DE102012216360A1 - Honing system for honing of machining center, particularly machine tool for automated operation for complete machining of components, has tool head that has drive unit for actuating adjustment mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Honsystem, insbesondere zum Honen auf einem Bearbeitungszentrum, mit einem eine Schnittstelle zum lösbaren Fixieren an einer rotierend antreibbaren Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine aufweisenden, um eine Drehachse drehbaren Werkzeugkopf und einem daran ankoppelbaren Honwerkzeug, dessen Honleisten über einen werkzeugseitigen Verstellmechanismus quer zur Drehachse verstellbar sind. Die Erfindung betrifft weiter ein Bearbeitungszentrum mit einem solchen Honsystem.The invention relates to a honing system, in particular for honing on a machining center, with a tool head having an interface for detachable fixing to a machine spindle that can be driven in rotation and rotatable about a rotation axis and a honing tool coupled thereto, the honing stones of which can be adjusted transversely to the axis of rotation via a tool-side adjustment mechanism are. The invention further relates to a machining center with such a honing system.
Honen ist ein Feinbearbeitungsprozess für die hochgenaue Bearbeitung von zylindrischen oder leicht unrunden Bohrungen insbesondere zur Sicherstellung optimaler Gleiteigenschaften der bearbeiteten Oberflächen. Hierzu wird der Werkstoff mittels Honleisten abgetragen, die mit schleifmittelähnlichem Material belegt oder durchsetzt sind. Die notwendige Oberflächenqualität wird durch eine Rotationsbewegung in Kombination mit einer axialen Pendelbewegung realisiert. Das Honwerkzeug rotiert um seine eigene Achse, um schleifkompatible Schnittgeschwindigkeiten sicherzustellen, während über die Maschinenspindel bzw. Spindelpinole zugleich eine axiale Pendelbewegung überlagert wird. Bei metallischen Werkstoffen entsteht so eine geschlossenporige Oberfläche mit einem Kreuzschliffmuster. Um dies hochgenau zu bewerkstelligen, werden die Honleisten, deren äußere Mantellinien die zu bearbeitende Bohrung nachbilden, sehr feinfühlig ausgesteuert, um so den Verschleiß der Honleisten zu kompensieren. Hierbei ist die explizite Ermittlung des Korrekturmaßes für die Honleistenpositionierung relativ aufwändig.Honing is a finishing process for the high-precision machining of cylindrical or slightly non-circular holes, in particular to ensure optimum sliding properties of the machined surfaces. For this purpose, the material is removed by honing stones, which are occupied or interspersed with abrasive-like material. The necessary surface quality is realized by a rotational movement in combination with an axial pendulum motion. The honing tool rotates about its own axis to ensure grinding-compatible cutting speeds, while at the same time an axial pendulum motion is superimposed on the machine spindle or Spindelpinole. In the case of metallic materials, this creates a closed-pore surface with a cross-cut pattern. In order to accomplish this with high precision, the honing stones, whose outer surface lines reproduce the bore to be machined, are controlled very sensitively in order to compensate for the wear of the honing stones. Here, the explicit determination of the correction measure for the honing stone positioning is relatively complex.
In diesem Zusammenhang wurden Anstrengungen unternommen, den Honprozess in automatisierte Werkzeugmaschinen zu integrieren, wobei durch einen aufwändigen Verstellmechanismus in der Maschinenspindel eine Lageregelung der Honleisten angestrebt wurde. Die hohen Anschaffungskosten von solchen speziellen Lösungen stellen neben der mangelnden Flexibilität in der Umstellung auf verschiedene Durchmesser insbesondere für kleine Fertigungsserien ein großes Hindernis dar.In this context, efforts have been made to integrate the honing process into automated machine tools, with an attitude control of the honing stones being sought through a complex adjusting mechanism in the machine spindle. The high cost of such special solutions are in addition to the lack of flexibility in the conversion to different diameters, especially for small production series is a major obstacle.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Honsysteme weiter zu verbessern und einen flexiblen Einsatz für die automatisierte Fertigung von Werkstücken zu schaffen.Proceeding from this, the object of the invention is to further improve the honing systems known from the prior art and to create a flexible insert for the automated production of workpieces.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.To solve this problem, the combination of features specified in the independent claims is proposed. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Mechanik für die Honleistenverstellung von der Maschinenseite zu entkoppeln. Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Werkzeugkopf eine mit einem Stellmotor versehene Antriebseinrichtung zur Betätigung des Verstellmechanismus aufweist. Damit kann die radiale Aussteuerung der Honleisten mit kurzem mechanischem Übertragungsstrang in der notwendigen Genauigkeit ermöglicht werden, so dass auch thermische Dehnungen keine ausschlaggebende Rolle spielen. Die Maschinenseite kann mit Standard-Schnittstellen einfacher gestaltet werden, wobei die Genauigkeiten und Achsdynamiken von Standardbearbeitungszentren die Bearbeitungskinematik, d. h. die kombinierte Pendel- und Rotationsbewegung für das Honen problemlos ermöglichen. Systembedingt ist damit auch eine automatische Einwechselbarkeit gegeben. Zugleich ergibt sich auch eine große Flexibilität in der Durchmesserwahl durch entsprechendes Aufsatzwerkzeug. Nicht zuletzt kann durch eine Kombinationsmöglichkeit mit anderen Bearbeitungsschritten innerhalb desselben Bearbeitungszentrums eine hohe Werkstückqualität sichergestellt werden.The invention is based on the idea of decoupling the mechanics for the honing stone adjustment from the machine side. Accordingly, the invention proposes that the tool head has a drive motor provided with a drive device for actuating the adjusting mechanism. Thus, the radial modulation of the honing stones with short mechanical transmission line in the necessary accuracy can be made possible, so that thermal expansions do not play a decisive role. The machine side can be made simpler with standard interfaces, with the accuracies and axis dynamics of standard machining centers simplifying the machining kinematics, i. H. the combined pendulum and rotary motion for honing easily. Due to the system, automatic replaceability is also possible. At the same time also results in a great flexibility in the choice of diameter by appropriate attachment tool. Not least can be ensured by a combination option with other processing steps within the same machining center high workpiece quality.
Vorteilhafterweise besitzt der Verstellmechanismus eine in Richtung der Drehachse linear bewegliche Druck-Zug-Stange, während die Antriebseinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Rotationsbewegung des Stellmotors richtungsabhängig in eine Vor- oder Rückbewegung der Druck-Zug-Stange umzusetzen. Dadurch kann die Honleistenverstellung in einer kompakten Übertragungskette mechanisch unabhängig von der Maschinenseite realisiert werden.Advantageously, the adjusting mechanism has a push-pull rod which is linearly movable in the direction of the axis of rotation, while the drive device is set up to convert a rotational movement of the servomotor into a forward or backward movement of the push-pull rod in a direction-dependent manner. As a result, the honing stone adjustment in a compact transmission chain can be realized mechanically independently of the machine side.
Für eine exakte Zustellbewegung und einfache Richtungsumkehr ist es günstig, wenn die Antriebseinrichtung eine durch den Stellmotor getriebene, vorzugsweise mit einem Feingewinde versehene Gewindespindel aufweist.For an exact feed movement and simple reversal of direction, it is favorable if the drive device has a threaded spindle driven by the servo motor, preferably provided with a fine thread.
Eine weitere Verbesserung hinsichtlich eines flexiblen modularen Aufbaus lässt sich dadurch erreichen, dass die Antriebseinrichtung über eine trennbare Kupplungseinheit mit dem Verstellmechanismus gekoppelt ist.A further improvement in terms of a flexible modular construction can be achieved in that the drive device is coupled to the adjustment mechanism via a separable coupling unit.
Um die Bearbeitungsqualität weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Werkzeugkopf und dem Honwerkzeug ein Rundlaufadapter angeordnet ist, wobei der Rundlaufadapter zur Justierung der Winkellage und/oder des Achsversatzes des Honwerkzeugs relativ zur Drehachse vorzugsweise mittels Stellschrauben ausgebildet sein kann.In order to further improve the machining quality, it is advantageous if a concentricity adapter is arranged between the tool head and the honing tool, wherein the concentricity adapter for adjusting the angular position and / or the axial offset of the honing tool relative to the axis of rotation can preferably be formed by means of screws.
Zur programmgesteuerten Maßnachführung ist es von Vorteil, wenn die in dem Werkzeugkopf integrierte Antriebseinrichtung über eine Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine vorzugsweise in einem geschlossenen Regelkreis ansteuerbar ist. In diesem Zusammenhang ist es auch günstig, wenn die Steuereinrichtung ein Steuerprogramm für eine Ansteuerung des Stellmotors zur Verschleißkompensation oder Andruckkrafteinstellung der Honleisten aufweist.For program-controlled Maßnachführung it is advantageous if the integrated in the tool head drive means via a control device of the machine tool preferably in can be controlled by a closed loop. In this context, it is also advantageous if the control device has a control program for a control of the servomotor for wear compensation or Andruckkrafteinstellung the honing stones.
Für eine verbesserte Prozesskontrolle ist es vorteilhaft, wenn in dem Werkzeugkopf ein Drehgeber zum Erfassen der Motordrehung angeordnet ist. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere für Regelungszwecke auch denkbar, dass in dem Honwerkzeug ein Aufnehmer zum Erfassen der linearen Position der Druck-Zug-Stange oder der radialen Position der Honleisten angeordnet ist. Möglich ist es auch, einen Schrittmotor als Stellmotor für eine hochgenaue Positionierung einzusetzen.For improved process control, it is advantageous if a rotary encoder for detecting the motor rotation is arranged in the tool head. In this context, it is also conceivable, in particular for control purposes, that in the honing tool a pick-up for detecting the linear position of the push-pull rod or the radial position of the honing stones is arranged. It is also possible to use a stepper motor as a positioning motor for a highly accurate positioning.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass an der Werkzeugmaschine ein Stator zur Energieübertragung in den rotierenden Werkzeugkopf und/oder zum Datenaustausch angeordnet ist. Bevorzugt erfolgt die Übertragung berührungslos, vorzugsweise über eine induktive Übertragungsstrecke. Dabei ist es vorteilhaft, wenn in dem Werkzeugkopf ein Rotor zur Energieeinspeisung in die Antriebseinrichtung und zur Daten- bzw.A particularly advantageous embodiment provides that a stator for energy transmission in the rotating tool head and / or data exchange is arranged on the machine tool. Preferably, the transmission takes place without contact, preferably via an inductive transmission path. It is advantageous if in the tool head, a rotor for feeding energy into the drive device and the data or
Signalübergabe angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Antriebsenergie ohne Batterien zuverlässig bereitgestellt werden, und die Steuer- bzw. Regelgrößen können unabhängig von einer mechanischen Maschinenanbindung ausgetauscht werden.Signal transfer is arranged. In this way, the drive energy without batteries can be reliably provided, and the control variables can be replaced independently of a mechanical machine connection.
Vorteilhafterweise besitzt die Werkzeugmaschine einen Linearantrieb für eine axiale Pendelbewegung der Maschinenspindel und des daran fixierten Werkzeugkopfs in Richtung der Drehachse aufweist. Eine weitere Verbesserung der Bearbeitungsmöglichkeiten lässt sich dadurch erreichen, dass die Werkzeugmaschine eine Schwenkeinrichtung zur Einstellung von unterschiedlichen Schwenkstellungen der Maschinenspindel oder der Werkstückorientierung in einem Arbeitsraum aufweist.Advantageously, the machine tool has a linear drive for an axial oscillating movement of the machine spindle and the tool head fixed thereto in the direction of the axis of rotation. A further improvement of the processing options can be achieved in that the machine tool has a pivoting device for setting different pivot positions of the machine spindle or the workpiece orientation in a working space.
Für eine automatisierten Betrieb ist es vorteilhaft, wenn die Werkzeugmaschine eine Wechseleinrichtung zum automatischen Einwechseln des Werkzeugkopfs auf die Maschinenspindel aufweist.For automated operation, it is advantageous if the machine tool has a changing device for automatic replacement of the tool head on the machine spindle.
Eine Möglichkeit der Bearbeitung unterschiedlicher Durchmesser ohne Werkezugwechsel ergibt sich dadurch, dass das Honwerkzeug als Stufenwerkzeug mindestens zwei Honstufen mit unterschiedlichem Arbeitsdurchmesser für die Honbearbeitung aufweist, und dass der Verstellmechanismus ein gegebenenfalls axial mehrstufiges Schrägflächengetriebe zur Erzeugung einer quer zur Drehachse gerichteten Zustellbewegung aufweist.One way of working different diameters without tool change results from the fact that the honing tool has at least two honing stages with different working diameter for the honing process as a step tool, and that the adjustment has an optionally axially multi-stage bevel gear for generating a directed transversely to the rotational axis feed movement.
Für einen zuverlässigen Einsatz an Standardmaschinen ist es von Vorteil, wenn die Schnittstelle an der Maschinenspindel als Hohlschaftkegel- oder Steilkegelverbindung ausgelegt ist.For reliable use on standard machines, it is advantageous if the interface on the machine spindle is designed as a hollow shaft taper or steep taper joint.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in einem Bearbeitungszentrum mit einer rotierend antreibbaren Maschinenspindel und einem automatisch einwechselbaren erfindungsgemäßen Honsystem.Another aspect of the invention lies in a machining center with a rotating machine spindle and an automatically exchangeable Honsystem invention.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown schematically in the drawing. Show it:
Die in
Das einen Werkzeugkopf
Der Werkzeugkopf
Wie in
Der vorstehend beschriebene, vergleichsweise kurze mechanische Antriebsstrang für den Verstellmechanismus
Denkbar ist auch die direkte Erfassung des Honleistendrucks mittels elektrisch betriebener Sensoren (vorzugsweise Dehnmessstreifen (DMS) oder Piezokristallen) und die Übertragung der Sensordaten über die Rotor-Stator-Schnittstelle zur Steuereinrichtung
Für räumlich komplexe Bearbeitungen ist der Einsatz von Fünf-Achs- bzw. Schwenkkopfmaschinen möglich. In Kombination mit federnden Honleistenträgern lässt sich auch eine nichtzylindrische Honbearbeitung realisieren. Weiterhin besteht eine einfache Kombinationsmöglichkeit mit anderen Bearbeitungsschritten innerhalb des Bearbeitungszentrums
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |