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Die
Erfindung betrifft ein Honwerkzeug zum Fertig-Honen von Bohrungen
in einem Werkstück
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Fertig-Honen von Bohrungen
in einem Werkstück
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 11.
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Werkzeuge
und Verfahren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Die Werkzeuge
weisen mindestens eine Honleiste auf, die mit Hilfe einer Einstellvorrichtung
nachgestellt wird, um ein genaues Bohrungsmaß sowohl bezüglich des
Durchmessers als auch bezüglich
der Rundheit der bearbeiteten Bohrung zu erreichen. In der Regel
wird hier mindestens ein Zustellkonus verwendet, mit dessen Hilfe
die mindestens eine Honleiste gegenüber der Längsachse des Honwerkzeugs radial
nach außen
verlagert werden kann. Es ist auch bekannt, in das Honwerkzeug Messeinrichtungen
zu integrieren, die beispielsweise mit Hilfe von Luftmessdüsen den
Durchmesser der bearbeitenden Bohrung ermitteln. Diese Messwerte
werden an eine Hohnmaschinenspindel beziehungsweise eine Sondermaschine übertragen,
in die das Honwerkzeug eingesetzt ist. Es handelt sich hier um eine
Sondermaschine, die speziell auf dieses Werkzeug abgestimmt sein
muss. Die Hohnmaschinenspindel ist so ausgelegt, dass sie auf die
Einstellvorrichtung des Honwerkzeug einwirkt und die mindestens
eine Honleiste so weit radial verstellt, bis bei der Bearbeitung
einer Bohrung das gewünschte
Endmaß erreicht
wird. Die Einstellvorrichtung wird über eine Zugstange der Honmaschinenspindel
angesteuert, die von einer Antriebseinheit der Sondermaschine betätigt wird.
Der Aufbau dieser Maschine ist sehr aufwendig und teuer.
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Die
bekannten Verfahren zum Fertig-Honen von Bohrungen in einem Werkstück sind
relativ aufwendig. Die Werkstücke
müssen
zuerst auf verschiedenen Bearbeitungsmaschinen vorbearbeitet werden.
Je nach Art des Werkstücks
können
dies Bohr-, Drehmaschinen und/oder Bearbeitungszentren sein. Dazu
müssen
die Werkstücke
festgespannt werden. Nach der Vorbearbeitung müssen die Werkstücke abgespannt,
gewaschen und vermessen werden. Sie werden anschließend neu
aufgespannt und einer Honmaschine zugeführt. In dieser erfolgt die
Fertigbearbeitung der Bohrung im Werkstück. Anschließend wird
das Werkstück
gewaschen, vermessen und der Endkontrolle zugeführt. Es ergeben sich also eine
Vielzahl von Bearbeitungsschritten, wobei beim Umspannen insbesondere
von dünnwandigen
Bauteilen Fehler entstehen können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Honwerkzeug und ein Verfahren der
eingangsgenannten Art zu schaffen, die relativ einfach realisierbar
und damit kostengünstig
sind.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ein Honwerkzeug vorgeschlagen, das die in Anspruch
1 genannten Merkmale umfasst. Es weist also mindestens eine Hohnleiste
und eine Einstellvorrichtung zur Einstellung des Durchmessers des
Honwerkzeugs im Bereich der mindestens einen Honleiste auf. Es zeichnet
sich dadurch aus, dass es eine herkömmliche Schnittstelle zur Verbindung
des Honwerkzeugs mit einer herkömmlichen
Maschinenspindel oder einem herkömmlichen
Adapter, Zwischenstück
oder dergleichen umfasst. Das Honwerkzeug ist also ohne weiteres
mit üblichen
Werkzeugmaschinen kombinierbar und kann somit auch auf Bearbeitungszentren
eingesetzt werden. Damit können
Bohrungen fertiggehont werden, ohne Sondermaschinen zu verwenden.
Das Honwerkzeug weist eine elektro mechanische Antriebseinheit zur
Betätigung
der Einstellvorrichtung auf. Diese ist in das Honwerkzeug integriert. Es
ist also nicht mehr erforderlich, dass von außen irgendwelche Kräfte in das
Honwerkzeug eingeleitet werden, um die mindestens eine Honleiste
einzustellen.
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Es
zeigt sich also, dass das hier geschaffene Honwerkzeug wie übliche Werkzeuge
in eine Maschinenspindel einsetzbar ist und das dennoch eine exakte
Einstellung der mindestens einen Honleiste möglich ist.
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Besonders
bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel
des Honwerkzeugs, das sich dadurch auszeichnet, dass eine induktive Übertragungseinrichtung
vorgesehen ist. Mit Hilfe dieser kann Antriebsenergie für die elektromechanische
Antriebseinheit auf das Werkzeug übertragen werden. Es ist also
nicht erforderlich, Energiespeicher wie Batterien oder Akkumulatoren
im Werkzeug vorzusehen. Die induktive Übertragungseinrichtung kann
auch ohne Weiteres dafür
verwendet werden, im Honwerkzeug gewonnene Messdaten über die
Maße der
bearbeiteten Bohrung auf eine Maschinensteuerung zu übertragen, die
ohnehin in einem Bearbeitungszentrum vorhanden ist und dazu verwendet
werden kann, die Vorgaben für
die Einstellvorrichtung zur Einstellung des Durchmessers des Hohnwerkzeugs
zu berechnen und über
die induktive Übertragungseinrichtung
an das Honwerkzeug zu liefern. Es ist also möglich, das Honwerkzeug sehr
kompakt auszugestalten, was dessen universelle Verwendbarkeit in
Bearbeitungszentren weiter verbessert.
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Weitere
Ausgestaltungen des Honwerkzeugs ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird auch ein Verfahren zum Fertig-Honen von Bohrungen
in einem Werkstück
vorgeschlagen, das die in Anspruch 11 genannten Merkmale umfasst.
Bei diesen Verfahren werden Werkstücke auf einem Bearbeitungszentrum
vorbearbeitet, wie dies auch bei herkömmlichen Verfahren der Fall
ist. Das Verfahren zeichnet sich aber dadurch aus, dass das Fertig-Honen
von Bohrungen in einem Werkstück
auf ein und demselben Bearbeitungszentrum durchgeführt werden
kann. Es ist nämlich
möglich,
das oben genannte Honwerkzeug in dem Bearbeitungszentrum zu verwenden, weil
es eine herkömmliche
Schnittstelle aufweist, über
die es mit einer herkömmlichen
Maschinenspindel des Bearbeitungszentrums oder aber mit einem herkömmlichen
Adapter, Zwischenstück
oder dergleichen verbunden werden kann. Es bedarf also keines Sonderwerkzeugs,
um das Fertig-Honen durchzuführen.
Das Werkstück
kann also von der Vorbearbeitung bis zum Fertig-Honen in ein und
demselben Bearbeitungszentrum verbleiben. Dies vereinfacht das Verfahren
zum Fertig-Honen wesentlich.
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Weitere
Ausführungsformen
ergeben sich aus dem Unteranspruch.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese
umfasst eine einzige Figur, aus der ein Längsschnitt durch das Honwerkzeug
ersichtlich ist.
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Die
Längsschnittdarstellung
des Honwerkzeugs 1 zeigt, dass dieses eine herkömmliche Schnittstelle 3 aufweist,
die mit herkömmlichen
Maschinenspindeln, Adaptern, Zwischenstücken oder dergleichen gekoppelt
werden kann. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass
das Honwerkzeug 1 im Bereich der Schnittstelle 3 einen
Hohlschaft 5 aufweist, der in eine entsprechen den Aufnahme
in einer herkömmlichen
Maschinenspindel, einem Adapter oder einem Zwischenstück einsteckbar
ist. In den Innenraum 7 des Hohlschafts 5 können geeignete
Spannkörper
eingreifen, die mit einer Spannschulter 9 der Innenfläche des
Innenraums 7 zusammenwirken. Diese ist gegenüber der
Längsachse 11 des
Honwerkzeugs 1 so geneigt, dass bei einer Krafteinwirkung
auf die Spannschulter 9 zum einen in Richtung der Längsachse 11 nach links
gerichtete Kraftkomponenten entstehen, die das Honwerkzeug 1 in
eine Aufnahme in der Maschinenspindel oder dergleichen hineinziehen.
Gleichzeitig werden auch radial nach außen wirkende Kräfte, also senkrecht
zur Längsachse 11 verlaufende
Kraftanteile aufgebaut, die den Hohlschaft 5 etwas aufweiten, sodass
dessen Umfangsfläche 13 sich
zumindest bereichsweise an eine Innenfläche der den Hohlschaft 5 aufnehmenden
Ausnehmung anliegt. Die Schnittstelle 3 kann, wie aus der
Figur ersichtlich, vorzugsweise noch eine Planfläche 15 aufweisen,
die in einer gedachten Ebene liegt, auf der die Längsachse 11 senkrecht
steht und die mit einer an der Maschinenspindel, dem Adapter, dem
Zwischenstück
oder dergleichen vorgesehenen Planfläche zusammenwirkt und damit
eine optimale Ausrichtung des Honwerkzeugs 1 gewährleistet.
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Eine
Schnittstelle 3 der hier angesprochenen Art ist grundsätzlich bekannt,
sodass hier nicht näher darauf
eingegangen wird. Entscheidend ist, dass das Honwerkzeug 1 überhaupt
eine derartige konventionelle Schnittstelle 3 aufweist,
sodass das Honwerkzeug 1 ohne weiteres mit herkömmlichen
Werkzeugsystemen, insbesondere Bearbeitungszentren, kombiniert werden
kann.
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Das
Honwerkzeug 1 weist mindestens eine Honleiste auf. Zum
Ausgleich der bei der Honbearbeitung von Werkstücken entstehenden Kräfte werden
vorzugsweise zwei gegenüberliegende
Honleisten eingesetzt. Denkbar ist es aber auch drei oder vier derartige
Honleisten zu verwenden. Aus der Schnittdarstellung ist ersichtlich,
dass symmetrisch zur Längsachse 11 zwei
Honleisten 17 und 19 vorgesehen sind, die mit
einer Einstellvorrichtung 21 zusammenwirken. Die Honleisten
weisen auf ihrer Innenseite mindestens eine unter einem spitzen
Winkel zur Längsachse 11 verlaufende
Einstellfläche 23 auf, die
mit mindestens einer Anlagefläche 25 der
Einstellvorrichtung zusammenwirkt, die ebenfalls unter einem spitzen
Winkel zur Längsachse 11 angeordnet ist.
Die Winkel der beiden Flächen
sind vorzugsweise gleich. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
weisen die Honleisten 17 und 19 auf ihrer der Längsachse 11 zugewandten
Innenseite mehrere gleichartige Einstellflächen 23, 23' und 23'' auf, die mit mehreren Anlageflächen 25, 25' und 25'' der Einstellvorrichtung 21 zusammenwirken.
Diese ist symmetrisch ausgebildet und weist entsprechende Anlageflächen für die in 1 unten
liegende Honleiste 19 auf, die ihrerseits mit entsprechenden
Einstellflächen
versehen ist. Wird der mit den Anlageflächen 25, 25' und 25'' versehene Einstellkörper 27 der
Einstellvorrichtung 21 gemäß 1 nach rechts
verlagert, so werden die Honleisten 17 und 19 aufgrund der
hier gewählten
Neigung der Einstellflächen 23, 23' und 23'' sowie Anlageflächen 25, 25' und 25'' radial gegenüber der Längsachse 11 nach außen verlagert.
Bei einer entsprechenden Anordnung der Flächen kann eine radiale Auswärtsbewegung
der Honleisten auch bei einer Bewegung des Einstellkörpers 27 nach
links erfolgen.
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Das
Grundprinzip der Verwendung eines Zustellkonuses zur radialen Einstellung
von Honleisten ist bekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen wird.
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Aus 1 ist
noch ersichtlich, dass der Einstellkörper 27 der Einstellvorrichtung 21 auf
seiner dem Betrachter zugewandten Seite eine Anzahl von Anlageflächen aufweist.
Es ist also möglich,
mit der Einstellvorrichtung 21 auch mehr als zwei Honleisten radial
einzustellen. Der Einstellkörper 27 ist
in der Regel symmetrisch aufgebaut, sodass bei zusätzlichen
Anlageflächen
diese nicht nur so angeordnet sind, dass sie aus der Ebene der hier
gewählten
Figur herausstehen, sondern auch in die Bildebene hineinragen. Es
ergeben sich damit jeweils zwei Paare diametral gegenüberliegender
Anlageflächen
am Einstellkörper 27.
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Das
Honwerkzeug 1 weist eine elektromechanische Antriebseinheit 29 auf,
die im Inneren des Honwerkzeugs 1 untergebracht ist. Sie
umfasst vorzugsweise einen schnell laufenden Elektromotor 31, der
mit einem hochuntersetzenden Getriebe 33 gekoppelt ist.
Als Getriebe 33 kann hier ein Planetengetriebe oder ein
Harmonic Drive verwendet werden. Das Getriebe 33 kann auch
mehrstufig sein. Es dient dazu, die hohe Drehzahl des Motors 31 an
eine Umsetzungseinheit 35 der Antriebseinrichtung 29 zu übertragen.
Diese dient dazu, die Drehbewegung am Ausgang des Getriebes 33 in
eine Axialbewegung eines Stellkörpers 37 umzusetzen,
der mit dem Einstellkörper 27 der
Einstellvorrichtung 21 gekoppelt. ist. Eine axiale Verlagerung
des Stellkörpers 37 führt damit
zu einer axialen Verlagerung des Einstellkörpers 27, wobei mit
axialer Verlagerung eine Bewegung des Stellkörpers 37 und des Einstellkörpers 27 in
Richtung der Längsachse 11 gemeint
ist, die in der Figur nach rechts oder nach links gerichtet sein
kann.
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Die
Umsetzungseinheit 35 kann herkömmlich ausgebildet sein und
beispielsweise eine Kugelumlaufspindel umfassen.
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Das
Honwerkzeug 1 weist noch eine Übertragungseinrichtung 39 auf,
die dazu dient, Energie von außen
auf das Honwerkzeug 1 zu übertragen und umgekehrt. Es
ist damit möglich,
den Elektromotor 31 mit Antriebsenergie zu versorgen, außerdem Daten
von dem Honwerkzeug 1 an eine Maschinensteuerung zu übertragen,
die hier nicht dargestellt ist. Die Übertragungseinrichtung 39 wirkt
induktiv, also berührungslos.
Ein erstes induktives Übertragungselement 41 dient
der Übertragung
der Antriebsenergie und ein zweites gegebenenfalls kleineres Übertragungselement 43 dient
dazu, Signale von dem Honwerkzeug 1 an die Maschinenspindel
zu übertragen oder
von dieser zu empfangen.
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Das
Honwerkzeug 1 weist noch eine Schaltung 45 auf,
die dazu dient, innerhalb des Honwerkzeugs 1 gewonnene
Signale, insbesondere Messsignale, aufzuarbeiten und dazu, auf das
Honwerkzeug 1 über
das zweite Übertragungselement 43 übertragene
Daten auszuwerten.
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Das
Honwerkzeug 1 kann also Messeinrichtungen erfassen, die
hier nicht dargestellt sind und die dazu dienen, unter anderem den
Durchmesser der von der mindestens einen Honleiste bearbeiteten Bohrung
zu erfassen. Diese Messwerte können
dann in der Schaltung 45 ausgewertet werden, um Signale zu
generieren, mit der die Antriebseinheit 29 angesteuert
wird, um die Einstellvorrichtung 21 so zu aktivieren, dass
die zu bearbeitete Bohrung den gewünschten Soll-Durchmesser aufweist.
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Um
das Honwerkzeug 1 möglichst
kompakt auszubilden, werden von der Messeinrichtung gewonnene Daten
vorzugsweise über
das zweite Übertragungselement 43 an
eine Maschinensteuerung übertragen und
dort ausgewertet. Außerhalb
des Honwerkzeugs 1 erzeugte Steuerdaten können dann über das
zweite Übertragungselement 43 an
das Honwerkzeug 1 zurückgeleitet
werden, um die Einstellvorrichtung 21 über die elektromechanische
Antriebseinheit 29 entsprechend einzustellen. Es ist also
möglich,
einen geschlossenen Regelkreis aufzubauen und dabei das Honwerkzeug 1 besonders kompakt
auszubilden.
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Das
Honwerkzeug 1 kann so ausgelegt werden, dass mit Hilfe
der Schaltung 45 die elektromechanische Antriebseinheit 29 so
angesteuert wird, dass eine stufenweise Bohrungsbearbeitung ermöglicht wird:
Nach der Bearbeitung einer ersten Bohrung kann die Antriebseinrichtung 29 aktiviert
werden, um über
die Umsetzungseinheit 35 die Einstellvorrichtung 21 zu
aktivieren und die Honleisten radial nach außen zu verlagern. Es kann nun
eine zweite Bohrung bearbeitet werden. Diese Vorgehensweise kann
mehrfach wiederholt werden.
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Die
Steuersignale zur stufenweisen Bohrungsbearbeitung können auch
von einer Maschinenspindel extern erzeugt und über die Obertragungseinrichtung 29,
speziell über
das zweite Übertragungselement 43,
an das Honwerkzeug 1 übertragen
werden.
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Die
elektromechanische Antriebseinheit 29 zeichnet sich dadurch
aus, dass einerseits beim Nachjustieren der mindestens einen Honleiste,
andererseits bei der stufenweisen Bohrungsbearbeitung die mindestens
eine Honleiste in sehr kleinen Stufen nachgestellt werden kann.
Es ist hier bei entsprechender Auslegung des Elektromotors 31,
des Getriebes 33 und der Neigungswinkel sowohl der Einstellflächen 23, 23', 23'' und der Anlagenflächen 25, 25', 25'' eine μ- genaue Einstellung der Honleisten möglich. Die
gezielte Ansteuerung und die Verlagerung der mindestens einen Honleiste
ist mit der hier erläuterten
elektromechanischen Antriebseinrichtung 29 sehr einfach
möglich,
wobei vollständige
Unabhängigkeit
von bei herkömmlichen
Systemen verwendeten Steuerkräften
erreicht wird. Insbesondere wird bei herkömmlichen Honwerkzeugen der
Druck einer Kühl-/Schmiermittels
zur Verlagerung der mindestens einen Honleiste erreicht. Dabei ist
eine feinfühlige
Einstellung der Honleisten, wie sie hier beschrieben ist, keinesfalls
möglich.
Im Übrigen
ist es relativ aufwendig, den Druck des Kühl-/Schmiermittels auf einen
gewünschten
Wert einzustellen und damit bestimmte Durchmesser des Werkzeugs
zu realisieren. Dabei ist aus den Erläuterungen des Honwerkzeugs 1 ohne
weiteres ersichtlich, dass dieses trotz der Variablen Einsatzmöglichkeiten
sehr kompakt gebaut ist.
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Im
folgenden wird auf das Verfahren zum Fertig-Honen von Bohrungen
in einem Werkstück
näher eingegangen:
Zunächst wird
ein Werkstück
auf einem Bearbeitungszentrum vorbearbeitet, indem mindestens eine Bohrung
erzeugt und nachbearbeitet wird, beispielsweise durch Reiben. Auf
diese Weise wird die Geometrie der Bohrung vorgegeben. Dabei ist
es möglich,
auch sogenannte kubische Bauteile, wie Zylinderblöcke, Hydraulikgehäuse und
dergleichen zu bearbeiten.
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Die
bei der Vorbearbeitung des Werkstücks eingesetzten Werkzeuge
werden nun aus der Maschinenspindel, einem Adapeter oder einem Zwischenstück herausgenommen
und es wird ein Honwerkzeug 1 der hier beschriebenen Art
in die herkömmliche
Maschinenspindel, den bekannten Adapter oder das Zwischenstück eingesetzt.
Es be darf keinerlei besonderer Anpassung des Bearbeitungszentrums,
um das hier beschriebene Honwerkzeug 1 zu verwenden, weil
dieses eine herkömmliche
Schnittstelle 3 aufweist. Es ist nun ohne weiteres möglich, eine
Bohrung in den Werkstück
fertig zu honen und zwar in ein und demselben Bearbeitungszentrum,
in dem auch die Vorbearbeitung des Werkstücks erfolgte.
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Das
Werkstück
braucht also während
der Vorbearbeitung und während
des Fertig-Honens nicht ausgespannt zu werden, sodass Fehler die beim
Umspannen eines Werkstücks
sicher vermieden werden. Diese treten besonders bei dünnwandigen
Bauteilen sehr leicht auf.
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Nach
dem Fertigbearbeiten des Werkstücks kann
dieses gewaschen, vermessen und der Endkontrolle zugeführt werden.
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Es
zeigt sich, dass sich das Verfahren sehr einfach und kostengünstig auf
Bearbeitungsmaschinen und Bearbeitungszentren durchführen lässt, weil das
hier beschriebene Honwerkzeug 1 wegen der herkömmlichen
Schnittstelle 3 ohne weiteres statt herkömmlicher
Werkzeuge in einer Maschinenspindel, einen Adapter, einem Zwischenstück oder
dergleichen eingespannt werden kann. Der Einsatz spezieller Honmaschinenspindeln
und Sondermaschinen entfällt
also, sodass das Verfahren sehr kostengünstig realisierbar ist.
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Bei
dem Verfahren kann das Honwerkzeug 1 von außen, also
von einer Maschinensteuerung, oder durch intern erzeugte Steuersignale
so angesteuert werden, dass die mindestens eine Honleiste stufenweise
radial verlagert wird, um Bohrungen mit unterschiedlichen Innendurchmessern
zu bearbeiten.
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Insbesondere
bei Erzeugung von Steuersignalen innerhalb einer externen Maschinensteuerung kann
das Honwerkzeug 1 besonders kompakt aufgebaut werden, weil
die Schaltung 45 im Inneren des Honwerkzeugs 1 nur
wenige Aufgaben übernehmen muss.
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Die
elektromechanische Antriebseinrichtung 29 ist so ausgelegt,
dass die Honleisten μ-genau
einstellbar sind und auch die stufenweise Bohrungsbearbeitung sehr
exakt erfolgen kann.
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Bei
der Durchführung
des Verfahrens wird die Messeirnichtung des Honwerkzeugs 1 dazu
verwendet, den Durchmesser der bearbeiteten Bohrung zu erfassen,
um die mindestens eine Honleiste auf den Solldurchmesser der Bohrung
einstellen zu können.
Dabei können,
wie gesagt, Signale der Messeinrichtung innerhalb des Honwerkzeugs 1 in
der Schaltung 45 oder aber extern in einer Maschinensteuerung
verarbeitet werden, um die Antriebseinrichtung 29 auf gewünschte Weise
zu aktivieren.
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Insbesondere
ist es der Durchführung
des Verfahrens vorteilhaft, dass ein geschlossener Regelkreis aufgebaut
werden kann.
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Aus
den Erläuterungen
des Honwerkzeugs 1 und des Verfahrens zum Fertig-Honen
von Bohrungen in Werkstücken
wird deutlich, dass das Werkzeug einen automatischen Werkzeugwechsel
ermöglicht,
weil es eine herkömmliche
Schnittstelle aufweist, sodass die Bearbeitungsverfahren mit sehr wenigen
Bearbeitungsschritten auskommen und insbesondere ein Umspannen des
Werkstücks
nicht erforderlich ist. Dieses kann in ein und demselben Bearbeitungszentrum
verbleiben, weil das Honwerkzeug 1 ohne weiteres in Zusammenhang
mit anderen herkömmlichen
Werkzeugen einsetzbar ist.