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Die Erfindung betrifft ein Honwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Es sind Honwerkzeuge mit festen Stützleisten bekannt, die direkt in eine Spindel einer Maschine aufgenommen werden. Das in die Spindel aufgenommene Honwerkzeug hat keinen Freiheitsgrad in Bezug auf die Spindel, so dass solche Honwerkzeuge nur beim sogenannten Positionshonen zur Anwendung kommen.
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Darüber hinaus sind Honwerkzeuge mit kardanischer Kupplung bekannt, die drei rotatorische Freiheitsgrade in Bezug auf die Spindel haben.
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Beim Positionshonen muss die Feinbohroperation und die nachfolgende Honoperation in derselben Werkstückaufspannung durchgeführt werden, weil ansonsten die Positionstoleranz nicht gehalten werden kann. Auch können gegebenenfalls weitere Toleranzen, wie Rundheit oder Zylindrizität, nicht eingehalten werden. Die Anwendung des Positionshonens ist unabhängig von der Spindelausrichtung. Die Spindel kann horizontal oder vertikal angeordnet sein.
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Honwerkzeuge ohne Stützleisten mit kardanischer Aufhängung eignen sich dagegen nur für Bearbeitungen mit vertikaler Spindelausrichtung. Bei horizontaler Ausrichtung verursacht die Gewichtskraft des Honwerkzeuges große Form- und Lagefehler an der zu honenden Bohrung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Honwerkzeug so auszubilden, dass mit ihm auch bei horizontaler Ausrichtung mit hoher Genauigkeit und mit allenfalls nur minimalen Form- und Lagefehlern Bohrungen gehont werden kann.
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Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Honwerkzeug erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Honwerkzeug ist mit Führungsleisten versehen, die quer zur Achse des Honwerkzeuges verstellbar sind. Die Führungsleisten sind über den Umfang des Honwerkzeuges in Winkelabständen zueinander angeordnet und werden durch Druckkraft an die Wand der zu honenden Bohrung angelegt. Die Führungsleisten stützen somit das Honwerkzeug auch bei horizontaler Ausrichtung an der Bohrungswand ab, so dass sich die Gewichtskraft des Honwerkzeuges nicht nachteilig auswirkt. Das zu honende Werkstück kann darum in einer ersten Aufspannung gebohrt und in einer zweiten Aufspannung mit dem erfindungsgemäßen Honwerkzeug gehont werden.
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Die Führungsleisten sind vorteilhaft über den Umfang des Honwerkzeuges gleichmäßig verteilt angeordnet, so dass das Honwerkzeug während des Honprozesses einwandfrei an der Bohrungswandung abgestützt und gegenüber der Bohrungsachse in Position gehalten wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Honwerkzeug mit zwei Führungsleistenpaaren versehen, die in zueinander senkrechten Ebenen liegen.
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Diese Führungsleisten können durch eine gemeinsame Verstelleinrichtung quer zur Honwerkzeugachse verstellt werden. In diesem Falle ist die Verstellbewegung der Führungsleisten miteinander gekoppelt. Ein solches Honwerkzeug ist daher besonders für zylindrische Bohrungen gut geeignet.
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Vorteilhaft ist die Verstelleinrichtung unter der Wirkung einer Axialkraft verschiebbar. Diese Axialkraft wird vorteilhaft durch wenigstens eine Feder erzeugt, mit der die Verstelleinrichtung in Axialrichtung belastet wird.
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Um die axiale Verschiebung der Verstelleinrichtung in die quer gerichtete Bewegung der Führungsleisten umzusetzen, ist die Verstelleinrichtung über wenigstens eine Umlenkung mit den Führungsleisten verbunden. Die Umlenkung sorgt dafür, dass die axiale Verschiebebewegung der Verstelleinrichtung in die Querbewegung der Führungsleisten umgesetzt wird.
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Bei einer einfachen und vorteilhaften Ausführungsform weist die Umlenkung wenigstens zwei Keilflächen auf, die der Verstelleinrichtung und den Führungsleisten zugeordnet sind. Die Keilflächen liegen schräg zur Verschieberichtung der Verstelleinrichtung. Über die aneinanderliegenden Keilflächen der Verstelleinrichtung und der Führungsleisten erfolgt in einfacher und zuverlässiger Weise die Quer- bzw. Radialverstellung der Führungsleisten.
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Es ist auch möglich, die beiden Führungsleistenpaare jeweils mit einer eigenen Verstelleinrichtung zu verstellen. Dann können die beiden Führungsleisten jedes Paares unabhängig voneinander verstellt werden. Bei einer solchen Ausbildung wird das Honwerkzeug auch dann mittig in der zu honenden Bohrung ausgerichtet, wenn die Bohrungswand nicht exakt zylindrisch und/oder koaxial zur Bohrungsachse ausgebildet ist. Die Führungsleisten der beiden Paare werden stets gegen die Bohrungswand gedrückt, so dass das Honwerkzeug einwandfrei abgestützt wird.
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Vorteilhaft weist jedes Paar diametral einander gegenüberliegende Führungsleisten auf, so dass unabhängig vom Drehwinkel das Honwerkzeug auch bei unrunden Bohrungswandungen jederzeit abgestützt wird.
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Eine besonders bevorzugte und nur wenig Bauraum benötigende Ausbildung ergibt sich, wenn die beiden Verstelleinrichtungen für die beiden Führungsleistenpaare durch ineinandergesetzte Verstellrohre gebildet wird.
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In diesem Falle sind vorteilhaft beide Verstellrohre jeweils über wenigstens eine Umlenkung mit den zugeordneten Führungsleisten des jeweiligen Führungsleistenpaares verbunden.
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Damit die mit dem inneren Verstellrohr in Verbindung stehenden Führungsleisten verstellt werden können, trägt das innere Verstellrohr Keile, die durch Öffnungen des äußeren Verstellrohres ragen.
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Auch das äußere Verstellrohr trägt vorteilhaft Keile, die mit den Führungsleisten des anderen Führungsleistenpaares in Kontakt sind.
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Damit die Führungsleisten beider Führungsleistenpaare gegen die Bohrungswand beim Honprozess gedrückt werden, stehen beide Verstellrohre jeweils unter einer Axialkraft, die vorteilhaft durch jeweils wenigstens eine Feder erzeugt wird.
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Die Honleisten und die Führungsleisten werden durch die Verstelleinrichtung jeweils nach außen verschoben. Die Leisten stehen vorteilhaft unter einer Rückholkraft. Sie sorgt dafür, dass die Honleisten bzw. die Führungsleisten stets in Kontakt mit den zugehörigen Verstelleinrichtungen sind. So verändert sich beispielsweise bei einer ovalen Bohrungswand der Arbeitsdurchmesser der diametral einander gegenüberliegenden Führungsleisten. Gelangen diese in den Bereich des kleineren Durchmessers der ovalen Bohrungswand, werden sie nach innen geschoben, wobei die zugehörige Verstelleinrichtung über die Schräg- bzw. Keilflächen axial gegen die Druckkraft zurückgeschoben werden.
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Die Rückholkraft wird vorteilhaft durch jeweils wenigstens eine ringförmige Rückholfeder erzeugt, die durch Öffnungen in den Honleisten bzw. in den Führungsleisten verläuft.
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Vorteilhaft überragen die Honleisten die Führungsleisten in Einführrichtung des Honwerkzeuges in die zu honende Bohrung. Das Honwerkzeug wird zunächst ohne Drehbewegung und mit eingefahrenen Hon- und Führungsleisten vollständig in die zu honende Bohrung so weit zugestellt, dass die vorderen Enden der Honleisten um eine kurze Strecke über das Ende der Bohrung ragen. Während dieser Zustellbewegung berühren sich das Honwerkzeug und das Werkstück nicht.
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Vorteilhaft ist die die Honleisten und die Führungsleisten aufweisende Honahle des Honwerkzeuges kardangelenkartig mit einem Mittelstück des Honwerkzeuges verbunden. Eine solche Koppelung ermöglicht in geringem Ausmaß drei rotatorische Freiheitsgrade. Es ist dadurch möglich, dass das Honwerkzeug der Ausrichtung der Bohrung folgt.
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Das Mittelstück ist vorteilhaft über einen Pendelhalter mit einem einen Einspannteil aufweisenden Teil des Honwerkzeuges verbunden. Der Pendelhalter ermöglicht eine Bewegung des Mittelstückes in zwei zueinander winkligen, vorzugsweise rechtwinkligen Richtungen in einer Radialebene des Honwerkzeuges. Dadurch ist eine geringfügige Werkzeugbewegung in einer X-Y-Ebene mit zwei linearen Freiheitsgraden möglich.
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Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
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1 in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Honwerkzeug,
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2 einen Axialschnitt durch das Honwerkzeug gemäß 1,
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3 im Axialschnitt eine Zustelleinheit für die Honleisten des erfindungsgemäßen Honwerkzeuges,
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4 einen Radialschnitt durch das erfindungsgemäße Honwerkzeug im Bereich der Honleisten,
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5 in Seitenansicht eine Zustelleinrichtung für Führungsleisten des erfindungsgemäßen Honwerkzeuges,
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6 in Seitenansicht eine zweite Ausführungsform einer Zustelleinrichtung für die Führungsleisten des erfindungsgemäßen Honwerkzeuges,
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7 im Axialschnitt die Zustelleinrichtung für die Führungsleisten gemäß 6,
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8 im Axialschnitt die Zustelleinheit für die Führungsleisten gemäß 3,
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9 in schematischer Darstellung die Anlage der Führungsleisten an einer Bohrungswand,
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10 im Radialschnitt ein Kreuzgelenk des erfindungsgemäßen Honwerkzeuges,
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11 in Draufsicht den Anschluss einer Honahle an ein Mittelstück des erfindungsgemäßen Honwerkzeuges,
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12 im Axialschnitt das erfindungsgemäße Honwerkzeug im Bereich des Mittelstückes und eines Spannkonus,
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13 in vergrößerter Darstellung und im Axialschnitt den Bereich einer Kupplungsstelle im Honwerkzeug.
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Das im Folgenden beschriebene Honwerkzeug ist für den Einsatz auf einem Bearbeitungszentrum vorgesehen. Das Honwerkzeug hat einen Spannkonus 1, mit dem es in einer Spindel oder einer Werkzeugaufnahme der Maschine eingespannt werden kann. Der Spannkonus 1 ist vorteilhaft ein HSK-Konus, mit dem das Honwerkzeug sicher in der Maschine eingespannt werden kann. Bei einem HSK-Konus erfolgt eine Plananlage des Honwerkzeuges mit Hilfe einer radialen Anlagefläche 2, wodurch sich eine optimale Ausrichtung des Honwerkzeuges ergibt. Das Honwerkzeug weist vier über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Honleisten 3 auf, die radial verstellbar in einem Tragkörper 4 gelagert sind. Außerdem sind im Tragkörper 4 über den Umfang verteilt angeordnete Führungsleisten 5 vorgesehen, die ebenfalls radial verstellbar sind. Vorteilhaft liegen die Führungsleisten 5 jeweils mittig zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Honleisten 3.
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Das Honwerkzeug ist außerdem mit Einführschrägen 6 versehen, die eine Messeinrichtung 93 vor Berührung mit dem Werkstück schützen. Die Messeinrichtung 93 arbeitet vorteilhaft pneumatisch.
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Das Honwerkzeug ist außerdem mit einer Kühlmittelversorgung versehen, über die während des Honens Kühlmittel in den Arbeitsbereich eingebracht werden kann. Die Kühlmittelversorgung hat Sprühdüsen 7, die in einer radialen Stirnfläche 8 eines Gehäuseteiles 9 vorhanden sind. Wie 1 zeigt, liegen die Sprühdüsen 7, senkrecht zur Achse des Honwerkzeuges gesehen, axial in Höhe der Honleisten 3. Das aus den Sprühdüsen 7 austretende Kühlmittel gelangt somit unmittelbar in den Bereich der Honleisten 3. Der Gehäuseteil 9 hat einen größeren Außendurchmesser als der Tragkörper 4, in dem die Honleisten 3 und die Führungsleisten 5 gelagert sind und der Teil einer Honahle 52 ist.
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Die Honleisten 3 sitzen, wie 3 zeigt, auf den freien Enden von flachen Trägern 10, die jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Die Träger 10 haben etwa U-förmigen Umriss. Die freien Enden der Schenkel 11, 12 der Träger 10 sind mit Schrägflächen 13, 14 versehen. Die beiden Schrägflächen sind gleichsinnig unter dem gleichen Winkel geneigt und wirken mit Kegelflächen 15, 16 einer Zustellstange 17 zusammen. Je nach Verschieberichtung der Zustellstange 17 werden die Träger 10 und damit die Honleisten 3 radial nach außen oder mit Hilfe einer Rückholfederkraft nach innen verschoben. Alle vier Träger 10 liegen mit ihren Schrägflächen 13, 14 flächig an den beiden Kegelflächen 15, 16 der Zustellstange 17 an. Die beiden Kegelflächen 15, 16 liegen mit axialem Abstand voneinander und schließen mit ihren breiteren Enden jeweils an das breite Ende von weiteren Kegeln 18, 19 der Zustellstange 17 an.
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Über die Schrägflächen 13, 14 der Träger 10 wird die Anpresskraft von der Zustellstange 17 auf die Honleisten 3 übertragen. Die Träger 10 sind verhältnismäßig schmal und die Schrägflächen 13, 14 eben, so dass zwischen den Schrägflächen 13, 14 und den Kegeln 15, 16 der Zustellstange 17 eine Quasi-Linienberührung stattfindet. Dadurch ergibt sich eine etwas höhere Flächenpressung, was jedoch für die Übertragung der Zustellkraft über die Quasi-Linienberührung nicht kritisch ist, weil die Anpresskräfte verhältnismäßig gering sind.
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Der Schneidbelag der Honleisten 3 kann auf eine Stahlleiste (Stahlfuß) aufgetragen werden, so dass die Honleiste durch die Stahlleiste mit Schneidbelag gebildet wird. Eine solche Honleiste lässt sich auf den Trägern 10 auflöten oder aufkleben. Es ist aber auch möglich, eine Massivhonleiste einzusetzen, die keine Stahlleiste hat. In diesem Falle wird die Massivhonleiste direkt an der Schmalseite des Trägers 10 befestigt. Die Massivhonleisten werden vorteilhaft dort eingesetzt, wo nur wenig Einbauraum für die Honleisten zur Verfügung steht, insbesondere bei Tragkörpern 4 mit geringem Außendurchmesser. Hat der Tragkörper 4 größeren Außendurchmesser, dann können auch Honleisten mit Stahlleiste eingesetzt werden.
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Die Führungsleisten 5 dienen dazu, das Honwerkzeug während des Honvorganges an der Bohrungswandung zu führen. Um eine zuverlässige Führung zu gewährleisten, sind die in Achsrichtung sich erstreckenden Führungsleisten 5 annähernd so lang wie die ebenfalls in Axialrichtung sich erstreckenden Honleisten 3. Der Tragkörper 4 ist zur Aufnahme der Honleistenträger 10 und der Führungsleisten 5 mit radial verlaufenden Ausnehmungen 20, 21 versehen, an deren Seitenwände die Honleistenträger 10 und die Führungsleisten 5 mit ihren Seitenflächen anliegen. Dadurch ist gewährleistet, dass die Honleistenträger 10 und die Führungsleisten 5 einwandfrei radial verschoben werden. Im Tragkörper 4 werden die Honleistenträger 10 und die Führungsleisten 5 axial gegen Verschieben gesichert.
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Die Träger 10 sind in Radialrichtung länger als die Führungsleisten 5 (4). Die Honleisten 3 überragen vorteilhaft in Achsrichtung des Honwerkzeuges die Führungsleisten 5. Die Radialverstellung der Honleistenträger 10 wird in der beschriebenen Weise durch die Zustellstange 17 bewirkt. Die Führungsleisten 5 werden kraft- oder formschlüssig durch ein Zustellteil 22 (5) radial verstellt, das im Ausführungsbeispiel als Rohr ausgebildet ist.
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Da die zu honende Bohrung im Allgemeinen nicht rund ist, müssen die Führungsleisten 5 radial so zugestellt werden, dass sie ihren Arbeitsdurchmesser dynamisch ändern und dem Bohrungsverlauf folgen können. Aus diesem Grunde erfolgt die axiale Verschiebung des Zustellteils 22 beispielsweise mittels Federkraft. Das Zustellteil 22 hat einen zapfenförmigen Ansatz 23, auf dem das eine Ende einer Druckfeder 24, vorzugsweise einer Schraubendruckfeder, sitzt. Auf der Außenseite des Zustellteiles 22 sitzen Keile 25, an deren Keilflächen 26 die Führungsleisten 5 mit entsprechenden Keilflächen 27 anliegen. Sie sind an Keilen 28 vorgesehen, die vorteilhaft einstückig mit den Führungsleisten 5 ausgebildet sind. Wird das Zustellteil 22 verschoben, dann werden die Führungsleisten 5 über die aneinanderliegenden Keilflächen 26, 27 radial verstellt. Der axiale Verschiebeweg des Zustellteils 22 wird somit in eine radiale Verschiebebewegung der Führungsleisten 5 umgesetzt. Jede Führungsleiste 5 hat zwei mit Abstand voneinander liegende Keile 28, so dass die Führungsleisten 5 sicher in den Ausnehmungen 21 des Tragkörpers 4 verschoben werden.
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Die Druckfeder 24 stützt sich mit einem Ende an einem Bund 29 am Ansatz 23 des Zustellteils 22 ab. Mit dem anderen Ende stützt sich die Druckfeder 24 an einem Kolben 30 ab (7), der in einem endseitigen Gehäuseteil 31 (7) gelagert ist.
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Die Druckfeder 24 drückt auf das Zustellteil 22, das dadurch axial geschoben wird. Die auf dem Zustellteil 22 sitzenden Keile 25 bilden eine formschlüssige Verbindung mit den Führungsleisten 5. Da sie unter Federkraft stehen, werden sie gegen die Bohrungswand gepresst, wobei die Anpresskraft gegen die durch die Druckfeder 24 erzeugte Zustellkraft gerichtet ist, wodurch sich ein Kräftegleichgewicht einstellt. Wird der Bohrungsdurchmesser größer, wird auch der Arbeitsdurchmesser der Führungsleisten 5 entsprechend größer, weil die Führungsleisten 5 durch die Druckfeder 24 stets in Kontakt mit der Bohrungswand gehalten werden. Wird der Bohrungsdurchmesser kleiner, dann werden die Führungsleisten 5 gegen die Kraft der Druckfeder 24 radial nach innen verschoben. Über die aneinanderliegenden Keilflächen 26, 27 wird hierbei das Zustellteil 22 axial verschoben.
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Da das Zustellteil 22 unter Federkraft steht, werden die Führungsleisten 5 dynamisch stets so verstellt, dass sie an der Bohrungswand anliegen. Die Zustellung der Führungsleisten 5 mittels des Zustellteils 22 gewährleistet eine mittige Ausrichtung des Honwerkzeuges innerhalb der Bohrung in einer Ebene. Dieses Honwerkzeug ist somit für Bohrungen geeignet, die einen kreisförmigen Umriss haben. In diesem Falle liegen die jeweils in Winkelabständen von 90° angeordneten Zustellleisten 5 an der zylindrischen Wandung der Bohrung an.
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Hat die Bohrung allerdings unrunden Umriss, dann liegen nicht alle Führungsleisten 5 an der Bohrungswandung an. Dies wird anhand von 9a erläutert. Die Bohrungswandung 32 hat beispielhaft ovalen Umriss. Die Führungsleisten 5 liegen auf dem Arbeitsdurchmesser 33, der dem Durchmesser der Bohrungswandung 32 entspricht. Da sämtliche Führungsleisten 5 mittels des Zustellteiles 22 gleichzeitig verstellt werden, bleiben nur zwei diametral einander gegenüberliegende Führungsleisten 5 in Kontakt mit der Bohrungswandung 32, während die beiden anderen diametral einander gegenüberliegenden Führungsleisten 5 keinen Kontakt mehr mit der Bohrungswandung 32 haben. In diesem Falle ist das Honwerkzeug in der Darstellung gemäß 9a nicht mehr von unten abgestützt. Dies hat zur Folge, dass das Honwerkzeug, wenn es horizontal angeordnet ist, bei solchen Bohrungen nach unten rutschen kann.
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Für einen solchen Fall ist bei einer weiteren Ausführungsform das Honwerkzeug so ausgebildet, dass jeweils diametral einander gegenüberliegende Führungsleisten unabhängig voneinander verstellt werden können. In diesem Falle wird das Honwerkzeug einwandfrei mittig ausgerichtet, wenn die Bohrungswandung 32 den beispielhaft ovalen Umriss hat. Wie 9b zeigt, liegen sämtliche Führungsleisten 5 an der Bohrungswandung 32 an. Die beiden horizontal einander gegenüberliegenden Führungsleisten 5 haben kleineren Abstand voneinander als die senkrecht übereinanderliegenden Führungsleisten 5. Die in der Horizontalebene gemäß 9b liegenden Führungsleisten 5 liegen auf dem Arbeitsdurchmesser 33, während die in einer Vertikalebene liegenden Führungsleisten 5 den wesentlich größeren Arbeitsdurchmesser 34 aufweisen. Das Honwerkzeug ist bei einer solchen Ausbildung in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen in der Bohrung ausgerichtet, so dass es ständig in der Mitte der Bohrung bleibt.
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Um diese Ausrichtung in zwei Ebenen zu ermöglichen, sind zwei unabhängige Zustelleinrichtungen für die Führungsleisten 5 vorgesehen. Das Zustellteil 22 ist mit zwei diametral einander gegenüberliegenden Führungsleisten 5 in der beschriebenen Weise verbunden. Die beiden anderen, jeweils um 90° versetzt angeordneten Führungsleisten 5 sind mit einem zweiten Zustellteil 35 gekoppelt, das wie das Zustellteil 22 rohrförmig ausgebildet ist und das Zustellteil 22 umgibt (6). Das äußere Zustellteil 35 liegt vorteilhaft mit seiner inneren Mantelfläche auf der äußeren Mantelfläche des inneren Zustellteiles 22 auf. Damit die Keile 25 des inneren Zustellteils 22 mit den zugehörigen Führungsleisten 5 in Kontakt kommen können, ist das äußere Zustellteil 35 mit Durchtrittsöffnungen 36 versehen, die sich axial erstrecken und durch welche die Keile 25 des inneren Zustellteils 22 ragen. Die Ausnehmungen 36 sind so lang, dass die Zustellteile 22, 35 zum Verstellen der Führungsleisten 5 in ausreichendem Maße relativ zueinander axial verschoben werden können.
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In 6 sind die beiden mit dem inneren Zustellteil 22 in Kontakt befindlichen Führungselemente 5 dargestellt. Die beiden anderen, senkrecht zur Zeichenebene diametral einander gegenüberliegenden Führungsleisten 5 sind mit dem äußeren Stellteil 35 in Eingriff. Hierfür sind auf der Außenseite des rohrförmigen Zustellteiles 35 ebenfalls die Keile 25 befestigt, an denen diese Führungsleisten 5 mit den Keilen 28 anliegen.
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Das äußere Zustellteil 35 steht ebenfalls unter axialer Federkraft. Im Ausführungsbeispiel greift an einem Ende des Zustellteils 35 wenigstens eine Druckfeder 37 an, die vorteilhaft eine Schraubendruckfeder ist. Sie umgibt die Druckfeder 24 des inneren Zustellteiles 22 mit Abstand und stützt sich mit einem Ende an einem radial nach innen gerichteten Flansch 38 des Zustellteiles 35 und mit dem anderen Ende am Kolben 30 ab (7). Die beiden Druckfedern 24, 37 sind vorteilhaft Schraubendruckfedern, mit denen ein relativ großer Zustellweg und mittlere Kräfte möglich sind. Vorteilhaft werden die beiden Druckfedern 24, 37 von einem Schutzring 39 (7) mit Abstand umgeben, der vom Flansch 38 des äußeren Zustellteiles 35 absteht und die beiden Druckfedern über den größten Teil ihrer Länge umgibt. Der Schutzring 39 kann einstückig mit dem Zustellteil 35 ausgebildet, aber auch ein gesondert zu befestigendes Teil sein.
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Damit die Führungsleisten 5 radial nach innen verstellt werden können, sind sie bei den beschriebenen Ausführungsformen durch zwei ringförmige Rückholfedern belastet, die sich durch entsprechende Öffnungen 40, 41 in den Führungsleisten 5 erstrecken (5 und 7). Die Öffnungen 40, 41 befinden sich in Höhe der Keile 28 der Führungsleisten 5. Die durch diese Öffnungen 40, 41 sich erstreckenden Ringfedern liegen in Ringnuten 42, 43 (1 und 11), die am Umfang des Tragkörpers 4 vorgesehen sind. In diesen Ringnuten 42, 43 sind die Ringfedern einwandfrei lagegesichert. Durch die beiden Ringfedern werden die Zustellleisten 5 radial nach innen belastet, so dass sie mit ihren Keilen 28 stets an den Keilen 25 der jeweiligen Zustellteile 22, 35 anliegen. Die von den Ringfedern ausgeübte Kraft ist wesentlich kleiner als die von den Druckfedern 24, 37 ausgeübte Kraft, so dass die Verstellung der Führungsleisten 35 radial nach außen nicht behindert wird.
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Für den Durchtritt der Schenkel 11, 12 der Honleistenträger 10 sind die Zustellteile 22, 35 mit weiteren Ausnehmungen versehen, durch welche die Schenkel 11, 12 der Honleistenträger 10 in Kontakt mit den Kegeln 15, 16 auf der Zustellstange 17 gelangen können.
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Die Schräge der Keil- bzw. Schrägflächen 13, 14; 15, 16 und 26, 27 von Honleiste und Führungsleiste ist derart unterschiedlich, dass zuerst die Führungsleisten 5 an der Bohrungswand 32 zur Anlage kommen. Dadurch ist das Honwerkzeug bereits in der Bohrung zentriert, bevor die Honleisten 3 in Eingriff mit der Bohrungswand 32 kommen.
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Die Verschiebung der rohrförmigen Zustellteile 22, 35 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. 7 zeigt die Möglichkeit, die Zustellteile 22, 35 hydraulisch zu verstellen. Im Gehäuseteil 31 befindet sich eine Hydraulikkammer 44, die mit einem Fluid befüllt ist. Der Kolben 30 ist als Hohlkolben ausgebildet, in dem ein innerer Kolben 45 untergebracht ist. Er ist gegenüber dem äußeren Kolben 30 durch wenigstens einen Kolbenring 46 abgedichtet. Der innere Kolben 45 sitzt am freien Ende einer Druckstange 47, die abgedichtet aus dem Hohlkolben 30 ragt und auf der die Zustellstange 17 sitzt. Sie ist vorteilhaft gegenüber dem Tragkörper 4 aus Maßtoleranzgründen in geringem Maße radial beweglich, um innerhalb seiner Lageraufnahme keinem Zwang ausgesetzt zu werden. Das radiale Spiel liegt beispielsweise bei nur etwa 0,3 mm. Die Zustellstange 17 wird von den Honleisten 3 zentriert, wenn sie an der Bohrungswand 32 anliegen.
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Zwischen der Druckstange 47 und der Zustellstange 17 ist aus Maßtoleranzgründen ebenfalls ein Radialspiel vorgesehen.
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Wird die Druckstange 47 verschoben, wird das Hydraulikmedium in der Hydraulikkammer 45 verdrängt, wodurch der äußere Kolben 30 durch die Hydraulikbeaufschlagung verschoben wird. Über die Druckfedern 24, 37 werden die beiden Zustellteile 22, 35 axial verschoben. Über die Keile 25 werden die Führungsleisten 5 radial ausgefahren, bis sie an der Bohrungswandung 32 zur Anlage kommen. Da die Führungsleisten 5 ständig radial nach außen belastet sind, liegen sie stets an der Bohrungswandung 32 an.
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8 zeigt die Möglichkeit, die beiden Zustellteile 22, 35 lediglich mit Hilfe der Druckfedern 24, 37 zu betätigen. In diesem Falle sind die beiden Druckfedern 24, 37 nicht an einem Kolben, sondern an einem Deckel 48 abgestützt, mit dem der Gehäuseteil 31 am freien Ende geschlossen wird. Der Deckel 48 wird mit Schrauben 49 an der stirnseitigen Ringfläche 50 des Gehäuseteiles 31 befestigt. Vom Deckel 48 steht eine Hülse 51 ab, die an der Innenwand des Gehäuseteiles 31 anliegt und die beiden Druckfedern 24, 37 umgibt. Die beiden Druckfedern 24, 37 sind im Ausgangszustand, wie in 8 dargestellt ist, zusammengedrückt. Die Druckstange 47 ist durch eine maschinenseitige Sperreinrichtung in bekannter Weise gegen Verschieben blockiert. Die Druckstange 47 ist bevorzugt fest mit dem inneren Zustellteil 22 verbunden, der dadurch ebenfalls gegen Verschieben blockiert ist. Das äußere Zustellteil 35 liegt mit seinem Ringflansch 38 an der Stirnseite des inneren Zustellteils 22 an und ist dadurch ebenfalls gegen Verschieben blockiert. Die äußere Druckfeder 37 stützt sich am Ringflansch 38 und die innere Druckfeder 24 am Bund 29 des inneren Zustellteiles 22 ab.
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Wird das Honwerkzeug mit seinem Spannkonus 1 in die Maschinenspindel bzw. die Werkzeugaufnahme der Maschine eingespannt, dann wird die Blockade der Druckstange 47 in bekannter Weise aufgehoben, z. B. durch eine sogenannte Planzugeinrichtung. Die beiden Druckfedern 24, 37 können sich entspannen, so dass die beiden Zustellteile 22, 35 verschoben werden. Die Führungsleisten 5 werden dadurch radial nach außen verstellt, bis sie an der Bohrungswandung 32 zur Anlage kommen.
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Eine weitere Möglichkeit, die Führungsleisten 5 zu verstellen, besteht darin, die Druckfedern 24, 37 zusammenzudrücken. Hierfür wird der maschinenseitige Planzug herangezogen, mit dem die beiden Druckfedern 24, 37 zusammengedrückt werden. Die dadurch erzielte Federkraft wird über die Zustellteile 22, 35 auf die Führungsleisten 5 übertragen.
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Bei einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform wird in die Hydraulikkammer 45 Kühlmittel eingebracht, das als Druckmedium dient. Da Kühlmittel ohnehin beim Honwerkzeug eingesetzt wird, dient das Kühlmittel nicht nur zur Kühlung beim Honvorgang, sondern auch zur Verstellung der Führungsleisten 5. Der Ablauf ist der Gleiche, wie anhand 7 bei Verwendung des Hydraulikmedium beschrieben worden ist.
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Die Übertragung der Zustellkraft durch die Vorspannung der Druckfedern 24, 37 ist die vorteilhafte Ausführung, da sie eine sehr sichere Funktionsweise gewährleistet. Werden die Druckfedern 24, 37 zum Verstellen der Führungsleisten 5 zusammengedrückt, dann ergibt sich auch noch eine ausreichend sichere Betriebsweise. Allerdings werden die Druckfedern bei dieser Ausführungsform mit der Zeit stärker zusammengedrückt, weil der Planzug die Zustellstange 17 für die Honleisten 3 aufgrund des Verschleißes der Honleisten immer mehr ziehen muss. Da beide Zustellteile 22, 35 gekoppelt sind, werden die Druckfedern 24, 37 mit der Zeit mehr zusammengedrückt, wodurch die Führungsleisten 5 unter einem stärkeren Druck gegen die Bohrungswandung 32 gedrückt werden.
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Das Honwerkzeug hat vier Freiheitsgrade, so dass ein möglicher radialer Versatz sowie ein Versatz in Umfangsrichtung zwischen der Werkzeugachse und der Bohrungsachse ausgeglichen werden kann. Um dies zu gewährleisten, wird die Honahle 52 schwimmend gelagert. Diese schwimmende Lagerung wird dadurch erreicht, dass die Honahle 52 über ein Kardangelenk 53 mit einem Mittelstück 54 verbunden wird. Das Mittelstück 54 seinerseits ist über einen Pendelhalter 55 mit einem festen Teil 56 des Honwerkzeuges verbunden.
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Das Kardangelenk 53 sorgt für den Ausgleich eines möglichen Winkelversatzes zwischen der Achse der zu honenden Bohrung und der Spindelachse. Das Kardangelenk 53 kann als Kreuz- oder Kugelgelenk ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel ist das Kardangelenk 53 ein Kreuzgelenk. Es hat ein ringförmiges Übertragungselement 57 (10), an dem vier Stifte in Winkelabständen von 90° befestigt sind. Sie stehen radial über das Übertragungselement 57 vor. Die einen diametral einander gegenüberliegenden Stifte 58 sind mit dem Tragkörper 4 der Honahle 52 und die beiden anderen diametral einander gegenüberliegenden Stifte 59 mit dem Mittelstück 54 verbunden (1, 2 und 11). Der Tragkörper 4 und das Mittelstück 54 sind mit axial vorstehenden Klauen 60, 61 versehen, die kupplungsartig ineinander greifen und mit Öffnungen versehen sind, in welche die Stifte 58, 59 des Kardangelenkes 53 eingreifen. Das Übertragungselement 57 kann Bewegungen um zwei senkrecht zueinander liegende Achsen ausführen, die durch die Achsen der Stifte 58 bzw. der Stifte 59 gebildet werden. Die Drehung erfolgt somit in zwei zueinander senkrechten Ebenen, wobei in der einen Ebene die Honahle 52 zusammen mit den beiden Stiften 58 gedreht wird und das Übertragungselement 57 stehen bleibt. In der anderen Ebene dreht sich das Übertragungselement 57 mit der Honahle 52 um die beiden anderen, diametral einander gegenüberliegenden Stifte 59, die fest im Mittelstück 54 gehalten sind. Aufgrund der beiden möglichen Drehungen ist gewährleistet, dass sich das Honwerkzeug bzw. die Honahle 52 jeder Winkellage der zu honenden Bohrung anpassen kann.
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Der Pendelhalter 55 ermöglicht den Ausgleich eines möglichen Versatzes zwischen der Spindelachse und der Bohrungsachse. Der Pendelhalter 55 hat eine Kupplungsscheibe 62, die in einer Radialebene innerhalb des festen Teils 56 des Honwerkzeuges angeordnet ist und kreisförmigen Umriss hat. Am Umfang der Kupplungsscheibe 62 sind in Winkelabständen von 90° vier radial verlaufende Längsnuten 63 vorgesehen, in die jeweils ein Kupplungsstift 64 eingreift. Zwei diametral aneinander gegenüberliegende Kupplungsstifte 64 sind mit dem Mittelstück 54 und die beiden anderen der diametral einander gegenüberliegenden Kupplungsstifte 64 mit dem festen Teil 56 des Honwerkzeuges fest verbunden. Die Kupplungsscheibe 62 in Verbindung mit den Kupplungsstiften 64 bildet eine Oldham-Kupplung. Die Kupplungsscheibe 62 kann mit dem Mittelstück 54 in einer X-Y-Ebene in Y-Richtung und die Kupplungsscheibe 62 allein in X-Richtung begrenzt verschoben werden. Auf diese Weise lässt sich ein Versatz zwischen Spindelachse und Bohrungsachse einfach ausgleichen.
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Solche Pendelhalter 55 sind an sich bekannt und darum auch nicht im Einzelnen beschrieben worden. Die Kupplungsscheibe 62 befindet sich im Bereich zwischen dem Mittelstück 54 und dem festen Teil 56 des Honwerkzeuges.
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Das Mittelstück 54 wird in Achsrichtung durch zwei Axiallager 65, 66 abgestützt. Das Mittelstück 54 hat einen radial nach außen gerichteten Ringflansch 67, der zwischen den beiden Axiallagern 65, 66 liegt (13). Das Axiallager 66 ist so angeordnet, dass sein in 13 linker Distanzring 68 am Umfang des Mittelstückes 54 anliegt, während der Käfig 69 auf der Kupplungsscheibe 62 sitzt. Der in 13 rechte Distanzring 70 des Axiallagers 66 liegt an seinem Außendurchmesser in der Bohrung des Gehäuseteils 9 an und hat Spiel zur Kupplungsscheibe 62. Bei einem radialen Versatz zwischen Werkstückachse und Bohrungsachse kann sich die Kupplungsscheibe 62 relativ zum Mittelstück 54 verschieben, wobei die Wälzkörper 71 des Axiallagers 66 auf dem Distanzring 68 rollen.
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Das in 13 linke Axiallager 65 hat die beiden auf dem Umfang des Mittelstückes 54 aufliegenden Distanzringe 72.
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Das Mittelstück 54 wird über den größten Teil seiner Länge vom Gehäuseteil 9 umgeben. Er bildet einen Deckel, der die beiden Axiallager 65, 66 umschließt. Der Gehäuseteil 9 erstreckt sich bis über den festen Teil 56 des Honwerkzeuges. Der Gehäuseteil 9 ist durch wenigstens einen Dichtring 73, der in einer Ringnut 74 am Umfang des festen Honwerkzeugteiles 56 vorgesehen ist, gegenüber diesem Teil 56 abgedichtet.
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Der Gehäuseteil 9 ragt in eine Vertiefung 75 am Umfang des Honwerkzeugteiles 56. Die Vertiefung 75 ist zum Mittelstück 54 offen. Der Boden der Vertiefung 75 und die äußere Mantelfläche 76 des Ringflansches 67 liegen in einer gemeinsamen Zylinderfläche.
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Der Gehäuseteil 9 weist an seinem vom festen Teil 56 abgewandten Ende einen vorstehenden Bund 77 auf, der das Mittelstück 54 umgibt.
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Zwischen dem Gehäuseteil 9 und dem Mittelstück 54 besteht ein Ringspalt 78, durch den der maximal mögliche radiale Versatz zwischen dem Gehäuseteil 9 und dem Mittelstück 54 bestimmt wird. Im Bereich des. Bundes 77 ist das Mittelstück 54 an seiner äußeren Mantelfläche mit einer Ringnut 79 versehen, in der sich ein Dichtring 80 befindet, durch den die Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 9 und dem Mittelstück 54 im Bereich des Ringspaltes 78 erfolgt.
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Der Gehäuseteil 9 liegt mit einer Stirnseite an einem Ring 81 an, der seinerseits an einer radialen Ringfläche 82 anliegt, die die Vertiefung 75 in Axialrichtung begrenzt. Der Ring 81 ist gegen die anliegenden Stirnflächen des Gehäuseteiles 9 und des festen Teils 56 des Honwerkzeuges durch jeweils zwei Dichtringe 83, 84 abgedichtet, die jeweils konzentrisch angeordnet sind.
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Aus 12 ergibt sich die Zuführung des Kühlmittels zu den Sprühdüsen 7. Das Honwerkzeug ist mit einem in den Spannkonus 1 ragenden Kühlmittelanschluss 85 versehen, über den das Kühlmittel vom Bearbeitungszentrum an das Honwerkzeug übergeben wird. Wird das Honwerkzeug in die Spindel bzw. die Werkzeugaufnahme des Bearbeitungszentrums eingespannt, wird über den Kühlmittelanschluss 85 auch die Kühlmittelzufuhr vom Bearbeitungszentrum zu den Sprühdüsen 7 hergestellt. Das Kühlmittel gelangt in radial verlaufende Kühlmittelleitungen 86, von denen weitere Kühlmittelleitungen 87 abzweigen, über die das Kühlmittel den Düsen 7 am freien Ende des Gehäuseteiles 9 zugeführt wird. Die Sprühdüsen 7 liegen in Höhe der Honleisten 3, so dass diese beim Einsatz des Honwerkzeuges zuverlässig besprüht werden. Die Sprühdüsen 7 am Ende der Kühlmittelleitungen 87 verjüngen sich in Richtung auf ihr Eintrittsende, wodurch das Kühlmittel beim Austritt beschleunigt wird und so für eine optimale Kühlung der Honleisten sorgt. Zur Abdichtung der Kühlmittelleitungen 87 dienen jeweils zwei Dichtringe 83, 84 (13), die jeweils konzentrisch angeordnet sind.
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Anstelle der bevorzugten inneren Kühlmittelzuführung ist es auch möglich, das Kühlmittel direkt an die Bearbeitungsstelle zu leiten. Bei einer solchen Ausführungsform wird das Kühlmittel vom Bearbeitungszentrum an die Aufnahme des Honwerkzeuges übergeben und über Schläuche an die Honahle 52 weitergeleitet. In diesem Falle besteht die Möglichkeit, das Kühlmittel in den Innenraum des Honwerkzeuges zu leiten, aus dem es über Bohrungen im Gehäuse austritt. Das Kühlmittel kann bei dieser Variante direkt an die Bearbeitungsstelle gefördert werden. Die Verwendung der Schläuche bedingt allerdings einen etwas höheren konstruktiven Aufwand als die innere Kühlmittelzuführung.
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Die Zustellung der Honleisten 3 und Führungsleisten 5 kann grundsätzlich kraftschlüssig, beispielsweise durch Kühlmedium, oder auch formschlüssig mit Hilfe eines Kugelgewindetriebes erfolgen. Das über den Kühlmittelanschluss 85 in das Honwerkzeug gelangende Kühlmedium kann dazu genutzt werden, im festen Teil 56 des Honwerkzeuges einen Druckkolben 88 (12) zu verschieben. Der Druckkolben 88 wandelt die Rotation von der Planzugeinrichtung in eine Linearbewegung um und umgreift ein Zug/Druckelement 89, das mittig im Honwerkzeug verschiebbar gelagert ist und über weitere Zug/Druckelemente mit der Zustellstange 17 verbunden ist. Sie ist an ihrem dem Mittelstück 54 zugewandten Ende (2) mit einem radial nach außen ragenden Bund 90 versehen, der von einem Zugelement 91 übergriffen wird. Auf diese Weise kann die Zustellstange 17 mit Hilfe des Kühlmediums zur Radialverstellung der Honleisten 3 eingesetzt werden.
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Das Zugelement 91 ist nach Art eines Hohlkolbens ausgebildet, in den ein Ende eines weiteren Zugelementes 92 eingreift, das mit seinem anderen Ende in das Zug/Druckelement 89 (12) geschraubt ist. Das Zugelement 92 hat eine endseitige Verdickung, so dass in Zugrichtung der axiale Formschluss zwischen dem Zugelement 92 und dem hohlkolbenförmigen Zugelement 91 erreicht wird.
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Eine weitere (nicht dargestellte) Möglichkeit besteht darin, das Kühlmedium direkt in die Honahle 52 zu leiten. Dann drückt das Kühlmedium unmittelbar auf die Zustellstange 17, um diese zu verschieben.
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Die Zustellung der Honleisten 3 ist auch über den Planzug der Maschine möglich. Der Planzug ist eine zusätzliche, durch die Maschinenspindel verlaufende Achse. Sie ist als vollwertige Maschinenachse ausgelegt und kann über die Maschinensteuerung programmiert werden. Die zusätzliche Achse wird rotatorisch angetrieben. Das Honwerkzeug ist mit einem Kugelgewindetrieb versehen, der die rotatorische Drehung des Planzuges in die translatorische Bewegung der Spindelmutter umwandelt, wodurch ein Druckstück je nach Drehrichtung der Spindel verschoben wird. Über weitere Übertragungselemente wird die Kraft an die Honahle 52 weitergeleitet. Je nach Drehrichtung der zusätzlichen Achse kann eine Zustellkraft in beiden Richtungen erzeugt werden. Da diese zusätzliche Achse und der Kugelgewindetrieb in die Maschine bzw. das Honwerkzeug integriert sind, entstehen keine Störkonturen im Arbeitsraum. Das Honwerkzeug hat zudem nur geringes Gewicht.
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Da der Planzug an sich bekannt ist, ist er nur kurz erläutert worden.
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Die Messeinrichtung 93 (1) arbeitet pneumatisch. Mit Hilfe der Messeinrichtung 93 wird der Honprozess dann beendet, wenn die Bohrungswandung 32 den gewünschten Durchmesser erreicht hat. Die Messeinrichtung 93 ist hierbei so ausgebildet, dass die Abschaltung des Honprozesses so rasch erfolgt, dass der Unterschied zwischen dem Soll- und dem Istmaß des Bohrungsdurchmessers ein Minimum hat.
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Die Messeinrichtung 93 hat im Ausführungsbeispiel zwei Luftdüsen, aus denen die Luft beim Messvorgang radial austritt. Die Luftdüsen 93 befinden sich am Umfang des Tragkörpers 4.
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Die Messung erfolgt nach dem Luftstaudruckprinzip. Bei diesem Messprinzip kann nicht nur der Durchmesser der zylindrischen Bohrung, sondern auch dessen Form kontrolliert werden, indem der Durchmesser in mehreren Radialebenen der Bohrung gemessen wird. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Luftdüsen 93 vorgesehen, die gleiche axiale Position aufweisen, aber auf dem Umfang um 180° versetzt sind. Grundsätzlich ist auch nur eine Luftdüse 93 möglich. Das Honwerkzeug wird zur Messung in unterschiedlichen Messebenen axial verstellt. Während des Messvorganges steht das Honwerkzeug axial fest und wird lediglich um seine Achse gedreht.
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Da die Messung mit der Druckluft berührungslos erfolgt, wird die Bohrungswandung 32 durch den Messvorgang nicht beschädigt.
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Mit der pneumatisch arbeitenden Messeinrichtung 93 werden sehr hohe Abschaltgenauigkeiten erreicht. So liegt der Unterschied zwischen dem Soll- und dem Istmaß bei einem Wert ≤ 1 μm.
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Das Honwerkzeug kann horizontal, vertikal oder auch unter einem Winkel zur Vertikalen engesetzt werden, ohne dass die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigt wird. Die Führungsleisten 5 stützen das Honwerkzeug innerhalb der zu honenden Bohrung so ab, dass die Achse des Honwerkzeuges halb der zu honenden Bohrung so ab, dass die Achse des Honwerkzeuges mit der Achse der Bohrung zusammenfällt. Durch diese Abstützung kann das Honwerkzeug insbesondere horizontal eingesetzt werden. Die Führungsleisten 5 sorgen dafür, dass die in die Bohrung eintauchende Honahle 52 unter ihrem Gewicht nicht nach unten kippt, sondern in der Horizontalen gehalten wird. Das Honwerkzeug kann vorteilhaft auf einem Bearbeitungszentrum eingesetzt werden, so dass eine Honmaschine eingespart werden kann. Die beschriebene konstruktive Auslegung des Honwerkzeuges gewährleistet, dass äußere Normalkräfte, wie die Reibung im Kardangelenk 53, keinen Einfluss auf das Honergebnis haben, da diese Kräfte von den Führungsleisten 5 aufgenommen werden. Mit dem Honwerkzeug ist es bei einem horizontalen Honvorgang auf einem Bearbeitungszentrum in vorteilhafter Weise möglich, thermische Spritzschichten einwandfrei zu honen.
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Das beschriebene Honwerkzeug kann auch in die Spindel anderer Maschinen eingespannt werden. Der Honvorgang erfolgt in bekannter Weise, indem einem Axialvorschub eine Drehbewegung überlagert wird.
