DE3825261C2 - Honmaschinen-Steuereinrichtung zum Festlegen und Einstellen von Honmaschinenbetriebszuständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Honmaschinen-Steuereinrich­ tung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind verschiedene Geräte zum Honen oder Ziehschleifen von Oberflächen wie zylindrischen Flächen bekannt. Größtenteils sind diese Geräte mechanischer Art, sie erfordern laufend eine beträchtliche Aufmerksamkeit seitens einer Bedienungs­ person, und die Qualität der ausgeführten Arbeit hängt wesentlich von den Erfahrungen und Fähigkeiten der Bedie­ nungsperson ab. Die Bedienungsperson beeinflußt den Honvor­ gang bei den bekannten Geräten beispielsweise beim Instal­ lieren und Entfernen der zu honenden Teile, der Auswahl einer gewünschten Honausrüstung wie des Dornes und durch Einstellen des Weges des Honsteines, der Hubbewegung und Frequenz, der Dorn-Umdrehungsgeschwindigkeit, den Bedingun­ gen zur Beendigung des Honvorganges und in manchen Fällen durch das festzulegende und aufrechtzuerhaltende Drehmoment, um eine bestimmte Werkstoffabnahme zu erzeugen, wobei die Möglichkeit einer Beschädigung der Honmaschine, der Steine und der Dorne zu berücksichtigen ist. Die bekannten Geräte erfordern daher eine beträchtliche Aufmerksamkeit und Er­ fahrung der Bedienungsperson beim Einrichten und während des Honvorganges. Darüberhinaus müssen weitere Bedingungen be­ achtet werden, um ein Werkstück richtig einzurichten und zu honen. Diese Bedingungen schließen die Wahl der Maschinen­ komponenten, die Eigenart und Härte der zu honenden Werk­ stücke, die Menge an abzunehmendem Material, den Typ und die Größe des zu verwendenden Dornes und dessen Einstellbereich, die Auswahl eines geeigneten Schleifmittels und ähnliches ein. Das zum Einrichten und Durchführen des Vorganges erfor­ derliche Geschick und die erforderliche Aufmerksamkeit und Erfahrung des Bedienungspersonales trägt wesentlich zu den Kosten des Honens und zu der Genauigkeit und Gleichmäßigkeit der hergestellten Teile bei.

Seit vielen Jahren und für viele Zwecke sind numerisch ge­ steuerte (NC) Werkzeugmaschinen der verschiedensten Arten in Gebrauch. Neuerdings werden oft auch numerisch rechnerge­ steuerte (CNC) Werkzeugmaschinen verwendet. Viele dieser Maschinen verwenden eine selbstanpassende Regelung in der Art einer Rückkoppelregelung zur Änderung bestimmter Maschi­ nenparameter für eine Kompensation geänderter Bedingungen und zur Verbesserung der Arbeitsweise. NC- und CNC-Maschinen erfordern im allgemeinen Fertigungsingenieure und/oder NC-Ingenieure, um die verschiedenen Maschinenparameter einzu­ programmieren, wobei oft Daten aus Handbüchern und/oder die Erfahrung von Bedienungspersonen und Programmierern dazu nötig sind, um die Maschine die erforderlichen Arbeiten an einem bestimmten Werkstück ausführen zu lassen. Die so er­ zeugten Eingabedaten sind auf Lochstreifen, in magnetischen oder anderen Permanentspeichern gespeichert und werden in einer Bibliothek für den späteren Gebrauch aufbewahrt.

Derzeit werden in der Fertigung immer kleinere Losgrößen verlangt, da die Industrie auf die zeitgleiche Herstellung von Komponenten zusteuert. Auch macht die sich schnell ändernde Technologie und das daraus folgende schnelle Ver­ alten von hergestellten Teilen große Losgrößen kostspielig und unerwünscht. Diese und andere Faktoren beeinflussen die Fertigungsgemeinkosten besonders im Bereich der NC- und CNC-Herstellung erheblich.

Aus der DE 32 43 715 A1 ist eine Steuereinrichtung für eine gewöhnliche Schleifmaschine bekannt. Hierbei werden der Vorschub der Schleifscheibe gegen das Werkstück, die Größe der Hin- und Herbewegung des Werkstückes unter der Schleifscheibe sowie das Abrichten der Schleifscheibe in Abhängigkeit von verschiedenen Schleifparametern von einem Computer berechnet, wobei vom Computer berechnete und gespeicherte Werte auf einem Bildschirm angezeigt und über eine Steuertastatur im Dialogbe­ trieb ausgewählt werden können. Eine ähnliche Steuereinrich­ tung zur Steuerung einer gewöhnlichen Schleifmaschine ist darüberhinaus aus der EP 0 098 970 B1 bekannt.

Die DE 35 33 765 A1 offenbart eine auf die Anwendung von Bohrwerkzeugen und Werkzeugen zum Schneiden von Gewinden in vorhandenen Bohrungen beschränkte Werkzeugmaschine. Die Funk­ tionsweise der aus der DE 35 33 765 A1 bekannten Werkzeugma­ schine ist auf eine Veränderung der Bohrungstiefe zwischen einem ersten Bohrvorgang und einem zweiten Bohrvorgang bzw. einem Gewindeschneidvorgang gerichtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Honmaschi­ nen-Steuereinrichtung bereitzustellen, welche die an die Ausbildung und Aufmerksamkeit eines Honmaschinenbedieners zu richtenden Anforderungen sowie die zu leistende Arbeit des Festlegens, des Einstellens und des Überwachens der Betriebs­ zustände einer Honmaschine verringert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Honmaschinen-Steuereinrichtung nach Anspruch 1.

Die Erfindung betrifft somit eine Honmaschinen-Steuer­ einrichtung zum Festlegen und Einstellen von Honmaschinen- Betriebszuständen auf der Grundlage von Werkstückparametern und von gespeicherten Daten. Die erfindungsgemäße Honmaschi­ nen-Steuereinrichtung weist einen Rechner zum Verarbeiten von Eingabe-Werkstückparametern und der gespeicherten Daten auf. Da die vom Rechner erzeugten Betriebsparameter das Einstellen der Parameter für den Honvorgang steuern, kann eine die erfindungsgemäße Honmaschinen-Steuereinrichtung aufweisen­ de Honmaschine gleichmäßiger und genauer gehonte Werkstück­ oberflächen mit einem wesentlich größeren Bereich der Ein­ stellbarkeit des Hondurchmessers (besonders im Vergleich zum Einfach-Durchhonen) in einem Honvorgang erzeugen. Bisher spielten die Erfahrungen und Fähigkeiten des Bedieners eine Hauptrolle bei der Qualität, Genauigkeit und Gleichmäßigkeit des Fertigproduktes. Von diesen Erfahrungen und Fertigkeiten eines Bedieners ist man nun, wenn überhaupt, wesentlich weni­ ger abhängig.

Der eigentliche Maschinenteil der Honmaschine kann viele Komponenten der bekannten Honmaschinen enthalten, wie bei­ spielsweise bekannte Hondorne, bekannte Einrichtungen für die Hubbewegung des Dornes, bekannte Einrichtungen für den radialen Vorschub und das Zurückziehen von Werkstückhaltern und bekannte Schleifmittel einschließlich besonderer Super- Schleifmittel mit superharten Schleifpartikeln wie Diamant­ teilchen, kubischem Bohrnitrid und dergleichen.

Viele der Betriebsbedingungen für das Honen wurden bisher nur in Abhängigkeit von den Erfahrungen und Fähigkeiten der Bedienungsperson berücksichtigt. Dies schließt solche Dinge wie Werkstückänderungen aufgrund von Temperaturänderungen, Änderungen im Maschinendrehmoment, durch die Wahl eines Schleifmittels hervorgerufene Änderungen, Abnützung von Maschinenteilen einschließlich der Vorschubeinrichtung und der Steine oder anderen Schleifmittel, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Hubbewegung und die Art ein­ schließlich der Härte und Widerstandsfähigkeit des zu be­ arbeitenden Teiles ein. Es gab bisher keine Möglichkeit, diese und andere Variable exakt zu berücksichtigen und vorauszusagen und für Änderungen geeignete Nachstellungen vorzunehmen. Es war auch nicht möglich, genaue Änderungen während des Betriebes der Honmaschine vorzunehmen, mit dem Ergebnis von Abweichungen und Ungenauigkeiten von einem Werkstück zum anderen.

Mit der vorliegenden Erfindung wird erstmals eine Honmaschi­ ne derart rechnergesteuert, daß der Einrichtvorgang wesent­ lich vereinfacht wird und daß der Bediener in der Lage ist, Änderungen und Variationen zu berücksichtigen, die während des Honvorganges auftreten können, so daß in vielen Fällen eine Nachstellung zur Kompensation solcher Effekte möglich ist. Alles, was der Bediener bei dem vorliegenden Aufbau zu tun hat, ist, einige Größen einzugeben, die gewöhnlich aus einer Blaupause oder einer anderen Datenquelle ohne weiteres zur Verfügung stehen. Der Rechner verwendet diese Eingaben zur Festlegung aller erforderlichen Betriebsbedingungen und Parameter, so daß vom Bediener normalerweise keine weitere Tätigkeit gefordert wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Honma­ schinen-Steuereinrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Honmaschi­ nen-Steuereinrichtung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer rechnergesteuerten Honma­ schine mit der Anordnung verschiedener Maschinen­ komponenten und dazu gehörender Sensoren zur Maschinenüberwachung;

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Maschine der Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht der rechten Seite der Maschine gemäß Fig. 1;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der rechnergesteuerten Honma­ schine; die

Fig. 5A und 5B zusammen ein Flußdiagramm für das Einrichten der Honmaschine;

Fig. 6 ein Flußdiagramm für den Betrieb der Maschine; die

Fig. 7 bis 13 einige der Anzeigen, die an einem Monitor des Rechners zur Steuerung der Honmaschine während des Einrichtens erscheinen; und die

Fig. 14 und 15 typische Anzeigen, die während des Betriebes der Maschine erscheinen.

Die in der Fig. 1 gezeigte Honmaschine 30 steht stellvertre­ tend für viele Arten solcher Maschinen einschließlich ver­ tikal und horizontal orientierter Honmaschinen, die wie beschrieben rechnergesteuert werden können. Die gezeigte Horizontal-Honmaschine dient nur zur Erläuterung. Die Hon­ maschine 30 weist einen Dorn 32 auf, der an einem Spindel- Einsatzstück 34 angebracht ist, das manchmal als Spindel­ kegel oder Spindelkopf bezeichnet wird und das entweder über Zahnräder oder Antriebsriemen von einem Antriebsmotor 36 angetrieben wird. In der Zeichnung ist die Achse des An­ triebsmotors 36 zu der Achse des Dornes 32 versetzt, und es ist ein Antriebsriemen 38 vorgesehen.

In den Fig. 1 bis 3 ist das Werkstück oder die Werkstückhal­ terung 42 mit einer Hubeinrichtung 40 versehen, die dem Werkstück eine hin- und hergehende Bewegung erteilen kann, wobei das Werkstück durch die Halterung 42 an der Maschine 30 gehalten ist. Statt dessen kann auch der Dorn hin- und herbewegt werden, während das Werkstück in einer festen axialen Stellung gehalten wird. Beide Arten von Hubmecha­ nismen sind in der Industrie üblich.

Der Dorn 32 wird somit vom Antriebsmotor 36 über den An­ triebsriemen 38 in Drehung versetzt. Der Antriebsmotor 36 weist einen ersten Sensor 44 zum Erfassen der Spindeldreh­ zahl und einen zweiten Sensor 46 zum Erfassen der Spindel­ last oder des Spindeldrehmomentes auf. Es stehen zu diesem Zweck verschiedene Arten bekannter Drehzahl- und Drehmoment­ sensoren zur Verfügung, und die Sensoren können wie gezeigt am Motor 36 oder auch an oder in Verbindung mit der Spindel 32 angebracht sein. Die Anordnung und die Art der Sensoren für diesen Zweck ist an sich bekannt und liegt in der Hand des Maschinenherstellers. Die Hubeinrichtung 40 besitzt einen Hubpositionssensor 48, der ein Ausgangssignal abgibt, das sich mit der Position der Hubeinrichtung relativ zum Dorn 32 ändert. Wenn statt dessen der Dorn eine Hubbewegung ausführt, ändert sich das Sensor-Ausgangssignal natürlich mit der Position des Dorns relativ zum Werkstück oder dessen Halterung.

Während des Honvorganges wird ein Vorschubstab oder Kegel­ stück 50 in den Dorn 32 hinein bewegt, um den Hondurchmesser radial zu vergrößern und den Dorn zusammenzuziehen. Einer der wesentlichen Vorteile des vorliegenden Aufbaues über die bekannten Geräte wie Einfach-Durchhongeräte ist es, daß der vorliegende Aufbau einen solchen Vorschubstab oder ein sol­ ches Kegelstück aufweist, das sich in den Dorn hinein bewegt und den Durchmesser des Dorns 32 während des Honvorganges erhöht. Dies wird im gleichen Maß durchgeführt, wie Material vom Werkstück abgenommen wird, um das Schleifelement unter Druck in Eingriff mit dem Werkstück zu halten, bis der ge­ wünschte Enddurchmesser erreicht ist. Mit den bekannten Ein­ fach-Durchhoneinrichtungen ist es nicht möglich, den Hon­ durchmesser während des Honvorganges zu ändern, sondern es kann nur vor dem Honvorgang zur Festlegung der gewünschten Materialabnahme der Hondurchmesser vorab eingestellt werden. Aus diesem Grund sind bekannte Dorne für das Einfach-Durch­ honen, insbesondere jene mit Super-Schleifmitteln, über fast ihre gesamte Länge konisch ausgeführt, um die Menge an Ma­ terial, das vom Werkstück zur Festlegung eines gewünschten Durchmessers und einer gewünschten Oberflächengüte abgenom­ men werden kann, zu steuern. Während des Honvorganges ist beim Einfach-Durchhonen keine Einstellung des Hondurchmes­ sers mehr möglich, was den Nutzen dieser Geräte einschränkt und die Menge an Material, die von einer Werkstückoberfläche abgetragen werden kann, klein hält. Gewöhnlich wurde keine mehrfache Hin- und Herbewegung ausgeführt.

Bei der vorliegenden rechnergesteuerten Honmaschine ist es möglich, Daten von Blaupausen oder andere Daten in eine Rechner-Eingabeeinrichtung wie einer Tastatur 54 (Fig. 4) oder einem berührungsempfindlichen Bildschirm einzugeben, während Darstellungen zum Einstellen an einem Monitor 55 erscheinen. Wenn die Eingabe abgeschlossen ist, bestimmt der Rechner aus den eingegebenen Einfachdaten, gespeicherten Nachschlagetabellen, Formeln und Algorithmen alle diejenigen Parameter und Betriebsbedingungen, die erforderlich sind, um den gewünschten Honvorgang auszuführen, wie beispielsweise Informationen über den Weg des Kegelstückes, der zum Erwei­ tern des Dornes erforderlich ist, über die Endposition des Kegelstückes, wenn der Honvorgang abgeschlossen ist und ausgefunkt wird, und über das gewünschte Muster von Hubbe­ wegungen und Einstellungen, die auf den Abmessungen des zu bearbeitenden Werkstückes basieren. Die Maschine bewertet auch den Drehmomentzustand und berechnet die zur Ausführung des gewünschten Honvorganges erforderliche Spindeldrehzahl, die Wahl des gewünschten Werkzeuges einschließlich des vom Werkzeug und der Art des Schleifmittels abgedeckten Durch­ messerbereiches. Es ist ebenso möglich, eine Temperaturer­ fassungseinrichtung zu verwenden, die vorzugsweise die Temperatur des Werkstückes im Unterschied zum Werkstück­ halter oder der Halterung erfaßt, um Ungenauigkeiten im Honvorgang aufgrund des Anstieges der Temperatur, der während des Honvorganges im Werkstück erfolgt, auszuglei­ chen. Die Maschine erhält also bestimmte Anfangsinformati­ onen, aus denen alle Informationen über die verschiedenen Maschinenzustände und Parameter abgeleitet werden, so daß die Bedienungsperson keine auf Erfahrung oder anderem basierende Abschätzungen vorzunehmen braucht, und wobei die Bedienungsperson sich nicht auf Handbuchdaten beziehen muß, die in der vorliegenden Maschine in der Software einge­ schlossen sind und wie bereits erwähnt von Zeit zu Zeit erneuert werden können, sobald neue Informationen verfügbar sind.

Die Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild für die rechnergesteu­ erte Honmaschine 30. Die Schaltung der Fig. 4 enthält eine Tastatur/Monitoreinheit 54, die von herkömmlichem Aufbau sein kann und eine Tastatur zur Eingabe von Daten und Steuersignalen sowie eine Anzeige 55 aufweist. Alternativ kann die Tastatur auch die Form von vorprogrammierten Tast­ bildschirmblöcken haben, die die Bedienungsperson berührt, um die Eingabe der erforderlichen Daten auszuführen. Die Tastatur/Anzeigeeinheit 54 ist mit einem Mikroprozessor 56 oder einer anderen Rechnereinheit verbunden, die die Haupt­ steuerung der betreffenden Maschine darstellt. Der Mikro­ prozessor 56 kann von herkömmlicher Art sein, beispielsweise ein Mikrorechner, der ein modifiziertes und/oder so program­ miertes Standard-Betriebssystem hat, daß die in dieser Be­ schreibung umrissenen verschiedenen Bedingungen und Para­ meter erfüllt werden, oder es kann auch ein auf diese Bedingungen zugeschnittener Mikroprozessor mit einem ange­ paßten Betriebssystem sein. Welches System jedoch auch verwendet wird, es sollte mit den in der DNC- oder der CAM-Umgebung gebräuchlichen Datenübertragungsprotokollen kompatibel sein. Der Mikroprozessor 56 ist mit verschiedenen Steuerungen und Sensoren in der Honmaschine verbunden, so mit einem Spindelantrieb 58, einer Hubeinheit 60, einer Vorschubeinheit 52, einer Werkstück-Temperatureinheit 61, mit anderen Vorrichtungen 63 und mit den erforderlichen Hauptsensoren wie dem Sensor 44 zur Erfassung der Spindel­ drehzahl, dem Sensor 46, der auf die Spindellast oder das Spindeldrehmoment anspricht, dem Sensor 48, der die Position des Hubmechanismusses beim Hubvorgang feststellt, einem Sensor 92, der die Position des Kegelstückes erfaßt, und einem Sensor 90, der die Temperatur des Werkstückes oder der Werkstück-Halterung feststellt. In Verbindung mit dem Hub­ positionssensor 48 ist anzumerken, daß es während eines typischen Honvorganges erforderlich ist, den Dorn 32 oder den Hubarm oder die Halterung 42 in einer bestimmten An­ fangsposition für den Hub anzuordnen, so daß sich während der Hubbewegung die Position des Dornes 32 über den er­ wünschten axialen Bereich erstreckt, um den eigentlichen Honvorgang auszuführen.

Der Mikroprozessor 56 ist darüberhinaus mit einer Ein/Aus­ gabeeinheit 62 verbunden, die mehrere Ausgangsverbindungen hat, die dazu verwendet werden, verschiedene Elemente der Honmaschine zur Festlegung der erwünschten Betriebsbedin­ gungen zu steuern. Die Ausgangssignalleitungen schließen eine Spindelfreigabeverbindung 64, eine Hubfreigabeverbin­ dung 66, eine Vorschubfreigabeverbindung 68 und andere Verbindungen wie eine Vorschubrichtungssteuerleitung ein. Verschiedene andere Ausgangs-Verbindungsleitungen sind möglich und können zur Steuerung anderer Maschinenfunktionen verwendet werden. Die Ein/Ausgabeeinheit 62 enthält auch einen Kommunikationsabschnitt zur Verbindung der Tastatur­ anzeige oder anderer Eingabeeinrichtungen und verschiedener anderer externer Geräte wie einer Nachmeßeinrichtung, einer automatischen Zuführung und anderen zugeordneten Bedienungs­ feldern. Beispielsweise ermöglicht es eine Nothaltleitung 72 der Bedienungsperson, die Maschine in einer Notsituation sofort anzuhalten. Eine Langsamvorschubleitung 74 und eine Langsamrücknahmeleitung an der Maschine erlauben es der Bedienungsperson, die Zuführeinheit zum Erweitern und zum Zusammenziehen des Honwerkzeuges manuell in Betrieb zu setzen. Eine manuelle Hubsteuerung erlaubt es dem Bediener, den Hubmechanismus manuell für eine Hubbewegung in jeder Richtung mit einer gewünschten Geschwindigkeit auszulösen. Auch kann eine Ausgangspositionssteuerung vorgesehen werden, so daß die Bedienungsperson manuell eine Bezugsposition angeben und einstellen kann, von der aus die Vorschubposi­ tion zu bestimmen ist. Bei Betätigung dieser Steuerung wird die Zuführposition auf Null eingestellt. Die gleiche Steue­ rung kann auch dazu verwendet werden, das Zurückziehen der Vorschubeinheit in einer manuellen Betriebsart zu begrenzen. Eine Vorschubsteuerung wird verwendet, wenn es erwünscht ist, einen Grenzschalter zu aktivieren, der den Vorschub der Vorschubeinheit in der manuellen Betriebsart begrenzt, und diese Steuerung kann ein Signal abgeben, das auf einen hohen Pegel bzw. die logische "1" geht, wenn der Spindelantrieb in einem Bereitschaftszustand ist und keine Störung vorliegt.

Die Schaltung für die rechnergesteuerte Honmaschine weist auch eine geeignete Stromversorgung 88 auf, die von her­ kömmlichem Aufbau sein kann und geeignete Ausgangsspannungen zur Festlegung der Betriebsbedingungen für die verschiedenen Elemente erzeugt.

Es ist daher bei der beschriebenen Vorrichtung möglich, durch einfache Eingabe von Werkstückdaten die Maschine in ihren betrieblichen Anfangszustand zu bringen, woraufhin die Maschine den Honvorgang ausführen kann, wenn ein Werkstück in der richtigen Stellung eingespannt ist. Während des Honvorganges wird der Dorn ausgehend von seinem anfänglichen Arbeitsdurchmesser erweitert, wobei der Anfangsdurchmesser den Zustand beinhaltet, bei dem der Dorn gerade in Kontakt mit der Werkstückoberfläche kommt, bis zu einem Endzustand, wobei der Dorn erweitert wird, bis der gewünschte Enddurch­ messer der fertigen Oberfläche erreicht ist. Der Endzustand kann etwas anderes sein als der erwünschte Enddurchmesser, wenn berücksichtigt wird, daß sich das Werkstück beim Honen aufheizt und sich die Abmessungen der zu bearbeitenden Ober­ fläche entsprechend ändern. Der geschliffene Durchmesser wird deshalb etwas von dem erwünschten Enddurchmesser abwei­ chen, der erhalten wird, nachdem sich das Werkstück abge­ kühlt hat.

Es kann von Zeit zu Zeit erforderlich sein, ein Werkstück nach dem Honen und nach dem Abkühlen zu prüfen, um Ände­ rungen oder Abnutzungen im Dorn oder den am Werkstück an­ greifenden Flächen des Dornes festzustellen und auszuglei­ chen. Dies kann unter Verwendung herkömmlicher Meßgeräte geschehen, wobei die Maße des Werkstückes bestimmt werden. Gewöhnlich erfolgt dies bei typischen Honvorgängen ein- oder zweimal, beispielsweise nachdem das erste und irgendein folgendes Werkstück bearbeitet wurden, und das Honen mit dem gleichen Dorn kann gewöhnlich weiter ausgeführt werden, ohne daß weitere Änderungen, Prüfungen oder Einstellungen erfor­ derlich sind. Wenn ein elektronisches Meßgerät verwendet wird, können dessen Ausgangssignale in den Rechner eingege­ ben werden, so daß der Rechner die erforderlichen Berech­ nungen und Korrekturen veranlassen kann.

Die mechanische Ausstattung einer Honmaschine 30 ist in Um­ rissen in der Fig. 1 gezeigt, wie bereits beschrieben. Diese Ausstattung schließt den Spindelantrieb 36 zur Rotation des Hondornes 32, die Hubeinrichtung 40 zur axialen Bewegung des Dornes 32 und/oder des Werkstückes relativ zueinander während des Honvorganges, die Vorschubeinheit 52 für den axialen Vorschub oder das Zurückziehen des Kegelstückes 50 relativ zum Dorn 32 zum radialen Erweitern oder Zusammen­ ziehen eines am Werkstück angreifenden Elementes und die Halterung 42 zum Halten und in manchen Fällen Hin- und Her­ bewegen des Werkstückes, während es bearbeitet wird, ein. Die Honmaschine 30 enthält auch zugehörende Rechnereinrich­ tungen (Fig. 4), die darauf programmiert werden können, die gewünschten Betriebsbedingungen und Parameters festzulegen, was manchmal als "Einrichtprozedur" bezeichnet wird.

Die Maschine 30 enthält verschiedene Sensoren oder Meßwand­ ler, die zur Erfassung gewisser Parameter und Zustände der Maschine vorgesehen sind. Diese Sensoren umfassen den Tempe­ ratursensor 90 am Werkstück oder der Werkstückhalterung 42 zur Feststellung der Temperatur des Werkstückes und/oder dessen Halterung, den Sensor 44, der in Verbindung mit dem Spindelantrieb 36 steht, um die Spindeldrehzahl zu erfassen, den Sensor 46 am Spindelantrieb 36 zum Erfassen des Spindel­ drehmomentes, den Sensor 48 an dem oder in Verbindung mit dem Hubmechanismus 40 zur Erfassung der momentanen Hubposi­ tion und den Sensor 92 in der Vorschubeinrichtung für das Kegelstück 50 zur Feststellung der momentanen Kegelstück­ position.

Die Steuerung für die Honmaschine 30 enthält des weiteren die Tastatur 54 oder eine ähnliche Einrichtung zur Eingabe von Informationen und Daten insbesondere während des Ein­ richtens und zur Steuerung anderer Rechnerfunktionen. Diese Informationen und Daten können Informationen über den An­ fangsdurchmesser einer Werkstückbohrung, den Bohrungs-End­ durchmesser, die Bohrungslänge, das Werkstückmaterial bzw. dessen Härte und die gewünschte Oberflächengüte und den Kreuzwinkel einschließen, falls bekannt. Das Rechnerprogramm enthält Daten in Nachschlagetabellen und andere Daten, und die Steuerung ist in der Lage, aus den vom Bediener einge­ gebenen Daten beispielsweise die Spindeldrehzahl, die Hub­ länge einschließlich der Überhublänge, die Anzahl der Hübe pro Minute oder die Hubfrequenz, die Hongeschwindigkeit, eine bestimmte Werkstoffabnahmerate und eine Zyklus zeit zur Vervollständigung des Honvorganges zu berechnen. Andere Informationen wie die Anzahl der zu honenden Werkstücke können ebenfalls eingegeben werden.

Danach wird während des Honvorganges ein Monitorlauf er­ zeugt, um die verschiedenen Betriebsabläufe anzuzeigen. Dabei wird beispielsweise die Anzahl der fertiggestellten Werkstücke bzw. der durchgeführten Honvorgänge angezeigt, die Anzahl der noch zu bearbeitenden Werkstücke, die Tempe­ ratur der Werkstücke, die in einer Zeiteinheit wie einer Minute bearbeiteten Werkstücke, und die verwendete Werk­ stoffabnahmerate. Die Steuerung ist auch dafür vorgesehen, gewisse Betriebszustände anzuzeigen und erforderlichenfalls die Werte für beispielsweise die Spindeldrehzahl, die Hub­ länge, die Hubposition, die Hubrate, die Endposition des Kegelstücks und die Werkstoffabnahmerate zu übergehen und Änderungen vorzunehmen. Die laufende Anzeige weist auch auf das momentane Drehmoment und die momentane Kegelstückposi­ tion hin. Das Drehmoment kann sich über einen weiten Bereich ändern, von Zuständen mit wenig oder keinem Drehmoment bis zu Zuständen mit erheblichem, sogar übermäßig großem Be­ triebs-Drehmoment. Die Position des Kegelstückes kann vom Anfangszustand zu Beginn der Bearbeitung, wenn das Honele­ ment gerade in Kontakt mit dem Werkstück kommt, bis zu dem Zustand, wenn das erwünschte Endmaß einer Bohrung erreicht ist, verfolgt werden. Die tatsächliche Kegelstückbewegung kann an einer horizontalen Skala überwacht werden, die auf dem Monitorschirm mit einer Anzeige der Breite der Skala auf der Basis der eingegebenen Daten zur Anzeige der Anfangs- und der End-Kegelstückpositionen erscheint. Typischerweise umfaßt der erscheinende Skalenbereich den gesamten Expan­ sionsbereich für das Werkzeug.

Das in den Fig. 5A und 5B gezeigte Einricht-Flußdiagramm beginnt mit einem Einschaltblock 130, der einen Teststart 132 festlegt, der seinerseits einen Initialisierungsschritt 134 steuert, bei dem viele der Maschinen-Betriebsbedingungen auf ihren Anfangszustand gesetzt werden. Eine der ersten Maßnahmen ist es, die Bedienungsperson zwischen englischen und metrischen Maßen wählen zu lassen, die in dem Zoll/Me­ ter-Block 136 erscheinen. Der Zoll/Meter-Block 136 gibt einen Wahlmodus 138 frei, der dem Bediener drei Optionen ermöglicht, nämlich die Einstelloption, die Lauf- bzw. Betriebsoption und die Diagnoseoption. Der Wahlmodusblock stellt daher das Hauptmenü für die Maschine dar. Der Ein­ stellmodus ist in den Fig. 5A und 5B gezeigt und muß ange­ wählt werden, um wirksam zu werden.

Im Einstellmodus wird eine Anzeige 140 "Eingabe des Anfangs- Bohrungsdurchmessers" erzeugt. Die Bedienungsperson gibt den Anfangsdurchmesser der zu honenden Bohrung im Werkstück ein, und dieser Block im Flußdiagramm kontrolliert den Bereichs­ testblock 142, der entweder eine Anzeige "Bereichsüber­ schreitung", Block 144, erzeugt oder die Aktivierung des Blocks 146 "Berechnung der Spindeldrehzahl" auslöst, wodurch die Spindeldrehzahl berechnet wird. Das Anwählen des Blockes 146 aktiviert den Block 148 "Eingabe des End-Bohrungsdurch­ messers", den die Bedienungsperson daraufhin eingibt. Diese Eingabe wird im Bereichstestblock 150 geprüft, der entweder eine Anzeige "Bereichsüberschreitung", Block 152, erzeugt oder, wenn der eingegebene Anfangs- und der eingegebene End­ durchmesser beide innerhalb des zulässigen Bereiches liegen, zu einer "Eingabe der Länge der Bohrung" im Block 158 über­ geht. Dies gibt die nächste Anzeige frei, die nach der gewünschten Oberflächengüte (Block 159) und dem Kreuzwinkel (Block 160) fragt. Der darauffolgende Schritt ist der Übergang zum Block 153 "Art des Materiales". Es erscheint dann eine Anzeige, die im Zusammenhang mit dem gewählten Werkstückmaterial einen Härtebereich (Block 154) zeigt, wobei die typische Härte des Materiales hervorgehoben ist und um die Eingabe der tatsächlichen Härte gebeten wird. Dann erscheint im Block 180 die "Anzeige der berechneten Parameter". Dem Block 180 ist ein Block 182 zugeordnet, der dazu verwendet werden kann, die durch die Steuerung bestimm­ ten Parameter zu sichern bzw. abzuspeichern oder zu ändern. Die Eingabe geänderter Parameter wird durch Betätigung des Blockes 184 "Auswahl der zu ändernden Daten" gesteuert, der mit einem Block 185 zur Änderung der Parameter und mit einem Bereichstestblock 186 sowie dem Block 180 zur Anzeige der berechneten Parameter und dem Block 182 zum Sichern oder Ändern der Daten verbunden ist, wobei diese Schleife durch­ laufen wird, bis die Bedienungsperson die Sicherstellungs­ option im Block 182 wählt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Parameter im Speicher der Steuerung entsprechend dem Block 182 gespeichert. Das empfohlene Werkzeug, Block 161, wird dann auf der Anzeige dargestellt, und es wird die Anweisung gegeben, den entsprechenden Dorn in die Maschine einzuspan­ nen (Block 163). Eine weitere Anzeige gibt die Anweisung, daß ein Werkstück am Dorn anzubringen ist, und daß die Erweiterung des Schleifelementes (Block 164) und die End­ position des Kegelstückes in die Steuerung eingegeben werden. Dadurch wird die anfängliche Kegelstückposition festgelegt. Beim Block 165 wird das Werkzeug zu der Anfangs­ position des Kegelstückes zusammengezogen. Wenn eine auto­ matische Werkstückzuführung vorgesehen ist, wird ein Block 166 "Werkstückzuführung" aktiviert.

Mit einem weiteren Block 168 "Einstellen der Hubposition" wird die Bedienungsperson aufgefordert, die Position für die Hubbewegung festzulegen. Im Zusammenhang mit dem Block 168 ist an der Maschine eine manuelle Steuerung vorgesehen, die den Bediener in die Lage versetzt, die Hubposition in der einen oder anderen Richtung anzufahren, wie es zur Festle­ gung der Position der Hubbewegung relativ zu der zu bearbei­ tenden Bohrung erforderlich ist.

Im Anschluß an den Block 168 zur Steuerung der Hubbewegung kann fakultativ eine Steuerung "Eingabe der Verzögerungs­ zeit" vorgesehen sein, mittels der die Bedienungsperson eine Verzögerungszeit während der Hubbewegung festlegen kann, wenn eine solche bei dem Hubsystem der jeweiligen Maschine zur Verfügung steht. Die Möglichkeit zur Einstellung der Verzögerungszeit ist manchmal wichtig, da dadurch die Bedie­ nungsperson in der Lage ist, Pausen oder Verzögerungszeiten bei der Hubbewegung zu veranlassen, so daß an bestimmten Stellen ein stärkeres Honen erfolgt als an anderen Stellen. Umgekehrt ist der Honvorgang an den Verzögerungsstellen um so schwächer, je kürzer die Verzögerungszeit oder Pause ist.

Über einen Block 169 mit der Bezeichnung "Zurück zum Haupt­ menü" kehrt die Steuerung dann zum Hauptmenü zurück. Nach der Rückkehr zum Hauptmenü hat die Bedienungsperson die Möglichkeit, die beschriebene Einstellprozedur erneut anzu­ wählen oder den Lauf- oder Diagnosemodus anzusteuern. Wenn er den Laufmodus auswählt, initiiert er den durch das Fluß­ diagramm der Fig. 6 gezeigten Vorgang.

Der Betriebs- oder Laufmodus weist einen Eingangsblock 200 auf, der mit einem Parametertestblock 202 verbunden ist, der eine Anzeige "Einstellfehler" erzeugen kann oder zu einem Block 208 "Auswahl" weiterleitet, der der Bedienungsperson die Möglichkeit einer erneuten Rückkehr zum Hauptmenü oder zur Eingabe der Werkzeugkomposition 210 oder zur Erzeugung eines Startzyklusses gibt, durch den der Betriebszyklus für die Maschine initiiert wird. Wenn "Eingabe der Werkzeugkom­ position" gewählt wird, erscheint ein Block 212 "Einstellen der Endposition", die es dem Bediener ermöglicht, eine neue Endposition für das Kegelstück wie durch den Stellungssensor 92 erfaßt festzulegen.

Wenn der Zyklusstart gewählt wird, übernimmt ein Block 214 "Beginn des Betriebszyklusses" den Start des Honvorganges. Dies unterzieht den Hubmechanismus 40 einer Steuerung durch einem Block 216 "Hubfreigabe" und des weiteren den Spindel­ mechanismus einer Steuerung durch einen Block 218 sowie den Zuführmechanismus 52 einschließlich des Kegelstückes 50 unter die Steuerung eines Blockes 220 "Zuführung". Die Blöcke 216, 218 und 220 werden gleichzeitig freigegeben, so daß die Spindel in Drehung versetzt und einer Hubbewegung unterworfen wird. Auch erfolgt die Zuführung des Kegel­ stückes zur Erhöhung des Hondurchmessers, um das Honen durchzuführen. Während des Honvorganges wird die Hubposition durch den Hubpositionssensor 48 erfaßt, die Zuführung durch den Sensor 92, die Spindeldrehzahl durch den Sensor 44 und das Spindeldrehmoment durch den Sensor 46.

Ein Block 222 (Fig. 6) und ein zugehörender Block 223 sind mit "Hubposition" bezeichnet und für die Hubposition und deren Ein- bzw. Nachstellung vorgesehen. Ein weiterer Block 238 des Flußdiagrammes ist mit "Spindeldrehzahl" bezeichnet und einem Spindelmotortachometerblock 239 zugeordnet, der mit "Einstellen der Drehzahl" bezeichnet ist. Diese Steue­ rung ergibt die Möglichkeit einer Reaktion auf die Spindel­ drehzahl, so daß die Drehzahleinstellung, falls erforder­ lich, genau abgeglichen werden kann. Ein weiterer Block 224 "Zuführung" ist mit einem Block 226 "Sperre der Zuführung" verbunden, der einem Ausfunkblock 228 zugeordnet ist. Die Betätigung dieser Elemente beendet einen Arbeitszyklus. Der Zustand "Zyklusende" ist im Flußdiagramm durch den Block 230 dargestellt, der nach den Blöcken 234 und 236 angeordnet ist, die für das Abschalten der Hubbewegung und des Spindel­ antriebs stehen.

Die Fig. 7 bis 15 stellen Anzeigen dar, die während des Einrichtens und des Betriebes der Maschine erscheinen. Die Eingabeeinrichtung ist dabei ein berührungsempfindlicher Schirm. Es kann jedoch auch eine Tastatur oder jede andere geeignete Einrichtung verwendet werden.

Die Fig. 7 zeigt die elektronische Anzeige, nachdem die Maschine für den Start initialisiert wurde. An diesem Punkt wird das Einheitensystem gewählt. Die Fig. 8 stellt die Anzeige nach der Wahl der Einheiten dar. Es wird dabei der Modus Einstellen, Lauf bzw. Betrieb oder Diagnose angewählt.

Die Wahl des Einstellmodus ergibt die Anzeige der Fig. 9. Am Schirm wird ausgegeben "Eingabe des Anfangsdurchmessers", "Eingabe des Enddurchmessers", "Eingabe der Länge der Boh­ rung", "Eingabe der Oberflächengüte", "Eingabe des Kreuzwin­ kels". Jeder Anzeige ist ein Eingabebereich zugeordnet. Die einzelnen Parameter können durch eine Eingabeeinrichtung wie durch die gezeigte berührungsempfindliche Tastatur einge­ tippt werden. Nach der letzten Eingabe wird die Fig. 10 gezeigt.

Die Fig. 10 stellt sechs typische Materialien für das Honen dar. Es können natürlich auch andere Materialien als die angezeigten bearbeitet werden, wobei zur Durchführung der entsprechenden Eingaben ein Übersprungbefehl vorgesehen ist.

Nach der Wahl des Materiales erscheint die Anzeige der Fig. 11. Der Bediener wählt die Härte des Werkstückmateriales aus den gegebenen Bereichen. Wenn die Härte des Materiales unbe­ kannt ist, kann ein "?" eingegeben werden, wobei der Rechner dann eine für das angegebene Werkstückmaterial typische Här­ te auswählt.

Danach wird die in der Fig. 12 gezeigte Anzeige ausgegeben. Die gezeigten Parameter werden entweder berechnet, in Nach­ schlagetabellen ermittelt oder durch den Benutzer eingege­ ben. Zusätzlich können noch weitere Parameter angezeigt werden, beispielsweise die Ausfunkzeit. Der Bediener kann nach einer Durchsicht der Parameter diese sichern oder än­ dern. Nach dem Anwählen der Option "Sichern" führt die Ma­ schine die Einstellung dieser Parameter aus. Es ist bei der vorliegenden Maschine wichtig, daß die meisten der Maschi­ nenparameter berechnet werden, ohne daß die Bedienungsperson mehr zu tun hat als die anfängliche Eingabe. Des weiteren bewirkt der Rechner, und nicht die Bedienungsperson, die Einstellung der Maschine zur Durchführung der Arbeiten, nachdem alle Berechnungen erfolgt sind. Die Rechnersteuerung führt somit die meisten Vorgänge aus, die bisher eine Bedie­ nungsperson erforderten, und sie tut dies schnell und genau.

Das in der Fig. 13 gezeigte Bild wird dargestellt, nachdem die Option "Sichern" gewählt wurde. Die Bedienungsperson wird aufgefordert, das genannte Werkzeug in der Spindelan­ ordnung einzuspannen. Sie wird auch aufgefordert, ein Werk­ stück am Werkzeug anzuordnen und das Kegelstück manuell zuzuführen, um die Schleiffläche des Werkzeuges zu erwei­ tern, bis ein Kontakt mit dem Werkstück erfolgt.

"Nachdem die Einstellung vervollständigt ist, kehrt die An­ zeige zu dem Hauptmenü der Fig. 8 zurück. Es wird der Lauf­ modus angewählt, und die Fig. 14 wird dargestellt. Wird "Zyklusstart" gewählt, wird ein Honvorgang eingeleitet. Kleinere Änderungen der Maschinenparameter können innerhalb dieser Anzeige erfolgen, beispielsweise eine Hubeinstellung oder eine Werkzeugkompensation. Dies ist erforderlich, damit der Bediener zur Kompensation der Werkzeugabnützung und anderer Bedingungen, die Ungenauigkeiten hervorrufen können, geeignete Nachstellungen vornehmen kann.

Am Ende des Honvorganges kehrt die Anzeige zu dem in der Fig. 14 gezeigten Bild zurück. Wenn festgestellt wird, daß der Bohrungsdurchmesser des bearbeiteten Werkstückes vom gewünschten Enddurchmesser abweicht, kann die Bedienungsper­ son die Endposition des Kegelstückes durch Wahl der Option "Werkzeugkompensation" einstellen. Dies ergibt das in der Fig. 15 gezeigte Bild an der Anzeige. Die Bedienungsperson benutzt die Tastatur, um die erforderlichen Korrekturen einzugeben, woraufhin zu der Anzeige der Fig. 14 zurück­ gekehrt wird.

Die Folge der erläuterten Anzeigen ist natürlich nur eine Ausführungsform für einen Einstell- und Betriebsablauf. Es können andere Informationen vorgesehen werden und mehr Parameter als erforderlich berechnet werden, um die er­ wünschte Oberflächengüte und Bohrungsgeometrie zu erhalten. Eine Wechselwirkung mit weiteren Geräten als den angegebenen ist ebenfalls möglich.

Claims (5)

1. Honmaschinen-Steuereinrichtung zum Festlegen und Ein­ stellen von Honmaschinenbetriebszuständen auf der Grundlage von Werkstückparametern und von gespeicherten Daten mit

• - einem Rechner (56) zur Verarbeitung von Eingabe-Werk­ stückparametern und der gespeicherten Daten,
• - Eingabeeinrichtungen (54), die mit dem Rechner (56) zur Eingabe der Werkstückparameter verbunden sind,
• - Datenspeichereinrichtungen, die mit dem Rechner (56) zum Speichern und Verarbeiten von Daten verbunden sind, wobei der Rechner (56) die Eingabe-Werkstückparameter und die gespei­ cherten Daten benutzt, um Maschinenbetriebszustände wie Hub­ länge, Hubfrequenz, Zustellung des Honwerkzeugs festzulegen und diese Festlegung unabhängig von weiteren Aktionen eines Maschinenbedieners ist,
• - einer Steuerungsausgabeeinrichtung (62) die mit dem Rechner (56) zur Steuerung der Maschinenbetriebszustände verbunden ist, und
• - einer Sensorvorrichtung zur Überwachung eines Honvor­ ganges, wobei die Honmaschinen-Steuereinrichtung auf der Grundlage der von der Sensorvorrichtung gelieferten Informa­ tionen Einstellungen der Betriebszustände der Honmaschine wäh­ rend des Honvorgangs vornimmt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Eingabe-Werkstückparameter eine Angabe des Werkstück­ materials beinhalten, und
• - die vom Rechner (56) festzulegenden Betriebszustände mindestens eine Auswahl des zu benutzenden Honwerkzeuges und eine Rotationsgeschwindigkeit eines auf eine Bohrfläche wir­ kenden Honwerkzeugs beinhalten.

2. Honmaschinen-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorvorrichtung eine Temperatursen­ soreinheit (61) aufweist, die mit dem Rechner (56) zur Über­ wachung der Werkstücktemperatur verbunden ist, wobei der Rech­ ner (56) die Zustellung des Honwerkzeuges in radialer Richtung einstellt, um Veränderungen des Bohrungsdurchmessers zu be­ rücksichtigen, die aus Änderungen der Werkstücktemperatur resultieren.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß

• - der Rechner (56) ein maximales Drehmoment für das Hon­ werkzeug bestimmt,
• - die Sensorvorrichtung eine mit dem Rechner (56) verbunde­ ne Drehmomentsensoreinheit (46) zum Messen der Belastung des Honwerkzeugs aufweist, und
• - der Rechner (56) so ausgelegt ist, daß er den Honvorgang abbricht, wenn die erfaßte Belastung des Honwerkzeugs die bestimmte maximale Betriebslast übersteigt.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß

• - das Honwerkzeug ein konisches Kegelstück (50) aufweist, das einen Schleifabschnitt des Honwerkzeugs radial vorschiebt,
• - die Sensorvorrichtung einen Sensor (92), der die Position des Kegelstücks erfaßt, aufweist und
• - die Steuereinrichtung eine Kompensation von Werkzeugver­ schleiß dadurch ermöglicht, daß sie die Bedienungsperson in die Lage versetzt, die Endposition des Kegelstücks durch Eingeben einer Einstellung mittels der Eingabeeinrichtungen (54) einzugeben.