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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Wechseln
von Honwerkzeugen an einer Honstange, wobei die Honstange zum Übertragen
von Bearbeitungskräften
von einer Honspindel auf das Honwerkzeug vorgesehen ist und eine
relativ zur Honstange bewegliche Betätigungseinrichtung zur Ansteuerung
von Honwerkzeugfunktionen aufweist. An dem Honwerkzeug und der Honstange sind
korrespondierende Kupplungsstrukturen einer Kupplungseinrichtung
zur lösbaren
Kupplung des Honwerkzeugs an der Honstange vorgesehen. Die Kupplungseinrichtung
umfasst zumindest ein Verriegelungselement zur lösbaren Verriegelung des Honwerkzeugs
an der Honstange.
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Aus
dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zum Wechseln
von Honwerkzeugen, die an einer Honstange anbringbar sind, bekannt.
Das Honverfahren ist ein Endbearbeitungsverfahren für Bohrungen,
an die extrem hohe Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen und gegebenenfalls
auch im Hinblick auf eine definierte, feine Oberflächentopographie
gestellt werden.
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Zur
Durchführung
des Honverfahrens wird das an der Honstange befestigte Honwerkzeug
in einer rotatorischen und translatorischen Schnittbewegung oszillierend
durch die Bohrung geführt.
Die Honstange ist dabei für
eine Übertragung
von Bearbeitungskräften,
die von der Honspindel der Honmaschine aufgebracht werden, auf das
Honwerkzeug vorgesehen. Dabei werden insbesondere Zug- und Druckkräfte in Richtung
einer Mittellängsachse
der Honstange übertragen,
weiterhin findet eine Übertragung
von Drehmomenten statt. In der Honstange ist eine Betätigungseinrichtung
zur Ansteuerung von Honwerkzeugfunktionen vorgesehen, die relativbeweglich
zur Honstange ausgeführt
ist und insbesondere für
eine Übertragung
von Druckkräften
auf Honsteine des Honwerkzeugs vorgesehen ist. Das Honwerkzeug und
die Honstange weisen korrespondierende Kupplungsstrukturen einer
Kupplungseinrichtung auf, die für
eine lösbare
Kupplung des Honwerkzeugs an der Honstange vorgesehen sind.
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Im
Zuge der zunehmenden Flexibilisierung von Fertigungsanlagen ist
es auch bei Honmaschinen gewünscht,
die Honwerkzeuge automatisch zu wechseln und dadurch die Honmaschine
schnell auf andere Werkstücke
oder Bearbeitungsprozesse anpassen zu können.
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Für einen
Wechsel des Honwerkzeuges ist es aus dem Stand der Technik bekannt,
an voneinander abgewandten Stirnseiten des Honwerkzeugs jeweils
gegenläufig
ausgeführte
Bajonettverschlüsse vorzusehen.
Ein erster, der Honstange zugewandter Bajonettverschluss ist für eine Übertragung
von Bearbeitungskräften
und Drehmomenten in einer Rotationsrichtung der Honstange vorgesehen.
Der zweite, der Honstange abgewandte Bajonettverschluss ist für ein Ablegen
des Honwerkzeugs in einem Werkzeugspeicher vorgesehen. Der Werkzeugspeicher weist
seinerseits ein mit dem zweiten Bajonettverschluss korrespondierendes
Kupplungselement auf. Damit kann das Honwerkzeug ohne Zutun eines
Bedieners von der Honstange abgekuppelt bzw. an die Honstange an gekuppelt
werden, wobei ein Kupplungsvorgang durch das Zusammenwirken eines
von der Honstange aufgebrachten Drehmomentes mit den beiden Bajonettverschlüssen und
dem Werkzeugspeicher erzielt wird.
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Bei
einer derartigen Ausführungsform
eines auswechselbaren Honwerkzeugs besteht allerdings die Einschränkung, dass
lediglich ein Betrieb in einer Rotationsrichtung der Honstange möglich ist,
weil es bei einem Betrieb in der entgegengesetzen Rotationsrichtung
zu einer Entriegelung des Honwerkzeugs von der Honstange kommen
würde.
Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, an dem ersten, der
Honstange zugewandten Bajonettverschluss eine zusätzliche
Sicherungseinrichtung vorzusehen, die als Drehsicherung bezeichnet
wird und eine Aufbringung von Drehmomenten in beiden Drehrichtungen
ermöglicht.
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Bekannte
Honmaschinen, die für
einen automatischen Wechsel von Honwerkzeugen ausgeführt sind,
werden in der Regel mit starren oder halbstarren Honstangen ausgerüstet, damit
eine eindeutige Positionierung der Honstange gegenüber dem
ersten Bajonettverschluss zum Ankuppeln des Honwerkzeugs an die
Honstange erzielt werden kann. Das mit dem zweiten Bajonettverschluss
in der Werkzeugaufnahme fixierte Honwerkzeug kann dadurch in einfacher
Weise automatisiert angekuppelt werden. Eine Gelenkeinrichtung zwischen
Honstange und Honwerkzeug würde
ein automatisiertes Ankuppeln erschweren, da die Lage der Kupplungsstruktur
bedingt durch die Gelenkfunktion nicht reproduzierbar festgelegt
wäre. Eine
Beweglichkeit des Honwerkzeugs gegenüber der Honstange während des
Honbetriebes ist daher bei bekannten Honmaschinen nur im Rahmen
der Flexibilität
der Honstange gegeben, so dass eine besonders exakte Positionierung
des Honwerkzeugs gegenüber
der zu bearbeitenden Bohrung gewährleistet
werden muss, um bei der Honbearbeitung unerwünschte Kraftkomponenten zu vermeiden
und das gewünschte
Arbeitsergebnis sicherzustellen.
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Aus
der
DE 33 47 354 C2 ist
eine Werkzeugwechseleinrichtung für eine Honmaschine bekannt, bei
der Honwerkzeuge koaxial zu einer Arbeitsspindel der Honmaschine
in einem Magazin aufgenommen sind. In einer Wechselstellung des
Magazins kann eines der Honwerkzeuge an die Honstange angekuppelt
und damit von der Arbeitsspindel direkt in eine Arbeitsstellung übernommen
werden. Nach Gebrauch kann das Honwerkzeug wieder in das Magazin
zurückgeführt werden.
Dabei sind die in dem Magazin gespeicherten Honwerkzeuge in einer
ersten Speicherebene des Magazins gehalten und können durch Führungs-
oder Einstellteile, die in einer zweiten Speicherebene angeordnet
sind, für
einen Honvorgang vorbereitet werden bzw. präzise ausgerichtet werden. Für eine automatisierte
An- und Abkopplung an der Honstange ist an dem Honwerkzeug ein Kupplungsteil
vorgesehen, das eine erste Schnittstelle für eine Aufnahme in der ersten
Speicherebene des Magazins und eine zweite Schnittstelle für eine Ankopplung
an die Arbeitsspindel der Honmaschine aufweist.
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Für einen
Werkzeugwechsel wird ein freier Speicherplatz des Magazins derart
an das Honwerkzeug herangeführt,
dass das Magazin mit der ersten Schnittstelle des Honwerkzeugs in
formschlüssige Verbindung
tritt und somit eine Fixierung des Honwerkzeugs ermöglicht.
Anschließend
wird in einem weiteren Schritt durch eine Betätigungseinrichtung ein Schaltring
des Honwerkzeugs betätigt
und somit eine Entkopplung von der Antriebsspindel der Honmaschine
vorgenommen. Anschließend
kann das abgekoppelte Honwerkzeug weggefahren und ein neues Honwerkzeug
unter die Honstange herangefahren werden, das nachfolgend durch
den Schaltring angekuppelt und von dem Magazin freigegeben wird,
um den nächsten
Honvorgang durchzuführen. Das
zu bearbeitende Werkstück
kann mit Hilfe eines Kreuztisches unterhalb der starr angeordneten
Honspindel verfahren werden.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Wechseln von Honwerkzeugen der eingangs genannten
Art zu schaffen, wodurch eine universelle Anwendbarkeit auf unterschiedliche
Honmaschinen und unterschiedliche Honwerkzeuge ermöglicht wird. Insbesondere
soll ein schneller, gegebenenfalls automatisierter Werkzeugwechsel
auch bei gelenkig oder nachgiebig an der Honstange angebrachten
Honwerkzeugen möglich
sein.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Honmaschine
nach Anspruch 4 und ein Honwerkzeug nach Anspruch 12 gelöst.
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Bei
dem Verfahren sowie der Vorrichtung wird eine Betätigung des
Verriegelungselements sowie eine Fixierung des Honwerkzeugs in einer
Wechselposition durch Aufbringen von externen Fremdkräften auf
die Kupplungseinrichtung mittels einer Halteeinrichtung bewirkt.
Die Halteeinrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass sie sowohl
die Betätigung
des Verriegelungselementes als auch die Fixierung des Honwerkzeuges
in der Wechselposition bewirken kann und somit keine zusätzlichen
Halte- oder Betätigungsmittel
notwendig sind, um das Honwerkzeug an der Honstange anzukoppeln
bzw. von der Honstange zu entkoppeln und für einen nächsten Ankoppelvorgang bereit
zu halten. Die externen Fremdkräfte
können
dabei insbesondere Zug- oder Druckkräfte und/oder Drehmomente sein,
die von der Halteeinrichtung auf das Honwerkzeug und dort insbesondere
auf das Verriegelungselement einwirken, um die Betätigung des
Verriegelungselementes zu bewirken und außerdem eine Fixierung des Honwerkzeugs
herbeizuführen.
Durch die Fixierung in der Wechselposition ist das Honwerkzeug in
allen Raumrichtungen lagerichtig gegenüber der Honstange gehalten
und weist keine Freiheitsgrade der Bewegung auf, die für ein neuerliches
Ankuppeln an der Honstange störend
sein können.
Dadurch ist sichergestellt, dass die korrespondierenden Kupplungsstrukturen
der Honstange und des Honwerkzeugs ohne ein weiteres Zutun eines
Bedieners automatisiert ange koppelt werden können. Damit weist die Halteeinrichtung
eine Doppelfunktion auf, sie ist sowohl für die Ansteuerung der Kupplungseinrichtung
als auch für
die Fixierung des Honwerkzeugs vorgesehen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Halteeinrichtung
eine Bewegung des in eine Verriegelungsstellung vorgespannten Verriegelungselements
entgegen der Vorspannung in eine Entriegelungsstellung bewirkt.
Durch die auf das Verriegelungselement wirkenden Vorspannkräfte und/oder
Vorspannmomente kann sichergestellt werden, dass sich das Verriegelungselement
ohne einen äußeren Einfluss
der Halteeinrichtung in der Verriegelungsstellung befindet und somit
eine Übertragung von
Kräften
und/oder Drehmomenten von der Honstange auf das Honwerkzeug ermöglicht.
In der Entriegelungsstellung, die durch einen äußeren Einfluss der Halteeinrichtung
bewirkt werden kann, ist ein Kraft- und/oder Formschluss des Verriegelungselements
mit den korrespondierend geformten Kupplungsstrukturen der Kupplungseinrichtung
aufgehoben, so dass ein Entkoppeln bzw. Ankoppeln des Honwerkzeugs
an die Honstange ermöglicht
wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung bewirken die von der Halteeinrichtung
aufgebrachten Fremdkräfte
in der Art einer Greifbewegung mit im wesentlichen entgegengesetzt
wirkenden Fremdkraftpaaren mit der Betätigung des Verriegelungselementes
auch die Fixierung des Honwerkzeugs. Durch die Aufbringung von Fremdkräften in
der Art einer Greifbewegung kann sichergestellt werden, dass keine
unerwünschten
Kräfte
und/oder Drehmomente auf die Honstange und das Honwerkzeug ausgeübt werden,
die insbesondere zu einem Ausweichen der gegebenenfalls elastisch
oder gelenkig ausgeführten Honstange
und dem daran angebrachten Honwerkzeugen führen könnte. Die von der Halteeinrichtung im
wesentlichen entgegengesetzt wirkenden Fremdkraftpaare ermöglichen
eine im wesentlichen rückwirkungsfreie
Betätigung
der Kupplungseinrichtung durch einen extrem kurzen und direkten,
im wesentli chen auf das Honwerkzeug beschränkten Kraftfluss in der Kupplungseinrichtung.
Durch die Greifbewegung kann das Honwerkzeug auch bei einer nicht vollständig exakten
Positionierung gegenüber
der Halteeinrichtung innerhalb eines Greifbereichs ergriffen werden,
so dass eine vorteilhafte Prozesssicherheit für den An- und Abkopplungsvorgang
gewährleistet
ist, da ein Toleranzbereich für
den Kupplungsvorgang gegenüber
dem Stand der Technik erweitert ist. Dies erleichtert den An- und Abkopplungsvorgang insbesondere
bei einem Einsatz von Gelenkeinrichtungen zwischen Honstange und
Honwerkzeug. Durch die reproduzierbare Positionierung der Kupplungseinrichtung
in der Wechselposition kann eine An- bzw. Abkopplung des Honwerkzeugs
automatisiert und ohne weiteres Zutun eines Bedieners erfolgen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Honstange mit dem Honwerkzeug über zumindest
eine Gelenkeinrichtung verbunden. Damit können Toleranzen in der Positionierung
der Honstange gegenüber
einer zu bearbeitenden Bohrung ausgeglichen werden, so dass das
Honwerkzeug und damit das Arbeitsergebnis des Honvorgangs zumindest über einen
gewissen Toleranzbereich unbeeinflusst von der Lage der Honstange
gegenüber
einer Achse der zu bearbeitenden Bohrung bleiben kann. Bei einer
kardanischen Aufhängung
des Honwerkzeugs gegenüber
der Honspindel, die zwei von einander beabstandete Gelenkeinrichtungen
hat, ist eine achsparallele Verschiebung des Honwerkzeugs gegenüber der
Honspindel für
einen besonders vorteilhaften Toleranzausgleich zwischen der Honspindelposition
und der Bohrungsposition ermöglicht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an einem Werkzeugmagazin
mehrere Halteeinrichtungen zur Aufnahme jeweils eines Honwerkzeugs vorgesehen.
Dadurch kann der Honmaschine in einfacher Weise eine Mehrzahl von
Honwerkzeugen zur Verfügung
gestellt werden, die über
das relativ zur Honstange bewegbare Werkzeugmagazin in die Wechselposition
gebracht werden können
und somit an die Honstange ankuppelbar sind. Das Werkzeugmagazin
weist dazu mehrere Halteeinrichtungen auf, die jeweils zur Fixierung
eines Honwerkzeuges ausgebildet sind und durch Betätigung des
oder der Verriegelungselemente eine An- bzw. Abkopplung von der
Honstange bewirken können.
Die Relativbewegung zwischen der Honstange und dem Werkzeugmagazin
kann durch eine ausschließliche
Bewegung des Werkzeugmagazins, eine ausschließliche Bewegung der Honstange
oder durch kombinierte Bewegungen der Honstange und den Werkzeugmagazins hervorgerufen
werden. Dadurch wird eine besonders hohe Flexibilität des Werkzeugmagazins
im Hinblick auf die Anzahl und Art der austauschbar aufgenommenen
Honwerkzeuge ermöglicht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Werkzeugmagazin eine
Stelleinrichtung zur Ansteuerung zumindest einer Halteeinrichtung auf.
Die Stelleinrichtung kann damit die Aufbringung der von der Halteeinrichtung
auf die Kupplungseinrichtung zu übertragenden
Fremdkräfte
bewirken, wobei eine Anordnung der Stelleinrichtung derart am Werkzeugmagazin
vorgenommen werden kann, das jeweils die in der Wechselposition
befindliche Halteeinrichtung durch die Stelleinrichtung angesteuert werden
kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils nur die in der Wechselposition
angeordnete Halteeinrichtung durch die Stelleinrichtung angesteuert
wird, so dass lediglich eine einzige Stelleinrichtung erforderlich
ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Honmaschine eine
Fluidkupplung zur Übertragung
von Fluidströmen
zwischen Honstange und Honwerkzeug auf, wobei die Fluidkupplung
für eine Übertragung
mehrerer, voneinander getrennter Fluidströme einen Fluidstecker und eine
korrespondierende Fluidbuchse aufweist und der Fluidstecker unter Ausbildung
mehrerer, in axialer Abfolge angeordneter, gegeneinander abgedichteter
Mediumschnittstellen in die Fluidbuchse einsteckbar ist.
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Während eines
Honvorgangs ist eine Versorgung des Honwerkzeugs mit Fluidströmen, insbesondere
Kühlmittel,
Schmiermittel oder Messluft notwendig, um einen ordnungsgemäßen Honvorgang
sicherstellen zu können.
Um einen automatisierten Wechsel des Honwerkzeugs ohne weiteres
Zutun eines Bedieners zu ermöglichen,
werden bei einem Einstecken des Fluidsteckers in die Fluidbuchse mehrere,
in einer Einsteckrichtung axial aufeinanderfolgend angeordnete,
gegeneinander abgedichtete Mediumschnittstellen ausgebildet, die
zur Übertragung
der jeweiligen Fluidströme
geeignet sind. Dadurch kann in einfacher Weise eine Mehrzahl unterschiedlicher
Fluide von der Honstange auf das Honwerkzeug übertragen werden. Diese vorteilhafte
Fluidkupplung kann unabhängig
von sonstigen Merkmalen der Erfindung bei einer Vielzahl von Honstangen/Honwerkzeug-Konstruktionen
eingesetzt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Fluidkupplung als Axialsteckkupplung
ausgebildet. Durch die Ausgestaltung der Fluidkupplung als Axialsteckkupplung
korrespondiert eine Steckrichtung der Fluidkupplung mit einer An-
bzw. Abkopplungsrichtung des Honwerkzeugs gegenüber der Honstange. Damit kann
durch das An- bzw. Abkoppeln des Honwerkzeugs an der Honstange unmittelbar
auch der Ein- bzw. Aussteckvorgang des Fluidsteckers in der korrespondierenden
Fluidbuchse vorgenommen werden.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Honwerkzeug
mit einem Werkzeugkörper
und zumindest einem relativ zum Werkzeugkörper bewegbaren, von einer
Betätigungsvorrichtung
ansteuerbaren Honstein und mit einer Kupplungseinrichtung zur lösbaren Verbindung mit
einer Honstange gelöst,
wobei die Kupplungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass mit
einer Betätigung
eines Verriegelungselements durch eine Halteeinrichtung eine Fixierung
mittels der Halteeinrichtung vorgesehen ist. Das Honwerkzeug kann
somit durch die Halteeinrichtung in einem Arbeitsgang mit der Honstange
gekoppelt bzw. von dieser entkoppelt werden und dementsprechend
auch reproduzierbar in der Wechselposition fixiert werden, so dass
eine automatisierte Ankoppelung an die Honstange ermöglicht ist.
Die Betätigung
des Verriegelungselementes kann alternativ auch manuell vorgenommen werden.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels,
das anhand der Zeichnungen dargestellt ist. Dabei zeigen:
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1 in
ebener Darstellung eine Vorderansicht einer Honmaschine mit einer
verfahrbaren Honstange, einem Werkzeugmagazin und einem Werkstück,
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2 in
ebener Darstellung eine Seitenansicht der Honmaschine gemäß 1,
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3 in
ebener Darstellung eine vergrößerte Ansicht
der Honstange und des gelenkig angekoppelten Honwerkzeugs,
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4 in
ebener Darstellung eine vergrößerte Ansicht
des Werkzeugmagazins,
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5 in
ebener Schnittdarstellung ein Honwerkzeug mit Fluidkupplung,
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6 in ebener Darstellung einen Betätigungsablauf
für die
erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung,
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7 in ebener Darstellung eine Halteeinrichtung
zur Betätigung
der Kupplungseinrichtung und zur Fixierung des Honwerkzeuges, und
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8 ein
als Zentriereinrichtung für
das kardanisch aufgehängte
Honwerkzeug vorgesehener, verstellbarer prismatischer Spülring.
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Eine
in 1 dargestellte Honmaschine 1 weist eine
Honstange 2 und ein Honwerkzeug 3 auf, die für eine Bearbeitung
eines Werkstücks 4 vorgesehen
sind. Die Honstange 2 ist über eine in 5 und 6 näher
dargestellte Kupplungseinrichtung 5 mit dem Honwerkzeug 3 sowie über eine
Gelenkeinrichtung 6 mit einer Honspindel 7 verbunden.
Die Honspindel 7 kann von einem Spindelantrieb 8 angetrieben
werden, wobei sie eine Drehbewegung um eine Mittellängsachse 9 vollführen kann.
Der Honspindel 7 ist ein in vertikaler Richtung wirkender
Linearantrieb 10 zugeordnet, der für eine Verstellung der Honspindel 7 in
vertikaler Richtung vorgesehen ist. In der Honspindel 7 ist
konzentrisch eine nicht näher
dargestellte Betätigungsstange
vorgesehen, die insbesondere als Betätigungseinrichtung für eine Ansteuerung
von Honsteinen des Honwerkzeugs ausgebildet ist. Die Betätigungsstange
wird von einer hydraulisch und/oder elektrisch angetriebenen Zustelleinrichtung 11 angesteuert.
Die Honspindel 7 kann in horizontaler Richtung mittels
eines Stellantriebes 12 verfahren werden, so dass sie aus
einer in 1 dargestellten Bearbeitungsposition
für das
Werkstück 4 in
eine links in 1 angedeutete Wechselposition
und damit in einen Arbeitsbereich eines Werkzeugmagazins 13 gebracht
werden kann, wo ein Austausch des Honwerkzeugs 3 vorgenommen
werden kann. Der Stellantrieb 12 weist zu diesem Zweck
eine Stellspindel 14 auf, die mit einem zur Lagerung der
Honspindel 7 vorgesehenen Spindelgehäuse 15 in Wirkverbindung
steht und das Spindelgehäuse 15 mit
der darin aufgenommenen Honspindel 7 in horizontaler Richtung
verschieben kann.
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Wie
in der 2 näher
dargestellt, kann die Honspindel 7 in vertikaler Richtung
in dem Spindelgehäuse 15 verschoben
werden, wozu Füh rungsstangen 16 in
korrespondierenden Führungsbuchsen 17 des
Spindelgehäuses 15 aufgenommen
sind. Damit kann das Honwerkzeug 3 aus der dargestellten Ruheposition
in vertikaler Richtung nach unten in nicht näher dargestellte Bohrungen
des Werkstücks 4 eingeführt werden
und für
eine Bearbeitung der entsprechenden Bohrungen im Werkstück 4 eingesetzt werden.
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Wie
in 3, die einen vergrößerten Ausschnitt der 2 zeigt,
näher dargestellt
ist, kann eine Rotationsachse des Honwerkzeugs 3 gegenüber der
Mittellängsachse 9 der
Honspindel 7 in der Art einer kardanischen Welle verschoben
werden, wobei die Achsen parallel zueinander ausgerichtet verbleiben
können.
Dadurch kann eine präzise
Honbearbeitung einer Bohrung im Werkstück 4 auch bei einem
toleranzbedingten Versatz zwischen der Mittellängsachse 9 und einer
Mittelachse der Bohrung gewährleistet
werden. Ein in 3 übertrieben dargestellter maximaler
Versatz 19 zwischen Mittellängsachse 9 und der
Rotationsachse des Honwerkzeugs 3 wird dabei im wesentlichen
durch die Beweglichkeit der Gelenkeinrichtung 6 zwischen
Honspindel 7 und Honstange 2 bzw. dem Ausgleichsgelenk 20,
das am Honwerkzeug 3 gegenüber der Honstange 2 angeordnet
ist, bestimmt.
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Das
in 4 näher
dargestellte Werkzeugmagazin 13 weist einen Drehtisch 21 auf,
der an einer Hubeinrichtung 22 angebracht ist und mehrere, schematisch
dargestellte, mit Halteeinrichtungen versehene Werkzeugaufnahmen 23 umfasst.
Die in 4 nicht näher
dargestellten, in den Werkzeugaufnahmen 23 integrierten
Halteeinrichtungen werden in 7 im
Detail gezeigt. Die Werkzeugaufnahmen 23 können insbesondere
mit Einrichtungen zur Kalibrierung der Messeinrichtungen des Honwerkzeugs 3 oder
mit Messvorrichtungen für
die Ermittlung eines Verschleißzustandes
des Honwerkzeugs 3 ausgerüstet sein. Der Drehtisch 21 ist
um eine Drehachse 24 drehbar gelagert, wozu ein nicht näher dargestellter
Drehantrieb zwischen dem Drehtisch 21 und der Hubeinrichtung 22 vorgesehen
ist. Die Hubeinrichtung 22 besteht im wesentlichen aus
einem Führungselement 25 und
einem in vertikaler Richtung schiebebeweglich an dem Führungselement 25 angebrachten
Schlitten 26, der durch einen Hubzylinder 27 verstellbar
ist. Damit kann ein in der Werkzeugaufnahme 23 gehaltenes
Honwerkzeug 3 durch Anheben des Werkzeugmagazins 13 an
die in der Wechselposition platzierte Honstange herangeführt und mit
dieser gekoppelt werden bzw. von der Honstange abgekoppelt und durch
Absenken des Werkzeugmagazins 13 aus dem Wechselbereich
entfernt werden. Durch Drehen des Drehtisches 21 können andere,
in den Werkzeugaufnahmen 23 gehaltene Honwerkzeuge für eine Ankopplung
an die Honstange zur Verfügung
gestellt werden.
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Das
in 5 näher
dargestellte Honwerkzeug 3 weist einen Werkzeugkörper 31 auf,
an dem über
ein Ausgleichsgelenk 20 ein Schneidkopf 44 angebracht
ist. An dem Schneidkopf 44 sind nicht näher bezeichnete Honsteine zur
Bearbeitung von Bohrungsoberflächen
sowie Luftmessleisten zur Ermittlung eines Bohrungsdurchmessers
angebracht. Die Honsteine sind über
eine nicht dargestellte Zustelleinrichtung in radialer Richtung
verstellbar und ermöglichen
somit eine Veränderung
eines wirksamen Durchmessers des Schneidkopfes 44 und somit
die Bearbeitung einer Bohrung in einem Werkstück. Das Ausgleichsgelenk 20 ist
als kardanisches Gelenk ausgeführt
und erlaubt eine Schwenkbewegung des Schneidkopfes 44 gegenüber dem
Werkzeugkörper 31 in
zwei Raumachsen, die jeweils orthogonal zueinander und zur Mittellängsachse
angeordnet sind. Im Werkzeugkörper 31 sind
Verriegelungselemente 28 in taschenartigen Ausnehmungen 45 schwenkbar angebracht.
Die Verriegelungselemente 28 werden von Zugfedern 30 mit
einer Rückstellkraft
beaufschlagt, wodurch sie in eine Verriegelungsstellung (vgl. 6d)
vorgespannt sind.
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Bei
der in 5 dargestellten externe Kraftbeaufschlagung der
Verriegelungselemente 28 durch Druckbolzen 29 einer
nicht näher
dargestellten Halteeinrichtung werden die Verriegelungselemente 28 aus
der Verriegelungsstellung in eine Entriegelungsstellung nach innen
verschwenkt. Die Schwenkbewegung der Verriegelungselemente 28 findet
um nicht näher
bezeichnete Gelenkachsen statt. Alternativ oder zusätzlich zu
den Schwenkhebeln 28 können auch
Verriegelungselemente in Form von linear verschiebbaren Riegeln
oder dergleichen vorgegeben sein. Dann kann die Entriegelungsbewegung
auch als Linearbewegung oder als kombinierte Schwenk- und Linearbewegung
ausgeführt
sein. Eine gegen Relativverdrehung sichernde Verriegelung zwischen dem
Werkzeugkörper 31 und
der Honstange 2 wird in Verbindung mit einer orthogonal
zur Mittellängsachse stirnseitig
an der Honstange 2 angeordnete Quernut 46 bewirkt,
in die die Verriegelungselemente 28 formschlüssig für eine Drehmomentübertragung
eingreifen können.
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An
dem Werkzeugkörper 31 ist
ein Riegelbolzen 32 vorgesehen, der orthogonal zu der Mittellängsachse 9 angebracht
ist und für
eine Verriegelung des Honwerkzeugs 3 an der Honstange 2 in
axialer Richtung in der Art eines Bajonettverschlusses vorgesehen
ist. Dazu ist an der Honstange ein in 6 näher dargestellter,
L-förmiger
Einschnitt 33 angebracht, der eine formschlüssige Aufnahme
des Riegelbolzens ermöglicht.
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Das
Honwerkzeug 3 und die korrespondierende Kupplungsgeometrie
der Honstange 2 weisen korrespondierende Strukturen einer
Fluidkupplung auf, die im wesentlichen aus einer stangenseitigen Bohrung 39 und
einem in die Bohrung einsteckbaren, werkzeugseitigen Fluidstecker 41 besteht.
Die in der Honstange 2 vorgesehene, gestufte Bohrung 39 weist
mehrere radiale Austrittsöffnungen 40 auf,
die mit nicht näher
dargestellten Kanälen
in der Honstange kommunizierend verbunden sind. Am Werkzeugkörper 31 des
Honwerkzeugs 3 ist oberhalb des Riegelbolzens 32 ein
auf die gestufte Bohrung 39 in der Honstange 2 abgestimmter
Fluidstecker 41 ausgebildet, an dem zwei umlaufende Nute 42 zur
Aufnahme von O-Ringen, die als Dichtelemente fungieren, vorgesehen
sind. Die O-Ringe dienen in Wirkverbindung mit der gestuften Bohrung 39 als
Abdichtung zwischen zylindrischen Ringkanälen, die durch die Wirkverbindung
des Fluidsteckers 41 mit der gestuften Bohrung 39 ausgebildet
werden und die eine separate Übertragung
gleicher oder unterschiedlicher Medien von der Honstange 2 durch
die Austrittsöffnungen 40 in
nicht dargestellte Kanalabschnitte des Honwerkzeugs 3 ermöglichen. Über den
Fluidstecker können
somit Fluide wie Kühlschmiermittel,
Messluft, Honöl
oder ähnliches übertragen
werden.
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In
den 6a bis 6d ist
ein Ankoppelvorgang zwischen der Honstange 2 und dem Honwerkzeug 3 in
vier unterschiedlichen Phasen näher dargestellt,
ein nicht dargestellter Abkopplungsvorgang findet in der entgegengesetzten
Reihenfolge statt. In einer ersten Phase des Ankopplungsvorgangs
zwischen der Honstange 2 und dem Honwerkzeug 3 gemäß der 6a werden
die Verriegelungselemente 28 durch gegenparallel bewegliche
Druckbolzen 29 einer hier nicht näher dargestellten Halteeinrichtung
in eine Entriegelungsstellung gedrückt. Die von den Druckbolzen 29 aufzubringende
Stellkraft ist entgegen einer von den Zugfedern 30 aufgebrachten
Zugkraft gerichtet. Die Druckbolzen üben weitgehend gleiche Kräfte in entgegengesetzten Richtungen
aus, so dass in einer Art Greifbewegung die Verriegelungselemente
betätigt
werden, ohne dass das Honwerkzeug als Ganzes zur Seite gedrückt und/oder
verdreht wird. Es bleiben damit in Wechselstellung. In der dieser
Wechselstellung ist das Honwerkzeug in der Halteeinrichtung fixiert,
die Kupplungsstruktur des Honwerkzeugs 3 steht in reproduzierbarer
Ausrichtung für
eine Ankopplung an die Honstange 2 zur Verfügung. Der
Riegelbolzen 32 befindet sich die Fixierung mittels der
Halteeinrichtung in einer vorgebbaren Position und kann dadurch in einfacher
Weise mit dem korrespondierend ausgeführten Einschnitt 33 der
Honstange 2 eine formschlüssige, kraftübertragende
Wirkverbindung in der Art eines Bajonettverschlusses eingehen. Zur
Erzielung dieser Wirkverbindung ist eine Abfolge von Relativbewegungen
zwischen dem Honwerkzeug 3 und der Honstange 2 notwendig,
die in den 6b und 6c näher dargestellt
werden.
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Als
erste Relativbewegung findet eine lineare Bewegung längs der
Mittellängsachse 9 der
Honstange 2 bzw. der Rotationsachse 18 des Honwerkzeugs 3 statt.
Dadurch kommen der Riegelbolzen 32 und die Einschnitte 33 der
Honstange miteinander in Eingriff, wobei eine koaxiale Anordnung
von Honwerkzeug 3 und Honstange 2 vorausgesetzt
ist, die durch die Halteeinrichtung in einfacher Weise sichergestellt
werden kann.
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In
einem nachfolgenden Schritt gemäß der 6b wird
nach Auflaufen des Riegelbolzens 32 auf eine in vertikaler
Richtung wirkende Begrenzung des Einschnitts 33 eine Rotation
der Nonstange 2 gegenüber
dem Honwerkzeug 3 durchgeführt, so dass der Riegelbolzen 32 letztendlich
in einer taschenartigen Vertiefung des L-förmigen Einschnittes 33 zu
liegen kommt und eine Übertragung
von Axialkräften längs der
Mittellängsachse 9 bzw.
der Rotationsachse 18 sowie die Übertragung eines Drehmomentes
in einer Rotationsrichtung ermöglicht.
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Um
eine Übertragung
von Drehmomenten zwischen der Honstange 2 und dem Honwerkzeug 3 in
beiden Rotationsrichtungen um die Mittellängsachse 9 zu ermöglichen,
ist vorgesehen, dass die Verriegelungselemente 28 formschlüssig in
die in 5 näher
dargestellte, an der Stirnseite der Honstange vorgesehene Quernut 46 eingreifen
und somit eine beidseitige Rotation der Honstange 2 und
des Honwerkzeugs 3 ermöglichen,
ohne die Gefahr eines Lösens der
Kupplungseinrichtung 5 hervorzurufen. Die formschlüssige Wirkverbindung
zwischen den Ver riegelungselementen 28 und den Einschnitten
wird gemäß der 6c und 6d durch
Zurückziehen
der Druckbolzen 29 erreicht, wodurch die Zugfedern 30 eine
gespeicherte Deformationsenergie freigeben und somit einen- selbständigen Schwenkvorgang
der Verriegelungselemente 28 um die Gelenkbereiche nach
außen
in eine Verriegelungsstellung bewirken. Damit ist das Honwerkzeug 3 in
allen Raumrichtungen für
die Übertragung
von Bearbeitungskräften
von der Honstange 2 gesichert und steht für einen
Honvorgang zur Verfügung.
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Die
in den 7a bis 7c in
den drei Hauptansichten näher
dargestellte Halteeinrichtung 23 für die Fixierung des Honwerkzeugs 3 und
die Ansteuerung der Verriegelungselemente 28 weist eine Grundplatte 34 auf,
an der zwei Betätigungshebel 35 jeweils
um Schwenkachsen 47 schwenkbar angebracht sind. Die Betätigungshebel 35 werden
durch nicht dargestellte Federmittel in eine Betätigungsposition vorgespannt
und können
durch einen Stößel 36 entgegen
der Federkräfte
der Federmittel aus der Betätigungsposition
nach außen
gedrückt
und dadurch in eine Neutralposition gebracht werden. Für eine Wirkverbindung
zwischen den Betätigungshebeln 35 und
dem Stößel 36 sind
an den Betätigungshebeln 35 mit
Rollen ausgestattete Druckhebel 37 vorgesehen, die durch
eine Linearbewegung des mit einem konischen Endbereich ausgerüsteten Stößels 36 auseinandergedrängt werden
können
und somit eine Schwenkbewegung der Betätigungshebel 35 bewirken.
Durch diese Schwenkbewegung werden die als schneidenartige Eingriffsabschnitte 38 ausgeführten Druckbolzen
der Betätigungshebel 35 außer Eingriff mit
nicht dargestellten Verriegelungselementen des Honwerkzeugs 3 gebracht,
so dass die Verriegelungselemente in eine Verriegelungsstellung schwenken
können
und somit ein Kopplungsvorgang zwischen der Honstange 2 und
dem Honwerkzeug 3 ausgeführt werden kann. Die Eingriffsabschnitte 38 entsprechen
in ihrer Funktion den Druckbolzen 29 des oben erläuterten
Beispiels. Die Halteeinrichtung 23 dient als Werkzeugaufnahme
des Werkzeugmagazins 13 (1, 4).
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Dem
Werkzeugmagazin ist eine einzige, hydraulische Stelleinrichtung 60 zugeordnet,
mit der der Stößel 36 diejenige
Halteeinrichtung, die sich jeweils gerade in der Werkzeugwechselposition
befindet, betätigen
kann. Das ausgewechselte, von der Honstange abgekoppelte Honwerkzeug
kann in der Halteeinrichtung verbleiben. Diese hat somit nicht nur
die Funktionen der Kopplungsbetätigung
und Werkzeugfixierung, sondern auch die Funktion einer Werkzeugaufnahme
des Werkzeugmagazins.
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In 8 ist
ein Spülring 48 dargestellt,
der für
eine Zentrierung des kardanisch über
die Honstange an der Honspindel aufgehängten Honwerkzeugs gegenüber einer
zu bearbeitenden Bohrung des Werkstücks vorgesehen ist (2).
Der Spülring weist
zwei gegeneinander verstellbare, mit einem prismatischen Einschnitt
versehene Führungsanordnungen 49 auf,
die mit ihren Prismenflächen 50 eine Vierecköffnung verstellbarer
Größe über der
Bohrung des Werkstücks
begrenzen und somit eine Zentrierung des Honwerkzeugs erleichtern.
Die Prismenflächen 50 können dabei
Flächennormalen
aufweisen, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, vorzugsweise sind
die Prismenflächen
jedoch windschief zueinander angeordnet, so dass eine Art Einführtrichter
für das
Honwerkzeug entsteht. Eine Verstellung des Spülrings kann beispielsweise über eine
Stelleinrichtung vorgenommen werden, die ihrerseits von einer Maschinensteuerung
der Honmaschine ansteuerbar ausgeführt sein kann. Durch eine lineare
Relativbewegung der prismatischen Führungsanordnungen 49 kann
eine Vergrößerung bzw.
Verkleinerung einer freien Öffnung
des Spülrings
zur Anpassung an unterschiedliche Honwerkzeugdurchmesser bewirkt werden.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsform der
Erfindung ist eine berührungslose
Informationsübertragung
zwischen dem Honwerkzeug und einer Verarbeitungseinrichtung vorgesehen,
die insbesondere in der Honmaschine integriert werden kann. Mittels
der berührungslosen
In formationsübertragung können statische
und dynamische honwerkzeugspezifische Daten des Honwerkzeugs abgefragt
und weiterverarbeitet werden. Dabei kann es sich insbesondere um
Prozessdaten des Honprozesses wie beispielsweise Werkzeug- bzw.
Werkstücktemperatur oder
Verschleißgrad
der Honsteine handeln, eine Abfrage von Honwerkzeugdaten wie beispielsweise
einer Werkzeugnummer ist ebenfalls möglich. Die berührungslose
Abtastung kann insbesondere über eine
optisch abtastbare Codierung wie beispielsweise einen Barcode erfolgen.
Eine auf elektromagnetischer Datenübertragung basierende Informationsübertragung
z.B. mit einem im Honwerkzeug eingebauten Transponder, ist ebenfalls
möglich.
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In
einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
eine Betätigung
der Verriegelungselemente bzw. eine zusätzliche Blockierung der Verriegelungselemente
während
des Honbetriebs durch die Betätigungseinrichtung
der Honmaschine vorgesehen. Damit kann eine noch kompaktere Gestaltung
der Kupplungseinrichtung erreicht werden. Zudem kann bei einer Betätigung der Verriegelungselemente
durch die Betätigungseinrichtung
auf von außen
zugängliche,
bewegliche Teile am Honwerkzeug verzichtet werden, wodurch eine Verschmutzungsgefahr
für die
Kupplungseinrichtung weiter reduziert werden kann. Mittels der Blockierung der
Verriegelungselemente durch die Betätigungseinrichtung kann ein
besonders sicherer Betrieb des Honwerkzeugs gewährleistet werden, da beispielsweise
mit der Ansteuerung der Honsteine durch die Betätigungsvorrichtung eine Blockierung
der Verriegelungselemente erreicht und damit eine unerwünschte Entriegelung
der Kupplungseinrichtung verhindert wird.
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Wichtige
Vorteile der Erfindung liegen in einer vollständigen Fixierung des Honwerkzeugs
hinsichtlich aller Freiheitsgrade der Bewegung sowohl für den angekoppelten
Zustand an der Honstange als auch für den abgekoppelten Zustand,
in dem das Honwerkzeug in der Halteeinrich tung fixiert ist. Über die
Halteeinrichtung hinaus werden daher keine weiteren Fixierungen
benötigt,
um das Honwerkzeug reproduzierbar für eine Ankopplung an der Honstange zu
halten. Durch die Greifbewegung der Halteeinrichtung wird mit der
Entriegelung der Verriegelungselemente auch die Fixierung des Honwerkzeugs
an der Halteeinrichtung bewirkt, die Honstange bleibt während des
An- bzw. Abkopplungsvorgangs im wesentlichen kraftfrei. Durch die
Fixierung des Honwerkzeugs im abgekoppelten Zustand können auch
nachgiebige und/oder gelenkige Honstangen genutzt werden, die einen
Toleranzausgleich zwischen der Mittellängsachse der Honspindel und
der Bohrung im Werkstück
erlauben. Bei geeigneter Ausgestaltung der Kupplungseinrichtung
kann sowohl ein manueller als auch ein automatisierter Werkzeugwechsel
vorgenommen werden.