DE102010038818A1

DE102010038818A1 - Werkzeugvorrichtung und Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102010038818A1
Application number: DE201010038818
Authority: DE
Inventors: Dr. Abeln Tobias; Tobias Birkner; Oliver Kull
Original assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-08-04
Also published as: DE102010038818B4

Abstract

Es ist eine Werkzeugvorrichtung mit einem Werkzeug, welches an einer Werkzeugspindel fixierbar oder fixiert ist, vorgesehen, welche eine erste Keileinrichtung, welche in einer ersten Richtung linear verschieblich ist, eine zweite Keileinrichtung, welche gegenläufig zu der ersten Keileinrichtung ist und sich an der ersten Keileinrichtung abstützt, mindestens ein Werkstückeinwirkelement, mittels welchem auf ein Werkstück einwirkbar ist und welches an der zweiten Keileinrichtung fixiert ist, umfasst, wobei das mindestens eine Werkstückeinwirkelement quer zu der ersten Richtung beweglich ist, und eine Betätigungseinrichtung, über welche die lineare Verschiebung der ersten Keileinrichtung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Keileinrichtung quer zu der ersten Richtung beweglich an dem Werkzeug gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung mit einem Werkzeug, welches an einer Werkzeugspindel fixierbar oder fixiert ist, umfassend eine erste Keileinrichtung, welche in einer ersten Richtung linear verschieblich ist, eine zweite Keileinrichtung, welche gegenläufig zu der ersten Keileinrichtung ist und sich an der ersten Keileinrichtung abstützt, mindestens ein Werkstückeinwirkelement, mit welchem auf ein Werkstück einwirkbar ist und welches an der zweiten Keileinrichtung fixiert ist, wobei das mindestens eine Werkstückeinwirkelement quer zu der ersten Richtung beweglich ist, und eine Betätigungseinrichtung, über welche die lineare Verschiebung in der ersten Keileinrichtung betätigbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugmaschine, umfassend mindestens einen Werkstückträger und mindestens eine Werkzeugspindel.
Bei einem eingangs genannten Werkzeug lässt sich eine Querverschieblichkeit von Werkstückeinwirkelementen (beispielsweise Honelementen oder Schneiden) über Linearverschiebung der ersten Keileinrichtung in der ersten Richtung erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem sich eine hohe Bearbeitungsqualität auch bei nichtkoaxialen Achsen von Werkzeug und Werkstück erreichen lässt.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Werkzeugvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die erste Keileinrichtung quer zu der ersten Richtung beweglich an dem Werkzeug gelagert ist.
Wenn beispielsweise Bohrungen durch Honen bearbeitet werden sollen, dann kann grundsätzlich das Problem auftreten, dass das Werkstück in einer anderen Aufspannung als beispielsweise beim Bohren bearbeitet werden muss. Grundsätzlich kann der dadurch resultierende Achsversatz zwischen der Bohrung und dem Werkzeug zur Einschränkung der Qualität (bezüglich Zylinderform und/oder Oberfläche) führen.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird innerhalb des Werkzeugs (mindestens) ein zusätzlicher Freiheitsgrad bereitgestellt, indem die erste Keileinrichtung des Werkzeugs beweglich bezüglich der Betätigungseinrichtung gelagert ist. Dadurch lässt sich ein Achsversatz zwischen Bohrung und Werkzeug ausgleichen, da das mindestens eine Werkstückeinwirkelement nicht starr an eine Werkzugspindel angekoppelt ist.
Durch die Querbeweglichkeit der ersten Keileinrichtung an dem Werkzeug, welche insbesondere eine Radialbeweglichkeit ist, lassen sich Achsabweichungen ausgleichen. Es erfolgt eine Zentrierung der Keileinrichtungen während der Bearbeitung durch die Anpresskraft der Werkstückeinwirkelemente insbesondere an eine Bohrungswand. Falls eine Bohrungsachse und eine Werkzeugachse versetzt zueinander sind, führt die erste Keileinrichtung bei jeder Umdrehung des Werkzeugs eine kleine Relativbewegung innerhalb des Werkzeugs durch.
Insbesondere weist die erste Keileinrichtung eine erste Achse auf und das Werkzeug als Ganzes weist eine zweite Achse auf, wobei die erste Keileinrichtung so gelagert ist, dass die erste Achse relativ zu der zweiten Achse in einem Abstand und/oder in einer Winkelstellung veränderbar ist. Dadurch lässt sich eine Abweichung im Abstand und/oder in der Winkelstellung zwischen einer Bohrungsachse eines Werkstücks und der zweiten Achse über eine Beweglichkeit der ersten Achse ausgleichen. Wenn die erste Keileinrichtung ein oder mehrere Konen als Keilelemente aufweist, ist die erste Achse insbesondere eine Kegelachse.
Die zweite Achse (des Werkzeugs als Ganzes) ist koaxial zu einer Rotationsachse des Werkzeugs. Wenn das Werkzeug an einer Werkzeugspindel fixiert ist, ist die zweite Achse koaxial zu einer Werkzeugspindelachse.
Günstig ist es, wenn die Betätigungseinrichtung mindestens eine Stange umfasst oder durch eine Stange gebildet ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise über eine Verschiebung der ersten Keileinrichtung eine Querbewegung der zweiten Keileinrichtung zur Erzeugung einer Anpresskraft der Werkstückeinwirkelemente an ein Werkstück erreichen. Die Stange ist beispielsweise hohl mit einem oder mehreren Hohlräumen oder aus einem Vollmaterial.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Keileinrichtung auf der mindestens einen Stange angeordnet ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Querbeweglichkeit der ersten Keileinrichtung erreichen.
Es ist dann günstig, wenn die erste Keileinrichtung eine Ausnehmung aufweist, durch welche die mindestens eine Stange durchgetaucht ist. Die mindestens eine Stange ist dann vorzugsweise mit Spiel quer zu der ersten Richtung durch die Ausnehmung durchgetaucht. Dadurch lässt sich eine Beweglichkeit der ersten Keileinrichtung zum Ausgleich eines Achsversatzes realisieren. Es ist dabei auch möglich, dass beispielsweise zwischen der Stange und einer Wandung der Ausnehmung ein elastisches Polster angeordnet ist, welches das Spiel ermöglicht.
Bei einer konstruktiv einfachen Ausführungsform sind an der Betätigungseinrichtung beabstandete Halteelemente angeordnet, zwischen welchen die erste Keileinrichtung angeordnet ist und bezogen auf die erste Richtung an der Betätigungseinrichtung fixiert ist. Die Halteelemente fixieren die erste Keileinrichtung axial bezogen auf die Betätigungseinrichtung. Sie erlauben eine Querverschieblichkeit der ersten Keileinrichtung zu der Betätigungseinrichtung zum Ausgleich eines Achsversatzes.
Günstig ist es, wenn ein Halteelement und/oder die erste Keileinrichtung an einander zugewandten Oberflächen eine reibungsmindernde Struktur haben. Dadurch ist auf einfache Weise ein Gleitlager realisiert, bei welchem auch der Verschleiß minimiert ist. Ein Achsversatz lässt sich auf einfache Weise ausgleichen.
Günstig ist es, wenn die erste Keileinrichtung mindestens ein Konuselement aufweist und die zweite Keileinrichtung mindestens ein zugeordnetes gegenläufiges Konuselement aufweist. Dadurch ist eine Rotationssymmetrie an den Keileinrichtungen erreicht und es ist eine radiale Querbeweglichkeit von Werkstückeinwirkelementen realisiert.
Insbesondere ist das Werkzeug als Honwerkzeug ausgebildet. Es lässt sich dadurch eine hochqualitative Honbearbeitung eines Werkstücks erreichen, auch wenn nach einer Vorbearbeitung die Aufspannung des Werkstücks geändert worden ist.
Das mindestens eine Werkstückeinwirkelement ist insbesondere ein Honelement, welches an einer Trägerleiste sitzt.
Es ist ferner günstig, wenn eine Federeinrichtung vorgesehen ist, welche auf die zweite Keileinrichtung wirkt und bestrebt ist, diese gegen die erste Keileinrichtung zu drücken. Diese Federeinrichtung stellt eine Rückstellkraft bereit. Durch die Betätigungseinrichtung lässt sich ein Werkstückeinwirkelement gegen ein Werkstück drücken. Wenn beispielsweise die Betätigungseinrichtung zurückgeschoben wird, dann sorgt die Federeinrichtung für eine Nachführung der zweiten Keileinrichtung, ohne dass der Abstützkontakt der zweiten Keileinrichtung an der ersten Keileinrichtung verloren geht.
Bei einer Ausführungsform ist ein Werkzeugunterteil vorgesehen, welches die erste Keileinrichtung und die zweite Keileinrichtung umfasst und welches an und insbesondere in einem Werkzeugkörper kardanisch gelagert ist und/oder über ein Gelenk gelagert ist. Dadurch lassen sich Werkstückeinwirkelemente kardanisch bezüglich des Werkzeugskörpers, welcher für die Fixierung mit einer Werkzeugspindel sorgt, lagern beziehungsweise über ein Gelenk lagern. Dadurch lässt sich auch ein Winkelversatz zwischen einer Achse des Werkzeugs und einer Bohrungsachse des Werkstücks ausgleichen.
Insbesondere ist eine kardanische Lagerung und eine Gelenklagerung so gebildet, dass ein Abstand einer ersten Achse der ersten Keileinrichtung zu einer zweiten Achse des Werkzeugs veränderbar ist und/oder eine Winkelstellung der ersten Achse relativ zu der zweiten Achse veränderbar ist. Dadurch lässt sich ein Achsversatz bezüglich Abstand und/oder Winkelstellung ausgleichen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die kardanische Lagerung und/oder eine Gelenklagerung ein erstes Lagerelement und ein zweites Lagerelement. Dadurch lässt sich eine Winkelstellung zwischen den Achsen auf einfache Weise ausgleichen.
Günstigerweise ist dann das erste Lagerelement mit einer Schwenkachse in einer zweiten Richtung quer zu der ersten Richtung schwenkbar an dem Werkzeugkörper gelagert und das zweite Lagerelement ist mit einer Schwenkachse in einer dritten Richtung quer zur ersten Richtung und quer zur zweiten Richtung an dem ersten Lagerelement gelagert. Dies erlaubt eine Schwenkbarkeit der ersten Keileinrichtung relativ zu dem Werkzeugkörper (innerhalb vorgegebener Grenzen), um Achsversätze beziehungsweise Achsenwinkel auszugleichen.
Es ist dann günstig, wenn die erste Keileinrichtung an dem zweiten Lagerelement linear verschieblich angeordnet ist. Das zweite Lagerelement kann eine Führungseinrichtung für die erste Keileinrichtung für die Linearverschiebung bilden, wobei die erste Keileinrichtung dann um die beiden Achsen schwenkbar gelagert ist.
Insbesondere ist an dem ersten Lagerelement ein Schwenklager für das zweite Lagerelement angeordnet, um eine kardanische Lagerung beziehungsweise ein Gelenk auszubilden.
Es ist günstig, wenn das zweite Lagerelement ein Schiebelager und insbesondere Gleitschiebelager für die erste Keileinrichtung bildet. Dadurch lässt sich eine definierte Führung erreichen und dadurch wiederum lässt sich eine hohe Bearbeitungsqualität erreichen.
Insbesondere ist die Betätigungseinrichtung durch das erste Lagerelement und das zweite Lagerelement geführt. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Betätigung zur Querverschiebung der zweiten Keileinrichtung erreichen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Lagerpunkt der kardanischen Lagerung oder der Gelenklagerung des Werkzeugunterteils mittig zu Werkstückeinwirkelementen angeordnet ist und beispielsweise mittig zu Honleisten angeordnet ist. Dadurch lassen sich die auftretenden Zwangskräfte beim Achsversatz minimieren.
Grundsätzlich ist es möglich, dass eine bewegliche Lagerung und insbesondere Verschiebungslagerung der ersten Keileinrichtung relativ zu der Betätigungseinrichtung quer zu der ersten Richtung vorgesehen ist. Es ist dabei grundsätzlich auch möglich, dass die kardanische Lagerung als Ganzes quer zu der ersten Richtung beweglich ist, um eine solche Beweglichkeit zu ermöglichen.
Bei einer Ausführungsform ist eine Werkzeugaufbereitungs-Keileinrichtung vorgesehen, welche die erste Keileinrichtung ersetzt und, wenn sie an der Betätigungseinrichtung angeordnet ist, relativ zu dieser unbeweglich ist. Dadurch lässt sich eine Werkzeugaufbereitung durchführen. Die Werkzeugaufbereitungs-Keileinrichtung wird nur eingesetzt, wenn beispielsweise das Werkzeug auf einen vorgegebenen Durchmesser geschliffen werden soll. Die Werkzeugaufbereitungs-Keileinrichtung hebt eine schwimmende Lagerung auf und ermöglicht dadurch die Werkzeugaufbereitung.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn eine Verriegelungseinrichtung zur Sperrung der relativen Beweglichkeit des Werkzeugunterteils zu dem Werkzeugkörper vorgesehen ist. Dadurch ist eine Werkzeugaufbereitung auf einfache Weise möglich.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Innenkühleinrichtung des Werkzeugs vorgesehen. Dadurch lässt sich auf einfache Weise insbesondere Kühlschmierstoff gezielt zu Bearbeitungsstellen des Werkstücks zuführen.
Es ist dann günstig, wenn die Betätigungseinrichtung mindestens einen Innenkanal aufweist. Es lässt sich dadurch mindestens teilweise Kühlschmierstoff durch die Betätigungseinrichtung und insbesondere eine Stange der Betätigungseinrichtung durchführen und dann über definierte Austrittsstellen an dem Werkzeug einer Bearbeitungsstelle eines Werkstücks zuführen.
Erfindungsgemäß wird ferner eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art bereitgestellt, bei welcher an der mindestens einen Werkzeugspindel ein erfindungsgemäßes Werkzeug angeordnet ist.
Beispielsweise lässt sich dadurch eine horizontale Honbearbeitung (bezogen auf die Schwerkraftrichtung) eines Werkstücks durchführen; eine Werkzeugspindel und ein Werkzeug können horizontal ausgerichtet sein, wobei sich auch bei einem Achsversatz beziehungsweise bei einer Winkelstellung ein Ausgleich erreichen lässt.
Vorzugsweise ist dabei die mindestens eine Werkzeugspindel und der mindestens eine Werkstückträger mindestens in drei linear unabhängigen Richtungen relativ zueinander verschieblich. Dadurch ergeben sich umfangreiche Bearbeitungsmöglichkeiten und es lässt sich eine hohe Bearbeitungsqualität erreichen.
Insbesondere umfasst die mindestens eine Werkzeugspindel eine Beaufschlagungseinrichtung, welche an die Betätigungseinrichtung der Werkzeugvorrichtung koppelbar ist und über welche deren lineare Bewegung betätigbar ist. Die Werkzeugspindel sorgt dann zum einen für eine Rotation des Werkzeugs, welches an der Werkzeugspindel fixiert ist. Über die Beaufschlagungseinrichtung lässt sich die lineare Bewegung der ersten Keileinrichtung und dadurch beispielsweise die Anpresskraft von Werkstückeinwirkelementen an ein Werkstück bereitstellen.
Insbesondere ist die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine als Bearbeitungszentrum ausgebildet, so dass sich umfangreiche Werkstückbearbeitungsmöglichkeiten mit hoher Bearbeitungsqualität ergeben.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 Eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeugmaschine in Form eines Bearbeitungszentrums;
2 eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine gemäß 1 ohne Verkleidung;
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeugspindel;
4 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung mit einem Honwerkzeug;
5 eine Teildarstellung der Werkzeugvorrichtung gemäß 4, welche in eine Bohrung eines Werkstücks eingetaucht ist;
6 eine Schnittansicht längs der Linie 6-6 gemäß 5;
7 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung; und
8 eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung.
Ein Ausführungsbeispiel einer Werkzeugmaschine, an welcher eine erfindungsgemäße Werkzeugspindel-Werkzeug-Kombination einsetzbar ist, ist ein Bearbeitungszentrum. Eine Ausführungsform eines Bearbeitungszentrums, welches in den 1 und 2 in Teildarstellung schematisch gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst ein Maschinenbett 12, an welchem ein Maschinengestell 14 angeordnet ist. Das Maschinengestell 14 ist portalartig ausgebildet und erstreckt sich in einer bezogen auf die Schwerkraftrichtung g vertikalen Richtung und ist an dem Maschinenbett 12 fixiert. An dem Maschinengestell 14 ist eine Werkzeugträgereinrichtung 16 gehalten, welche mindestens eine Werkzeugspindel 18 umfasst.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Werkzeugträgereinrichtung 16 eine erste Werkzeugspindel 18a und eine zweite Werkzeugspindel 18b. Ein an den jeweiligen Werkzeugspindeln 18a, 18b gehaltenes Werkzeug ist um eine Rotationsachse 20a, 20b rotierbar. Bei der Darstellung gemäß 1 liegen die Rotationsachsen 20a, 20b parallel zueinander. Sie sind parallel zu einer Z-Richtung orientiert, welche bei der Darstellung gemäß 1 senkrecht zur Zeichenebene liegt. Die Z-Richtung ist bezogen auf die Schwerkraftrichtung g insbesondere eine horizontale Richtung.
Die Werkzeugträgereinrichtung 16 ist als Schlitten 22 ausgebildet, welcher an einer Schlittenführung 24 gehalten ist und über die Schlittenführung 24 in einer Y-Richtung (Richtung und Gegenrichtung) linear beweglich ist. Die Y-Richtung liegt quer und insbesondere senkrecht zur Z-Richtung. Bezogen auf die Schwerkraftrichtung g ist die Y-Richtung insbesondere eine vertikale Richtung.
Zum Antrieb der Bewegung des Schlittens 22 in der Y-Richtung und zu dessen Positionierung ist dem Schlitten 22 eine Antriebseinrichtung 26 zugeordnet. Diese kann beispielsweise einen Kugelgewindetrieb oder einen Linearmotor umfassen.
Der Schlitten 22 ist selber an einem Schlitten 28 gehalten, welcher in einer X-Richtung (Richtung und Gegenrichtung) an einer Schlittenführung 30 linear verschieblich ist. Zur Verschiebung und Positionierung ist ein entsprechender Antrieb vorgesehen. Die X-Richtung ist quer und insbesondere senkrecht zu der Y-Richtung und der Z-Richtung. Die X-Richtung ist bezogen auf die Schwerkraftrichtung g insbesondere eine horizontale Richtung.
An dem Maschinenbett 12 ist (mindestens) ein Werkstückträger 32 angeordnet. Die erste Werkzeugspindel 18a und die zweite Werkzeugspindel 18b und damit daran gehaltene Werkzeuge und der Werkstückträger 32 sind in der Z-Richtung (Richtung und Gegenrichtung) relativ zueinander beweglich. Ein an dem Werkstückträger 32 gehaltenes Werkstück und die Werkzeugspindel 18a bzw. 18b sind dadurch relativ zueinander in der X-Richtung als erste Richtung, der Y-Richtung als zweite Richtung und der Z-Richtung als dritte Richtung verschieblich.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Werkzeugspindeln 18a, 18b in der Z-Richtung zur Bearbeitung eines Werkstücks nicht beweglich und der Werkstückträger 32 ist in der Z-Richtung verschieblich an dem Maschinenbett gehalten. Dem Werkstückträger 32 ist dazu ein Antrieb zugeordnet.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die erste Werkzeugspindel 18a und die zweite Werkzeugspindel 18b verschieblich an der Werkzeugträgereinrichtung 16 gehalten, um eine Z-Verschieblichkeit zu ermöglichen.
Es ist auch möglich, eine Z-Verschieblichkeit der Werkzeugspindeln 18a, 18b an der Werkzeugträgereinrichtung 16 und eine Z-Verschieblichkeit des Werkstückträgers 32 an dem Maschinenbett zu kombinieren.
Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass der Werkstückträger 32 um eine beispielsweise vertikale Achse drehbar ist.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Bearbeitungszentrum 10 eine Lagereinrichtung 34 für Werkzeuge 36 auf, welche oberhalb eines Arbeitsraums 38, in welchem Werkstücke bearbeitet werden, angeordnet ist.
Ferner ist eine Werkzeugwechseleinrichtung 40 vorgesehen, über welche Werkzeuge 36 an die Werkzeugspindeln 18a und 18b einsetzbar sind und von dieser entnehmbar sind.
Ein entsprechendes Bearbeitungszentrum ist beispielsweise in der WO 2009/033920 A1 beschrieben. Auf diese Druckschrift wird Bezug genommen und diese Druckschrift wird zum Teil der Offenbarung gemacht.
Das Bearbeitungszentrum 10 kann auch nur eine einzige Werkzeugspindel umfassen oder mehr als zwei Werkzeugspindeln umfassen.
Das Bearbeitungszentrum 10 weist eine Steuerungseinrichtung 41 auf, welche mindestens teilweise in einem Schaltkasten 42 angeordnet ist. Über die Steuerungseinrichtung 41 lassen sich Abläufe der Werkstückbearbeitung steuern.
Das Bearbeitungszentrum 10 hat eine Vorderseite 44 und eine Rückseite 46. Der Arbeitsraum 38 weist zu der Vorderseite 44 zu.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind an der Vorderseite 44 eine oder mehrere Zusatzeinrichtungen 48 angeordnet. Über eine Zusatzeinrichtung 48 kann auf ein Werkstück zusätzlich zu Werkzeugen an Werkzeugspindeln 18 eingewirkt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist als Zusatzeinrichtung 48 eine Reinigungseinrichtung 50 vorgesehen. Ein Werkstück ist über den Werkstückträger 32 zu der Reinigungseinrichtung 50 verfahrbar. Dort kann das Werkstück beispielsweise nach einem ersten Bearbeitungsvorgang vor einem zweiten Bearbeitungsvorgang gereinigt werden. Dadurch lässt sich die Bearbeitungsqualität verbessern. Die Reinigung erfolgt beispielsweise durch Anblasen oder durch direkte Einwirkung einer Reinigungseinrichtung.
Die Zusatzeinrichtung 48 kann beispielsweise auch durch eine Fluidstrahleinrichtung gebildet sein oder eine solche umfassen. Durch die Fluidstrahleinrichtung lässt sich ein Werkstück mit dem Fluidstrahl beaufschlagen. Der Fluidstrahl kann ein Gasstrahl und/oder Flüssigkeitsstrahl sein. Bei entsprechender Ausbildung lässt sich dadurch beispielsweise ein Fluidstrahl-Honvorgang durchführen.
Es kann beispielsweise alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die Zusatzeinrichtung 48 durch eine Lasereinrichtung gebildet ist oder eine solche umfasst. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine Laserstrukturierbearbeitung eines Werkstücks durchzuführen.
Die Zusatzeinrichtung 48 oder mehrere solcher sind an einem Rand des Arbeitsraums 38 z. B. an der Vorderseite 44 angeordnet, so dass eine Zusatzeinrichtung 48 die relative Beweglichkeit zwischen dem Werkstückträger 32 und den Werkzeugspindeln 18a, 18b nicht behindert.
Ein Ausführungsbeispiel einer Werkzeugspindel, welches in 3 schematisch gezeigt und dort mit 52 bezeichnet ist, umfasst eine Schnittstelle 54 an ein Werkzeug. Die Schnittstelle 54 ist beispielsweise als Hohlkegelschaft (HSK)-Schnittstelle ausgebildet. An der Schnittstelle 54 ist ein Werkzeug (in 1 mit dem Bezugszeichen 56 angedeutet) in die Werkzeugspindel 52 einsetzbar und mit dieser lösbar fixierbar. Die Fixierung ist dabei drehfest, so dass bei der Rotation eines entsprechenden rotierbaren Teils der Werkzeugspindel 52 um beispielsweise die Rotationsachse 18a das Werkzeug 56 mitrotiert wird.
Die Werkzeugspindel 52 umfasst ein Gehäuse 58. In dem Gehäuse 58 ist eine Beaufschlagungseinrichtung 60 linear verschieblich gelagert. Die Beaufschlagungseinrichtung 60 umfasst insbesondere eine linear verschiebliche Stange 62. Ein Werkzeug 56 weist, wie untenstehend noch näher erläutert wird, eine Stange 88 auf. Bei Fixierung des Werkzeugs 56 an der Werkzeugspindel 52 an der Schnittstelle 54 werden auch die Stangen 62 und 88 miteinander gekoppelt. Über gesteuerte Bewegung der Stange 62 der Werkzeugspindel 52 lässt sich dann auch die Stange 88 des Werkzeugs 56 bewegen.
Die Werkzeugspindel 52 umfasst eine Antriebseinrichtung 66, welche in dem Gehäuse 58 der Werkzeugspindel 52 angeordnet ist. Die Antriebseinrichtung 66 ist in die Werkzeugspindel 52 integriert. Die Antriebseinrichtung 66 umfasst beispielsweise einen Elektromotor 68. Grundsätzlich kann auch ein Fluidantrieb und insbesondere pneumatischer oder hydraulischer Antrieb vorgesehen sein.
Die Antriebseinrichtung 66 ist beispielsweise über einen Kugelgewindetrieb, welcher in 3 mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet ist, an die Stange 62 gekoppelt. Über den Kugelgewindetrieb 70 lässt sich eine Rotationsbewegung des Elektromotors 68 in eine Linearbewegung der Stange 62 umsetzen.
Durch entsprechende Ansteuerung der Antriebseinrichtung 66 lässt sich ein definierter Vorschub/Rückhub der Stange 62 der Werkzeugspindel 52 und damit auch der Stange 88 des Werkzeugs 56 erreichen. Insbesondere lässt sich die Position der Stange 62 und damit auch der Stange 88 definiert und insbesondere zeitlich definiert vorgeben.
Die Steuerung der Bewegung der Stange 62 über entsprechende Ansteuerung der Antriebseinrichtung 66 erfolgt durch einen entsprechenden Teil der Steuerungseinrichtung 41. Über den Elektromotor 68 erfolgt eine elektromechanische, angetriebene Bewegung der Stange 62 und damit der Stange 88.
Die Werkzeugspindel 52 umfasst eine als Ganzes mit 72 bezeichnete Antriebseinrichtung, über welche sich die Schnittstelle 54 an das Werkzeug 56 um beispielsweise die Rotationsachse 20a rotieren lässt bzw. drehen lässt.
Die Werkzeugspindel 52 weist eine Druckluft-Schnittstelle 74 für das Werkzeug 56 auf. Die Werkzeugspindel 52 umfasst eine Luftzuführungseinrichtung 76. Diese Luftzuführungseinrichtung 76 steht in fluidwirksamer Verbindung mit der Druckluft-Schnittstelle 74. Das entsprechende Werkzeug 56 weist eine Gegenschnittstelle zu der Druckluft-Schnittstelle 74 auf. Es lässt sich dann Druckluft von der Werkzeugspindel 52 in das Werkzeug 56 einkoppeln. Diese Druckluft kann als Blasluft verwendet werden oder als Messluft bei einer Staudruckmessung.
Die Werkzeugspindel 52 weist weiterhin eine Schnittstelle 75 für Kühlschmierstoff auf, mit welchem das Werkzeug 56 versorgbar ist. Beispielsweise ist in der Stange 62 ein Kanal 77 für Kühlschmierstoff gebildet, welcher in fluidwirksamer Verbindung mit der Schnittstelle 75 und einer Versorgungseinrichtung 79 für Kühlschmierstoff der Werkzeugmaschine steht.
Bei einer Ausführungsform erfolgt die Bearbeitung mindestens teilweise mit wassermischbarem Kühlschmierstoff (Emulsion) oder mit Öl wie Honöl.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung, welches in Figur schematisch gezeigt und dort mit 80 bezeichnet ist, umfasst ein Werkzeug 82, welches als Honwerkzeug ausgebildet ist. Das Werkzeug 82 hat einen Werkzeugkörper 84, über welchen es an einer Werkzeugspindel 52 fixiert wird.
Bei Rotation der Werkzeugspindel 52 beispielsweise um die Rotationsachse 20a wird das ganze Werkzeug 82 um diese Rotationsachse 20a rotiert.
Das Werkzeug 82 umfasst eine als Ganzes mit 86 bezeichnete Betätigungseinrichtung, welche eine Stange 88 umfasst. Diese Stange 88 ist in dem Werkzeugkörper 84 in einer ersten Richtung 90 (Richtung und Gegenrichtung) linear verschieblich gelagert. Die erste Richtung 90 ist dabei parallel zur Rotationsachse 20a. Insbesondere ist die erste Richtung 90 eine horizontale Richtung bezogen auf die Schwerkraftrichtung g und damit parallel zur Z-Richtung.
Die Stange 88 der Betätigungseinrichtung 86 des Werkzeugs 82 weist einen ersten Bereich 92 auf, an welchem eine Kopplungseinrichtung 94 für die Stange 62 der Beaufschlagungseinrichtung 60 der Werkzeugspindel 52 angeordnet ist.
In dem Werkzeugkörper 84 ist eine Ausnehmung 96 angeordnet, in welchem die Stange 88 mit dem ersten Bereich 92 positioniert ist. Die Stange 88 weist dabei einen Unterbereich 98 auf, in welchem sie einen kleineren Durchmesser aufweist als außerhalb des Unterbereichs 98. Eine Stirnseite 100 der Ausnehmung 96 bildet eine Schulter, welche beispielsweise ringförmig ist.
An der Stange 88 ist eine Schulter 102 an dem Übergangsbereich des Unterbereichs 98 gebildet. Zwischen der Schulter 100 und der Schulter 102 ist eine Federeinrichtung 104 angeordnet, welche sich an den Schultern 100 und 102 abstützt. Die Federeinrichtung 104 ist bestrebt, die Stange 88 in Richtung der Werkzeugspindel 52 zu drücken, wenn keine Gegenkraft durch die Beaufschlagungseinrichtung 60 der Werkzeugspindel 52 wirkt. Die Federeinrichtung 104 ist eine Rückstelleinrichtung für die Stange 88.
Bei dieser Ausbildung genügt es, wenn die Kopplungseinrichtung 94 der Stange 88 an die Beaufschlagungseinrichtung 60 eine Druckkupplung ist; eine Druckbetätigung der Beaufschlagungseinrichtung 60 bewirkt eine Vorschubbewegung der Stange 88. Eine Rückhubbewegung der Stange 88 wird über die Federeinrichtung 104 bewirkt.
Es ist beispielsweise auch möglich, dass die Kupplungseinrichtung 94 als Zug-Druck-Kupplungseinrichtung ausgebildet ist.
Die Stange 88 umfasst einen zweiten Bereich 106. Dieser zweite Bereich 106 ist dem ersten Bereich 92 nachfolgend angeordnet. An dem zweiten Bereich 106 sind beabstandet zueinander ein erstes Halteelement 108 und ein zweites Element 110 fixiert. Die Halteelemente 108 und 110 sind beispielsweise ringförmig. Zwischen dem ersten Halteelement 108 und dem zweiten Halteelement 110 ist eine erste Keileinrichtung 112 positioniert. Die erste Keileinrichtung 112 umfasst ein erstes Keilelement 114a und ein zweites Keilelement 114b. Das erste Keilelement 114a und das zweite Keilelement 114b sind insbesondere Konusstümpfe oder Konen jeweils mit einer konischen Außenfläche 116. Die erste Keileinrichtung 112 weist dabei eine erste Achse 118 (welche insbesondere eine Konusachse ist) auf, welche parallel zu der Rotationsachse 20a ausgerichtet ist.
Das Werkzeug 82 als Ganzes weist eine zweite Achse 120 auf, welche koaxial zu der Rotationsachse 20a ist. Wie unten stehend näher erläutert wird, muss bei der erfindungsgemäßen Lösung die erste Achse 118 nicht mit der zweiten Achse 120 zusammenfallen.
Die erste Keileinrichtung 112 weist um ihre erste Achse 118 eine zentrale Ausnehmung 122 auf. Durch diese Ausnehmung ist die Stange 88 mit dem ersten Bereich 92 durchgetaucht. Die Ausnehmung 122 weist dabei einen größeren Durchmesser auf als die Stange 88 in dem zweiten Bereich 106. Dadurch ist die erste Keileinrichtung 112 an der Stange 88 der Betätigungseinrichtung 86 mit Spiel in einer Querrichtung 124 zu der ersten Richtung 90 gelagert. Insbesondere ist die Stange 88 an dem Werkzeug 82 mit Spiel in allen senkrechten Querrichtungen zu der ersten Richtung 90 beweglich gelagert.
Die erste Keileinrichtung 112 weist eine erste Anlagefläche 126, welche insbesondere ringförmig ist, an das erste Halteelement 108 auf. Ferner weist sie eine zweite Anlagefläche 128 an das zweite Halteelement 110 auf.
Die erste Anlagefläche 126 und die zweite Anlagefläche 128 und entsprechende Gegenflächen an den Halteelementen 108 und 110 sind insbesondere senkrecht zu der ersten Richtung 90 orientiert. Dadurch ist eine Querverschieblichkeit der ersten Keileinrichtung 112 nur senkrecht zu der ersten Richtung 90 erlaubt.
Die erste Anlagefläche 126, die zweite Anlagefläche 128 und entsprechende Gegenflächen an der ersten Keileinrichtung 112 weisen eine reibungsmindernde Struktur auf. Vorzugsweise ist auch für eine erhöhte Verschleißfestigkeit gesorgt. Die reibungsmindernde Struktur ist beispielsweise durch Planbearbeitung und/oder durch Beschichtung hergestellt.
Der Werkzeugkörper 84 weist eine Ausnehmung 130 auf, in welche das erste Halteelement 108 eingetaucht ist. Diese Ausnehmung 130 weist einen Innendurchmesser auf, welcher einem Außendurchmesser des ersten Halteelements 108 entspricht. Die Ausnehmung 130 bildet eine Linearführungseinrichtung für die Stange 88.
An dem Werkzeugkörper 84 ist eine Führungsausnehmung 132 angeordnet, an welcher das zweite Halteelement 110 verschieblich geführt ist. Die Ausnehmung 130 und die Leiste oder Leisten 132 bilden ein Gleitschiebelager für die Stange 88 mit ihrem ersten Halteelement 108 und dem zweiten Halteelement 110.
Die Position der ersten Keileinrichtung 112 bezogen auf die erste Richtung 90 ist über die Position der Stange 88 einstellbar.
An der ersten Keileinrichtung 112 stützt sich eine zweite Keileinrichtung 134 ab. Diese zweite Keileinrichtung 134 ist gegenläufig zu der ersten Keileinrichtung 112. Sie weist ein zu dem ersten Keilelement 114a korrespondierendes erstes Keilelement 136a auf und ein zu dem zweiten Keilelement 114b korrespondierendes zweites Keilelement 136b auf. Das erste Keilelement 136a ist gegenläufig zu dem ersten Keilelement 114a. Das zweite Keilelement 136b ist gegenläufig zu dem zweiten Keilelement 114b. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Keilelemente 136a, 136b entsprechend den Keilelementen 114a, 114b konische Elemente mit einer (hohl-)konischen Außenfläche.
Die Keilelemente 136a, 136b sind durch entsprechende Ausnehmungen 138 der Führungsleiste oder Führungsleisten 132 durchgetaucht. Dadurch kann die zweite Keileinrichtung 134 alle Bewegungen nur in der Richtung 124 durchführen. Durch das Zusammenwirken der ersten Keileinrichtung 112 und der zweiten Keileinrichtung 134 wird eine Linearbewegung in der ersten Richtung 90 in eine Querbewegung in der Querrichtung 124 insbesondere senkrecht zu der ersten Richtung 90 umgesetzt.
An der zweiten Keileinrichtung 134 sind Werkstückeinwirkelemente 140 angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel eines Honwerkzeugs sind an der zweiten Keileinrichtung 134 insbesondere eine Mehrzahl von Trägerleisten 142 angeordnet. Beispielsweise sind drei oder mehr Trägerleisten vorgesehen, welche in Umfangsrichtung beispielsweise gleichmäßig verteilt positioniert sind. Je nach Anwendungsfall kann auch eine unsymmetrische Verteilung vorteilhaft sein. Als Werkstückeinwirkelemente 140 sind an Trägerleisten 142 angeordnete Honelemente vorgesehen, welche vielschneidig ausgebildet sind. Beispielsweise ist gebundenes Korn vorgesehen. Bei der Honbearbeitung liegt eine ständige Flächenberührung zwischen dem entsprechenden Werkzeug 82 und dem Werkstück vor. Bei der Honbearbeitung findet zwischen dem rotierenden Honwerkzeug 82 und dem Werkstück ein oszillierender Richtungswechsel der Längsbewegung statt. Diese Längsbewegung wird dabei durch eine relative Bewegung zwischen dem Werkstückträger 32 und der Werkzeugspindel 52 erreicht. Die beim Honvorgang erzielten Werkstückoberflächen weisen parallele, sich kreuzende Riefen auf.
Auf die zweite Keileinrichtung 134 wirkt eine Federeinrichtung 144 beispielsweise in Form einer Spiralfeder. Diese Federeinrichtung 144 ist bestrebt, die zweite Keileinrichtung 134 gegen die erste Keileinrichtung 112 zu drücken, so dass die erste Keileinrichtung 112 und die zweite Keileinrichtung 134 stets in Kontakt stehen.
Wenn beispielsweise die Stange 88 eine Rückhubbewegung in Richtung der Werkzeugspindel 52 durchführt, dann wird auch die erste Keileinrichtung 112 zurückgeschoben. Die Federeinrichtung 144 sorgt dafür, dass die zweite Keileinrichtung 134 zu der ersten Keileinrichtung 112 hingedrückt wird und der Kontakt zwischen den Keilelementen 114a und 136b sowie 114b und 136b erhalten bleibt.
Das Werkzeug 82 weist eine Innenkühleinrichtung 146 auf. Dazu ist in dem ersten Bereich 92 der Stange 88 ein Innenkanal 148 angeordnet. Dieser ist fluidwirksam mit der Kühlschmierstoff-Schnittstelle 75 der Werkzeugspindel 52 verbindbar.
Mit dem Innenkanal 148 fluidwirksam verbunden ist eine Austrittseinrichtung 150. In dem Werkzeugkörper 84 ist ein Verteilungsraum 152, welcher beispielsweise die Form eines Ringraums hat, um die Stange 88 im Bereich der Austrittseinrichtung 150 angeordnet. Von diesem Verteilungsraum 152 führen ein oder mehrere Kanäle 154 beispielsweise durch die Führungsausnehmung 132. Zwischen einer Außenseite 156 des Werkzeugs 82 (außerhalb der Werkstückeinwirkelemente 140) und dem oder den Kanälen 154 ist eine Mehrzahl von Austrittskanälen 158 angeordnet. Diese sind dadurch fluidwirksam mit der Kühlschmierstoff-Schnittstelle 75 verbunden und über diese kann über die Werkzeugspindel 52 bereitgestellter Kühlschmierstoff austreten.
Das erfindungsgemäße Werkzeug 82 funktioniert wie folgt:
Die erste Keileinrichtung 112 ist in der Querrichtung 124 innerhalb von Grenzen frei verschieblich an der Stange 88 gelagert, und zwar derart, bis die erste Keileinrichtung 112 mit dem ersten Keilelement 114a an eine die Ausnehmung 130 begrenzende Wandung anschlägt. Dazu ist die erste Keileinrichtung 112 an der Stange 88 mit Spiel gelagert. Beziehungsweise ist im Bereich zwischen einer Wandung der Ausnehmung 96 und der Stange 88 ist eine elastische Polsterung angeordnet.
Die erste Keileinrichtung 112 ist mit radialem Spiel auf die Stange 88 aufgesetzt, das heißt mit Spiel senkrecht zur Längserstreckungsrichtung (axiale Richtung) der Stange 88. Dadurch ist es möglich, Achsabweichungen zwischen einer Bohrungsachse eines Werkstücks 160 (5) und der Rotationsachse 20a beziehungsweise der zweiten Achse 120, welche auch eine Achse der Werkzeugspindel 52 ist, auszugleichen.
Die erste Keileinrichtung 112 wird während einer Werkstückbearbeitung durch die Anpresskraft der Trägerleisten 142 an eine Innenseite 162 einer zu bearbeitenden Bohrung 164 des Werkstücks 160 zentriert.
Wenn eine Achse der Bohrung und die zweite Achse 120 versetzt zueinander sind, dann führt die erste Keileinrichtung 112 bei jeder Umdrehung eine kleine Relativbewegung innerhalb des Werkzeugs 82 durch. Dieser Versatz ist in 5 angedeutet. 5 stellt eine Momentaufnahme dar. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann ein Versatz zwischen einer Bohrungsachse und der zweiten Achse 120 (das heißt eine Achse der Werkzeugspindel 52 beziehungsweise der Rotationsachse 20a) ausgeglichen werden, wobei die Belastung durch Zwangskräfte auch bei einem Abstand in der Querrichtung 124 zwischen der ersten Achse 118 und der zweiten Achse 120 minimiert ist.
Dadurch werden aufgrund eines Achsversatzes mögliche Einschränkungen in der Qualität (wie beispielsweise Zylinderform oder Oberfläche) minimiert. Solche Achsversätze können beispielsweise bei der Bearbeitung von Zylinderlinern auftreten, wenn für die Außenbearbeitung eine Aufspannung des Werkstücks nach einem Honvorgang geändert wird. Beispielsweise können solche Achsversätze auch auftreten, wenn nach einer Vorbearbeitung des Werkstücks eine Beschichtung beispielsweise über einen thermischen Spritzvorgang erfolgt und anschließend eine Honbearbeitung durchgeführt wird. Beispielsweise können solche Achsversätze auch auftreten, wenn Bauteile mit Härteverzügen bearbeitet werden. Nach der Vorbearbeitung beispielsweise durch Bohren und/oder Drehen und/oder Spindeln erfolgt eine Härtung in einer anderen Aufspannung des Werkstücks. Anschließend erfolgt die Fertigbearbeitung durch Honen.
Beispielsweise kann es auch vorgesehen sein, dass ein Feinbohrvorgang an einem Werkstück an einer anderen Werkzeugmaschine und dadurch an einer anderen Aufspannung des Werkstücks durchgeführt wird.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ein radialer Freiheitsgrad für die erste Keileinrichtung 112 (und dadurch auch für die Trägerleisten 142) bereitgestellt. Die Honleisten 142 sind bezogen auf die radiale Richtung (Querrichtung 124) nicht starr bezüglich der Werkzeugspindel 52 gekoppelt sondern in der Querrichtung 124 beweglich.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist auch eine bezogen auf die Schwerkraftrichtung g horizontale Bearbeitung eines Werkstücks (horizontale Ausrichtung der zweiten Achse 120) möglich. Insbesondere muss kein doppelgelenkiges Verbindungsstück vorgesehen werden. Auch der automatische Werkzeugwechsel ist erleichtert.
Durch die Innenkühleinrichtung 146 lässt sich über die Austrittskanäle 158 Kühlschmierstoff gezielt an Bearbeitungsstellen zuführen. Dadurch lässt sich das Bearbeitungsergebnis qualitativ verbessern.
Es kann vorgesehen sein, dass verschleißbehaftete Teile des Werkzeugs 82 mit reibungsminimierenden Schichten und verschleißminimierenden Schichten versehen sind. Beispielsweise sind entsprechend die Anlageflächen 126, 128 und entsprechend die Anlageflächen der Halteelemente 108, 110 mit solchen Schichten versehen. Auch Außenflächen der Halteelemente 108, 110, über welche eine lineare Gleitführung erfolgt und entsprechende Gegenflächen können mit einer solchen Beschichtung versehen sein.
Die Werkzeugvorrichtung 80 umfasst vorzugsweise eine Werkzeugaufbereitungs-Keileinrichtung, welche für die Werkzeugaufbereitung die erste Keileinrichtung 112 ersetzt. Diese Werkzeugaufbereitungs-Keileinrichtung ist grundsätzlich bezüglich der Außenmaße gleich ausgebildet wie die erste Keileinrichtung 112, so dass sich die zweite Keileinrichtung 134 auf die gleiche Weise abstützen kann. Jedoch ist die entsprechende Ausnehmung der Werkzeugaufbereitungs-Keileinrichtung so ausgestaltet, dass diese ohne Spiel auf der Stange 88 koaxial zu der Stange 88 sitzt.
Dadurch kann das entsprechende Werkzeug 82 zur Werkzeugaufbereitung zwischen Spitzen geschliffen werden. Es ist dann ein Schleifvorgang auf den zu bearbeitenden Durchmesser auf einfache Weise möglich.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung, welches in 7 schematisch gezeigt und dort mit 166 gezeigt ist, umfasst ein Werkzeug 168 mit einem Werkzeugkörper 170. In dem Werkzeugkörper 170 ist eine Stange 172 (entsprechend der Stange 88) linear verschieblich geführt. Die Stange 172 ist dabei grundsätzlich gleich ausgebildet wie die Stange 88 und auf die gleiche Weise gelagert.
An dem Werkzeugkörper 170 ist ein Werkzeugunterteil 174 kardanisch gelagert. Eine entsprechende kardanische Lagerung 176 umfasst ein erstes Lagerelement 178 und ein zweites Lagerelement 180.
Der Werkzeugkörper 170 umfasst Hohlzylinder 182a, 182b, welche beabstandet zueinander sind. Das erste Lagerelement 178 ist zwischen den gegenüberliegenden Hohlzylindern 182a, 182b um eine Schwenkachse 184 schwenkbar gelagert, welche in einer zweiten Richtung 186 quer und insbesondere senkrecht zu der ersten Richtung 90 orientiert ist.
Das erste Lagerelement 178 ist mit einem Boden 188 und gegenüberliegenden beabstandeten Hohlzylindern 190a, 190b versehen. Jeweils an den Hohlzylindern 182a, 182b sitzt drehfest eine Welle 192 beziehungsweise ein Stift, wobei die entsprechende Welle 192 durch eine Ausnehmung 194 jeweils an dem Hohlzylinder 190a und 190b (letzteres ist in 7 nicht sichtbar) durchgetaucht ist. Dadurch ist jeweils ein Schwenklager 196 für die Schwenkbarkeit des ersten Lagerelements 178 um die Schwenkachse 184 gebildet.
Das zweite Lagerelement 180 ist an dem ersten Lagerelement 178 um eine Schwenkachse 198 gelagert, welche in einer dritten Richtung 200 orientiert ist. Diese dritte Richtung 200 ist dabei quer und insbesondere senkrecht zu der zweiten Richtung 186 und quer und insbesondere senkrecht zu der ersten Richtung 90. In 7 liegt die dritte Richtung 200 senkrecht zur Zeichenebene.
Die Schwenkachse 198 kreuzt dabei die Schwenkachse 184. Ein entsprechender Kreuzungspunkt liegt auf einer Achse des Werkzeugs 168, welche der zweiten Achse 120 entspricht. Es wird deshalb das gleiche Bezugszeichen verwendet.
Durch die schwenkbare Lagerung des zweiten Lagerelements 180 an dem ersten Lagerelement 178 und die schwenkbare Lagerung des ersten Lagerelements 178 an dem Werkzeugkörper 170 ist das Werkzeugunterteil 174 als Ganzes kardanisch an dem Werkzeugkörper 170 gelagert.
Das erste Lagerelement 178 weist eine Ausnehmung 202 auf, und das zweite Lagerelement 180 weist eine Ausnehmung 204 auf, durch die jeweils die Stange 172 durchgetaucht ist. Die Ausnehmungen 202 und 204 sind dabei so ausgestaltet, dass innerhalb des gewünschten Schwenkbereichs für die kardanische Lagerung 176 die Stange 172 die Schwenkbarkeit nicht sperrt.
An dem zweiten Lagerelement 180 ist eine erste Keileinrichtung 206 entsprechend der ersten Keileinrichtung 112 angeordnet. An der ersten Keileinrichtung 206 stützt sich eine zweite Keileinrichtung 208 entsprechend der zweiten Keileinrichtung 134 ab.
Die Ausbildung dieser Keileinrichtungen 206 und 208 ist dabei grundsätzlich gleich wie oben beschrieben. An der zweiten Keileinrichtung 208 sitzen dabei Honleisten 210.
Die Honleisten 210 sind über die kardanische Lagerung 176 kardanisch gelagert.
Die erste Keileinrichtung 206 sitzt, wie oben im Zusammenhang mit dem Werkzeug 82 beschrieben, mit Spiel auf der Stange. Dies ermöglicht eine Verschieblichkeit in der Querrichtung 124.
Die erste Keileinrichtung 206 weist bei dem Werkzeug 168 mehrere Bewegungsfreiheitsgrade auf: Durch die Lagerung mit Spiel auf der Stange 176 ist die erste Keileinrichtung 206 als Ganzes in der Querrichtung 124 verschieblich. Dadurch kann der Abstand zwischen einer ersten Achse 118 der zweiten Keileinrichtung 208 und der zweiten Achse 120 verändert werden, um insbesondere ein Positionsversatz zwischen einer Bohrungsachse und der zweiten Achse 120 ausgleichen zu können.
Die erste Keileinrichtung 206 ist über die kardanische Lagerung 176 auch kardanisch gelagert. Dadurch kann ein Winkelversatz zwischen einer Bohrungsachse und der zweiten Achse 120 ausgeglichen werden.
Das Werkzeugunterteil 174 ist über die kardanische Lagerung 176 von dem Werkzeugkörper 170 getrennt. Die Lagerung der zweiten Keileinrichtung 208 auf der Stange 172 erlaubt die Verschiebung in der Querrichtung 124 und die kardanische Lagerung 176 erlaubt eine Veränderung des Winkels zwischen der zweiten Achse 120 und der ersten Achse 118.
Die maximale Auslenkung aufgrund der kardanischen Lagerung 176 ist durch die geometrischen Abmessungen am Werkzeugunterteil 174 relativ zum Werkzeugkörper 170 und den entsprechenden Ausnehmungen 202, 204 in Relation zu dem Durchmesser der Stange 172 vorgegeben. Diese Abmessungen werden so gewählt, dass bei maximal zulässiger Auslenkung keine Kollision insbesondere beim horizontalen Einfahren des Werkzeugs 168 in eine Bohrung erfolgt.
Ein Lagerpunkt 212 der kardanischen Lagerung 176, an welchem sich die Schwenkachsen 198 und 184 schneiden, ist vorzugsweise mittig zwischen Honelementen 210 angeordnet. Dadurch lässt sich die Belastung durch Zwangskräfte im ausgelenkten Zustand (wenn die erste Achse 118 und die zweite Achse 120 nicht koaxial sind) minimieren.
Es kann wiederum eine Werkzeugaufbereitungs-Keileinrichtung zum Ersatz der ersten Keileinrichtung 206 vorgesehen sein, um eine Werkzeugaufbereitung zu erleichtern.
Ferner kann eine Verriegelungseinrichtung 214 vorgesehen sein, welche die relative Auslenkung der Lagerelemente 178 und 180 zum Werkzeugkörper 170 sperrt, um eine Werkzeugaufbereitung zu erleichtern beziehungsweise erst zu ermöglichen.
Bei dem Werkzeug 168 ist die erste Keileinrichtung 206 (und dadurch auch Honleisten 210) verschieblich in der Querrichtung 124 an der Stange 172 gelagert. Dies ermöglicht den Ausgleich eines Abstandsversatzes zwischen der ersten Achse 118 und der zweiten Achse 120.
Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die erste Keileinrichtung 206 fest an der Stange 172 fixiert ist, das heißt es ist keine Beweglichkeit in der Querrichtung 124 aufgrund Spiel bezüglich der Stange 172 zugelassen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die kardanische Lagerung 176 als Ganzes in der Querrichtung 124 verschieblich gelagert. (Dies ist in 7 durch den Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 216 angedeutet.) In diesem Falle wird ein Abstandsversatz zwischen einer Achse der ersten Keileinrichtung 206 und der zweiten Achse 120 durch Verschiebung der kardanischen Lagerung 176 als Ganzes erreicht.
Es ist beispielsweise auch möglich, dass das Werkzeugunterteil 174 über ein Gelenk an dem Werkzeugkörper 170 gelagert ist, wobei dieses Gelenk beispielsweise ein Kugelgelenk ist (insbesondere in der Art einer Kugel-Pfannen-Konstruktion), um einen Winkelausgleich zwischen der zweiten Achse 120 und der ersten Achse 118 zu ermöglichen.
Ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung, welches in 8 schematisch gezeigt und dort mit 220 bezeichnet ist, umfasst ein Werkzeug 222 mit einem Werkzeugkörper 224 mit zweiter Achse 120. In dem Werkzeugkörper 224 ist eine Stange 226 (entsprechend der Stange 172 und 88) linear verschieblich geführt.
An dem Werkzeugkörper 224 ist ein Werkzeugunterteil 228 mit erster Achse 118 über ein Gelenk 230 und insbesondere ein Kugelgelenk schwenkbar gelagert.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Werkzeugunterteil 228 zur Ausbildung eines Schwenklagers eine kugelförmige Ausbuchtung 232. In dem Werkzeugkörper 224 ist als Gegenlager 234 eine hohlkugelförmige Einbuchtung 234 vorgesehen, in welche die Ausbuchtung 232 eingetaucht ist.
Das Gelenk 230 erlaubt eine Schwenkbarkeit 236 des Werkzeugunterteils 228 zur Winkeleinstellung zwischen den Achsen 118 und 120.
An dem Werkzeugunterteil 228 wiederum sind eine erste Keileinrichtung 238 und eine zweite Keileinrichtung 240 angeordnet, wobei die zweite Keileinrichtung 240 Werkstückeinwirkelemente 242 wie Honelemente trägt. Die erste Keileinrichtung 238 und die zweite Keileinrichtung 240 funktionieren grundsätzlich gleich wie oben beschrieben, wobei die erste Keileinrichtung 238 über die Stange 226 linear verschieblich ist.
Das Werkzeugunterteil 228 weist eine Ausnehmung 244 auf, durch welche die Stange 226 geführt ist. Die Ausnehmung 244 weist dabei einen Durchmesser auf, welcher größer ist als der Durchmesser der Stange 226. Dadurch ist innerhalb eines gewissen Bereichs die Schwenkbarkeit des Werkzeugunterteils 228 relativ zu dem Werkzeugkörper 224 erlaubt.
Die Werkstückeinwirkelemente 242 sind über das Gelenk 230 relativ zu dem Werkzeugkörper 224 in allen Richtungen innerhalb eines Schwenkbereichs schwenkbar gelagert. (Eine maximale Auslenkung am Gelenk 230 ist durch die geometrischen Abmessungen des Werkzeugunterteils 228 relativ zu dem Werkzeugkörper 224 und der Stange 226 vorgegeben. Diese Abmessungen werden so gewählt, dass bei maximal zulässiger Auslenkung eine Kollision insbesondere beim horizontalen Einfahren des Werkzeugs 222 in eine Bohrung erfolgt.)
Ein Durchstoßpunkt der Schwenkachsen des Gelenks 230 liegt vorzugsweise mittig zwischen Werkstückeinwirkelementen 242, um die Belastung durch Zwangskräfte im ausgelenkten Zustand zu minimieren.
Wie bei den Werkzeugvorrichtungen 80 und 166 ist die erste Keileinrichtung 238 in der Querrichtung 124 an der Stange 226 verschieblich gelagert, um einen Ausgleich eines Abstandversatzes zwischen den entsprechenden Achsen 118 und 120 zu ermöglichen.
Durch die Trennung des Werkzeugunterteils 228 von dem Werkzeugkörper 224 und die Gelenklagerung des Werkzeugunterteils 228 an einem Werkzeugkörper 124 erlaubt eine Veränderung des Winkels zwischen der zweiten Achse 120 und der ersten Achse 118.
Bezugszeichenliste

10: Bearbeitungszentrum
12: Maschinenbett
14: Maschinengestell
16: Werkzeugträgereinrichtung
18a: erste Werkzeugspindel
18b: zweite Werkzeugspindel
20a: Rotationsachse
20b: Rotationsachse
22: Schlitten
24: Schlittenführung
26: Antriebseinrichtung
28: Schlitten
30: Schlittenführung
32: Werkstückträger
34: Lagereinrichtung
36: Werkzeug
38: Arbeitsraum
40: Werkzeugwechseleinrichtung
41: Steuerungseinrichtung
42: Schaltkasten
44: Vorderseite
46: Rückseite
48: Zusatzeinrichtung
50: Reinigungseinrichtung
52: Werkzeugspindel
54: Schnittstelle
56: Werkzeug
58: Gehäuse
60: Beaufschlagungseinrichtung
62: Stange (Werkzeugspindel)
66: Antriebseinrichtung
68: Elektromotor
70: Kugelgewindetrieb
72: Antriebseinrichtung
74: Druckluft-Schnittstelle
75: Kühlschmierstoff-Schnittstelle
76: Luftzuführungseinrichtung
77: Kanal
79: Versorgungseinrichtung
80: Werkzeugvorrichtung (erstes Ausführungsbeispiel)
82: Werkzeug
84: Werkzeugkörper
86: Betätigungseinrichtung
88: Stange
90: Erste Richtung
92: Erster Bereich
94: Kopplungseinrichtung
96: Ausnehmung
98: Unterbereich
100: Stirnseite
102: Schulter
104: Federeinrichtung
106: Zweiter Bereich
108: Erstes Halteelement
110: Zweites Halteelement
112: Erste Keileinrichtung
114a: Erstes Keilelement
114b: Zweites Keilelement
116: Konische Außenfläche
118: Erste Achse
120: Zweite Achse
122: Ausnehmung
124: Querrichtung
126: Erste Anlagefläche
128: Zweite Anlagefläche
130: Ausnehmung
132: Führungsausnehmung
134: Zweite Keileinrichtung
136a: Erstes Keilelement
136b: Zweites Keilelement
138: Ausnehmung
140: Werkstückeinwirkelement
142: Trägerleiste
144: Federeinrichtung
146: Innenkühleinrichtung
148: Innenkanal
150: Austrittseinrichtung
152: Verteilungsraum
154: Kanal
156: Außenseite
158: Austrittskanal
160: Werkstück
162: Innenseite
164: Bohrung
166: Werkzeugvorrichtung (Zweites Ausführungsbeispiel)
168: Werkzeug
170: Werkzeugkörper
172: Stange
174: Werkzeugunterteil
176: kardanische Lagerung
178: Erstes Lagerelement
180: Zweites Lagerelement
182a: Hohlzylinder
182b: Hohlzylinder
184: Schwenkachse
186: Zweite Richtung
188: Boden
190a: Hohlzylinder
190b: Hohlzylinder
192: Welle
194: Ausnehmung
196: Schwenklager
198: Schwenkachse
200: Dritte Richtung
202: Ausnehmung
204: Ausnehmung
206: Erste Keileinrichtung
208: Zweite Keileinrichtung
210: Honelement
212: Lagerpunkt
214: Verriegelungseinrichtung
216: Doppelpfeil
220: Werkzeugvorrichtung (Drittes Ausführungsbeispiel)
222: Werkzeug
224: Werkzeugkörper
226: Stange
228: Werkzeugunterteil
230: Gelenk
232: Ausbuchtung
234: Gegenlager
236: Schwenkbarkeit
238: Erste Keileinrichtung
240: Zweite Keileinrichtung
242: Werkstückeinwirkelement
244: Ausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/033920 A1 [0060]

Claims

Werkzeugvorrichtung mit einem Werkzeug (82; 168; 222), welches an einer Werkzeugspindel (52) fixierbar oder fixiert ist, umfassend eine erste Keileinrichtung (112; 206; 238), welche in einer ersten Richtung (90) linear verschieblich ist, eine zweite Keileinrichtung (134; 208; 240), welche gegenläufig zu der ersten Keileinrichtung (112; 206; 238) ist und sich an der ersten Keileinrichtung (112; 206; 238) abstützt, mindestens ein Werkstückeinwirkelement (140; 242), mittels welchem auf ein Werkstück (160) einwirkbar ist und welches an der zweiten Keileinrichtung (134; 208; 238) fixiert ist, wobei das mindestens eine Werkstückeinwirkelement (140; 242) quer zu der ersten Richtung (90) beweglich ist, und eine Betätigungseinrichtung (86), über welche die lineare Verschiebung der ersten Keileinrichtung (112; 206; 238) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Keileinrichtung (112; 206; 238) quer zu der ersten Richtung (90) beweglich an dem Werkzeug (82; 168; 222) gelagert ist.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Keileinrichtung (112; 206; 238) eine erste Achse (118) aufweist und das Werkzeug (82; 168; 122) als Ganzes eine zweite Achse (120) aufweist, wobei die erste Keileinrichtung (112; 206; 238) so gelagert ist, dass die erste Achse (118) relativ zu der zweiten Achse (120) in einem Abstand und/oder in einer Winkelstellung veränderbar ist.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Achse (120) koaxial zu einer Rotationsachse (20a) des Werkzeugs ist.
Werkzeugvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (86) mindestens eine Stange (88; 172; 226) umfasst oder durch eine Stange (88; 172; 226) gebildet ist.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Keileinrichtung (112; 206; 238) auf der mindestens einen Stange (88; 172; 236) angeordnet ist.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Keileinrichtung (112; 206; 236) eine Ausnehmung (122; 244) aufweist, durch welche die mindestens eine Stange (88; 172; 226) durchgetaucht ist.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stange (88; 172; 226) mit Spiel quer zu der ersten Richtung (90) durch die Ausnehmung (122; 244) durchgetaucht ist.
Werkzeugvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Betätigungseinrichtung (86) beabstandete Halteelemente (108, 110) angeordnet sind, zwischen welchen die erste Keileinrichtung (112; 206) angeordnet ist und bezogen auf die erste Richtung (90) an der Betätigungseinrichtung (86) fixiert ist.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halteelement (108; 110) und/oder die erste Keileinrichtung (112; 206; 238) an einander zugewandten Oberflächen eine reibungsmindernde Struktur haben.
Werkzeugvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Keileinrichtung (112; 206; 238) mindestens ein Konuselement (114a, 114b) aufweist und die zweite Keileinrichtung (134; 208; 240) mindestens ein zugeordnetes gegenläufiges Konuselement (136a, 136b) aufweist.
Werkzeugvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausbildung des Werkzeugs als Honwerkzeug.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Werkstückeinwirkelement (140; 242) ein Honelement ist, welches an einer Trägerleiste (142) sitzt.
Werkzeugvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Federeinrichtung (144), welche auf die zweite Keileinrichtung (134; 208; 238) wirkt und bestrebt ist, diese gegen die erste Keileinrichtung (112; 206; 240) zu drücken.
Werkzeugvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Werkzeugunterteil (174; 228), welches die erste Keileinrichtung (206; 238) und die zweite Keileinrichtung (208; 240) umfasst und welches an einem Werkzeugkörper (170; 224) kardanisch gelagert ist und/oder über ein Gelenk (230) gelagert ist.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine kardanische Lagerung (176) oder eine Gelenklagerung so ausgebildet ist, dass ein Abstand einer ersten Achse (118) der ersten Keileinrichtung (206) zu einer zweiten Achse (120) des Werkzeugs veränderbar ist und/oder eine Winkelstellung der ersten Achse (118) relativ zu der zweiten Achse (120) veränderbar ist.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die kardanische Lagerung (176) und/oder eine Gelenklagerung ein erstes Lagerelement (178; 224) und ein zweites Lagerelement (180; 228) umfassen.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerelement (178) mit einer Schwenkachse (184) in einer zweiten Richtung (186) quer zur ersten Richtung (90) schwenkbar an dem Werkzeugkörper (170) gelagert ist und das zweite Lagerelement (180) mit einer Schwenkachse (198) in einer dritten Richtung (200) quer zur ersten Richtung (90) und quer zur zweiten Richtung (186) an dem ersten Lagerelement (178) gelagert ist.
Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Keileinrichtung (206; 238) an dem zweiten Lagerelement (178; 228) linear verschieblich angeordnet ist.
Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Lagerelement (178; 224) ein Schwenklager (232; 234) für das zweite Lagerelement (180; 228) angeordnet ist.
Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerelement (180; 228) ein Schiebelager für die erste Keileinrichtung (206; 238) bildet.
Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (86) durch das erste Lagerelement (178; 224) und das zweite Lagerelement (180; 228) geführt ist.
Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerpunkt (212) der kardanischen Lagerung (176) oder der Gelenklagerung des Werkzeugunterteils (174; 228) mittig zu Werkstückeinwirkelementen (140; 242) angeordnet ist.
Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die kardanische Lagerung (176) als Ganzes quer zu der ersten Richtung (90) beweglich ist.
Werkzeugvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Werkzeugaufbereitungs-Keileinrichtung, welche die erste Keileinrichtung (112; 206) ersetzt und, wenn sie an der Betätigungseinrichtung (86) angeordnet ist, relativ zu dieser unbeweglich ist.
Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, gekennzeichnet durch eine Verriegelungseinrichtung (214) zur Sperrung der relativen Beweglichkeit des Werkzeugunterteils (174) zu dem Werkzeugkörper (170).
Werkzeugvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Innenkühleinrichtung (146).
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (86) mindestens einen Innenkanal (148) aufweist.
Werkzeugmaschine, umfassend mindestens einen Werkstückträger (32) und mindestens eine Werkzeugspindel (52), dadurch gekennzeichnet, dass an der mindestens einen Werkzeugspindel (52) ein Werkzeug (82; 168; 222) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Werkzeugspindel (52) bezogen auf die Schwerkraftrichtung (g) horizontal ausgerichtet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Werkzeugspindel (52) und der mindestens eine Werkstückträger (32) mindestens in drei linear unabhängigen Richtungen (x, y, z) relativ zueinander verschieblich sind.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Werkzeugspindel (52) eine Beaufschlagungseinrichtung (62) umfasst, welche an die Betätigungseinrichtung (86) der Werkzeugvorrichtung koppelbar ist und über welche deren lineare Bewegung betätigbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 28 bis 31, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Bearbeitungszentrum.