檢測一個齒輪總分度誤差的方法和裝置的製作方法

2023-07-11 07:57:36

專利名稱：檢測一個齒輪總分度誤差的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一個用於在一個加工機器，特別在一個齒輪珩磨機上檢測一個齒輪總分度誤差的方法，其中，該待加工的圍繞其轉軸旋轉的齒輪與一個圍繞自己轉軸旋轉的珩磨刀具處於嚙合連接，依此，在待加工齒輪的齒面上發生切削加工，同時，齒輪的轉軸與第一脈衝發送器和第一驅動元件相連接，珩磨刀具的轉軸與第二脈衝發送器和第二驅動元件相連接，而且，脈衝發送器與機器控制裝置相連接，它具有一個內部計算單元，第一和第二貯存裝置和一個數據輸出裝置。此外，本發明還涉及一個實施這個方法的裝置。
對於齒輪的硬性加工，可以應用不同的製造方法。經常，將滾銑的和硬化的齒輪通過一個磨削加工過程製成精確的型面輪廓(漸開線)。有時，在磨削加工過程之後實施一個齒輪珩磨過程，以便將磨削加工之後還遺留的齒輪誤差減至最小。對於一個齒輪的穩定運行來說，總分度誤差是特別關鍵的，因而也是應該注意的。
在齒輪珩磨過程中，要加工的齒輪繞其轉軸轉動。同時它與一個珩磨刀具相嚙合，該刀具在待加工的齒輪為外齒輪情況下，具有一個內齒環的形狀，該珩磨刀具同樣圍繞其轉軸旋轉。該珩磨刀具的內齒結構，在考慮刀具和工件之間的轉動時，完全與待加工齒輪型廓的反向型廓相一致。為了實現從硬性待加工的齒輪上將材料切削掉，該珩磨刀具置有研磨顆粒。這種加工過程，例如在工件被驅動情況下，刀具是用一個基本的牽拉力矩同步運行的。通過改變轉動方向，兩個齒面(推和拉)就得到加工。
對待加工齒輪的質量高要求就導致必需功效高的硬性加工方法。關於齒輪的珩磨加工已被視為解決方案，其中，刀具和工件的兩個轉軸不再是相互無關運行的，而只是通過對不驅動構件的牽拉力矩相互連接，同時，這兩個轉軸通過一個限定的連接裝置進行連接。這個連接，最好藉助NC-技術實施電氣方式(「電動軸」)。
這個措施的目標是，不僅通過珩磨過程去「檢測出」齒輪誤差，並用無誤差的珩磨刀具以滾壓方式減至最小，而且明確地通過轉軸的強制連接加以消除。
無數試驗表明，用公知的珩磨方法事實上可以使基本的齒輪誤差達到很小，特別是轉動偏差，齒形誤差和齒輪的單個分度誤差。
但是也表明，特別是齒輪的總分度誤差也在使用一個「電動軸」情況下於珩磨過程之後幾乎是無改變大小地存在著並原則上處於允許公差之外。
因此，每種高精度的硬性加工都是以精確的獲知總分度誤差為先決條件的，這樣，總分度誤差就可能成為認真對待的目標。為此，特別提出，將已確定的總分度誤差「置以相反的符號」作為擾動作用量輸入刀具和工件轉軸的連接裝置中(見DE4317306)。
因為，在變速箱結構中，通常必須製造很大批量的齒輪，因此就要求不用很大(時間)耗費就能夠在齒輪珩磨機中有效地確定存在的總分度誤差。
為此，本發明任務在於設置一個用於在加工機中，特別在齒輪珩磨機中檢測一個齒輪總分度誤差的方法，它可在短時間內提供結果，以便既用於進一步加工(「擾動量輸入」)，又用於工件(質量)的判斷。
本發明解決這一任務的特片措施是，總分度誤差通過下面由機器控制裝置控制的工作步驟來確定a)珩磨刀具(3)藉助第二驅動元件(8)是如此轉動的，即齒輪(1)至少進行一個完整的迴轉(360°)，同時，該齒輪(1)是無負載的，但是與珩磨刀具(3)處於結構嚙合接觸地同步運行;
b)一旦珩磨刀具(3)發生一個規定的轉動行程，其與齒輪(1)完整迴轉(360°)中予先確定的分數部分相一致，則機器控制裝置(9)的第一內部計算單元(11)每有一個信號輸送到第二內部計算單元(12)去;
c)在第二內部計算單元(12)中對從第一脈衝發送器(5)在按照工作步驟b)中依順序第二個信號期間發出的脈衝進行計數和貯存在機器控制裝置(9)的第一貯存裝置(13)中並一直計數到該齒輪(1)至少進行一個完整的迴轉為止;
d)通過機器控制裝置(9)的內部計算單元和考慮齒輪(1)，珩磨刀具(3)和驅動鏈間幾何關係情況下評價在第一貯存裝置(13)中存在的數值以計算出齒輪(1)存在的總分度誤差。
通過本發明特徵方案可以實現，用可供使用的控制系統和藉助加工機NC軸的脈衝發送器就可以很快地檢測出齒輪(1)存在的總分度誤差。當然，首先應該運用關於這個誤差，這個數值的知識(作為齒輪角坐標的性能函數)成為珩磨加工的基礎。正如上面已描述的，該誤差是作為「電動軸」的擾動量輸入的。
按照本發明另一特徵方案，這在機器控制裝置(9)的第一貯存裝置(13)中置存的數值，必要時在一個數字模擬量轉換以後，作為擾動量輸入用珩磨刀具(3)對齒輪(1)的加工過程中，同時，齒輪(1)的轉軸(2)和珩磨刀具(3)的轉軸(4)是電動連接的。
因為在驅動裝置和機器元件中總是存在著單個元件基本的彈性，也就是說，只是單個元件有限的剛性，所以可能有意義的是，這些被輸入到齒輪(1)和珩磨刀具(3)的轉軸連接裝置中的擾動量應該乘以放大因數，以實現一個更有效亦即較短的加工過程。
因為，有時一些予加工很壞的或淬火強烈扭曲的齒輪會到達硬性精加工機器上，從而導致珩磨刀具(3)過度消耗費用，然而本發明就可以有利方式如此設置技術方案即，機器控制裝置(9)在檢測總分度誤差之後，當總分度誤差超過一個規定最大值時就不導入用珩磨刀具(3)加工齒輪(1)的程序。由此刀具(3)可以明顯得到保護。
為了在齒輪珩磨期間觀察工作步驟和在給定的時間結束加工程序特規定，在用珩磨刀具(3)加工齒輪(1)期間，對總分度誤差的檢測工作是以可預定的時間間隔或以連續方式重複進行，同時，按照上面的工作步驟c)的貯存工作是在機器控制裝置(9)的第二貯存裝置(16)中完成的。
然後，檢測的總分度誤差數值可以在其檢測的同時表示在機器控制裝置(a)的數據輸出裝置上。此外，可以規定，該機器控制裝置(8)，一旦該檢測的總分度誤差數值低於一個規定的最小值時就結束用珩磨刀具(3)加工齒輪(1)的工作。
所有上面的實施方案，當然也適用於在實施上面的工作步驟a)時，齒輪(1)是藉助第一驅動元件(7)轉動的，而珩磨刀具(3)是無載的，但是與齒輪(1)處於結構嚙合接觸地同步運行的情況。
在附圖中描述了一個實施例，藉助它，應能闡明本發明方法。


圖1是在加工過程中嚙合的工件和刀具;
圖2是用於檢測總分度誤差的裝置結構簡圖和圖3是在轉角範圍內兩個脈衝發送器詳細信號的變化規律。
在圖1中可以看出待加工的齒輪1。它具有一個轉軸2，該齒輪1在研磨加工過程中，圍繞軸2轉動(轉動方向A)。該齒輪1與研磨刀具3相嚙合，刀具2可圍繞其轉軸4轉動(轉動方向B)。此處描述的是加工一個端面齒輪的最簡單的情況，其具有與轉軸2平行延伸的齒結構(直線齒輪)。但是，本發明實施方案完全適用於斜齒結構和適用於要加工的內齒輪。當然，此時的刀具具有一個外齒結構的端齒輪形狀(這樣，圖1中，號碼1就是刀具了，號碼3就是工件了)。
該研磨刀具(珩輪3)具有與工件1反向的輪廓。在刀具3和工件1滾壓時，刀具3就在工件上加工出希望的輪廓結構。材料切削(研削)是如此產生的，即在工件和刀具之間的接觸表面上是在刀具一側設有研磨材料的。可以使用一個這樣的刀具，它完全由可修整的磨削材料構成並在其中例如藉助一個帶金鑽石的標準齒輪加工出希望的輪廓形狀。而且，該刀具還可以由一個金屬基體構成，該基體已被精確地加工成一個等量較小的形狀，然後再設置一個由超硬材料組成的單層結構(例如CBN)，依此就獲得一個精確要求的工具形狀。
在圖1中未描繪的脈衝發送器5，它與齒輪1的轉軸2相連接，也未描繪的第一驅動元件6，它驅動齒輪1;同樣未描述的還有脈衝發送器7，它與珩磨刀具3的轉軸4相連接;以及第二驅動元件8，它驅動珩磨刀具3。
軸2和4的旋轉運動(轉動方向A和B)是電動連接的(「電動軸」);也就是說，對於工件軸的每個轉角位置，刀具軸也具有一個對應的轉角位置，即該刀具軸是按照調節技術精確地對應設置和定位的。
在圖2中簡圖描繪了用於檢測總分度誤差的裝置結構。齒輪1和珩磨刀具3也處於嚙合狀態。齒輪1被第一驅動元件6驅動，珩磨刀具3被第二驅動元件8驅動。齒輪1與第一脈衝發送器5相連接，珩磨刀具3與第二脈衝發送器7相連接。
其中，機器控制裝置9包括一個用於值Pm(s，u)的數值貯存器，一個第一和一個第二內部計算單元11和12，一個第一和一個第二貯存器裝置13和16，一個D/A轉換器14以及比較器15和17。
本發明構思是基於，珩磨刀具3在相當大地程度上說是無誤差的。同時，該要加工的齒輪1具有基本的總分度誤差。這個假設是與實際相符合的，因為用於齒輪一硬化精加工的刀具總是已被加工成很高的質量，因此，其(總是存在的)誤差與相應的工件相比是可忽略的。
檢測齒輪1總分度誤差的目標是採取如下措施的該珩磨刀具3藉助第二驅動元件8置於轉動。齒輪1是無載地轉動，但是，與刀具3處於結構吻合的接觸。在機器控制裝置9的一個數值貯存器10中，預定數值Pm，它確定測量點的數目。這些測量點在圓周上均勻分布，並應該在齒輪1上進行考核。一個第一內部計算單元11，在得到測量點的數目和預定的來自第二脈衝發送器7的脈衝，之後，通過考慮齒輪1和珩磨刀具3的齒數比和必要時考慮驅動元件存在的傳動比來計算脈衝數目，它必須是由第二脈衝發送器7發出的，直至齒輪1轉過第一分度角(2Pi/Pm)。然後，它將一個信號送到一個第二內部計算單元12去(「接收一個測量點的時刻」)。
該第二內部計算單元12就對從第一脈衝發送器5到達的脈衝計數，直到它從第一計算單元11收到一個信號。然後，這個數值被貯存在機器控制裝置9的第一貯存裝置13中並被存在該貯存裝置13的第一位置上。這個過程一直重複，直到齒輪1(至少)轉過一個完整的迴轉(360°);而後，該第一貯存裝置13就被存入與測量點Pm數目相一致的數值，在本簡圖示實例中亦即存入8個數值。在實踐中，必要時選擇數百個點，以便獲得一個足夠高的精度。
在圖3中，簡圖方式描繪了從兩個脈衝發送器5和7到達的信號在齒輪1的轉角(Phi1)範圍內的變化情況。此外作為簡單的實施例，又是以圖2相一致的8個數值為基礎的。在齒輪迴轉的第一個「八分之一」期間，(從精確的，「理想的」的珩磨刀具算起)，該第二脈衝發送器7在本實施例中計數100個脈衝(直至轉角Pi/4)。然後，第一內部計算單元11的信號就送達第二單元12上(Piek nach Pi/4)。直到這一時刻，從第一脈衝發送器5輸入102脈衝(見圖3)，這樣，就產生一個總分度誤差;這一點只有當從第一脈衝發送器同樣輸入100脈衝時才不會是這種情況。
通過繼續「測量」齒輪1的整個圓周上的情況，才使第一貯存裝置13的內容完全，直至它如圖2描繪的形式。接著，珩磨加工就可以用擾動作用補償方式如下進行這由貯存器13來的與齒輪1的相應轉角位置一致的數值(置以相反的符號)，在刀具軸和工件軸的轉動運動相連接的情況下，也被接入。為此，來自貯存裝置13的數值首先在一個D/A-轉換器14中從數字形式往模擬方式轉換。為了提高加工過程的效率，將由D/A-轉換器送到NC控制裝置去的數據乘以放大因數Vw，例如它可以是1.2。
在所有的數值接收到貯存裝置13中以後，按照要求就可以將已有的數值首先在真正的加工之前進行檢查，該已有的總分度誤差是否大到加工是不值得的(廢品)程度。為此設置一個比較器15，它只有當所有在貯存器13中保存的數值不超過一個規定的最大誤差(Fmax)時才啟動齒輪1的加工過程。
為了在珩磨期間檢查加工步驟和最終結束加工過程，設置一個第二貯存裝置16，其中，上面描述的對總分度誤差的測量在珩磨過程期間以確定的時間間隔或連續方式相互重複進行。一個比較器17將剛剛檢測的數值與一個規定的用於總分度誤差的最小值(Fmin)相比較並一旦低於這個值時發出結束珩磨加工的指令。
最後應該說明，在貯存裝置(13，16)中存置的脈衝數值當然還不是總分度誤差。這個總誤差，只有當刀具，工件和裝置的整個幾何關係加以考慮和檢測的脈衝數值通過一個相應的算法系統加以處理時才可獲得。但是，上面描述的操作還可以不用換算成「真實的」總分度誤差就能進行，因為，脈衝序列是與總分度誤差成正比的。用於規定的最小數值和最大數值(Fmin和Fmax)的數據是當然應該換算成相應的「脈衝單位」的。本發明當然還包括這種情況，即被處理的不是明顯計算的總分度誤差，而是僅僅處理所測脈衝的貯存數。
另外還應提及的是，整個的開關技術方面的實施方案實際上還必須補充有一般的關於脈衝序列啟動的同步裝置(必須規定一個參考脈衝)。但是，這種技術是公知的，本發明只是借用而已。
零件編號1 齒輪2 齒輪轉軸3 珩磨刀具4 刀具轉軸5 第一脈衝發送器6 第一驅動元件7 第二脈衝發送器8 第二驅動元件9 機器控制裝置10 用於Pm的機器控制數值貯存器11 第一內部計算單元12 第二內部計算單元13 第一貯存裝置14 D/A轉換器15 比較器16 第二貯存裝置
17 比較器A 齒輪轉動方向B 珩磨刀具轉動方向Pm 在齒輪圓周上測量點數目Vw 放大因數Fmin 總分度誤差最小值Fmax 總分度誤差最大值I5第一脈衝發送器的脈衝I7第二脈衝發送器的脈衝
權利要求
1.用於在加工機中，特別在一個齒輪珩磨機中檢測一個齒輪(1)總分度誤差的方法，其中，該圍繞其轉軸(2)旋轉的待加工齒輪(1)和一個圍繞其轉軸(4)旋轉的珩磨刀具(3)處於嚙合連接，因此，在待加工齒輪(1)的齒面上形成切削加工，同時，齒輪(1)的轉軸(2)與一個第一脈衝發送器(5)和一個第一驅動元件(6)相連接，珩磨刀具(3)的轉軸(4)與一個第二脈衝發送器(7)和一個第二驅動元件(8)相連接；而且，脈衝發送器(5，7)與機器控制裝置(9)相連接，該裝置(9)具有一個內部計算單元，第一和第二貯存裝置和一個數據輸出裝置，其特徵在於該總分度誤差是通過下面的由機器控制裝置控制的工作步驟確定的a)珩磨刀具(3)藉助第二驅動元件(8)是如此轉動的，即，齒輪(1)至少進行一個完整的迴轉；同時，該齒輪(1)是無負載的，但是與珩磨刀具(3)處於結構嚙合接觸地同步運轉的；b)一旦珩磨刀具(3)發生一個規定的轉動行程，其與齒輪(1)完整迴轉(一周)中予先確定的分數部分相一致，則機器控制裝置(9)的第一內部計算單元(11)每有一個信號輸送到第二內部計算單元(12)去；c)在第二內部計算單元(12)中對從第一脈衝發送器(5)在按照工作步驟b)中仍順序第二個信號期間發出的脈衝進行計數和貯存在機器控制裝置(9)的第一貯存裝置(13)中並一直計數到該齒輪(1)至少進行一個完整的迴轉為止；d)通過機器控制裝置(9)的內部計算單元和考慮齒輪(1)，珩磨刀具(3)和驅動鏈間幾何關係情況下評價在第一貯存裝置(13)中存在的數值以計算出齒輪(1)上存在的總分度誤差。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於在機器控制裝置(9)的第一貯存裝置(13)中存置的數值，必要時在一個數字模擬轉換之後，作為在用珩磨刀具(3)加工齒輪(1)時的擾動量輸入(加工控制程序中)，同時齒輪(1)的轉軸(2)和珩磨刀具(3)的轉軸(4)是電動連接的。
3.按照權利要求2所述的方法，其特徵在於該擾動量是通過一個放大因數，最好大於1，接入的。
4.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於機器控制裝置(9)在檢測總分度誤差之後，當總分度誤差超過一個規定的最大數值時，就不導入用珩磨刀具(3)對齒輪(1)的加工過程。
5.按照權利要求1至3之一所述的方法，其特徵在於在用珩磨刀具(3)加工齒輪(1)的過程期間，對總分度誤差的檢測，是以可預先規定的時間間隔或連續方式重複進行的，同時，按照權利要求1工作步驟(c)的貯存工作是在機器控制裝置(9)的第二貯存裝置(16)中完成的。
6.按照權利要求5所述的方法，其特徵在於該檢測的總分度誤差數值，在其檢測同時表示在機器控制裝置(9)的數據輸出裝置上。
7.按照權利要求5或6所述的方法，其特徵在於機器控制裝置(9)，一旦所檢測的總分度誤差數值低於一個預定的最小值時就結束用珩磨刀具(3)對齒輪(1)的加工過程。
8.按照權利要求1至7至少之一所述的方法，其特徵在於為了實施權利要求1)的工作步驟a)，該齒輪(1)藉助第一驅動元件(7)進行轉動，同時，該珩磨刀具(3)無載地任與齒輪(1)結構吻合接觸地同步運轉。
9.實施權利要求1至8至少之一方法的裝置。
全文摘要
一個在加工機器，特別在齒輪珩磨機中檢測齒輪總分度誤差的方法，在珩磨加工前，必須檢測出工件的總分度誤差，作為擾動量接入工件軸和刀具軸的轉動連接中。在珩磨加工前進行一個機器內部的測量過程，同時，刀具側和工件側的脈衝發送器在待加工的齒輪的一個迴轉範圍內發送脈衝到機器控制裝置上，脈衝檢測出存在的總分度誤差，可作為擾動量接入及辨別廢品和加工的周期終端。
文檔編號B23F23/12GK1102880SQ9410783
公開日1995年5月24日 申請日期1994年6月29日 優先權日1993年6月29日
發明者赫曼·貝克林 申請人:卡伯股份公司及兩合公司工具機工廠