DE3114705A1

DE3114705A1 - Maschine zum pruefen von schraegverzahnten zahnraedern

Info

Publication number: DE3114705A1
Application number: DE19813114705
Authority: DE
Inventors: Hans 8302 Kloten Spaeth
Original assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Current assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Priority date: 1980-12-23
Filing date: 1981-04-10
Publication date: 1982-07-08
Also published as: IT1139898B; US4373268A; JPS57132016A; GB2090089A; IT8125430A0; CH651659A5; DE3114705C2; GB2090089B

Description

Maschine zum Prüfen von schrägverzahnten Zahnrädern

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Prüfen von schrägverzahnten Zahnrädern, mit einem Taster und mit einer mit einem Radiusgeber und einem Winkelgeber verbundenen Einrichtung zur Kompensation der verschiedenen Tasterspitzengrößen und Zahnschrägungswinkel.

Bei einer bekannten Maschine dieser Art (Prospekt A 59- D 3.77-200Ou, veröffentlicht im März 1977, der Firma MAAG-Zahnräder Aktiengesellschaft) wird bei Profilmessungen zwar eine Kompensation für die verschiedenen Tasterspitzengrössen und für die Zahnschrägungswinkel vorgenommen, es läßt sich dafür über Dekadenschalter aber nur eine begrenzte Anzahl von diskreten Tasterspitzengrößen einstellen, für die dann über ein Potentiometer die Kompensation für den Zahnschrägungswinkel erfolgt. Die Kompensation mittels Potentiometer ist naturgemäß nicht sehr genau, so daß sich der mit dem Tasterradius und dem Zahnschrägungswinkel kor-

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rigierte Nullpunkt, der benötigt wird, wenn auf einer Prüfmaschine über dem Wälzweg gemessene Diagramme anschließend in einer Bearbeitungsmaschine verwendet werden sollen, nur ebenso ungenau ermitteln läßt. Weiter sind die mit dem Potentiometer vorgenommenen Kompensationen schon auf der Prüfmaschine kaum reproduzierbar, da es praktisch unmöglich ist, bei einer späteren Messung das Potentiometer genau wieder auf denselben Wert einzustellen. Weiter liefert die bekannte Prüfmaschine nur Meßwerte im Normalschnitt, d.h. durch zur Zahnflanke normale Auslenkungen des Tasters gemessene Werte. In Bearbeitungsmaschinen erfolgt die Bearbeitung der Flanken von Zahnrädern aber vielfach von der Stirnebene aus, weshalb Meßwerte im Stirnschnitt benötigt werden, die die bekannte Maschine nicht liefert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Maschine zum Prüfen von schrägverzahnten Zahnrädern so zu verbessern, daß sie in der Lage ist, einen sehr genauen und reproduzierbaren Wert für den Nullpunkt des Wälzweges, d.h. für dessen Anfang in Beziehung zu einer Maschinenmitte,und außerdem die Meßergebnisse im Stirnschnitt zu liefern.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen der Patentansprüche 1, 2 bzw. 4 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß dem Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 2 wird ein Korrekturzähler durch die Maschinenmitte gestartet und erst dann, wenn ein Vergleicher feststellt, daß die von dem Korrekturzähler gezählten Schritte, die ein bestimmter Bruchteil des Produkts aus dem Tasterradius und dem cosinus des Schrägungswinkels sind, gleich diesem Produkt sind, wird der Wälzwegzähler gestartet. Dadurch wird der Profilanfang bezüglich eier Maschinenmitte äußerst genau und vor allem äußerst genau reproduzierbar festgelegt. Die Lösung gemäß Patentanspruch ist insofern einfacher als die dem gleichen Zweck dienende Lösung gemäß Anspruch 1, als ein Referenzgeber, ein A/D-Wandler und eine Digital-Digital-Multip]izierschaltung eingespart werden.

Gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 4 erfolgt eine digitale Multiplikation des von dem Taster ermittelten Meßwertes mit dem Kehrwert des cosinus des Schrägungswinkels, wodurch als Ergehnis Meßwerte im Stirnschnitt geliefert werden.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Maschine nach der Erfindung zum

Prüfen von schrägverzahnten Zahnrädern,

Fig. 2a eine Teilansicht der Maschine von Fig. 1,

in der die Beziehung zwischen einer Zahnflanke, die gerade geprüft wird, und dem Taster dargestellt ist,

Fig. 2b ein Erläuterungsdiagramm,

die Fig. 3a und 3b zwei alternative Digitalschaltungsanordnungen zum

genauen Starten eines Wälzwegzählers,

Fig. 4 ein Erläuterungsdiagramm, das die Beziehung zwischen einem Meßwert a und dem Zahnschrägungswinkel ß. zeigt, und

Fig. 5 eine Digitalschaltungsanordnung zum Umrechnen von im Normalschnitt erhaltenen Meßwerten in Meßwerte im Stirnschnitt.

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau einer Maschine zum Prüfen von schrägverzahnten Zahnrädern. Ein Prüfling 1 sitzt auf einem drehbaren Dorn 2. Auf dem gleichen Dorn ist eine zylindrische Scheibe 3 befestigt, deren Durchmesser dem Grundkreisdurchmesser des Prüflings entspricht. Diese Grundkreisscheibe wird mit einem Zustellschlitten 4 an ein Wälzlineal 5 angepreßt. Wenn ein Wälzschlitten 6 in Pfeilrichtung bewegt wird, so wälzt die unter Federdruck

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anliegende Grundkreisscheibe schlupffrei am Lineal ab. Während dieser Wälzbewegung bleibt die Schneide des auf einem Meßschlitten 7 angeordneten Tasters 8 federnd an die zu prtifende Zahnflanke des Prüflings angedrückt. Die Tasterschneide steht genau über der Kante des Lineals. Ist das Flankenprofil evolventenförmig, so verharrt der Taster in seiner Lage. Sind dagegen Abweichungen von der Evolventenform vorhanden, so wird er jeweils um den Betrag der Abweichung (in Pig. 4 mit a bezeichnet) ausgelenkt. Die Tasterauslenkungen werden in einem elektronischen Meß- und Schreibgerät 9 übersetzt und aufgezeichnet. Die Tasterauslenkung ist in Fig. 2a durch einen Doppelpfeil auf der Normalen zur Zahnflanke angedeutet.

Eine Nutenscheibe 10 am Meßschlitten 7 wird optisch auf den Schrägungswinkel des jeweiligen Zahnrades eingestellt. Bei der Zahnrichtungsprüfung bleibt der Wälzschlitten 6 in jener Stellung fixiert; in welcher der Taster 8 die Zahnflanke an der gewünschten Profilstelle berührt. Wird der Meßschlitten und mit ihm die Nutenscheibe in senkrechter Richtung verschoben, so erhält das durch einen Nutenstein 11 geführte Lineal eine Bewegung. Die unter Federdruck am Lineal anliegende Grundkreisscheibe 3 und mit ihr der Prüfling 1 werden dadurch verdreht. Der unter Federdruck an der Zahnflanke 12 anliegende Taster 8 wird somit, relativ gesehen, einer Zahnlinie mit theoretisch richtiger Zahnschräge entlanggeführt. Jede Abweichung, welche die Zahnschräge des Prüflings 1 gegenüber dem optisch eingestellten Schrägungswinkel aufweist, bewirkt wiederum eine Auslenkung des Tasters, die wieder im elektronischen Meß- und Schreibgerät vergrößert und als Abweichung von der geraden Linie auf einem Diagrammstreifen 13 aufgezeichnet wird.

Fig. 2a zeigt die Beziehung zwischen dem Taster 8 und der zu prüfenden Zahnflanke 12, an der er anliegt. Die Spitze des

Tasters 8 hat einen Radius r. Da der Berührungspunkt B zwischen dem Taster 8 und der Zahnflanke 12 um den Schrägungswinkel ß, unterhalb einer durch den Mittelpunkt der Spitze des Tasters 8 gezogenen horizontalen Linie liegt, muß bei der Aufzeichnung eines Profildiagramms auf der Prüfmaschine die Strecke r·cosß, berücksichtigt werden, um einen genauen Nullpunkt für den Anfang des Profildiagramms zu erhalten, damit dieses von der Prüfmaschine auf eine Bearbeitungsmaschine übertragen werden kann. Weiter ist wichtig, daß dieser Nullpunkt möglichst genau reproduzierbar ist, was mit dem Potentiometer bei der bekannten Maschine, wie eingangs dargelegt, nicht möglich ist. Der genaue Nullpunkt legt den genauen Anfang des Wälzweges im Raum, d.h. in Beziehung zur Maschine fest. Zur Ermittlung dieses Nullpunktes wird bei der hier beschriebenen Maschine eine Digitalschaltungsanordnung mit einem Haupt- oder Wälzwegzähler und einem Hilfs- oder Korrekturzähler benutzt, wobei der Korrekturzähler so lange zählt, bis sein Zählerstand dem Wert der Strecke r«cosß, entspricht, woraufhin der Wälzwegzähler gestartet wird, was nun im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 ausführlich beschrieben wird.

Gemäß den Pig. 3 a und 3b gibt ein Winkelgeber 30, an welchem der Schrägungswinkel ß_b der Zahnflanke des Prüflings 1 eingestellt wird, eine dem Schrägungswinkel entsprechende, binärcodierte Winkeladresse an einen Speicher 31 ab, der an den Speicheradressen die cosinus-Funktionen der Schrägungswinkel enthält. Der Speicher gibt binärcodierte Daten als einen Multiplikator cosß, an eine Digital-Digital-Multiplizierschaltung 32 ab. Diese empfängt weiter aus einem digitalen Radiusgeber 42 den binärcodierten Tasterradius r und bildet das Produkt aus dem Tasterradius und dem Multiplikator, d.h. r*cosß_b, das in binärcodierter Form an einen Digital-Analog (D/A)-Wandler 33 abgegeben wird, welcher r«cosß. an einen Eingang eines Vergleichers 34 anlegt.

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Gemäß Fig. 3a. gibt ein Referenzgeber 35, der eine Referenzspannung liefert, diese über einen A/D-Wandler 36 als binärcodierte Referenzwerte ARef an eine zweite Digital-Digital-Multiplizierschaltung 37 ab. Die Größe der Referenzwerte ARef ergibt sich aus der Darstellung in Fig. 2b. Die Strecke r·cosß. ist bekannt und festgelegt. Die aus den Werten AS und ARef gebildete Treppenkurve kann hinsichtlich AS oder ARef variiert werden. In vorliegendem Fall legt aber ein Weggeber 38 die zu zählenden Wegschritte AS fest, so daß dadurch die Amplitudenschritte ARef in Fig. 2b automatisch festgelegt sind. Wenn beispielsweise einem Tasterradius von 10 mm eine Spannung von 10V entspricht, so legen die Schritte AS des Weggebers die Auflösung der Korrekturstrecke fest.

Gemäß Fig. 3a ist der Ausgang des Weggebers 38 mit den Eingängen eines Korrekturzählers 39 und eines Wälzwegzählers 40 verbunden. Am Beginn der Prüfung beginnt ab der Maschinenmitte ( durch einen Block 41 angedeutet) der Korrekturzähler 39 die von dem Weggeber 38 gelieferte Schritte AS zu zählen und gibt seinen jeweiligen Zählerstand als einen binärcodierten Multiplikator an die Digital-Digital-Multiplizierschaltung 37 ab. Zu dieser Zeit zählt der Wälzwegzähler noch nicht, da er nur durch ein Ausgangssignal des Vergleichers 34 gestartet werden kann. Die Multiplizierschaltung 37 bildet das Produkt aus dem Referenzwert ARef und dem Multiplikator ^S, das über einen D/A-Wandler an einem zweiten Eingang des Vergleichers 34 angelegt wird. In dem Augenblick, in welchem die beiden an dem Vergleicher 34 anliegenden Eingangssignale gleich sind, d.h. der Nullpunkt erreicht ist, gibt der Vergleicher 34 das Startsignal an den Wälzwegzähler 40, der nun den tatsächlichen Wälzweg zählt, dessen Anfang somit eine genau definierte Lage in bezug auf die Maschinenmitte hat.

Die Schaltung von Fig. 3b unterscheidet sich von der Schaltung in Fig. 3a dadurch, daß der Referenzgeber 35,

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der A/D-Wandler 36 und die Digital-Digital-Multiplizierschaltung 37 weggelassen worden sind und der Ausgang des Korrekturzählers 39 direkt mit dem Eingang des D/A-Wandlers 48 verbunden worden ist. Das Ausgangssignal des Korrekturzählers 39 (d. h. dessen Zählerstand) ist der jeweilige Istwert s. des zurückgelegten und vom Weggeber 38 in Wegschritten gemessenen Weges. Wenn dieser Istwert gleich dem Sollwert, d. h. gleich r-cosß wird, gibt der Vergleicher 34 das Startsignal an den Wälzwegzähler 40 ab.

Der Taster mißt die Zahnflanke 12 im Normalschnitt aus, d.h. normal zur Zahnflanke. Das Meßergebnis im Normalschnitt, das vom Taster 8 geliefert wird, ist in Fig. 4 mit a bezeichnet. Da später auf einer Bearbeitungsmaschine, in der das mit der Prüfmaschine erzielte Diagramm benutzt wird, die Bearbeitung der Zahnflanken vielfach von der Stirnebene aus erfolgt, müssen die Meßwerte im Stirnschnitt vorliegen, d.h. die Prüfmaschine muß statt der Werte a die Werte a· ■ ■ ■ - liefern. Für

den übergang von der Messung im Normalschnitt auf Meßwerte im Stirnschnitt wird die in Fig. 5 gezeigte Digitalschaltungsanordnung verwendet, die nun beschrieben wird.

Der Winkelgeber 30 gibt binärcodierte Winkeladressen an einen Speicher 43 ab, der die Kehrwerte der trigonometrischen Funktionen cosß_b, d.h. 1/cosß_b enthält. Der Speicher 43, der hier als gesonderter Block dargestellt ist, ist in der Praxis ein Teil des Speichers 31. Der Speicher 43 gibt die binärcodierten Daten von 1/cosß, als Multiplikator an eine dritte Digital-Digital-Multiplizierschaltung 44 ab. Der im Normalschnitt ermittelte Meßwert a wird über einen Meßwertfühler 45 an einen A/D-Wandler 46 abgegeben, der dann die binärcodierten digitalen Meßwerte a

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an einen weiteren Eingang der Digital-Digital-Multiplizierschaltung 44 abgibt. Diese bildet das Produkt aus dem Meßwert a und dem von dem Speicher 43 gelieferten Multiplikator und gibt dieses Produkt binärcodiert an einen D/A-Wandler 47 ab, an dessen Ausgang als Ergebnis der Meßwert im
Stirnschnitt, d.h. a*1/cosß. erhalten wird.

Claims

Patentansprüche

Q.

1/. Maschine zum Prüfen von schrägverzahnten Zahnrädern, mit einem Taster und mit einer mit einem Radiusgeber und einem Winkelgeber verbundenen Einrichtung zur Kompensation der verschiedenen Tasterspitzengrößen und Zahnschrägungswinkel, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelgeber (30) eine dem eingestellten Zahnschrägungswinkel (ß.) entsprechende binärcodierte Adresse an einen Speicher (31) für trigonometrische Winkelfunktionen abgibt, dessen Ausgangsdaten einen den Zahnschrägungswinkel angebenden binärcodierten ersten Multiplikator darstellen, der einer ersten Digital-Digital-Multiplizierschaltung (32) zugeführt wird, die ihn mit einem von dem Radiusgeber (42) gelieferten binärcodierten Wert des Tasterspitzenradius multipliziert.

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daß das Ausgangssignal der ersten Digital-Digital-Multiplizierschaltung (32) über einen ersten D/A-Wandler (33) an einen Eingang eines Vergleichers (34) angelegt wird, daß ein Weggeber (38) über einen Korrekturzähler (39) einen ab der Maschinenmitte in Schritten (AS) gezählten binärcodierten Wert an einen Eingang einer zweiten Digital-Digital-Multiplizierschaltung (37) abgibt, die über einen weiteren Eingang binärcodierte Referenzwerte (aRef), welche der Quotient aus dem von der ersten Digital-Digital-Multiplizierschaltung (32) gelieferten Produkt und den Schritten (AS) sind, empfängt und das Produkt aus den Schritten (AS) und den Referenzwerten (^Ref) bildet und über einen zweiten D/A-Wandler (47) an einem zweiten Eingang des Vergleichers (34) anlegt, der, wenn seine beiden Eingangssignale gleich sind, ein Ausgangssignal liefert, das einen Wälzwegzähler (40) startet.

²· Maschine zum Prüfen von schrägverzahnten Zahnrädern, mit einem Taster und mit einer mit einem Radiusgeber und einem Winkelgeber verbundenen Einrichtung zur Kompensation der verschiedenen Tasterspitzengrößen und Zahnschrägungswinkel, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelgeber (30) eine dem eingestellten Zahnschrägungswinkel (ß.) entsprechende binärcodierte Adresse an einen Speicher (31) für trigonometrische Winkelfunktionen abgibt, dessen Ausgangsdaten einen den Zahnschrägungswinkel angebenden binärcodierten ersten Multiplikator darstellen, der einer Digital-Digital -MuItiplizierschaltung (32) zugeführt wird, die ihn mit einem von dem Radiusgeber (42) gelieferten binärcodierten Wert des Tasterspitzenradius multipliziert, daß das Ausgangssignal der Digital-Digital-Multiplizierschaltung (32) über einen ersten D/A-Wandler (33) an einen Eingang eines Vergleichers (34) angelegt wird, daß ein Weggeber (38) über einen Korrekturzähler (39) einen ab der Maschinenmitte in Wegschritten gezählten binärcodierten Wert über einen zweiten D/A-WandXer (48) an einen

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zweiten Eingang des Vergleichers (34) anlegt, der, wenn seine beiden Eingangssignale gleich sind, ein Ausgangssignal liefert, das einen Wälzwegzähler (40) startet.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (31) die cosinus-Funktionen des Schrägungswinkels (Bj₃) enthält, so daß der erste D/A-Wandler (33) als Ausgangssignal das Produkt aus dem TasterSpitzenradius (r) und dem cosinus des Zahnschrägungswinkels (ß.) liefert.

4. Maschine zum Prüfen von schrägverzahnten Zahnrädern, mit einem Taster und mit einer mit einem Radiusgeber und einem Winkelgeber verbundenen Einrichtung zur Kompensation der verschiedenen Tasterspitzengrößen und Zahnschrägungswinkel, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Winkelgeber (30) verbundener Speicher (43) den Kehrwert der cosinus-Funktionen des Zahnschrägungswinkels (ß,) enthält und binärcodierte Ausgangssignale als Multiplikator an eine Digital-Digital-Multipllzierschaltung (44) abgibt, die außerdem aus einem mit dem Taster (8) verbundenen Meßwertfühler (45), der Meßwerte im Normalschnitt liefert, Meßwerte (a) binärcodiert empfängt und das Produkt Meßwert mal Multiplikator an einen D/A-Wandler (47) abgibt, der an seinem Ausgang den Meßwert im Stirnschnitt liefert.