DE10220562A1

DE10220562A1 - Honmaschine und Verfahren zur Ausrichtung einer Werkstückbohrung und eines Honwerkzeuges zueinander

Info

Publication number: DE10220562A1
Application number: DE2002120562
Authority: DE
Inventors: Uwe-Peter Weigmann; Ronald Angerbauer
Original assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Current assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2022-05-04
Also published as: DE10220562B4

Abstract

In einer Honmaschine (11) wird ein Werkstück (22) mit seiner Bohrungsachse (32) zur Honspindelachse (25) ausgerichtet, indem ein Messwerkzeug (26) in die Honspindel (24) eingesetzt wird und die Bohrung (31) in zwei Ebenen (E1 und E2) vermisst. Daraus werden die Bohrungsmittelpunkte in den entsprechenden Ebenen über ein Steuergerät rechnerisch ermittelt und eine Korrektur bezüglich der Bohrungspositionierung zur Honspindelachse (25) und entsprechende Korrektursignale zur Achsfluchtung ermittelt.

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Honmaschine und ein Verfahren zur Ausrichtung einer Werkstückbohrung und eines in eine Honspindel einspannbaren Honwerkzeugs zueinander.
Üblicherweise ist die Honbearbeitung eine Oberflächenbearbeitung, die an der Bohrungsgeometrie nichts oder nur die Bohrungsform, aber nicht ihre Ausrichtung verändern soll. Da ein Honwerkzeug ein bohrungsfüllendes Werkzeug ist und sich somit in der vorbearbeiteten Bohrung führt, wurde bisher der genauen Ausrichtung des Honwerkzeugs zur Werkstückbohrung eine untergeordnete Bedeutung beigemessen. Vielmehr wurden Honwerkzeuge pendelnd oder flexibel an der Honspindel befestigt, um eine möglichst kräftefreie Selbstausrichtung des Honwerkzeugs in der Bohrung zu ermöglichen (vgl. DE 33 36 627 A).
Dementsprechend beschränkten sich automatische Messvorgänge an Honmaschinen meist auf eine Kontrolle des Solldurchmessers der Bohrung, ggf. auch in verschiedenen Ebenen, um eine Kontrolle der Bohrungsform (z. B. Tonnenform) vorzunehmen. Dies konnte in der Honstation selbst durch Messdüsen im Honwerkzeug (vgl. DE 38 35 185 A) oder durch in der Honstation eingefahrene Messwerkzeuge bzw. durch der Honstation nachgeschaltete Mess-Stationen zur Feedback - Kontrolle vorgenommen werden (DE 38 27 892 A).
Die Ausrichtung der Honspindel zur Werkstückbohrung wurde dagegen manuell vorgenommen. Dazu wurde eine Messuhr in die Honspindel gesetzt und die Achsen von Honwerkzeug und Bohrung wurden manuell durch Verstellung am Spanntisch vorgenommen. Dazu wurde eine Messuhr in die Honspindel eingesetzt und der Einrichter versucht dann, eine Achsveränderung so vorzunehmen, dass die Achsen übereinstimmen. Falls auch eine Änderung der Drehachse, d. h. eine Winkelabweichung der Achsen, vorliegt, verändern sich damit auch die linearen Abweichungswerte. Die gegenseitige Beeinflussung dieser Änderungen ist für den Einrichter nicht direkt darstellbar. Da zu der Einrichtung manueller Eingriff nötig ist, besteht ein Risiko der Verletzung des Einrichters bei der Betätigung der Honspindel.

Aufgabe und Lösung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Honmaschine zu schaffen, bei dem das Honwerkzeug und die Werkstückbohrung vereinfacht und weitgehend benutzerunabhängig zueinander ausgerichtet werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem der Honspindel ein Messwerkzeug zugeordnet ist und mit diesem in wenigstens einer Messebene mehrere in Umfangsrichtung der Bohrung gegeneinander versetzte Punkte der Bohrungswandung als Abstandsmaße von der Honspindelachse gemessen werden. Daraus wird die Position der Bohrungsachse in dieser Messebene rechnerisch ermittelt und danach eine Korrektur der Position der Honspindelachse relativ zur Bohrungsachse zu deren relativer Soll-Positionierung, in der Regel zu deren Übereinstimmung, eingeleitet. Die Soll-Positionierung der Honspindelachse kann von der mit der Bohrungsachse übereinstimmenden Lage abweichen, wenn z. B. eine Bohrungslage-Korrektur angestrebt ist. Aus der Vermessung der Bohrung in einer Messebene kann also rechnerisch ein exakter Bohrungsmittelpunkt ermittelt werden. Bei einer Ausrichtung von Werkstücken, bei denen aufgrund ihrer Art, Zuführung und/oder Einspannung davon ausgegangen werden kann, dass die Bohrungsachsen sich in einer richtigen Winkellage zur Honspindel befinden, reicht die Vermessung in einer Messebene aus, um den genauen Bohrungsmittelpunkt zu finden und danach die Honspindelachse auszurichten.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren jedoch, wenn die Messung in wenigstens zwei Ebenen erfolgt, daraus auch die relative Winkellage der Bohrungsachse zur Honspindelachse errechnet wird und daraus zusätzliche Korrektursignale zur Verschwenkung des Werkstückes relativ zur Honspindelachse erzeugt werden. In diesem Falle können also zwei oder mehr Bohrungsmittelpunkte in verschiedenen, in axialem Abstand voneinander befindlichen Ebenen errechnet werden. Deren Lage ergibt dann einen Wert für die Abweichung der Bohrungsachse von der Honspindelachse nicht nur bezüglich des Abstandes, sondern auch ihrer Winkellage, d. h. der Kippung der beiden Achsen gegeneinander und, neben dem Abweichungswinkel, auch der Richtung, in der die Abweichung erfolgt. Dies kann dann korrigiert werden, indem z. B. eine Spannvorrichtung, die nicht nur in den beiden Freiheitsgraden einer Ebene (X- und Y-Richtung), sondern auch in wenigstens einer oder auch zwei Kipprichtungen (21 und 22) verstellbar sind. Bevorzugt ist eine motorische Verstellbarkeit, so dass die Korrektur automatisch und bedienerunabhängig erfolgen kann.
Bei entsprechend genauer Umsetzung der Korrekturwerte, die beispielsweise von einem Rechner geliefert werden, in den Werkzeugverstell- bzw. Schwenkeinrichtungen kann nach vorgenommener Messung die Ausrichtung mit größter Genauigkeit erfolgen. Um jedoch eventuelle Abweichungen durch Toleranzen bei dieser Umsetzung auszuschließen, ist es möglich, nach vorgenommener Korrektur eine erneute Messung und Berechnung zur Kontrolle und ggf. Nachkorrektur durchzuführen. Da der ganze Vorgang weitgehend ohne Eingriff von Bedienungspersonen erfolgen kann, kann er in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden, die in keinem Verhältnis zu den bisherigen Einrichtzeiten steht, bei denen eine Honmaschine, die ja oft in eine Fertigungsstraße integriert ist, zur Ausrichtung der Spannvorrichtung bzw. Honspindel durch einen Einrichter für lange Zeit außer Betrieb genommen werden musste. Die Erfindung eignet sich nicht nur zur einmaligen Ausrichtung für eine dann ablaufende Serienfertigung, beispielsweise dem Honen von Zylinderbohrungen für Verbrennungsmotoren in der Serienfertigung, sondern auch zur Ausrichtung unterschiedlicher Werkstücke in Folge oder von Kleinserien.
Die Honmaschine nach der Erfindung weist eine Einrichtung zur Ausrichtung einer Werkstückbohrung und eines in einer Honspindel einspannbaren Honwerkzeugs zueinander auf. Sie benutzt ein der Honspindel zugeordnetes Messwerkzeug mit wenigstens einem Mess- Sensor zur Abstandsmessung von Punkten der Bohrungswandung relativ zur Honspindelachse in wenigstens einer Ebene. Ferner ist eine Steuereinrichtung mit einem Rechner zur Ermittlung der Position der Bohrungsachse bzw. des Bohrungsmittelpunktes in dieser Ebene vorgesehen. Diese wirkt auf eine Verstelleinrichtung zur Relativbewegung des Werkstückes zur Honspindel in einer zur Honspindel- bzw. Bohrungsachse im wesentlichen senkrechten Ebene achse im wesentlichen senkrechten Ebene ein und steuert diese in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Steuereinrichtung.
Die Verstelleinrichtung ist, für den Fall, daß die Honspindelachsen maschinenfest sind, Teil einer Werkstückspannvorrichtung und enthält, um auch die Winkellage ausrichten zu können, eine Werkstückschwenkeinrichtung um wenigstens eine, vorzugsweise zwei Schwenkrichtungen.
Als Messwerkzeuge können vorzugsweise solche verwendet werden, deren Anschluss wie der eines Honwerkzeugs ausgebildet ist und die dementsprechend fest zur Honspindel eingespannt werden können. Es wäre aber auch möglich, ein Messwerkzeug zu verwenden, das in anderer Weise einen festen Bezug zur Honspindelachse hat, beispielsweise ein Messwerkzeug, das in einer gesonderten Messwerkzeug-Aufnahme vorgesehen ist, deren genauer Abstand und Lage zur Honspindelachse bekannt und vom Rechner berücksichtigt wird.
Als Messwerkzeuge eignen sich sowohl berührend messende Messtaster, die beispielsweise einen hochexakten Mikroschalter beinhalten, der bei Berührung des Messtasters an der Bohrungswand ein Messimpuls auslöst. In diesem Falle wird zur Messung die Verstelleinrichtung entsprechend verfahren und bei dem durch die Berührung des Messtasters ausgelösten Messimpuls die zugehörigen Koordinaten der Verstelleinrichtung an die Steuereinrichtung gemeldet. Gleichzeitig wird dadurch ein Abschaltsignal erzeugt, das die Verstelleinrichtung anhält.
Das Messwerkzeug kann auch einen berührungslos messenden Messfühler enthalten, beispielsweise einen Laser-Messkopf, der es ermöglicht, einzelne auch winkelmäßig genau definierte Punkte der Bohrungswandung zu vermessen. In diesem Falle könnte das Werkstück während der Messung stillstehen und das Messwerkzeug mittels des Honspindelantriebes axial in die zu treffende Ebene gefahren und dort gedreht werden.
Das Messwerkzeug könnte für eine weitgehend automatisierte Ausrichtung und Kontrolle derselben über einen Werkzeugwechsler im Wechsel mit wenigstens einem Honwerkzeug in die Honspindel einsetzbar sein. Um dabei eine Messwertübertragung zu erleichtern, kann diese kabellos, beispielsweise durch digitale Messwertübertragung nach einem der bekannten Übertragungsverfahren (Funk, Infrarot oder dgl.) ausgebildet sein.
Es ist also zu erkennen, dass durch die Erfindung ein Verfahren und eine Honmaschine geschaffen werden, die mit einem vergleichbar geringen vorrichtungsmäßigen Aufwand bei der Ausrichtung von Werkstücken in einer Honmaschine eine nur von der Mess- und Stellgenauigkeit abhängige exakte Ausrichtung in kürzester Zeit und mit geringstem Bedieneraufwand ermöglicht. Es ist damit möglich, abweichend von der tradionellen Aufgabe der Honbearbeitung zur reinen Oberflächen bzw. Bohrungsform-Verbesserung die Bohrungsgeometrie auch in Bezug auf die Bohrungs-Achsrichtung zu beeinflussen bzw. schädliche Beeinflussungen zu vermeiden. Es kann also erreicht werden, dass die Ausrichtung der Honspindel und damit der Honbearbeitung genauestens der Ausrichtung der vorbearbeiteten Bohrung entspricht, und es ist auch möglich, daran gewünschte Korrekturen vorzunehmen. Damit wird das Aufgabengebiet für eine Honbearbeitung wesentlich erweitert. Die genaue Ausrichtung stellt auch sicher, dass der Honvorgang von statischen und dynamischen auf das Honwerkzeug und das Werkstück einwirkenden Kräften frei bleibt, die aus Fluchtungsfehlern entstehen und die Genauigkeit der Honbearbeitung negativ beeinflussen könnten.
Es wird also vorzugsweise eine Honmaschine geschaffen, bei der ein Werkstück mit seiner Bohrungsachse zur Honspindelachse ausgerichtet wird, indem ein Messwerkzeug in die Honspindel eingesetzt wird und die Bohrung in ein oder zwei Ebenen vermisst. Daraus werden die Bohrungsmittelpunkte in den entsprechenden Ebenen über ein Steuergerät rechnerisch ermittelt und eine Korrektur bezüglich der Bohrungspositionierung zur Honspindelachse und ggf. entsprechende Korrektursignale zur Achsfluchtung ermittelt.
Die vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Honmaschine mit einer Werkstückspannvorrichtung und darauf aufgespanntem Werkstück,
Fig. 2 eine Frontansicht der Honmaschine nach Fig. 1,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Werkstücks und eines Teils eines Messwerkzeuges in zwei Messpositionen und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Werkstückbohrung und eines Messwerkzeuges.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine Honmaschine 11 mit einem Maschinengestell 12, einem über den Honbereich 13 auskragenden Spindelkopf 14 und einem den Honbereich 13 nach unten abschließenden Werkstückauflager 15.
Auf dem Werkstückauflager 15 ist eine Werkstückspannvorrichtung 16 gezeigt, die einen in zwei zueinander senkrechten horizontalen Richtungen X, Y (Fig. 1 und 2) verfahrbaren Kreuztisch 17 beinhaltet. An zwei gabelartig nach oben vorspringenden Lagerböcken 18 darauf ist das Werkstückspannfutter 19 um eine horizontale Werkzeugschwenkachse 20 schwenkbar angeordnet. Für die Verschwenkung, ebenso wie für den X-/Y-Antrieb, ist eine elektromechanischer Verstellantrieb 21, beispielsweise mit elektrischen Schrittmotoren für die einzelnen Achsen, vorgesehen. Die Verschwenkung um die Achse 20 erfolgt in Z-Richtung (s. Fig. 3).
Die Spannvorrichtung ist lediglich beispielsweise gezeigt. Sie ist für die Einzelbearbeitung von Werkstücken vorgesehen. Bei einer Serienbearbeitung beinhaltet die Werkstückspannvorrichtung noch Aufnahmen für einen automatischen An- und Abtransport der Werkstücke 22, im vorliegenden Falle in X-Richtung.
Im Honspindelkopf 14 ist die Honspindel 24 um die vertikale Honspindel- Achse 25 drehbar und längs dieser axial beweglich gelagert. Zusätzlich zum Axial- und Drehantrieb ist im Honspindelkopf noch der Aufweitantrieb für ein Honwerkzeug vorgesehen, der über eine nicht dargestellte interne Aufweitstange die Anstellung der Honbeläge an eine Bohrungswandung bewirkt.
In der Honspindel 24 ist ein Messwerkzeug 26 eingespannt. Es kann über die Honspindel axial bewegt und gedreht werden. Das Messwerkzeug hat, wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, einen Mess-Sensor 27, der in der Honspindel bzw. Messwerkzeugachse angeordnet ist und dessen Messkopf 28 zur Berührung des zu messenden Teils ausgebildet ist. Über einen sehr empfindlichen Mikroschalter (nicht dargestellt) im Messwerkzeug 26 wird eine Auslenkung des Mess-Sensors in einen Messimpuls umgesetzt. Dieser kann kabellos an einen Empfänger 29 einer Steuereinrichtung 30 in der Honmaschine übertragen werden. Bei der Verwendung eines solchen Messtasters ist die drahtlose Übertragung besonders einfach, weil lediglich der genaue Zeitpunkt des Messimpulses übermittelt werden muss. Die Steuereinrichtung erhält ferner Positionssignale von der Werkstückspannvorrichtung und dem axialen und rotativen Honspindelantrieb und kann daraus die genaue Position des Messwerkzeuges zum Werkstück 22 im Zeitpunkt der Messung ermitteln.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen als Werkstück 22 schematisch einen Zylinderblock eines V-8-Motors mit 90°-Anordnung der Zylinderreihen. Die Honmaschine ist vorgesehen, die Zylinderbohrungen 31 des Zylinderblocks zu bearbeiten. Deren Bohrungsachsen 32 liegen also jeweils um einen Winkel von 45° gegenüber der Basis- bzw. Kurbelgehäuseteilungsfläche 33 versetzt, die als Bezugsfläche für die Werkstückeinspannung dient (s. Fig. 1).
Fig. 4 zeigt nur das schematische Abbild der zu bearbeitenden Bohrungswand 34 und, ebenfalls schematisch, ein Messwerkzeug 26a, das statt des Tastkopfes 27, 28 einen Lasermesskopf 35 aufweist, der mittels eines angedeuteten Laserstrahls 36 den Abstand des Messwerkzeugs von der Bohrungswand 34 mißt.

Messverfahren

Der Honmaschine wird ein Werkstück (45), im vorliegenden Fall ein Zylinderblock mit acht zu honenden Zylinderbohrungen 31 in zwei um 90° versetzten Reihen, zugeführt. Es wird in die Werkstückspannvorrichtung 16 gespannt, und zwar auf die hier als Spannfutter 19 bezeichnete Spannplatte. Das Werkstück wird in die vorgesehene Lage gedreht, d. h. mit der Bohrungsachse 32 der zuerst zu bearbeitenden Werkstückbohrung 31 in ungefährer Ausrichtung der Honspindelachse 25. Dazu wird das Spannfutter 19 um 45° geschwenkt und durch Verschiebung der X- Achse diese Bohrung unter die Honspindel gebracht. Die Zeichnungen deuten Abweichungen der Bohrungsachse 32 von deren Soll- Ausrichtung übertrieben als Achsbündel an.
In die Honspindel 24 wird das Messwerkzeug 26 eingespannt. Dies kann mittels eines Werkzeugwechslers 37 geschehen, der in Fig. 2 angedeutet ist. Er besteht aus einem Register von nebeneinander angeordneten Hon- und Messwerkzeugen, die mittels eines Schwenkarms 38, an dem ein Greifer angebracht ist, der Honspindel zugeführt und in diese eingespannt werden. Es ist auch möglich, dass die Honspindel selbst den gewünschten Position des Werkzeugwechslers führt und die Werkzeuge dort ablegt bzw. übernimmt.
Danach beginnt ein Messzyklus. Das Messwerkzeug 26 wird, wie Fig. 3 zeigt, in die Bohrung 31 eingefahren, und zwar bis zu einer ersten Messebene E1. Diese liegt im Beispiel kurz vor dem honspindelfernen Ende der zu bearbeitenden Bohrung 31. Dort wird an mehreren, mindestens aber drei Messpunkten 40 die Bohrung vermessen, und zwar der Abstand der Bohrungswandung 34 von der Honspindelachse 25. Dies geschieht im vorliegenden Fall dadurch, dass über den Kreuztischantrieb dieser in X- und Y-Richtung verfahren wird, bis der Messkopf 28 Kontakt zur Bohrungswandung 34 bekommt. Dieser Zeitpunkt wird durch ein entsprechendes Mess-Signal kabellos über den Empfänger 29 an das Steuergerät 30 gemeldet, und dieses hält die ihm vom Kreuztischantrieb gemeldeten Koordinaten des Kreuztisches fest und speichert sie.
Durch entsprechende Verfahrung des Kreuztisches werden so mehrere Messpunkte 40 in der Ebene E1 ermittelt und ihre Daten im Steuergerät gespeichert. Aus diesen Daten, d. h. aus den jeweiligen Kreuztisch- Koordinaten abgeleiteten Koordinaten der Messpunkte 40, werden, verbunden mit den im Steuergerät eingespeicherten Koordinatenbeziehungen zwischen dem Kreuztisch und der Honspindelachse, rechnerisch die Koordinaten des Mittelpunktes M1 (s. Fig. 4) in der Ebene E1 errechnet. Dieser Mittelpunkt ist der Schnittpunkt der Bohrungsachse 32 mit der Ebene E1.
Danach wird das Messwerkzeug 26 durch axiales Hochfahren der Honspindel in die Ebene E2 nahe am honspindelseitigen Ende der Bohrung gefahren und die Ermittlung der entsprechenden Messpunkte durchgeführt. In gleicher Weise wird daraus der Mittelpunkt M2 in der Ebene E2 ermittelt.
Wie insbesondere aus Fig. 4 zu erkennen ist, ist es dabei unerheblich, ob die Honspindelachse 25 und die Bohrungsachse 32 bereits übereinstimmen. Das Steuergerät, das einen Rechner enthält, ermittelt die Mittelpunkte aufgrund der geometrischen Gegebenheiten aus den Koordinaten, auch bei unterschiedlichen Messabständen.
Anschließend wird im dargestellten Beispiel aus der Lage der beiden Mittelpunkte M1 und M2 sowie dem vom Honspindel-Axialantrieb an das Steuergerät übermittelten Abstand der beiden Messebenen E1 und E2 die genaue Richtung der Bohrungsachse 32 ermittelt, d. h. ihre Winkelabweichung von der Honspindelachse 25 und die Richtung die der Winkelabweichung. Daraus ermittelt das Steuergerät 30 Korrekturdaten, die dem Antrieb 21 der Spannvorrichtung zugeführt werden und durch entsprechende Kombination von Verschiebungen in X- und Y-Richtung sowie durch Verschwenkung um die Achse 20 (Z-Richtung) die Achsen 25 und 32 in Übereinstimmung bringen.
Im vorliegenden Beispiel ist eine Winkelausrichtung nur um die Achse 20 vorgesehen, die mit der Achse der Kurbelwellenhauptlager des Motorblocks übereinstimmt. Für Motorblöcke ist dies meist ausreichend. Wenn es jedoch um andere Werkstücke oder solchen mit weniger gut definierten Spannflächen geht, kann noch eine Verschwenkung um eine zusätzliche Schwenkachse vorgesehen sein, die dann in Fig. 2 senkrecht zur Zeichenebene verlaufen würde. Damit wäre eine Ausrichtung in allen Richtungen möglich.
Die Verstellung des Kreuztisches und der Schwenkvorrichtung kann über sehr präzise arbeitende elektromechanische Antriebe erfolgen und ist dann an sich nicht mehr korrekturbedürftig. Der Rechner hatte bei der Ermittlung der Korrekturdaten die durch die unterschiedlichen Achsveränderungen in den Achsrichtungen sich ergebenden resultierenden Absenkungen bereits ermittelt. Dennoch kann nun zur Sicherheit ein zweiter oder mehrere weitere Messzyklen gefahren werden, um die genaue Ausrichtung zu verifizieren und gegebenenfalls zu korrigieren.
Diese Ausrichtungsdaten können dann im Steuergerät gespeichert werden, und zwar jeweils zugehörig zu der vermessenen Bohrung. Wenn auf diese Weise alle acht Bohrungen vermessen und ausgerichtet werden, dann kann ein Motorblock der gleichen Serie, wenn er entsprechend eingespannt wird, ohne erneute Vermessung bearbeitet werden, indem zu jedem Zylinder die entsprechenden Positionsdaten für die Werkzeugspannvorrichtung abgerufen werden.
Zu der Einleitung des Honvorganges wird dann das Messwerkzeug 26 über den Werkzeugwechsler 27 ausgespannt und in diesem abgelegt und ein entsprechendes Honwerkzeug in die Honspindel eingesetzt, das dann in genauer Ausrichtung zur Bohrung arbeiten kann.
Im dargestellten Beispiel wird die Ausrichtung durch entsprechende Positionskorrektur der. Werkstückspannvorrichtung vorgenommen. Es ist jedoch auch möglich, bei entsprechender Ausführung der Honmaschine, die Honspindel in den Positioniervorgang mit einzubeziehen, indem diese beispielsweise auf den in Fig. 2 zu erkennenden Spindelkopfführungen 42 in X-Richtung verfahren wird. Dementsprechend ist es auch möglich, beim Wechsel von einer Bohrung zur anderen entweder die Spannvorrichtung oder die Honspindel um eine Bohrungsteilung weiterzufahren.
Statt der drahtlosen Übertragung vom Messwerkzeug 26 zum Steuergerät 30 könnte hier auch eine galvanische elektrische Verbindung vorgesehen sein, beispielsweise über Schleifkontakte an der Honspindel. Trotz der zu fordernden Robustheit der Werkzeuge ist jedoch eine drahtlose Übertragung auch aufgrund der begrenzten Datenmengen unproblematisch. Sie könnte beispielsweise auch in Transpondertechnologie erfolgen, so dass das Messwerkzeug selbst nicht einmal mit einer eigenen Energieversorgung versehen sein müsste.
Eine Bestimmung der Position des Bohrungsmittelpunkts ist auch durch ein Wegmesssystem in Honspindel möglich, das durch die Drehung der Honspindel die Abstände zur Bohrungswand ermittelt.
Bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit Bohrungen verschiedener Achsfluchtung, wie bei einem V-Motorblock, ist es zweckmäßig, wie dargestellt, zumindest die Ausrichtung auch um eine Schwenkachse Z vorzunehmen. Bei einem Werkstück, bei dem aufgrund der geometrischen Gegebenheiten und der Vorbearbeitung davon ausgegangen werden kann, dass die Parallelität der Bohrungsachsen zur Honspindelachse konstant ist, kann auf die Ermittlung der Winkelabweichungen zur Honspindelachse verzichtet werden und unter Umständen mit einer Messung in nur einer Messebene gearbeitet werden. Die Ermittlung von deren Mittelpunkt dient dann zur Ausrichtung der Bohrung in X-Y- Richtung. Auch in diesem Falle wäre es aber vorteilhaft, eine Vermessung in zwei oder mehreren Ebenen vorzunehmen, wobei dann durch eine Mittelung der Lage der Mittelpunkte eine noch genauere Übereinstimmung zwischen der Honspindelachse und der wahren Werkstücksbohrungsachse ermittelt werden kann. Dabei gehen auch in der unbearbeiteten Bohrung noch vorliegende Formabweichungen, z. B. Abweichungen von der Kreisform oder der Geradheit oder Achsparallelität der Mantellinien (Konizität, Balligkeit oder dgl.) in die Ermittlung ein und werden bei der Achsübereinstimmung berücksichtigt.
Die Steuereinrichtung 30 kann in die Maschinensteuerung der Honmaschine integriert sein bzw. die Maschinensteuerung kann so ausgebildet werden, dass sie die für die Erfindung nötigen Funktionen übernimmt. Die Erfindung kann zusätzlich zur Ausrichtfunktion auch weitere wichtige Funktionen übernehmen. So kann sie zur Erkennung der Werkstücktypen, ihrer Bohrungsdurchmesser-, länge und/oder -lage verwendet werden und davon abhängig die Auswahl und Einstellung der Honwerkzeuge und der Honparameter steuern. Das ist besonders wichtig, wenn in einer Bearbeitungsstraße unterschiedliche Werkstücktypen nacheinander bearbeitet werden. Es ist auch möglich, die Messeinrichtung in das Honwerkzeug zu integrieren. In diesem Fall würde ein Wechsel zwischen Honwerkzeug und Messwerkzeug entbehrlich, jedoch die gleiche Verfahrensweise anwendbar, sein.

Claims

1. Verfahren zur Ausrichtung eines in einer Honspindel (24) einspannbaren Honwerkzeugs (45) und einer Werkstückbohrung (31) zueinander, bei dem der Honspindel ein Messwerkzeug (26) zugeordnet ist, mit diesem in wenigstens einer Messebene (E1, E2) mehrere in Umfangsrichtung der Bohrung (31) gegeneinander versetzte Punkte (40) der Bohrungswandung (34) als Abstandsmaße von der Honspindelachse (25) gemessen bzw. als Koordinatendifferenzen ermittelt werden, daraus die Position der Bohrungsachse (32) in dieser Messebene rechnerisch ermittelt und danach eine Korrektur der Position der Honspindelachse (25) relativ zur Bohrungsachse (32) zu deren Soll-Positionierung eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung in wenigstens zwei Ebenen (E1, E2) erfolgt, daraus auch die relative Winkellage der Bohrungsachse (32) zur Honspindelachse errechnet wird und daraus zusätzliche Korrektursignale zur Verschwenkung des Werkstückes (21) gegenüber der Honspindelachse (25) erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Punkte (40) nacheinander durch Drehung der Honspindel (24) relativ zum Werkstück (22) erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung die Honspindel (24) relativ zum Werkstück (22) im wesentlichen in Richtung der Messebene (E1, E2) bewegt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur automatisch vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach vorgenommener Korrektur eine erneute Messung und Berechnung zur Kontrolle und ggf. Nachkorrektur durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je Ebene (E1, E2) mindestens drei Punkte (40) am Umfang der Bohrung (31) gemessen werden.

8. Honmaschine mit einer Einrichtung zur Ausrichtung einer Werkstückbohrung (31) und eines in einer Honspindel (24) einspannbaren Honwerkzeugs (45) zueinander, mit einem der Honspindel (24) zugeordneten Messwerkzeug (26) mit wenigstens einem Mess-Sensor (27, 35) zur Abstandsmessung von Punkten der Bohrungswandung (34) relativ zur Honspindelachse (25) in wenigstens einer Ebene (E1, E2), einer Steuereinrichtung (30) mit einem Rechner zur Ermittlung der Position der Bohrungsachse (32) in dieser Ebene (E 1, E2) und einer Verstelleinrichtung (21, 17, 19) zur Relativbewegung des Werkstückes (22) zur Honspindel (24) in einer zur Honspindel- bzw. Bohrungsachse im wesentlichen senkrechten Ebene (X, Y), die in Abhängigkeit von von der Steuereinrichtung (30) erzeugten Ausgangssignalen gesteuert ist.

9. Honmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung Teil einer Werkstückspannvorrichtung (16) ist.

10. Honmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung eine Werkstück-Schwenkeinrichtung zum Schwenken des Werkstücks um wenigstens, vorzugsweise zwei, Schwenkrichtungen (Z) enthält.

11. Honmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) zur Ermittlung der Winkelposition der Bohrungsachse (32) relativ zur Honspindelachse (25) in Abhängigkeit von der Ermittlung von wenigstens zwei Bohrungsmittelpunkten (111, 112) in verschiedenen Bohrungsebenen (E1, E2) ausgebildet ist.

12. Honmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Messwerkzeug (26) als Mess-Sensor (27) wenigstens einen berührend messenden Messtaster (28) aufweist.

13. Honmaschine nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Messwerkzeug (26a) als Mess-Sensor wenigstens einen berührungslos messenden Messfühler (35), insbesondere einen Laser-Messkopf, aufweist.

14. Honmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Messwerkzeug (26, 26a), vorzugsweise über einen Werkzeugwechsler (37) im Wechsel mit wenigstens einem Honwerkzeug (45), in die Honspindel (24) einsetzbar ist.

15. Honmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Messwerkzeug (26) zur kabellosen Übertragung der Messwerte an die Steuereinrichtung (30) ausgebildet ist.

16. Honmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Messwerkzeug in das Honwerkzeug integriert ist.

17. Honmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in die Steuereinrichtung (30) eine Einrichtung zur Erkennung von Werkstück-Typen, Bohrungsabmessungen und/oder -positionen und zur deren Anzeige bzw. Steuerung der Honwerkzeug-Auswahl-, einstellung und/oder von Honparametern aufweist.