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Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug, das mittels eines Bajonettverschlusses an einem Werkzeugträger lösbar befestigbar ist sowie auf ein Verfahren zum lösbaren Befestigen eines Werkzeugs an einem Werkzeugträger mittels eines Bajonettverschlusses.
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Ein Bajonettverschluss ist eine schnell herstellbare und lösbare mechanische Verbindung zweier Teile in ihrer Längsachse. Die Teile können z.B. durch Ineinanderstecken und entgegengesetztes Drehen verbunden und so auch wieder getrennt werden.
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Das Werkzeug weist werkzeugseitige Verschlusselemente des Bajonettverschlusses auf, die zum Zusammenwirken mit trägerseitigen Verschlusselementen des Bajonettverschlusses am freien Ende des Werkzeugträgers ausgebildet sind. Zu den trägerseitigen Verschlusselementen gehört eine stirnseitig offene Bajonetthülse mit einer Hülsenwand, in der wenigstens eine stirnseitig offene Winkelnut ausgebildet ist. Meist sind zwei einander diametral gegenüberliegende Winkelnuten vorgesehen. Die werkzeugseitigen Verschlusselemente umfassen einen Einführabschnitt zum axialen Einführen in die Bajonetthülse sowie einen radialen Vorsprung, z.B. einen Bajonettstift, zum Eingreifen in die Winkelnut bei Einführen des Einführabschnitts in die Bajonetthülse. Meist sind zwei einander diametral gegenüberliegende Bajonettstifte vorgesehen.
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Die lösbare Verbindung wird in der Regel hergestellt, indem zunächst der werkzeugseitige Einführabschnitt und die trägerseitige Bajonetthülse in die richtige relative Drehstellung zueinander gebracht werden, in der der radiale Vorsprung beim axialen Einführen des Einführabschnitts des Werkzeugs in die Winkelnut eingreifen kann. Dann wird das Werkzeug axial eingeführt, wobei der Vorsprung zunächst in einem mehr oder weniger axial verlaufenden Abschnitt der Winkelnut entlanggleitet, bis eine axiale Endposition erreicht ist. Dann werden das Werkzeug und der Werkzeugträger bzw. die Bajonetthülse gegeneinander verdreht, so dass der Vorsprung bis zu einem Anschlag in einen mehr oder weniger in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt der Winkelnut bewegt wird. Häufig wird dabei das Werkzeug gedreht, während sich die Bajonetthülse nicht verdreht. Wenn der Werkzeugträger drehbar ist, kann stattdessen auch der Werkzeugträger gedreht werden, während das Werkzeug nicht gedreht wird. Es ist auch möglich, die Bajonetthülse drehbar am Werkzeugträger zu befestigen. Dann kann zur Verbindungsherstellung die Bajonetthülse gegenüber dem Werkzeugträger verdreht werden, während das Werkzeug und der Werkzeugträger nicht gedreht werden müssen.
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Honwerkzeuge werden häufig mithilfe eines Bajonettverschlusses an der Arbeitsspindel einer Honmaschine oder an einer an die Arbeitsspindel gekoppelten Antriebsstange befestigt. Weil ein Honwerkzeug häufig nur in einer Richtung gedreht wird, kann ein Bajonettverschlüsse ohne weitere Sicherung ausreichen. Insbesondere bei Honwerkzeugen, die auch in Gegenrichtung drehbar sind, sind meist auch Sicherungsmittel gegen das Lösen des Bajonettverschlusses bei Drehung in Gegenrichtung vorgesehen. Bei manchen herkömmlichen Lösungen wird der Bajonettverschluss durch Festziehen einer Gewindeschraube gegen unbeabsichtigtes Öffnen gesichert.
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Es gibt auch Messwerkzeuge, die mithilfe eines Bajonettverschlusses am Werkzeugträger einer Messeinrichtung angekoppelt werden, beispielsweise pneumatische Messdorne. Hier ist beim Ankoppeln u.a. darauf zu achten, dass die luftdicht abzudichtenden Einrichtungen zur Übertragung von Druckluft zwischen Werkzeugträger und Messwerkzeug nicht beschädigt werden und dass die Luftzuführung gewährleistet ist.
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Werkzeugwechsel werden heutzutage noch immer häufig von Bedienern per Hand, also manuell durchgeführt.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein mittels eines Bajonettverschlusses an einem Werkzeugträger lösbar befestigbares Werkzeug bereitzustellen, bei dem der Werkzeugwechsel zuverlässig, schnell und einfach möglich ist. Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zum lösbaren Befestigen eines Werkzeugs an einem Werkzeugträger mittels eines Bajonettverschlusses bereitzustellen, das zuverlässig, schnell und einfach funktioniert. Insbesondere soll ein Werkzeugwechsel mithilfe eines Roboters ermöglicht werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Werkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 11 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Ein Werkzeug gemäß der beanspruchten Erfindung kann mithilfe eines Bajonettverschlusses an einem Werkzeugträger lösbar befestigt werden. Der Bajonettverschluss ist also funktionaler Bestandteil der Werkzeugschnittstelle zwischen Werkzeugträger und Werkzeug. Das Werkzeug hat zu dem Werkzeug gehörende bzw. an dem Werkzeug angebrachte Verschlusselemente, die in dieser Anmeldung auch als „werkzeugseitige Verschlusselemente“ des Bajonettverschlusses bezeichnet werden. Diese sind zum Zusammenwirken mit trägerseitigen Verschlusselementen des Bajonettverschlusses am freien Ende des Werkzeugträgers ausgebildet. Die „trägerseitigen Verschlusselemente“, also die zum Werkzeugträger gehörenden bzw. an diesem angebrachten Verschlusselemente, weisen eine stirnseitig offene Bajonetthülse mit einer Hülsenwand auf, in der wenigstens eine stirnseitig offene Winkelnut ausgebildet ist. Die werkzeugseitigen Verschlusselemente umfassen einen Einführabschnitt zum axialen Einführen in die (trägerseitige) Bajonetthülse sowie einen radialen Vorsprung zum Eingreifen in die Winkelnut beim Einführen des Einführabschnitts in die Bajonetthülse.
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Die Außenkontur des Einführabschnitts ist dabei vorzugsweise im Wesentlichen passend zur Innenkontur des Hülsenabschnitts auszulegen, so dass der Einführabschnitt möglichst spielfrei oder mit nur geringem Spiel in der Bajonetthülse aufgenommen werden kann.
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Das Werkzeug weist einen Werkzeugkörper auf, der eine Werkzeugachse definiert. Wenn es sich bei dem Werkzeug um ein Rotationswerkzeug handelt, das während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs rotierend angetrieben wird, entspricht die Werkzeugachse der nominellen Rotationsachse. Der Werkzeugkörper trägt eine Verriegelungsbuchse, die relativ zum Werkzeugkörper um die Werkzeugachse herum zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung drehbar ist. Die Verriegelungsbuchse weist den Einführabschnitt auf. Der (mindestens eine) radiale Vorsprung ist fest mit der Verriegelungsbuchse verbunden.
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Diese Konstruktion ermöglicht einen mechanischen Werkzeugwechsel am Bajonettverschluss ohne Verdrehung des Werkzeugs und ohne Verdrehen des Werkzeugträgers zum Herstellen oder Lösen der Verbindung am Bajonettverschluss. Zum Verriegeln der Verbindung muss lediglich die Verriegelungsbuchse gegenüber dem Werkzeugkörper um die Werkzeugachse verdreht werden. Im Rahmen dieser Anmeldung entspricht die erste Stellung der Verriegelungsbuchse derjenigen Stellung, in der der Bajonettverschluss offen bzw. entriegelt ist, so dass das Werkzeug in die Bajonetthülse eingeführt bzw. aus dieser entnommen werden kann. Die zweite Stellung entspricht einer Verriegelungsstellung, in welcher sich die Komponenten des Bajonettverschlusses in einer verriegelten Konfiguration befinden, bei der das Werkzeug am Werkzeugträger betriebsbereit angekoppelt ist.
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Die zum Überführen der Verriegelungsbuchse zwischen den beiden Endstellungen (erste Stellung und zweite Stellung) erforderliche Drehung ist vorzugsweise weniger als eine volle Drehung, insbesondere eine Verdrehung um weniger als 180°. Der Drehwinkel kann z.B. zwischen 20° und 90°, insbesondere im Bereich von 25° bis 45° liegen.
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Die Winkelnut hat vorzugsweise beginnend von der Stirnseite einen achsparallelen Abschnitt, der ein axiales Einführen ohne Verdrehung ermöglicht, und im Anschluss daran einen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt, der eine Verriegelung durch Verdrehung ohne axiale Verlagerung des Werkzeugs ermöglicht. Eine Winkelnut kann auch wenigstens einen Abschnitt aufweisen, der schräg zur Axialrichtung verläuft, also in einem endlichen Winkel, der kleiner als 90° ist.
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Da zum Herstellen und Lösen der Bajonettverbindung lediglich eine axiale Bewegung des Werkzeugs relativ zum Werkzeugträger (beim Einführen des Einführabschnitts in die Bajonetthülse oder beim Entnehmen desselben aus der Bajonetthülse) sowie eine einfache begrenzte Drehbewegung der Verriegelungsbuchse zwischen den beiden Stellungen erforderlich ist, kann der Werkzeugwechsel im manuellen Fall durch einen Bediener bei Bedarf mit nur einer einzigen Hand erledigt werden. Bei einem automatisierten Werkzeugwechsel reicht ein einziger Roboter mit einem einzigen Greifer aus, um die Verbindung am Bajonettverschluss herzustellen oder zu lösen, ohne dass ein weiteres Element (z.B. zum Verriegeln oder Entriegeln) betätigt werden muss.
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Besondere Vorteile dieser Lösung ergeben sich u.a. auch dann, wenn eine Verdrehung des Werkzeugs um seine Werkzeugachse beim Herstellen oder Lösen der Verbindung Probleme verursachen könnte. So kann es sich bei dem Werkzeug beispielsweise um ein Honwerkzeug in Form eines Precidorhonwerkzeugs bzw. Dornhonwerkzeugs handeln, welches durch Drehen einer Gewindespindel auf einen bestimmten Arbeitsdurchmesser voreingestellt wird, bevor die Honoperation damit durchgeführt wird. Wäre für den Werkzeugwechsel am Bajonettverschluss eine Verdrehung des Werkzeugs erforderlich, so bestünde evtl. die Gefahr, dass beim Verdrehen des Werkzeugs auch die Gewindespindel gegenüber dem Werkzeugkörper verdreht und somit der wirksame Durchmesser des Honwerkzeugs unbeabsichtigt verstellt wird. Um derartige Probleme zu vermeiden, wurden bisher Konstruktionen verwendet, bei denen sich am werkzeugseitigen Ende des Werkzeugträgers eine gegenüber dem Werkzeugträger verdrehbare Bajonetthülse befindet, die gegenüber dem Werkzeugträger verdreht wird, um ohne Drehung des Werkzeugs den Bajonettverschluss zu schließen oder zu öffnen. Eine derartige komplizierte Konstruktion kann bei Verwendung erfindungsgemäßer Werkzeuge entfallen.
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Es gibt auch Messwerkzeuge, beispielsweise pneumatische Messdorne, die beim Ankoppeln an einen Werkzeugträger oder beim Lösen davon möglichst nicht gegenüber dem Werkzeugträger verdreht werden sollten, da ansonsten an der Schnittstelle vorhandene Dichtungen beschädigt werden könnten und/oder korrespondierende Kanalenden nicht gut genug ineinander übergehen. Auch in diesen Fällen wurden bisher vorsichtshalber Lösungen favorisiert, bei denen eine Bajonetthülse gegenüber dem Werkzeugträger drehbar angebracht war. Eine solche Ankopplung würde jedoch zwei Hände bzw. zwei Greifer benötigen, wovon einer zum Halten des Werkzeugs und ein anderer zum Drehen der Bajonetthülse benötigt würde. Die Verwendung erfindungsgemäßer Werkzeuge bringt im Vergleich dazu erhebliche Vorteile beim Handling.
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Gemäß einer Weiterbildung ist eine Verdrehsicherungseinrichtung vorgesehen, die durch Einführen des Werkzeugs in die trägerseitigen Verschlusselemente automatisch bzw. selbsttätig eine Sicherung des Werkzeugkörpers gegen Verdrehen relativ zum Werkzeugträger bewirkt.
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Die Sicherung ist vorzugsweise in Umfangsrichtung formschlüssig. Ein in Umfangsrichtung wirkender Formschluss kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Werkzeugkörper an einem trägerseitigen Ende eine parallel zur Werkzeugachse verlaufende axiale Nut aufweist, die zum Aufnehmen eines an der Innenseite der Bajonetthülse angeordneten radialen Vorsprungs ausgebildet ist. Beim axialen Einschieben des Werkzeugkörpers schiebt sich dann die axiale Nut über den Vorsprung und schafft somit einen Formschluss in Umfangsrichtung.
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Auch andere konstruktive Möglichkeiten sind denkbar, beispielsweise eine kraftschlüssig wirkende Verdrehsicherung, die z.B. dadurch geschaffen werden kann, dass zwei komplementäre konische Flächen axial ineinandergesteckt und ggf. mittels Federkraft noch aneinandergepresst werden, so dass die Verdrehsicherung über Haftreibung sichergestellt ist.
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Gemäß einer Weiterbildung ist eine selbsttätige Sicherungseinrichtung zum Verriegeln des Bajonettverschlusses in der verriegelten Konfiguration in der Weise vorgesehen, dass nur durch Überwinden eines Mindest-Drehmoments der Bajonettverschluss aus der verriegelten Konfiguration in die entriegelte Konfiguration überführbar ist. Vorzugsweise sind dazu Elemente der Sicherungseinrichtung an der Verriegelungsbuchse in der Weise vorgesehen, dass die Verriegelungsbuchse nur durch Überwinden des Mindest-Drehmoments aus der (zur verriegelten Konfiguration gehörenden) zweiten Stellung in die (zur entriegelten Konfiguration gehörende) ersten Stellung überführbar ist. Mithilfe der Sicherungseinrichtung kann der Bajonettverschluss gegen unbeabsichtigtes Öffnen gesichert werden, ohne dass hierzu ein Bediener oder ein Roboter eine weitere Arbeitsbewegung, beispielsweise zum Drehen einer Klemmschraube, zum Betätigen eines Klemmhebels oder dergleichen, ausführen muss.
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Es kann auch eine entsprechende selbsttätige Sicherungseinrichtung zum Sichern des Bajonettverschlusses in der entriegelten Konfiguration in der Weise vorgesehen, dass nur durch Überwinden eines Mindest-Drehmoments der Bajonettverschluss aus der entriegelten Konfiguration in die entriegelte Konfiguration überführbar ist. Damit können alle mit der Verriegelungsbuchse drehfest verbundenen Werkzeugkomponenten in einer Stellung gesichert werden, die ein Handling ohne ungewollte Verstellungen ermöglicht.
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Vorzugsweise ist die Sicherungseinrichtung als Rasteinrichtung ausgebildet. Dazu kann vorgesehen sein, dass an der Verriegelungsbuchse wenigstens ein federbelastetes Sicherungselement angeordnet ist, das in eine Ausnehmung am Werkzeugkörper einrastet, wenn die Verriegelungshülse die zweite Stellung oder die erste Stellung erreicht.
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Die Umsetzung der Erfindung kann bei unterschiedlichen Werkzeugtypen realisiert werden. Bei manchen Ausführungsformen ist das Werkzeug ein Honwerkzeug, bei dem an dem Werkzeugkörper wenigstens eine mittels eines Zustellsystems aufweitbare Schneidgruppe angeordnet ist. Eine Schneidgruppe hat einen oder mehrere mit gebundenen Schneidstoffkörnern aufgebaute Schneidstoffkörper, die mithilfe des Zustellsystems in Radialrichtung zur Werkzeugachse zugestellt und bei Bedarf auch nach innen zurückgezogen werden können. In dem Werkzeugkörper ist koaxial zur Werkzeugachse eine Führungsöffnung ausgebildet, in der ein Zustellelement des Zustellsystems aufgenommen und axial verschiebbar geführt ist. Das Zustellelement kann eine oder mehrere Schrägflächen aufweisen, die mit korrespondierenden Schrägflächen an Schneidkörperträgern nach Art eines Keilantriebs zusammenarbeiten, um eine axiale Bewegung des Zustellelements in eine radiale Bewegung von Schneidkörpern umzusetzen.
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Das Honwerkzeug kann mit einer Zwangsrückholeinrichtung ausgeführt sein, die derart konfiguriert ist, dass das werkzeugseitige Zustellelement des Zustellsystems durch Zurückziehen einer trägerseitigen Zustellstange aktiv in Richtung des Werkzeugträgers zurückzuziehbar ist, wobei ein in Axialrichtung wirkender Formschluss durch Verdrehung der Verriegelungsbuchse des Honwerkzeugs herstellbar oder lösbar ist. Durch Betätigung des Bajonettverschlusses, insbesondere durch Drehen der Verriegelungsbuchse, kann somit eine auf Zug beanspruchbare Kopplung innerhalb des Zustellsystems im Bereich der Werkzeugschnittstelle hergestellt oder gelöst werden.
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Es gibt auch Ausführungsformen, bei denen das Werkzeug ein Messwerkzeug in Form eines pneumatischen Messdorns ist, der in einem Messabschnitt wenigstens ein Paar von Messdüsen aufweist, die bezogen auf die Werkzeugachse diametral gegenüberliegend angeordnet sind, wobei ein Zufuhrkanal für Druckluft zu den Messdüsen zu einer koaxial zur Werkzeugachse angeordneten und mit einer Dichteinrichtung abdichtbaren Schnittstelle an einem dem Werkzeugkörper zugeordneten Ende verläuft. Im Bereich der Schnittstelle wird Druckluft von der Trägerseite in den Zufuhrkanal des Messwerkzeugs unter Druck eingeblasen. Ein derartiger Medienanschluss kann bei Ankoppeln des Werkzeugs automatisch hergestellt und beim Abkoppeln des Werkzeugs automatisch wieder gelöst werden, ohne dass durch einen Bediener oder dergleichen weitere Schritte notwendig sind. Da der Werkzeugträger und der Werkzeugkörper zur Betätigung des Bajonettverschlusses nicht gegeneinander verdreht werden müssen, wird die Dichteinrichtung geschont und bleibt auch nach mehrfachem Werkzeugwechsel unbeschädigt und funktionsfähig.
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Die Erfindung betrifft auch Verfahren zum lösbaren Befestigen eines gattungsgemäßen Werkzeugs an einem Werkzeugträger einer Vorrichtung mittels eines Bajonettverschlusses. Die Durchführung des Verfahrens umfasst folgende Schritte: Greifen des Werkzeugs an einem Griffabschnitt des Werkzeugs mittels eines Greifers; Bewegen des Werkzeugs durch Arbeitsbewegungen des Greifers in eine Ausgangsposition, in der das Werkzeug koaxial zu den trägerseitigen Verschlusselementen angeordnet ist und die werkzeugseitigen Verschlusselemente nicht in Eingriff mit den trägerseitigen Verschlusselementen stehen; Bewegen des Werkzeugs parallel zur Werkzeugachse durch Arbeitsbewegungen des Greifers in Richtung der werkzeugseitigen Verschlusselemente bis der Einführabschnitt in die Bajonetthülse wenigstens teilweise eingeführt ist und der radiale Vorsprung in die Winkelnut eingreift; und Rotieren des Greifers um die Werkzeugachse zur Überführung des Bajonettverschlusses von einer entriegelten Konfiguration in eine verriegelte Konfiguration.
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Gemäß einem anderen Aspekt kann das Verfahren auch so beschrieben werden, dass der Werkzeugkörper des Werkzeugs und der Werkzeugträger während der Umstellung des Bajonettverschlusses von der verriegelten Konfiguration in die entriegelte Konfiguration oder umgekehrt nicht relativ zueinander verdreht werden.
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Vorzugsweise werden dabei die Bajonetthülse des Werkzeugträgers und/oder der Werkzeugträger während der Umstellung von der verriegelten Konfiguration in die entriegelte Konfiguration (oder umgekehrt) nicht gedreht. Alle Drehoperationen werden dann werkzeugseitig bewirkt. Der Werkzeugträger und die Bajonetthülse bleiben stationär, es ist keine Betätigung auf Seiten der den Werkzeugträger tragenden Vorrichtung nötig. Ein einziger Greifer reicht, um alle notwendigen Operationen auszuführen. Diese können ohne Umgreifen allein durch eine Abfolge von Greiferbewegungen durchgeführt werden.
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Es ist jedoch auch möglich, dass der Greifer während der Kopplung/Entkopplung nicht bewegt wird, also stationär bleibt, während der Werkzeugträger (z.B. die Arbeitsspindel einer Honmaschine) durch Verdrehen der Bajonetthülse das Werkzeug von der einen in die andere Konfiguration umstellt. Die Verriegelungsbuchse wird bei dieser Variante als festgehalten und dreht sich nicht.
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Vorzugsweise wird zum Greifen und Manipulieren des Werkzeugs bei Ankoppeln an der Werkzeugschnittstelle oder beim Abkoppeln von der Werkzeugschnittstelle ein Roboter verwendet wird, der den Greifer trägt. Eine manuelle Handhabung ist jedoch auch möglich, dann fungiert die Hand eines Bedieners als Greifer.
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Figurenliste
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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 bis 3 zeigen Schnittdarstellungen in unterschiedlichen Schnittebenen durch den Bereich einer Werkzeugschnittstelle, an der ein Honwerkzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel im Bereich des freien Endes eines maschinenseitigen Werkzeugträgers angekoppelt ist;
- 4 zeigt eine isometrische Darstellungen der Werkzeugschnittstelle in einer entriegelten Konfiguration;
- 5 zeigt eine isometrische Darstellungen der Werkzeugschnittstelle in einer verriegelten Konfiguration;
- 6 zeigt die Ankopplung eines Messwerkzeugs an einen Werkzeugträger;
- 7 und 8 zeigen unterschiedliche Ansichten eines mit einer Horizontal-Honmaschine ausgestatteten Bearbeitungssystems bei einem automatisierten Werkzeugwechsel mithilfe eines Gelenkarmroboters.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand von Werkzeugen beschrieben, die unter anderem bei der automatisierten Bearbeitung von Bohrungen in Werkstücken mittels des Fertigungsverfahrens Honen verwendet werden können.
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Die 1 bis 3 zeigen Schnittdarstellungen in unterschiedlichen Schnittebenen durch den Bereich einer Werkzeugschnittstelle 500, an der ein Honwerkzeug 100 im Bereich des freien Endes eines maschinenseitigen Werkzeugträgers 300 angekoppelt ist. Die 4 und 5 zeigen isometrische Darstellungen der Werkzeugschnittstelle in einer entriegelten Konfiguration (4) und in einer verriegelten Konfiguration (5).
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Der Werkzeugträger 300 ist hierbei die Arbeitsspindel einer als Honmaschine ausgelegten Werkzeugmaschine. Die Arbeitsspindel kann mithilfe eines Drehantriebs um ihre Spindelachse 305 in beide Drehrichtungen gedreht werden. Je nach Auslegung der Honmaschine kann die Spindelachse zusätzlich mithilfe eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse hin- und her bewegt werden. Es gibt auch Honmaschinen, bei denen die parallel zur Spindelachse verlaufende Oszillationsbewegung aufseiten des Werkstücks erzeugt wird.
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Das Honwerkzeug 100 ist mithilfe eines Bajonettverschlusses 200 am Werkzeugträger 300 lösbar befestigt bzw. angekoppelt in der Weise, dass über die Werkzeugschnittstelle sowohl Drehmomente in beide Richtungen als auch Axialbewegungen über den Werkzeugträger auf das Werkzeug übertragen werden können. Im angekoppelten Zustand ist eine drehfeste und axial auf Zug und Druck belastbare Verbindung zwischen Werkzeugträger 300 und Honwerkzeug 100 hergestellt. Diese Verbindung kann über die Betätigung des Bajonettverschlusses 200 beim Einwechseln des Honwerkzeugs hergestellt und beim Auswechseln des Honwerkzeugs gelöst werden.
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Die Konstruktion ist dabei so ausgelegt, dass das Herstellen und Lösen der Verbindung von einem Bediener mithilfe einer einzigen Hand bewerkstelligt werden kann oder, wie im Ausführungsbeispiel, mithilfe eines Roboters, der einen einzigen Greifer besitzt, um alle für die Verbindungsherstellung und das Lösen der Verbindung erforderlichen Arbeitsbewegungen ohne Umgreifen am Honwerkzeug durchführen zu können. Dabei muss zum Herstellen und Lösen der Verbindung weder der Werkzeugträger noch das Honwerkzeug als Ganzes gedreht werden. Die hierfür vorgesehenen konstruktiven Mittel werden nachfolgend erläutert.
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Der Bajonettverschluss 200 umfasst am Honwerkzeug 100 angeordnete werkzeugseitige Verschlusselemente und am freien Ende des Werkzeugträgers 300 angebrachte trägerseitige Verschlusselemente, die beim Lösen und Herstellen der Verbindung teilweise ineinandergreifen und zusammenwirken.
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Zu den trägerseitigen Verschlusselementen gehört eine Bajonetthülse 310, die fest am freien Ende des Werkzeugträgers montiert ist und zu ihrem freien Ende hin, also stirnseitig, offen ist, um werkzeugseitige Verschlusselemente aufnehmen zu können. Eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Hülsenwand 312 der Bajonetthülse 310 umschließt eine in ihrem Inneren ausgebildete Aufnahmeöffnung 314. Die Hülsenwand hat auf der Seite des Werkzeugträgers einen Abschnitt mit größerer Wandstärke, der zum freien Ende hin im Bereich einer Stufe 315 in einen Abschnitt mit dünnerer Wandstärke und entsprechend größerem Innendurchmesser übergeht. In der Nähe des werkzeugseitigen Endes des dickeren Abschnitts sind in der Hülsenwand diametral gegenüberliegend zwei radiale Durchgangsbohrungen eingebracht, in die zylindrische Bolzen 320 eingefügt sind, die mit ihren inneren Enden in das Innere der Aufnahmeöffnung 314 hineinragen und dadurch nach innen gerichtete radiale Vorsprünge bilden. Wie später noch erläutert wird, sind die Bolzen 320 funktionale Bestandteile einer Verdrehsicherungseinrichtung, die durch Einführen des Honwerkzeugs 100 in die Bajonetthülse automatisch eine formschlüssige Sicherung des Werkzeugkörpers gegen Verdrehen relativ zum Werkzeugträger 300 bewirkt.
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Am stirnseitigen Endbereich der Bajonetthülse 310 sind diametral gegenüberliegend zwei stirnseitig offene Winkelnuten 340 ausgebildet (vgl. 4 und 5). Jede der Winkelnuten umfasst einen zur Stirnseite offenen achsparallelen Abschnitt 340-1, der ein axiales Einführen ohne Verdrehungskomponente ermöglicht, und im Anschluss daran einen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt 340-2, der eine Verriegelung durch Verdrehung ohne axiale Verlagerung des Werkzeugs ermöglicht.
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Im Inneren des Werkzeugträgers 300, also der Arbeitsspindel, verläuft eine koaxial zur Spindelachse 305 verlaufende Durchgangsöffnung, in der eine Zustellstange 330 axial verschiebbar geführt ist. Die Zustellstange 330 ist ein maschinenseitiger Bestandteil eines Zustellsystems, mit dessen Hilfe die Aufweitung des aufweitbaren Honwerkzeugs 100 betätigt werden kann. Im werkzeugseitigen Endabschnitt der Zustellstange sitzt ein Querbolzen 332, der an diametral gegenüberliegenden Seiten über den Umfang der Zustellstange hinausragt. Der Querbolzen ist funktionaler Bestandteil einer später noch erläuterten Zwangsrückholeinrichtung, die es ermöglicht, ein werkzeugseitiges Zustellelement des Zustellsystems durch Zurückziehen der Zustellstange aktiv in Richtung Werkzeugträger zurückzuziehen. Der hierfür vorgesehene Formschluss in Axialrichtung wird ebenfalls ausschließlich durch Verdrehung von drehbaren Komponenten des Honwerkzeugs hergestellt oder gelöst.
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Das Honwerkzeug 100 des Ausführungsbeispiels hat einen Werkzeugkörper 110, der im Beispielsfall zweiteilig aufgebaut ist, aber auch aus einem Stück gefertigt sein kann. Ein Anschlussteil 120 des Werkzeugkörpers hat an seiner trägerabgewandten Stirnseite eine zylindrische Aufnahmebohrung, in die ein rohrförmiges Schaftteil 130 des Werkzeugkörpers eingefügt und im Beispielsfall durch Löten befestigt ist. Der Werkzeugkörper 110 definiert eine Werkzeugachse 112, die der gemeinsamen Längsmittelachse von Anschlussteil und Schaftteil entspricht und die dann, wenn das Honwerkzeug korrekt an dem Werkzeugträger 300 angekoppelt ist, koaxial zur Spindelachse 305 verläuft. Am spindelfernen Ende des Schaftteils 130 ist eine Schneidgruppe 140 mit mehreren über den Umfang des Honwerkzeugs verteilten Honleisten angeordnet, die mithilfe des oben erwähnten Zustellsystems in Radialrichtung nach außen zugestellt oder auch mithilfe der Kraft von Rückholfedern nach innen zurückgezogen werden können.
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Das Zustellsystem umfasst eine innerhalb des Honwerkzeugs verlaufende Zustellstange 150, die innerhalb einer achsparallel zur Werkzeugachse verlaufenden Führungsöffnung axial verschiebbar geführt ist und im Bereich der Schneidgruppe Schrägflächen oder konische Flächen hat, die mit korrespondierenden Schrägflächen an Tragleisten der Honleisten in an sich bekannter Weise zusammenwirken, um die radiale Zustellung zu bewirken. Die Führungsöffnung verläuft im Beispielsfall koaxial zur Werkzeugachse, bei anderen Variante kann sie außermittig bzw. exzentrisch dazu verlaufen. Die Zustellstange besteht im Beispielsfall aus zwei ineinander schraubbaren Teilen, wobei der werkzeugträgerseitige Teil beim montierten Honwerkzeug bis in den Bereich der Bajonetthülse 310 hineinragt.
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Das relativ massive Anschlussteil 120 weist einen Trägerabschnitt 122 auf, dessen Außenkontur kreiszylindrisch gestaltet ist. An den Trägerabschnitt schließt sich einstückig mit dem Trägerabschnitt ein nach außen abragender Ringbund 124 am schaftseitigen Ende des Anschlussteils an. An der dem Schaft gegenüberliegenden Seite ist im Trägerabschnitt des Anschlussteils eine zum Werkzeugträger hin offene zylindrische Aufnahmebohrung 126 eingebracht, so dass der Trägerabschnitt an der dem Werkzeugträger zuzuwendenden Seite die Gestalt einer Hülse hat. In dieser sind später noch erläuterte Teile des Bajonettverschlusses 200 untergebracht. Am trägerseitigen Ende dieses Hülsenabschnitts sind zwei parallel zur Werkzeugachse 112 verlaufende und zur Stirnseite offene axiale Nuten 128 eingebracht, deren Breite im Wesentlichen dem Durchmesser der Bolzen 320 entspricht. Wenn sich das Honwerkzeug beim axialen Einführen in die Bajonetthülse 310 in der richtigen Drehstellung befindet, greifen die nach innen ragenden Abschnitte der Bolzen 320 in die stirnseitigen axialen Nuten ein und bilden somit eine in Umfangsrichtung formschlüssige Verdrehsicherung des Werkzeugkörpers 110 gegenüber der Bajonetthülse 310.
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Der Werkzeugkörper 110 trägt im Bereich des Anschlussteils 120 eine Verriegelungshülse 250, die zu den werkzeugseitigen Verschlusselementen des Bajonettverschlusses 200 gehört. Die Verriegelungshülse 250 hat eine kreiszylindrische Durchgangsbohrung, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser des Trägerabschnitts 122 so angepasst ist, dass die Verriegelungshülse im Wesentlichen spielfrei auf den Trägerabschnitt aufgeschoben, aber gegenüber dem Trägerabschnitt um die Werkzeugachse 112 herum gedreht werden kann. Die Verriegelungsbuchse und der Trägerabschnitt sind zueinander koaxial.
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Die einstückige Verriegelungshülse 250 weist einen Einführabschnitt 252 auf, der an der dem Werkzeugschaft zugewandten Seite in einen nach außen vorstehenden Griffabschnitt 254 übergeht, der nach Art eines Ringbunds ausgebildet ist. Der Griffabschnitt weist an seiner Außenseite an diametralen Positionen zwei zueinander parallele Planflächen 255 auf (siehe 4 und 5), die als Griffflächen für einen Greifer eines Roboters dienen können.
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Der Außendurchmesser des Einführabschnitts 252 entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser des dünneren Abschnitts 312-1 der Bajonetthülse 200. Der Außendurchmesser im Bereich des Griffabschnitts 254 entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Bajonetthülse und dem Außendurchmesser des Ringbunds 124 am Anschlussteil 120. Der Einführabschnitt 252 ist zum axialen Einführen in die Bajonetthülse 200 ausgebildet und weist an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen radiale Durchgangsbohrungen auf, in die jeweils ein radial durchgehender Verriegelungsbolzen 256 eingesetzt ist. Die Verriegelungsbolzen 256 bilden nach außen ragende radiale Vorsprünge am Einführabschnitt 252 und sind dafür vorgesehen, beim Einsetzen des Werkzeugs in die stirnseitig offenen Winkelnuten 340 an der Bajonetthülse 310 einzugreifen.
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Die Verriegelungsbolzen 256 sind fest mit der Verriegelungshülse 250 verbunden, beispielsweise durch Einpressen. Die Verriegelungsbolzen ragen durch in Umfangsrichtung verlaufende Umfangsnuten im Trägerabschnitt 122 hindurch in das Innere der durch den Trägerabschnitt umschlossenen Aufnahmeöffnung 126. Die Verriegelungsbolzen 256 haben eine Doppelfunktion, nämlich zum einen im Rahmen der Verriegelung des Bajonettverschlusses durch Eingriff in die Winkelnuten und zum anderen als in Umfangsrichtung wirkende Mitnehmer zur Kopplung von innerhalb des Anschlusselements angeordneten Elementen, die sich beim Verdrehen der Verriegelungshülse bzw. Verriegelungsbuchse 250 mit dieser um die Werkzeugachse drehen sollen. In den 1 bis 3 sind alle drehfest mit der Verriegelungsbuchse 250 verbundenen Elemente mit enger Schraffierung gezeigt, während der Werkzeugkörper und andere bei der Verbindungsherstellung oder Verbindungslösung nicht drehenden Komponenten mit grober Schraffierung oder ohne Schraffierung gezeigt sind.
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Zu den drehfest mit der Verriegelungsbuchse 250 gekoppelten Elementen gehört eine innerhalb des Einführabschnitts angeordnete Mitnahmehülse 260, die an gegenüberliegenden Seiten radiale Bohrungen zum Einführen der Verriegelungsbolzen 256 sowie eine zentrale axiale Durchgangsbohrung zum Hindurchführen der Zustellstange 150 aufweist. Wie in 2 gut zu erkennen ist, sind an der Mitnahmehülse auf der dem Werkzeugträger zuzuwendenden Seite diametral gegenüberliegend zwei parallel zur Werkzeugachse verlaufende Mitnahmestifte 262 befestigt, deren gegenüberliegende Enden in achsparallele Aufnahmebohrungen innerhalb eines Druckstücks 270 eingreifen. Das Druckstück ist dadurch mit der Mitnahmehülse 262 drehfest gekoppelt, kann jedoch axial gegenüber der Mitnahmehülse bewegt werden. Mithilfe einer um die Zustellstange herumgewickelten Druckfeder 275 wird das Druckstück in Richtung einer ausgerückten Position vorgespannt. Ein Mittelabschnitt des Druckstücks 270 liegt bei angekoppeltem Honwerkzeug zwischen der werkzeugseitigen Stirnseite der Zustellstange 330 und der trägerseitigen Stirnseite der werkzeugseitigen Zustellstange 150 und kann dadurch in Axialrichtung wirkende Kräfte zwischen maschinenseitiger Zustellstange 330 und werkzeuginterner Zustellstange 150 übertragen.
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Am äußeren, dem Werkzeugträger zuzuwendenden Ende hat das Druckstück 270 einen hülsenförmigen Fortsatz mit zwei stirnseitig offenen Winkelnuten 274, die zum Zusammenwirken mit dem Querbolzen 332 an der Zustellstange 330 vorgesehen sind. Die Winkelnuten haben einen achsparallelen Abschnitt und einen in Umfangsrichtung verlaufenden inneren Abschnitt. Befinden sich die Verschlusselemente des Bajonettverschlusses 200 in einer entriegelten Konfiguration, die zum Ankoppeln und Abkoppeln des Honwerkzeugs vorgesehen ist (vgl. 4), so liegt eine in Axialrichtung lösbare Verbindung zwischen der maschinenseitigen Zustellstange 330 und dem Druckstück 270 vor, weil die nach außen ragenden Abschnitte des Querbolzens 332 im Bereich der axial verlaufenden Abschnitte der Winkelnut liegen. Ist das Honwerkzeug eingesetzt und die Verriegelungshülse in eine verriegelte Stellung gedreht (vgl. 5), so ist auch das Druckstück verdreht und der Querbolzen greift in den in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt der Winkelnut ein, so dass eine in Axialrichtung wirkende Formschlussverbindung zwischen der Zustellstange 330 und dem Druckstück hergestellt ist. Dieser Formschluss kann dazu genutzt werden, bei einer Zwangsrückholung durch Zurückziehen der Zustellstange 330 das damit formschlüssig gekoppelte werkzeuginterne Zustellelement 150 in Richtung Werkstückträger zurückzuziehen.
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Der Werkzeugkörper 110, die davon getragene Verriegelungsbuchse 250, die Mitnahmehülse 260, die Bajonettstifte bzw. Verriegelungsbolzen 256 und das Druckstück 270 mit den Winkelnuten zur Zwangsrückholung bilden gemeinsam mit der werkzeuginternen Zustellstange 150 und den sonstigen werkzeugmontierten Komponenten ein montiertes Honwerkzeug. Die Verriegelungsbuchse 250 und die Verriegelungsbolzen 256 gehören dabei zu den werkzeugseitigen Verschlusselementen des Bajonettverschlusses 200. Zu den trägerseitigen Verschlusselementen gehören die fest am Werkzeugträger montierte Bajonetthülse 310 und die davon getragenen Verdrehsicherungsbolzen 320, die in das Innere der Aufnahmeöffnung der Bajonetthülse hineinragen.
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Das Honwerkzeug kann in zwei unterschiedlichen Konfigurationen eingestellt sein, die unterschiedlichen Drehstellungen der Verriegelungshülse 250 entsprechen. Die entriegelte Konfiguration (vgl. 4) entspricht dabei einer ersten Stellung der Verriegelungshülse 250. In der entriegelten Konfiguration kann das Honwerkzeug beispielsweise von einem Roboter transportiert werden und ist nicht funktionsfähig. In 4 ist das Honwerkzeug 100 bereits axial in die Bajonetthülse 310 des Bajonettverschlusseses eingeschoben, wobei sich der Werkzeugkörper positionsgerichtet in einer Soll-Drehstellung befindet, die das Einführen des Honwerkzeugs in die Bajonetthülse bzw. die Entnahme daraus ermöglicht. Die Verriegelungsbolzen 256 bewegen sich beim axialen Einführen des Einführungsabschnitts in die Bajonetthülse entlang der achsparallelen Abschnitte 340-1 der Winkelnuten 340 bis in die gezeigte Stellung am Übergang zum in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt 340-2 der Winkelnuten.
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Beim Ankoppeln wird danach der Bajonettverschluss 200 verriegelt, indem die Verriegelungsbuchse 250 durch Verdrehen gegenüber dem Werkzeugkörper 110 in eine zweite Stellung gebracht wird, die der Verriegelungskonfiguration entspricht. Dabei werden die Verriegelungsbolzen in die in 5 gezeigte Endstellung am inneren Ende der Winkelnuten gedreht, so dass ein in Axialrichtung wirkender Formschluss zwischen Bajonetthülse 310 und Verriegelungshülse bzw. Honwerkzeug hergestellt ist. In der verriegelten Konfiguration ist das Honwerkzeug fest mit dem Werkzeugträger bzw. der entsprechenden Maschine verbunden und funktionsfähig. Die Einrichtungen zur Zwangsrückholung der Zustellstange befinden sich in Eingriff miteinander, so dass dort ebenfalls ein axialer Formschluss vorliegt und die Funktion des Aufweitens des Honwerkzeugs nutzbar ist.
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Nachfolgend wird geschildert, wie das Honwerkzeug von der entriegelten Konfiguration (Verriegelungshülse in ihrer ersten Stellung) in die verriegelte Konfiguration (Verriegelungshülse in ihrer zweiten Stellung) gebracht wird. Durch Drehen der Verriegelungsbuchse 250 relativ zum Werkzeugkörper um eine bestimmte Gradzahl (beispielsweise zwischen 20° und 60°, z.B. ca. 45°) werden die Bajonettstifte (Verriegelungsbolzen 256) sowie die Mitnahmehülse 260 ebenfalls um die gleiche Gradzahl um die Werkzeugachse 112 verdreht. Die Verriegelungsbolzen 256 werden dabei durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut im Trägerabschnitt 122 des Anschlussteils 120 geführt. Der Werkzeugkörper 110 dreht sich bei der Drehbewegung der Verriegelungshülse nicht mit, da er sich an den Verdrehsicherungsbolzen 320 abstützt. Die Drehbewegung der Verriegelungshülse wird über die Verriegelungsbolzen, die Mitnahmehülse 260 und die davon getragenen Mitnahmestifte 262 auf das Druckstück 270 übertragen. Das Druckstück beinhaltet, wie beschrieben, einen Anschluss für eine Zwangsrückholung der Zustellstange, welche durch die Drehung mit der Maschine bzw. der maschinenseitigen Zustellstange 330 gekoppelt wird. Mit Erreichen der zweiten Stellung bei der Drehung der Verriegelungshülse ist die verriegelte Konfiguration vollständig erreicht.
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Beim Ausführungsbeispiel ist eine selbsttätige Sicherungseinrichtung zum Verriegeln des Bajonettverschlusses in der verriegelten und/oder in der entriegelten Konfiguration vorgesehen. Die Sicherungseinrichtung ist als Rasteinrichtung ausgelegt, so dass die Verriegelungsbuchse 250 in den Endstellungen der Drehbewegung, also in der ersten Stellung und in der zweiten Stellung, einrastet und nur nach Überwinden eines Mindest-Drehmoments wieder aus der eingerasteten Stellung heraus bewegt werden kann. Dadurch kann der Bajonettverschluss u.a. gegen unbeabsichtigtes Öffnen (z.B. verursacht durch Maschinenvibrationen) gesichert werden, ohne dass hierzu ein Bediener oder ein Roboter eingreifen muss. Ein Einrasten in der entriegelten Konfiguration schafft u.a. eine sichere Grundlage für Transport und Handling und definierte Verhältnisse während des Einführens.
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Beim Ausführungsbeispiel sind an der Verriegelungsbuchse zwei federbelastete, kugelförmige Sicherungselemente 290 angeordnet, die in Ausnehmungen 292 am Werkzeugkörper einrasten, wenn die Verriegelungshülse die zweite Stellung oder die erste Stellung erreicht. Die in 3 gut zu erkennenden, in Axialrichtung wirkenden federbelasteten Druckstücke bzw. Sicherungselemente 290 der Sicherungseinrichtung zum Verriegeln des Bajonettverschlusses haben die Aufgabe, die Verriegelungsbuchse 250 und damit alle drehfest mit der Verriegelungsbuchse gekoppelten drehenden Bauteile in der jeweiligen Konfiguration zu arretieren. Dazu ist sowohl für die erste Stellung (entriegelte Konfiguration) als auch für die zweite Stellung (verriegelte Konfiguration) jeweils an der der Verriegelungsbuchse zugewandten Stirnseite des Ringbunds 170 eine Ausnehmung 292 vorgesehen, in welche die Kugel des Druckstücks bei Erreichen der jeweiligen Stellung einrastet.
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Wird die Schneidgruppe 150 durch radiale Zustellung der Schneidstoffkörper nach außen aufgeweitet, so drückt die trägerseitige Zustellstange 330 axial gegen das Druckstück 270 und damit auch über die werkzeuginterne Zustellstange 150 auf den Aufweitkonus. Der Aufweitkonus überträgt die Aufweitkraft weiter auf die Aufweitelemente im Werkzeug. Wird die Aufweitstange bzw. Zustellstange zurückgefahren, unterstützt die Rückholfeder 275 das Zurückfahren des Druckstücks 270 sowie der Zustellstange bzw. des Aufweitkonus und der Aufweitelemente.
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Die Funktion der in 3 gezeigten Gewindestifte 277 ist es, das Druckstück 270 gegen die Federkraft der Rückholfeder 275 in Position zu halten. Durch Drehung von der ersten Stellung in die zweite Stellung werden die Gewindestifte 277 in eine längs bzw. parallel zur Werkzeugachse 112 laufende Nut versetzt. Somit kann die oben beschriebene Zustellung bzw. Aufweitung stattfinden. Die Gewindestifte 277 dienen im nicht aufgeweiteten Zustand als Endanschlag. Somit ist die Gesamtlänge des Honwerkzeugs (gemessen vom freien Ende des Schaftabschnitts 130 bis zur gegenüberliegenden Stirnseite) am Druckstück 270 im entriegelten Zustand definiert, was unter anderem für die Handhabung eines derartigen Werkzeugs mithilfe eines Roboters unabdingbar ist.
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Bei Verwendung eines Roboters zur Handhabung des Werkzeugs beim Werkzeugwechsel kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden. Der Roboter hat eine Greifereinheit mit einem Greifer, der zwei aufeinander zu- und voneinander weg fahrbare Greiforgane 1362 hat. Das Werkzeug kann mithilfe des Greifers gegriffen werden, indem die Greiforgane am Griffabschnitt 254 der Verriegelungshülse 250 angreifen. Um jederzeit eine definierte Drehstellung zu haben, hat der Griffabschnitt dazu an seiner Außenseite an diametralen Positionen zwei Planflächen 255, die zueinander parallel verlaufen. Damit ist ein sicheres Handling des Werkzeugs mithilfe des Roboters möglich (vgl. 8)
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Soll ein Werkzeug in eine noch leere Bajonetthülse eingekoppelt werden, so wird das Werkzeug zunächst durch Arbeitsbewegungen des Greifers in eine Ausgangsposition gebracht, in der das Werkzeug koaxial zu den trägerseitigen Verschlusselementen angeordnet ist, beim Honwerkzeug also in einer Position, bei der die Werkzeugachse 112 bereits koaxial zur Spindelachse 305 verläuft. Die trägerseitigen Verschlusselemente sind dabei noch nicht in Eingriff mit den werkzeugseitigen Verschlusselementen. Dann wird das Werkzeug mithilfe von entsprechenden Arbeitsbewegungen des Greifers bzw. des Roboters parallel zur Werkzeugachse in Richtung der trägerseitigen Verschlusselemente bewegt, bis der Einführabschnitt in die Bajonetthülse eingeführt ist und der radiale Vorsprung an der Verriegelungshülse, also im Beispielsfall die Bajonettbolzen 256, in die achsparallelen Abschnitte der diametral angeordneten Winkelnuten 340 eingreifen. Beim Einschieben werden dabei die axialen Nuten 274 an der Stirnseite des Anschlussteils 120 über die Verdrehsicherungsbolzen 320 an der Bajonetthülse geschoben, so dass eine in Umfangsrichtung formschlüssige Verdrehsicherung realisiert ist.
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Dann wird der Greifer so um die Werkzeugachse 112 rotiert, dass der Bajonettverschluss von der entriegelten Konfiguration (vgl. 4) in die verriegelte Konfiguration (vgl. 5) überführt wird. Dabei wird dann auch der axial wirkende Formschluss zwischen Zustellstange 330 und Druckstück 270 hergestellt. Die Bajonetthülse 310 des Werkzeugträgers sowie der Werkzeugträger selbst werden während der Umstellung zwischen den Konfigurationen nicht gedreht. Alle Arbeitsbewegungen werden aufseiten des Werkzeugs vorgenommen. Es sind keine maschinenseitig zu betätigenden Elemente zur Herstellung oder zum Lösen der Verbindung notwendig. Zum Herstellen und Lösen der Verbindung reicht ein einziger Roboter mit einem einzigen Greifer. Wird die Werkzeugschnittstelle manuell bedient, so kann ein Bediener die Ankopplung und Abkopplung mit einer einzigen Hand durchführen, die das Werkzeug am Griffabschnitt 254 der Verriegelungshülse 250 greift und dann alle für die Ankopplung oder Abkopplung notwendigen Bewegungen mit einer Hand ausführt.
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Anhand von 6 wird beispielhaft die Ankopplung eines Messwerkzeugs 600 an einen Werkzeugträger 800 dargestellt, bei dem es sich im Beispielsfall um den Aufnahmekopf einer pneumatisch arbeitenden Messvorrichtung handelt. Das Messwerkzeug 600 ist als pneumatischer Messdorn ausgelegt. Der Werkzeugkörper 610 hat einen länglichen Abschnitt zum Einführen in eine Bohrung. Am anschlussfernen Ende dieses Abschnitts ist ein im Durchmesser dickerer Messabschnitt mit einem Paar von radial ausgerichteten Messdüsen 615 vorgesehen, die bei der pneumatischen Messung mit Druckluft beaufschlagt werden. Zur Zufuhr der Druckluft zu den Messdüsen ist ein Zufuhrkanal 618 vorgesehen, der koaxial zur Werkzeugachse 612 vom Messabschnitt zu einem zentralen Druckluftanschluss 630 am gegenüberliegenden Ende des Werkzeugkörpers führt.
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Der Werkzeugkörper 610 hat am Anschlussende einen Anschlussabschnitt 620, der einen Trägerabschnitt 622 mit zylindrischer Außenkontur hat, der zum Messabschnitt hin in einen nach außen ragenden Ringbund 624 übergeht. Auf diesen Trägerabschnitt ist die Verriegelungsbuchse 750 aufgesteckt, die gegenüber dem Werkzeugkörper 610 um die Werkzeugachse 612 drehbar ist. Im Einführabschnitt 752 der Verriegelungshülse 750 sind diametral gegenüberliegend radiale Durchgangsbohrungen vorgesehen, in die Verriegelungsbolzen 756 eingeführt und dort befestigt sind. Die inneren Enden der Verriegelungsbolzen greifen in eine umlaufende Nut am Werkzeugkörper ein, so dass der Verriegelungsbolzen verliergesichert am Werkzeugkörper befestigt, aber diesem gegenüber begrenzt drehbar ist. Am stirnseitigen Ende des Werkzeugkörpers sind axial verlaufenden Verriegelungsnuten vorgesehen, die in bereits beschriebener Weise zur formschlüssigen Verdrehsicherung des eingeführten Werkzeugs dienen.
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Aufseiten des Werkzeugträgers ist eine Bajonetthülse 810 vorgesehen. Der Werkzeugträger hat eine zentrische Durchgangsbohrung, die einem Zufuhrkanal 818 für Druckluft zur Werkzeugschnittstelle bildet. Dieser fluchtet bei eingesetztem Messwerkzeug mit dem werkzeuginternen Zufuhrkanal 618 und wird mit einer am Werkzeug angebrachten Dichtung 619 gegen Austreten von Druckluft am Übergangsbereich abgedichtet.
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Der Werkzeugkörper bzw. Messdornkörper 610, die Verriegelungsbuchse 750, die Dichtung 619 und die von der Verriegelungsbuchse 750 getragenen Bajonettstifte 756 werden vormontiert und bilden das Messwerkzeug. Die trägerseitigen Verschlusselemente aufseiten des Aufnahmekopfs bzw. des Werkzeugträgers 800 umfassen die Bajonetthülse 810 und die nach innen hineinragenden Verdrehsicherungsbolzen 820.
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Das Messwerkzeug 600 bzw. der Messdorn kann ähnlich wie das Honwerkzeug des anderen Ausführungsbeispiels in zwei Stellungen eingestellt sein. In der entriegelten Konfiguration, bei der sich die Verriegelungshülse in ihrer ersten Stellung befindet, kann der Messdorn von einem Roboter transportiert werden. In der verriegelten Konfiguration, in der sich die Verriegelungsbuchse in ihrer zweiten Stellung befindet, ist der Messdorn dann fest mit der Messvorrichtung verbunden, an die Druckluftzufuhr angekoppelt und dadurch funktionsfähig.
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Die Funktionen beim Einführen und Verriegeln bzw. beim Entriegeln und Herausnehmen sind analog zur Vorgehensweise beim Honwerkzeug, weshalb auf eine Wiederholung verzichtet wird. Bemerkenswert ist unter anderem, dass für die Herstellung und Lösung der Verbindung der Messdorn gegenüber dem Aufnahmekopf nicht verdreht werden muss. Dadurch wird die Dichtung 619 im Bereich des Übergangs vom vorrichtungsseitigen Zufuhrkanal zum werkzeuginternen Zufuhrkanal nicht auf Drehung belastet und bleibt dauerhaft dichtfähig, auch bei vielfachem Werkzeugwechsel.
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Im Folgenden wird anhand der 7 und 8 beispielhaft ein Bearbeitungssystem 1000 beschrieben, das zur Bearbeitung von Werkstücken vorgesehen ist, die mindestens eine mittels Honen zu bearbeitende Bohrung aufweisen. Das Bearbeitungssystem umfasst eine Honmaschine 1100, die eine Horizontal-Honeinheit mit einer Honspindel 1200 aufweist, die mithilfe eines Drehantriebs um eine horizontal ausgerichtete Spindelachse 1210 drehbar ist. Die Honspindel 1200 dient als Werkzeugträger 1200.
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Im Bereich vor dem freien Ende der Honspindel ist eine Werkstückaufnahmevorrichtung 1500 angebracht, die der Aufnahme eines Werkstücks für die Honbearbeitung dient. Die Werkstückaufnahmevorrichtung ist auf einem Schlitten 1550 montiert, der mittels eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse horizontal hin- und her bewegbar ist. Horizontal-Honmaschinen werden häufig dann verwendet, wenn kleine und mittlere Losgrößen zu günstigen Kosten gehont werden sollen.
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Die Werkstückaufnahmevorrichtung 1500 ist im Beispielsfall an einem Kardanhalter 1510 befestigt, um während der Bearbeitung Ausgleichsbewegungen des Werkstücks gegenüber dem Honwerkzeug zu ermöglichen. Die Werkstückaufnahmevorrichtung ist für die Aufnahme von unterschiedlich dimensionierten Werkstücken aus einem gewissen Durchmesserbereich ausgelegt. Die Werkstückaufnahmevorrichtung ist als Spannvorrichtung mit einem oder mehreren Spannbacken ausgelegt, die an unterschiedlichen Radialpositionen angebracht bzw. angeordnet werden können, um unterschiedlich dimensionierte Werkstücke aufzunehmen. Die Spannbacken sind auswechselbar am Spannbackenträger angeordnet, so dass die Werkstückaufnahmevorrichtung unter Einsatz einer Robotereinheit 1350 auf unterschiedliche Werkstücke umgerüstet werden kann.
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Ausführungsformen von Honmaschinen mit vertikal ausgerichteter Honspindel und/oder Ausführungsformen, bei denen die Hubbewegungen auf Seiten der Honspindel erzeugt werden, sind ebenfalls möglich.
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Das Bearbeitungssystem 1000 umfasst ein Ladesystem 1300 zum Be- und Entladen der Honmaschine 1100. Das Ladesystem 1300 weist eine einzige Robotereinheit 1350 auf, die zum Be- und Entladen der Werkstückaufnahmevorrichtung 1500 dient und zahlreiche weitere Funktionen ausführen kann. Die Robotereinheit hat eine Basis 1355 und einen Arbeitsbereich, der sich um die Basis herum erstreckt. Der Arbeitsbereich ist derjenige Bereich, der durch eine an dem Endglied der Robotereinheit angebrachte Greifereinheit 1360 erreichbar ist. Die Robotereinheit weist einen Gelenkarmroboter mit serieller Kinematik auf, im Beispielsfall einen Gelenkarmroboter mit sechs Drehachsen, so dass jedes von der Greifereinheit gegriffene Bauteil an jeder Position innerhalb des Arbeitsbereichs in jeder Orientierung positioniert werden kann.
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Zusätzlich zur Honmaschine 1100 ist eine daneben angeordnete Roboterzelle 1400 vorgesehen, in welcher im Arbeitsbereich der Robotereinheit 1350 mehrere Arbeitsstationen untergebracht sind. Eine Vorprüfstation 1410 mit einem Vorprüfdorn kann dazu genutzt werden, den aus einer Vorbearbeitung resultierenden Innendurchmesser der Bohrungen der Werkstücke in der Roboterzelle mithilfe des Roboters mechanisch zu messen bzw. im Sinne einer passt/passt nicht-Prüfung zu prüfen. Eine Bürststation 1420 umfasst einen eigenen Drehantrieb kann mit einem geeigneten Bürstwerkzeug bestückt werden, welches durch den Drehantrieb rotierend antreibbar ist und zum Bürsten der Werkstücke in der Roboterzelle dient. Mithilfe einer Freiblasstation 1430 kann ein bearbeitetes Werkstück von Spänen aus einer vorherigen Bearbeitung befreit werden. Mithilfe einer Nachmessstation 1440 kann eine Nachmessoperation am gehonten Werkstück durchgeführt werden, um den gehonten Durchmesser zu bestimmen. Dazu kann an der Nachmesstation mithilfe des Roboters 1350 ein passender, auswechselbarer pneumatischer Messdorn angekoppelt werden.
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Die mechanischen Komponenten der Vorprüfstation 1410, der Nachmessstation 1440 und der Bürststation 1420 sind in Reihe nebeneinander an einem gemeinsamen Tragegestell 1460 montiert, welches unterhalb der Montageebene Platz für den Drehantrieb der Bürststation und die pneumatischen Einrichtungen der Nachmessstation bietet.
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Innerhalb der Roboterzelle 1400 sind außerdem Abstellplätze für Werkzeuge im Arbeitsbereich der Robotereinheit angebracht. Ein Abstellplatz 1450 dient zum Abstellen von Werkzeugen, Einhonhülsen, Referenzringen, Vorprüfdornen, Nachmessdornen und Bürsten, die an den entsprechenden Stationen verwendet werden können. Im Bereich vor dem Tragegestell 1460 ist ein Greiferbahnhof 1470 zum Abstellen von unterschiedlich konfigurierten, auswechselbaren Greifereinheiten für die Robotereinheit angeordnet. Im vorderen Bereich befindet sich ein Abstellplatz 1480 für eine Werkstückpalette, in der an einer Vielzahl von Aufnahmeplätzen gleichartige oder unterschiedliche Werkstücke aufgenommen werden können.
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Mithilfe des Bearbeitungssystems 1000 ist eine vollautomatisierte Fertigung von Werkstücken möglich. Dabei können Werkzeuge, Messmittel, Bürsten etc. mithilfe der Robotereinheit 1350 gewechselt werden. Unter anderem können mithilfe des Roboters folgende Operationen durchgeführt werden:
- Ein automatischer Werkzeugwechsel an der Honspindel, also ein Auswechseln eines Honwerkzeugs gegen ein anderes Honwerkzeug. Eine Phase eines Werkzeugwechsels bei einem Honwerkzeug 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in 8 dargestellt. Es ist erkennbar, wie die zwei fingerartigen Greiforgane 1362 der Greifereinheit 1360 das in die Bajonetthülse 310 der Honspindel eingeführte Honwerkzeug 100 im Bereich des Griffabschnitts über die beiden parallelen Planflächen 255 greift. Durch Verdrehen der Greifereinheit 1360 um die Spindelachse bzw. die damit koaxiale Werkzeugachse kann die Verriegelungshülse 250 nach dem Einführvorgang verriegelt oder vor einem Herausnehmen des Honwerkzeugs entriegelt werden.
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Ein Auswechseln der Werkstückaufnahmevorrichtung 1500 oder von auswechselbaren Teilen der Werkstückaufnahmevorrichtung (z.B. Spannbacken). Damit kann das Bearbeitungssystem leicht an unterschiedliche Werkstücktypen und Werkstückdimensionen angepasst werden.
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Ein Abrichten des an der Honspindel aufgenommenen Honwerkzeugs durch Greifen eines Abrichtwerkzeugs (Einhonhülse) und Bewegen des Abrichtwerkzeugs relativ zum Honwerkzeug derart, dass mindestens ein Teil einer für das Abrichten erforderlichen Relativbewegung zwischen Abrichtwerkzeug und Honwerkzeug durch gesteuerte Bewegungen des Abrichtwerkzeugs mittels der Robotereinheit bewirkt wird. Das Honwerkzeug kann beispielsweise über den Spindelantrieb gedreht werden, während der Roboter die Einhonhülse (das Abrichtwerkzeug) axial hin- und herbewegt und die Aufweitung des Honwerkzeugs betätigt wird. Ebenfalls möglich ist ein Abrichten des Honwerkzeugs durch Ablegen einer Einhonhülse in die Werkstückaufnahmevorrichtung 1500, wobei dann deren Hubachse die axial oszillierende Bewegung der Einhonhülse bewirkt.
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Ein Vorprüfen der Werkstücke, ein Freiblasen der Werkstücke, ein Bürsten der Werkstücke, und ein Nachmessen der Werkstücke.
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Zusätzlich zur Honmaschine 1100 kann auf der gegenüberliegenden Seite der Roboterzelle 1440 eine weitere Bearbeitungsmaschine, insbesondere eine weitere Honmaschine angeordnet sein.
