DE102021206591A1 - Process for changing tools on a machine tool and machine tool - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Werkzeugwechsel an einer Werkzeugmaschine wird ein Werkzeug (180) an eine Werkzeugaufnahme (175) einer Werkzeugspindel (170) der Werkzeugmaschine angekoppelt oder von der Werkzeugaufnahme abgekoppelt. Die Werkzeugspindel (170) ist in Reaktion auf Steuersignale einer Steuereinheit mittels eines Drehantriebs um eine Spindelachse (172) drehbar. Die Werkzeugspindel (170) weist Komponenten eines Werkzeug-Spannsystems (160) auf, das beim Ankoppeln und Abkoppeln des Werkzeugs in Reaktion auf Steuersignale der Steuereinheit zwischen einer Spannposition mit Eingriff an einem Eingriffsabschnitt (187) des Werkzeugs und einer Fügeposition umschaltbar ist. Das Werkzeug (180) weist einen zur Werkzeugaufnahme korrespondierenden Schaftabschnitt (182) und einen Eingriffsabschnitt (187) zum mechanischen Koppeln mit dem spindelseitigen Werkzeug-Spannsystem (160) auf. Das Werkzeug-Spannsystem (160) wird durch eine aktive Drehung der Werkzeugspindel (170) um die Spindelachse (172) betätigt, indem im Bereich des werkzeugseitigen Endes der Werkzeugspindel (170) ein Drehmoment eingeleitet wird.In a method for changing tools on a machine tool, a tool (180) is coupled to a tool holder (175) of a tool spindle (170) of the machine tool or decoupled from the tool holder. The tool spindle (170) can be rotated about a spindle axis (172) by means of a rotary drive in response to control signals from a control unit. The tool spindle (170) has components of a tool clamping system (160) which can be switched between a clamping position with engagement on an engagement section (187) of the tool and a joining position when the tool is coupled and uncoupled in response to control signals from the control unit. The tool (180) has a shank section (182) corresponding to the tool holder and an engagement section (187) for mechanical coupling to the tool clamping system (160) on the spindle side. The tool clamping system (160) is actuated by an active rotation of the tool spindle (170) about the spindle axis (172), in that a torque is introduced in the area of the tool-side end of the tool spindle (170).
Description
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKFIELD OF APPLICATION AND PRIOR ART
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Werkzeugwechsel an einer Werkzeugmaschine, worin ein Werkzeug an eine Werkzeugaufnahme einer Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine angekoppelt oder von der Werkzeugaufnahme abgekoppelt wird, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens konfigurierte Werkzeugmaschine.The invention relates to a method for changing tools on a machine tool, in which a tool is coupled to a tool holder of a tool spindle of the machine tool or decoupled from the tool holder, and a machine tool configured to carry out the method.
Ein Anwendungsgebiet ist das Auswechseln und Einwechseln eines Honwerkzeugs an der Werkzeugspindel einer Honmaschine.One area of application is the replacement and replacement of a honing tool on the tool spindle of a honing machine.
Werkzeugmaschinen sind Maschinen zur Fertigung von Werkstücken mithilfe von Werkzeugen (Maschinenwerkzeugen), deren Bewegung zueinander durch die Werkzeugmaschine vorgegeben wird. Werkzeugmaschinen der hier betrachteten Art arbeiten mit Rotationswerkzeugen, also mit Maschinenwerkzeugen, deren Arbeitsbewegung wenigstens phasenweise eine Rotation um eine Werkzeugachse umfasst. Dazu weist die Werkzeugmaschine mindestens eine Werkzeugspindel auf, die in Reaktion auf Steuersignale einer Steuereinheit der Werkzeugmaschine mittels eines Drehantriebs um eine Spindelachse drehbar ist. An einem freien Ende der Werkzeugspindel befindet sich eine Werkzeugaufnahme, die der mechanischen Ankopplung eines austauschbaren Werkzeugs dient und dadurch einen spindelseitigen Teil einer Werkzeugschnittstelle bildet. Bei einem Werkzeugwechsel wird ein nicht mehr benötigtes Werkzeug von der Werkzeugaufnahme abgekoppelt und ein anderes Werkzeug an die Werkzeugaufnahme angekoppelt. Die Werkzeugaufnahme in der Werkzeugspindel dient dazu, beim automatischen oder manuellen Werkzeugwechsel das Werkzeug in der Werkzeugaufnahme der Werkzeugspindel zu zentrieren und abzustützen.Machine tools are machines for manufacturing workpieces using tools (machine tools), the movement of which relative to one another is specified by the machine tool. Machine tools of the type considered here work with rotary tools, ie with machine tools whose working movement includes a rotation about a tool axis at least in phases. For this purpose, the machine tool has at least one tool spindle which, in response to control signals from a control unit of the machine tool, can be rotated about a spindle axis by means of a rotary drive. A tool holder is located at a free end of the tool spindle, which is used for the mechanical coupling of an exchangeable tool and thereby forms a part of a tool interface on the spindle side. When a tool is changed, a tool that is no longer required is uncoupled from the tool holder and another tool is coupled to the tool holder. The tool holder in the tool spindle serves to center and support the tool in the tool holder of the tool spindle during automatic or manual tool changes.
Die Werkzeugaufnahme ist häufig in Form eines Innenkonus ausgebildet, dessen Kontur an die konische Außenkontur eines Schaftabschnitts eines Werkzeugs angepasst ist. Der Schaftabschnitt kann beispielsweise als Morsekegel, Steilkegel oder Hohlschaftkegel gestaltet sein. Es gibt auch Werkzeugaufnahmen mit annähernd zylindrischer Aufnahmekontur, z.B. hydraulisch betätigbare Hydrodehnspannfutter.The tool holder is often designed in the form of an inner cone, the contour of which is adapted to the conical outer contour of a shank section of a tool. The shank section can be designed, for example, as a Morse taper, a steep taper or a hollow shank taper. There are also tool holders with an almost cylindrical holder contour, e.g. hydraulically operated hydraulic expansion chucks.
Bei gattungsgemäßen Werkzeugmaschinen weist die Werkzeugspindel weiterhin Komponenten eines Werkzeug-Spannsystems auf, das beim Ankoppeln und Abkoppeln des Werkzeugs in Reaktion auf Steuersignale der Steuereinheit zwischen einer Fügeposition und einer Spannposition umschaltbar ist. In der Fügeposition ist es möglich, das Werkzeug in die Werkzeugaufnahme passgenau einzusetzen oder es daraus zu entnehmen. In der Spannposition steht das Werkzeug-Spannsystem in Eingriff mit einem Eingriffsabschnitt des Werkzeugs. Solche steuerbaren Werkzeug-Spannsysteme werden gelegentlich auch als „aktive Werkzeug-Spannsysteme“ bezeichnet.In the case of machine tools of this type, the tool spindle also has components of a tool clamping system which can be switched between a joining position and a clamping position when the tool is coupled and uncoupled in response to control signals from the control unit. In the joining position, it is possible to insert the tool into the tool holder with a precise fit or to remove it from it. In the clamping position, the tool clamping system is in engagement with an engagement section of the tool. Such controllable tool clamping systems are sometimes also referred to as "active tool clamping systems".
Ein dazu passendes Werkzeug weist einen zur Werkzeugaufnahme korrespondierenden Schaftabschnitt und einen Eingriffsabschnitt zum mechanischen Koppeln mit dem spindelseitigen Werkzeug-Spannsystem auf.A suitable tool has a shank section corresponding to the tool holder and an engagement section for mechanical coupling to the tool clamping system on the spindle side.
In manchen Fällen dient das Werkzeug-Spannsystem dazu, den Schaftabschnitt des Werkzeugs mechanisch mit Hilfe eines Greifersystems formschlüssig zu greifen und z. B. durch Betätigung einer angeschlossenen Zugstange in die Werkzeugaufnahme einzuziehen. Solche Lösungen findet man z.B. an Bearbeitungszentren, um ein Fräswerkzeug oder ein anderes Rotationswerkzeug fest einzuspannen. Am Schaftabschnitt ist dazu ein Zugbolzen mit verbreitertem Kopfabschnitt ausgebildet, an dem das Greifersystem angreift.In some cases, the tool clamping system is used to grip the shank portion of the tool mechanically with a form-fitting gripper system and z. B. by actuating a connected pull rod in the tool holder. Such solutions can be found, for example, on machining centers to firmly clamp a milling tool or another rotary tool. For this purpose, a tension bolt with a widened head section is formed on the shank section, on which the gripper system acts.
Es gibt auch aktiv steuerbare Werkzeuge, deren Wirkabmessungen durch externen Eingriff verändert werden können. Diese können mittels eines maschinenseitig steuerbaren Werkzeug-Spannsystems betätigt werden. Hier kann der Eingriffsabschnitt gegenüber dem Schaftabschnitt beweglich ausgeführt sein. Ein Beispiel dafür sind aufweitbare Honwerkzeuge.There are also actively controllable tools whose effective dimensions can be changed by external intervention. These can be actuated by means of a tool clamping system that can be controlled on the machine side. Here, the engagement section can be designed to be movable relative to the shaft section. An example of this are expandable honing tools.
Das Honen ist bekanntlich ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, bei dem ein Honwerkzeug eine aus zwei Komponenten bestehende Schnittbewegung ausführt und eine ständige Flächenberührung zwischen einem oder mehreren Schneidstoffkörpern des Honwerkzeugs und der zu bearbeitenden Bohrungsinnenfläche vorliegt. Die Kinematik eines aufweitbaren Honwerkzeugs ist charakterisiert durch eine Überlagerung einer Drehbewegung, einer in Axialrichtung der Bohrung verlaufenden, oszillierenden Hubbewegung und einer Aufweitbewegung, die zu einer Veränderung des wirksamen Durchmessers des Honwerkzeugs führt. An der Bohrungsinnenfläche ergibt sich in der Regel eine Oberflächenstruktur mit sich überkreuzenden Bearbeitungsspuren. Durch Honen endbearbeitete Oberflächen können extrem hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen genügen, so dass viele hoch belastete Gleitflächen in Motoren oder Motorbauteilen, z.B. Zylinderlaufflächen in Motorblöcken oder Bohrungsinnenflächen in Gehäusen von Einspritzpumpen, durch Honen bearbeitet werden.As is well known, honing is a machining process with geometrically undefined cutting edges, in which a honing tool performs a cutting movement consisting of two components and there is constant surface contact between one or more cutting material bodies of the honing tool and the inner surface of the bore to be machined. The kinematics of an expandable honing tool is characterized by a superimposition of a rotary movement, an oscillating lifting movement running in the axial direction of the bore and an expanding movement, which leads to a change in the effective diameter of the honing tool. On the inner surface of the bore, there is usually a surface structure with crossing traces of processing. Surfaces finished by honing can meet extremely high requirements in terms of dimensional and shape tolerances, so that many highly stressed sliding surfaces in engines or engine components, e.g. cylinder running surfaces in engine blocks or inner bore surfaces in injection pump housings, are processed by honing.
Eine zum Honen geeignete Werkzeugmaschine (z.B. eine speziell zum Honen ausgelegte Honmaschine) weist eine Werkzeugspindel (Honspindel) auf, die in einem Spindelgehäuse beweglich gelagert, mittels eines Drehantriebs um ihre Spindelachse (Längsmittelachse) drehbar und mittels eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse oszillierend antreibbar ist. An einem werkzeugseitigen Ende weist die Honspindel eine Werkzeugaufnahme für ein aufweitbares Honwerkzeug auf. Für die Aufweitung des Honwerkzeugs ist ein Aufweitsystem mit einem Aufweitantrieb vorgesehen, der direkt oder über ein Aufweitgetriebe auf eine im Inneren der Honspindel verlaufende, maschinenseitige Zustellstange wirkt, die mittelbar oder unmittelbar eine radiale Verschiebung von Schneidstoffkörpern des Honwerkzeugs bewirkt.A machine tool suitable for honing (e.g. a honing machine specially designed for honing) has a tool spindle (honing spindle) which is movably mounted in a spindle housing, can be rotated about its spindle axis (longitudinal central axis) by means of a rotary drive and can be driven to oscillate parallel to the spindle axis by means of a lifting drive. At a tool-side end, the honing spindle has a tool holder for an expandable honing tool. For the expansion of the honing tool, an expansion system with an expansion drive is provided, which acts directly or via an expansion gear on a machine-side infeed rod running inside the honing spindle, which directly or indirectly causes a radial displacement of the cutting material bodies of the honing tool.
Ein daran angepasstes Honwerkzeug hat einen Werkzeugkörper mit einem Schaftabschnitt und am gegenüberliegenden Endabschnitt einen Schneidbereich mit einem oder mehreren radial zustellbaren Schneidstoffkörpern, die meist auf einem Schneidstoffträger befestigt sind. Ein Schneidstoffträger weist an seiner radialen Innenseite mindestens eine schräg zur Werkzeugachse verlaufende Schrägfläche auf. Diese wirkt mit einer im Inneren des Werkzeugkörpers axial verschiebbar geführten werkzeugseitigen Zustellstange zusammen. Diese Zustellstange hat Schrägflächen, die mit Schrägflächen der Honleisten derart zusammenwirken, dass eine axiale Verschiebung der Zustellstange relativ zum Werkzeugkörper eine radiale Verschiebung der Schneidstoffkörper bewirkt. Durch axiale Zustellung der Zustellstange lässt sich somit der wirksame Durchmesser des Honwerkzeugs verändern.A honing tool adapted thereto has a tool body with a shank section and, on the opposite end section, a cutting area with one or more radially feedable cutting material bodies, which are usually attached to a cutting material carrier. On its radial inner side, a cutting material carrier has at least one inclined surface running obliquely to the tool axis. This interacts with an infeed rod on the tool side, which is guided in an axially displaceable manner inside the tool body. This feed rod has inclined surfaces which interact with the inclined faces of the honing stones in such a way that an axial displacement of the feed rod relative to the tool body causes a radial displacement of the cutting material body. The effective diameter of the honing tool can thus be changed by axial infeed of the infeed rod.
Beim Einwechseln eines solchen Honwerkzeugs muss der Schaftabschnitt des Honwerkzeugs passgenau in die Werkzeugaufnahme eingesetzt werden. Weiterhin muss die werkzeugseitige Zustellstange in Axialrichtung formschlüssig in definierter Weise mit der werkzeugseitigen Zustellstange gekoppelt werden, damit axiale Kräfte übertragen werden können. Beim Auswechseln muss der Formschluss zwischen den Zustellstangen wieder aufgehoben werden.When changing such a honing tool, the shank section of the honing tool must be inserted into the tool holder with a precise fit. Furthermore, the tool-side feed rod must be positively coupled in the axial direction in a defined manner with the tool-side feed rod so that axial forces can be transmitted. When replacing the form fit between the feed rods must be canceled again.
Der zweiteilige Aufbau eines Honwerkzeugs bedarf beim Einbau aus Gründen der Sicherheit einer Kontrolle sowohl des passgenauen Sitzes des Schaftabschnitts in der Werkzeugaufnahme als auch der richtigen Verriegelung bzw. Kopplung der Zustellstangen, da es durch Verschmutzung, Verschleiß oder Fertigungstoleranzen hier zu Problemen kommen kann. Dies kann für einen Bediener äußerst zeitaufwändig und kompliziert sein, da in der Regel das Hauptbedienpult außerhalb des geschützten Arbeitsraums der Honmaschine und damit nicht in Griffweite des an der Honspindel arbeitenden Bedieners angeordnet ist. Zwar könnten gesonderte Betätigungselemente innerhalb des Arbeitsraums näher an der Werkzeugspindel angebracht werden; diese würden jedoch innerhalb der Maschine den Bearbeitungsmedien ausgesetzt sein, was zu erhöhtem Verschleiß oder Ausfall führen kann.For safety reasons, the two-part structure of a honing tool requires that the shank section is correctly seated in the tool holder and that the feed rods are properly locked or coupled, since dirt, wear or manufacturing tolerances can cause problems. This can be extremely time-consuming and complicated for an operator, since the main control panel is usually located outside the protected work area of the honing machine and is therefore not within reach of the operator working on the honing spindle. Although separate actuators could be mounted closer to the tool spindle within the workspace; however, these would be exposed to the processing media within the machine, which can lead to increased wear or failure.
AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Werkzeugwechsel an Werkzeugmaschinen mit aktiven Werkzeug-Spannsystemen zu vereinfachen. Insbesondere soll eine zuverlässig arbeitende und gleichzeitig kostengünstig realisierbare Lösung bereitgestellt werden.Against this background, the object of the invention is to simplify the tool change on machine tools with active tool clamping systems. In particular, a solution that works reliably and at the same time can be implemented cost-effectively is to be provided.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 10 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.In order to solve this problem, the invention provides a method with the features of claim 1. Furthermore, a machine tool with the features of claim 10 is provided. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated into the description by reference.
Das Verfahren kann insbesondere beim Werkzeugwechsel an einer Werkzeugmaschine genutzt werden. Bei einem Werkzeugwechsel wird ein Werkzeug (Maschinenwerkzeug) an eine Werkzeugaufnahme der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine angekoppelt bzw. befestigt oder von der Werkzeugaufnahme abgekoppelt bzw. gelöst wird. Die Werkzeugmaschine ist so ausgelegt, dass ihre Werkzeugspindel in Reaktion auf Steuersignale einer Steuereinheit mittels eines Drehantriebs um die Spindelachse gedreht werden kann. Meist sind die Werkzeugmaschinen so ausgelegt, dass noch weitere Arbeitsbewegungen der Werkzeugspindel alternativ oder zusätzlich zu dieser Eigenrotation erzeugt werden können, z.B. eine axiale Bewegung. Die Werkzeugmaschine weist ein „aktives“ Werkzeug-Spannsystem auf. Die Werkzeugspindel weist Komponenten dieses aktiven Werkzeug-Spannsystems auf, das beim Ankoppeln oder Abkoppeln eines Werkzeugs in Reaktion auf Steuersignale der Steuereinheit zwischen einer Spannposition mit Eingriff an einem Eingriffsabschnitt des Werkzeugs und einer Fügeposition umgestellt werden kann. In der Fügeposition kann das Werkzeug in die Werkzeugaufnahme eingesetzt oder aus dieser entnommen werden. In der Spannposition ist das Werkzeug fest eingespannt und kann nur nach Beendigung des Eingriffs wieder von der Werkzeugaufnahme gelöst werden.The method can be used in particular when changing tools on a machine tool. During a tool change, a tool (machine tool) is coupled or attached to a tool holder of the tool spindle of the machine tool or is decoupled or released from the tool holder. The machine tool is designed in such a way that its tool spindle can be rotated about the spindle axis by means of a rotary drive in response to control signals from a control unit. Machine tools are usually designed in such a way that other work movements of the tool spindle can be generated as an alternative or in addition to this inherent rotation, e.g. an axial movement. The machine tool has an "active" tool clamping system. The tool spindle has components of this active tool clamping system, which can be switched between a clamping position with engagement on an engagement portion of the tool and a joining position when coupling or decoupling a tool in response to control signals from the control unit. In the joining position, the tool can be inserted into the tool holder or removed from it. In the clamping position, the tool is firmly clamped and can only be released from the tool holder after the end of the intervention.
Ein zur Werkzeugmaschine passendes Werkzeug hat einen Schaftabschnitt, der zur Art der Werkzeugaufnahme korrespondiert, sowie einen Eingriffsabschnitt zum mechanischen Koppeln mit dem maschinenseitigen Werkzeug-Spannsystem bzw. mit dessen in der Werkzeugspindel verbauten Komponenten. Bei einem Verfahren gemäß der beanspruchten Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkzeug-Spannsystem durch eine aktive Drehung der Werkzeugspindel um die Spindelachse betätigt wird, indem im Bereich des werkzeugseitigen Endes der Werkzeugspindel ein Drehmoment eingeleitet wird. Dieses Drehmoment muss ausreichend groß sein, um die Werkzeugspindel um einen geeigneten Drehwinkel um die Spindelachse drehen zu können.A tool that fits the machine tool has a shank section that corresponds to the type of tool holder and a Engagement section for mechanical coupling with the tool clamping system on the machine or with its components installed in the tool spindle. In a method according to the claimed invention, it is provided that the tool clamping system is actuated by an active rotation of the tool spindle about the spindle axis by introducing a torque in the area of the tool-side end of the tool spindle. This torque must be large enough to rotate the tool spindle by a suitable angle of rotation around the spindle axis.
Zum Verständnis des Konzepts sei noch erwähnt, dass die Drehung der Werkzeugspindel zur Betätigung des Werkzeug-Spannsystems nicht durch den Drehantrieb der Werkzeugspindel erzeugt wird, der im Betrieb die Spindeldrehung bewirkt. Der Drehantrieb kann für die Betätigung des Werkzeug-Spannsystems momentenfrei geschaltet sein. Die Werkzeugspindel muss nicht in Regelung sein.To understand the concept, it should also be mentioned that the rotation of the tool spindle for actuating the tool clamping system is not generated by the rotary drive of the tool spindle, which causes the spindle to rotate during operation. The rotary drive can be switched torque-free for the actuation of the tool clamping system. The tool spindle does not have to be in control.
Die Aktivierung des Werkzeug-Spannsystems kann also durch aktives Drehen der Werkzeugspindel initiiert werden. Die Betätigung durch einen Bediener wird somit unmittelbar dort ausgelöst, wo ein Bediener wegen des Werkzeugwechsels ohnehin an der Werkzeugmaschine eingreift, um ein Werkzeug auszuwechseln und/oder ein neues Werkzeug einzuwechseln. Die Bewegung kann exakt dort ausgelöst werden, wo sich die Hände eines Bedieners ohnehin befinden. Die Betätigung kann intuitiv durch eine Rechtsdrehung oder eine Linksdrehung erfolgen, also durch Arbeitsbewegungen, die man auch bei der Betätigung einer Schraube oder beim Verriegeln oder Entriegeln eines Bajonettverschlusses kennt.The activation of the tool clamping system can therefore be initiated by actively rotating the tool spindle. The actuation by an operator is thus triggered immediately where an operator intervenes anyway on the machine tool due to the tool change in order to change a tool and/or to change in a new tool. The movement can be triggered exactly where the operator's hands are anyway. It can be actuated intuitively by turning it to the right or left, i.e. by working movements that are also known when actuating a screw or locking or unlocking a bayonet catch.
Das Verfahren bietet u.a. dann erhebliche Vorteile, wenn das Drehmoment unmittelbar manuell durch einen Bediener eingeleitet wird. Es wird dafür kein Hilfsmittel benötigt. Das Verfahren ist jedoch auch geeignet, um einen halbautomatischen oder vollautomatischen Werkzeugwechsel mithilfe eines geeigneten Handling-Systems zu vereinfachen. Das Drehmoment kann also auch mittels eines steuerbaren Manipulators eingebracht werden.Among other things, the method offers considerable advantages when the torque is directly introduced manually by an operator. No tool is required for this. However, the method is also suitable for simplifying a semi-automatic or fully automatic tool change using a suitable handling system. The torque can therefore also be introduced by means of a controllable manipulator.
Vorzugsweise ist das System so ausgelegt, dass zur Betätigung des Werkzeug-Spannsystems weniger als eine volle Drehung der Werkzeugspindel notwendig ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen reicht eine Drehung um weniger als 180° oder weniger als 90° oder weniger als 60° oder um 45 ° oder weniger, um das Werkzeug-Spannsystem zu betätigen bzw. umzuschalten. Ein Bediener muss sich also nicht verrenken oder mehrfach umgreifen, um die zur Betätigung des Werkzeug-Spannsystems erforderliche Drehung zu bewirken. Um andererseits zufällige Betätigungen zu vermeiden, sollte der zur Betätigung des Werkzeug-Spannsystems erforderliche Drehwinkel nicht zu klein sein. Insbesondere sollte der Drehwinkel 10° oder mehr betragen, eventuell 20° oder mehr. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird das Werkzeug-Spannsystem durch eine aktive Drehung um einen Drehwinkel im Bereich zwischen 10° und 50° betätigt, z.B. um ca. 45°.The system is preferably designed in such a way that less than one full rotation of the tool spindle is required to actuate the tool clamping system. In preferred embodiments, rotation of less than 180°, or less than 90°, or less than 60°, or 45° or less, is sufficient to actuate or toggle the tool clamping system. An operator therefore does not have to contort himself or reach around several times in order to cause the rotation required to actuate the tool clamping system. On the other hand, to avoid accidental actuations, the angle of rotation required to actuate the tool clamping system should not be too small. In particular, the angle of rotation should be 10° or more, possibly 20° or more. In preferred embodiments, the tool clamping system is actuated by active rotation through an angle of rotation in the range between 10° and 50°, for example about 45°.
Eine gemäß der beanspruchten Erfindung konfigurierte Werkzeugmaschine der in der Einleitung erwähnten Art zeichnet sich dadurch aus, dass das Werkzeug-Spannsystem durch eine aktive Drehung der Werkzeugspindel um die Spindelachse betätigbar ist, indem im Bereich des werkzeugseitigen Endes der Werkzeugspindel ein Drehmoment eingeleitet wird, durch das die Werkzeugspindel gedreht wird.A machine tool configured according to the claimed invention of the type mentioned in the introduction is characterized in that the tool clamping system can be actuated by actively rotating the tool spindle about the spindle axis by introducing a torque in the area of the tool-side end of the tool spindle through which the tool spindle is rotated.
Ein großer Vorteil dieses Konzepts liegt darin, dass die Werkzeugspindel bei gattungsgemäßen Werkzeugmaschinen ein ohnehin vorhandenes Bauteil ist, so dass es insoweit keiner zusätzlichen Hardware bedarf, um das Konzept der Erfindung zu realisieren. Hierdurch ist eine kostengünstige Lösung möglich. Die Werkzeugspindel wird im Rahmen der Betätigung des Werkzeug-Spannsystems hier lediglich als Betätigungselement des Werkzeug-Spannsystems genutzt. Es werden in der Regel keine zusätzlichen Komponenten benötigt, die ausfallen könnten, wie zum Beispiel Kabelverbindungen bei Nebenbedienpulten oder Verkabelungen von Betätigungseinrichtungen. Die Erfindung bringt nicht nur erhebliche Entlastungen für einen Bediener, sondern dient auch dem Werkzeugschutz, da zusätzliche Handgriffe zum Sicherstellen eines korrekten Einbaus nicht notwendig sind. Ein Bediener kann sich voll auf die manuellen Tätigkeiten beim Werkzeugwechsel konzentrieren und muss sich nicht um externe Betätigung beispielsweise an einer Bedieneinheit kümmern.A major advantage of this concept is that the tool spindle is a component that is already present in machine tools of the generic type, so that no additional hardware is required in this respect in order to implement the concept of the invention. This makes a cost-effective solution possible. The tool spindle is only used here as part of the actuation of the tool clamping system as an actuating element of the tool clamping system. As a rule, no additional components are required that could fail, such as cable connections on secondary control panels or wiring of operating devices. The invention not only brings considerable relief for an operator, but also serves to protect the tool, since additional manipulations to ensure correct installation are not necessary. An operator can concentrate fully on the manual activities when changing tools and does not have to worry about external operation, for example on an operating unit.
Wenn zur Drehung der Werkzeugspindel ein Elektromotor vorgesehen ist, kann die extern eingeleitete aktive Drehung der Werkzeugspindel dadurch detektiert werden, dass der Elektromotor als Generator genutzt wird und am Elektromotor ein durch die Drehung der Werkzeugspindel induziertes Spannungssignal abgegriffen und an die Steuereinheit übertragen wird und die Steuereinheit in Reaktion auf Empfang des Spannungssignals das Werkzeug-Spannsystem zur Umschaltung zwischen der Fügeposition und der Spannposition steuert.If an electric motor is provided for rotating the tool spindle, the externally initiated active rotation of the tool spindle can be detected in that the electric motor is used as a generator and a voltage signal induced by the rotation of the tool spindle is picked off at the electric motor and transmitted to the control unit and the control unit in response to receiving the voltage signal, controls the tool clamping system to switch between the joining position and the clamping position.
Ist ein Fluidantrieb als Drehantrieb vorgesehen, z.B. ein pneumatischer oder hydraulischer Antrieb, kann durch die extern eingeleitete Drehung im Leitungssystem ein Volumenstrom des Antriebsfluids erzeugt werden, der mittels eines Sensors erfasst werden kann. Die Sensorsignale können dann verarbeitet werden, um über die Steuerung die Umschaltung zwischen der Fügeposition und der Spannposition zu initiieren.If a fluid drive is provided as a rotary drive, for example a pneumatic or hydraulic drive, a volume flow of the drive fluid can be generated by the externally introduced rotation in the line system, which can be detected by a sensor. The sensor signals can then processed in order to initiate switching between the joining position and the clamping position via the controller.
Besonders günstig sind Verfahrensvarianten, bei denen eine Drehposition der Werkzeugspindel mittels eines an die Steuereinheit angeschlossenen Drehgebers erfasst wird, eine durch die Drehung verursachte Änderung der Drehposition der Werkzeugspindel mittels des Drehgebers erfasst wird, der Drehung entsprechende Drehgebersignale an die Steuereinheit übertragen werden und die Steuereinheit in Reaktion auf Empfang der Drehgebersignale das Werkzeug-Spannsystem zur Umschaltung zwischen der Fügeposition und der Spannposition steuert.Process variants are particularly favorable in which a rotational position of the tool spindle is detected by means of a rotary encoder connected to the control unit, a change in the rotational position of the tool spindle caused by the rotation is detected by means of the rotary encoder, rotary encoder signals corresponding to the rotation are transmitted to the control unit and the control unit in Response to receiving the encoder signals controls the tool clamping system to switch between the joining position and the clamping position.
An der Werkzeugmaschine kann diese Funktionalität dadurch realisiert werden, dass das Werkzeug-Spannsystem einen mit der Steuereinheit signalübertragend verbundenen Drehgeber zur Erfassung einer durch die aktive Drehung der Werkzeugspindel verursachten Änderung der Drehposition der Werkzeugspindel aufweist, wobei die Steuereinheit in einem Werkzeugwechselmodus dazu konfiguriert ist, in Reaktion auf Empfang von Drehgebersignalen des Drehgebers das Werkzeug-Spannsystem zur Umschaltung zwischen der Fügeposition und der Spannposition zu steuern.This functionality can be implemented on the machine tool in that the tool clamping system has a rotary encoder, which is connected to the control unit in a signal-transmitting manner, for detecting a change in the rotary position of the tool spindle caused by the active rotation of the tool spindle, the control unit being configured in a tool change mode to Response to receiving rotary encoder signals from the rotary encoder to control the tool clamping system to switch between the joining position and the clamping position.
Diese Variante ist besonders günstig für Ausführungsformen, bei denen die Werkzeugmaschine ohnehin einen Drehgeber zur Erfassung der Drehposition der Werkzeugspindel hat. Dies ist beispielsweise bei Werkzeugmaschinen mit einem Servomotor als Drehantrieb der Fall. Gegebenenfalls kann ein gesonderter Drehgeber ohne großen Aufwand nachgerüstet werden.This variant is particularly favorable for embodiments in which the machine tool already has a rotary encoder for detecting the rotary position of the tool spindle. This is the case, for example, in machine tools with a servomotor as the rotary drive. If necessary, a separate encoder can be retrofitted without much effort.
Werkzeugmaschinen, die bereits einen Drehgeber aufweisen, können im Wesentlichen durch Maßnahmen im Bereich der Software so umgerüstet bzw. umkonfiguriert werden, dass sie zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind. Die Werkzeugspindel dient dann als Betätigungselement des Werkzeug-Spannsystems, der Drehgeber als Sensor, der die (zum Beispiel von einem Bediener verursachte) Drehbewegung der Werkzeugspindel erfasst und an die Steuereinheit überträgt, die dann die Schritte zum Spannen oder Entspannen des Werkzeugs einleitet.Machine tools that already have a rotary encoder can essentially be converted or reconfigured by measures in the area of the software in such a way that they are suitable for carrying out the method. The tool spindle then serves as the actuating element of the tool clamping system, the rotary encoder as a sensor that records the rotary movement of the tool spindle (e.g. caused by an operator) and transmits it to the control unit, which then initiates the steps for clamping or unclamping the tool.
Altmaschinen, die noch nicht erfindungsgemäß konfiguriert sind, aber einen Drehgeber aufweisen, können durch Softwareupdates leicht nachgerüstet werden.Old machines that are not yet configured according to the invention but have a rotary encoder can be easily retrofitted with software updates.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird somit auch ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das Befehle umfasst, die dann, wenn sie in einem Computer der Steuereinheit ausgeführt werden, bewirken, dass die Steuereinheit bei Empfang von Drehgebersignalen des Drehgebers das Werkzeug-Spannsystem so ansteuert, dass dieses zwischen der Fügeposition und der Spannposition umgeschaltet wird.According to one aspect of the invention, a computer program product is thus also provided, which includes instructions which, when executed in a computer of the control unit, cause the control unit to control the tool clamping system upon receipt of rotary encoder signals from the rotary encoder in such a way that this is between the joining position and the clamping position is switched.
Die auszuführenden Bewegungen, die zum Beispiel ein Bediener zum Einspannen oder Lösen des Werkzeug-Spannsystems ausführen muss, können sehr intuitiv ausgelegt sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Werkzeug-Spannsystem in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Werkzeugspindel oder in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Werkzeugspindel gesteuert wird. Beispielsweise kann der Stellweg des Werkzeug-Spannsystems proportional zum Drehwinkel der Werkzeugspindel gesteuert werden. Als sehr komfortabel haben sich beispielsweise Ausführungsbeispiele herausgestellt, bei denen eine Drehung der Werkzeugspindel um ca. 45° (ca. 1/8 Umdrehung) zum vollständigen Lösen und Spannen des Werkzeugspannsystems genutzt wird. Auch größere oder kleinere Drehwinkel können bei Bedarf genutzt werden.The movements to be performed, which an operator must perform to clamp or release the tool clamping system, for example, can be designed very intuitively. In particular, it can be provided that the tool clamping system is controlled as a function of the angle of rotation of the tool spindle or as a function of the rotational speed of the tool spindle. For example, the travel of the tool clamping system can be controlled proportionally to the angle of rotation of the tool spindle. Exemplary embodiments have proven to be very convenient, for example, in which a rotation of the tool spindle by approximately 45° (approximately 1/8 turn) is used to completely loosen and clamp the tool clamping system. Larger or smaller angles of rotation can also be used if required.
Es ist auch möglich, die Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug-Spannsystem arbeitet, proportional zur Drehgeschwindigkeit einer Werkzeugspindel zu steuern.It is also possible to control the speed at which the tool clamping system operates in proportion to the rotational speed of a tool spindle.
Eine besonders bedienerfreundliche Variante zeichnet sich dadurch aus, dass in derjenigen Konfiguration, die für die Betätigung des Werkzeug-Spannsystems genutzt wird, der Drehantrieb der Spindel mit vermindertem Drehmoment in Lageregelung betrieben wird. Der Drehantrieb wirkt dann schwach genug, um die Werkzeugspindel leicht von Hand drehen zu können, aber stark genug, um ein haptisches Feedback zu geben und sogar eine gesteigerte Hemmung zu erzeugen, je nachdem, wie weit die Werkzeugspindel gedreht bzw. ausgelenkt wird. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit der Betätigung des Werkzeug-Spannsystems proportional zum Schleppfehler der Werkzeugspindel sein und es kann beim Loslassen der Werkzeugspindel eine automatische Rückpositionierung in ihre Ausgangsposition erzeugt werden. Das Verhalten der Werkzeugspindel beim Drehen vom werkzeugseitigen Ende her würde dann haptisch etwa dem einer Torsionsfeder entsprechen, vergleichbar mit dem Öffnen und Zuschließen einer Autotür.A particularly user-friendly variant is characterized by the fact that in the configuration used to actuate the tool clamping system, the rotary drive of the spindle is operated with reduced torque in position control. The rotary drive then acts weak enough to easily rotate the tool spindle by hand, but strong enough to provide haptic feedback and even create increased inhibition, depending on how far the tool spindle is rotated or deflected. For example, the speed of actuation of the tool clamping system can be proportional to the following error of the tool spindle and automatic repositioning to its starting position can be generated when the tool spindle is released. The behavior of the tool spindle when turning from the tool-side end would then correspond haptically to that of a torsion spring, comparable to opening and closing a car door.
Um einem Bediener jederzeit Sicherheit über den aktuellen Zustand der Maschinen zu geben, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass wenigstens ein Feedback-Signal erzeugt wird, wenn die Fügeposition und/oder die Spannposition erreicht ist, wenn also die gewünschte Aktion der Werkzeugmaschine abgeschlossen ist.In order to give an operator certainty about the current state of the machines at all times, preferred embodiments provide that at least one feedback signal is generated when the joining position and/or the clamping position is reached, i.e. when the desired action of the machine tool is completed.
Ein Feedback-Signal kann z.B. optisch (zum Beispiel durch Aufleuchten einer LED oder dergleichen) und/oder akustisch (durch einen Summton) gegeben werden. Es ist auch möglich, dass ein haptisches Feedback-Signal in Form einer charakteristischen Bewegung der Werkzeugspindel erzeugt wird, zum Beispiel durch Aktivieren der Regelung des Spindeldrehantriebs. Die Spindel kann beispielsweise kleinhubig in Rotationsrichtung hin- und her oszillieren, so dass dies als Vibration der Werkzeugspindel wahrgenommen wird.A feedback signal can be given, for example, optically (for example by lighting up an LED or the like) and/or acoustically (by a buzzer). It is also possible that a haptic feedback signal is generated in the form of a characteristic movement of the tool spindle, for example by activating the regulation of the spindle rotary drive. The spindle can, for example, oscillate back and forth in the direction of rotation with a small stroke, so that this is perceived as vibration of the tool spindle.
Die beanspruchte Erfindung und Ausführungsformen davon können an unterschiedlichen Typen von Werkzeugmaschinen und/oder für unterschiedliche Typen von Maschinenwerkzeugen mit Vorteil genutzt werden. Beispielsweise kann der Eingriffsabschnitt, der zum mechanischen Koppeln mit dem spindelseitigen Werkzeug-Spannsystem dient, einstückig mit dem Schaftabschnitt ausgebildet sein, der in die Werkzeugaufnahme eingesetzt wird. Viele Werkzeuge, die an Bearbeitungszentren oder dedizierten Fräsmaschinen o.dgl. genutzt werden, beispielsweise Fräswerkzeuge oder andere Rotationswerkzeuge mit einem Werkzeugeinsatz, der in einen einspannbaren Werkzeugschaft eingesetzt ist, fallen unter diese Kategorie.The claimed invention and embodiments thereof can be used to advantage on different types of machine tools and/or for different types of machine tools. For example, the engagement section, which is used for mechanical coupling to the spindle-side tool clamping system, can be formed in one piece with the shank section that is inserted into the tool holder. Many tools on machining centers or dedicated milling machines or the like. used, such as milling tools or other rotary tools with a tool insert that is used in a clampable tool shank, fall under this category.
Eine andere Kategorie von Werkzeugen sind solche, bei denen das Werkzeug einen zur Werkzeugaufnahme korrespondierenden Schaftabschnitt und einen gegenüber dem Aufnahmeabschnitt beweglichen Eingriffsabschnitt zum mechanischen Koppeln mit dem spindelseitigen Werkzeug-Spannsystem aufweist. Ein Beispiel hierfür sind aufweitbare Honwerkzeuge, bei denen eine werkzeuginterne Zustellstange mit einer maschinenseitigen Zustellstange im Inneren der Werkzeugspindel axial formschlüssig gekoppelt werden muss, um das Aufweitsystem des Honwerkzeugs über Steuerung eines Aufweitantriebs der Werkzeugmaschine zu betätigen. Hier dient das maschinenseitige Aufweitsystem als Werkzeug-Spannsystem.Another category of tools are those in which the tool has a shank section that corresponds to the tool holder and an engagement section that is movable relative to the holder section for mechanical coupling to the tool clamping system on the spindle side. An example of this are expandable honing tools, in which an infeed rod inside the tool has to be coupled in an axially form-fitting manner with an infeed rod on the machine side inside the tool spindle in order to actuate the expansion system of the honing tool by controlling an expansion drive of the machine tool. Here the machine-side expansion system serves as a tool clamping system.
Ausführungsbeispiele von Werkzeugmaschinen, die als Honmaschinen ausgebildet sind, weisen ein Werkzeug-Spannsystem auf, welches einen Aufweitantrieb der Honmaschine umfasst, der auf eine axial verschiebbare Zustellstange im Inneren der Werkzeugspindel wirkt.Exemplary embodiments of machine tools that are designed as honing machines have a tool clamping system that includes an expanding drive of the honing machine that acts on an axially displaceable feed rod inside the tool spindle.
Figurenlistecharacter list
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
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1 zeigt schematisch eine als Honmaschine ausgebildeten Werkzeugmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2 zeigt Details im Bereich der Werkzeugaufnahme mit einem eingesetzten Honwerkzeug; -
3 zeigt Details aus dem Bereich der Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine, die mit einem Fräswerkzeug genutzt wird.
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1 shows schematically a machine tool designed as a honing machine according to an embodiment; -
2 shows details in the area of the tool holder with an inserted honing tool; -
3 shows details from the area of the tool holder of a machine tool that is used with a milling tool.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele von Werkzeugmaschinen beschrieben, die ein Werkzeug-Spannsystem aufweisen, welches durch eine extern eingeleitete, relativ kleine aktive Drehung der Werkzeugspindel um die Spindelachse betätigt werden kann, indem im Bereich des werkzeugseitigen Endes der Werkzeugspindel manuell oder maschinell ein Drehmoment eingeleitet wird. Damit können Werkzeugwechsel besonders schnell und bequem durchgeführt werden.Exemplary embodiments of machine tools are described below that have a tool clamping system that can be actuated by an externally initiated, relatively small active rotation of the tool spindle about the spindle axis by manually or mechanically introducing a torque in the area of the tool-side end of the tool spindle. This allows tool changes to be carried out particularly quickly and conveniently.
Auf einer Bearbeitungsplattform ist ein Werkstück 190 aufgespannt, dessen Bohrung 192 mithilfe des Honwerkzeugs 180 z.B. zylindrisch gehont werden soll. Das Honwerkzeug 180 ist in einer Werkzeugaufnahme 175 am unteren Ende einer Honspindel 170 aufgenommen und wird in Betrieb der Honmaschine gemeinsam mit der Honspindel in einer vertikalen Hubbewegung auf- und ab bewegt. Dadurch wird die vertikale Bewegungskomponente der Arbeitsbewegung des Honwerkzeugs durchgeführt.A
Die Honspindel ist in einem Spindelgehäuse 130 beweglich gelagert und kann mittels eines Drehantriebs 150 in Form eines in das Spindelgehäuse integrierten Elektromotors um ihre Spindelachse 172 (Längsmittelachse) gedreht werden. Der als Direktantrieb ausgebildete Drehantrieb 150 hat einen gehäusefesten Stator, der einen spindelfesten Rotor umschließt. Durch den Drehantrieb wird die rotative Komponente der Arbeitsbewegung des Honwerkzeugs erzeugt. The honing spindle is movably mounted in a
Für die Erfassung der Drehstellung der Honspindel 170 ist ein mit der Steuereinheit 200 signalübertragend verbundener Drehsensor bzw. Drehgeber 155 vorgesehen, der bei einem servomotorischen Antrieb in diesen integriert oder gesondert zum Antrieb vorgesehen sein kann. Im Betrieb kann die Drehposition der Honspindel mithilfe des Drehgebers z.B. zum Zwecke der Regelung erfasst werden.For detecting the rotary position of the honing
Die Honspindel 170 kann mittels eines Hubantriebs 158 parallel zu ihrer Spindelachse 172 oszillierend angetrieben werden. Der Hubantrieb umfasst einen elektrischen Linearmotor mit einem an einem Ständer 102 der Honmaschine 100 befestigten Sekundärteil und einem gegenüber dem Sekundärteil linear verfahrbaren Primärteil. Der mit elektrischem Strom versorgte Primärteil ist in einen Schlitten 110 integriert, der an einer vertikalen Führungseinrichtung linear verfahrbar geführt ist. Der Schlitten 110 trägt das Spindelgehäuse 130, welches somit gemeinsam mit dem Schlitten vertikal auf- und ab bewegt werden kann. Der Primärteil ist dabei der bewegte Teil und der Sekundärteil der ortsfeste Teil eines elektrischen Linearmotors.The honing
Für die Aufweitung des aufweitbaren Honwerkzeugs, also für die Veränderung des wirksamen Durchmessers des Honwerkzeugs, ist ein elektrischer Aufweitantrieb 120 vorgesehen, der direkt oder über ein Aufweitgetriebe mit einer im Inneren der Honspindel 170 axial beweglich geführten Zustellstange 122 gekoppelt ist. Das Gehäuse, welches den Aufweitantrieb umgibt, ist an der Oberseite des Spindelgehäuses 130 angeordnet, es kann einteilig mit dem Gehäuse des Spindelantriebs ausgeführt sein, um ein stabiles Monocoque-Gehäuse zu bilden.For the expansion of the expandable honing tool, i.e. for changing the effective diameter of the honing tool, an
Das Honwerkzeug 180 hat einen im Wesentlichen rohrförmigen Werkzeugkörper 181, der mit einem Endabschnitt in einem zur Werkzeugaufnahme korrespondierenden Schaftabschnitt 182 befestigt ist. Der freie Endabschnitt des Schaftabschnitts ist passend zur Werkzeugaufnahme zylindrisch gestaltet und bietet daran anschließend durch einen verbreiterten Abschnitt einen axialen Anschlag. Am gegenüberliegenden Endabschnitt weist das Honwerkzeug einen Schneidbereich mit mehreren Honleisten auf. Jede der Honleisten ist in einer vom Inneren des Werkzeugkörpers nach außen durchgehenden Aufnahmeöffnung angeordnet und weist an einer in Richtung der Werkzeugachse (Längsmittelachse) des Werkzeugkörpers weisenden Innenseite mindestens eine schräg zur Werkzeugachse verlaufende Schrägfläche auf. Diese wirkt mit einer im Inneren des Werkzeugkörpers axial verschiebbar geführten Zustellstange 185 zusammen. Diese werkzeuginterne bzw. werkzeugseitige Zustellstange 185 hat Schrägflächen (eine oder mehrere), die mit Schrägflächen der Honleisten derart zusammenwirken, dass eine axiale Verschiebung der Zustellstange relativ zum Werkzeugkörper eine radiale Verschiebung der Honleisten in den Aufnahmeöffnungen bewirkt. Durch axiale Zustellung der Zustellstange lässt sich somit der wirksame Durchmesser des Honwerkzeugs verändern. Im Beispielsfall sind die Schrägflächen so ausgerichtet, dass eine Verschiebung der Zustellstange in Richtung des freien Endes des Honwerkzeugs eine radiale Zustellung der Honleisten nach außen bewirkt.The honing
Zur Bearbeitung der Bohrung 192 wird die Honeinheit mit Spindelgehäuse 130 und Honspindel 170 sowie dem darin aufgenommenen Honwerkzeug 180 so weit abgesenkt, dass die Honleisten 183 des Honwerkzeugs (eine oder mehrere) in die Bohrung eintauchen. Dann wird die Honspindel 170 gleichzeitig hin und her (das heißt auf und ab) bewegt und gedreht. Gleichzeitig wird über den Aufweitantrieb der wirksame Durchmesser des Honwerkzeugs allmählich erhöht. Die Arbeitsbewegungen werden so aufeinander abgestimmt, dass an der Innenfläche der bearbeiteten Bohrung ein für das Honen typisches Kreuzschliffmuster entsteht und die Bohrung den gewünschten Durchmesser erhält.To machine the
Um die Aufweitung bzw. Zustellung der Honleisten im Betrieb zu ermöglichen, ist die Zustellstange 122 auf Seiten der Maschine bzw. der Honspindel im Betrieb mit der werkzeugseitigen Zustellstange 185 mechanisch gekoppelt, um axiale Zug- und Druckkräfte übertragen zu können. Wie in
Die über den Aufweitantrieb 120 axial verschiebbare Zustellstange 122 und die daran angebrachte Spannzange 165 sind Komponenten eines Werkzeug-Spannsystems 160, das beim Ankoppeln und Abkoppeln des Honwerkzeugs 180 in Reaktion auf Steuersignale der Steuereinheit 200 zwischen einer Spannposition mit Eingriff an einem Eingriffsabschnitt 187 des Werkzeugs und einer Fügeposition bzw. Freigabestellung umgeschaltet werden kann. In der Fügeposition ist es möglich, das Honwerkzeug ohne Kollision mit der Spannzange 165 in die Werkzeugaufnahme 175 passgenau einzusetzen oder es daraus zu entnehmen.The
Beim Einwechseln eines solchen Honwerkzeugs muss der Schaftabschnitt 182 des Honwerkzeugs passgenau in die Werkzeugaufnahme 175 eingesetzt bzw. eingefügt werden. Weiterhin muss die werkzeugseitige Zustellstange 185 in Axialrichtung formschlüssig mit der werkzeugseitigen Zustellstange 122 gekoppelt werden, damit axiale Kräfte übertragen werden können.When changing such a honing tool, the
Im Beispielsfall von
Zum Einsetzen und Ankoppeln eines neuen Honwerkzeugs wird dieses zunächst mit einer Hand gehalten und von unten in die Werkzeugaufnahme 175 eingesetzt, bis der stufenförmige axiale Anschlag am Schaftabschnitt 182 an der Stirnseite der Werkzeugspindel 170 anschlägt.To insert and couple a new honing tool, it is first held in one hand and inserted into the
Der Bediener dreht dann das werkzeugseitige Ende der Werkzeugspindel zum Beispiel um 45° im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn (siehe Doppelpfeil), wodurch das Drehgebersignal ausgelöst wird, welches über die Steuereinheit 200 den Aufweitantrieb 120 veranlasst, die Spannzange 165 in formschlüssigen Eingriff mit dem verbreiterten Kopf des Einspannabschnitts zu bringen und dadurch die werkzeugseitige Zustellstange 185 formschlüssig mit der spindelseitigen Zustellstange 122 zu koppeln.The operator then turns the end of the tool spindle on the tool side, for example by 45° clockwise or counterclockwise (see double arrow), which triggers the rotary encoder signal, which causes the
Das System ist so konfiguriert, dass die Werkzeugmaschine daraufhin ein haptisches Feedback-Signal in Form einer kurzen Vibration der Werkzeugspindel erzeugt, um dem Bediener zu signalisieren, dass das Werkzeug richtig sitzt und zuverlässig angekoppelt wurde. The system is configured so that the machine tool then generates a haptic feedback signal in the form of a short vibration of the tool spindle to let the operator know that the tool is properly seated and has been reliably coupled.
Dann wird das Hydrodehnspannfutter betätigt, um den Schaftabschnitt koaxial zur Spindelachse einzuspannen.The hydraulic expansion chuck is then actuated in order to clamp the shank section coaxially to the spindle axis.
Die Vorgänge sind hier nur beispielhaft dargestellt. Es sind zahlreiche Varianten möglich. Beispielsweise kann anstelle der Spannzange 165 eine andere Spanneinrichtung vorgesehen sein. Beispielsweise kann diese so gestaltet sein, dass sich am unteren Ende der Zustellstange eine Aufnahmeöffnung befindet, in die der verbreiterte Kopf 187 eingeführt wird, wobei dann gesonderte Verriegelungselemente betätigt werden, die den verbreiterten Kopf hintergreifen und dadurch eine Verriegelung der beiden Zustellstangen herstellen.The processes are shown here only as examples. Numerous variants are possible. For example, instead of the
Die Betätigung der maschinenseitigen Zustellstange 122 muss nicht elektromotorisch erfolgen. Es ist auch möglich, diese Bewegung durch ein Pneumatiksystem oder ein Hydrauliksystem zu bewirken.The actuation of the
Schließlich ist es auch möglich, die Verbindung zwischen maschinenseitiger und werkzeugseitiger Zustellstange nicht ausschließlich durch axiale Relativbewegungen zu realisieren, sondern alternativ oder zusätzlich auch durch eine Drehbewegung, indem beispielsweise die maschinenseitige Zustellstange an das obere Ende der werkzeugseitigen Zustellstange angeschraubt oder zunächst aufgesteckt oder aufgeschoben und dann durch Drehen verrastet wird. Auch eine Bajonettverbindung ist möglich, eine Verriegelung gegen unbeabsichtigtes Lösen kann über die Drehung der Werkzeugspindel initiiert werden.Finally, it is also possible to realize the connection between the machine-side and tool-side feed rods not only by axial relative movements, but alternatively or additionally also by a rotary movement, for example by screwing the machine-side feed rod to the upper end of the tool-side feed rod or first pushing it on or pushing it on and then locked by turning. A bayonet connection is also possible, locking against unintentional loosening can be initiated by turning the tool spindle.
Anhand von
Das maschinenseitige Werkzeug-Spannsystem 360 umfasst eine im Inneren der Werkzeugspindel 370 axial verschiebbar geführte Zugstange 322, an deren werkzeugseitigem Ende eine Spannzange 365 zum Angreifen an dem verbreiterten Kopf 388 des Zugbolzens angebracht ist. Das Werkzeug-Spannsystem kann den Zugbolzen dadurch formschlüssig angreifen und das Werkzeug durch Zurückziehen der maschinenseitigen Zugstange 322 zuverlässig in die Werkzeugaufnahme 375 einziehen.The tool-clamping
Die Betätigung dieses Werkzeug-Spannsystems beim Auswechseln und Einwechseln derartiger Werkzeuge erfolgt analog zum vorherigen Beispiel über aktives Drehen der Werkzeugspindel 370. Für Einzelheiten sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorherige Beschreibung verwiesen.This tool clamping system is actuated when such tools are exchanged and exchanged, analogously to the previous example, by actively rotating the
Auch hier gibt es für die Aktuatorik zur Betätigung des Werkzeug-Spannsystems unterschiedliche Möglichkeiten. Im Beispiel ist eine pneumatisch oder hydraulisch bewirkte axiale Bewegung der Spannzange 365 bei gleichzeitigem Schließen vorgesehen. Auch andere Realisierungsmöglichkeiten sind möglich, anstelle einer axialen Bewegung kann auch eine Drehbewegung zum Koppeln und Entkoppeln vorgesehen sein.Here, too, there are different options for the actuators to actuate the tool clamping system. In the example, a pneumatically or hydraulically effected axial movement of the
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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