DE102019214867B4

DE102019214867B4 - Honmaschine

Info

Publication number: DE102019214867B4
Application number: DE102019214867.0A
Authority: DE
Inventors: Uwe Moos; Roland Regler; Georg Heinle
Original assignee: Kadia Produktion Co GmbH; KADIA Produktion GmbH and Co
Current assignee: Kadia Produktion Co GmbH; KADIA Produktion GmbH and Co
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-10-28
Anticipated expiration: 2039-09-28
Also published as: US20210094141A1; CN112571269A; DE102019214867A1; CN112571269B

Abstract

Honmaschine (100) zum Honen einer Bohrung in einem Werkstück, umfassend:eine maschinenfeste Tragestruktur (120);wenigstens eine an der Tragestruktur (120) montierte Honeinheit (130), die aufweist:einen in Bezug auf die Tragestruktur (120) fest montierbaren Grundträger (160),eine von dem Grundträger (160) getragene Spindeleinheit (150), in der eine Spindelwelle (152) drehbar gelagert ist, wobei die Spindelwelle (152) mittels eines Drehantriebs (450) um eine Spindelachse (155) drehbar ist und an einem werkzeugseitigen Ende (153) eine Einrichtung zum Befestigen eines Honwerkzeug aufweist,ein zwischen dem Grundträger (160) und der Spindeleinheit (150) angeordnetes Linearführungssystem zur Führung einer linearen Hubbewegung der Spindeleinheit (150) gegenüber dem Grundträger (160);einen Hubantrieb zur Erzeugung der Hubbewegung der Spindeleinheit (150); undein Ausrichtsystem (200) zur Einstellung der Ausrichtung der Spindelachse (155) in Bezug auf die Tragestruktur (120), dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichtsystem (200) zur stufenlosen, reversiblen Einstellung der Ausrichtung der Spindelachse (155) in Bezug auf die Tragestruktur (120) ausgebildet ist, wobei das Ausrichtsystem (200) zur unabhängigen Einstellung der Position der Spindelachse (155) entlang von zwei zueinander senkrechter Translationsachsen und zur Einstellung der Orientierung der Spindelachse (155) in Bezug auf zwei zueinander senkrechte Rotationsachsen ausgebildet ist.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Honmaschine zum Honen einer Bohrung in einem Werkstück gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, bei dem ein Honwerkzeug eine aus zwei Komponenten bestehende Schnittbewegung ausführt und eine ständige Flächenberührung zwischen einem oder mehreren Schneidstoffkörpern, z.B. Honleisten, des Honwerkzeugs und der zu bearbeitenden Bohrungsinnenfläche vorliegt. Die Kinematik eines Honwerkzeugs ist charakterisiert durch eine Überlagerung einer Drehbewegung und einer in Axialrichtung der Bohrung verlaufenden Hubbewegung. Meist ist noch eine optionale Aufweitbewegung vorgesehen, die zu einer Veränderung des wirksamen Durchmessers des Honwerkzeugs führt.
Eine einmalige Hub-Bewegung des Honwerkzeugs innerhalb der Bohrung, bestehend aus einem Einfahren und einem darauffolgenden Ausfahren aus der Bohrung wird als „Dornen“ bezeichnet. Eine mehrmalige Hub-Bewegung innerhalb der Bohrung, d.h. ein Einfahren in die Bohrung, daraufhin ein zyklisches hin- und her-Bewegen innerhalb der Bohrung sowie ein am Ende folgendes Ausfahren aus der Bohrung wird als „Oszillieren“ bezeichnet.
Bei oszillierenden Honprozessen wird in der Regel eine Aufweitbewegung benötigt, da während der Oszillation der wirksame Durchmesser des Honwerkzeugs aktiv verändert wird. Zusätzlich wird in der Regel der Verschleiß der Schneidstoffkörper durch die Aufweitbewegung kompensiert.
An der Bohrungsinnenfläche erzeugt die Kinematik des Honwerkzeugs eine Oberflächenstruktur mit sich überkreuzenden Bearbeitungsspuren. Durch Honen endbearbeitete Oberflächen können extrem hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen genügen, sowie teilweise eine spezielle Oberflächenrauheit und Struktur wie beispielsweise eine Plateauoberfläche aufweisen, die einen geringen Verschleiß durch einen hohen Materialtraganteil mit der Fähigkeit verbindet, einen Ölfilm zur Schmierung gut erhalten zu können. Daher werden viele hoch belastete Gleitflächen in Motoren oder Motorbauteilen, z.B. Zylinderlaufflächen in Motorblöcken oder Bohrungsinnenflächen in Gehäusen von Einspritzpumpen, durch Honen bearbeitet.
Eine Honmaschine ist eine zum Honen von Bohrungen in Werkstücken geeignete Werkzeugmaschine. Sie weist wenigstens eine Honeinheit auf, die an einer maschinenfesten Tragestruktur, z.B. einem Ständer, einer Säule oder einem Rahmen, montiert ist. Eine Honeinheit umfasst eine Spindeleinheit, in der eine Spindelwelle drehbar gelagert ist. Die Spindelwelle ist mittels eines Drehantriebs um ihre Spindelachse drehbar und weist an einem werkzeugseitigen Ende eine Einrichtung zum Befestigen eines Honwerkzeugs auf. Zwischen dem Grundträger und der Spindeleinheit ist ein Linearführungssystem zur Führung einer linearen Hubbewegung der Spindeleinheit gegenüber dem Grundträger angeordnet. Zur Erzeugung der Hubbewegung der Spindeleinheit parallel zur Spindelachse ist ein Hubantrieb vorgesehen. In der Regel ist außerdem ein Aufweitantrieb zur Aufweitung des Honwerkzeugs vorgesehen. Der Aufweitantrieb kann z.B. mit einer im Inneren der Spindelwelle verlaufende Zustellstange gekoppelt sein.
Die Flächenberührung der Schneidstoffkörper mit der Bohrungsinnenfläche erzeugt eine gleichachsige Bearbeitung, so dass die Achse der Bohrung und die Achse des Honwerkzeugs sich zueinander ausrichten. In der Regel werden dem Werkstück und/oder dem Honwerkzeug Bewegungsfreiheitsgrade gegeben, so dass sich die Bohrung und das Honwerkzeug zueinander ausrichten können.
Für kleine Werkstücke mit sehr präzisen Bohrungen werden dem Werkstück je zwei Verschiebungs- und Verkippungs-Freiheitsgrade ermöglicht, das Honwerkzeug rotiert um seine starre Rotationsachse und wird mithilfe des Hubantriebs innerhalb der Bohrung auf und ab bewegt. Große, schwere Werkstücke können starr aufgenommen werden, und das Honwerkzeug erhält beispielsweise zwei Gelenke, so dass sich Position und Winkellage des Honwerkzeugs an die vorhandene Bohrungsachse anpassen können.
Falls sowohl ein starres Honwerkzeug (ohne Gelenke), als auch eine starre Werkstückaufnahme (ohne Verschiebungs- und Verkippungs-Freiheitsgrade) eingesetzt werden, so wird die Position und Lage der Bohrungsachse im Werkstück beeinflusst, da das Honwerkzeug und die Bohrungsinnenfläche versuchen, sich zueinander auszurichten und somit im Werkstück lokal unterschiedliche Zerspanungsbedingungen vorliegen. Falls nur ein Teil der Freiheitsgrade eingeschränkt wird (beispielsweise wird nur die Verkippung des Werkstücks verhindert, die Verschiebung jedoch ist zulässig und das Honwerkzeug ist starr, d.h. ohne Gelenke), so wird in diesem Fall die Winkellage der Bohrungsachse beeinflusst, die Position des Zentrums der Bohrung jedoch bleibt weitestgehend erhalten.
Um zu verhindern, dass die Verschiebungs- oder Verkippungs-Freiheitsgrade durch eine Aufsummierung von Toleranzen in Werkstück, Werkstückaufnahme, Grundmaschine, Honeinheit und Honwerkzeug einen Grenzwert überschreiten und somit die Bearbeitungsqualität der Bohrung negativ beeinflusst wird, sollte die Geometrie der Honmaschine sehr genau ausgerichtet werden. Insbesondere ist es wichtig, dass die Spindelachse möglichst gut zur Achse der Bohrung im Werkstück ausgerichtet ist, um eine optimale Bearbeitungsqualität an den Bohrungsinnenflächen beim Honen zu erreichen. Bei der Erstmontage kann die Ausrichtung werksseitig präzise eingestellt werden. Bei einer Beschädigung der Maschine (beispielsweise wegen eines mechanischen Crashs durch Fehlbedienung) oder im Instandsetzungsfall (z.B. nach Austausch eines Spindelmotors) kann ein erneutes Ausrichten der Geometrie notwendig werden.
Die Dokumente DE 10 2012 219 099 A1 , DE 11 2007 000 560 B4 und DE 20 2017 000 022 U1 zeigen gattungsgemäße Honmaschinen.
Bei bekannten Honmaschinen der Anmelderin wird zur Einstellung der Ausrichtung der Spindelachse in Bezug auf die Tragestruktur ein Ausrichtsystem mit individuell geschliffenen Abstimmplatten verwendet, die zwischen der Grundmaschine und einer die Spindeleinheit tragenden Schlitteneinheit eingefügt werden. Die Abstimmplatten-Sätze werden in einer festgelegten Reihenfolge auf einer externen Schleifmaschine iterativ eingeschliffen, um sowohl Winkel- als auch Positionsfehler in zwei zur Rotationsachse des Spindelmotors senkrechten Ebenen auszugleichen. Dies erfordert erfahrene Mitarbeiter, da teilweise mit einem Satz Abstimmplatten mehrere Fehler gleichzeitig ausgeglichen werden müssen. Für eine Neu-Ausrichtung nach einer Instandsetzung müssen ggf. neue Abstimmplatten, eine geeignete Schleifmaschine sowie ein erfahrener Mitarbeiter verfügbar sein, um die Geometrie der Honmaschine wieder in einen guten Zustand zu bringen.
Die DE 10 2016 205 537 A1 beschreibt eine Honmaschine, bei der eine Honeinheit von einem Schlitten getragen wird, der an einem Maschinenoberteil horizontal verschiebbar geführt ist.
Die DE 20 2015 009 036 U1 beschreibt eine Honmaschine umfassend einen Ständer mit mindestens zwei Füssen, wobei der Ständer einen Bereich mit zwei im Wesentlichen parallelen Flächen aufweist und wobei an den zwei Flächen des Ständers mindestens eine horizontal verfahrbare Honspindel, eine andere Bearbeitungsspindel oder eine andere Funktionseinheit angeordnet ist.
Die DE 10 2007 045 619 B4 beschreibt ein Honmaschine, bei der eine Honeinheit von einem Schlitten getragen wird, der an der Innenseite einer Seitenwand einer Kabine horizontal verschiebbar geführt ist.
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Honmaschine der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, die es ermöglicht, die Ausrichtung der Spindelachse in Bezug auf die Achse der zu bearbeitenden Bohrung in kurzer Zeit präzise einzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Honmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird zur Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Eine gattungsgemäße Honmaschine ist eine zum Honen von Bohrungen in Werkstücken geeignete Werkzeugmaschine. Sie weist wenigstens eine Honeinheit auf, die an einer maschinenfesten Tragestruktur montiert ist. Bei der Tragestruktur kann es sich z.B. um einen vertikalen Ständer handeln (vgl. z.B. DE 102 25 514 A1 ) oder um eine Säule, an deren Umfang mehrere Honeinheiten umfangsversetzt montiert sind (vgl. z.B. DE 20 2011 003 069 U1 ). Die Tragestruktur kann auch einen Rahmen aufweisen, an dem eine oder mehrere Honeinheiten montiert sind. Bei Honmaschinen der hier betrachteten Art umfasst eine Honeinheit einen in Bezug auf die Tragestruktur fest montierbaren Grundträger, der unmittelbar (direkt) oder unter Zwischenschaltung einer Adaptereinheit mittelbar an der Tragestruktur fest montiert werden kann, sowie eine von dem Grundträger getragene Spindeleinheit, in der eine Spindelwelle drehbar gelagert ist. Die Spindelwelle ist mittels eines Drehantriebs (auch als Spindelmotor bezeichnet) um ihre Spindelachse (Rotationsachse der Spindelwelle) drehbar. Der Spindelmotor ist vorzugsweise in die Spindeleinheit integriert, also innerhalb eines die Spindelwelle aufnehmenden Spindelgehäuses angeordnet, kann jedoch auch außerhalb des Spindelgehäuses angeordnet sein. Die Spindelwelle weist an einem werkzeugseitigen Ende eine Einrichtung zum Befestigen eines Honwerkzeugs auf. Das Honwerkzeug kann unmittelbar oder mittelbar mittels einer Gelenkstange oder einer anderen zwischengeschalteten Einrichtung an der Spindelwelle befestigt werden. Zwischen dem Grundträger und der Spindeleinheit ist ein Linearführungssystem zur Führung einer linearen Hubbewegung der Spindeleinheit gegenüber dem Grundträger angeordnet. Beispielsweise kann die Spindeleinheit auf einem Schlitten montiert sein. Zur Erzeugung der Hubbewegung der Spindeleinheit ist ein Hubantrieb vorgesehen. In der Regel ist außerdem ein Aufweitantrieb zur Aufweitung des Honwerkzeugs vorgesehen. Der Aufweitantrieb kann z.B. mit einer im Inneren der Spindelwelle verlaufenden Zustellstange gekoppelt sein. Ein Aufweitantrieb ist jedoch nicht in allen Fällen nötig.
Gemäß einer Formulierung der beanspruchten Erfindung weist die Honmaschine ein Ausrichtsystem zur stufenlosen, reversiblen Einstellung der Ausrichtung der Spindelachse in Bezug auf die Tragestruktur auf. Das Ausrichtsystem ist für eine unabhängige Einstellung der Position der Spindelachse entlang von zwei zueinander senkrechten Translationsachsen und zur Einstellung der Orientierung der Spindelachse in Bezug auf zwei zueinander senkrechte Rotationsachsen ausgebildet. Das Ausrichtsystem bzw. für die Einstellung wirksame Komponenten des Ausrichtsystems arbeiten stufenlos, so dass eine hohe Präzision in kurzer Arbeitszeit erzielt werden kann.
Mithilfe des Ausrichtsystems kann die räumliche Lage (auch „Pose“ genannt) der Spindelachse im Raum, also die Kombination von Position und Orientierung der Spindelachse im dreidimensionalen Raum, in allen für die Ausrichtung der Spindelachse nötigen Freiheitsgraden reversibel eingestellt werden. Die Orientierung kann auch als Winkellage bezeichnet werden. Die genannten Translationsachsen und Rotationsachsen verlaufen quer zur Spindelachse, insbesondere senkrecht dazu oder im Wesentlichen senkrecht dazu, also maximal mit einer geringen Winkelabweichung von weniger als einem Grad zur senkrechten Richtung. Eine feinfühlige Verstellmöglichkeit in Richtung parallel zur Spindelachse oder eine Möglichkeit der Drehung um die Spindelachse ist bei der Ausrichtung einer Spindelwelle einer Honeinheit an einer Honmaschine nicht erforderlich und braucht daher durch das Ausrichtsystem nicht bereitgestellt zu werden.
Die Erfinder haben erkannt, dass die herkömmlichen Vorgehensweisen bei der Ausrichtung den Einsatz sehr erfahrener Mitarbeiter erfordern und selbst für erfahrene Mitarbeiter die Einstellung der richtigen Ausrichtung nur mit erheblichem Zeitaufwand zu realisieren ist. Meist werden Abstimmplatten-Sätze verwendet, die in einer festgelegten Reihenfolge auf einer externen Schleifmaschine iterativ eingeschliffen werden müssen, um sowohl Winkelfehler als auch Positionsfehler in zwei zur Rotationsachse der Spindelwelle senkrechten Ebenen auszugleichen. Hier ist viel Erfahrung notwendig, da teilweise mit einem Satz Abstimmplatten mehrere Fehler gleichzeitig ausgeglichen werden müssen. Zudem ist das Einschleifen von Abstimmplatten nicht reversibel. Dies kann bedeuten, dass bei zu stark abgeschliffenen Abstimmplatten der gesamte Satz von Abstimmplatten verworfen werden muss, um die Prozedur von neuem zu beginnen.
Unter anderem diese Nachteile werden bei Nutzung der Erfindung vermieden. Eventuelle Ausrichtfehler bei einer ersten Einstelloperation können aufgrund der Reversibilität der Einstellmöglichkeiten ohne weiteres in einem nächsten Arbeitsschritt korrigiert werden. Außerdem werden die Einstellarbeiten dadurch erleichtert, dass Einstellmöglichkeiten für die Position und Einstellmöglichkeiten für die Orientierung voneinander entkoppelt bzw. unabhängig voneinander sind. So können auch weniger erfahrene Bediener die Ausrichtarbeiten zügig und zuverlässig ausführen.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Ausrichtsystem eine erste Einstelleinheit und eine von der ersten Einstelleinheit gesonderte zweite Einstelleinheit, die in einem Abstand zur ersten Einstelleinheit angeordnet ist. Die Einstelleinheiten sind nach der Vormontage zur Grob-Ausrichtung zwischen der Tragestruktur und dem Grundträger der Honeinheit angeordnet. Jede der Einstelleinheiten umfasst erste Einstellelemente zur reversiblen Verstellung eines Abstands zwischen der Tragestruktur und dem Grundträger in einer ersten Richtung und zweite Einstellelemente zur Erzeugung einer stufenlosen Relativbewegung des Grundträgers gegenüber der Tragestruktur in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung. Die Einstelleinheiten können unabhängig voneinander betätigt werden, was die Einstellarbeiten vereinfacht. Vorzugsweise ist eine stufenlose Einstellung der Einstellgrößen möglich. Wenn genau zwei Einstelleinheiten verwendet werden, kann eine zuverlässige Einstellung der Zielgrößen erreicht werden, ohne dass die Gesamtanordnung geometrisch überbestimmt wird, was zu einer Deformation der mit der Spindeleinheit gekoppelten Einrichtungen führen könnte.
Über die Einstellung des Abstands zwischen der Tragestruktur und dem Grundträger mithilfe der ersten Einstellelemente können unterschiedliche Lageänderungen der Spindelachsen erreicht werden. Wird an beiden Einstelleinheiten der Abstand um ein gleiches Abstandsmaß verändert, so bewirkt dies eine Parallelverschiebung der Spindelachse in der ersten Richtung. Wird dagegen der Abstand lediglich an einer der Einstelleinheiten verändert oder das Abstandsmaß an beiden Einstelleinheiten unterschiedlich stark geändert, so bewirkt dies eine Verkippung bzw. Rotation der Spindelachse um eine zur ersten Richtung senkrechte Rotationsachse, wenn sie parallel zur zweiten Richtung verläuft. Die Lage dieser virtuellen Rotationsachse in Bezug auf die beiden Einstelleinheiten kann variieren und hängt vom absoluten Ausmaß der Abstandsänderungen an den beiden Einstelleinheiten sowie von der Art der Abstandsänderung (Abstandsvergrößerung oder Abstandsverkleinerung) ab.
Ähnliche Einstellmöglichkeiten ergeben sich durch die Betätigung der zweiten Einstellelemente, die eine stufenlose Relativbewegung des Grundkörpers gegenüber der Tragestruktur in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung in den beiden Einstelleinheiten bewirken.
Wird in beiden Einstelleinheiten um den gleichen Verschiebungsweg in dieser zweiten Richtung relativverschoben, so ergibt sich dadurch eine Parallelverlagerung der Lage der Spindelachse ohne Änderung ihrer Neigung. Unterscheiden sich dagegen die Verschiebungswege zwischen der ersten Einstelleinheit und der zweiten Einstelleinheit, so ergibt sich auch eine Rotation der Spindelachse um eine (virtuelle) Rotationsachse, die parallel zur ersten Richtung verläuft. Auch hier hängt die absolute Lage dieser virtuellen Rotationsachse von den Verhältnissen der Verschiebungswege zwischen erster Einstelleinheit und zweiter Einstelleinheit ab.
Die erste Einstelleinheit und/oder die zweite Einstelleinheit können identischen oder weitgehend identischen Aufbau haben oder im Aufbau voneinander abweichen. Bei bevorzugten Ausführungsformen weist die erste Einstelleinheit und/oder die zweite Einstelleinheit ein Basiselement auf, das zur festen Montage an der Tragestruktur ausgebildet ist. Weiterhin ist ein Keilelement mit einer dem Basiselement zugewandten ersten Keilfläche und einer dem Grundträger zugewandten zweiten Keilfläche vorgesehen, wobei das Keilelement entlang einer Verschiebungsrichtung verschiebbar ist. Weiterhin ist eine Betätigungseinrichtung mit mindestens einem Betätigungselement zur Verschiebung des Keilelements in der Verschiebungsrichtung vorgesehen. Aufgrund der Keilform des Keilelements bewirkt eine Verschiebung des Keilelements in Verschiebungsrichtung eine Abstandsänderung senkrecht zur Verschiebungsrichtung. Findet die Verschiebung demnach senkrecht zur ersten Richtung statt, so ergibt sich eine Abstandsänderung zwischen dem Basiselement und den davon getragenen Elementen.
Vorzugsweise ist eine der Keilflächen eine orthogonal zur ersten Richtung orientierte ebene Keilfläche. Gemeinsam mit einer ebenen Gegenfläche kann die ebene Keilfläche eine Verschiebungsebene definieren, in welcher Relativverschiebungen innerhalb der Einstelleinheiten stattfinden können.
Vorzugsweise ist ein Keilwinkel des Keilelements derart gewählt, dass sich das Keilelement im Bereich der Selbsthemmung bewegt. Dies bedeutet, dass eine Laständerung auf dem Keilelement keine seitliche Verschiebung des Keilelements auslösen kann. Somit kann auf gesonderte Fixierelemente zum Fixieren des Keilelements in der Zielposition verzichtet werden. Solche Fixierelemente können jedoch vorgesehen sein. Beispielsweise können die Elemente der Betätigungseinrichtung zur Fixierung des Keilelements in der gewünschten Zielposition genutzt werden. Die eingestellte Zielposition des Keilelements und damit die eingestellte Ausrichtung können aufgrund der Selbsthemmung und/oder aufgrund gesonderter Fixierelemente auch im rauen Honbetrieb langfristig unverändert erhalten bleiben.
Andererseits sollte der Keilwinkel jedoch auch so groß sein, dass mit dem zur Verfügung stehenden Verschiebungsweg des Keilelements ein ausreichender Verstellbereich für den Abstand vorhanden ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen liegt der Keilwinkel des Keilelements im Bereich zwischen 3° und 7°, insbesondere im Bereich von 5° bis 6°, es sind jedoch auch davon abweichende Keilwinkel möglich.
Im Sinne der Bedienerfreundlichkeit hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Keilwinkel des Keilelements derart gewählt ist, dass eine Verschiebung um einen Verschiebungsweg in Verschiebungsrichtung zu einer Abstandsänderung zwischen der Tragestruktur und dem Grundträger führt, die in einem ganzzahligen Verhältnis zum Verschiebungsweg steht, beispielsweise in der Weise, dass eine Verschiebung um 10 mm eine Abstandsänderung um 1 mm bewirkt. Es hat sich gezeigt, dass derartige Verhältnisse für Bediener besonders einfach intuitiv erfassbar sind und dadurch eine schnelle präzise Ausrichtung gefördert werden kann.
Wenn die relativ zueinander beweglichen Elemente um relativ große Verstellwege gegeneinander verstellt werden, kann es zu Winkelversätzen kommen, die zu mechanischen Spannungen innerhalb der miteinander verbundenen Komponenten führen. Um eventuell hiermit verbundene Nachteile zu vermeiden, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass die erste Einstelleinheit und/oder die zweite Einstelleinheit eine integrierte Winkelausgleichseinrichtung zum selbsttätigen Ausgleich von Winkelversätzen und dadurch eventuell verursachten mechanischen Deformationen entsprechenden Spannungen aufweist. Insbesondere kann es so sein, dass in der ersten Einstelleinheit und/oder in der zweiten Einstelleinheit ein integriertes Kalottenlager oder Zylinderlager vorgesehen ist, welches komplementäre Gleitflächen aufweist, die auf einer Kugelfläche oder einer Zylinderfläche um ein (punktförmiges oder linienförmiges) Krümmungszentrum liegen. Hierdurch werden Ausgleichsbewegungen zugelassen, um geringe Winkelversätze und dadurch eventuell bedingte mechanische Deformationen und korrespondierende Spannungen in den Bauteilen zu vermeiden. Vorzugsweise sind die Krümmungsradien der komplementären Gleitflächen so bemessen, dass das Krümmungszentrum im Wesentlichen auf der Spindelachse liegt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Lage der Spindelachse durch eventuelle Ausgleichsbewegungen nicht verändert wird. Wenn eine Kugelgeometrie der Gleitflächen vorgesehen ist, sollten nicht benötigte Bewegungsfreiheitsgrade blockiert werden. Bei einer zylindrische Geometrie der Gleitflächen sollte die Orientierung der Zylinderachse vorzugsweise parallel zur zweiten Richtung orientiert sein, so dass die Ausgleichsfunktion gewährleistet bleibt.
Figurenliste
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.

1 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht einer Honmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine an der Tragestruktur der Honmaschine angeordnete Honeinheit und Komponenten eines Rundtisch-Transportsystems;
3 zeigt einen Schnitt entlang der y-z-Ebene durch eine Einstelleinheit eines Ausrichtungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel:
4 zeigt einen Schnitt parallel zur x-y-Ebene durch die Einstelleinheit aus 3
5 zeigt eine Explosionsdarstellung der Einstelleinheit der 3 und 4;
6 zeigt die Auswechslung von Komponenten eines Aufweitsystems, bei dem der Aufweitantrieb in einer auswechselbaren Patrone angeordnet ist;
7 zeigt die Auswechslung der Spindelwelle und anderer Komponenten der Spindeleinheit, wobei der Drehantrieb in einer auswechselbaren Patrone angeordnet ist;
8 zeigt eine schräg perspektivische Ansicht der den Drehantrieb enthaltenden Patrone, die an ihrer Oberseite Stecker von Steckverbindungen zum elektrischen und fluidischen Anschluss von Komponenten der Patrone aufweist; und
9A bis 9Dzeigen Besonderheiten der verfügbaren Hublänge und Hublagen der Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die 1 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht einer Honmaschine 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. 2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine an der Tragestruktur der Honmaschine angeordnete Honeinheit und Komponenten eines Rundtisch-Transportsystems. In der gezeigten Konfiguration hat die Honmaschine nur eine einzige Honeinheit. Eine zweite Tragestruktur mit einer zweiten Honeinheit zur Bearbeitung derselben Werkstücke kann vorgesehen sein.
Die Honmaschine 100 hat eine im Wesentlichen rechteckige Maschinenbasis 110 mit einem Gestell und einer Basisplatte, die bei fertig eingerichteter Honmaschine horizontal ausgerichtet ist oder sein sollte. Die rechteckförmige Basisplatte ist in der parallel zur y-Achse des Maschinenkoordinatensystems MKS verlaufenden ersten Richtung (Längsrichtung) etwas länger als in der senkrecht dazu parallel zur x-Achse des Maschinenkoordinatensystems verlaufenden zweiten Richtung (Querrichtung). Nahe der Rückseite 114 der Maschinenbasis ist in der Nähe einer der Längskanten ein vertikaler Ständer 120 angeordnet, der fest mit der Maschinenbasis verschraubt ist. Der vertikale Ständer dient als Tragestruktur 120 für eine Honeinheit 130, die im Bereich der Vorderseite der Tragestruktur an dieser montiert ist.
Ein wesentlicher Bestandteil der Honeinheit ist eine Spindeleinheit 150, in der eine Spindelwelle 152 drehbar gelagert ist. Zum Antrieb der Spindelwelle ist ein in die Spindeleinheit integrierter Drehantrieb bzw. Spindelmotor integriert, der die Spindelwelle um die Spindelachse 155, d.h. um die Rotationsachse der Spindelwelle 152, mit vorgegebenem Drehzahlprofil antreiben kann. Die Spindelwelle 152 weist an einem werkzeugseitigen Ende 153, das auch als Spindelnase bezeichnet wird, eine Einrichtung (Werkzeugaufnahme) zum Befestigen eines Honwerkzeugs 190 auf.
Die Spindeleinheit 150 ist auf der Oberseite bzw. Vorderseite einer Schlittenplatte 165 montiert. Die Schlittenplatte wird von einem Schlittenkasten 160 getragen, der als Grundträger der Honeinheit dient. Zwischen dem durch den Schlittenkasten gebildeten Grundträger 160 und der Schlittenplatte 165 bzw. der davon getragenen Spindeleinheit ist ein (in den Darstellungen nicht sichtbares) Linearführungssystem zur Führung einer linearen Hubbewegung der Spindeleinheit 150 gegenüber dem Grundträger 160 vorgesehen. Der Hubantrieb weist im Beispielsfall einen elektrischen Linearmotor mit einem Primärteil und einem Sekundärteil auf, die relativ zueinander parallel zur Längsrichtung des Längsführungssystems (idealer Weise auch parallel zur Spindelachse 155) verfahrbar sind.
Im Beispielsfall ist das mit elektrischem Strom betriebene Primärteil auf Seiten der Schlittenplatte bzw. der ebenfalls mit Strom betriebenen Spindeleinheit 150 angebracht, während innerhalb des Grundträgers 160 eine Reihe von Permanentmagneten angeordnet ist. Auch eine umgekehrte Anordnung ist möglich.
Das Linearführungssystem weist Führungsschienen auf, die am Grundträger 160 angebracht sind. Die korrespondierenden Führungsschuhe sind an der Unterseite der Schlittenplatte 165 angeordnet. Es gibt auch Ausführungsformen, bei denen die Führungsschuhe, die auf den Führungsschienen abgleiten, ohne Zwischenschaltung einer den Führungsschuhen gemeinsamen Schlittenplatte an individuellen Befestigungsflächen der Spindeleinheit befestigt sind.
Die Honmaschine 100 ist mit einem Werkstück-Transportsystem 180 ausgestattet, das einen Rundtisch bzw. Rundschalttisch aufweist. Beim dargestellten Rundtisch-Transportsystem ist eine horizontal ausgerichtete Tischplatte 184 vorgesehen, die mithilfe eines unterhalb der Tischplatte angeordneten Drehantriebs um eine nominell vertikale (parallel zur z-Richtung des Maschinenkoordinatensystems) ausgerichtete Rotationsachse 185 um vordefinierte Winkelschritte gedreht werden kann. Auf einem Teilkreis um die Rotationsachse 185 herum sind mehrere (im Beispielsfall sechs) Werkstückaufnahmen 182 zur Aufnahme jeweils eines Werkstücks W vorgesehen. Beim Transportieren dreht sich die Tischplatte um einen bestimmten Winkel (hier 60°) um die fest im Raum positionierte Rotationsachse 185, um schrittweise nacheinander jeweils ein Werkstück W so in einer Bearbeitungsposition unter der Honeinheit 130 anzuordnen, dass die Spindelachse 155 möglichst gut mit der Bohrungsachse im Werkstück W übereinstimmt. Im Idealfall sind alle Werkstückaufnahmen möglichst im gleichen Abstand von der Rotationsachse 185 und möglichst im gleichen Umfangsabstand zueinander montiert. Wenn mithilfe des Rundtisch-Transportsystems 180 mehrere Honeinheiten bzw. mehrere Honstationen bedient werden, so müssen alle Honeinheiten möglichst so ausgerichtet werden, dass in jeglicher Transportstellung ein möglichst geringer Abstand der tatsächlichen Rotationsachse des Spindelmotors zur Bohrungsachse im Werkstück gegeben ist. Dies bedeutet, dass alle Honeinheiten in der Honmaschine entsprechend ausgerichtet werden müssen.
Die Honeinheit 130 ist mithilfe von zwei Befestigungseinheiten 210-1, 210-2 an der Vorderseite des Ständers bzw. der Tragestruktur 120 befestigt. Die Befestigungseinheiten stellen dabei eine mechanische Verbindung zwischen dem maschinenfesten Ständer 120 (Tragestruktur 120) und dem Grundträger 160 der Honeinheit 130 dar. Der in z-Richtung gemessene vertikale Abstand 212 zwischen den wirksamen Mitten der Befestigungseinheiten 210-1, 210-2 beträgt im Beispielsfall mehr als 30%, insbesondere mehr als 40% und/oder weniger als 90% oder weniger als 80% der in Vertikalrichtung gemessene Länge des Grundträgers 160. Die Befestigungseinheiten sind nicht an den äußeren Enden des Grundträgers 160 angeordnet, sondern nach innen versetzt. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung in der Art, dass die Befestigungseinheiten so positioniert sind, dass die Führungsschuhe, die sich an der die Spindeleinheit tragenden Schlittenplatte befinden, einen möglichst geringen Abstand zu den Befestigungseinheiten haben, wenn sich die Spindeleinheit in einer für die Bearbeitung vorgesehenen Hubposition befindet. Dann können insbesondere die bei einer oszillierenden Hubbewegung auftretenden dynamischen Kräfte besonders gut aufgenommen werden.
Die Befestigungseinheiten 210-1 und 210-2 fungieren gleichzeitig als erste Einstelleinheit 210-1 und zweite Einstelleinheit 210-2 eines Ausrichtsystems 200, dessen Komponenten wenigstens zum Teil zwischen der Tragestruktur 120 und dem Grundträger 160 angeordnet sind. Mithilfe des Ausrichtsystems 200 ist es möglich, sowohl die Position der Spindelachse 155 entlang von zwei zueinander senkrechten Translationsachsen als auch die Einstellung der Orientierung (Winkellage) der Spindelachsen in Bezug auf zwei zueinander senkrechte Rotationsachsen stufenlos und reversibel zu verstellen. Dadurch ist es möglich, die Spindeleinheit insgesamt so auszurichten, dass ihre Achse (Spindelachse 155) möglichst gut zur Achse der zu bearbeitenden Bohrung ausgerichtet ist.
Jede der Einstelleinheiten 210-1, 210-2 bietet genau zwei translatorische Einstell-Freiheitsgrade. Gemäß einem ersten Einstell-Freiheitsgrad kann die parallel zur ersten Richtung (y-Richtung) gemessene Bauhöhe der Einstelleinheit in gewissen Grenzen stufenlos und reversibel verändert werden, so dass der parallel zur ersten Richtung gemessene Abstand 214 zwischen der Tragestruktur 120 und dem Grundträger 160 der Honeinheit am Ort der Befestigungseinheit verändert werden kann. Hierfür sind erste Einstellelemente vorgesehen. Gemäß dem zweiten Einstell-Freiheitsgrad ist es möglich, die fest mit dem Grundträger 160 der Honeinheit 130 verbundenen Komponenten der Einstelleinheit gegenüber denjenigen Komponenten, die fest mit der Tragestruktur 120 verbunden sind, parallel zur zweiten Richtung (x-Richtung) stufenlos und reversibel zu verschieben. Hierfür sind zweite Einstellelemente vorgesehen. Es gibt Komponenten, die sowohl zu den ersten als auch zu den zweiten Einstellelementen gehören und somit eine Doppelfunktion haben (z.B. ein später noch erläutertes Keilelement)
Diese zwei translatorischen Einstell-Freiheitsgrade verbunden mit dem Umstand, dass die beiden Einstelleinheiten 210-1, 210-2 in einem vertikalen Abstand 212 (gemessen entlang der z-Richtung bzw. der dritten Richtung) zueinander angeordnet sind, ermöglicht es, die Position der Spindelachse 155 entlang zweier zueinander senkrechter Translationsachsen (parallel zur ersten Richtung und parallel zur zweiten Richtung) einzustellen und unabhängig davon außerdem die Orientierung der Spindelachse 155 in Bezug auf zwei zueinander senkrechte Rotationsachsen (jeweils parallel zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung) stufenlos und reversibel einzustellen.
Werden beispielsweise beide Einstelleinheiten 210-1, 210-2 in ihrer effektiven Bauhöhe so verstellt, dass der parallel zur ersten Richtung gemessene Abstand 214 zwischen Tragestruktur 120 und Grundträger 160 um den gleichen Betrag verändert wird, so ergibt sich eine Änderung der Position der Spindelachse 155 durch Parallelverschiebung in einer y-z-Ebene bzw. eine Translation der Spindelachse 155 in der ersten Richtung. Dies entspricht einer reinen Positionsänderung ohne Änderung der Orientierung.
Wird an der ersten Einstelleinheit 210-1 keine oder eine andere Abstandsänderung eingestellt als an der zweiten Einstelleinheit 210-2, so ergibt sich dadurch eine Neigungsänderung der Spindelachse 155 innerhalb der y-z-Ebene, was einer Rotation der Spindelachse um eine virtuelle Rotationsachse führt, die parallel zu der zur y-z-Ebene senkrechten zweiten Richtung (x-Richtung) verläuft. Es ergibt sich somit eine Änderung der Orientierung.
Wird an der ersten Einstelleinheit 210-1 und an der zweiten Einstelleinheit 210-2 eine Verschiebung parallel zur zweiten Richtung (x-Richtung) um den gleichen Verschiebungsweg eingestellt, so ergibt sich eine Parallelverschiebung der Spindelachse in einer x-z-Ebene bzw. eine Translation der Spindelachse 155 in der zweiten Richtung. Dies entspricht einer reinen Positionsänderung ohne Änderung der Orientierung.
Werden an der ersten Einstelleinheit 210-1 und an der zweiten Einstelleinheit 210-2 ungleich lange Verschiebungswege eingestellt, so resultiert dies in einer Neigungsverstellung der Spindelachse in einer x-z-Ebene, was einer Rotation um eine virtuelle Rotationsachse entspricht, die parallel zur ersten Richtung verläuft.
Die räumliche Lage der sich eventuell ergebenden virtuellen Rotationsachsen ist nicht festgelegt, sondern sie variiert in Abhängigkeit von den Verhältnissen der an den beiden Einstelleinheiten vorgenommenen Veränderungen.
Nachfolgend werden nun mit zusätzlichem Bezug auf die 3 bis 5 Einzelheiten des Aufbaus der ersten Einstelleinheit 210-1 bzw. der ersten Befestigungseinheit 210-1 des Ausrichtsystems 200 näher erläutert. Dabei zeigt 3 einen Schnitt entlang der y-z-Ebene durch die Einstelleinheit, 4 zeigt einen Schnitt parallel zur x-y-Ebene und 5 zeigt eine Explosionsdarstellung der ersten Einstelleinheit 210-1. Die zweite Einstelleinheit 210-2 kann identisch oder nahezu identisch aufgebaut sein.
Die Einstelleinheit 210-1 umfasst ein aus mehreren Komponenten bestehendes Basiselement 220, das dafür ausgebildet ist, fest an der Tragestruktur 120 der Honmaschine oder an einer fest mit der Tragestruktur verbundenen Adaptereinheit montiert zu werden. Weiterhin ist ein Keilelement 230 vorgesehen, welches eine dem Basiselement 220 zugewandte ebene erste Keilfläche 231 sowie eine ebene zweite Keilfläche 232 aufweist, die im montierten Zustand dem Grundträger 160 zugewandt ist. Die Keilflächen 231, 232 des relativ flachen Keils schließen einen Keilwinkel 233 von ca. 5° bis 6° ein. Im zusammengebauten Zustand liegt die ebene erste Keilfläche 231 flächig an einer ihr zugewandten ebenen Gleitfläche 221 des Basiselements 220 an. Eine Relativverschiebung des Keilelements 230 relativ zu dieser Gleitfläche 221 des Basiselements entlang einer parallel zur x-Richtung (zweite Richtung) verlaufende Verschiebungsrichtung 238 ist konstruktiv vorgesehen, Relativbewegungen in anderen Richtungen sind konstruktiv unterbunden. Die zur Betätigung dieser Relativverschiebung vorgesehenen Betätigungseinrichtungen zur Verschiebung des Keilelements 230 in der Verschiebungsrichtung und zum Positionieren des Keilelements in einer Zielposition werden später noch erläutert.
Zum Basiselement 220 gehört eine Kugelpfanne 222, die als Basis der Befestigungseinheit dient und dafür vorgesehen ist, mit der Tragestruktur der Honmaschine an der dafür vorgesehenen Befestigungsposition fest verschraubt zu werden. Bei manchen Ausführungsformen wird zwischen der Kugelpfanne und der Tragestruktur noch eine Adaptereinheit mit passenden Montage-Schnittstellen zwischengeschaltet. Zur Lageorientierung der Kugelpfanne 222 an der Tragestruktur 120 oder einem zur Verbindung mit der Tragestruktur vorgesehenen Adapter kann ein Zylinderstift genutzt werden. Dieser Zylinderstift kann die rotative Position der Kugelpfanne in einer Passbohrung der Tragestruktur bzw. eines Adapters definieren.
An der dem Keilelement zugewandten Seite ist eine sphärisch gekrümmte Gleitfläche 223 ausgebildet. In der Kugelpfanne 222 liegt im montierten Zustand eine Kugelscheibe 224. Diese hat an der der Kugelpfanne zugewandten Seite eine zur Gleitfläche 223 korrespondierende konvexe sphärische Gleitfläche 225 und an der dem Keilelement zugewandten Seite die ebene Gleitfläche 221. Eine freie Rotation der Kugelscheibe 224 in der Kugelpfanne 222 wird dadurch verhindert, dass die Kugelpfanne zwei Zylinderstifte 228 aufweist, die in einer Nut in der Kugelscheibe 224 laufen. Somit ist nur eine begrenzte Rotation um eine parallel zur zweiten Richtung verlaufende Rotationsachse möglich.
Beim Zusammenbau wird auf der Kugelscheibe 224 das Keilelement 230 aufgelegt. Dieses Keilelement kann seitlich in der Verschiebungsrichtung (parallel zur x-Richtung) verschoben werden, um die parallel zur y-Richtung gemessene Bauhöhe des Einstellelements stufenlos und reversibel einstellen zu können. Einerseits sollte der Winkel des Keilelements 230 flach genug sein, damit es sich im Bereich der Selbsthemmung bewegt. Dies bedeutet hier, dass eine Laständerung auf dem Keilelement keine seitliche Verschiebung des Keilelements auslösen soll. Andererseits sollte der Winkel des Keilelements jedoch auch steil genug sein, damit mit dem zur Verfügung stehenden seitlichen Verschiebungsweg des Keilelements 230 ein ausreichender Verstellbereich in der Höhe des Keilelements vorhanden ist. Beim Ausführungsbeispiel ist der Keilwinkel 223 so bemessen, dass ein ganzzahliges Verhältnis zwischen einer seitlichen Verschiebung des Keilelements und der damit verursachten Höhenänderung der Befestigungseinheit bzw. der Einstelleinheit einhergeht. Als gut geeignet hat sich ein Keil mit einem entsprechenden Verhältnis von 1:10 erwiesen, so dass eine Verschiebung um 1 mm eine Höhenänderung um 0.1 mm verursacht.
Zur Erleichterung der Handhabung der Komponenten beim Zusammenbau sind zwei Zuganker 229 vorgesehen. Diese üben jeweils über eine Schraubenfeder einen geringen Druck auf das Keilelement 230 aus, so dass dieses sich auf der Kugelscheibe 224 abstützt und somit verhindert, dass bei der Montage das Keilelement von der Kugelscheibe abhebt.
In der fest montierten Kugelpfanne 222 ist ein im Wesentlichen quaderförmiger Halteklotz 226 fest montiert. Im Halteklotz sitzt ein Auflagebolzen 227, auf dem sich beim Anbauen der Honeinheit 130 an die Befestigungseinheit 210-1 der Grundträger 160 abstützen kann, um bei der Montage die Masse der Honeinheit gegen die Erdanziehungskraft auszugleichen. Der Auflagebolzen 227 hat an seiner der Honeinheit zugewandten Seite eine runde Außenkontur. Der Grundträger 160 hat an seiner der Befestigungseinheit zugewandten Seite eine rechteckige Tasche bzw. Ausnehmung 162 zum Aufnehmen des Auflagebolzens, der im aufgenommenen Zustand mit der rechteckigen Tasche im Idealfall einen Linienkontakt (oder bei größeren Schrägstellungen einen Punktkontakt) bildet, so dass auch bei Schrägstellung der Honeinheit kein Zwang ausgeübt wird.
An der oberen Befestigungseinheit 210-1 ist der Auflagebolzen 227 relativ eng in dieser Tasche am Grundträger 160 eingepasst, um die Position der Honeinheit in der Honmaschine bei der Montage schon relativ genau festzulegen. An der unteren Befestigungseinheit 210-2 ist die Tasche am Grundträger 160 der Honeinheit etwas größer, so dass auch hier kein Zwang auf die Honeinheit ausgeübt wird.
Im Keilelement 230 sind an gegenüberliegenden Seiten der zum Durchlassen des Halteklotzes 226 vorgesehenen echteckigen Aussparung Gewindebohrungen vorgesehen, die im Wesentlichen parallel zu der zweiten Richtung orientiert sind. In die Gewindebohrungen sind Stellschrauben 240-1, 240-2 eingeschraubt, die als Betätigungselemente einer Betätigungseinrichtung zur Verschiebung des Keilelements 230 in der Verschiebungseinrichtung 238 dienen. Mithilfe dieser Stellschrauben kann das Keilelement gegen den (maschinenfest angebrachten) Halteklotz 226 in Verschiebungsrichtung 238 verschoben werden. Durch Verschiebung des Keilelements wird die Höhenverstellung des Befestigungselements und damit die Abstandsverstellung (in y-Richtung) zwischen Tragestruktur und Grundträger der Honeinheit am Ort der Einstelleinheit bewirkt. Ist die gewünschte Zielposition erreicht, hält das Keilelement aufgrund von Selbsthemmung diese Position selbsttätig. Das Keilelement kann jedoch durch Festziehen der gegeneinander wirkenden Stellschrauben zusätzlich in dieser Position fixiert werden.
Am Grundkörper 160 ist an der zum Anbringen der Befestigungseinheit bzw. Einstelleinheit 210-1 vorgesehenen Stelle eine plane Schrägfläche 164 ausgebildet, die im montierten Zustand als Gleitfläche mit der zweiten Keilfläche 232 zusammenwirkt. Im Grundträger 160 der Honeinheit sind weiterhin parallel zur x-Richtung verlaufende Gewindebohrungen eingebracht, in denen Stellschrauben 250-1, 250-2 sitzen. Diese stützen sich ebenfalls am (maschinenfest montierten) Halteklotz 226 ab. Durch Betätigung der Stellschrauben 250-1, 250-2 ist eine Verschiebung des Grundträgers 160 der Honeinheit gegenüber der maschinenfesten Tragestruktur 120 parallel zur Verschiebungsrichtung 238 möglich. Dabei gleiten die ebene zweite Keilfläche 232 und die gegenüberliegende ebene Schrägfläche 164 am Grundträger aneinander ab. Da hiermit eine minimale Abstandsänderung in y-Richtung einhergeht, sollten auch die Stellschrauben 240-1, 240-2 zur Kompensation in gleichem Maße verstellt werden.
Vorteilhaft ist eine Gestaltung in der Art, dass sich ein festes Maß der Verschiebung pro Umdrehung der Stellschraube ergibt. Beispielsweise ergibt bei einer Gewindesteigung von 1 mm eine volle Umdrehung der Stellschraube 250-2 eine Verschiebung um 1 mm. Durch Nachmessen der Positionen der Teile zueinander kann die jeweils eingestellte Position abgelesen werden und der noch vorhandene erforderliche Verstellweg kann abgeschätzt werden.
Die Grundeinstellung der Befestigungseinheiten 210-1, 210-2 ist die theoretische Mitte, so dass bei Abwesenheit aller Fertigungstoleranzen der Honmaschine in dieser Position die Achse des Spindelmotors, also die Spindelachse 155, genau fluchtend zur Bohrungsachse im Werkstück laufen würde. Ausgehend von dieser Mittellage kann sowohl die Höhe der Einstelleinheiten parallel zur ersten Richtung (y-Richtung) als auch der seitliche Versatz durch relative Verschiebung parallel zur zweiten Richtung (x-Richtung) mithilfe der Stellschrauben 240-1, 240-2 bzw. 250-1, 250-2 unabhängig voneinander reversibel eingestellt werden. Eine seitliche Verschiebung parallel zur x-Richtung ergibt sich dabei durch die Stellschrauben 250-1, 250-2 im Grundträger. Die Einstellung der Höhe der Befestigungseinheit in y-Richtung ergibt sich durch die Stellschrauben bzw. Abdrückschrauben 240-1, 240-2 im Keilelement 230.
Um die Position der Honeinheit relativ zur Bohrungsachse im Werkstück zu verändern, werden die obere Einstelleinheit 210-1 und die untere Einstelleinheit 210-2 in die jeweils gleiche Richtung um denselben Stellweg verstellt. Um die Winkellage der Einheit zu verstellen, werden die obere Einstelleinheit und die untere Einstelleinheit gegensinnig und/oder um unterschiedliche Beträge verstellt. Bei Einstellung der Befestigungseinheiten in gegensinniger Richtung und/oder um unterschiedliche Beträge kann es durch die unterschiedlichen Höhen der beiden Einstelleinheiten zu einem Winkelversatz zwischen den Keilflächen der Keilelemente, die auf den Kugelkalotten aufliegen, kommen. Dieser Winkelversatz kann durch kleine Ausgleichsbewegungen der Kugelscheiben in den Kugelpfannen ausgeglichen werden. Somit dienen die in die Befestigungseinheiten 210-1, 210-2 integrierten Kalottenlager, die die komplementären gekrümmten Gleitflächen aufweisen, als Winkelausgleichseinrichtung zum selbsttätigen Ausgleichen von Winkelversätzen und dadurch eventuell verursachte Spannungen bei ungünstigen Einstellverhältnissen der Einstelleinheiten. Im Beispielsfall ist der Krümmungsradius der sphärischen Gleitflächen 223, 225 so gewählt, dass (bei Einstellung des Keilelements in seine Mittellage) der Kugelmittelpunkt auf der Rotationsachse des Spindelmotors, also auf der Spindelachse 155, liegt. Dadurch wirken sich eventuelle Ausgleichsbewegungen nicht auf die Position und Orientierung der Spindelachse aus.
Ein Verfahren zum Einstellen der Maschinengeometrie mit Ausrichtung der Spindelachse in Bezug auf die Bohrungsachse der zu honenden Bohrung kann beispielsweise wie folgt ablaufen.
Zunächst werden die als Einstelleinheiten dienenden Befestigungseinheiten 210-1, 210-2 an ihren vorgesehenen Positionen an der Vorderseite der Tragestruktur mittels Schrauben befestigt. Dabei werden die Keilelemente und die Kugelscheiben jeweils in eine mittlere Stellung gebracht.
Danach wird die Honeinheit eingehängt, indem sie auf die Auflagebolzen 227 oben und unten aufgesetzt wird. Dann wird der Grundträger 160 der Honeinheit 130 in eine mittlere Stellung gebracht.
Für eine Ausrichtoperation sollte auf Seiten der Werkstückaufnahme eine möglichst lange, zylindrische Geometrie mit Bezug zur Werkstückaufnahme bzw. zum Transportsystem vorhanden sein. Beispielsweise kann ein Meister-Zylinder als Ausricht-Hilfsmittel am Ort einer Werkstückaufnahme des Rundtisch-Transportsystems montiert werden. Die zylindrische Bohrung im Meister-Zylinder repräsentiert damit die Bohrungsachse im Werkstück und stellt den Bezug zum Transportsystem her. Dieser Schritt kann vor oder nach dem Einhängen der Honeinheit an der Tragestruktur erfolgen.
Danach kann die Parallelität der Rotationsachse des Spindelmotors, also die Parallelität der Spindelachse zur Mittellängsachse des Meister-Zylinders, z.B. durch gegensinnige und/oder ungleich starke Einstellung der Einstelleinheiten eingestellt werden. Dabei wird vorzugsweise erst die seitliche Einstellung (parallel zur Verschiebungsrichtung) mithilfe der Stellschrauben im Grundträger und dann die frontale Einstellung durch Verschieben der Keilelemente vorgenommen.
Danach kann der Meister-Zylinder demontiert werden, um einen eventuellen Positionsversatz der Spindelachse zur Sollposition direkt an denjenigen Bohrungen des Transportsystems zu messen, in denen später die Werkstückaufnahmen montiert werden.
Ergeben diese Messungen einen noch erforderlichen Positionsversatz, so wird die Position der Rotationsachse des Spindelmotors zur Bohrungsachse des Werkstücks durch gleichsinnige Verstellung der Einstellelemente um gleiche Beträge eingestellt. Auch hier wird vorzugsweise zunächst die seitliche Position (Position in der x-Richtung) und danach die frontale Position (Position entlang der ersten Richtung bzw. y-Richtung) eingestellt.
Ist die gewünschte Zielposition und Ziel-Orientierung mit ausreichender Genauigkeit erreicht, so werden die Stellschrauben der Einstelleinheiten ohne weitere Verlagerung der damit betätigten Komponenten festgezogen, um die eingenommenen Relativpositionen zu fixieren.
Bei der Tragestruktur kann es sich, wie gezeigt, z.B. um einen vertikalen Ständer handeln, der ggf. nur eine einzige Honeinheit trägt. Eine Honmaschine kann zwei oder mehr derartiger Ständer aufweisen. Die Tragestruktur kann auch eine Säule sein, an deren Umfang mehrere Honeinheiten umfangsversetzt montiert sind (vgl. DE 20 2011 003 069 U1 ). Anstelle der dargestellten unmittelbaren Montage der Befestigungseinheiten an der Tragestruktur ist auch eine mittelbare Befestigung mithilfe eines zur Verbindung mit der Tragestruktur vorgesehenen Adapters möglich.
Anhand der 6 bis 8 werden nun Besonderheiten des Aufbaus einer Spindeleinheit 300 beschrieben, die bei manchen Ausführungsformen vorgesehen ist. Die Spindeleinheit 150 der bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele kann identisch aufgebaut sein wie die nachfolgend beschriebene Spindeleinheit 300. Es ist jedoch auch möglich, dass die Spindeleinheit 150 einen anderen Aufbau hat als die jetzt beschriebene Spindeleinheit 300. Abgesehen von der Spindeleinheit erhalten die dargestellten Komponenten die gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Beispielen.
Die Spindeleinheit 300 hat einen modularen Aufbau. Das Spindeleinheits-Gehäuse 310 ist als einstückiges Bauteil konstruiert und wird hier auch als Monocoque-Gehäuse bezeichnet. Das beidseitig offene, im Wesentlichen rohrförmige Bauteil hat einen ersten Gehäuseabschnitt 310-1, der den Drehantrieb 450 aufnimmt, sowie einen einstückig damit ausgebildeten zweiten Gehäuseabschnitt 310-2, der einen kleineren Innendurchmesser hat als der erste Gehäuseabschnitt 310-1 und der dafür vorgesehen ist, den Aufweitantrieb 550 aufzunehmen.
Der Drehantrieb 450 ist in einer auswechselbaren ersten Patrone 400 angeordnet und ist im Inneren der im Wesentlichen rotationssymmetrischen Patronenhülse 410 der ersten Patrone 400 montiert. Der Aufweitantrieb 550 ist in einer zweiten Patrone 500 angeordnet und innerhalb des Patronengehäuses 510 der zweiten Patrone montiert.
Die erste Patrone 400 ist von unten in den ersten Gehäuseabschnitt 310-1 einführbar. Unabhängig davon ist die zweite Patrone 500 mit dem Aufweitantrieb von oben in den zweiten Gehäuseabschnitt 310-2 einführbar. Der Aufweitantrieb ist mit einer axial bewegbaren Zustellstange 460 gekoppelt, die beim Zusammenbau der Spindeleinheit in eine innere Durchgangsbohrung der Spindelwelle 152 eingeführt wird und im Betrieb der Honmaschine auf einen im Inneren des Honwerkzeugs angeordneten axial verschiebbaren Aufweitkonus wirkt.
6 zeigt eine Konfiguration, bei der die erste Patrone 400 (mit Drehantrieb 450) betriebsbereit in das Spindeleinheits-Gehäuse 310 eingebaut ist, während die zweite Patrone 500 mit dem Aufweitantrieb 550 nach oben entnommen wurde. 7 zeigt eine Konfiguration, in der die zweite Patrone 500 mit Aufweitantrieb 550 in ihren zugehörigen zweiten Gehäuseabschnitt 310-2 eingeführt ist, während die erste Patrone 400 mit dem Drehantrieb 450 nach unten aus dem Spindeleinheits-Gehäuse entnommen ist.
Die Zusammenschau der 6 und 7 zeigt, dass die Entnahme der beiden Patronen oder deren Einbau an gegenüberliegenden Seiten ohne großen Bauraumbedarf an den Seiten möglich ist, da zur Entnahme oder zum Einbau der zweiten Patrone 500 der auf dem Grundträger 160 verfahrbare Schlitten 165 nach unten gefahren werden kann, während zur Entnahme oder zum Einbau der ersten Patrone 400 der Schlitten 165 mit dem Spindeleinheits-Gehäuse 310 nach oben fahren kann, so dass nach unten ausreichend Freiraum zur Entnahme der ersten Patrone 400 bleibt, ohne dass eine Kollision mit dem Transportsystem oder Werkstückhaltevorrichtungen zu befürchten ist.
Das einstückige Spindeleinheits-Gehäuse 310, das zu Beispiel aus einer verwindungssteifen Aluminiumlegierung oder aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sein kann, dient als mechanischer Bezug für die gegenseitige koaxiale Ausrichtung der beiden Patronen 400, 500 und der darin enthaltenen Komponenten sowie auch als mechanischer Bezug zur Herstellung der richtigen Ausrichtung dieser Komponenten der Spindeleinheit 300 in Bezug auf das Linearführungssystem des Hubantriebs.
Um sicherzustellen, dass jede der Patronen in der richtigen Ausrichtung und der richtigen axialen Position in Bezug auf den zugehörigen Gehäuseabschnitt des Spindeleinheits-Gehäuses eingebaut wird, sind korrespondierende Passflächen an den Außenseiten der jeweiligen Patronen und den Innenseiten der zugehörigen Gehäuseabschnitte ausgebildet. In 7 sind die zentrierenden Passflächen des ersten Gehäuseabschnitts 310-1 zur Aufnahme der ersten Patrone 400 gut zu erkennen. Direkt im Anschluss an die untere Stirnseite 315 des Spindeleinheits-Gehäuses 310 ist an der Innenseite desselben eine rotationssymmetrische untere Passfläche 312 ausgebildet. Mit Abstand nach oben, also im Inneren des ersten Gehäuseabschnitts 310-1, ist eine rotationssymmetrische obere Passfläche 313 ausgebildet.
Am Patronengehäuse 410 der ersten Patrone 400 ist im unteren Drittel ein nach außen ragender Flansch 415 ausgebildet. Dessen nach oben weisende Flanschfläche dient als axiale Anschlagsfläche zum Anschlagen an die Stirnseite 315 des Spindeleinheits-Gehäuses und legt damit die axiale Position der eingebauten Patrone fest. Unmittelbar über dem Flansch 415 befindet sich eine breite rotationssymmetrische Passfläche 416, die zur Passfläche 312 passt. Mit Abstand darüber befindet sich eine weitere Passfläche 417, die zur oberen Passfläche 313 passt. Die innenliegende Passung zwischen den Passflächen 313 und 417 ist in einem geringeren Durchmesser ausgeführt als die äußere Passung mit den Passflächen 416 und 312 in der Nähe des Flansches 415. Dadurch kann erreicht werden, dass bei der Montage erst bei fast vollständigem Einschieben der ersten Patrone 400 in das Spindeleinheits-Gehäuse bzw. den zugehörigen Gehäuseabschnitt die jeweiligen Passflächen in Kontakt zueinander kommen und nicht bereits schon bei Beginn des Einschiebens in das Spindeleinheits-Gehäuse.
Eine entsprechende Lösung ist auch für den Einbau der zweiten Patrone 500 im zweiten Gehäuseabschnitt 310-2 vorgesehen. Auch dort gibt es zwei mit Abstand zueinander liegende Passflächen-Paarungen sowie am verbreiterten Kopf der zweiten Patrone 500 eine Anschlagsfläche 515, die beim axialen Einsetzen der zweiten Patrone 500 an die obere Stirnseite 316 des Spindeleinheits-Gehäuses 310 anschlägt und dadurch die axiale Position der zweiten Patrone 500 in dem Spindeleinheits-Gehäuse festlegt. Somit ist ohne weitere Ausrichtarbeiten die richtige Ausrichtung und axiale Position der Patronen eingestellt, wenn das Einführen der Patronen bei der Montage am Spindeleinheits-Gehäuse abgeschlossen ist.
Eine besondere Herausforderung besteht darin, bei der Spindeleinheit 300 für geeignete elektrische und fluidische Anschlüsse der in der ersten Patrone 400 verbauten Komponenten zu sorgen. Während die Komponenten der den Aufweitantrieb 550 aufnehmenden zweiten Patrone 500 relativ einfach direkt von oben über geeignete Anschlüsse kontaktiert werden können, ist eine Kontaktierung der in der ersten Patrone 400 vorgesehenen Komponenten (zum Beispiel Drehantrieb) von unten, d.h. von der Seite, an die das Honwerkzeug angekoppelt wird, nicht oder nur mit Einschränkungen möglich.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind Anschlussprobleme für die internen Komponenten der ersten Patrone 400 dadurch gelöst, dass an der Oberseite der ersten Patrone 400, also an der der zweiten Patrone 500 zuzuwendenden Innenseite, Verbindungselemente geeigneter Steckverbindungen angebracht sind. Diese arbeiten mit korrespondierenden Verbindungselementen einer Steckverbindung an einem Gehäuseabschnitt 318 des Spindeleinheits-Gehäuses 310 am stufenförmigen Übergang vom größeren Durchmesser im ersten Gehäuseabschnitt 310-1 zum kleineren Durchmesser am zweiten Gehäuseabschnitt 310-2 zusammen.
Im Ausführungsbeispiel der 8 gibt es selbsttätig abdichtende männliche Steckerkomponenten von Fluid-Verbindungselementen 470 zur Einleitung oder Ableitung flüssiger oder gasförmiger Fluide. Zwei der Fluidstecker dienen für Zufuhr und Abführung von Kühlflüssigkeit zur Kühlung der innerhalb der ersten Patrone 400 angeordneten Komponenten, insbesondere des Drehantriebs. Diese Steckanschlüsse sind mit Kühlmittelkanälen 472 verbunden, die im Inneren der Wandung des Patronengehäuses 410 der ersten Patrone verlaufen und hier nur gestrichelt angedeutet sind. Kühlmittelkanäle können beispielsweise helixförmig innerhalb des Patronengehäuses verlaufen. Es ist auch möglich, ein Kanalnetzwerk mit teilweise axial verlaufenden Kühlmittelkanalabschnitten und Querverbindungen aufzubauen. Zwei weitere Fluid-Verbindungselemente können der Zufuhr und Abfuhr von Kühlschmierstoff zum Honwerkzeug und vom Honwerkzeug dienen. Auch gasförmige Fluide können angeschlossen werden. Beispielsweise kann ein Anschluss dafür vorgesehen sein, Sperrluft durch das Patronengehäuse 410 der ersten Patrone 400 hindurch zu einem Auslass auf der Werkzeugseite der ersten Patrone zu leiten.
Die elektrischen Steckkontakte 475 dienen der Versorgung des Drehantriebs 450 mit elektrischer Leistung sowie der Übertragung von Informationen des Drehantriebes, beispielsweise von Temperaturfühlern. Die elektrischen Anschlüsse 480 dienen zur Signalübertragung von in der ersten Patrone 400 eingebauten Gebern, beispielsweise eines Drehgebers des Drehantriebs, zur Steuerung der Honmaschine. Der Drehgeber kann aus einem statischen und einem rotierenden Teil bestehen, wobei der statische Teil als Messkopf 485 fungiert.
Die zugehörigen Steckbuchsen sind an der nach unten zeigenden Seite des Gehäuseabschnitts 318 am stufenförmigen Übergang zwischen dem größerem Innendurchmesser des ersten Gehäuseabschnitts 310-1 und dem kleineren Innendurchmesser des zweiten Gehäuseabschnitts 310-2 angebracht. Die elektrischen und fluidischen Verbindungen werden automatisch in der letzten Phase des Einschiebens hergestellt, wenn die erste Patrone 400 in der richtigen Drehstellung in den zugehörigen ersten Gehäuseabschnitt 310-1 eingeschoben wird. Um sicherzustellen, dass die erste Patrone nur in einer einzigen Drehstellung eingeführt und bis zum Anschlag eingeschoben werden kann, ist eine entsprechende Struktur vorgesehen.
Weitere Besonderheiten des Maschinenkonzepts des Ausführungsbeispiels werden nun im Zusammenhang mit den 9A bis 9D erläutert. Die Honmaschine kann zum Honen von Werkstücken sehr unterschiedlicher Werkstückhöhen und Bohrungslängen verwendet werden, ohne dass die Honmaschine hierfür umgerüstet werden muss. Die 9A und 9B zeigen die Bearbeitung eines Werkstücks W1, dessen Werkstückhöhe der maximalen Höhe WHO eines bei der Auslegung berücksichtigten Werkstückhöhenbereichs entspricht. Die Honmaschine kann also Werkstücke bis zu dieser Werkstückhöhe bearbeiten.
Die 9C und 9D zeigen die Bearbeitung von Werkstücken W2, die eine geringere Werkstückhöhe haben und eine nur relativ kurze zu bearbeitende Bohrung aufweisen.
Für die Bearbeitung des hohen Werkstücks W1 wird dementsprechend ein relativ langes Honwerkzeug 190-1 benötigt, während zur Bearbeitung der kurzen Bohrung im relativ flachen Werkstück W2 ein relativ kurzes Honwerkzeug 190-2 verwendet werden kann, welches geringen Rundlauffehler und dadurch hohe Bearbeitungsqualitäten ermöglicht.
Bei der Auslegung der Honeinheit 130 wird unter anderem auf eine optimale axiale Montageposition des Grundträgers 160 bzw. des Schlittenkastens 160 an der Tragestruktur 120 geachtet. Der Grundträger 160 wird dabei derart an der Tragestruktur 120 angebracht, dass ein werkstücknahes Ende 166, also die Unterkante 166 des Schlittenkastens bzw. des Grundträgers 160, mit Abstand oberhalb der der Spindeleinheit zugewandten oberen Grenze WHO des Werkstückhöhenbereichs liegt.
Damit können sich selbst die höchsten Werkstücke W1 bei Drehung des Rundtisches bzw. von dessen Tischplatte 184 um die Rundtischachse 185 kollisionsfrei unterhalb des Grundträgers 160 hindurchbewegen, wenn die Spindeleinheit 150 ausreichend weit nach oben zurückgefahren ist. 9A zeigt hierzu eine Situation, bei der die Spindeleinheit 150 in ihre obere Endstellung verfahren ist. Diese ist im Beispielsfall so ausgelegt, dass selbst bei Verwendung des längsten Honwerkzeugs 190-1 dessen werkstückzugewandte Spitze höchstens bis auf das (mit gestrichelter Linie dargestellte) Niveau der Unterkante 166 des Grundträgers, nicht aber weiter in Richtung Werkstück reicht. Damit ist einerseits ein freier Transport der Werkstücke bei zurückgezogener Spindeleinheit gewährleistet (9A), andererseits ist die Hublänge der Linearbewegung der Spindeleinheit so groß, dass das lange Honwerkzeug 190-1 bei heruntergefahrener Spindeleinheit die Bohrung über ihre gesamte Länge mit oszillierendem Hub bearbeiten kann. 9B zeigt hierzu die Spindeleinheit in ihrem werkstücknahen unteren Umkehrpunkt der oszillierenden Hubbewegung.
Wichtig ist hierbei, dass die Spindeleinheit 150 bei Bedarf auch weiter nach unten in Richtung Werkstück verfahren kann, wie es anhand von 9D noch erläutert wird.
Anhand von 9C ist ersichtlich, dass das werkstückzugewandte Ende bzw. die Unterkante 166 des Grundträgers weit oberhalb der Bewegungsbahn der relativ flachen Werkstücke W2 angeordnet ist, so dass die Werkstücke ohne Kollision mit dem Grundträger um die Rundtischachse 185 herum in ihre jeweilige Bearbeitungsposition unterhalb der Spindeleinheit transportiert werden können.
Bei Verwendung eines kurzen Honwerkzeugs 190-2 zur Bearbeitung der kurzen Bohrung eines flachen Werkstücks muss die Spindeleinheit 150 relativ weit nach unten bzw. in Richtung der Werkstücke verfahren werden. 9D zeigt hierbei eine Stellung der Spindeleinheit nahe am unteren Umkehrpunkt der Oszillationsbewegung des Honwerkzeugs 190-2 in der Bohrung des flachen Werkstücks W2. In dieser Darstellung ist gut ersichtlich, dass in dieser werkstücknahen Position der Hubbewegung der Spindeleinheit 150 das werkzeugseitige Ende 153 der Spindelwelle 152, also die Spindelnase 153 mit der Einrichtung zur Werkzeugaufnahme, über das untere Ende 166 des Grundträgers nach unten hinausbewegt wird und damit näher am Werkstückhöhenbereich liegt als das werkstücknahe Ende 166 des Grundträgers. In der Arbeitsstellung von 9D ist auch gut zu erkennen, dass das werkzeugseitige Ende 153 der Spindelwelle in Richtung nach unten bzw. in Richtung der Werkstücke über das werkstückseitige Ende der Schlittenplatte 165 zur Werkstückseite hinausragt. Der Überstand 167, d.h. die Länge, um die die Spindelnase 153 gegenüber dem werkstückseitigen Ende des Grundträgers 160 hinausragt, kann beispielsweise 10 % oder mehr oder 25 % oder mehr der Gesamtlänge der Spindeleinheit zwischen Spindelnase und oberem Ende der Aufweiteinrichtung betragen.
Darüber hinaus ist die Spindeleinheit 150 in Axialrichtung, also parallel zur Spindelachse, aufgrund der Verwendung von elektrischen Direktantrieben für den Drehantrieb und den Aufweitantrieb so kurz, dass selbst in der werkstückfernsten Hubstellung (9A) das obere Ende der Spindeleinheit 150 nicht über das obere Ende des Grundträgers 160 hinausragt. Somit kann das Maschinendach 105 unmittelbar oberhalb des oberen Endes des Grundträgers 160 angebracht werden, wodurch eine auch in Höhenrichtung kompakte Umhausung der Honmaschine möglich wird.
Untersuchungen der Erfinder zu günstigen Dimensionierungsverhältnissen haben ergeben, dass für viele praktisch relevante Anwendungen bzw. Werkstücke der Werkstückhöhenbereich im Bereich von 250 mm bis 500 mm, insbesondere im Bereich von 250 mm bis 400 mm liegen kann. Die oberen Grenze WHO des Werkstückhöhenbereichs kann somit z.B. 250 mm bis 500 mm oberhalb einer Referenzebene liegen, wobei die Referenzebene diejenige Ebene ist, auf der die Werkstückhaltevorrichtungen montiert werden (beim Beispiel also die Oberseite der Tischplatte). Die Unterkante 166 des Grundträgers kann einen oder wenige mm über dieser oberen Grenze liegen. Günstige Hublängen können z.B. im Bereich von 450 mm bis 700 mm, insbesondere im Bereich von 500 mm bis 650 mm liegen. Günstige Hublagen können z.B. im Bereich von 150 mm bis 900 mm liegen, insbesondere im Bereich von 180 mm bis 850 mm (ebenfalls bezogen auf die oben genannte Referenzebene). Günstige Längen des Grundträgers können z.B. im Bereich von 1000 mm bis 1500 mm liegen, insbesondere im Bereich von 1100 mm bis 1400 mm. Günstige axiale Längen der Spindeleinheit (gemessen von Spindelnase bis zur Oberseite des Spindeleinheitsgehäuses können z.B. im Bereich von 500 mm bis 900 mm, insbesondere im Bereich von 600 mm bis 800 mm liegen. Typische Werkzeuglängen können z.B. Im Werkzeuglängenbereich von 100 mm bis 150 mm (für die kürzeren Honwerkzeuge) bis zu 350 bis 600 mm (für die längeren Honwerkzeuge) liegen.
Betrachtet man den konstruktiv möglichen Überstand 167 der Spindelnase über die Unterkante 166 des Grundträgers, so kann dieser z.B. im Bereich von 20% bis 40% der Hublänge liegen, insbesondere im Bereich von 25% bis 35% der Hublänge. Die Obergrenze des Werkstückhöhenbereichs kann z.B. kann z.B. von 50% bis 75% der Hublänge betragen, insbesondere von 60% bis 70%. Die Hublänge kann z.B. im Bereich von 70% bis 90% der Länge der Spindeleinheit betragen. Abweichungen von diesen Dimensionen und Dimensionsverhältnissen sind natürlich möglich und können in besonderen Fällen sinnvoll sein.

Claims

Honmaschine (100) zum Honen einer Bohrung in einem Werkstück, umfassend: eine maschinenfeste Tragestruktur (120); wenigstens eine an der Tragestruktur (120) montierte Honeinheit (130), die aufweist: einen in Bezug auf die Tragestruktur (120) fest montierbaren Grundträger (160), eine von dem Grundträger (160) getragene Spindeleinheit (150), in der eine Spindelwelle (152) drehbar gelagert ist, wobei die Spindelwelle (152) mittels eines Drehantriebs (450) um eine Spindelachse (155) drehbar ist und an einem werkzeugseitigen Ende (153) eine Einrichtung zum Befestigen eines Honwerkzeug aufweist, ein zwischen dem Grundträger (160) und der Spindeleinheit (150) angeordnetes Linearführungssystem zur Führung einer linearen Hubbewegung der Spindeleinheit (150) gegenüber dem Grundträger (160); einen Hubantrieb zur Erzeugung der Hubbewegung der Spindeleinheit (150); und ein Ausrichtsystem (200) zur Einstellung der Ausrichtung der Spindelachse (155) in Bezug auf die Tragestruktur (120), dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichtsystem (200) zur stufenlosen, reversiblen Einstellung der Ausrichtung der Spindelachse (155) in Bezug auf die Tragestruktur (120) ausgebildet ist, wobei das Ausrichtsystem (200) zur unabhängigen Einstellung der Position der Spindelachse (155) entlang von zwei zueinander senkrechter Translationsachsen und zur Einstellung der Orientierung der Spindelachse (155) in Bezug auf zwei zueinander senkrechte Rotationsachsen ausgebildet ist.
Honmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichtsystem (200) eine erste Einstelleinheit (210-1) und eine von der ersten Einstelleinheit gesonderte zweite Einstelleinheit (210-2) aufweist, die in einem Abstand (212) zur ersten Einstelleinheit (210-1) angeordnet ist, wobei jede der Einstelleinheiten erste Einstellelemente zur stufenlosen Verstellung eines Abstands (214) zwischen der Tragestruktur (120) und dem Grundträger (160) in einer ersten Richtung und zweite Einstellelemente zur Erzeugung einer stufenlosen Relativbewegung des Grundträgers (160) gegenüber der Tragestruktur (120) in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung aufweist.
Honmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einstelleinheit (210-1) und/oder die zweite Einstelleinheit (210-2) aufweist: ein Basiselement (220), das zur festen Montage an der Tragestruktur (120) oder einer fest mit der Tragestruktur (120) verbindbaren Adaptereinheit ausgebildet ist; ein Keilelement (230) mit einer dem Basiselement zugewandten ersten Keilfläche (231) und einer dem Grundträger (160) zugewandten zweiten Keilfläche (232), wobei das Keilelement entlang einer Verschiebungsrichtung (238) verschiebbar ist, ein Betätigungseinrichtung mit mindestens einem Betätigungselement (240-1, 240-2) zur Verschiebung des Keilelements in der Verschiebungsrichtung (238).
Honmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Keilfläche (231) des Keilelements (230) eine orthogonal zur ersten Richtung orientierte ebene Keilfläche (231) ist.
Honmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keilwinkel (233) des Keilelements (230) derart gewählt ist, dass wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: (i) der Keilwinkel (233) ist derart gewählt, dass sich das Keilelement (230) im Bereich der Selbsthemmung bewegt; (ii) der Keilwinkel (233) ist derart gewählt, dass eine Verschiebung um einen Verschiebungsweg in Verschiebungsrichtung (238) zu einer Abstandsänderung zwischen der Tragestruktur (120) und dem Grundträger (160) führt, die in einem ganzzahligen Verhältnis zum Verschiebungsweg steht, (iii) der Keilwinkel (233) liegt im Bereich zwischen 3° und 7°.
Honmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einstelleinheit (210-1) und/oder die zweite Einstelleinheit (210-2) eine integrierte Winkelausgleichseinrichtung zum selbsttätigen Ausgleich von Winkelversätzen und dadurch verursachten Spannungen aufweist.
Honmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einstelleinheit (210-1) und/oder die zweite Einstelleinheit (210-2) ein integriertes Kalottenlager oder ein Zylinderlager aufweist, das komplementäre Gleitflächen (223, 225) aufweist, die auf einer Kugelfläche oder Zylinderfläche um ein Krümmungszentrum liegen, wobei vorzugsweise das Krümmungszentrum auf der Spindelachse (155) liegt.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeleinheit (300) ein Spindeleinheits-Gehäuse (310) aufweist, das einen ersten Gehäuseabschnitt (310-1) zur Aufnahme des Drehantriebs (450) und einen einstückig mit dem ersten Gehäuseabschnitt ausgebildeten zweiten Gehäuseabschnitt (310-2) zur Aufnahme des Aufweitantriebs (550) aufweist.
Honmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (450) in einer auswechselbaren ersten Patrone (400) und der Aufweitantrieb (550) in einer auswechselbaren zweiten Patrone (500) aufgenommen ist, wobei die erste Patrone in den ersten Gehäuseabschnitt (310-1) und die zweite Patrone in den zweiten Gehäuseabschnitt (310-2) einführbar ist.