CH699038B1 - Werkzeugmaschine. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken (3), umfassend eine Spanneinheit (2) zum Einspannen eines Werkstücks (3), wobei die Spanneinheit (2) einen Antrieb (4a) umfasst, welcher ein Spannfutter (4) rotatorisch antreibt, und eine Honeinheit (6) mit einem Honwerkzeug (7), welche gegenüber der Spanneinheit (2) angeordnet ist, wobei die Honeinheit (6) ohne eigenen Rotationsantrieb drehfest angeordnet ist.

Description

  Stand der Technik

  

[0001]    Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken und insbesondere eine Werkzeugmaschine zur Feinbearbeitung von Werkstücken, insbesondere zum Honen.

  

[0002]    Werkzeugmaschinen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 19 716 243 A1 ein Bearbeitungssystem zur Bearbeitung von Werkstücken, bei dem mehrere Bearbeitungsstationen mit unterschiedlichen Werkzeugen nacheinander angeordnet sind. Ein zu bearbeitendes Werkstück wird dabei von der ersten Bearbeitungsstation bearbeitet und dann an eine benachbarte Bearbeitungsstation weitergegeben, wobei das Werkstück in einer Aufspannung verbleibt. In der nächsten Bearbeitungsstation erfolgt dann die weitere Bearbeitung des Werkstücks und anschliessend wird es zu einer dritten Bearbeitungsstation weitergeführt. Das dargestellte Bearbeitungssystem offenbart jedoch nur die Verwendung verschiedener Schleifwerkzeuge. Um höchste Bauteilqualitäten zu erzeugen, müssen die Werkstücke jedoch mittels Honen bearbeitet werden.

   Hierbei werden beispielsweise Ein- oder Mehrleistenwerkzeuge (Honahlen) verwendet, bei denen die Schneidteile in radialer Richtung zustellbar sind. Die konventionelle Honbearbeitung erfolgt bisher in separaten Honanlagen, wobei ein Werkstück in mehreren Bearbeitungsschritten von unterschiedlichen Honwerkzeugen bearbeitet wird. Die Honwerkzeuge werden dabei rotiert, um den notwendigen Werkstoffabtrag am Werkstück zu erzeugen. Weiterhin wird beim Honen häufig eine Oszillationsbewegung in axialer Richtung durchgeführt, um beispielsweise die gesamte Länge einer Bohrung zu bearbeiten. Von daher weisen die bekannten Honanlagen sowohl einen Oszillationsantrieb als auch einen rotatorischen Antrieb für das Honwerkzeug auf.

Offenbarung der Erfindung

  

[0003]    Die erfindungsgemässe Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie eine Honbearbeitung eines Werkstücks ermöglicht, wobei die Werkzeugmaschine einen sehr kompakten Aufbau aufweist. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Werkzeugmaschine eine Honeinheit umfasst, welche gegenüber einer Spanneinrichtung zum Spannen eines Werkstücks angeordnet ist. Die Honeinheit ist dabei ohne einen Rotationsantrieb ausgebildet und somit drehfest angeordnet. Mit anderen Worten kann bei erfindungsgemässen Werkzeugmaschinen eine Honeinheit verwendet werden, welche keinen Rotationsantrieb für das Honwerkzeug aufweist.

   Eine Rotationsbewegung des Honwerkzeugs ist erfindungsgemäss nicht erforderlich, da die notwendige Schnittgeschwindigkeit durch das rotierende Werkstück erzeugt wird. Hierzu weist die Spanneinrichtung der Werkzeugmaschine einen Antrieb auf. Somit kann die erfindungsgemässe Werkzeugmaschine sehr kostengünstig bereitgestellt werden.

  

[0004]    Die abhängigen Ansprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

  

[0005]    Besonders bevorzugt ist die Honeinheit ortsfest angeordnet. Hierdurch kann ein besonders einfacher Aufbau realisiert werden. Dabei wird eine gewünschte Axialbewegung, beispielsweise zum Honen einer Bohrung in einem Werkstück, durch eine Axialbewegung der Spanneinrichtung, welche das Werkstück einspannt, erzeugt.

  

[0006]    Alternativ ist die Honeinheit auf einem Schlitten, insbesondere einem Kreuzschlitten, angeordnet. Die Honeinheit kann somit mitsamt dem Schlitten verfahren werden. Somit kann die Honeinheit selbst in einer Axialrichtung mittels des Schlittens bewegt werden, ohne dass die Honeinheit selbst hierzu einen separaten Antrieb für die Bereitstellung einer Hubbewegung aufweist. Auch dadurch kann die Honeinheit sehr kompakt aufgebaut sein. Gemäss einer weiteren Alternative kann die Honeinheit in einer ersten Achse hin- und herbewegbar und das Werkstück in einer zweiten Achse, senkrecht zur ersten Achse, hin- und herbewegbar sein.

  

[0007]    Vorzugsweise ist auf dem Schlitten noch mindestens eine weitere Werkzeugeinheit, insbesondere eine Schleifeinheit, angeordnet. Dadurch ist es möglich, das Werkstück in einer gemeinsamen Aufspannung zuerst mit der weiteren Werkzeugeinheit und anschliessend mit der Honeinheit zu bearbeiten.

  

[0008]    Weiter bevorzugt umfasst die Honeinheit eine Vorrichtung zur Anschnitterkennung. Mittels der Vorrichtung zur Anschnitterkennung kann dabei sichergestellt werden, wenn das Honwerkzeug in das Werkstück eingreift. Mittels der Anschnitterkennung kann ferner eine verbesserte Steuerung bzw. Regelung des Honvorgangs durchgeführt werden. Die Vorrichtung zur Anschnitterkennung umfasst dabei besonders bevorzugt einen Körperschallsensor.

  

[0009]    Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Honeinheit eine Kraftmesseinrichtung. Mittels der Kraftmesseinrichtung kann sichergestellt werden, dass die durch das Honwerkzeug am Werkstück erzeugte Eingriffskraft nicht zu gross wird. Dadurch kann erreicht werden, dass eine sehr genaue und feine Bearbeitung der Oberfläche des Werkstücks erreicht wird, ohne dass beispielsweise eine Werkzeugzustellung des Honwerkzeugs zu gross wird, was zu einer zu grossen Materialabtragung oder zu einer verschlechterten Oberfläche führen könnte.

  

[0010]    Durch die Integration der Anschnitterkennung und/oder der Krafterfassung wird ferner eine Überlastung der Schneiden der Honwerkzeuge verhindert. Die erfindungsgemässe Werkzeugmaschine kann besonders bevorzugt in der Serienfertigung von Werkstücken verwendet werden.

  

[0011]    Besonders bevorzugt umfasst die Honeinheit eine Aufweiteinheit, um die Zustellung des Honwerkzeugs in Radialrichtung bereitzustellen. Hierdurch können insbesondere verschiedene Bohrungsdurchmesser mit der gleichen Honeinheit gehont werden. Ferner kann, falls notwendig, eine grössere Aufweitung des Honwerkzeugs durchgeführt werden. Die Aufweiteinheit umfasst besonders bevorzugt eine Keilstange, eine Kugelrollspindel und einen Antrieb zum Antreiben der Kugelrollspindel. Mittels der Kugelrollspindel wird dabei eine rotatorische Antriebsbewegung in eine translatorische Bewegung der Keilstange umgewandelt.

  

[0012]    Weiter bevorzugt umfasst die Honeinheit einen Haltebereich und ist als eine austauschbare Baueinheit ausgebildet. Die Werkzeugmaschine umfasst dabei ferner einen Spindelhalter, um die Honeinheit aufzunehmen. Somit weist die Honeinheit am Haltebereich beispielsweise eine Aussenkontur auf, um durch den Spindelhalter gehalten zu werden. Hierdurch kann die erfindungsgemässe Honeinheit beispielsweise anstatt einer Innenschleifspindel in den Spindelhalter eingesetzt werden. Dadurch ergibt sich eine hohe Flexibilität der Werkzeugmaschine. Ferner kann ein besonders schneller und einfacher Einbau der Honeinheit durch die Verwendung des Spindelhalters erreicht werden. Darüber hinaus kann eine Einstellung der Spitzenhöhe der Honeinheit über Exzenterelemente des Spindelhalters durchgeführt werden.

   Die Honeinheit kann dabei besonders kompakt aufgebaut sein und weist ein sehr geringes Gewicht auf, da die Funktionalitäten des Spindelhalters mit genutzt werden können. Die als Baueinheit ausgebildete Honeinheit wird insbesondere in Verbindung mit Innenschleifmaschinen verwendet, wobei eine Innenschleifspindel vom Spindelhalter entnommen wird und die Honeinheit eingesetzt wird. Dadurch können insbesondere alle Funktionalitäten der Innenschleifmaschine auch für die Honeinheit genutzt werden.

  

[0013]    Die erfindungsgemässe Werkzeugmaschine wird insbesondere zur Feinbearbeitung von Werkstücken aus dem Bereich der Kraftstoffeinspritztechnik eingesetzt, bei denen sehr hohe Anforderungen an die Bohrungsqualitäten gestellt werden. Dies ist insbesondere deshalb notwendig, da aufgrund der zunehmenden Einspritzdrücke sowohl einerseits die Oberflächengüte der Bohrungen als auch die Bohrungsform an sich wichtige Parameter der Einspritzung sind. Die erfindungsgemässe Werkzeugmaschine kann ferner beispielsweise zur Verringerung der Spaltmasse zwischen einer Bohrung und einer Nadel in Einspritzdüsen oder auch zur Erzeugung von Druckeigenspannungen zur Erhöhung einer Bauteil-Lebensdauer verwendet werden.

   Durch die erfindungsgemässe Werkzeugmaschine kann insbesondere auf separate Honmaschinen und die damit verbundenen Nachteile durch zusätzliches Umspannen der Bauteile usw. verzichtet werden.

Zeichnung

  

[0014]    Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der einzigen Zeichnung zeigt
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische Schnittansicht einer Honeinheit für eine Werkzeugmaschine gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsform

  

[0015]    Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht von Teilen einer Werkzeugmaschine 1 gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst die Werkzeugmaschine 1 eine Spanneinheit 2 und eine Honeinheit 6. Die Spanneinheit 2 umfasst ein Spannfutter 4 und einen Antrieb 4a für das rotative Antreiben des Spannfutters 4. Die Spanneinheit ist auf einem Schlitten 5 angeordnet. Der Schlitten 5 ist linear verschiebbar in Richtung des Doppelpfeils A auf einem Maschinengestell (nicht gezeigt) angeordnet. Im Spannfutter 4 ist ein Werkstück 3 mit einer zu honenden Bohrung 3a fest eingespannt.

  

[0016]    Die Honeinheit 6 umfasst ein Honwerkzeug 7, welches mittels einer Linearverschiebeeinheit 17 aufweitbar ist. Die Linearverschiebeeinheit 17 verschiebt eine Keilstange 8 mit einer Keilfläche 8b in Axialrichtung, wodurch Schneidleisten 9 des Honwerkzeugs 7 in Radialrichtung R verstellt werden können. Dies ist in Fig. 1 durch den Doppelpfeil R angedeutet. Am entgegengesetzten Ende des Keils 8b der Keilstange 8 ist ein Bereich 8a mit grösserem Durchmesser angeordnet, welcher mit einer Hinterschneidung 10a in einem Verbindungselement 10 verbunden ist. Das Verbindungselement 10 ist über eine Kugelrollspindel 13 in Axialrichtung verschiebbar. Dies ist durch den Doppelpfeil B angedeutet.

   Die Kugelrollspindel 13 wird mittels eines Motors 14 angetrieben, so dass die Rotationsbewegung des Motors in eine translatorische Bewegung C eines Teils der Kugelrollspindel 13 umgewandelt wird, welche über das Verbindungselement 10 die Keilstange 8 bewegt. Die Kugelrollspindel 13 ist dabei in einem Lager 15 in einem Gehäuse 16 gelagert.

  

[0017]    Ferner umfasst die Honeinheit 6 eine Anschnitterfassung 11. Die Anschnitterfassung 11 ist am Verbindungselement 10 angeordnet und umfasst einen Körperschallsensor zur Aufnahme von Körperschall. Durch die Aufnahme von Körperschall kann dabei sicher erfasst werden, wenn das Honwerkzeug 7 mit dem Werkstück 3 in Eingriff kommt. Diese Information wird zur Steuerung bzw. Regelung des Honvorgangs verwendet.

  

[0018]    Ferner umfasst die Honeinheit 6 eine Kraftmesseinrichtung 12, welche benachbart zur Anschnittserfassung 11 angeordnet ist. Die Kraftmesseinrichtung 8 bestimmt dabei eine Eingriffskraft des Honwerkzeugs 7 in das Werkstück 3. Dadurch kann insbesondere die Zustellung der Schneidleiste 9 in Radialrichtung R geregelt werden.

  

[0019]    Die Anschnittserfassung 11 und die Kraftmesseinrichtung 12 sind mit einer nicht gezeigten Steuerung der Werkzeugmaschine verbunden.

  

[0020]    Fig. 1 zeigt den Zustand der Werkzeugmaschine vor einer Honbearbeitung. Zur Honbearbeitung wird nach dem Einspannen des Werkstücks 3 im Spannfutter 4 der Schlitten 5 in Axialrichtung auf die Honeinheit 6 zubewegt. Dabei wird das Spannfutter 4 vom Antrieb 4a angetrieben, so dass sich das Werkstück 3 dreht. Durch die Axialbewegung des Werkstücks wird das Honwerkzeug 7 in die Bohrung 3a eingeführt, und anschliessend wird eine Zustellung der Schneidleisten 9 in Radialrichtung R durchgeführt, bis die Anschnittserfassung 11 erkennt, wenn sich das Honwerkzeug 7 mit dem Werkstück 3 in Eingriff befindet. Über die Kraftmesseinrichtung 12 wird dabei die Zustellung der Schneidleiste 9 geregelt. Alternativ kann auch weggesteuert zugestellt werden (ohne Krafterfassung). Die Schnittgeschwindigkeit wird dabei durch die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks 3 bestimmt.

   Ferner kann der Schlitten 5 eine Hubbewegung in Richtung des Doppelpfeils A hin und her ausführen.

  

[0021]    Somit erfolgt eine Honbearbeitung des Werkstücks 3, ohne dass die Honeinheit 6 einen Rotationsantrieb für das Honwerkzeug 7 oder einen Oszillationsantrieb für eine Hubbewegung des Honwerkzeugs 7 aufweist. Dadurch kann die Honeinheit 6 sehr kompakt und kostengünstig bereitgestellt werden. Die Honeinheit 6 umfasst lediglich die Linearverschiebeeinheit 17 mit dem Motor 14, um eine radiale Verstellung der Schneidleisten 9 zu ermöglichen. Ferner weist die Honeinheit 6 auch nur ein geringes Gewicht auf.

  

[0022]    Es sei angemerkt, dass die Honeinheit 6 besonders bevorzugt in Verbindung mit weiteren Bearbeitungswerkzeugen, insbesondere mit Schleifwerkzeugen, verwendet wird. Somit kann erfindungsgemäss eine Honeinheit in eine Werkzeugmaschine integriert werden. Insbesondere kann dabei ein Werkstück in einer Aufspannung bearbeitet werden, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks signifikant erhöht wird. Dadurch kann auch die Koaxialität von Werkzeug zu Werkstück gewährleistet werden und darüber hinaus auch auf eine kardanische Werkzeug- oder Werkstückankopplung verzichtet werden. Durch die Gewichtsersparnis kann ferner eine höhere Beschleunigung des Maschinenschlittens ermöglicht werden und eine grössere Flexibilität bei der Bearbeitung von Werkstücken erreicht werden.

   Die Spanneinheit ist vorzugsweise auf einem Kreuzschlitten angeordnet und besonders bevorzugt in drei Achsen bewegbar.

  

[0023]    Die integrierte Krafterfassung und die Anschnitterkennung kann ferner zur Prozessregelung und dabei insbesondere zur Zeitreduzierung sowie zur Reduzierung eines Werkzeugverschleisses benutzt werden.

  

[0024]    Alternativ kann die Honeinheit auch auf einem in einer oder mehreren Achsen verfahrbaren Maschinenschlitten angeordnet sein. Hierbei ist insbesondere das geringe Gewicht der Honeinheit vorteilhaft. Dadurch kann die Werkstückspindel ortsfest angeordnet sein und lediglich einen Rotationsantrieb zum rotierenden Antreiben des Werkstücks aufweisen. Am Maschinenschlitten ist dabei vorzugsweise ein Spindelhalter angeordnet, so dass die Honeinheit als separate Baugruppe im Spindelhalter gehalten werden kann und durch eine andere Werkzeugbaugruppe, beispielsweise eine Innenschleifeinheit, ausgetauscht werden kann.

Claims (10)

1. Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken (3), umfassend eine Spanneinheit (2) zum Einspannen eines Werkstücks (3), wobei die Spanneinheit (2) einen Antrieb (4a) umfasst, welcher ein Spannfutter (4) rotatorisch antreibt, und eine Honeinheit (6) mit einem Honwerkzeug (7), welche gegenüber der Spanneinheit (2) angeordnet ist, wobei die Honeinheit (6) ohne eigenen Rotationsantrieb drehfest angeordnet ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Honeinheit (6) ortsfest angeordnet ist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Honeinheit (6) auf einem Schlitten, insbesondere einem Kreuzschlitten, verfahrbar angeordnet ist.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schlitten der Honeinheit mindestens eine weitere Werkzeugeinheit, insbesondere eine Schleifeinheit, zur Bearbeitung des Werkstücks (3) angeordnet ist.

5. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Honeinheit (6) eine Vorrichtung (11) zur Anschnittserfassung umfasst.

6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (11) zur Anschnitterfassung einen Körperschallsensor umfasst.

7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Honeinheit (6) eine Kraftmesseinrichtung (12) umfasst.

8. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Honeinheit (6) eine Aufweiteinheit (17) zur Zustellung des Honwerkzeugs (7) in radialer Richtung (R) umfasst.

9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweiteinheit (17) eine Keilstange (8), eine Kugelrollspindel (13) und einen Antrieb (14) zum rotatorischen Antreiben der Kugelrollspindel (13) umfasst.

10. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Honeinheit (6) einen Haltebereich umfasst und als austauschbare Baueinheit ausgebildet ist, und die Werkzeugmaschine ferner einen Spindelhalter umfasst, um die Honeinheit< >im Haltebereich aufzunehmen.