impulse zählt und jeweils nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen einen Impuls an einen nachgeschalteten Zähler 30 weitergibt. Der Teilfaktor des Teilerzählers 29 ist hierbei gleich dem bereits erwähnten Faktor ρ der Vervielfachung der Massstabimpulse I... Er kann etwa im Bereich von 4 bis 64 liegen, wobei für Faktoren kleiner als 4 die gewonnene Vergrösserung der Auflösung der Massstabimpulse nur gering ist, und für Faktoren grosser als 64 die elektronische Ausrüstung zu aufwendig wird und die Impulsmassstabfehler die hohe Auflösung unsicher machen.

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Im Zähler 30, welcher der Periodendauer-Messung dient, erfolgt laufend so lange das Aufzählen der Ausgangsimpulse des Teilerzählers 29, also der Impulse mit der Frequenz f-^/p, bis der nächste Massstabimpuls L, auftritt. In diesem Zeitpunkt wird der Inhalt c des Zählers in einen Speicher 31 abgespeichert. Hierzu ist der den Zählerstand vermittelnde Ausgang des Zählers 30 an einen ersten Eingang einer UND-Schaltung 32 angeschlossen, während an einem zweiten Eingang der UND-Schaltung 32 die Leitung 25 liegt, welche die Massstabimpulse I., führt. Ueber die ebenfalls die Massstabimpulse I„ führende Leitung 26 werden beim Eintreffen des Massstab impulses Iw der Teilerzähler 29 und der Zähler 30 gleichzeitig gelöscht. Somit wird für jede Periodendauer T (n) der Massstabimpuls die durch den Faktor ρ geteilte Anzahl der Impulse mit der Frequenz f.. gezählt und im Speicher 31 gespeichert, wo sie, wie nachfolgend erläutert, für die nächste Periodendauer T „(n+1) zur Verfügung stehen, da erst der Massstabimpuls I (n+1), der auf den die Zählung auslösenden Massstabimpuls I_M(n) folgt, den Transfer des Inhalts c des Zählers 30 in den Speicher 31 bewirkt und gleichzeitig den Zähler 30 zwecks Beginns eines neuen Zählzyklus löscht.

Vom Speicher 31 gelangt nun der Inhalt c des Zählers 30 an einen weiteren Zähler 33, welcher die im zugeführten Impulse mit der konstanten Frequenz fj zählt und der nach dem Zählen einer Anzahl c von aus Impulsgenerator 28 zugeführten Impulsen einen Ausgangsimpuls abgibt und hierauf gelöscht wird, so dass er von neuem bis

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auf c zu zählen beginnt, wieder einen Ausgangsimpuls abgibt usw. Die Ausgangsimpulse des Zählers 33 haben somit eine Frequenz fy = f,/c, die entsprechend dem jeweiligen Inhalt c des Zählers 30 nach Massgabe der vorangehenden Periodendauer der Massstabimpulse veränderlich ist. Andererseits besteht der Inhalt c des Zählers 33 aus den während der Periodendauer T gezählten, durch die konstante Zahl ρ geteilten Impulse des Impulsgenerators 28 mit der Frequenz f,, d.h. es ist

^{c =} ~~ * ^TIM·
P

Folglich haben die Ausgangsimpulse des Zählers 33 eine Frequenz

I₁ pll

■ ^C 1 ^TIM IM ^1M

wo f . die Frequenz der Massstabimpulse ist. IM

Somit bilden die Ausgangsimpulse des Zählers 33 eine Impulsfolge mit einer Frequenz, die gleich ist der um den konstanten Faktor ρ vervielfachten Frequenz der Massstabimpulse. Mit anderen Worten besteht die Ausgangsimpulsfolge des Zählers 33 aus der Folge der Massstabimpulse mit p-1 Zwischenimpulsen zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Massstabimpulsen, wobei die Abstände der Zwischenimpulse in jeder Periodendauer der Massstabimpulse gleichmässig und aufgrund der vorangehenden Periodendauer festgelegt sind.

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Die Ausgangsimpulse des Zählers 33 gelangen über eine UND-Schaltung 34, eine ODER-Schaltung 35 und eine Leitung 36 zu zwei in den beiden Leitungen 21 und 22 angeordneten UND-Schaltungen 37 und damit je nach Schaltzustand des Richtungsspeichers 23 auf eine der beiden Leitungen 21, 22.

Um nach dem erfindungsgemässen Verfahren zu erzielen, dass mit Beginn jeder Periodendauer der Massstabimpulse genau p-1 Zwischenimpulse vorhanden sind, indem für eine längere Periodendauer eine impulsfreie Ruhepause vorgesehen wird (Fig. 2a) bzw. für eine kürzere Periodendauer überzählige Zwischenimpulse gleich nach Beginn der nächsten Periodendauer mit höherer Frequenz eingefügt werden (Fig. 2b), sind neben der UND-Schaltung 34 und der ODER-Schaltung 35 ein Kontrollzähler 39 und eine weitere UND-Schaltung 40 mit drei Eingängen vorgesehen. Der Zähleingang des Kontrollzählers 39 ist an die Leitung 36 angeschlossen. Ein Steuereingang des Kontrollzählers 59 für dessen Rückstellung auf Null ist über eine Leitung 38 an die ODER-Schaltung 24 angeschlossen und dadurch mit dem Wegmess-System 11 verbunden. Der Ausgang des Kontrollzählers 39 ist mit einem Eingang der UND-Schaltung 34 und einem Eingang der UND-Schaltung 40 verbunden. Der Kontrollzähler 39 ist so ausgebildet, dass er

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ein Ausgangssignal so lange abgibt, als er seine der bestimmten, konstanten Anzahl ρ entsprechende Zählkapazität nicht erreicht hat. Zudem ist der Kontrollzähler 39 so ausgebildet, dass seine Rückstellung durch einen über die Leitung 38 zugeführten Massstabimpuls I_M des Wegmess-Systems erfolgt, aber nur dann, wenn er seine der bestimmten konstanten Anzahl ρ entsprechende Zählkapazität erreicht hat bzw. erreicht. Die zwei weiteren Eingänge der UND-Schaltung 40 sind mit dem Impulsgenerator 28 bzw. über die Leitung 27 und die ODER-Schaltung 24 mit dem Wegmess-System 11 verbunden.

Somit gelangen die Ausgangsimpulse des Zählers 33 normalerweise über die UND-Schaltung 34 und die ODER-Schaltung 35 auf die Leitung 36 und damit an den Eingang des Kontrollzählers 39, der folglich die Ausgangsimpulse des Zählers 33 zählt. Sobald der Kontrollzähler 39 seine Zählkapazität ρ erreicht hat, sperrt er die UND-Schaltung 34, so dass keine weiteren Ausgangsimpulse des Zählers 33 auf die Leitung 21 oder 22 gelangen. Erst beim nächstfolgenden Massstabimpuls I_M gibt der Kontrollzähler 39 die UND-Schaltung 34 wieder frei, indem er durch den Massstabimpuls auf Null zurückgestellt wird. Dieser Vorgang entspricht dem in Fig. 2a dargestellten Fall.

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Hat.jedoch der Kontrollzähler 39 beim Eintreffen des nächsten Massstabimpulses I„ seine Zählkapazität ρ noch nicht erreicht, so gelangen beim Eintreffen dieses nächsten Massstabimpulses auf der Leitung 27 die Impulse des Impulsgenerators 28 mit der Frequenz f, als Korrekturimpulse I„ zur ODER-Schaltung 35 und damit über die Leitung 36 zum Eingang des Kontrollzählers 39 und auf eine der Leitungen 21, 22. Der Kontrollzähler 39 zählt somit weiter, bis er seine Zählkapazität ρ erreicht hat, worauf er die UND-Schaltung 40 sperrt und auf Null zurückgestellt wird. Da die Frequenz f, der Impulse des Impulsgenerators 28 wesentlich höher ist als die Frequenz f,/c der Ausgangsimpulse des Zählers 33, erfolgt die Durchgabe der Impulse des Impulsgenerators 28 längst bevor der nach dem Massstabimpuls erste Ausgangsimpuls des Zählers 33 auftritt. Dieser Vorgang entspricht demnach dem in Fig. 2b dargestellten Fall.

Wie anhand der Fig. 1 bereits erwähnt, müssen zur Festlegung der Grosse der Zusatzdrehbewegung des Zahnrad-Werkstückes die Zahnrad-

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daten wie Modul m, Zähnezahl ζ und Zahnschrägungswinkel J% berücksichtigt werden. Hierzu ist die auf die Leitung 21 bzw. 22 geführte Ausgangsimpulsfolge des Zählers 33 mit dem entsprechenden Faktor b zu multiplizieren, welcher kleiner als 1 ist. Zu diesem Zweck ist gemäss Fig. 3 in die Leitungen 21 und 22 je ein einstellbarer Multiplizierer 41 bzw. 42 geschaltet, wobei die Multiplizierer mit einem Einstellorgan 43 versehen sind. Die Stellenzahl der Multiplizierer 41, 42, die als sogenannte "binary rate multiplier" bekannt sind, bestimmt die Genauigkeit. Im vorliegenden Fall ist es zweckmässig, 18 Binärstellen vorzusehen.

An die Leitungen 21 und 22 der Aufwärts- bzw. Abwärtsverschiebung des Schlittens ist ferner ein Richtungsumschalter 44 angeschlossen, der aus einem Logik-Gatter besteht. Der Richtungsumschalter 44 ist mittels eines Einstellorgans 45 umschaltbar, um die Drallrichtung des Zahnrad-Werkstückes, d.h. die Richtung des Zahnschrägungs- winkelsβ (Fig. 1), berücksichtigen zu können. Der Richtungsumschalter 44 weist zwei Ausgangsleitungen 46 und 47 auf, welche auf die Richtung der Zusatzdrehbewegung des Zahnrad-Werkstückes bezogen sind und von welchen die eine Leitung 46 den Kanal für die Vorwärtsdrehung und die andere Leitung 47 den Kanal für die Rückwärtsdrehung des Zahnrad-Werkstücks darstellt.

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Die auf jeweils einer der beiden Leitungen 46 und 47 als Impulsfolgen I_M>p.b befindliche digital-inkrementale Lageinformation über den Werkstückschlitten wird anschliessend zwecks Signalaufbereitung für den Regler 8 der Zwangslaufsteuerung aufgeteilt, indem eine grobe Lageinformation in digital-inkrementaler Form und eine feine Lageinformation in analoger Form dem Regler 8 zugeführt wird. Diese Aufteilung erfolgt mittels eines an die Leitungen 46 und 47 angeschlossenen Teilerzählers 48, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel von null bis zur bestimmten, konstanten Zahl p-1 zählt und hierauf einen Ausgangsimpuls an eine von zwei mit dem Regler 8 verbundenen Ausgangsleitungen 49 und 50 abgibt. Die Aufteilung kann aber auch mit irgend einem anderen Faktor erfolgen. Der Inhalt des Zählers 48 wird einem an diesen angeschlossenen Digital-Analog-Umsetzer 51 zugeführt, der das entsprechende analoge Signal über seine mit dem Regler 8 verbundene Ausgangsleitung 52 ebenfalls an den Regler 8 abgibt.

Die beschriebene Aufteilung der vom Richtungsumschalter 48 abgegebenen Lageinformation durch den Teilerzähler 48 und die Umsetzung der feinen Lageinformation in ein analoges Signal durch den Digital-Analog-Umsetzer 51 ist in den Fig. 4a, 4b und 4c in Funktion der Zeit t graphisch dargestellt, wobei in dieser Darstellung angenommen ist, dass die bestimmte konstante Zahl ρ den Wert 16 hat, d.h. zwischen je zwei Massstabimpulsen I„ 15 Zwischenimpulse gelegt sind.

Fig. 4a zeigt die Impulsfolge der vom Richtungsumschalter 48 abge-

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gebenen Lageinformation, ausgedrückt durch die mit den Faktoren ρ und b multiplizierten Massstabimpulse I...

In.Fig. 4b ist die grobe Lageinformation dargestellt, bei welcher der Teilerzähler 48 nur jeden p-ten, d.h. jeden 16. Impuls in digital-inkrementaler Form an den Regler 8 weitergibt, was durch die Impulse I_M«b ausgedrückt ist. Es ist ersichtlich, dass der Zähler 48 hierbei von Null bis p-1 = 15 zählt.

In Fig. 4c ist die feine Lageinformation dargestellt, bei welcher alle eingehenden Impulse, ausgedrückt durch I,,.p.b, im Digital-Analog-Umsetzer 51 in eine in Millivolt angegebene Spannung umgesetzt werden, die ebenfalls dem Regler 8 zugeführt wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren und eine Einrichtung zu dessen Ausführung wurden anhand des Beispiels des Zahnflankenschleifens nach dem Schraubwälzverfahren beschrieben. In gleicher Weise können das beschriebene Verfahren und die Einrichtung auch beim Wälzfräsen von schrägverzahnten Zahnrädern angewendet werden.

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Claims

Patentansprüche

1. !Verfahren zur Erzeugung einer Zusatzdrehbewegung eines schrägverzahnten Zahnrad-Werkstücks in einer elektronisch zwangslaufgesteuerten, nach dem Schraubwälzverfahren arbeitenden Zahnradbearbeitungsmaschine, die für das Werkzeug und das Werkstück getrennte Drehantriebe aufweist, bei welchem Verfahren einem Regler, welchem von der Drehzahl jedes Antriebs abhängige Folgen von Impulsen zugeführt werden, die zur Erzeugung eines Regelsignals zur Nachstellung des Werkstückantriebs miteinander verglichen werden, zudem ein Zusatzsignal zugeführt wird, das von einem Längsvorschub des Werkstücks bezüglich des Werkzeugs abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass vom Längsvorschub des Werkstücks abhängige Massstabimpulse erzeugt werden, dass nach Beginn jedes durch zwei aufeinanderfolgende Massstabimpulse begrenzten Intervalls in zeitlich mindestens angenähert gleichmassiger Folge eine bestimmte, konstante Anzahl von Zwischenimpulsen erzeugt wird, wobei der Abstand der Zwischenimpulse in diesem Intervall aufgrund einer Messung der Länge des vorangehenden Intervalls und einer mindestens angenähert gleichmässigen Verteilung der bestimmten Anzahl von Zwischenimpulsen auf die gemessene Intervallänge bestimmt wird, und wobei in jedem Intervall, das länger als das vorangehende ist, nach dem letzten der mit der bestimmten Anzahl erzeugten Zwischenimpulse ein impuls-

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freier Intervallabschnitt gelassen wird, und bei jedem Intervall, das kürzer als das vorangehende ist, die überzähligen Zwischenimpulse im nachfolgenden Intervall zwischen dem den Beginn des nachfolgenden Intervalls bildenden Massstabimpuls und dem ersten auf diesen folgenden Zwischenimpuls mit einer höheren Impulsfolgefrequenz erzeugt werden, und dass die in allen aufeinanderfolgenden Intervallen erzeugte Folge der Massstabimpulse und der Zwischenimpulse dem Regler als Zusatzsignal zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte, konstante Anzahl der Zwischenimpulse 3 bis 63 beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Massstabimpulse und der Zwischenimpulse in zwei getrennten, entsprechend der Bewegungsrichtung des Längsvorschubs des Werkstücks gewählten Kanälen erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folge der Massstabimpulse und der Zwischenimpulse vor ihrer Zuführung in den Regler mit einem Faktor multipliziert wird, der die Zahnraddaten des zu bearbeitenden Zahnrades, insbesondere Modul, Zähnezahl und Zahnschrägungswinkel, berücksichtigt.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regler die mit dem genannten Faktor multiplizierte und durch einen konstanten Quotienten, z.B. die bestimmte, konstante Anzahl der Zwischenimpulse, dividierte Folge der Massstabimpulse und der Zwischenimpulse in digital-inkrementaler Form als grobes Zusatzsignal und die mit dem genannten Faktor multiplizierte Folge der Massstabimpulse und der Zwischenimpulse in analoger Form als feines Zusatzsignal zugeführt wird.

6. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer aus einem optischen Massstab und einem zugehörigen, Massstabimpulse erzeugenden Lesekopf bestehenden Wegmesseinrichtung für einen Längsvorschubschlitten der Zahnradbearbeitungsmaschine, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen konstanter Frequenz, die grosser ist als die um die bestimmte, konstante Zahl vervielfachte Frequenz der Massstabimpulse, durch erste Schaltungsmittel zur Teilung der Impulse des Impulsgenerators durch die bestimmte, konstante Zahl und zur Zählung der geteilten Impulse während jedes zwischen einem ersten und einem zweiten Massstabimpuls liegenden Intervalls, durch zweite Schaltungsmittel zur Teilung der Impulse des Impulsgenerators in jedem Intervall durch das Resultat der Zählung der ersten Schaltungsmittel, und durch an die zweiten Schaltungsmittel angeschlossene dritte Schaltungsmittel zur

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Zufügung der durch die zweiten Schaltungsmittel erzeugten Impulse zu den Massstabimpulsen, wobei die dritten Schaltungsmittel Torschaltungen zur Sperrung der Impulse der zweiten Schaltungsmittel enthalten, wenn deren Anzahl im Intervall zwischen dem zweiten und einem dritten Massstabimpuls die bestimmte konstante Zahl erreicht bzw. zur Zufügung von Impulsen des Impulsgenerators nach dem dritten Massstabimpuls, wenn im Intervall zwischen dem zweiten und dritten Massstabimpuls die Anzahl der Impulse der zweiten Schaltungsmittel die bestimmte, konstante Zahl nicht erreicht.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Schaltungsmittel einen an den Impulsgenerator angeschlossenen Teiler und einen diesem nachgeschalteten Zähler enthalten, welche beide einen mit der Wegmesseinrichtung verbundenen Löscheingang aufweisen, und dass an den Zähler eine Torschaltung angeschlossen ist, deren Steuereingang mit der Wegmesseinrichtung verbunden ist und an deren Ausgang ein Speicher angeschlossen ist, um den Inhalt des Zählers jeweils beim Auftreten eines Massstabimpulses zu speichern.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Schaltungsmittel einen einstellbaren, an den Impulsgenerator angeschlossenen Teiler enthalten, dessen Setzeingang für den Teilfaktor mit dem Speicher verbunden ist.

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9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Schaltungsmittel einen beim Erreichen der bestimmten, konstanten Zahl ein Ausgangssignal abgebenden Zähler enthalten, dessen Eingang mit dem Ausgang der
zweiten Schaltungsmittel in Verbindung steht und an dessen
Ausgang der Steuereingang einer ersten Torschaltung, die mit
dem Ausgang der zweiten Steuermittel verbunden ist, sowie ein erster Steuereingang einer zweiten Torschaltung angeschlossen ist, die mit dem Impulsgenerator verbunden ist und die einen
zweiten, mit der Wegmesseinrichtung verbundenen Steuereingang aufweist, wobei die Ausgänge der beiden Torschaltungen zusammengeführt und an eine mit dem Ausgang der Wegmesseinrichtung verbundene, zum Regler führende Leitung angeschlossen sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in
der von der Wegmesseinrichtung zum Regler führenden Leitung
ein einstellbarer Multiplizierer zur Eingabe der Zahnraddaten und ein Richtungsumschalter für die Zusatzdrehbewegung angeordnet sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Wegmesseinrichtung zum Regler führende Leitung entsprechend der Richtung des Längsvorschubs des Werkstücks bzw. dessen Drallrichtung zweikanalig ist.

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12. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Massstabimpulse und die Zusatz impulse enthaltende Impulsfolge dem Regler über einen Teiler in digital-inkrementaler Form und über einen Digital-Analog-Umsetzer in analoger Form zugeführt ist.

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