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Die Erfindung betrifft eine Lang-Innenrund-Honmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2 zur Durchführung von Honbearbeitungen sowie ein Verfahren zur Durchführung von Honbearbeitungen an einem Werkstück.
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Die Honbearbeitung von Funktionsflächen ist aus fertigungstechnischer Sicht ein wichtiger Bestandteil innerhalb der Prozesskette zur Erfüllung der qualitativ hohen Anforderungen vieler Bauteile aus den Bereichen Automobil-, Schiffs-, Hydraulik- und Pneumatik-, Kältemaschinen- und Elektroindustrie, sowie Maschinen- und Anlagenbau und u.a. auch in der Medizintechnik. Insbesondere hoch beanspruchte Bauteile wie Zylinderlaufflächen im Verbrennungsmotor, Kompressorengehäuse oder Hauptfahrwerke von Flugzeugen erfordern heutzutage einen optimal an die Anforderungen angepassten Honprozess. Zur Bearbeitung der Flächen beim Honprozess kommen starrspindlige Horizontal- oder Vertikalhonmaschinen zum Einsatz, bei denen die Hauptspindel (Arbeitsspindel, Honspindel) starr in Position und Richtung (Winkellage in dem Machinenständer/Ständereinheit) angeordnet ist. In einzelnen Sonderfällen ist die Hauptspindel in einer Raumrichtung quer zur Längsachse des Honwerkzeugs verfahrbar, wodurch verschiedene Achsabstände bearbeitet werden können.
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Eine Vorrichtung zur Aufnahme von ringförmigen Werkstücken und Finishmaschinen mit dieser Vorrichtung ist aus der
DE 10 2010 036 445 B4 bekannt. Weiterhin ist aus der
DE 10 2009 036 290 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von geraden und gerundeten Umfangsflächen eines Werkstücks bekannt. Aus der
DE 10 2007 044 077 A1 ist eine Poliervorrichtung und aus der
CH 698 077 B1 eine Antriebsvorrichtung für ein Polierwerkzeug bekannt. Darüber hinaus lehrt die
JP 2002 301 659 A die Verwendung eines Industrieroboters als Manipulator für ein Werkstück, welches an eine Finishmaschine durch den Manipulator herangehalten wird.
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Übliche Honverfahren mit starrspindligen Horizontal- oder Vertikalhonmaschinen sind dem Fachmann bekannt. Honen ist als Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden definiert, wobei die vielschneidigen Werkzeuge eine aus zwei Komponenten bestehende Schnittbewegung ausführen. Mindestens eine Komponente ist eine oszillatorische hin- und hergehende Bewegung, folgend als Translationsbewegung bezeichnet. Die zweite Bewegung ist eine Rotationsbewegung, welche das üblicherweise rotationssymmetrische Honwerkzeug innerhalb der zu honenden Ausnehmung dreht. Die Überlagung der beiden Bewegungen ergibt definierte überkreuzende Spuren, welche beispielsweise für die Zylinderlaufflächen den erwünschten positiven Effekt hinsichtlich Reibminderung und Ölhaltefähigkeit aufweisen.
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Die üblicherweise beim Lang-Innenrund-Honen zum Einsatz kommenden Honwerkzeuge sind ausnehmungs-/bohrungsfüllend und stützten sich über die gleichmäßig am Umfang verteilten Honleisten an der Ausnehmung/Bohrung ab.
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Weist ein Werkstück jedoch zu honende Öffnungen oder Ausnehmungen auf, deren Achsen zueinander nicht parallel angeordnet sind, wie es beispielsweise bei Verdichtergehäusen oder V-Motoren der Fall ist, so muss die Winkellage des Werkstücks oder des Honwerkzeugs entsprechend der Bohrung/Ausnehmung im Werkstück, welche dem Honprozess zugänglich gemacht werden soll, präzise angepasst werden. Hierzu sind in der Regel aufwendige Werkstückaufnahmen notwendig, welche eine Positionsverstellung in X-, Y- und Z-Richtung des Raumes ermöglichen. In großen Transferanlagen oder verketteten Bearbeitungszentren fallen allein für die Werkstückaufnahmen erhebliche Kosten an, welche sich im letztendlichen Werkstückpreis niederschlagen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Lang-Innenrund-Honprozess bzw. die Lang-Innenrund-Honbearbeitung flexibler zu gestalten, insbesondere unterschiedliche Winkellagen an einem Werkstück einfacher und kostengünstiger bearbeitbar zu machen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2 durch eine Lang-Innenrund-Honmaschine nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird die Translationsbewegung (oszillatorische Hin- und Herbewegung) durch eine Translationsvorrichtung ausgeführt, welche das ausnehmungsfüllende/bohrungsfüllende Honwerkzeug innerhalb der Ausnehmung/Bohrung hin- und herbewegt, und welche als Industrie-Mehrachsroboter mit mindestens drei voneinander unabhängigen Drehachsen ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, dass das Futter, die Rotationsvorrichtung und die Translationsvorrichtung sowie das Honwerkzeug an einem Industrie-Mehrachsroboter mit mindestens drei voneinander unabhängigen Drehachsen angeordnet ist und/oder dass die Spannvorrichtung an einem Industrie-Mehrachsroboter mit mindestens drei voneinander unabhängigen Drehachsen angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Lang-Innenrund-Honmaschine umfasst somit einen Industrie-Mehrachsroboter, welcher ein Futter zur Aufnahme und Spannung des Honwerkzeugs, sowie ein ausnehmungsfüllendes/bohrungsfüllendes Honwerkzeug selbst als auch eine Rotationsvorrichtung zur Bereitstellung einer Rotationsbewegung des Honwerkzeugs um dessen Längsachse umfasst. Entgegen den üblichen Ansätzen, die Hin- und Herbewegung durch einen Linearaktuator bereitzustellen, wird erfindungsgemäß diese Translationsbewegung durch gekoppelte Drehbewegungen des Mehrachsroboters ausgeführt.
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Zuletzt kann auch der Mehrachsroboter das Werkstück in verschiedenen Winkellagen auf das Honwerkzeug auffädeln.
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Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass durch die flexible Positionierbarkeit des Roboterkopfes unterschiedliche Winkellagen am Werkstück angefahren werden können, sodass ein aufwendiges Umspannen oder komplexe positionierbare Werkstückaufnahmen nicht erforderlich sind. Komplexe Bohrungen sind damit in einer einzigen Werkstückspannung bearbeitbar.
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Im Rahmen von zweckmäßigen Weiterbildungen ist es auch vorgesehen, dass der Mehrachsroboter das Futter sowie die Rotationsvorrichtung trägt oder dass der Mehrachsroboter eine Aufnahme für ein zu bearbeitendes Werkstück trägt.
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Der Mehrachsroboter kann dabei einerseits, je nach gewünschter Bewegungsflexibilität und Handhabbarkeit des Werkstücks als Werkstückträger oder als Honwerkzeugträger eingesetzt werden. In einzelnen Fällen kann, je nach Bewegungskinematik, oder für den Fall, dass der Roboter das Werkstück noch anderen Bearbeitungsstationen bereitstellen soll, die eine oder andere Variante der Anordnung des Honwerkzeugs bevorzugt werden. Auch ein Einsatz des Roboters zum Werkstücktransport ist vorgesehen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist überdies vorgesehen, dass der Mehrachsroboter mindestens als Fünf-Achsvorzugsweise als Sechs-Achs-Knickarm-Industrieroboter ausgebildet ist. Die Ausbildung als Sechs-Achs-Roboter erlaubt eine nahezu beliebige Positionierung des Honwerkzeugs oder des Werkstücks im Reichweitenbereich des Roboters, sodass unterschiedlichste Winkellagen ohne Umspannung bearbeitet werden können.
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Es ist überdies zweckmäßigerweise vorgesehen, dass der Mehrachsroboter mindestens zwei, nicht zueinander parallele Bewegungsachsen umfasst. Auf diese Weisen werden zusätzliche Flexibilitäten bei der Einstellung der Winkellage erreicht, da auch außerhalb einer ersten Translationsbewegungsebene liegende, zu dieser Bewegungsebene nicht parallele Winkellagen angefahren werden können.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Mehrachsroboter eine Aufnahme für mehrere Honwerkzeuge, insbesondere mehrere Futter sowie mehrere Honwerkzeuge trägt. Durch einen Bearbeitungskopf am Mehrachsroboter, welche mehrere Honwerkzeuge und/oder mehrere Futter zur Aufnahme von Honwerkzeugen trägt, sind unterschiedliche Honprozesse am Werkstück möglich, ohne dass ein Werkzeugwechsel erforderlich ist.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass eine kardanische oder doppelgelenkige Werkzeugkopplung zwischen Rotationsvorrichtung und Honwerkzeug vorgesehen ist. Durch eine entsprechende Kopplung wird überdies erreicht, dass die zusammengesetzte Drehachsbewegung zur Translationsbewegung verbessert, insbesondere „geglättet“ wird, da die Schrittmotoren an den Drehachsen des Mehrachsrobotors gewisse Mindestschrittweiten aufweisen, welche sich sodann auf gewisse Abweichungen der Translationsbewegung von der reinen Linearbewegung fortpflanzen.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Honbelagszustellung und/oder eine Verschleißkompensation ausgebildet ist. Derartige technische Ausgestaltungen sind bei dem Einsatz an einem Mehrachsroboter erforderlich, um das gewünschte Honergebnis bereitzustellen.
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Darüber hinaus ist es zweckmäßig, das Honwerkzeug als Dornhonwerkzeug auszubilden, da auf diese Weise die Bearbeitung mit dem Mehrachsroboter extrem präzise ausgeführt, und die Positionierung in der Ausnehmung/Bohrung beim Einfädeln gut darstellbar ist. Das Dornhonwerkzeug (Reibhonwerkzeug) ist dabei auf den jeweiligen Enddurchmesser der zu honenden Bohrung/Ausnehmung fest eingestellt. Ein Dornhonwerkzeug ist in sich robuster und steifer und als System kostengünstig. Da das Dornhonwerkzeug mehrere, insbesondere bis zu 5 Funktionsbereiche aufweisen kann erlaubt das erfindungsgemäße Honen mit einem Mehrachsroboter die relativ langen und spezifischen Werkzeuge bei der Vor- und Nachführung (Einfädeln und Ausfädeln aus der Bohrung/Ausnehmung) exakt zu führen und fehlerfrei zu positionieren.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 zur Durchführung einer Lang-Innenrund-Honbearbeitung an einem Werkstück, wobei das Verfahren eine erste Rotationsbewegung eines ausnehmungsfüllenden/bohrungsfüllenden Honwerkzeugs und eine zweite Linearbewegung des ausnehmungsfüllenden/bohrungsfüllenden Honwerkzeugs und/oder eines Werkstücks umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet dadurch, dass die Linearbewegung als aus Rotationsbewegungen zusammengesetzte Mehrachsbewegung ausgeführt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht insbesondere, die üblicherweise als streng linear geführte Hin- und Herbewegung beim Honen durch einen Industrieroboter auszuführen, welcher als Knickarmrotober Bewegungen durch die Kombination von Rotationsbewegungen an den jeweiligen Drehachsen realisiert. Die Erzeugung einer Linearbewegung als Kombination von Rotationsbewegungen ist im Lang-Innenrund-Honverfahren unüblich, da das Honverfahren auf eine sehr exakte Einhaltung einer Linearbewegung angewiesen ist, um die gewünschte Präzision beim Honen einer Ausnahme/Bohrung bereitzustellen.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Honbearbeitung eine Bewegung zur Positionierung des Honwerkzeugs relativ zum Werkstück sowie Einfädelung in die zu honende Ausnehmung/Bohrung vorangeht, wobei die Bewegung als dreidimensionale Raumbewegung, zusammengesetzt aus mehreren Rotationsbewegungen ausgeführt wird. Die Position des Honwerkzeugs relativ zum Werkstück ermöglicht das Honen unterschiedlicher Winkellagen von Ausnehmungen und Bohrungen an einem Werkstück, und erübrigt die nach dem Stand der Technik notwendigen komplexen technischen Spann- und Positioniervorrichtungen.
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Zur näheren Verdeutlichung der Erfindung wird im Folgenden schematischen Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Honmaschine dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt, sie umfasst vielmehr all diejenigen Ausgestaltungen, welche vom erfinderischen Gedanken der Schutzansprüche Gebrauch machen.
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Es zeigen,
- 1 eine schematische Darstellung eines MehrachsRobotors mit einem Honwerkzeug, welcher ein gespanntes Werkstück bearbeitet,
- 2 eine schematische Darstellung eines MehrachsRobotors mit einer Werkstückhalterung, welcher eine Honbearbeitung an einem stationären Honwerkzeug ausführt.
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Im Einzelnen zeigt 1 eine schematische Darstellung einer Lang-Innenrund-Honmaschine 1. Die Honmaschine 1 umfasst dabei einen Mehrachsrobotor 2 sowie einen Werkstückträger 3. Am Werkstückträger 3 ist über eine Spannzange 4 ein Werkstück 5 ortsfest gehalten. Das Werkstück 5 verfügt über drei zu honende Ausnehmungen 6, 7, 8, wobei die Ausnehmung 6 entlang der X-Achse des Koordinatensystems 9, die Ausnehmung 7 entlang der Z-Achse des Koordinatensystems 9 sowie die Ausnehmung 8 entlang einer Diagonalen X-Y des Koordinatensystems 9 verläuft.
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Der Mehrachsroboter 2 ist vorliegend als Sechs-Achs-Knickarm-Roboter ausgebildet, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Mehrachsrobotor 2 ist auf einem Sockel 10 angeordnet, und weist die Drehachsen a, b, c, d, e, f auf. Am Geräteträger 11 des Mehrachsrobotors 2 ist ein Hon-Bearbeitungskopf mit einer Rotationsvorrichtung 12 angeordnet. Die Rotationsvorrichtung 12 trägt ein Futter 13, in welches ein ausnehmungsfüllendes/bohrungsfüllendes Honwerkzeug 14 einspannbar ist. Schematisch angedeutet kann in der Rotationsvorrichtung 12 eine Aufnahme für ein weiteres Futter 15 vorgesehen sein, sodass auch mehrere Honwerkzeuge und/oder Bearbeitungsvorrichtungen angeordnet werden können. Derartige Aufnahmen für weitere Futter 15 können in Form von revolverartigen Wechselsystemen oder dergleichen vorgesehen sein. Eventuell müssen auch die Winkellagen der Werkzeuge angepasst werden, damit sie beim Honprozess keine Behinderung darstellen.
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Das Honwerkzeug 14 umfasst wiederum eine Werkzeugkopplung 16 sowie einen Werkzeugkopf 17 und daran angeordneten Honleisten 18, 19.
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Zur Ausführung eines Honvorgangs, beispielsweise der Ausnehmung 6 wird das Honwerkzeug 14 durch die Rotationsvorrichtung 12 in eine Rotationsbewegung 20 versetzt und entlang der ersten Translationsbewegung 21 in die Ausnehmung 6 eingeführt und hin- und herbewegt. Um sodann in einem späteren Bearbeitungsschritt die Ausnehmung 8 zu honen, wird das Honwerkzeug 14 durch Repositionierung der Anordnung des Geräteträgers 11 des Mehrachsroboters 2 derart ausgerichtet, dass eine zweite Translationsbewegung 22 entlang der Achse der Ausnehmung 8 ausgeführt wird. Eine entsprechende Repositionierung wird auch vorgenommen, um eine Honung der Ausnehmung 7 vorzunehmen.
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2 zeigt eine entsprechende Anordnung einer alternativen Honmaschine 30, bei welcher der Mehrachsrobotor 2 an seinem Geräteträger 11 nunmehr eine Werkstückaufnahme 31 mit einer Spannzange 32 trägt. Gleiche Bestandteile sind mit den oben beschriebenen Bezugszeichen versehen. Auf die oben getroffenen Erläuterungen wird Bezug genommen.
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Der Mehrachsrobotor 2 führt entsprechend den Translationsbewegungen 33, 34 die Ausnehmungen 6, 8 am Werkstück 5 auf das Honwerkzeug 14, welches vorliegend in einem Futter 35 an einer Rotationsvorrichtung 36 an einer Haltekonstruktion 37 angeordnet ist. Die Rotationsvorrichtung 36 übernimmt die Rotationsbewegung beim Honvorgang. Der Mehrachsroboter 2 übernimmt die Translationsbewegung beim Honvorgang und wird, exemplarisch für die Ausnehmung 6 mit einer entsprechenden der Synchronisation der Drehbewegungen um die Achsen b, c und d das Werkstück 5 entlang der Translationsbewegung 33 hin und her bewegen. Für ein Honen der Ausnehmung 8 wird der Geräteträger 11 um die Achse d derart geschwenkt, dass die Translationsbewegung 34 in Richtung der Achse 40 des Honwerkzeugs zeigt. Sodann erfolgt wieder die oben beschriebene Hin- und Herbewegung des Werkstücks 5 für den Honvorgang. Entsprechend kann auch die Ausnehmung 7 gehont werden.
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In beiden dargestellten Ausführungsformen ist zusätzlich denkbar, dass die Rotationsvorrichtung 12 bzw. 36 eine Translationsvorrichtung beinhaltet, welche die beim Honen erforderliche Hin- und Herbewegung 21 bzw. 33 bereitstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lang-Innenrund-Honmaschine
- 2
- Mehrachsrobotor
- 3
- Werkstückträger
- 4
- Spannzange
- 5
- Werkstück
- 6
- Ausnehmung
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Ausnehmung
- 9
- Koordinatensystem
- 10
- Sockel
- 11
- Geräteträger
- 12
- Rotationsvorrichtung
- 13
- Futter
- 14
- Honwerkzeug
- 15
- Futter
- 16
- Werkzeugkopplung
- 17
- Werkzeugkopf
- 18
- Honleiste
- 19
- Honleiste
- 20
- Rotationsbewegung
- 21
- erste Translationsbewegung
- 22
- zweite Translationsbewegung
- 30
- Honmaschine
- 31
- Werkstückaufnahme
- 32
- Spannzange
- 33
- Translationsbewegung
- 34
- Translationsbewegung
- 35
- Futter
- 36
- Rotationsvorrichtung
- 37
- Haltekonstruktion
