Die Erfindung betrifft eine Verzahnungsmaschine mit einem rotierenden Werkzeug, mit einem rotierenden Werkstück und mit einer Antriebsvorrichtung zum Antrieb des Werkzeuges und des Werkstückes, wobei die Bewegungen des Werkstückes und des Werkzeuges voneinander abhängig sind.
Bei einer bekannten Verzahnungsmaschine dieser Art ist das Werkzeug mit dem Werkstück durch ein Getriebe mechanisch gekoppelt und von einem einzigen Motor angetrieben.
Die Werkstückdrehzahl steht dabei in einem bestimmten Verhältnis zu der Werkzeugdrehzahl, welches dem Verhältnis der Zähnezahl des Werkstückes zu der Messer- bnv. Schleifkörperzahl des Werkzeuges entspricht. Dieses Verhältnis wird jeweils durch Wechselräder im Getriebe eingestellt. Es ist bei dieser Verzahnungsmaschine von Nachteil, dass ein kompliziertes und aufwendiges Getriebe zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück notwendig ist, insbesondere weil der Winkel zwischen der Werkstückachse und der Werkzeugachse durch Verschwenkung des Werkstückspindelstockes um einen Schwenkpunkt, ein sogenanntes Maschinenmittel einstellbar sein muss, wozu das Getriebe zwei aufwendige Kegelradpaare, ein sogenanntes Bettmittengetriebe aufweist.
Durch die vielen mechanischen Teile des Getriebes ist es nicht gewährleistet, dass die Werkstückdrehzahl auf die Werkzeugdrehzahl genau abgestimmt ist. Durch die unvermeidbaren Spiele im Getriebe ist auch die sofortige Anpassung der Werkstückdrehzahl an eine veränderte Werkzeugdrehzahl nicht möglich, was besonders dann von Nachteil ist, wenn das Werkzeug während des Arbeitsvorganges in eine zusätzliche Wälzbewegung versetzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verzahnungsmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher das komplizierte und aufwendige Getriebe nicht notwendig ist und die obengenannten Nachteile vermieden werden können.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Antriebsvorrichtung einen ersten Motor zum Antrieb des Werkzeuges und einen zweiten Motor zum Antrieb des Werkstückes aufweist, und dass ein Steuersystem vorhanden ist, durch welches der eine Motor in Abhängigkeit von der durch den anderen Motor erzeugten Drehzahl gesteuert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Verzahnungsmaschine ist in der einzigen Figur der Zeichnung schematisch dargestellt und im folgenden ausführlich beschrieben.
Ein als Stirnmesserkopf ausgebildetes Werkzeug 1 ist über eine Messerkopfspindel 3 in einer verschwenkbaren Wälztrommel 2 drehbar gelagert und von einem ersten Motor 4 über eine Welle 5 und ein in der Wälztrommel 2 angeordnetes Getriebe 6 angetrieben. Die Welle 5 fällt mit der Wälztrommelachse zusammen, das Werkzeug 1 ist exzentrisch in der Wälztrommel 2 gelagert.
Das Getriebe 6 weist ein auf der Welle 5 befestigtes Stirnrad 7 auf, das mit einem auf einer in der Wälztrommel 2 gelagerten Welle 8 angeordneten Stirnrad 9 im Eingriff steht. Mit dem Stirnrad 9 steht ferner ein weiteres auf einer ebenfalls in der Wälztrommel 2 gelagerten Welle 10 befestigtes Stirnrad 11 im Eingriff. Die Welle 10 ist ferner über ein Stirnradpaar 12, 13 mit einer, in der Wälztrommel 2 gelagerten Welle 14 in Antriebsverbindung, welche Welle 14 über ein Kegelradpaar 15, 16 mit einer eine Schnecke 18 tragenden Welle 17 verbunden ist. Die Schnecke 18 steht im Eingriff mit einem Schnekkenrad 19, das mit der Messerkopfspindel 3 verbunden ist.
Das Schneckenrad 19 mit der Messerkopfspindel 3 und mit dem Stirnmesserkopf kann in der Wälztrommel schräg zu der Wälztrommelachse eingestellt werden.
Am Umfang der Wälztrommel 2 ist ein Schneckenrad 21 angeordnet, welches mit einer Schnecke 22 im Eingriff steht und über ein weiteres Schneckenradpaar 23, 24 und eine Welle 25 mit einem dritten Motor 26 zum Antrieb der Wälztrommel 2 verbunden ist. In der Wälztrommel 2 ist ferner ein um eine zur Wälztrommelachse parallele Achse 27 drehbares Zahnrad 28 gelagert, das mit einem auf der Welle 5 befestigten Zahnrad 29 im Eingriff steht. Das Übersetzungsverhältais der beiden Zahnräder 28, 29 ist 1:1. Die Wälztrommel 2 und das Getriebe 21, 24 zum Antrieb der Wälztrommel 2 sind in einem Gehäuse, einem sogenannten Wälzstock 30 angeordnet.
In einem zweiten Gehäuse, einem sogenannten Werkstückspindelstock 31 ist auf eine Werkstückspindel 32 ein Werkstück 33 drehbar gelagert. Die Werkstückspindel 32 ist mit einem Schneckenrad 34 verbunden, das mit einer Schnecke 35 im Eingriff steht, welche Schnecke 35 über eine Welle 36 mit einem zweiten, hydraulischen Motor 37 zum Antrieb des Werkstückes 33 verbunden ist.
Der Wälzstock 30 und der Werkstückspindelstock 31 sind auf einem Maschinenbett 38 gelagert, wobei der Werkstückspindelstock 31 auf einem in der Zeichnung nicht dargestellten Kreissegment des Maschinenbettes um das Maschinenmittel geschwenkt werden kann.
Eine an das elektrische Netz 39 angeschlossene Thyristor Steuerung 40 bekannter Art ist mit dem ersten Motor 4 verbunden. Der Motor 4 ist ferner mit einem Tachogenerator 41 verbunden, der mit der Thyristor-Steuerung 40 rückgekoppelt ist.
Auf der Welle 27, die über das Zahnradpaar 28, 29 mit der zum ersten Motor 4 führenden Welle 5 verbunden ist, ist ein erster digitaler Drehgeber 42 üblicher Bauart angeordnet, der mit einem ebenfalls an sich bekannten Rechner 43 verbunden ist, und diesem ein Signal x abgibt.
Auf der Welle 36, die mit dem zweiten Motor 37 verbunden ist, ist ein zweiter digitaler Drehgeber 44 angeordnet, der ebenfalls mit dem Rechner 43 verbunden ist und diesem ein Signal y liefert. Der Rechner 43 ist über einen Digital-Analog Umwandler 45 mit einem Regler, beispielsweise einem PID Regler verbunden, der ferner über ein Servoventil 47 an den zweiten, hydral:lischen Motor 37 angeschlossen ist. Der zweite Motor 37 ist mit einem Tachogenerator 48 verbunden, der mit dem PID-Regler 46 rückgekoppelt ist.
Eine an das elektrische Netz 39 angeschlossene Thyristor Steuerung 49 ist mit dem dritten Motor 26 verbunden. Der Motor 26 ist mit einem Tachogenerator 50 versehen, der mit der Thyristor-Steuerung 49 rückgekoppelt ist.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt: Über die Thyristor-Steuerung 40 wird die Drehzahl des ersten Motors 4 gesteuert. Über den Tachogenerator 41 ist der Motor 4 mit dieser Thyristor-Steuerung 40 rückgekoppelt und die Drehzahl des Motors 4 dauernd konstant gehalten.
Beim sogenannten Einstechen am Werkstück 33 durch den Stirnmesserkopf 1 bei welchem keine Wälzbewegung des Stirnmesserkopfes durch die Wälztrommel 2 notwendig ist, steht die Wälztrommel 2 bzw. der dritte Motor 26 still. Der Stirnmesserkopf 1 dreht mit einer Drehzahl, die proportional zu der Drehzahl des ersten Motors 4 ist. Das mit dem ersten digitalen Drehgeber 42 verbundene Zahnrad 28 dreht sich lediglich um seine eigene Achse 27 und zwar mit der gleichen Drehzahl wie das direkt vom ersten Motor 4 angetriebene Zahnrad 29. Der erste digitale Drehgeber 42 gibt dem Rechner 43 eine Anzahl Impulse x ab, die der Winkelgeschwindigkeit des Zahnrades 28 und in diesem Fall auch der Winkelgeschwindigkeit des Zahnrades 29, d. h. der an das Werkzeug 1 übertragenen Drehzahl des Motors 4 entspricht.
Der Rechner 43 bekommt gleichzeitig in der nachfolgend beschriebenen Weise ein Signal y vom zweiten digitalen Drehgeber 44, der die Winkelgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des zweiten Motors 37, d. h. der an das Werkstück 33 übertragenen Drehzahl entspricht.
In Abhängigkeit der Anzahl k der zu erzeugenden Zähne am Werkstück 33 und der Anzahl m der Messer im Stirnmes serkopf 1 wird im Rechner 43 aus dem Signal x des ersten digitalen Drehgebers 42 ein Wert s bestimmt, der den Sollwert für die Drehzahl des zweiten Motors 37 und somit für das Werkstück 33 angibt. Die Werkstückdrehzahl muss jeweils in einem bestimmten Verhältnis zu der Werkzeugdrehzahl stehen, welches dem Verhältnis der Zähnezahl des Werkstückes k und der Messerzahl m des Werkzeuges 1 entspricht. Der Sollwert s wird im Rechner 43 mit dem vom zweiten digitalen Drehgeber 44 angegebenen Ist-Wert y verglichen und die Differenz als Signal z über den Digital-Analog-Umwandler 45 dem PID-Reg ler 46 zugeführt. Über das Servoventil 47 wird dann die Ist Drehzahl des Motors 37 und des Werkstückes 33 dem Sollwert angepasst.
Vom Tachogenerator 48 wird dann die Ist-Zahl dauernd dem PID-Regler 46 angegeben und konstant gehalten.
Soll nun das Auswälzen der Zähne am Werkstück 33 erfolgen, d. h. die Zahnflanken sollen eine Evolventen-Form erhalten, so wird die Wälztrommel 2 von dem dritten Motor 26 über das Schneckengetriebe 24, 23, 22, 21 in Bewegung gesetzt. Die Drehzahl des dritten Motors 26 wird von der Tyristor-Steuerung 49 gesteuert und über den Tachogenerator 50 wird in Verbindung mit dieser Steuerung 49 die Ist-Drehzahl des Motors 26 der Soll-Drehzahl dauernd angepasst. Es ist dabei möglich, die Wälztrommel 2 beschleunigend anzutreiben.
Die Wälztrommel 2 dreht sich in einem vorberechneten, durch die Steuerung 49 gesteuerten Winkelbereich. Mit der Wälztrommel 2 wird auch der exzentrisch gelagerte Stirnmesserkopf 1 verschwenkt. Je nach Drehrichtung der Wälztrommel 2 wird dann die absolute Winkelgeschwindigkeit des Stirnmesserkopfes der Summe oder der Differenz der einerseits vom ersten Motor 4 und anderseits von der Wälztrommel 2 erzeugten Winkelgeschwindigkeiten entsprechen. Im Getriebe 6 wälzt sich bei sich drehender Wälztrommel 2 das Stirnrad 9 auf dem Stirnrad 7 ab. Auch die das Zahnrad 28 tragende Welle 27 wird mit der sich bewegenden Wälztrommel 2 um die Wälztrommelachse verschwenkt.
Dabei wälzt sich das Zahnrad 28 auf dem Zahnrad 29 ab, wobei eine der Summe oder der Differenz der vom ersten Motor 4 und der von der Wälztrommel 2 erzeugten Winkelgeschwindigkeiten entsprechende absolute Winkelgeschwindigkeit resultiert. Diese resultierende Winkelgeschwindigkeit wird vom ersten digitalen Drehgeber 42 erfasst und die entsprechende Anzahl Impulse x dem Rechner 43 zugeführt. Entsprechend diesem resultierenden Signal x wird dann vom Rechner 43 der Wert s berechnet und mit dem Ist Wert y der Werkstückdrehzahl verglichen, wonach so lange ein Signal z über den Digital-Analog-Umwandler 45 und den PID Regler 46 dem Motor 37 zugeführt wird, bis keine Differenz zwischen dem Sollwert s und dem Ist-Wert y der Welle 36 mehr besteht.
Ist der Soll- und Ist-Wert s und y ausgeglichen, so wird nur die richtige Drehzahl des zweiten Motors 37 über den Tachogenerator 48 und die Rückkoppelung mit dem PID Regulator 46 kontrolliert und dauernd geregelt.
Dadurch, dass der Antrieb des Werkzeuges und des Werkstückstückes separat erfolgt und über ein elektronisches Steuersystem aufeinander abgestimmt ist, ist die Verzahnungsmaschine vereinfacht und verbilligt, da das komplizierte Getriebe zwischen den Teilen nicht notwendig ist. Ausserdem können die Bewegungen des Werkstückes und des Werkzeuges genauer aufeinander abgestimmt werden. Bei jeder Veränderung der Bewegung des Werkzeuges wird unmittelbar eine entsprechende Änderung der Bewegung des Werkstückes bewirkt.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Antrieb des Werkstückes in Abhängigkeit vom Antrieb des Werkzeuges gesteuert. Es wäre auch eine umgekehrte Steuerung denkbar, vor allem bei Verzahnungsmaschinen, die keine Wälzeinrichtung besitzen.
The invention relates to a gear cutting machine with a rotating tool, with a rotating workpiece and with a drive device for driving the tool and the workpiece, the movements of the workpiece and the tool being dependent on one another.
In a known gear cutting machine of this type, the tool is mechanically coupled to the workpiece by a transmission and driven by a single motor.
The workpiece speed is in a certain ratio to the tool speed, which is the ratio of the number of teeth on the workpiece to the knife bnv. Corresponds to the number of grinding wheels of the tool. This ratio is set by changing gears in the gearbox. It is a disadvantage of this gear cutting machine that a complicated and expensive gearing is necessary between the tool and the workpiece, in particular because the angle between the workpiece axis and the tool axis must be adjustable by pivoting the workpiece headstock about a pivot point, a so-called machine means, for which Gear has two complex bevel gear pairs, a so-called bed center gear.
Due to the many mechanical parts of the gearbox, it is not guaranteed that the workpiece speed is precisely matched to the tool speed. Due to the unavoidable backlash in the gearbox, immediate adaptation of the workpiece speed to a changed tool speed is also not possible, which is particularly disadvantageous if the tool is set in an additional rolling movement during the work process.
The invention is based on the object of creating a gear cutting machine of the type mentioned at the outset, in which the complicated and expensive transmission is not necessary and the above-mentioned disadvantages can be avoided.
According to the invention, this object is achieved in that the drive device has a first motor for driving the tool and a second motor for driving the workpiece, and that a control system is provided by which one motor is controlled depending on the speed generated by the other motor becomes.
An exemplary embodiment of the gear cutting machine according to the invention is shown schematically in the single figure of the drawing and is described in detail below.
A tool 1 designed as a face cutter head is rotatably supported via a cutter head spindle 3 in a pivotable roller drum 2 and is driven by a first motor 4 via a shaft 5 and a gear 6 arranged in the roller drum 2. The shaft 5 coincides with the rolling drum axis, the tool 1 is mounted eccentrically in the rolling drum 2.
The transmission 6 has a spur gear 7 which is fastened on the shaft 5 and which meshes with a spur gear 9 arranged on a shaft 8 mounted in the rolling drum 2. A further spur gear 11, which is also mounted on a shaft 10 that is also mounted in the rolling drum 2, is in engagement with the spur gear 9. The shaft 10 is also in a drive connection via a pair of spur gears 12, 13 with a shaft 14 mounted in the roller drum 2, which shaft 14 is connected via a bevel gear pair 15, 16 to a shaft 17 carrying a worm 18. The worm 18 is in engagement with a worm wheel 19 which is connected to the cutter head spindle 3.
The worm wheel 19 with the cutter head spindle 3 and with the face cutter head can be set in the roller drum at an angle to the roller drum axis.
A worm wheel 21 is arranged on the circumference of the rolling drum 2, which is in engagement with a worm 22 and is connected to a third motor 26 for driving the rolling drum 2 via a further pair of worm gears 23, 24 and a shaft 25. In the rolling drum 2 there is also mounted a gear 28 which is rotatable about an axis 27 parallel to the rolling drum axis and which meshes with a gear 29 fixed on the shaft 5. The gear ratio of the two gears 28, 29 is 1: 1. The rolling drum 2 and the gear 21, 24 for driving the rolling drum 2 are arranged in a housing, a so-called rolling stock 30.
A workpiece 33 is rotatably mounted on a workpiece spindle 32 in a second housing, a so-called workpiece headstock 31. The workpiece spindle 32 is connected to a worm wheel 34 which meshes with a worm 35, which worm 35 is connected via a shaft 36 to a second, hydraulic motor 37 for driving the workpiece 33.
The rolling stock 30 and the workpiece headstock 31 are mounted on a machine bed 38, and the workpiece headstock 31 can be pivoted about the machine means on a circular segment of the machine bed, not shown in the drawing.
A known type of thyristor controller 40 connected to the electrical network 39 is connected to the first motor 4. The motor 4 is also connected to a tachometer generator 41 which is fed back to the thyristor control 40.
On the shaft 27, which is connected to the shaft 5 leading to the first motor 4 via the pair of gears 28, 29, a first digital rotary encoder 42 of conventional design is arranged, which is connected to a computer 43, which is also known per se, and this a signal x gives up.
On the shaft 36, which is connected to the second motor 37, a second digital rotary encoder 44 is arranged, which is also connected to the computer 43 and supplies it with a signal y. The computer 43 is connected via a digital-to-analog converter 45 to a controller, for example a PID controller, which is also connected to the second hydraulic motor 37 via a servo valve 47. The second motor 37 is connected to a tachometer generator 48 which is fed back to the PID controller 46.
A thyristor controller 49 connected to the electrical network 39 is connected to the third motor 26. The motor 26 is provided with a tachometer generator 50 which is fed back to the thyristor control 49.
The method of operation of the device described is as follows: The speed of the first motor 4 is controlled via the thyristor control 40. The motor 4 is fed back to this thyristor control 40 via the tachometer generator 41 and the speed of the motor 4 is kept constant at all times.
During the so-called piercing of the workpiece 33 by the face cutter head 1 in which no rolling movement of the face cutter head is necessary through the roller drum 2, the roller drum 2 or the third motor 26 is at a standstill. The face cutter head 1 rotates at a speed which is proportional to the speed of the first motor 4. The gear 28 connected to the first digital rotary encoder 42 rotates only about its own axis 27 and at the same speed as the gear 29 directly driven by the first motor 4. The first digital rotary encoder 42 outputs a number of pulses x to the computer 43, that of the angular velocity of the gear 28 and in this case also the angular velocity of the gear 29, i.e. H. corresponds to the speed of the motor 4 transmitted to the tool 1.
At the same time, the computer 43 receives a signal y from the second digital rotary encoder 44 in the manner described below, which determines the angular speed or rotational speed of the second motor 37, ie. H. corresponds to the speed transmitted to the workpiece 33.
Depending on the number k of teeth to be generated on the workpiece 33 and the number m of knives in the face knife head 1, a value s is determined in the computer 43 from the signal x of the first digital rotary encoder 42, which is the setpoint for the speed of the second motor 37 and thus indicates for the workpiece 33. The workpiece speed must always have a certain ratio to the tool speed, which corresponds to the ratio of the number of teeth on the workpiece k and the number of knives m of the tool 1. The setpoint s is compared in the computer 43 with the actual value y given by the second digital rotary encoder 44, and the difference is fed to the PID controller 46 as a signal z via the digital-to-analog converter 45. The actual speed of the motor 37 and the workpiece 33 is then adapted to the setpoint value via the servo valve 47.
The tachometer generator 48 then continuously specifies the actual number to the PID controller 46 and keeps it constant.
If the teeth are to be rolled out on the workpiece 33, d. H. the tooth flanks are to have an involute shape, so the rolling drum 2 is set in motion by the third motor 26 via the worm gear 24, 23, 22, 21. The speed of the third motor 26 is controlled by the thyristor control 49 and the actual speed of the motor 26 is continuously adapted to the target speed via the tachometer generator 50 in conjunction with this control 49. It is possible to drive the rolling drum 2 to accelerate.
The rolling drum 2 rotates in a precalculated angular range controlled by the controller 49. With the roller drum 2, the eccentrically mounted face cutter head 1 is also pivoted. Depending on the direction of rotation of the rolling drum 2, the absolute angular speed of the face cutter head will then correspond to the sum or the difference of the angular speeds generated by the first motor 4 on the one hand and by the rolling drum 2 on the other. In the transmission 6, the spur gear 9 rolls on the spur gear 7 as the rolling drum 2 rotates. The shaft 27 carrying the gear 28 is also pivoted with the moving roller drum 2 about the roller drum axis.
The gear wheel 28 rolls on the gear wheel 29, resulting in an absolute angular speed corresponding to the sum or the difference of the angular speeds generated by the first motor 4 and the angular speeds generated by the rolling drum 2. This resulting angular velocity is recorded by the first digital rotary encoder 42 and the corresponding number of pulses x is fed to the computer 43. According to this resulting signal x, the value s is then calculated by the computer 43 and compared with the actual value y of the workpiece speed, after which a signal z is fed to the motor 37 via the digital-to-analog converter 45 and the PID controller 46 until there is no longer a difference between the setpoint s and the actual value y of the shaft 36.
If the setpoint and actual values s and y are balanced, only the correct speed of the second motor 37 is monitored and continuously regulated via the tachometer generator 48 and the feedback to the PID regulator 46.
Since the tool and the workpiece are driven separately and coordinated with one another via an electronic control system, the gear cutting machine is simplified and cheaper, since the complicated gearing between the parts is not necessary. In addition, the movements of the workpiece and the tool can be coordinated more precisely. With every change in the movement of the tool, a corresponding change in the movement of the workpiece is effected immediately.
In the embodiment shown in the drawing, the drive of the workpiece is controlled as a function of the drive of the tool. A reverse control would also be conceivable, especially in the case of gear cutting machines that do not have a rolling device.