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Die Erfindung betrifft eine Honmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Mit dieser Honmaschine können dünnwandige Rohre sowohl innen als auch außen gleichzeitig oder nacheinander bearbeitet werden. Es können jedoch auf dieser Maschine auch herkömmliche Teile wie Kolbenstangen nur außen gehont werden und lange Rohre nur innen gehont werden können.
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Wenn die zu bearbeitenden Rohre an ihren Innen- und Außenflächen zu honen sind, so ist eine gleichzeitige Bearbeitung der Innen- und Außenflächen von großem Vorteil. Eine solche Bearbeitung kann mit der erfindungsgemäßen Honmaschine sowohl in der Vertikalen als auch in der Horizontalen erfolgen.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 28 56 623 C2 ist eine horizontale Honmaschine zum Außenhonen von Wellen bekannt. Die Welle wird in einer Spindeleinheit mit Drehantrieb und einem Reitstock eingespannt. Während der Bearbeitung führt die Welle eine Drehbewegung aus. Das Werkzeug verfährt in Längsrichtung und stellt die Honleisten radial zu. Der Langhubbewegung des Honwerkzeuges ist noch eine ebenfalls koaxial gerichtete Oszillationsbewegung der Honsteine überlagert, so dass sich ein wellenförmiger Verlauf der Honschnittspuren einstellt. Dadurch soll die Zerspanungsleistung wesentlich erhöht werden. Diese Honmaschine ist ausschließlich für das Außenhonen von Kolbenstangen ausgelegt und erlaubt kein Umrüsten auf eine Innenbearbeitung.
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Das Deutsche Gebrauchsmuster
DE 88 14 248 U1 beschreibt ebenfalls eine Außenbearbeitung von zylindrischen Lagerzapfen, bei der jedoch die gesamte Kinematik (Hub-, Dreh- und zentrale Zustellbewegung) vom Honwerkzeug ausgeführt werden. Das Werkstück selber befindet sich dabei in Ruhe.
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Aus der
DE 3842046 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Außenhonen zylindrischer Werkstücke bekannt; das Innenhonen ist mit dieser Vorrichtung nicht möglich. In „Honen - Grundlagen und Anwendungen“, Gerhard Flores, Vulkan-Verlag Essen 1992, ISBN 3-8027-2904-8 auf Seite 119 ist ein Außenhonprozess auf einer vertikalen Honmaschine beschrieben. Es ist eine konventionelle Honmaschine dargestellt, mit der sowohl innen als auch außen gehont werden kann. Dies ist jedoch nicht gleichzeitig möglich, sondern erst nach erfolgtem Umrüsten kann der zweite Bearbeitungsschritt erfolgen. Das Außenhonwerkzeug ist fest auf dem Maschinentisch aufgebaut, das Werkstück ist doppelgelenkig gelagert. Die Honleisten können hydraulisch oder mechanisch zugestellt werden.
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Aus der
EP 0 123 956 A2 ist eine Rundschleifmaschine zum Außen- und Innenschleifen bekannt bei der das Werkstück in einem Backenfutter gespannt wird.
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Aus der
DE 38 17 161 As ist eine Rundschleifmaschine zum Außen- und Innenschleifen bekannt bei der das Werkstück zwischen den Spitzen gespannt wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Honmaschine bereitzustellen, auf der sowohl gleichzeitig als auch nacheinander eine Innen- oder Außenbearbeitung eines Werkstückes vorgenommen werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Honmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst
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Bei der erfindungsgemäßen Honmaschine muss die Spindeleinheit nur eine oszillierende Bewegung in Richtung der Längsachse der zu bearbeitenden Bohrung ausführen. Die zum Honen erforderliche Drehbewegung wird über einen Drehantrieb der Spanneinheit erzeugt. In der Spanneinheit ist das zu bearbeitende Werkstück eingespannt. Durch diese Konfiguration der Honmaschine besteht die Möglichkeit sowohl Innenhonen als auch Außenhonen auf dieser Honmaschine durchzuführen.
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Durch die relativ zu dem Werkstück in axialer Richtung verschiebbare Außenhoneinrichtung, ist es möglich, ein Werkstück außen zu honen, ohne, dass die Außenhoneinrichtung eine Drehbewegung ausführt. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die erfindungsgemäße Honmaschine eine drehantreibbare Spanneinheit aufweist. Das Außenhonen arbeitet mit der Rotation des Werkstückes, angetrieben durch die Spindel der Spanneinheit. Der Drehantrieb der Spanneinheit kann sowohl beim Innenhonen als auch beim Außenhonen eingesetzt werden.
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Die Außenhoneinrichtung ist vorteilhafterweise auf einem Schlitten angeordnet, der eine oszillierende Bewegung parallel zur Längsachse des zu bearbeitenden Werkstücks ausführt.
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Die Hub- und die Zustellbewegung werden vom Werkzeug ausgeführt. Dieser Schlitten kann zum Beispiel durch einen Zahnstangenantrieb in axialer Richtung des Werkstücks bewegt werden. Selbstverständlich können auch andere Linearantriebe eingesetzt werden.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Konzeption der Honmaschine ist es möglich, dass ein Werkstück durch Innenhonen bearbeitet wird und gleichzeitig durch Außenhonen bearbeitet wird. Gleichzeitig ist es aber auch möglich, entweder ein Werkstück nur durch Innenhonen oder nur durch Außenhonen zu bearbeiten. Die erfindungsgemäße Honmaschine bietet also eine aus dem Stand der Technik nicht bekannte Flexibilität hinsichtlich der Bearbeitungsweisen und der zu bearbeitenden Werkstücke.
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Die Flexibilität der erfindungsgemäßen Honmaschine wird dadurch noch weiter erhöht, dass der Drehantrieb der Spanneinheit arretierbar ist. Dann nämlich ist ein herkömmliches Innenhonen möglich, bei dem das Werkstück fest aufgespannt ist und die Honahle auch eine Drehbewegung ausführt. Dazu ist es erforderlich, dass die Spindeleinheit einen Drehantrieb aufweist, wobei dieser Drehantrieb vorteilhafterweise arretierbar ist. Diese Arretierung kann vorteilhaft sein, wenn ein Werkstück gleichzeitig durch Außenhonen und Innenhonen bearbeitet wird.
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Dann nämlich sollen die Honleisten der Honahle und der Außenhonvorrichtung einander gegenüberliegend angeordnet sein, so dass die beim Honen auftretenden Druckkräfte direkt durch das rohrförmige Werkstück hindurch von einer Honleiste auf die andere übertragen werden. Infolgedessen kommt es nicht zu elastischen Verformungen des zu bearbeitenden Werkstücks. Daraus resultiert eine höhere Bearbeitungsleistung bei gleichzeitig verbesserter Qualität des zu bearbeitenden Werkstücks.
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Allerdings kann es auch von Vorteil sein, wenn die Spindeleinheit und mit ihr die Honahle eine gegenläufige Drehbewegung zu der Rotationsspanneinheit ausführt. Dadurch kann ein erhöhter Materialabtrag auf der Innenseite des Rohres realisiert werden. Allerdings wird dadurch auch der Honwinkel flacher.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn die Spindeleinheit eine Zustelleinrichtung für die Honahle aufweist.
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Außerdem ist die Honahle gelenkig und bevorzugt kardanisch gelagert mit einer Spindel der Spindeleinheit verbunden. Dadurch ist es möglich, dass sich die Honleisten der Honahle über ihre gesamte Länge bestmöglich an die zu bearbeitende Bohrung anlegen. In entsprechender Weise ist es vorteilhaft, wenn die Außenhoneinrichtung kardanisch an dem Schlitten gelagert ist. Dadurch wird ein ähnlicher Effekt erzielt, nämlich, dass sich die Honleisten der Außenhoneinrichtung über ihre gesamte Länge bestmöglich an die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks anlegen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Außenhoneinrichtung mit der Spindeleinheit in axialer Richtung koppelbar, um Geschwindigkeitsabweichungen vom Innenhonwerkzeug zum Außenhonwerkzeug zu vermeiden. Dies bedeutet, dass die oszillierende Hubbewegung der Honahle und der Außenhoneinrichtung synchron erfolgen. Dadurch ergeben sich gleiche Honwinkel beim Innen- wie beim Außenhonen. Außerdem ist sichergestellt, dass die Honleisten der Honahle und der Außenhoneinrichtung während der Honbearbeitung ihre Position zumindest in axialer Richtung relativ zueinander nicht ändern.
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Die Koppel ist in ihrer Länge einstellbar, so dass die äußere und innere Honleiste die gleiche axiale Lage einnehmen und sich gegenseitig abstützen können. Hierbei muss dann der eigene Axialantrieb des Außenhonwerkzeuges abgeschaltet werden oder beide Axialantriebe von der Steuerung in geeigneter Weise synchron angesteuert werden.
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Wenn die Honleisten einander gegenüberliegend angeordnet sind, werden dadurch elastische Verformungen des Werkstücks bei der Bearbeitung wirkungsvoll verhindert. Dadurch können besonders dünnwandige Rohre mit hoher Abtragleistung bei gleichzeitig optimaler Präzision gehont werden. Insbesondere bei der Bearbeitung dünnwandiger Rohre ist es daher vorteilhaft, wenn die Honleisten der Honahle und der Außenhoneinrichtung die gleiche Position relativ zu dem Werkstück haben. Außerdem ist es wünschenswert und vorteilhaft, wenn die Honleisten der Honahle und die Honleisten der Außenhoneinrichtung die gleiche Zahl und Länge aufweisen.
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Bei manchen Anwendungen, insbesondere beim Außenhonen, ist es von Vorteil, wenn die Spanneinheit einen Reitstock umfasst.
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Es kann auch eine Außenhoneinrichtung mit mehreren Honleisten, wobei jede Honleiste in radialer Richtung zustellbar ist, bereitgestellt werden, wobei eine Zustelleinrichtung für die Honleisten mindestens einen Linearantrieb für jede Honleiste und einen gemeinsamen Antriebsmotor für alle Linearantriebe umfasst. Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Außenhoneinrichtung wird sichergestellt, dass alle Linearantriebe gleichmäßig zugestellt werden.
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Außerdem werden der Bauaufwand und die Masse reduziert, da nur ein Antriebsmotor erforderlich ist. Infolgedessen muss auch nur ein Antriebsmotor angesteuert werden.
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Die erfindungsgemäße Zustelleinrichtung, die zusammen mit der Außenhoneinrichtung eine oszillierende Hubbewegung während der Honbearbeitung durchführt, ist mechanisch sehr robust und lässt sich auch steuerungstechnisch gut beherrschen.
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Als Linearantiebe sind verschiedenste Bauformen möglich. Der Linearantrieb kann als Zahnstangenantrieb oder als Kugelrollspindel ausgebildet sein.
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Um ein Verkippen der Honleisten zu verhindern, ist es besonders vorteilhaft, wenn jede Honleiste über beispielsweise zwei Zahnstangen in radialer Richtung zugestellt wird. Dann nämlich ist sichergestellt, dass die Anpresskraft zwischen Honleiste und Werkstück über die gesamte Länge der Honleiste konstant ist, unabhängig vom Verschleiß der Honleiste.
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Um die erforderlichen Anpresskräfte aufzubringen, ist es in vielen Fällen vorteilhaft, der Zustelleinrichtung ein Untersetzungsgetriebe, bevorzugt ein Umlaufrädergetriebe, und/oder ein Winkelgetriebe vorzuschalten. Ein exzentrisches Umlaufrädergetriebe ist besonders vorteilhaft, weil es die Zustellbewegung des Antriebsmotors in kleinste radiale Zustellbewegungen untersetzt und durch seine Selbsthemmung die zugestellten Honleisten in der radialen Position hält.
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Dies bedeutet, dass der Antriebsmotor stromlos geschaltet werden kann, sobald die Zustellbewegung abgeschlossen ist. Durch ein großes Untersetzungsverhältnis der Getriebe wird das vom gemeinsamen Antriebsmotor aufzubringende Drehmoment zur Durchführung einer Zustellbewegung reduziert. Infolgedessen können die Masse und das Bauvolumen des Antriebsmotors reduziert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Antriebsmotor die oszillierende Hubbewegung der Außenhoneinrichtung mitmacht.
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Eine besonders vorteilhafte Kopplung des gemeinsamen Antriebsmotors mit den Zustelleinrichtungen der Honleisten stellt ein Zahnriemen dar. Es versteht sich von selbst, dass der Antriebsmotor ein entsprechend geformtes Ritzel hat und die Zustelleinrichtungen ebenfalls Ritzel aufweisen. Der Zahnriemen kann gleichzeitig als Überlastungsschutz für die Zustelleinrichtungen dienen.
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Die Honleisten sind zum Ausgleich etwaiger Lagefehler der zu bearbeitenden Werkstückfläche in einem gemeinsamen Rahmen kardanisch aufgenommen. Das Werkstück ist in der Spindel der Spanneinheit fest eingespannt und kann am freien Ende im Zentrum mit einer Spitze eine Reitstocks gelagert werden.
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Es können sowohl Diamant, cBN oder auch konventionelle Schneidstoffe wie Siliziumkarbid oder Korund eingesetzt werden.
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Um eine besonders vorteilhafte kardanische Aufhängung der Außenhoneinrichtung zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die Außenhoneinrichtung zwei voneinander beabstandete Strukturen aufweist, die fest miteinander verbunden sind, und dass die Honleisten, die Linearantriebe und die Untersetzungsgetriebe zwischen den beiden Strukturen angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine sehr leichte und trotzdem hochfeste Struktur der Außenhoneinrichtung. Die Führung der Honleisten zwischen diesen Strukturen ist gewährleistet und außerdem ist es möglich, zwischen diesen Strukturen einen Ring anzuordnen, an dem die Strukturen drehbar gelagert sind. Diese erste Lagerung zwischen Ring und den Strukturen ist eine erste Drehachse der erfindungsgemäßen kardanischen Aufhängung. Vorteilhafterweise ist der Ring wiederum drehbar an dem Schlitten der Honmaschine gelagert, wobei die Drehachsen beider Lagerungen orthogonal zueinander verlaufen. Damit ist eine sehr leistungsfähige und präzise kardanische Aufhängung der Außenhoneinrichtung gewährleistet.
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Die erfindungsgemäße kardanische Aufhängung vermeidet auf die Außenhoneinrichtung wirkende Kippmomente, weil die kardanische Aufhängung - in axialer Richtung gesehen - zwischen den Strukturen der Außenhoneinrichtung angeordnet ist und dort auch die Honleisten angeordnet sind. Dadurch wird die Bearbeitungspräzision weiter erhöht.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1: das gleichzeitige Außenhonen und Innenhonen mit einer erfindungsgemäßen Honmaschine.
- 2: eine erfindungsgemäße Außenhoneinrichtung in einer Isometrie,
- 3: den Antrieb der erfindungsgemäßen Außenhoneinrichtung und
- 4: eine erfindungsgemäße Honmaschine beim Außenhonen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Honmaschine zum gleichzeitigen Außenhonen und Innenhonen schematisch dargestellt. Die Honmaschine 1 umfasst ein Maschinenbett 3. Auf diesem Maschinenbett 3 ist eine Spanneinheit 5 für das zu bearbeitende Werkstück 7, hier ein dünnwandiges Rohr, aufgesetzt. Die Spanneinheit 5 ist in axialer Richtung nicht verschiebbar, sondern mit dem Maschinenbett 3 verschraubt. Sie kann jedoch auch in axialer Richtung verschiebbar sein und wird dann über einen Linearantrieb (nicht dargestellt in 1) in axialer Richtung bewegt. Dann ist es möglich, dass die Spanneinheit 5 während der Honbearbeitung eine oszillierende Bewegung in axialer Richtung ausführt.
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Die Spanneinheit 5 umfasst einen Antriebsmotor 9, der ein Spannmittel 11 antreiben kann, in welchem das Werkstück 7 eingespannt ist. Wenn der Antriebsmotor 9 aktiviert wird, dreht sich das Spannmittel 11 und mit ihm das Werkstück 7. Antriebsmotor 9 und Spannmittel 11 bilden einen Drehantrieb. Es ist allerdings auch möglich, das Spannmittel 11 zu arretieren, so dass das Werkstück 7 keine Drehbewegung ausführen kann.
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An dem anderen Ende des Maschinenbetts 3 ist eine Spindeleinheit 13 vorgesehen, die ebenfalls einen Antriebsmotor 15 aufweist. Der Antriebsmotor 15 dient dazu, eine Spindel 17 der Spindeleinheit 13 bei Bedarf in Drehung zu versetzen. An der Spindel 17 ist eine Honahle zum Innenhonen befestigt. Die Honahle ist in an sich bekannter Weise kardanisch mit der Spindel 17 verbunden, so dass sich die Honleisten 21 der Honahle bestmöglich an die Innenwandung des Werkstücks 7 anlegen können.
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Die Honahle umfasst eine Zustelleinrichtung, die im Wesentlichen eine Zustellstange 23 und damit verbunden zwei Zustellkonusse 25 umfasst. Wenn die Zustellstange 23 in axialer Richtung relativ zu der Honahle verschoben werden, dann bewirken die Zustellkonusse 25 eine radiale Zustellbewegung der Honleisten 21. Die Zustellstange 23 der Honahle wird über die Spindeleinheit 13 betätigt.
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Die Spindeleinheit 13 ist in axialer Richtung, das heißt in Richtung der Längsachse des Werkstücks 7, auf dem Maschinenbett 3 bewegbar. Dadurch ist es möglich, dass die Honahle eine oszillierende Bewegung im Inneren des zu bearbeitenden Werkstücks 7 ausführt. Die oszillierende Hubbewegung der Spindeleinheit 13 ist durch einen Doppelpfeil 29 in 1 angedeutet.
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Ebenso kann die Spindeleinheit 13 für den Spindelantrieb ein mehrstufiges, handgeschaltetes mechanisches Getriebe zur Voreinstellung der Drehzahl aufweisen. Die Servofunktion des Antriebmotors dient zur Feineinstellung der Drehzahl.
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In die Spindeleinheit 13 ist eine elektromechanische Zustelleinrichtung (nicht dargestellt) integriert, welche die Zustellung des Innenhonwerkzeugs ausführt. Die Zustelleinrichtung führt eine gesteuerte Drehbewegung aus, die eine Relativdrehung zur Drehbewegung der Spindel 17 bewirkt. Diese Relativdrehung wird zum Zustellen des Innenhonwerkzeugs benutzt.
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Die Spindel 17 ist in der Spindeleinheit 13 arretierbar. Dies ist dann vorteilhaft, wenn das Werkstück 7 gleichzeitig durch Außenhonen und Innenhonen bearbeitet werden soll.
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Wenn mit der erfindungsgemäßen Honmaschine 1 gehont werden soll, dann gibt es mehrere Optionen. Die erste Option sieht vor, dass das Werkstück 7 über die Spanneinheit 5 in Drehung versetzt wird. Dann macht die Honahle in aller Regel nur eine oszillierende Bewegung und dreht sich nicht.
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Alternativ ist es natürlich auch möglich, dass das Spannmittel 11 der Spanneinheit 5 arretiert wird und die Honahle sowohl eine Drehbewegung als auch eine oszillierende Hubbewegung ausführt, wie es beim herkömmlichen Innenhonen Standard ist.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, dass sowohl das Werkstück 7 als auch die Honahle eine Drehbewegung ausführen.
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Erfindungsgemäß ist noch eine Außenhoneinrichtung 31 vorgesehen, die auf einem Schlitten 33 montiert ist. Der Schlitten 33 ist ebenfalls in axialer Richtung des Werkstücks 7 auf dem Maschinenbett 3 verschiebbar. Die oszillierende Hubbewegung des Schlittens 33 ist durch einen Doppelpfeil 29 in 1 angedeutet.
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Die Außenhoneinrichtung 31 umfasst mehrere Honleisten 37, die an der Außenfläche des Werkstücks 7 anliegen. Die Honleisten 37 sind radial nach innen zustellbar. Die Zustellbewegungen der Honleisten 21 und 37 sind übrigens durch Pfeile (ohne Bezugszeichen) angedeutet.
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Die (Rotations-)Spanneinheit 5 versetzt das eingespannte Werkstück so in Drehung, dass sich im Zusammenwirken mit den oszillierenden Hubbewegungen des Innenhonwerkzeugs und der Außenhoneinrichtung 31 innen und außen am Werkstück 7 die gewünschten Honwinkel einstellen.
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Die Spindeleinheit 13 nimmt das Innenhonwerkzeug, nachfolgend auch als Honahle bezeichnet, in einer gelenkigen Verbindung zwischen Spindel 17 und Honahle auf, so dass sich die Honahle mit ihren Honleisten 21 zur Innenfläche des Werkstücks 7 ausrichten kann.
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Es ist darauf zu achten, dass die Längen der Honleisten 21, 37 von Innen- und Außenhonwerkzeug möglichst gleich sind, so dass bei gleicher axialer Position der Werkzeuge das Werkstück 7 außen und innen jeweils vollständig abgestützt ist und somit keine laterale Formabweichung entstehen kann.
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Sind ausschließlich fertig gehonte Oberfläche innen und außen gefordert, so kann nach der Honbearbeitung und dem Herausfahren von Innen- und Außenhonwerkzeug, durch eine nicht näher dargestellte Bearbeitungseinheit mit einem Drehstahl das Einspannende, welches sich in der (Rotations-)Spanneinheit 5 befindet abgedreht werden. Hierbei ist jedoch die Aufnahme/das Auffangen des Werkstücks 7 durch Tragegurte (nicht dargestellt) nach dem Trennen vorzusehen, damit das Werkstück 7 nach dem Abstechen nicht herunterfällt und dadurch beschädigt wird.
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Wenn das Werkstück 7 mit dem Einspannende in die Rotationsspanneinheit 5 hineinragt (siehe 1), sind diese Spannflächen als Absätze von der Vorbearbeitung entsprechend vorzubereiten. Damit können die Honleisten 37 über die Bohrungskante überfahren.
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Beim erfindungsgemäßen Innen- und Außenhonen ist es besonders vorteilhaft, dass Innen- und Außenbearbeitung gleichzeitig erfolgen und selbst ein dünnwandiges Rohr durch z. B. Bearbeitungskräfte eines Innenhonwerkzeugs nicht verformt wird. Das gleichzeitige Anlegen der Honleisten 21, 37 beider Werkzeuge stabilisiert das Werkstück 7 in seiner Ausgangslage und die Bearbeitungsqualität ist unabhängig von der Wandstärke des Werkstücks 7.
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In der 1 wird ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Honmaschine 1 sehr deutlich: Die in der Schnittebene angeordneten Honleisten 21 zum Innenhonen und die ebenfalls in der Schnittebene angeordneten Honleisten 37 der Außenhoneinrichtung 31 liegen einander direkt gegenüber. Dazwischen liegt die Wandung des rohrförmigen Werkstücks 7.
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Dies bedeutet, dass die Zustellkräfte der Honleisten 21 und 37 von der jeweils gegenüberliegenden Honleiste abgestützt werden, so dass eine elastische Verformung des Werkstücks 7 nicht stattfindet. Dies ermöglicht nicht nur die Bearbeitung sehr dünnwandiger Werkstücke 7, sondern erlaubt gleichzeitig eine höhere Abtragleistung, was die Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung mit einer erfindungsgemäßen Honmaschine 1 deutlich erhöht.
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Selbstverständlich weist die Honahle und die Außenhoneinrichtung 31 nicht nur jeweils zwei Honleisten 21 beziehungsweise 37 auf. In vielen Anwendungen sind vier, sechs oder mehr Honleisten 21 und 37 gleichmäßig über den Umfang verteilt, wobei diese Honleisten 21 und 37 aus den zuvor erwähnten Gründen bevorzugt direkt gegenüberliegend angeordnet sind.
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Da sowohl die Außenhoneinrichtung 31 als auch die Honahle eine oszillierende Bewegung in Richtung der Längsachse des Werkstücks 7 ausführen, ist sicherzustellen, dass die Honleisten 21 und 37 nicht nur in Umfangsrichtung einander gegenüberliegend angeordnet sind, sondern während der Bearbeitung des Werkstücks 7 auch stets die gleiche axiale Position einnehmen. Dies kann entweder dadurch erfolgen, dass die Steuerung der Spindeleinheit 13 und des Schlittens 33 synchron abläuft. Moderne Maschinensteuerungen erlauben dies in aller Regel. Häufig werden die Spindeleinheit 13, der Schlitten 33 und die Spanneinheit 5 die gleiche an dem Maschinenbett 3 angeordnete Zahnstange (nicht dargestellt) benutzen.
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Eine noch einfachere und sehr zuverlässige Methode der Kopplung von axialer Position von Spindeleinheit 13 und Schlitten 33 besteht darin, eine Koppelstange 39 zwischen der Spindeleinheit 13 und dem Schlitten 33 anzuordnen. Diese Koppelstange 39 stellt sicher, dass die Honleisten 21 und 37 stets die gleiche axiale Position haben. In diesem Fall kann beispielsweise der Antrieb des Schlittens 33 deaktiviert werden, so dass die oszillierende Hubbewegung sowohl der Außenhoneinrichtung 31 als auch der Honahle ausschließlich von der Spindeleinheit 13 vorgenommen wird.
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Es ist auch möglich, um eine höhere Oszillationsfrequenz zu erreichen, sowohl die Antriebe der Spindeleinheit 13 und des Schlittens 33 in axialer Richtung anzusteuern und gewissermaßen als zusätzliche Sicherheit beziehungsweise zum Ausgleich kurzfristiger Beschleunigungsunterschiede die Koppelstange 39 einzusetzen. In diesem Fall könnte die Koppelstange 39 kleiner dimensioniert werden, da sie nur geringe „Differenz“-Kräfte zwischen Spindeleinheit 13 und Schlitten 33 übertragen muss. Außerdem wird der axiale Antrieb der Spindeleinheit 13 entlastet.
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Wie bereits erwähnt, ist es möglich, sowohl die Spindel 17 als auch das Spannmittel 11 entweder anzutreiben oder zu arretieren. Dadurch bietet die erfindungsgemäße Honmaschine 1 eine Vielzahl von möglichen Betriebsmodi, die weiter unten noch in Tabellenform zusammengestellt werden.
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2 zeigt die Außenhoneinrichtung 31 mit ihrer kardanischen Aufhängung ohne den gemeinsamen Antrieb.
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In 2 sind zwei Honleistenhalter 41 dargestellt, in die nicht dargestellten Honleisten 37 eingesetzt werden können. Außerdem sind zwei Gleitsteinhalter 90 dargestellt.
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Insgesamt ist die dargestellte Außenhoneinrichtung 31 so. ausgebildet, dass vier Honleisten 37 (siehe 1) aufgenommen und jeweils radial nach innen zugestellt werden können. Entsprechend werden acht Honleisten 37 eingesetzt, wenn die Außenhoneinrichtung 31 vier Honleistenhalter 41 aufweist.
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Die radiale Zustellung erfolgt über jeweils zwei Zahnstangen 43. Dadurch, dass die Honleisten beziehungsweise die Honleistenhalter 41 an ihrem vorderen beziehungsweise hinteren Ende von jeweils einer Zahnstange 43 mit der Zustellkraft beaufschlagt werden, verkippen die Honleisten nicht und es wird ein gleichmäßiger Abtrag der Honleisten 37 über deren gesamte Lebensdauer erreicht. Dies führt zu einem verbesserten Bearbeitungsergebnis und einer erhöhten Abtragleistung.
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Die Ritzel, welche die Zahnstangen 43 antreiben, sind in der 2 nicht sichtbar. Sie sind jedoch auf einer Drehachse gelagert, die wiederum von einem Untersetzungsgetriebe 45 angetrieben wird. Das Untersetzungsgetriebe 45 ist bevorzugt ein Umlaufrädergetriebe eine harmonic-drive-Getriebe oder ein anderes Untersetzungsgetriebe. Die erstgenannten Getriebe zeichnen sich dadurch aus, dass sie ein großes Untersetzungsverhältnis ermöglichen, selbsthemmend sind und geringe Antriebsmomente benötigen, um die erforderliche Zustellkraft über die nicht dargestellten Ritzel auf die Zahnstangen 43 und damit auf die Honleistenhalter 41 beziehungsweise die Honleisten 37 übertragen können.
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In der 2 sind die Eingangswellen 47 der Untersetzungsgetriebe 45 dargestellt. Diese Eingangswellen 47 weisen eine Nut 49 auf, die ähnlich dem Schlitz einer Schraube, zur Übertragung des erforderlichen Eingangsdrehmoments dienen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gleiche Bauteile der verschiedenen Linearantriebe nicht immer mit den Bezugszeichen versehen.
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Die Linearantriebe sind zwischen zwei beispielsweise aus Stahlblech gefertigten parallel zueinander angeordneten Strukturen 51 angeordnet. In 2 ist eine erste Drehachse 53 vertikal angeordnet. Die Strukturen 51 und mit ihr die Linearantriebe der Außenhoneinrichtung 31 sind drehbar um eine erste Drehachse 53 in einem Ring 55 gelagert. Die Lagerung ist in der 2 nicht im Detail dargestellt. Sie erfolgt vorteilhafterweise über Zapfen und entsprechende Lagerbuchsen.
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Der Ring 55 ist zwischen den Strukturen 51 und den Paaren von Zahnstangen 43 angeordnet. An dem Ring 55 sind zwei Lagerzapfen 57 angeordnet, die eine zweite Drehachse 59 definieren. Die erste Drehachse 53 und die zweite Drehachse 59 bilden die kardanische Aufhängung der Außenhoneinrichtung 31.
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Weil die Drehachsen 53 und 59 in einer Ebene liegen und diese Ebene in der Mitte der Honleisten beziehungsweise der Honleistenhaltern 41 verläuft, ergibt sich eine ideale Kraftverteilung der Honleisten beziehungsweise eine optimale Anlage der Honleisten an dem zu bearbeitenden Werkstück.
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In 3 ist ein weiterer Teil der erfindungsgemäßen Außenhoneinrichtung 31 dargestellt. Man erkennt die zweite Drehachse 59 und die zugehörigen Lagerbuchsen 61, die zur Aufnahme der Lagerzapfen 57 des Rings 55 dienen (siehe 2) .
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In 3 ist ein Träger 63 dargestellt, der an dem Schlitten 33 (siehe 1) angeordnet/befestigt wird. Die zugehörigen Befestigungsschrauben 65 sind in 3 angedeutet. Der Träger 63 umfasst neben einer Grundplatte 67 einen Rahmen 69.
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An dem Rahmen 69 sind zwei Ausleger 71 angeschraubt, an denen die Lagerbuchsen 61 angeordnet sind. An dem Rahmen 69 sind vier Zahnriemenscheiben 73 angeordnet, die über einen Zahnriemen 75 und einen Antriebsmotor 77 antreibbar sind.
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Wenn der Antriebsmotor 77 aktiviert wird, drehen sich die Zahnriemenscheiben 73 und mit ihnen jeweils eine Antriebswelle 79, von der in 3 nur eine sichtbar ist. An ihrem in 3 hinteren Ende haben die Antriebswellen 79 einen Zweiflach 81, der in die Nuten 49 der Eingangswellen 47 eingreift.
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Der Übergang der Antriebsbewegung von dem festen Rahmen 69 zu der kardanisch gelagerten Außenhoneinrichtung 31 erfolgt über Kugelprofile mit Querstiften an den Antriebszapfen, so dass eine angulare Auslenkung möglich ist, aber trotzdem eine Drehmomentübertragung zur Zustellung der Honleisten 37 möglich ist.
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Alternativ können die Antriebswellen 79 ähnlich wie eine herkömmliche Kardanwelle ausgebildet sein. Sie ermöglichen in jedem Fall einen Längenausgleich zwischen dem Rahmen 69 beziehungsweise dem Träger 63, der ja fest mit dem Schlitten 33 verbunden ist, und den Strukturen 51 beziehungsweise den Eingangswellen 47 der insgesamt vier Linearantriebe.
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Es versteht sich von selbst, dass die geometrischen Orte, an denen die Zahnriemenscheiben 73 beziehungsweise die Antriebswelle 79 an dem Rahmen 69 befestigt sind, so gewählt werden, dass die Antriebswellen direkt auf die Eingangswellen 47 der Untersetzungsgetriebe 45 gerichtet sind.
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In 4 ist ein weiterer Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Honmaschine 1, das Außenhonen, dargestellt. Bei dieser Anwendung ist keine Honahle vorgesehen, sondern das Werkstück 7 ist mit entsprechenden Spannmitteln 87, 89 in der Spindel 17 der Spindeleinheit 13 gelagert und angetrieben. Damit das entgegengesetzte Ende des Werkstücks 7 radial nicht ausweichen kann, ist es an einer umlaufenden oder feststehenden Spitze eines Reitstocks 85 aufgenommen. Die Aufnahmevorrichtungen für das Werkstück 7 bestehen aus im Wesentlichen zwei Vorsetzplatten 87 mit einem Einpass, die das Werkstück 7 an seinem Innendurchmesser zentrieren, einer Zentrierbohrung für die feste Spitze des Reitstocks 85 und einem Zapfen 89, der in die Spindel 17 der Spindeleinheit 13 eingespannt ist.
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Weil die Vorsetzplatten 87 im Durchmesser etwas kleiner sind als der Außendurchmesser des Werkstücks 7, können die Honleisten 37 während der Bearbeitung über das Ende des Werkstücks 7 hinauslaufen, so dass eine zylindrische Geometrie über die gesamte Länge des zu bearbeitenden Werkstücks 7 sicher und präzise erreicht wird. Die zum Außenhonen erforderliche Drehbewegung wird von der Spindel 17 auf das Werkstück 7 übertragen.
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Bei dieser Anwendung sind die Spindeleinheit 13 und der Reitstock 85 in axialer Richtung nicht verschiebbar. Die oszillierende Hubbewegung während des Außenhonens wird von dem Schlitten 33 der Außenhoneinrichtung 31 ausgeführt.
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Der oder die Linearantriebe für Spindeleinheit 13, Schlitten 33 und /oder Spanneinheit 5 können z. B. als Kettenantrieb, Zahnstangenantrieb, einem Hydraulikzylinder oder einer Kugelrollspindel ausgeführt sein.
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Beim Außenhonen wird mit einer kardanisch gelagerten Antriebswelle für die Werkstückdrehung gearbeitet. Eine ausreichende kinematische Bestimmung erfährt das System durch das kardanisch gelagerte Außenhonwerkzeug und die Aufnahme des Werkstückes in der Spitze bzw. in der Rotationsspanneinrichtung.
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Die erfindungsgemäße Honmaschine 1 kann auf verschiedene weisen betrieben werden.
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Im (Betriebs-)Modus 1 werden Spindeleinheit 13 und Außenhoneinrichtung 31 mit gleicher Hubgeschwindigkeit ausschließlich axial bewegt. Die Drehbewegung des Werkstückes 7 wird von der axial fest angeordneten Rotationsspanneinheit 5 erzeugt.
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Im Modus 2 sind Spindeleinheit 13 und Außenhoneinrichtung 31 ortsfest, jedoch im definierten Abstand für eine gleiche Axialposition der Honleisten 21, 37 angeordnet. Die Rotationsspanneinheit 5 übernimmt dann die Hub- und Drehbewegung des Werkstückes 7, indem sie in axialer Richtung eine oszillierende Bewegung ausführt. Dabei kann sie die gleiche am Maschinenbett montierte Zahnstange nutzen wie der Schlitten 33 und die Spindeleinheit 13.
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Zeitgleiches Innen- und Außenhonen
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Spindeleinheit |
Außenhonwerkzeug |
Rotationsspanneinheit |
| Modus 1 |
Axial: beweglich Rotatorisch: fest |
Axial: Beweglich Rotatorisch: fest |
Axial: Fest Rotatorisch: Beweglich |
| Modus 2 |
Axial: Fest Rotatorisch: fest |
Axial: Fest Rotatorisch: fest |
Axial: Beweglich Rotatorisch: Beweglich |
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Nur Außenhonen
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| |
Spindeleinheit |
Außenhonwerkzeug |
Rotationsspanneinhei t |
| Modus 3 |
Axial: fest Rotatorisch: beweglich |
Axial: Beweglich Rotatorisch: fest |
Axial: Fest Rotatorisch: Fest |
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Nur Innenhonen
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| |
Spindeleinheit |
Außenhonwerkzeug |
Rotationsspanneinheit |
| Modus 4 ' |
Axial: beweglich Rotatorisch: beweglich |
- - |
Axial: Fest Rotatorisch: Fest |
