DE102021203483A1

DE102021203483A1 - Messsystem zum Messen von Bohrungen sowie Feinbearbeitungsmaschine mit Messsystem

Info

Publication number: DE102021203483A1
Application number: DE102021203483.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Lintner
Original assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik Ges mbH; Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Current assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik Ges mbH; Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Priority date: 2021-04-08
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2022-10-13

Abstract

Ein Messsystem zum Messen der Geometrie einer Bohrung umfasst eine Messeinheit, die einen Messschlitten aufweist, der mittels eines Hubantriebs parallel zu einer ersten Achse hin und her bewegbar ist und eine Einrichtung zum Ankoppeln einer Messkopfeinheit aufweist. Weiterhin ist im betriebsfertig montierten Zustand eine an den Messschlitten angekoppelte Messkopfeinheit vorgesehen, die einen Messkopf aufweist, der von einer mit dem Messschlitten gekoppelten Stange getragen wird. Es ist eine Kupplungseinrichtung zur lösbaren Verbindung des Messkopfs mit der Stange vorhanden. Die Kupplungseinrichtung ist in Reaktion auf Steuersignale einer Steuereinheit zwischen einer Kupplungskonfiguration und einer Freigabekonfiguration umschaltbar.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Messsystem zum Messen der Geometrie einer Bohrung sowie eine Feinbearbeitungsmaschine mit einem solchen Messsystem.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die messungsunterstützte Feinbearbeitung von Bohrungen durch Innenhonen und/oder Feinbohren, wobei vor und/oder nach der Feinbearbeitung eine Messung zur Bestimmung der Makroform der Bohrung, insbesondere eine Messung des Innendurchmessers der Bohrung, durchgeführt wird.
Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, bei dem vielschneidige Honwerkzeuge eine aus zwei Komponenten bestehende Schnittbewegung ausführen, die zu einer charakteristischen Oberflächenstruktur der bearbeiteten Innenfläche führt, in der Regel mit überkreuzten Bearbeitungsspuren. Durch Honen sind endbearbeitete Oberflächen herstellbar, die extrem hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen sowie hinsichtlich der Oberflächenstruktur genügen. Dementsprechend werden beispielsweise beim Motorenbau Zylinderlaufflächen, d.h. Innenflächen von Zylinderbohrungen in einem Motorblock oder in einer in einen Motorblock einzubauenden Zylinderhülse, und Lagerflächen für Wellen einer Honbearbeitung unterzogen.
Beim Honen sind in der Regel sehr enge Toleranzvorgaben hinsichtlich der Makroform und der z.B. durch den Bohrungsdurchmesser quantifizierten Größe der Bohrung einzuhalten.
Ob durch einen Honprozess die gewünschte Makroform im Rahmen der Toleranzen erreicht wurde, wird in der Regel nach Abschluss des Honprozesses in einer gesonderten Nachmessstation (Post-Prozess-Messstation) durch Vermessen der Geometrie der Bohrung mit Hilfe eines Messsystems (Nachmesseinheit) bestimmt.
Für diesen Zweck bekannte Messsysteme umfassen wenigstens eine Messeinheit, die einen Messschlitten aufweist, der mittels eines Hubantriebs parallel zu einer ersten Achse hin und her bewegbar ist und eine Einrichtung zum Ankoppeln einer Messkopfeinheit aufweist. Die im betriebsfertig montierten Zustand an den Messschlitten angekoppelte Messkopfeinheit weist einen Messkopf auf, der von einer mit dem Messschlitten gekoppelten Stange getragen wird.
Die Stange dient dabei als Verlängerung, um ein ausreichend tiefes Eintauchen des Messkopfs in die zu messende Bohrung zu ermöglichen.
Bei dem Messkopf kann es sich z.B. um einen pneumatischen Messkopf handeln. Ein pneumatischer Messkopf hat in der Regel mindestens ein Paar von Messdüsen, die bezogen auf eine Mittelachse des Messkopfs in einem diametralen Abstand zueinander angeordnet sind.
Pneumatische Messköpfe, die gelegentlich auch als pneumatische Messdorne bezeichnet werden, arbeiten nach dem Düse-Prallplatte-Prinzip. Für die Messung wird Druckluft aus den Messdüsen in Richtung Bohrungswandung geblasen. Der sich ergebende Staudruck im Bereich der Messdüsen dient als Maß für den Abstand der Messdüse zu Bohrungswandung. Ein mit der Messdüse über eine Druckleitung verbundener Messwandler sorgt für eine Umwandlung des (pneumatischen) Drucksignals in ein elektrisch weiterverarbeitbares Spannungssignal. Mittels zweier diametral gegenüberliegender Messdüsen kann bei einem gegebenen diametralen Abstand zwischen den Messdüsen der Bohrungsdurchmesser ermittelt werden.
Pneumatische Messköpfe ermöglichen ein berührungsloses, vom Werkstoff des Messobjekts unabhängiges Messen und im Rahmen ihres Messbereichs hohe Messgenauigkeiten, die im Falle von Nachmesseinheiten in der Regel deutlich unterhalb eines Mikrometers liegen, beispielsweise im Bereich von 0,2 µm bis 0,3 µm bei wiederholter Messung. Um Messwerte mit der erforderlichen Messgenauigkeit aufnehmen zu können, müssen die Messdüsen in einem relativ eng begrenzten Abstandsbereich von der Bohrungswandung angeordnet sein. Bei zu großem Messabstand ist der elektrische Signalverlauf zwischen Minimalwert und Maximalwert nicht mehr nur linear, sondern wird zu den Minimal- und Maximalgrenzen hin logarithmisch. Das bedeutet, dass die Messung nicht mehr mit der erforderlichen Messgenauigkeit durchgeführt werden kann. Auch zu geringe Messabstände sind problematisch. Daher kann jeder pneumatische Messkopf nur einen kleinen Durchmesserbereich mit hoher Messgenauigkeit abdecken.
Daher werden häufig bei Feinbearbeitungsanlagen, die flexibel ggf. für relativ kleine Serien von Werkstücken mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern genutzt werden sollen, an der Nachmesseinheit mehrere unterschiedlich dimensionierte Messköpfe für unterschiedliche, jeweils relativ enge Durchmesserbereiche vorgehalten. Es können relativ häufige Wechsel der für die Messung verwendeten Messköpfe erforderlich sein. Um dies zu erleichtern, gibt es Konstruktionen mit einer durch einen Bediener relativ einfach zu handhabenden Kupplungseinrichtung zur lösbaren Verbindung des Messkopfs mit der Stange. Es gibt z.B. Messdorne mit einer Bajonett-Kupplung oder einer Kupplung mit einer zentrischen Schraube.
Die DE 10 2013 223 986 A1 der Anmelderin offenbart ein Messsystem zum Vermessen der Geometrie einer Bohrung mit einem in die Bohrung einführbaren pneumatischen Messkopf, der ein Paar von Messdüsen aufweist, die bezogen auf eine Längsmittelachse des Messkopfs in einem diametralen Abstand zueinander angeordnet sind. Das Messsystem umfasst eine Verstelleinrichtung zur stufenlosen Verstellung des diametralen Abstandes der Messdüsen. Die Verstelleinrichtung weist im Inneren des Messkopfs einen Gewindetrieb mit einer durch einen Verstellantrieb rotierend antreibbaren Gewindespindel und einer auf der Gewindespindel laufenden Spindelmutter auf. Der Messkopf ist am unteren Ende einer rohrförmigen Stange angekoppelt. Im Inneren der Stange verläuft ein drehbares Verstellelement, welches über eine drehbare Kupplung mit der Spindel des Gewindetriebs verbunden ist. Aufgrund der Möglichkeit, den diametralen Abstand der Messdüsen am Messkopf stufenlos verstellen zu können, kann ein und derselbe Messkopf ohne Verlust an Messgenauigkeit für einen größeren Durchmesserbereich verwendet werden. Diese Lösung funktioniert gut, ist aber konstruktiv relativ aufwändig und kann ggf. schmutzanfällig sein.
Es besteht Bedarf an einer kostengünstigen, prozesssicheren Möglichkeit, Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser schnell und mit hoher Messgenauigkeit messen zu können. Der benötigte Bauraum zur Bereitstellung von Komponenten des variabel nutzbaren Messsystems sollte möglichst klein sein.
AUFGABE UND LÖSUNG
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine zuverlässige und kostengünstige Möglichkeit bereitzustellen, Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser schnell und mit hoher Messgenauigkeit messen zu können.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Messsystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird eine Feinbearbeitungsmaschine 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.
Das Messsystem zum Messen der Geometrie einer Bohrung umfasst wenigstens eine Messeinheit. Die Messeinheit umfasst einen Messschlitten, der mittels eines Hubantriebs parallel zu einer ersten Achse hin- und her bewegbar ist. Der Messschlitten weist eine Einrichtung zum Ankoppeln einer Messkopfeinheit auf. Im betriebsbereiten Zustand des Messsystems ist an den Messschlitten eine Messkopfeinheit angekoppelt. Die Messkopfeinheit umfasst einen Messkopf, der von einer mit dem Messschlitten gekoppelten Stange getragen wird. Die Stange ist also zwischen Messschlitten und Messkopf angeordnet und dient als Verlängerung, um bei jeder Bohrungslänge ein ausreichend tiefes Eintauchen des Messkopfs in die Bohrung zu ermöglichen. Der Messkopf ist auswechselbar an der Stange angebracht. Dazu ist eine Kupplungseinrichtung zur lösbaren Verbindung des Messkopfs mit der Stange vorgesehen.
Der Messkopf umfasst den eigentlichen Messdorn und eine daran angebrachte erste (messdornseitige) Kupplungseinheit, die mit einer stangenseitigen zweiten Kupplungseinheit der Kupplungseinheit zusammenwirkt.
Gemäß einer Formulierung der Erfindung ist die Kupplungseinrichtung in Reaktion auf Steuersignale einer dem Messsystem zugeordneten Steuereinheit zwischen einer Kupplungskonfiguration und einer Freigabekonfiguration umschaltbar. In der Kupplungskonfiguration ist der Messkopf in betriebsfertiger Weise mit der Stange verbunden. In der Freigabekonfiguration lässt sich der Messkopf von der Stange lösen. Die Kupplungseinrichtung ist somit funktionaler Bestandteil einer Schnittstelle bzw. Trennstelle zwischen einer auswechselbaren Baugruppe, nämlich dem Messkopf, und dem Rest der Messkopfeinheit, der die Stange umfasst und der am Messschlitten angekoppelt verbleiben kann. Die Umschaltung kann ohne Eingriff eines Bedieners in automatisierter Weise erfolgen. Damit ist bei Bedarf ein schneller Messkopfwechsel möglich, so dass unproduktive Nebenzeiten verringert werden können. Der Messkopfwechsel kann ggf. automatisiert werden.
Die Erfindung bietet gegenüber herkömmlichen Lösungen weitere Vorteile. Wurde bisher pro Messkopf eine eigene Vorschubachse verbaut, welche mit einer eigenen Messkopfeinheit (Stange und zugehöriger Messkopf, gegebenenfalls weitere Komponenten) versehen war, so mussten gegebenenfalls viele unterschiedlich dimensionierte Messkopfeinheiten vorgehalten werden. Die maximal mögliche Anzahl unterschiedlicher vorzuhaltender Messkopfeinheiten war gelegentlich durch den verfügbaren Einbauraum begrenzt. Mit der Lösung gemäß der Erfindung können bei gleichem zur Verfügung stehendem Bauraum mehr unterschiedliche Durchmesser als bisher mit spezifisch dafür optimierten Messköpfen gemessen werden, was u.a. der erzielbaren Messgenauigkeit zugutekommen kann. Die zum Wechseln genutzte Schnittstelle bzw. Trennstelle verlagert sich zum Messkopf hin, wodurch die Wechselgenauigkeit nicht mehr durch die Toleranzen der unterschiedlichen Stangen beeinflusst wird. Hierdurch kann die Messgenauigkeit tendenziell verbessert werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen sind der Messkopf und die Stange in der Freigabekonfiguration durch axiale Relativbewegung zwischen Messkopf und Stange parallel zur ersten Achse voneinander lösbar bzw. miteinander verbindbar. Dadurch kann auf rotative Relativbewegungen zur Verbindungsherstellung oder zur Lösung der Verbindung verzichtet werden. Die Kupplungsteile können ähnlich wie bei einer Steckverbindung einfach ineinandergesteckt werden. Hierdurch sind besonders schnelle Wechseloperationen möglich. Eine automatisiert betätigbare Schraubverbindung ist ebenfalls möglich.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine dem Messkopf zugeordnete erste Kupplungseinheit der Kupplungseinrichtung einen Spannbolzen auf und eine der Stange zugeordnete zweite Kupplungseinheit der Kupplungseinrichtung weist Komponenten einer zum Zusammenwirken mit dem Spannbolzen konfigurierten Spanneinrichtung auf. Der Spannbolzen ist dabei das passive Element dieser Kupplungseinrichtung, während die Spanneinrichtung ein oder mehrere aktiv bewegliche Spannelemente enthält, die am Spannbolzen angreifen können, um in der Kopplungskonfiguration einen festen, positionsgenauen Sitz des Messkopfs an der Schnittstelle bzw. Trennstelle sicherzustellen. Die Anordnung kann so getroffen sein, dass bei Betätigung der Spanneinrichtung der Messkopf in Richtung der Stange bzw. der zweiten Kupplungseinheit gezogen bzw. gespannt und dort fixiert wird.
Die Kupplungsteile können ähnlich wie bei einer Steckverbindung einfach ineinandergesteckt und dann miteinander verspannt werden.
Vorzugsweise ist ein einziger, bezogen auf eine Messkopfachse zentrischer Spannbolzen vorgesehen und die Komponenten der Spanneinrichtung sind insoweit symmetrisch zu einer angestrebten Spannposition angeordnet, dass die Kupplungseinrichtung selbstzentrierend wirkt.
Es ist möglich, die Kupplungseinrichtung so auszulegen, dass sie mithilfe mechanisch wirkender Übertragungselemente betätigt werden kann, beispielsweise mithilfe einer Betätigungsstange, die durch das Innere der als Verlängerung dienenden Stange verläuft. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist jedoch die Kupplungseinrichtung hydraulisch oder pneumatisch betätigbar. Dabei kann auf mechanische Betätigungselemente im Inneren der Stange verzichtet werden.
Stattdessen kann wenigstens ein Fluidkanal vorgesehen sein, der durch die Stange hindurch zu einem dem Messkopf zugewandten Ende der Stange verläuft. Durch den Fluidkanal kann Fluid unter geeigneten Fluiddruck der Kupplungseinrichtung zugeführt werden, um diese zu betätigen.
Konstruktive Konzepte aus dem Bereich von Nullpunktspannsystemen oder Schnellwechseleinrichtungen können verwendet werden, um den Messkopf schnell und positionsgenau an den Rest der Messkopfeinheit anzukoppeln bzw. davon zu lösen. Bevorzugt sind dabei relativ steife Einrichtungen mit integrierter Verdrehsicherung, die vorzugsweise integrierte Übergabemöglichkeiten für fluide Medien und/oder elektrische Signale aufweisen.
Das zulässige Spaltmaß zwischen der Bohrung und dem Messdorn ist in der Regel kleiner als die mögliche Positionsabweichung der Bohrungen im Werkstück. Somit ist ein Positionsausgleich zweckmäßig. Dies kann durch eine Positions-Ausgleichseinrichtung im Messstrang zwischen dem Messschlitten und dem Messkopf ermöglicht werden. Eine solche Positions-Ausgleichseinrichtung wird gelegentlich auch als Schwimmkopf bezeichnet und hat die Aufgabe, die Positionsungenauigkeiten des Werkstückes und der Messeinheit zueinander zu kompensieren.
Die Positions-Ausgleichseinrichtung kann sich im Bereich der Stange befinden, also in die Stange integriert sein. Die Positions-Ausgleichseinrichtung sollte dann möglichst nahe am Messkopf angeordnet sein, z.B. innerhalb des messkopfnahen Drittels oder Viertels oder Zehntels der Stange. Von Vorteil ist es, diese oberhalb der Kupplung bzw. der Schnittstelle anzubringen, da sie dann nur einmal und nicht pro Messkopf benötigt wird. Es ist auch möglich, Elemente einer Positions-Ausgleichseinrichtung zwischen der Stange und dem Messkopf oder an der Stangenaufnahme, also im Bereich der Anbindung der Stange an den Messschlitten anzuordnen. Bei manchen Ausführungsformen ist eine Positions-Ausgleichseinrichtung in den Messkopf integriert und kann zusammen mit diesem ausgewechselt werden.
Es gibt Ausführungsformen, bei denen das Messsystem nur eine einzige Messeinheit aufweist. Bei anderen Ausführungsformen hat das Messsystem zusätzlich zu einer ersten Messeinheit eine zweite Messeinheit, die einen Messschlitten umfasst, der mittels eines Hubantriebs parallel zu einer zweiten Achse hin- und her bewegbar ist und Einrichtungen zum Ankoppeln einer Messkopfeinheit aufweist, wobei die erste Achse und die zweite Achse in einem Achsabstand parallel zueinander verlaufen. Der Achsabstand ist dabei der senkrecht zur ersten und zweiten Achse gemessene Abstand zwischen diesen Achsen. Damit ist es möglich, mithilfe des Messsystems zusätzlich zu einer ersten Bohrung zeitgleich wenigstens eine zweite Bohrung zu messen, so dass die Effizienz des Messsystems erhöht werden kann. Beispielsweise können bei der Bearbeitung von Zylinderkurbelgehäusen mit mehreren in Reihe zueinander achsparallel angeordneten Zylinderbohrungen jeweils (mindestens) zwei Zylinderbohrungen zeitgleich vermessen werden. Ein Messsystem kann auch mehr als zwei Messeinheiten aufweisen, z.B. drei oder vier. Deren Achsen können in einer gemeinsamen Ebene liegen Obwohl es möglich ist, dass die beiden Messeinheiten in einem festen Achsabstand zueinander angeordnet sind, ist vorzugsweise eine Abstands-Verstelleinrichtung zur vorzugsweise stufenlosen Verstellung des Achsabstands vorgesehen. Die Abstandsverstellung kann manuell erfolgen. Vorzugsweise kann die Abstandsverstellung numerisch gesteuert mithilfe eines Abstands-Verstellantriebs automatisiert erfolgen, so dass kein Bediener in den Prozess eingreifen muss. Mithilfe der Abstandsverstellung ist es möglich, die beiden Messeinheiten für die Messung jeweils koaxial zu zwei zueinander achsparallel liegenden Bohrungen anzuordnen, bevor der Messvorgang beginnt.
Besondere Vorteile bietet eine Abstands-Verstelleinrichtung auch dann, wenn das Messsystem ein Messkopf-Magazin mit mehreren Messkopf-Aufnahmen zur Aufnahme jeweils eines Messkopfs aufweist. In diesem Fall kann der Abstand zwischen den beiden Achsen der Messeinheiten angepasst an die Auslegung des Messkopf-Magazins so eingestellt werden, dass ein synchroner Wechsel von zwei Messköpfen an der ersten und zweiten Messeinheit möglich ist. Dazu kann der Achsabstand so eingestellt werden, dass er dem Achsabstand von zwei direkt oder mittelbar benachbarten Messkopf-Aufnahmen des Werkzeugmagazins entspricht. Dieser Abstand wird sich in der Regel vom Abstand zweier zeitgleich zu messender Bohrungen unterscheiden. Mithilfe der Abstandsverstellung kann der Abstand der Achsen der Messeinheiten bei Bedarf für den Messvorgang und für den Messkopf-Wechselvorgang auf unterschiedliche Werte eingestellt werden.
Um eine ausreichende Anzahl unterschiedlicher Messköpfe vorhalten zu können, umfasst das Messsystem vorzugsweise wenigstens ein Messkopf-Magazin mit mehreren Messkopf-Aufnahmen zur Aufnahme jeweils eines Messkopfs. Das Messkopf-Magazin kann z.B. drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Messkopf-Aufnahmen aufweisen. Diese können untereinander identisch oder auch teilweise unterschiedlich ausgelegt sein.
Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, dass die wenigstens eine Messeinheit auf einem Horizontal-Schlitten angeordnet und mittels des Horizontal-Schlittens zwischen einer Messposition im Bereich einer Werkstückaufnahme und einer Wechselposition im Bereich des Messkopf-Magazins verfahrbar ist.
Vorzugsweise ist das Messkopf-Magazin als ein um eine Magazin-Drehachse drehbares Rundmagazin mit einer ringförmigen Anordnung von Messkopf-Aufnahmen ausgebildet. Im Vergleich zu einem ebenfalls möglichen Linearmagazin, bei dem drei oder mehr Messkopf-Aufnahmen in einer Reihe angeordnet sind, ist mithilfe eines Rundmagazins eine platzsparende Konstruktion mit wenig Bauraumbedarf möglich. Dies erleichtert die Integration des Messsystems in eine Feinbearbeitungsmaschine.
Bei manchen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass Messkopf-Aufnahmen des Rundmagazins auf einem Teilkreis derart angeordnet sind, dass in einer Wechselstellung des Rundmagazins Zentralachsen von zwei ausgewählten Messkopf-Aufnahmen in einer Ebene liegen, die durch die erste Achse und die Verfahrrichtung des Horizontal-Schlittens aufgespannt wird. Somit kann z.B. die erste Achse bei unveränderter Stellung des Messkopf-Magazins zwei unterschiedliche Messkopf-Aufnahmen nutzen. Bei Varianten mit einer ersten und einer zweiten Messeinheit liegt vorzugsweise die zweite Achse in derselben Ebene. Dann ist ein synchrones Wechseln von Messköpfen an den beiden Messeinheiten möglich, da die erste Messeinheit im Wesentlichen koaxial zu einer ersten Messkopf-Aufnahme und die zweite Messeinheit im Wesentlichen koaxial zu einer zweiten Messkopf-Aufnahme angeordnet werden kann.
Die Erfindung betrifft auch eine Feinbearbeitungsmaschine zur Feinbearbeitung von Bohrungen in Werkstücken. Bei der Feinbearbeitungsmaschine kann es sich insbesondere um eine Honmaschine handeln. Die Feinbearbeitungsmaschine hat mindestens eine Feinbearbeitungseinheit, insbesondere eine Honeinheit, die eine Arbeitsspindel aufweist, welche mittels eines Drehantriebs um eine Spindelachse drehbar und mittels eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse hin- und her bewegbar ist. Die Feinbearbeitungsmaschine weist ein Messsystem gemäß der beanspruchten Erfindung auf.
Vorzugsweise umfasst die Feinbearbeitungsmaschine mehrere Arbeitsstationen und ein internes Transportsystem zum Transportieren von Werkstücken, wobei das Werkstück durch Fortbewegung des Transportsystems nacheinander an unterschiedliche Arbeitsstationen der Feinbearbeitungsmaschine transportierbar ist. Dabei ist eine der Arbeitsstationen eine Ladestation zum Be- und Entladen des Transportsystems. Der Ladestation ist wenigstens eine Messeinheit des Messsystems zugeordnet, die unter der Steuerung einer Steuereinheit der Feinbearbeitungsmaschine zwischen einer Neutralstellung außerhalb der Ladestation und einer Messstellung im Bereich der Ladestation verfahrbar ist. Dadurch kann die Ladestation auch als Messstation der Feinbearbeitungsmaschine genutzt werden. Insbesondere können Werkstücke nach Abschluss der Feinbearbeitung in der Feinbearbeitungsmaschine auf dem Weg vom Transportsystem zu externen Einrichtungen in eine Messposition gebracht und dort in einer Nachmess-Operation) mithilfe des Messsystems vermessen werden.
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 Feinbearbeitungsmaschine gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt eine Ansicht der Feinbearbeitungsmaschine aus 1 bei weggelassenem Maschinenoberteil;
3A zeigt horizontal verfahrbare Komponenten eines Messsystems, das zwei achsparallele Messeinheiten aufweist;
3B zeigt eine Messeinheit mit angekoppelter Messkopfeinheit;
3C zeigt die Messeinheit aus 3B ohne angekoppelte Messkopfeinheit;
4 zeigt einen Ausschnitt einer Messkopfeinheit mit Komponenten einer Ausführungsform einer pneumatisch betätigbaren Kupplungseinrichtung zwischen dem Messkopf und der zugehörigen Stange;
5 zeigt die Feinbearbeitungsmaschine aus 1, worin sich die Messeinheiten des Messsystems in einer Messposition im Bereich der Ladestation der Feinbearbeitungsmaschine befinden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht von Komponenten einer als Honmaschine 100 ausgelegten Feinbearbeitungsmaschine 100 gemäß einer Ausführungsform von ihrer Be- und Entladeseite. Die 2 und 5 zeigen Ansichten der Feinbearbeitungsmaschine aus 1 bei weggelassenem Maschinenoberteil in unterschiedlichen Phasen ihrer Nutzung.
Die Honmaschine 100 ist dafür eingerichtet, die Zylinderbohrungen von Werkstücken W in Form von Zylinderkurbelgehäusen in mehreren unterschiedlichen Honoperationen (z.B. Vorhonen, Zwischenhonen und Fertighonen) komplett zu bearbeiten. In die Honmaschine ist ein Messsystem 300 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung integriert. Der Betrieb der Honmaschine und der Betrieb des Messsystems werden über eine computernumerische Steuereinheit 190 gesteuert.
Die Honmaschine hat eine rechteckige Maschinenbasis 110, die sämtliche mechanischen Komponenten der Honmaschine trägt. Die Maschinenbasis hat in einer ersten Richtung der Honmaschine (entsprechend der x-Richtung des Maschinenkoordinatensystems MKS, auch als Längsrichtung bezeichnet) eine Länge, die im Wesentlichen der Breite in der zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung (entsprechend der y-Richtung des Maschinenkoordinatensystems, auch als Breitenrichtung oder Querrichtung bezeichnet) entspricht.
Auf der Maschinenbasis ist mittig zwischen den Längsseiten ein z.B. in 2 zu erkennender Rundtisch 130 (auch als Rundschalttisch bzw. Drehtisch bezeichnet) montiert, der mithilfe eines unter der drehbaren Tischplatteneinheit 136 angeordneten Drehantriebs um eine vertikale Drehachse 134 unbegrenzt drehbar ist. Die Tischplatteneinheit des Rundtisches hat in 90°-Teilung vier nach außen ragende Arme 137 zum Tragen eines Werkstücks. Der Rundtisch 130 dient als maschineninternes Transportsystem 130 bzw. Transfersystem.
Die Honmaschine hat vier Arbeitsstationen, die gleichzeitig durch Werkstücke angefahren werden können. Mittig an der in 1 sichtbaren Vorderseite liegt eine Ladestation 140, deren Einrichtungen dafür vorgesehen sind, jeweils ein Werkstück zur Übergabe an den Rundtisch 130 zu transportieren und/oder ein zu entladendes Werkstück aus der Honmaschine nach außen zu transportieren.
Der Rundtisch ist lediglich dafür vorgesehen, die Werkstücke zwischen den einzelnen Arbeitsstationen zu transportieren. An den Arbeitsstationen wird das Werkstück jeweils an eine der Arbeitsstation zugehörige Werkstückaufnahmevorrichtung 210 unmittelbar übergeben. Es gibt auch Varianten, bei denen der Rundtisch die getragenen Werksstücke unmittelbar in ihre gewünschte Position in der Arbeitsstation transportiert und dort trägt.
Die Maschinenbasis 110 trägt eine Stützkonstruktion 112, die wiederum ein Maschinenoberteil 120 trägt, das mit Abstand oberhalb der Maschinenbasis mit generell horizontaler Ausrichtung angeordnet ist. Die Stützkonstruktion umfasst vier vertikale Stützen 112A, 112B etc., die jeweils einen Rechteck-Querschnitt haben und jeweils paarweise mit x-Abstand zueinander in der Nähe der Längsseiten angeordnet sind. Jeweils zwei an einer gemeinsamen Längsseite angeordnete Stützen tragen eine an ihren oberen Enden befestigte Traverse, welche parallel zur Längsseite (d.h. in x-Richtung) verläuft. Die zueinander parallelen Traversen sind Bestandteil des im Wesentlichen H-förmigen Maschinenoberteils 120. Der Mittelteil des Maschinenoberteils ist fest mit den Traversen verschweißt und/oder verschraubt und erstreckt sich in y-Richtung (Querrichtung) oberhalb des Rundtischs. Durch die H-Form des Maschinenoberteils ergibt sich oberhalb der Ladestation 140 ein Freiraum, so dass der Rundtisch von oben durch die Ebene des Maschinenoberteils hindurch be- und entladen werden kann. Die Honmaschine kann jedoch auch frontseitig, also von der Vorderseite her, be- und entladen werden.
Der zwischen der Maschinenbasis 110 und dem Maschinenoberteil 120 liegende Arbeitsraum 115 der Honmaschine ist nach oben teilweise durch das Maschinenoberteil 120 begrenzt, während er von den Seiten her in den Bereichen zwischen den Stützen 112-1, 112-2 usw. für einen Bediener oder für Bedieneinheiten gut zugänglich ist.
Zusätzlich zu der oben schon erwähnten Ladestation 140 hat das Ausführungsbeispiel drei Arbeitsstationen, die jeweils als Honstationen 160-1, 160-2, 160-3 eingerichtet sind, nämlich eine erste Honstation 160-1, die an einer ersten Längsseite angeordnet ist, eine zweite Honstation 160-2, die an der der Ladestation 140 gegenüber liegenden Rückseite angeordnet ist, und eine dritte Honstation 160-3, die an der der ersten Längsseite gegenüber liegenden zweiten Längsseite diametral gegenüber der ersten Honstation 160-1 angeordnet ist.
Jede der Honstationen hat wenigstens eine Honeinheit. Im Beispielsfall ist an jeder Arbeitsstation eine Honeinheit vorgesehen, die stationär bzw. fest am Maschinenoberteil 120 montiert ist. Bei anderen Ausführungsformen können Honeinheiten (eine oder mehrere) an einem vom Maschinenoberteil getragenen Horizontal-Schlitten angeordnet sein (vgl. z.B. DE 10 2012 201 730 A1 ).
Jede der Honeinheiten umfasst einen Spindelkasten, der als Lagerung für die Honspindel dient, die mit vertikaler Spindelachse im Spindelkasten geführt ist. Die Drehung der Honspindel um die Spindelachse wird durch einen Drehantrieb bewirkt. Ein Hubantrieb bewirkt die parallel zur Spindelachse verlaufenden Vertikalbewegungen der Honspindel beim Einführen des Honwerkzeugs (nicht dargestellt) in die zu bearbeitende Bohrung bzw. beim Herausziehen des Honwerkzeugs aus dieser Bohrung. Das Honwerkzeug kann unmittelbar oder z.B. mittels einer Antriebsstange doppelt-gelenkig an die Honspindel angekoppelt sein. Der Hubantrieb kann während der Honbearbeitung so angesteuert werden, dass das Honwerkzeug innerhalb der Bohrung des Werkstücks eine vertikale Hin- und Her-Bewegung entsprechend der gewünschten Honparameter ausführt. Eine Honeinheit kann hat ein Zustellsystem aufweisen, das zwei unabhängig voneinander betätigbare Zustelleinrichtungen umfasst, um ggf. Honwerkzeuge mit Doppelaufweitung ansteuern zu können. Da der Aufbau von doppelt aufweitenden Zustellsystemen an sich bekannt ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung hier verzichtet. Auch einfach aufweitende Zustellsysteme sind möglich.
Alle fünf Honeinheiten der Honmaschine 100 werden von dem Maschinenoberteil 120 getragen.
Zur Erhöhung der Prozesssicherheit und/oder zur Verbesserung der Qualitätskontrolle ist die Honmaschine 100 mit einem integrierten Messsystem 300 ausgestattet, welches es erlaubt, Messungen an einem zu bearbeitenden Werkstück vor der Bearbeitung mit der Honmaschine (Vormess-Operation) und/oder Messungen des an der Honmaschine bearbeiteten Werkstücks nach Abschluss der Bearbeitung (Nachmess-Operation) durchzuführen. Das Messsystem 300 hat zwei zeitgleich bzw. parallel einsetzbare Messeinheiten (erste Messeinheit 310-1, zweite Messeinheit 310-2, vgl. 3A). Das Messsystem 300 ist der Ladestation 140 zugeordnet. Die Ladestation 140 fungiert dabei auch als Messstation insoweit, als das Laden und das Messen in derselben Arbeitsstation ablaufen können.
Die Messeinheiten können unter der Steuerung der Steuereinheit 190 der Honmaschine zwischen der in 1 dargestellten Neutralstellung außerhalb der Ladestation 140 (in der Nähe der vorderen linken Stütze 112-1) und einer (in 5 dargestellten) Messstellung im Bereich der Ladestation 140 horizontal verfahren werden.
In 3A ist zu erkennen, dass die Messeinheiten 310-1, 310-2 an einer Seite eines vertikalen Ständers 178 angebracht sind. Der Ständer 178 und die davon getragenen mechanischen Komponenten des Messsystems 300 sind auf einem von der Maschinenbasis 110 getragenen Horizontalschlitten 175 angeordnet, der mittels eines Horizontalschlitten-Antriebs numerisch gesteuert zwischen der Neutralstellung und der Messstellung horizontal (parallel zur Querrichtung, y-Richtung) verfahren werden kann. Sowohl die längere Horizontalbewegung zwischen Neutralstellung und Messstellung (und umgekehrt) als auch die mit kürzeren Fahrwegen verbundenen Horizontalbewegungen bei einem Wechsel zwischen unterschiedlichen Bohrungen eines Werkstücks werden über den Horizontalschlitten 175 realisiert.
Die Komponenten einer Messeinheit werden nachfolgend am Beispiel der in 3A links erkennbaren ersten Messeinheit 310-1 näher erläutert. Die achsparallel zur ersten Messeinheit angeordnete zweite Messeinheit 310-2 kann identisch oder nahezu identisch aufgebaut sein.
Die 3B und 3C zeigen eine entsprechende erste Messeinheit 310-1, zum einen mit angekoppelter Messkopfeinheit (Stange und Messkopf, 3B) und zum anderen ohne diese (3C).
Die erste Messeinheit 310-1 hat einen vertikal verfahrbaren Messschlitten 314-1, der an Führungsschienen eines vertikalen Trägers 313-1 läuft über einen Hubantrieb 316-1 parallel zu einer vertikalen ersten Achse 315-1 hin- und her bewegbar ist. Der Träger dient als Anschlusselement zur Montage der Messeinheit an der Honmaschine. In anderen Fällen kann mit der Messeinheit eine Stand-Alone-Messmaschine aufgebaut werden.
Der Messschlitten trägt einen Kupplungskopf 312-1, an dem eine Einrichtung 317-1 zum Ankoppeln einer ersten Messkopfeinheit 320-1 vorgesehen ist. Diese Einrichtung wird hier auch als Stangenanschlusseinrichtung 317-1 bezeichnet. Die erste Messkopfeinheit kann beispielsweise an die Unterseite des ersten Kupplungskopfs 312-1 angeschraubt werden. Alternativ kann die Kupplung unterhalb der Stange angeordnet sein.
Die an den Kupplungskopf angekoppelte erste Messkopfeinheit 320-1 umfasst eine erste Stange 325-1, deren Längsmittelachse koaxial zur ersten Achse 315-1 ausgerichtet ist. Die erste Stange 325-1 trägt einen ersten Messkopf 330-1, der das untere Ende der ersten Messkopfeinheit 320-1 bildet. Der erste Messkopf 330-1 wird also von der mit dem ersten Kupplungskopf 312-1 gekoppelten ersten Stange 325-1 getragen.
Zwischen der ersten Stange 325-1 und dem ersten Messkopf 330-1 ist eine als Ausgleichselement wirkende Schwimmkopfanordnung 328-1 angeordnet. Diese ermöglicht es, dass der erste Messkopf 330-1 gegenüber der ersten Stange 325-1 in beliebige Richtungen senkrecht zur Mittellängsachse des Messkopfs (Messkopfachse) schwimmen kann. Dadurch kann ein Axialversatz zwischen der Achse der Stange und der Bohrungsachse der zu vermessenden Bohrung bei Bedarf ausgeglichen werden, so dass der Messkopf auch bei ungünstiger Anordnung der Stange zur Bohrung zentrisch in der Bohrung angeordnet werden kann. Die Schwimmkopfanordnung dient somit einem Positionsausgleich, nicht jedoch einem Winkelausgleich. Die Messkopfachse bleibt somit immer parallel zur ersten Achse 315-1 ausgerichtet, entweder koaxial mit dieser oder leicht parallel versetzt. Die Anordnung der Schwimmkopfanordnung 328-1 nahe am Messkopf 330-1 hat unter anderem den Vorteil, dass zum Positionsausgleich nur wenig Masse bewegt werden muss, so dass die einem Positionsausgleich entgegenwirkenden Zwangskräfte relativ gering sind. Vorzugsweise ist die Schwimmkopfanordnung in der Nähe des Messkopfs in die Stage integriert, also nicht Teil des Messkopfs. Beim Anbringen des Schwimmkopfes oberhalb der Kupplung wird dieser nur einmal benötigt. Deshalb ist diese Position zu bevorzugen. Eine Schwimmkopfanordnung kann alternativ z.B. im Bereich des oberen Stangenanschlusses angeordnet sein, also an oder in der Stangenanschlusseinrichtung 317-1.
Varianten sind möglich. Beispielsweise ist bei einer nicht dargestellten Ausführungsform noch ein Drehantrieb vorhanden, der dazu vorgesehen ist, die Stange um die erste Achse 315-1 herum zu drehen. Dazu kann die Einrichtung 317-1 im Kupplungskopf drehbar gelagert und mit dem Drehantrieb antriebsgekoppelt sein.
Die zweite Messeinheit 310-2 ist im Wesentlichen identisch zur ersten Messeinheit 310-1 aufgebaut. Der zugehörige zweite Kupplungskopf 312-2 ist parallel zu einer zweiten Achse 315-2 in vertikaler Richtung hin- und her bewegbar. Die zweite Messkopfeinheit 320-2 wird dann in entsprechender Weise an den zweiten Kupplungskopf angekoppelt.
Der in horizontaler Richtung gemessene laterale Abstand zwischen der ersten Achse 315-1 und der zweiten Achse 315-2 wird hier als Achsabstand AA (oder Stichmaß) bezeichnet. Der Achsabstand kann über einen bestimmten Abstandsbereich stufenlos verstellt werden. Dazu ist eine Abstands-Verstelleinrichtung zur stufenlosen Verstellung des Achsabstands AA vorgesehen. An dem vertikalen Ständer 178, der die beiden Messeinheiten trägt, ist zu diesem Zweck auf der den Messeinheiten zugewandten Seite eine vertikale Grundplatte 179 befestigt, die zwei vertikal übereinanderliegende, horizontale Führungsschienen 181 trägt. Die erste Messeinheit 310-1 ist auf einem ersten Schlitten 182 montiert, der auf diesen Führungsschienen verfahrbar ist. Die zweite Messeinheit kann fest montiert sein. Der Achsabstand AA lässt sich mithilfe eines numerisch gesteuerten Antriebs stufenlos zwischen einem Minimalabstand und einem Maximalabstand verstellen.
Zu dem Messsystem 300 gehört ein Messkopf-Magazin 360, das besonders gut in 3 und 5 zu erkennen ist. Das Messkopf-Magazin ist als Rundmagazin ausgebildet, welches mithilfe eines Magazin-Drehantriebs 362 um eine vertikale Magazin-Drehachse unbegrenzt drehbar ist. Das Messkopf-Magazin und der zugehörige Magazin-Antrieb werden von einer Winkelkonsole 365 getragen, die am Rande des Verfahrwegs des Horizontalschlittens 175 auf dem Maschinenbett 110 montiert ist.
Jede der sechs Messkopf-Aufnahmen 370-1 usw. kann einen einzigen Messkopf aufnehmen und umfasst zwischen einer oberen Aufnahmeplatte 362-1 und einer unteren Aufnahmeplatte 362-2 jeweils ein Referenzringpaket 366, so dass eine Referenzierung des Messkopfs innerhalb des Messkopf-Magazins vorgenommen werden kann. Um einen gleichzeitigen Wechsel von Messköpfen an beiden Stangen zu ermöglichen, ist das Rundmagazin in Bezug auf den Verfahrweg der Messeinheiten so angeordnet, dass das Rundmagazin in eine Wechselstellung gebracht werden kann, in der die Zentralachsen von zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Messkopf-Aufnahmen in einer gemeinsamen Vertikalebene liegen, in der auch die erste Achse 315-1 und die zweite Achse 315-2 der beiden Messeinheiten liegen. Dadurch kann in der in 2 gezeigten Neutralstellung ein Messkopfwechsel gleichzeitig an beiden Messkopfeinheiten durchgeführt werden.
Um einen schnellen Messkopfwechsel zu ermöglichen, ist an jeder Messeinheit eine Kupplungseinrichtung zur lösbaren Verbindung des Messkopfs mit der Stange vorgesehen, wobei die Kupplungseinrichtung in Reaktion auf Steuersignale der Steuereinheit der Honmaschine zwischen einer Kupplungskonfiguration und einer Freigabekonfiguration umgeschaltet werden kann. In der Kupplungskonfiguration ist der Messkopf unverlierbar mit der Stange gekoppelt. In der Freigabekonfiguration ist der Messkopf freigegeben und lässt sich von der Stange bzw. den mit der Stange verbundenen Komponenten ohne Eingriff eines Bedieners durch axiale Relativbewegung lösen. Dadurch kann ein automatischer Messkopfwechsel beispielsweise wie folgt ablaufen.
In einer Ausgangssituation sei jede der beiden Messkopfeinheiten 320-1, 320-2 komplett mit angekoppelten Messköpfen betriebsbereit und kann für die Messung von Bohrungen in einem bestimmten Durchmesserbereich genutzt werden. Soll das Messsystem für Messungen in einem anderen Durchmesserbereich umgerüstet werden, so werden die Messeinheiten zunächst ausgehend von der Messposition (5) seitlich in die Neutralstellung (3A) so verfahren, dass die beiden mit Messköpfen bestückten Messkopfeinheiten oberhalb des Messkopf-Magazins 360 angeordnet werden. Der Achsabstand AA wird dabei so eingestellt, dass er dem lichten Abstand der Zentren von zwei nebeneinander angeordneten Messkopf-Aufnahmen in der ringförmigen Anordnung entspricht. Das Rundmagazin wird so gedreht, dass zwei leere Messkopf-Aufnahmen unterhalb der beiden Messkopfeinheiten im Wesentlichen koaxial mit diesen angeordnet sind. Dann werden die Messkopfeinheiten abgesenkt, bis die beiden Messköpfe in den jeweils zugehörigen Messkopf-Aufnahmen sitzen und dort winkelorientiert aufgenommen werden. Dann werden die beiden Kupplungseinrichtungen betätigt, so dass die Kupplungseinrichtungen von der Kupplungskonfiguration in die Freigabekonfiguration umgestellt werden. Nun können die Antriebsköpfe mit den daran angekoppelten Stangen nach oben fahren, so dass sich die Messköpfe von den Stangen durch eine axiale Relativbewegung parallel zu den Achsen der Messeinheiten voneinander lösen.
Danach wird das Rundmagazin derart weitergetaktet, dass unterhalb der beiden Stangen, die nun keine Messköpfe mehr tragen, zwei mit den gewünschten Messköpfen bestückte Messkopf-Aufnahmen liegen. Dann werden die Antriebsköpfe mit den daran angekoppelten Stangen nach unten verfahren, bis die korrespondierenden Kupplungselemente der Kupplungseinrichtung ineinandergreifen und durch Umschalten der Kupplungseinrichtung diese von der Freigabekonfiguration in die Kupplungskonfiguration gebracht werden. Dadurch sind die Messkopfeinheiten mit den neuen Messköpfen betriebsfertig bestückt und können für nachfolgende Messoperationen genutzt werden.
Anhand von 4 wird nun beispielhaft eine Ausführungsform einer automatisch betätigbaren Kupplungseinrichtung 400 zur lösbaren Verbindung eines Messkopfs 330 mit der Stange 325 einer Messkopfeinheit 320 erläutert. Die schematische Schnittdarstellung zeigt die Komponenten der Kupplungseinrichtung 400 links der Linie BL in der Kupplungskonfiguration, bei der der Messkopf 330 fest mit der Stange 325 verbunden ist, und rechts der Linie BL in einer Freigabekonfiguration, in der der Messkopf von der Stange ohne Verdrehung des Messkopfs allein durch Axialbewegung parallel zur Achse 315 nach unten entnommen werden kann.
Diejenigen Komponenten der Kupplungseinrichtung 400, die gemeinsam mit dem Messkopf 330 nach unten entnommen werden können, gehören zur ersten Kupplungseinheit 410-1 der Kupplungseinrichtung. Diejenigen Komponenten, die an der Stange verbleiben, gehören zur zweiten Kupplungseinheit 410-2 der Kupplungseinrichtung 400.
Auf der der Stange zuzuwendenden Oberseite des Messkopfs 330 ist eine Trägerplatte 412 angebracht, die zentrisch zur Messkopfachse 335 einen rotationssymmetrischen Spannbolzen 420 trägt, der an der der Stange zugewandten Seite einen verbreiterten Kopf mit einer in Richtung Stange erweiterten konischen Spannfläche 422 aufweist. Die zur Stange gehörende zweite Kupplungseinheit umfasst Komponenten einer Spanneinrichtung 430, die pneumatisch betätigt werden kann und mit dem Spannbolzen 420 in der Weise zusammenwirkt, dass dieser beim Einspannen automatisch zur Längsmittelachse der Stange zentriert wird. Dazu ist ein Ring mit mehreren verschwenkbaren Spannhebeln 432 vorgesehen, die durch Druckfedern in die rechts gezeigte Freigabestellung vorgespannt sind und durch axiales Einschieben eines konischen Stellelements (Spannkonus 434) in Richtung Messkopf von der Freigabestellung (rechts gezeigt) in die links gezeigte Spannstellung verschwenkt werden können. In der Spannstellung greifen die nach innen gerichteten Nasen 433 der Spannhebel an der konischen Spannfläche 422 an, zentrieren den Spannbolzen 420 und den daran angebrachten Messkopf und sichern den Messkopf gegen Herabfallen von der Stange 325. Außerdem wird der Messkopf nach oben in Richtung Stange gezogen und mit dieser verspannt.
Die automatische Kupplungseinrichtung 400 wird über die Steuereinheit 190 gesteuert. Die Axialbewegung des Spannkonus 434 wird in Reaktion auf Steuersignale der Steuereinheit pneumatisch bewirkt. Dazu ist an der Oberseite des Spannkonus ein pneumatisch betätigbarer Kolben 435 angebracht, der in einer Zylinderbohrung 436 axial verschiebbar läuft und durch Aufbringen von Druckluft auf der dem Spannkonus abgewandten Seite gegen die Kraft einer Druckfeder 437 von der rechts gezeigten Freigabestellung in die links gezeigte, in Richtung des Messkopfs vorgeschobene Spannstellung bewegt werden kann. Die Zufuhr von Druckluft in den Zylinder erfolgt über eine Druckluftleitung 438, die innerhalb der Stange von einem nicht dargestellten Drucklufteinlass in die Zylinderbohrung 436 führt.
Die Zufuhr von Druckluft zu den am Messkopf 330 einander diametral gegenüberliegenden Messdüsen erfolgt über Fluidkanäle in Form von Druckluftleitungen 442, die über gedichtete Anschlüsse von der Stange 325 bis zum Messkopf 330 verlaufen. Die Kupplungseinrichtung 400 verfügt somit auch über die Möglichkeit, über interne Dichtungen fluide Medien zu übertragen. Die Anzahl der möglichen Kanäle kann je nach Ausführung variieren.
Es gibt auch Ausführungsformen, bei denen die Kanäle mit verschließbaren Kupplungen versehen sind. Alternativ oder zusätzlich können auch Bohrungen zum Führen von Kühlfluid vorgesehen sein. Dadurch kann eine innere Kühlung des Messkopfs realisiert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung wurden anhand eines pneumatischen Messsystems erläutert, bei dem am Messkopf mindestens ein Paar von diametral gegenüberliegenden Messdüsen vorgesehen ist. Grundsätzlich können auch nach anderen Prinzipien arbeitende Messköpfe bei dem Messsystem verwendet werden, beispielsweise Messköpfe mit taktilen Messköpfen oder Messköpfe mit induktiven oder kapazitiven Sensoren oder Messköpfe mit Radar-Sensoren.
Das Messsystem kann, wie im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschrieben, in eine Feinbearbeitungsmaschine, insbesondere in eine Honmaschine, integriert sein. Das Messsystem kann jedoch auch zum Aufbau einer Stand-Alone-Messmaschine genutzt werden, also losgelöst von einer Bearbeitungsmaschine.
Die gezeigte Konfiguration der Honmaschine ist nur beispielhaft. Die einzelnen Arbeitsstationen können auch andere und/oder zusätzliche Funktionen ausführen.
Die auf der linken Seite angeordnete Arbeitsstation kann als Honstation mit einer oder zwei Honspindeln ausgestattet sein, alternativ zum Beispiel auch mit einer Vorprüfeinrichtung.
Die hintere dritte Arbeitsstation kann als Honstation mit ein oder zwei Honspindeln ausgelegt sein. Alternativ kann beispielsweise auch eine Fluidstrahleinrichtung montiert sein oder die Arbeitsstation kann als Temperierstation konfiguriert sein.
Die vierte Arbeitsstation kann anstelle von zwei Honspindeln auch nur eine Honspindel oder eine Nachmesseinrichtung aufweisen. Die Nachmesseinrichtung könnte ebenfalls mit dem hier beschriebenen Wechselprinzip realisiert werden.
Weiterhin ist es nicht notwendig, alle potenziellen Arbeitsstationen tatsächlich als Arbeitsstationen zu nutzen. Beispielsweise kann eine der Arbeitsstationen, zum Beispiel die der Be- und Entladeseite gegenüberliegende hintere Arbeitsstation, als Leerstation unbestückt bleiben.
Vorstehend ist nur eine kleine Auswahl von Konfigurationen im Detail beschrieben. Beispielhaft sei nachfolgend eine Auswahl möglicher Konfigurationen angegeben.
Die Honmaschine kann z.B. mit zwei Honstationen ausgestattet sein. Hier kann z.B. an der Beladestation vorgeprüft werden. An den folgenden zwei Arbeitsstationen kann mit bis zu 2x2 Spindeln gehont werden. Die letzte Rundtischposition steht zum Messen zur Verfügung. Hier verbleibt u.a. mehr Zeit zum Be- und Entladen, auf ein Ladeshuttle kann verzichtet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013223986 A1 [0012]
DE 102012201730 A1 [0047]

Claims

Messsystem zum Messen der Geometrie einer Bohrung umfassend: eine Messeinheit (310-1), die einen Messschlitten (312-1) aufweist, der mittels eines Hubantriebs (316-1) parallel zu einer ersten Achse (315-1) hin und her bewegbar ist und eine Einrichtung (317-1) zum Ankoppeln einer Messkopfeinheit (320-1) aufweist; eine an den Messschlitten angekoppelte Messkopfeinheit (320-1), die einen Messkopf (330-1) aufweist, der von einer mit dem Messschlitten gekoppelten Stange (325-1) getragen wird, eine Kupplungseinrichtung (400) zur lösbaren Verbindung des Messkopfs (330-1) mit der Stange (325-1), dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (400) in Reaktion auf Steuersignale einer Steuereinheit (190) zwischen einer Kupplungskonfiguration und einer Freigabekonfiguration umschaltbar ist.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (330-1) und die Stange (325-1) in der Freigabekonfiguration durch axiale Relativbewegung parallel zur ersten Achse (315-1) voneinander lösbar und miteinander verbindbar sind.
Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Messkopf zugeordnete erste Kupplungseinheit (410-1) der Kupplungseinrichtung einen Spannbolzen (420) aufweist und eine der Stange (325) zugeordnete zweite Kupplungseinheit (410-2) der Kupplungseinrichtung Komponenten einer zum Zusammenwirken mit dem Spannbolzen konfigurierten Spanneinrichtung (430) aufweist
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (400) hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Fluidkanal (442), der durch die Stange (325-2) hindurch zu einem dem Messkopf zugewandten Ende der Stange verläuft.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Messschlitten (312-1) und dem Messkopf (330-1) angeordnete Positions-Ausgleichseinrichtung (328-1) zur Kompensation von relativen Positionsungenauigkeiten zwischen dem Werkstück und dem Messkopf (330-1), wobei die Positions-Ausgleichseinrichtung vorzugsweise in die Stange integriert und innerhalb eines messkopfnahen Drittels der Stange oder zwischen der Stange (325-1) und dem Messkopf (330-1) angeordnet ist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (300) zusätzlich zu der Messeinheit eine zweite Messeinheit (310-2) aufweist, die einen Messschlitten (312-2) umfasst, der mittels eines Hubantriebs parallel zu einer zweiten Achse (315-2) hin und her bewegbar ist, und eine Einrichtung zum Ankoppeln einer Messkopfeinheit (320-2) aufweist, wobei die erste Achse (315-1) und die zweite Achse (315-2) in einem Achsabstand (AA) parallel zueinander verlaufen.
Messsystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Abstands-Verstelleinrichtung zur vorzugsweise stufenlosen Verstellung des Achsabstands (AA).
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Messkopf-Magazin (360) mit mehreren Messkopf-Aufnahmen (370-1, 370-2) zur Aufnahme jeweils eines Messkopfs, wobei die Messeinheit (310-1) auf einem Horizontal-Schlitten (175) angeordnet und mittels des Horizontal-Schlittens zwischen einer Messposition im Bereich einer Werkstückaufnahme und einer Wechselposition im Bereich des Messkopf-Magazins (360) verfahrbar ist.
Messsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Messkopf-Magazin (360) als ein um eine Magazin-Drehachse (363) drehbares Rundmagazin mit einer ringförmigen Anordnung von Messkopf-Aufnahmen (370-1, 370-2) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise Messkopf-Aufnahmen (370-1, 370-2) ) des Rundmagazins auf einem Teilkreis derart angeordnet sind, dass in einer Wechselstellung des Rundmagazins Zentralachsen von zwei ausgewählten Messkopf-Aufnahmen in einer Ebene liegen, die durch die erste Achse und die Verfahrrichtung des Horizontal-Schlittens (175) aufgespannt ist.
Feinbearbeitungsmaschine (100) zur Feinbearbeitung von Bohrungen in Werkstücken, insbesondere Honmaschine, mit mindestens einer Feinbearbeitungseinheit (160-1), die eine Arbeitsspindel aufweist, welche mittels eines Drehantriebs um eine Spindelachse drehbar und mittels eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse hin- und her bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinbearbeitungsmaschine ein Messsystem (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Feinbearbeitungsmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinbearbeitungsmaschine mehrere Arbeitsstationen (140, 160-1, 160-2, 160-3) und ein internes Transportsystem (130) zum Transportieren von Werkstücken aufweist, wobei das Werkstück durch Fortbewegung des Transportsystems nacheinander an unterschiedliche Arbeitsstationen der Feinbearbeitungsmaschine transportierbar ist, wobei eine der Arbeitsstationen eine Ladestation (140) zum Be- und Entladen des Transportsystems ist und der Ladestation wenigstens eine Messeinheit (310-1, 310-2) des Messsystems (300) zugeordnet ist, die unter der Steuerung einer Steuereinheit (190) der Feinbearbeitungsmaschine zwischen einer Neutralstellung außerhalb der Ladestation (140) und einer Messstellung im Bereich der Ladestation verfahrbar ist.
Feinbearbeitungsmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mechanische Komponenten des Messsystems (300) auf einem von der Maschinenbasis (110) getragenen Horizontalschlitten (175) angeordnet sind, der mittels eines Horizontalschlitten-Antriebs numerisch gesteuert zwischen der Neutralstellung und der Messstellung verfahrbar ist.