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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ankopplung eines Honwerkzeugs
an eine Honspindel, eine dazu geeignete Honspindel, ein dazu geeignetes
Honwerkzeug sowie eine Honeinrichtung mit einer Honspindel und einem
Honwerkzeug.
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Honwerkzeuge
werden zur präzisen
Bearbeitung von vorzugsweise zylindrischen Innen- oder Außenflächen eingesetzt
und werden zu diesem Zweck an eine Honspindel angekoppelt, die typischerweise
Teil einer Honmaschine ist. Von der Honspindel können Kräfte und Drehmomente auf das Honwerkzeug übertragen
werden, um die gewünschte
Oberflächenbearbeitung
durchzuführen.
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Für einen
flexiblen Einsatz der Honeinrichtung ist es bekannt, eine Kupplungseinrichtung
zwischen der Honspindel und dem Honwerkzeug vorzusehen, die ein
Auswechseln des Honwerkzeugs ermöglicht.
Dabei ist zu beachten, dass typische Honwerkzeuge an einem der Honspindel abgewandten Ende
zumindest einen Schneidstoffkörper
aufweisen, der während
der Oberflächenbearbeitung
mit einer Andruckkraft auf die Oberfläche gepresst wird. Die Andruckkraft
wird typischerweise von einer in der Honspindel vorgesehenen Zustellstange
auf eine Druckstange im Honwerkzeug und von dort auf den Schneidstoffkörper übertragen.
In diesem Fall muss eine kraftübertragende
Verbindung zwischen der Zustellstange und der Druckstange ebenfalls
lösbar ausgeführt sein,
um ein Auswechseln des Honwerkzeugs zu ermöglichen.
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Um
die bei einem Honvorgang geforderte Präzision der Oberflächenbearbeitung
gewährleisten zu
können,
werden hohe Anforderungen an die lösbare Verbindung zwischen Honspindel
und Honwerkzeug gestellt. Diese Anforderungen beziehen sich insbesondere
auf die Rundlauftoleranz des Honwerkzeugs gegenüber einer Honspindelmittelachse.
Um eine hohe Rundlauftoleranz sicherzustellen, ist es bekannt, die
Honspindel endseitig mit einer zylindrischen, präzisionsgeschliffenen Oberfläche auszuführen und
ein Spannfutter mit einer korrespondierenden Bohrung vorzusehen,
die in der Art einer Steckverbindung miteinander verbunden werden
können. Um
eine zuverlässige
Steckverbindung zu gewährleisten,
kann eine Innenwandung der Bohrung im Spannfutter mittels einer
im Spannfutter integrierten hydrostatischen Spanneinrichtung deformiert
werden, so dass das Honwerkzeug zentriert an der Honspindel festgelegt
werden kann. Eine Kopplung der Druckstange mit der Honspindel wird
bei einem bekannten Honwerkzeug durch einen Bajonettverschluss verwirklicht.
Zur Ankopplung des Honwerkzeugs muss zunächst der Bajonettverschluss
der Druckstange manuell von einem Bediener verriegelt werden, anschließend kann
das Honwerkzeug durch Betätigen
der hydrostatischen Spanneinrichtung an der Honspindel festgelegt
werden.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren
zur Ankopplung eines Honwerkzeugs an eine Honspindel zu schaffen.
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Insbesondere
soll eine Automatisierung des Werkzeugwechsels ermöglicht werden.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen in der Schaffung einer verbesserten
Honspindel und eines verbesserten Honwerkzeugs, die insbesondere
die Anwendung des Verfahrens ermöglichen.
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Diese
und andere Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen
von Anspruch 1, eine Honspindel mit den Merkmalen von Anspruch 14 sowie
ein Honwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 29 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben. Der Wortlaut sämtlichen
Ansprüche
wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Ankopplung eines
Honwerkzeugs an eine Honspindel vorgesehen, das folgende Schritte
aufweist: Einsetzen des Honwerkzeugs in die Honspindel in eine Fügeposition,
bei der eine Honwerkzeugmittelachse koaxial zur Honspindelmittelachse
ausgerichtet ist; Arretieren des Honwerkzeugs an der Honspindel
durch eine Betätigung
einer der Honspindel zugeordneten Stelleinrichtung. Das Einsetzen
des Honwerkzeugs in die Honspindel erfolgt zumindest in der Endphase
der Einsetzbewegung normalerweise durch eine translatorische Bewegung
parallel zur Honspindelmittelachse, bis die Funktionsposition erreicht
ist.
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Entscheidend
bei der Durchführung
des Verfahrens ist die Betätigung
einer Stelleinrichtung, die der Honspindel zugeordnet ist, zur Arretierung
des Honwerkzeugs. Die Stelleinrichtung tritt mit Kupplungsstrukturen
des Honwerkzeugs und der Honspindel in einer Weise in Wechselwirkung,
dass am Ende des Ankopplungsvorgangs eine präzise und stabile Ankopplung
des Honwerkzeugs koaxial zur Honspindel gewährleistet ist. In Anbetracht
des Umstands, dass jeweils das Honwerkzeug gewechselt wird, kann
die Zuordnung der Kupplungseinrichtung zur Stelleinrichtung der
Honspindel zu einer kostengünstigeren
Gestaltung der Werkzeug spannung führen, da am Honwerkzeug eine
teure Stelleinrichtung vermieden wird, ohne Abstriche bei der Präzision der Ankopplung
des Honwerkzeugs an die Honspindel in Kauf nehmen zu müssen.
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Bevorzugt
kann die Betätigung
der Stelleinrichtung über
eine Maschinensteuerung einer Honmaschine, der die Honspindel typischerweise
zugeordnet ist, automatisch vorgenommen werden. Zudem wird durch
die Zuordnung der Stelleinrichtung zur Honspindel eine Bereitstellung
von Fremdkräften, beispielsweise
in Form elektrischer oder hydraulischer Energie, zur Betätigung der
Stelleinrichtung erleichtert, da derartige Fremdkräfte ohnehin
für den Betrieb
der Honmaschine zur Verfügung
stehen. Das Honwerkzeug kann manuell von einem Benutzer oder automatisiert
von einer Handhabungseinrichtung in die Fügeposition gebracht werden.
Der weitere Fügevorgang
zur Arretierung des Honwerkzeugs an der Honspindel kann manuell
oder automatisiert ausgelöst
und/oder durchgeführt
werden.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stelleinrichtung
längs der
Honspindelmittelachse bewegt wird. Bei der Honspindel handelt es
sich typischerweise um eine schlanke, säulenartige Struktur. Durch
eine Gestaltung der Stelleinrichtung in der Art, dass die Stellbewegung
längs der Honspindelmittelachse
vorgenommen wird, kann gewährleistet
werden, dass sich ein Querschnitt der säulenartigen Honspindel in einer
Querschnittsebene orthogonal zur Honspindelmittelachse durch die
Integration der Stelleinrichtung nicht verändert. Damit wird durch eine
in Längsrichtung,
insbesondere parallel zur Honspindelmittelachse bewegbare Stelleinrichtung
eine automatisierbare und dennoch schlanke Gestaltung von Kupplungsstrukturen
des Honwerkzeugs und der Honspindel ermöglicht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Arretierung
des Honwerkzeugs an die Honspindel und die Ankopplung der Zu stellstange
an die Druckstange durch eine einzige Arbeitsbewegung der Zustellstange
in Richtung des Honwerkzeugs bewirkt wird. Mit der Arbeitsbewegung
der Zustellstange erfolgt auch die Stellbewegung der Stelleinrichtung.
Bevorzugt wird die Translationsbewegung der Stelleinrichtung durch
die Bewegung der Zustellstange bewirkt. Beispielsweise kann ein
der Stelleinrichtung zugeordneter Energiespeicher, der für die Stellbewegung
in Richtung des Honwerkzeugs vorgespannt ist, durch die Bewegung der
Zustellstange in Richtung des Honwerkzeugs freigegeben werden und
somit die Ankopplung des Honwerkzeugs an die Honspindel ermöglichen.
Besonders bevorzugt findet die Stellbewegung der Stelleinrichtung
wie auch die Bewegung der Zustellstange in Richtung des Honwerkzeugs
statt. Dadurch lässt
sich eine besonders vorteilhafte Gestaltung der Honspindel erreichen,
da die Bewegungsrichtungen der Zustellstange und der Stelleinrichtung ähnlich oder
identisch sind und keine Umlenkung von Bewegungen stattfinden muss,
um eine zumindest abschnittsweise Kopplung einzelner Bewegungen
zu gewährleisten.
Durch die Stellbewegung der Stelleinrichtung kann zumindest eine
Riegeleinrichtung für eine
formschlüssige
Verbindung des Honwerkzeugs mit der Honspindel betätigt werden.
Die Riegeleinrichtung kann insbesondere für die Ausübung einer Kraft auf das Honwerkzeug
gestaltet sein, die in Richtung der Honspindel gerichtet ist, um
eine besonders feste und zuverlässige
Ankopplung des Honwerkzeugs sicherzustellen. Bevorzugt ist die Riegeleinrichtung
für eine
formschlüssige
Ankopplung des Honwerkzeugs an die Honspindel vorgesehen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der
Arretierung des Honwerkzeugs an der Honspindel eine Verriegelung
einer Zustellstange der Honspindel an eine Druckstange des Honwerkzeugs
vorgenommen wird. Die Verriegelung der Druckstange an die Zustellstange
kann zeitgleich mit der Stellbewegung der Stelleinrichtung stattfinden
oder auch zeitlich vor- oder nachgelagert sein. Bevorzugt kann die
Verriegelung automatisch oder automatisierbar sein, so dass kein
Zutun eines Bedieners notwendig ist, um das Honwerkzeug anzukoppeln.
Damit kann ein vollständig
automatisierter Ablauf der An- und Abkopplung von Honwerkzeugen an
die Honspindel verwirklicht werden, wodurch sich eine größere Wirtschaftlichkeit
für eine
damit ausgerüstete
Honmaschine verwirklichen lässt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für die Ankopplung
der Zustellstange an die Druckstange ausschließlich eine Translationsbewegung
der Zustellstange in Richtung der Druckstange ausreicht, ohne dass
eine Relativverdrehung zwischen Zustellstange und Druckstange zur
Herstellung der kraftübertragenden
Kopplung nötig
ist. Dadurch wird eine Automatisierung der Ankopplung vereinfacht.
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Durch
die Ankopplung der Zustellstange an die Druckstange wird vorzugsweise
eine spielfreie, auf Zug und Druck beanspruchbare Verkupplung dieser
Teile geschaffen, so dass auch bei den für Honbearbeitungen charakteristischen
axial oszillierenden Bewegungen der Honwerkzeuge jederzeit eine
hochpräzise
Steuerung der Honbearbeitung, insbesondere der Position der Honleisten
und/oder der Anpresskraft der Honleisten an die zu bearbeitende
Oberfläche,
möglich
ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einem
Auftreffen der Zustellstange auf die Druckstange eine Bewegung einer Kupplungshülse relativ
zur Zustellstange stattfindet, durch die zumindest ein Kupplungskörper, insbesondere
in radialer Richtung, kraftübertragend
an der Druckstange verriegelt wird. Die Kupplungshülse und/oder
die Zustellstange kann mit zumindest einer Steuerfläche versehen
sein, die durch die Relativbewegung zwischen Kupplungshülse und
Zustellstange eine Bewegung eines Kupplungskörpers hervorruft, der seinerseits
für eine
insbesondere formschlüssige Kopplung
der Druckstange mit der Zustellstange vorgesehen ist. Der Kupplungskörper kann
dabei vorzugsweise in einen hinterschnittenen Bereich, insbesondere
eine Ausnehmung, an der Druckstange und/oder an der Zustellstange
eingreifen. Bevorzugt sind der zumindest eine Kupplungskörper und
die korrespondierende Ausnehmung derart gestaltet, dass eine Selbsthemmung
der formschlüssigen
Verbindung vorliegt. Bei einem Anstieg der über den Kupplungskörper und
die Ausnehmung zu übertragenden
Kräfte
findet auch ein Anstieg der Verriegelungskräfte statt, so dass sich die
Verbindung zwischen Kupplungskörper
und Ausnehmung selbsttätig festzieht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Relativbewegung
der Kupplungshülse
von einem Energiespeicher bewirkt wird, der durch eine Bewegung
der Zustellstange relativ zur Stelleinrichtung freigegeben wird.
Damit kann ein einfacher Aufbau der Kupplungsstruktur zwischen Zustellstange
und Druckstange verwirklicht werden, der eine zuverlässige Verriegelung
bzw. bei entgegengesetzter Bewegung der Zustellstange auch eine zuverlässige Entriegelung
der Kupplungsstruktur sicherstellt. Als Energiespeicher kann vorzugsweise eine
Schraubenfeder eingesetzt werden, die eine Speicherung eines zur
Ver- und Entriegelung
ausreichenden Energiebetrags in einem kleinen, zylindrischen Volumenabschnitt,
der vorteilhaft zwischen Zustellstange und Kupplungshülse vorgesehen
werden kann, ermöglicht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Ankoppeln
der Zustellstange an die Druckstange eine abgedichtete, kommunizierende
Verbindung zwischen Fluidkanälen
der Zustellstange und der Druckstange hergestellt wird. Durch einen
von der Honmaschine mit einem oder mehreren gasförmigen und/oder flüssigen Fluiden,
insbesondere Honöl,
versorgten Fluidkanal, der sich auch längs der Honspindel und des
Honwerkzeugs erstreckt und typischerweise im Bereich der Honleisten in
die Umgebung mündet,
kann eine vorteilhafte Versorgung der Honleisten mit einem Kühl- und/oder Schmiermittel
gewährleistet
werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Honspindel einen Schaft
zur Übertragung
von Kräften
und Drehmomenten auf einen Werkzeugkörper eines Honwerkzeugs auf.
Dem Schaft ist eine Zustellstange zugeordnet, die für eine Bereitstellung
einer Bearbeitungskraft auf eine Druckstange des Honwerkzeugs vorgesehen
ist. Weiterhin ist endseitig am Schaft eine Werkzeugaufnahme vorgesehen,
die für
eine lösbare
Ankopplung des Honwerkzeugs gestaltet ist, wobei der Werkzeugaufnahme
zumindest eine Stelleinrichtung zugeordnet ist, die für eine Festlegung
des Werkzeugkörpers
am Schaft ausgebildet ist. Eine insbesondere automatisierbare Festlegung
des Werkzeugkörpers des
Honwerkzeugs am Schaft mittels einer dem Schaft zugeordneten Stelleinrichtung
ermöglicht
eine vorteilhafte Auswechslung von Honwerkzeugen, da alle die Ankopplung
des Honwerkzeugs betreffenden Abläufe durch Manipulationen an
der oder in der Honspindel vorgenommen werden können und keine Synchronisation
mit einer externen Betätigungseinrichtung
notwendig ist, wie sie bei einer Ausübung von Stellbewegungen am
Honwerkzeug notwendig wären.
Damit lässt
sich eine vorteilhafte Synchronisierung und Integrierung des Ankopplungs-
oder Abkopplungsvorgangs mit den weiteren, im Rahmen einer Honbearbeitung
auftretenden Prozessschritten verwirklichen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Werkzeugaufnahme
zumindest eine, zumindest abschnittsweise kegelförmig gestaltete Ausnehmung
zur Aufnahme eines korrespondierend geformten Kupplungsabschnitts
des Honwerkzeugs aufweist. Damit kann eine hochpräzise und
kostengünstig
zu fertigende Kupplungsstruktur zwischen Honwerkzeug und Honspindel
verwirklicht werden. Insbesondere kann die Werkzeugaufnahme der
Honspindel für
die Aufnahme eines als Hohlschaftkegel (HSK) geformten Kupplungsabschnitts
des Honwerkzeugs gestaltet sein. Die kegelförmigen Kupplungsstrukturen
an Honspindel und Honwerkzeug können
weitgehend selbstzentrierend gestaltet sein, so dass bereits durch
das Einstecken des Honwerkzeugs in die Ausnehmung der Honspindel
eine Vorzentrierung mit weitgehend oder vollständig koaxialer Ausrichtung
von Honspindelmittelachse und Honwerkzeugmittelachse und gegebenenfalls auch
eine Vorfixierung des Honwerkzeugs verwirklicht werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stelleinrichtung
für eine
Auslenkung zumindest eines der Werkzeugaufnahme zugeordneten Riegelelements
vorgesehen ist, das für eine
Arretierung des Werkzeugkörpers
am Schaft gestaltet ist. Mit Hilfe des Riegelelements kann eine formschlüssige Verbindung
zwischen dem Honwerkzeug und der Honspindel geschaffen werden. Dazu wird
das Riegelelement von der Stelleinrichtung aus einer Ruhestellung
in eine Verriegelungsstellung ausgelenkt, in der es in das Honwerkzeug,
insbesondere in eine hinterschnittene Ausnehmung des Honwerkzeugs,
eingreift. Zu diesem Zweck kann die Stelleinrichtung mittels einer
Translationsbewegung in Richtung des Honwerkzeugs die gewünschte Verriegelung
herbeiführen,
eine Aufhebung der Verrieglung zur Abkopplung des Honwerkzeugs erfolgt
durch eine entgegengesetzte Stellbewegung der Stelleinrichtung.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich das
Riegelelement zumindest im Wesentlichen längs der Honspindelmittelachse
erstreckt und jeweils endseitig angeordnete Vorsprünge zur
formschlüssigen
Verriegelung am Schaft und/oder am Honwerkzeug aufweist, wobei die
Vorsprünge
insbesondere paddelförmig
gestaltet sind. Durch eine Erstreckung des Riegelelements längs der
Honspindelmittelachse kann eine besonders schlanke Gestaltung der
Honspindel erreicht werden. Die endseitigen Vorsprünge des
Riegelelements erlauben die gewünschte
formschlüssige
Ankopplung des Werkzeugkörpers,
wobei die dem Werkzeugkörper
zugewandten Vorsprünge
mit Schrägflächen versehen
sein können,
die bei einer durch die Stellein richtung hervorgerufenen Riegelbewegung,
die im Wesentlichen in radialer, also orthogonaler Richtung zur
Honspindelmittelachse stattfinden kann, eine axiale Bewegung des
Honwerkzeugs in Richtung der Honspindel bewirken können. Somit
wird die Zentrierungswirkung der kegelförmigen Kupplungsstrukturen
an Honwerkzeug und Honspindel verstärkt und der Reibschluss der
kegelförmigen
Kupplungsstrukturen vergrößert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Honwerkzeug zur Durchführung eines Honvorgangs
an einem Werkstück
einen Werkzeugkörper
und zumindest einem relativ zum Werkzeugkörper beweglich angebrachten
Schneidstoffkörper sowie
eine Druckstange auf, die zur Ansteuerung der Honleiste längs einer
Mittelachse des Werkzeugkörpers
bewegbar ist und die mit einer Kupplungseinrichtung für eine lösbare, kraftübertragende
Verbindung mit einer Zustellstange einer Honspindel versehen ist.
Der Werkzeugkörper
weist an seinem dem Schneidstoffkörper abgewandten Endbereich
einen zumindest abschnittsweise kegelstumpfförmigen Kupplungsabschnitt zur
Ankopplung an eine korrespondierend geformte Werkzeugaufnahme der
Honspindel auf. Ein derartiges Honwerkzeug ist im Vergleich zu herkömmlichen
Honwerkzeugen in gleicher oder verbesserter Präzision kostengünstiger
herzustellen, da lediglich starre Kupplungsstrukturen für den Werkzeugkörper und
die Druckstange vorgesehen werden müssen. Zudem ist ein derartiges
Honwerkzeug automatisiert auswechselbar, was die Gestaltung eines
Honverfahrens maßgeblich
verbessert, da ein schneller und sicherer Honwerkzeugwechsel vorgenommen
werden kann, ohne auf einen Bediener angewiesen zu sein. Dies ist
insbesondere in der Massenfertigung von Bedeutung, da in der Honmaschine
ein Magazin mit mehreren Honwerkzeugen vorgesehen werden kann, auf
die beispielsweise bei Verschleiß des in Benutzung befindlichen Honwerkzeugs
ohne Weiteres zugegriffen werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der abschnittsweise
kegelförmige Kupplungsabschnitt
als Hohlschaftkegel ausgeführt ist.
Mit einem Hohlschaftkegel wird eine hochpräzise Werkzeugschnittstelle
zur Verfügung
gestellt, die beispielsweise aus dem Bereich der Fräswerkzeuge grundsätzlich bekannt
ist und daher mit etablierten Fertigungsprozessen kostengünstig hergestellt
werden kann. In die Gestaltung des Hohlschaftkegels ist ein erheblicher
Erfahrungsschatz eingeflossen, der zumindest teilweise für die spezifischen
Belange des Honverfahrens übernommen
werden kann.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Honeinrichtung mit einer
erfindungsgemäßen Honspindel
nach einem der Ansprüche
und einem erfindungsgemäßen Honwerkzeug
vorgesehen. Die Honeinrichtung, die insbesondere als Honmaschine
mit einem Honantrieb, einer oder mehreren Zustelleinrichtungen für eine Bewegung
der Honspindel und der Zustellstange sowie mit einer Maschinensteuerung
zur Beeinflussung der Zustelleinrichtungen ausgeführt sein
kann, ermöglicht
die Bearbeitung von Oberflächen
mit Honwerkzeugen gemäß der Erfindung.
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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 zeigt:
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1 eine
Schnittdarstellung einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Honspindel
mit einer kegelabschnittsförmigen
Werkzeugaufnahme für
ein Honwerkzeug,
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2 eine
Schnittdarstellung eines Honwerkzeugs mit einer an die Honspindel
gemäß 1 angepassten,
kegelabschnittsförmigen
Kupplungsstruktur,
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3 die
Honspindel gemäß der 1 und das
Honwerkzeug gemäß der 2 in
einer jeweils hälftigen
Schnittdarstellung für
eine erste und eine zweite Ankopplungsphase,
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4 die
Honspindel gemäß der 1 und das
Honwerkzeug gemäß der 2 in
einer jeweils hälftigen
Schnittdarstellung für
die zweite und eine dritte Ankopplungsphase,
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5 die
Honspindel gemäß der 1 und das
Honwerkzeug gemäß der 2 in
einer vollständig
gekoppelten Konfiguration,
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6 eine
zweite Ausführungsform
einer Honspindel und eines daran angekoppelten Honwerkzeugs mit
einem Bajonettverschluss zwischen Zustellstange und Druckstange.
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Eine
in der 1 in einer Ruhestellung dargestellte Honspindel 1 weist
einen rohrförmigen, hohlzylindrischen
Schaft 3 auf, der mit einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung
einer Honmaschine gekoppelt werden kann, um Kräfte und Drehmomente und somit
translatorische und rotatorische Bewegungen auf ein Honwerkzeug
zu übertragen.
Am unteren Ende der Honspindel 1 gemäß der 1 ist eine
Werkzeugaufnahme 4 vorgesehen, die für eine Ankopplung eines in
den 2 bis 5 näher dargestellten Honwerkzeugs 2 vorgesehen
ist.
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In
einer Honspindelbohrung 25, die konzentrisch zu einer Honspindelmittelachse 23 im
Schaft 3 angeordnet ist, sind eine zylindrisch geformte
Zustellstange 5 und ein die Zustellstange 5 hülsenförmig umgreifendes
Steuerrohr 6 angeordnet. Die Zustellstange 5 und
das Steuerrohr 6, das als Stelleinrichtung oder als Teil
einer Steuereinrichtung dient, sind relativ zueinander bewegbar
gegenüber
dem Schaft 3 ausgeführt
und können
längs der
Honspindelmittelachse 23 verschoben werden. Dem Steuerrohr 6 ist in
einem nicht dargestellten Bereich des Schafts 3 ein als
Schraubenfeder ausgeführter
Energiespeicher zugeordnet, der in der dargestellten Ruhestellung vorgespannt
ist und eine Kraft auf das Steuerrohr 6 in Richtung der
Werkzeugaufnahme 4 ausübt.
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Im
Bereich der Werkzeugaufnahme 4 ist eine als Kegelaufnahme 9 ausgeführte kegelstumpfförmige Ausnehmung
im Schaft 3 vorgesehen, die in Richtung einer Stirnfläche 26 des
Schafts 3 aufgeweitet ist und an die sich in Richtung der
Honspindelbohrung 25 mehrere, jeweils umlaufend ausgeführte Vorsprünge anschließen, die
eine Federnut 27 und eine Riegelnut 28 begrenzen.
Die Stirnfläche 26 und
die Kegelaufnahme 9 sind mit einer präzise hergestellten Oberfläche ausgeführt, die
möglichst
exakt orthogonal bzw. konzentrisch zur Honspindelmittelachse 23 ausgerichtet
sind und die für
die rundlaufgenaue Ankopplung des Honwerkzeugs 2 ausgebildet
sind. Ein Kegelwinkel sowie ein mittlerer Kegeldurchmesser bestimmen
sich vorzugsweise nach der DIN 69063, die die Aufnahmegeometrie
für Hohlschaftkegel
nach DIN 69893 festlegt.
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Das
Steuerrohr 6 und die Kegelaufnahme 9 sowie die
Federnut 27 und die Riegelnut 28 begrenzen einen
profilierten Ringraum, in dem zirkular umlaufend mit einer Winkelteilung
von 60 Grad sechs Riegelelemente in Form von Kupplungshaken 8 aufgenommen
sind. Die Kupplungshaken 8 erstrecken sich in der Ruhestellung
gemäß der 1 zumindest nahezu
parallel zur Honspindelmittelachse 23 und weisen jeweils
endseitige Vorsprünge 30, 31 auf,
die jeweils in der Art einer Paddelfläche für ein Bootspaddel geformt sind.
Die sechs zirkular angeordneten Kupplungshaken 8 werden
von einem umlaufenden Federring 16 radial nach innen gegen
das Steuerrohr 6 gepresst und sind mit den der Werkzeugaufnahme 4 abgewandten
Vorsprüngen 30 formschlüssig bewegbar
in der Riegelnut 28 aufgenommen. An dem der Werkzeugaufnahme 4 zugewandten
Endbereich weisen die Kupplungshaken einen Vorsprung 31 auf, der
mit einer nach innen weisenden Schrägfläche 33 sowie mit einer
nach außen
weisenden Schrägfläche 32 versehen
ist. Die nach innen weisende Schrägfläche 33 ist für eine Wirkverbindung
mit einer konisch geformten Steuerfläche 34 des Steuerrohrs 6 gestaltet
und ermöglicht
bei einer Translationsbewegung des Steuerrohrs 6 in Richtung
der Werkzeugaufnahme eine radial auswärts gerichtete Schwenkbewegung
der nach unten abnagenden, freien Enden 31 der Kupplungshaken 8.
Die nach außen
gerichteten Schrägflächen 32 sind
für eine
nachstehend näher beschriebene
Wechselwirkung mit einer Schrägfläche 45 des
Honwerkzeugs 2 vorgesehen, um dieses in die Werkzeugaufnahme
hinein zu ziehen.
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Die
Zustellstange 5 ist zweiteilig aufgebaut und hat einen
antriebsseitigen oberen Teil und einen mit dem oberen Teil verschraubten
unteren Teil, der an seinem Endbereich in der Werkzeugaufnahme 4 eine
zweistufige zylindrische Verdickung aufweist, wobei eine in der
Verdickung vorgesehene Bohrung eine Druckstangenaufnahme 10 bildet.
An die Druckstangenaufnahme 10 schließt sich eine als Fluidkanal
ausgeführte
Fluidbohrung 35 an, die sich längs der gesamten Länge der
Zustellstange 5 erstreckt und für eine Versorgung der Druckstange 19 mit
einem Fluid, insbesondere mit einem Honöl, vorgesehen ist. An einer
Stirnfläche
der Druckstangenaufnahme 10 ist eine umlaufende Dichtnut 36 zur
Aufnahme einer als O-Ring ausgeführten
Kupplungsdichtung 12 vorgesehen. Die Verdickung wird von
einer Kupplungshülse 14 umschlossen,
die relativbeweglich zur Zustellstange 5 angeordnet ist,
wobei durch die zweistufige Gestaltung der Verdickung eine ringförmige Stirnfläche zur
Verfügung
steht, die als Auflagefläche
für eine
Kupplungsfeder 11 vorgesehen ist. Die Kupplungsfeder 11 ist
in der dargestellten Ruhestellung der Honspindel 1 durch
die Einwirkung des Steuerrohrs 6 vorgespannt und stützt sich
an einer Innenfläche
der Kupplungshülse 14 ab.
In einem Endbereich der Druckstangenaufnahme ist eine Querbohrung
orthogonal zur Honspindelmittelachse 23 angebracht, in
die jeweils ein als Kupplungskugel 13 ausgeführter Kupplungskörper eingesetzt
ist. Um ein Herausfallen der Kupplungskugeln 13 zu verhindern,
ist die Querboh rung jeweils an einer Innenfläche der Druckstangenaufnahme 10 mit
einer den Bohrungsdurchmesser reduzierenden Einprägung versehen.
In radialer Richtung nach außen
werden die Kupplungskugeln 13 durch die Kupplungshülse 14 in
ihrer Bewegung begrenzt und liegen auf nach radial nach innen gewandten
Steuerflächen 15 der Kupplungshülse 14 auf,
die jeweils einen spitzen Winkel mit der Honspindelmittelachse 23 einschließen. Damit
kann bei einer translatorischen Relativbewegung der Kupplungshülse 14 gegenüber der
Zustellstange 5 eine translatorische, gegensinnige Bewegung
der Kupplungskugeln 13 in Querrichtung zur Honspindelmittelachse 23 hervorgerufen
werden.
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Das
in der 2 ebenfalls in einer Ruhestellung dargestellte
Honwerkzeug 2 weist einen im Wesentlichen rotationssymmetrisch
gestalteten Werkzeugkörper 17 auf.
Am unteren Ende des Werkzeugkörpers 17 gemäß der 2 ist
ein schlanker, auswechselbarer Arbeitsschaft vorgesehen, an dem
zumindest ein als Honleiste 22 ausgeführter Schneidstoffkörper angebracht
ist. An einem oberen, verdickten Endbereich des Werkzeugkörpers 17 ist
ein als Hohlschaftkegel 18 ausgeführter, kegelstumpfförmiger Kupplungsabschnitt
vorgesehen. Der Hohlschaftkegel 18, der insbesondere nach
DIN 69893 gestaltet sein kann, ist mit einer im wesentlichen zylindrisch ausgeführten Kupplungsbohrung 37 versehen,
die in eine Druckstangenbohrung 38 kleineren Durchmessers
mündet.
In der Druckstangenbohrung 38 ist eine im Wesentlichen
zylindrische Druckstange 19 verschiebbar aufgenommen, die
in einem der Honleiste 22 benachbarten Endbereich mit einer
Schrägfläche 39 versehen
ist, so dass durch eine Translationsbewegung der Druckstange 19 längs einer
Honwerkzeugmittelachse 24 eine radiale Stellbewegung der Honleiste 22 bewirkt
werden kann. Die Druckstange 19 ist mit einem längs der
Honwerkzeugmittelachse 24 erstreckten Fluidkanal 47 versehen,
der eine Versorgung der Honleiste 22 beispielsweise mit
Honöl sicherstellen
kann. In einem dem Hohlschaftkegel 18 zugewandten Endbereich
weist die Druckstange 19 einen Kupplungsbund 20 auf,
der in axialer Richtung in eine Kupplungsnut 21 übergeht.
Unterhalb der Kupplungsnut 21 ist eine mittels Sprengring 40 axial gesicherte
Federglocke 41 vorgesehen, die eine als Schraubenfeder
ausgeführte
Rückstellfeder 42 hülsenförmig umgreift.
Die Rückstellfeder 42 ist
in der Ruhestellung gemäß der 2 entspannt
und kann durch Aufbringung einer in Richtung der Honleiste 22 gerichteten
Druckkraft auf die Druckstange 19 gespannt werden, so dass
sie bei Reduzierung der Druckkraft die Zustellkraft auf die Honleiste 22 verringert.
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Im
Bereich der kegelstumpfförmigen
Außenfläche 43 des
Hohlschaftkegels 18 ist in der Kupplungsbohrung 37 eine
umlaufende Rastnut 44 eingestochen, die eine der oberen
Stirnfläche 46 des Werkzeugkörpers 17 benachbarte
konusabschnittsförmige
Schrägfläche 45 aufweist,
die für
einen formschlüssigen
Eingriff der Schrägflächen 33 der
Kupplungshaken 8 gestaltet ist.
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Ein
Ankopplungsvorgang des Honwerkzeugs 2 an die Honspindel 1 erfolgt
in mehreren, nachfolgend dargestellten Ankopplungsphasen, die kontinuierlich
ineinander übergehen,
aus Gründen der Übersichtlichkeit
jedoch jeweils schrittartig dargestellt sind. Die 3 und 4 zeigen
jeweils als Halbschnitte zwei unterschiedliche, zeitlich hintereinander
liegende Ankopplungsphasen. Dabei ist die in der 3 als
spätere,
im linken Halbschnitt dargestellte Ankopplungsphase identisch mit
der Darstellung der Ankopplungsphase gemäß dem rechten Halbschnitt der 4.
Das heißt,
die jeweils spätere Ankopplungsphase
ist im jeweils linken Halbschnitt dargestellt.
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Der
Ankopplungsvorgang beginnt, indem das Honwerkzeug 2 mit
seinem als Hohlschaftkegel 18 ausgeführten Kupplungsabschnitt in
die kegelstumpfförmige
Werkzeugaufnahme 4 der Honspindel 1 manuell oder
mit Hilfe einer geeigneten Handhabungsvorrichtung eingesetzt wird.
Dabei kann zumindest in der Endphase des Einsetzens des Honwerkzeugs eine
translatorische Bewegung des Honwerkzeuges 2 im Wesentlichen
parallel zu einer Honspindelmittelachse 23 stattfinden,
bis das Honwerkzeug 2 am Ende dieser ersten Ankopplungsphase
(Ankopplungsphase I) in einer Fügeposition
ist, bei der die Honwerkzeugmittelachse 24 weitgehend oder
exakt koaxial zur Honspindelmittelachse 24 ausgerichtet ist.
In der Fügeposition,
die im rechten Halbschnitt der 3 dargestellt
ist und nachstehend als Ankopplungsphase 1 bezeichnet wird,
liegt zunächst nur
eine formschlüssige
Kegelverbindung zwischen der Kegelaufnahme 9 der Honspindel 1 und
dem Hohlschaftkegel 18 des Honwerkzeugs 2 vor.
In der Fügeposition
befinden sich alle auf die Ankopplung bezogenen Einrichtungen der
Honspindel 1 und des Honwerkzeugs 2 in den Ruhestellungen
gemäß der 1 und 2.
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In
der zweiten Ankopplungsphase (Ankopplungsphase II), wie sie im linken
Halbschnitt der 3 dargestellt ist, wird die
Zustellstange 5 längs der
Honspindelmittelachse 23 nach unten in Richtung des Honwerkzeugs 2 bewegt.
Damit kann das Steuerrohr 6, das durch die nicht dargestellte
Energiespeichereinrichtung in Richtung des Honwerkzeugs 2 gepresst
wird, synchron zur Zustellstange 5 nach unten gleiten.
Im Verlauf der Translationsbewegung oder Stellbewegung des Steuerrohrs 6 kommen
die Steuerflächen 34 des
Steuerrohrs 6 in Anlage mit den Schrägflächen 33 der Vorsprünge 31 der Kupplungshaken 8 und
verdrängen
diese radial nach außen.
Da die Kupplungshaken 8 mit den oberen Vorsprüngen 30 beweglich,
aber formschlüssig
in der Riegelnut 28 aufgenommen sind und hier keine Wesentliche
radiale oder axiale Bewegung ausführen können, findet eine Schwenkbewegung
der Kupplungshaken 8 um orthogonal zur Honspindelmittelachse 23 ausgerichtete
und radial davon beabstandete, nicht dargestellte Schwenkachsen
statt, die ungefähr
den Federring 16 tangieren. Durch diese Schwenkbewegung
kommen die äußeren Schrägflächen 32 der
unteren Vorsprünge 31 in
eine formschlüssige
Wirkverbindung mit der umlaufenden Schrägfläche 45 des Hohlschaftkegels 18.
Durch diese Wirkverbindung wird eine axiale, gemäß der Darstellung der 3 nach
oben gerichtete Kraft auf den Werkzeugkörper 17 ausgeübt, so dass
dieser in die Kegelaufnahme 9 hineingezogen und somit zentriert und
fester angekoppelt wird. Sobald sich ein Kräftegleichgewicht zwischen dem
Steuerrohr 6, den Kupplungshaken 8 und dem Werkzeugkörper 17 eingestellt
hat, kommt das Steuerrohr 6 zur Ruhe, eine im nicht dargestellten
Energiespeicher des Steuerrohrs 6 gespeicherter Energiebetrag,
also eine Restvorspannung, sichert auch bei dynamischen Stoßbelastungen
längs der
Honspindelmittelachse 23 eine sichere Verriegelung der
Kupplungshaken.
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Durch
die Bewegung der Zustellstange 5 kommt auch die Druckstangenaufnahme 10 in
Verbindung mit der Druckstange 19, eine Verriegelung findet
jedoch in der Ankopplungsphase II noch nicht statt. Vielmehr liegt
lediglich die Kupplungsdichtung 12 auf einer angefasten
Endfläche
der Druckstange 19 auf und stellt somit bereits eine abdichtende
Verbindung der Fluidbohrung 35 und des Fluidkanals 47 her.
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In
der Ankopplungsphase III, wie sie im linken Halbschnitt der 4 dargestellt
ist, findet eine weitere Zustellung der Zustellstange 5 in
Richtung des Honwerkzeugs 2 statt. Da das Steuerrohr 6 durch
die formschlüssige
Kopplung der Kupplungshaken 8 an einer weiteren Bewegung
in Richtung des Honwerkzeugs 2 gehindert wird, entfernt
sich auch die mit der Zustellstange 5 gekoppelte Kupplungshülse 14 vom
Steuerrohr 6. Damit kann jedoch die in der Kupplungsfeder 11 gespeicherte
Energie freigesetzt werden, die zu einer relativen Verschiebung
der Kupplungshülse 14 entgegen
der Bewegungsrichtung der Zustellstange 5 führt. Durch
diese Relativbewegung werden die Kupplungskugeln 13 mittels
der Steuerflächen 15 radial
nach innen bewegt und verriegeln durch den Eingriff in die Ringnut 21 formschlüssig die
Druckstange 19 an der Zustellstange 5. Die Kupplungsfeder 11 ist
wie der Energiespeicher des Steuerrohrs 6 so gewählt, dass
in der Verriegelungsstellung noch eine ausreichende Vorspannung oder
Restenergiemenge vorliegt, so dass eine sichere Verriegelung auch
bei auftretenden Stoßbelastungen
gewährleistet
ist. Somit ist eine spielfreie, auf Zug und Druck belastbare Ankopplung
der Druckstange an die Zustellstange geschaffen.
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In
der Ankopplungsphase IV, wie sie in der 5 dargestellt
ist, liegt eine vollständige
Ankopplung des Werkzeugkörpers 17 am
Schaft 3 der Honspindel 1 sowie eine vollständige Ankopplung
der Druckstange 19 an der Zustellstange 5 vor.
Der gesamte Ankopplungsvorgang wurde ausschließlich durch eine Translationsbewegung,
nämlich
durch den kontinuierlichen Vorschub der Zustellstange 5 in Richtung
des Honwerkzeugs 2, bestimmt. Zur Verkopplung von Druckstange
und Zustellstange ist keine Relativverdrehung dieser beiden Elemente
erforderlich. Die relativ zur Zustellstange stattfindenden Bewegungen
des Steuerrohrs 6 und der Kupplungshülse 14 werden von
Energiespeichern hervorgerufen, könnten jedoch auch von Stelleinrichtungen,
beispielsweise einem Hydraulikkolben bewirkt werden.
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Ein
Abkopplungsvorgang des Honwerkzeugs 2 von der Honspindel 1 erfolgt
in umgekehrter Reihenfolge der vorstehend beschriebenen Ankopplungsphasen,
wobei ausschließlich
durch Zurückziehen
der Zustellstange 5 zunächst
eine Mitnahme der Kupplungshülse 14 erfolgt,
die in Anlage mit dem Steuerrohr 6 kommt, wodurch eine
Relativbewegung der Kupplungshülse 14 gegenüber der
Zustellstange 5 stattfindet und die Kupplungsfeder 11 gespannt wird
und die Kupplungskugeln 13 aus der Kupplungsnut 21 der
Druckstange 19 entriegelt werden. Durch weiteres Zurückziehen
der Zustellstange 5 wird durch die formschlüssige Anlage
des Steuerrohrs 6 an der Kupplungshülse 14 auch die Verriegelung
der Kupplungshaken 8 mit dem Hohlschaftkegel 18 gelöst und das
Honwerkzeug 2 wird aus der Kegelaufnahme 9 freigegeben
und kann manuell oder automatisiert durch Wegziehen nach unten entnommen werden.
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Bei
der Ausführungsform
der 6 ist anstelle der automatisiert kuppelbaren Verbindung
zwischen Druckstange 19 und Zustellstange 5 ein
vorzugsweise manuell zu verriegelnder Bajonettverschluss vorgesehen.
Die Ankopplung des Werkzeugkörpers 17 an
den Schaft 3 erfolgt wie vorstehend beschrieben durch eine
Bewegung des Steuerrohrs 6.