EP3402629A1 - Honmaschine - Google Patents

Honmaschine

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Publication number
EP3402629A1
EP3402629A1 EP16820253.9A EP16820253A EP3402629A1 EP 3402629 A1 EP3402629 A1 EP 3402629A1 EP 16820253 A EP16820253 A EP 16820253A EP 3402629 A1 EP3402629 A1 EP 3402629A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
honing
spindle
housing
honing machine
drive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP16820253.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3402629B1 (de
Inventor
Henning Klein
Roland Regler
Uwe Moos
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kadia Produktion GmbH and Co
Original Assignee
Kadia Produktion GmbH and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kadia Produktion GmbH and Co filed Critical Kadia Produktion GmbH and Co
Priority to HRP20220874TT priority Critical patent/HRP20220874T1/hr
Publication of EP3402629A1 publication Critical patent/EP3402629A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3402629B1 publication Critical patent/EP3402629B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B33/00—Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/02—Honing machines or devices; Accessories therefor designed for working internal surfaces of revolution, e.g. of cylindrical or conical shapes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B33/00—Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/08—Honing tools
    • B24B33/089—Honing tools with a rack-and-pinion mechanism for expanding the honing segments

Definitions

  • the invention relates to a honing machine for honing holes in workpieces according to the preamble of claim 1.
  • Honing is a machining process with geometrically indeterminate cutting, in which a honing tool performs a two-component cutting movement and a constant surface contact between one or more cutting material bodies of the honing tool and the bore inner surface to be machined.
  • the kinematics of an expandable honing tool is characterized by a superposition of a rotational movement, a running in the axial direction of the bore, oscillating lifting movement and a widening movement, which leads to a change in the effective diameter of the honing tool.
  • At the bore inner surface usually results in a surface structure with intersecting machining marks.
  • Honing finished surfaces can meet extremely high dimensional and dimensional tolerances requirements, so that many high loaded sliding surfaces in engines or engine components, e.g. Cylinder surfaces in engine blocks or internal bore surfaces in injection pump housings can be machined by honing.
  • a honing machine suitable for honing is a machine tool whose work spindle is generally referred to as a honing spindle.
  • the honing spindle is movably mounted in a spindle housing, rotatable about its longitudinal central axis (spindle axis) by means of a rotary drive and oscillated in an oscillating manner parallel to the spindle axis by means of a lifting drive.
  • the honing spindle has a device for fastening a honing tool arrangement with an expandable honing tool. For the expansion of the honing tool there are different concepts.
  • an expanding drive is provided for expanding the honing tool, wherein the expander drive is connected to the spindle housing and acts via a widening gear on a running inside the honing spindle feed bar, which indirectly or directly causes a radial displacement of cutting material of the honing tool.
  • direct drives are known, especially in the design as a linear motor.
  • the lifting drive is a linear motor.
  • Direct drives are characterized by the potential to enable high speeds and accelerations of the machine axis driven thereby with simultaneous frictionless motion generation.
  • the invention has for its object to provide a honing machine, which enables economical production of honed workpieces with short cycle times at high quality.
  • a honing machine comprises a monocoque housing having a spindle housing portion serving as a spindle housing for accommodating the rotary drive and an expansion system portion integrally formed with the spindle housing portion for receiving the expander drive.
  • the widening drive is coupled via a widening gear to the infeed rod
  • the widening gear is preferably accommodated in the widening system section.
  • gearless expansion systems e.g. those in which the expansion drive is a plunger drive.
  • a monocoque housing offers over conventional solutions with separate housings for rotary drive and expander drive, among other things, the possibility of considerable weight savings, since due to the integrated design some housing parts, flanges, fasteners, etc. can be omitted.
  • drives In honing machines, drives must also apply weight and acceleration forces in addition to the process forces. Particularly in the case of highly dynamic machines and / or vertical axis movements, this leads to the fact that large drive powers must be kept available, the usually in turn accompanied by an increase in the moving mass. A weight saving creates considerably better conditions here.
  • a monocoque housing could e.g. as an aluminum casting (aluminum or aluminum alloy, e.g., Al-Mg).
  • Embodiments are considered particularly advantageous in which the monocoque housing is manufactured as a lightweight component using a lightweight construction material. If the monocoque housing movable with the honing spindle is a lightweight component, i. a component made using a lightweight construction material, then the mass moved can be significantly reduced over conventional solutions. A lower moving mass causes a higher acceleration of the mass is possible with the available power. This is particularly advantageous when honing, since there is an axial reciprocating component of motion during the stroke movement here. The benefit of vertical honing machines becomes even clearer, since, with a vertical arrangement of the axial movement, the reduction of the weight of the moving components additionally has a positive effect on the dynamic behavior of the honing machine.
  • a reduced moving mass can further contribute to reducing the energy consumption of a processing machine, so that here an increase in energy efficiency as an additional benefit arises.
  • the monocoque housing is produced using a fiber composite material.
  • Components made using (at least) one fiber composite can provide sufficient stiffness and good damping at very low mass.
  • a fiber composite material to manufacture or manufacture a honing machine movable honing machine component, it is possible to reduce the weight and inertia of the respective component as compared to a similarly designed and dimensioned metallic material component (eg, steel material) Aluminum material).
  • a similarly designed and dimensioned metallic material component eg, steel material
  • Aluminum material Aluminum material
  • a carbon fiber reinforced plastic is used as a fiber composite material, which may also be referred to as carbon fiber reinforced plastic (KFK).
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • KFK carbon fiber reinforced plastic
  • a fiber composite material is embedded in a matrix of plastic (for example, an epoxy resin, another thermoset or a thermoplastic).
  • the mechanical properties of the cured fiber composite benefit from the tensile strength of the carbon fibers.
  • the plastic matrix prevents the fibers from shifting against each other under load and also contributes to the damping properties of the material.
  • GFP glass fiber reinforced plastic
  • a lightweight construction component made using a fiber composite material may consist essentially entirely of the fiber reinforced plastic material.
  • the corresponding lightweight component it is also possible to design the corresponding lightweight component to have a core of low mass density enclosed by a sheath of fiber composite.
  • the core may consist essentially of a pressure-stable light material in which cavities are enclosed.
  • the monocoque housing and / or one or more other components movable with the honing spindle using a metal foam, for example an aluminum foam.
  • the rotatably mounted honing spindle is designed as a lightweight component.
  • the linear actuator comprises a linear motor with a fixed to a stand of the honing machine primary part and a relative to the primary linearly movable secondary part, which is integrated in a spindle housing carrying the carriage, wherein at least one component of the carriage is designed as a lightweight component.
  • the carriage may include a carriage plate, which is designed as a lightweight component.
  • the lightweight construction component in particular the monocoque housing, possibly also other components, is produced using a near net shape production process, which comprises at least one manufacturing step of laminating, foaming and / or 3D printing.
  • a near net shape production process which comprises at least one manufacturing step of laminating, foaming and / or 3D printing.
  • Such production methods generally come with relatively little post-processing or machining without machining and allow a fast, cost-effective production of even complex shapes.
  • the lightweight component has at least one connection point for connecting the lightweight component with another component an insert not consisting of a lightweight construction material.
  • the insert may, for example, consist essentially of steel, aluminum, magnesium, brass sing or titanium.
  • the ability to quickly and inexpensively manufacture even complex shapes using a lightweight construction material is utilized in some embodiments by providing at least one passageway leading from an entrance opening to an exit opening through which a flowable medium, or at least one, flows through the lightweight component Lead passed or can be passed.
  • Such passageways may be provided, for example, to pass coolant lubricant lines, pneumatic lines, electrical lines and / or the like. If such lines are passed through the interior of a lightweight component, they can be protected by the lightweight component against environmental influences and the entire honing machine also makes a "tidy" impression.
  • a passage can also directly as a conduit for a flowable medium, eg Coolant or coolant can be used.
  • the honing machine can be configured as a horizontal honing machine (with a horizontally oriented honing spindle) or as a vertical honing machine (with a vertically oriented honing spindle). Special advantages are offered in vertical honing machines, since there the influence of the weight on the lifting movement can be reduced by using lightweight components.
  • Fig. 1 shows some components of a honing machine according to a first embodiment of the invention, wherein Fig. 1A shows a longitudinal section and Fig. 1B shows a vertical plan view;
  • Fig. 2 shows a section of a honing machine according to a second embodiment of the invention
  • Fig. 3 shows schematically the structure of a honing machine of conventional construction. DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
  • FIG. 3 which in principle may be constructed as described in DE 102 25 514 B4.
  • a workpiece 390 is clamped, the bore 392 is to be honed using the honing tool 380.
  • the honing tool 380 is received in a cone at the lower end of a honing spindle 370 and is moved in operation of the honing machine together with the honing spindle in a vertical lifting movement up and down. As a result, the vertical movement component of the working movement of the honing tool is performed.
  • the honing spindle is movably mounted in a metallic spindle housing 330 and can be rotated about its spindle axis (longitudinal central axis) by means of a rotary drive in the form of an electric motor integrated into the spindle housing. As a result, the rotary component of the working movement of the honing tool is generated.
  • the honing spindle is driven in an oscillating manner by means of a linear actuator parallel to its spindle axis.
  • the lifting drive comprises a linear electric motor with a primary part attached to a stand 302 of the honing machine and a secondary part which can be moved linearly relative to the primary part.
  • the secondary part is integrated in a carriage 310 made of steel, which is guided on a vertical guide device linearly movable.
  • the carriage 310 carries the spindle housing 330, which thus can be moved vertically up and down together with the carriage.
  • the secondary part is the moving part and the primary part of the stationary part of an electric linear motor.
  • an electrical expansion drive is provided, which is coupled via a Aufweitgetriebe with an axially inside the honing spindle 370 guided infeed rod.
  • the metallic housing 350 which surrounds the expansion drive, is flanged to the top of the spindle housing.
  • the honing unit with spindle housing 330 and honing spindle 370 and the honing tool 380 accommodated therein are lowered so far that the honing stones 382 of the honing tool dip into the bore.
  • the honing spindle 370 is simultaneously reciprocated (that is, up and down) and rotated. The two working movements are the coordinated so that on the inner surface of the machined bore creates a typical for honing OberschliffGerman.
  • the vertical support 302 and the slides for the carriage 310 mounted thereon and the primary part of the linear motor belong to the fixed components of the honing machine.
  • the carriage 310 with the secondary part of the linear motor integrated therein and all components carried by the carriage are among those components which are moved together in the honing spindle during machining.
  • the stationary components can be designed in the same way as described in connection with FIG. 3.
  • the honing tool and the means for securing the honing tool assembly with an expandable honing tool at the tool-side end of the honing spindle may be structurally similar or identical to those of the prior art. Important differences lie in the structure and partly in the design of components of the honing machine, which are moved during machining together with the honing spindle.
  • the honing spindle 170 of the embodiment is rotatably supported within a housing 150 by means of rolling bearings so that it can rotate about its vertical spindle axis 172 relative to the housing 150.
  • the rotary drive 135 is designed as an electric direct drive and comprises a fixedly mounted in the housing 150 stator 135-1 and a mounted on the outside of the honing spindle 170 rotor 135-2, which can rotate within the stator.
  • the honing spindle 170 has an inner through-hole in which a feed rod 180 of the expansion system is guided axially movable.
  • the feed rod rotates with the speed of the honing spindle with this.
  • the axial movement of the Zustellstange is effected by means of a Aufweitantriebs 155, which is designed as an electric direct drive.
  • a stator 155-1 of the expanding drive is fixedly mounted with respect to the housing 150.
  • the rotatable relative to the stator rotor 155-2 is coupled to a spindle nut 157, the internal thread of which cooperates with the external thread of a threaded spindle 158 of the expansion drive.
  • the threaded spindle 158 is fixedly attached to a fixed housing 150 connected to the housing cover.
  • the spindle nut runs along the threaded spindle, whereby the (shorter) rotor is axially moved axially relative to the (longer) stator.
  • the spindle nut is coupled to the feed rod via a receiving sleeve 159 which rotates with the spindle nut and is rotatably mounted relative to the feed rod so that the axial movement of the spindle nut is transferred to the Zustellstange.
  • rotation of the rotor 155-2 of the expansion drive 155 relative to the stator causes axial movement of the feed rod 180 parallel to the spindle axis 172.
  • This delivery may be clocked or regulated.
  • the combination of spindle 158 and spindle nut 157 acts as a Aufweitgetriebe that converts the rotation of the rotor in an axial movement of the Zustellstange.
  • the housing 150 essentially consists of a single component which serves both as a housing for the rotary drive 135 of the honing spindle 170 and as a housing for the expander drive 155.
  • the housing 150 has a spindle housing section 150-1, which encloses the stator 135-1 of the rotary drive 335 for the honing spindle, as well as an integrally formed with the spindle housing section, smaller diameter expansion system section 150-2, the u.a. for receiving the expansion drive 155 is used.
  • This integration of several separately manufactured in the prior art components and then mounted together components in a single component is referred to here as a monocoque housing 150.
  • a plurality of components movable together with the honing spindle 170 are manufactured as lightweight components using at least one lightweight construction material.
  • the housing 150 is a one-piece, elongated hollow body, the wall portions of which are made using a fiber composite material, such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • the outer and inner walls of the monocoque housing essentially consist of layer-laminated fiber composite material FV, while between the outer walls a core K with low mass density, which is filled for example by pressure-stable filler with glass beads or other stiff, lightweight hollow bodies (see detail magnification in Fig. 1A). In comparison to a housing made of steel material or another solid metallic material of the same dimensions, this results in a significant weight savings with at least constant rigidity.
  • the linearly guided on the stationary stand 102 slide 1 10 at the same dimension as a conventional slide much easier, since the slide plate 1 12 is made as an essential component of the carriage also as a lightweight component using a fiber composite material.
  • the integrated therein components, such as the secondary part of the linear motor for the lifting movement can be configured as in the conventional honing machine.
  • the carriage plate 1 12 extends from top to bottom continuous through channel 1 13, can be passed through the starting from a (not shown) upper media port, a cooling liquid for tool cooling. Further extending in the carriage plate 1 12 and the monocoque housing further through holes 1 14A, 1 14B, which lead from an upper media port through horizontal sections into the interior of the monocoque housing. These serve for the supply of cooling fluid for the cooling of the rotary drive 135. Through further vertical through-channels 15, electrical lines, e.g. for encoders or sensors.
  • Fig. 2 is similar or identical in most details to the embodiment of Fig. 1. A difference is in the configuration of the inner contour of the monocoque housing 250 in the region of the transition between the expansion system section 250-2 and the adjoining spindle housing portion 250-1 larger diameter.
  • the stator of the widening drive is supported axially on an annular collar 156 which, starting from the housing wall, protrudes inwards and surrounds a passage opening for the feed rod.
  • annular collar or this shoulder two forms are used in the production of the embodiment, namely a shape which extends from the top of the inner region to the shoulder (annular collar 156) and another form, which extends from the lower passage opening for the honing spindle reaches to the shoulder.
  • Fig. 2 eliminates this collar, which makes it possible to produce the monocoque housing 250 with only a single inner mold, which can be inserted from the side of the larger diameter and taken on this page also.
  • inner sleeve 255 which holds, among other things, the upper pivot bearing for the honing spindle, is continued in the direction of the smaller diameter and pulled inward at the end, so that a support surface for the stator is formed.
  • Glass fiber composites have a tensile strength of up to 1000 N / mm 2 at a density of about 2 g / cm 3 , depending on the direction of the fibers.
  • Carbon fiber composites have a tensile strength of up to 1400 N / mm 2 at a density of about 1.5 g / cm 2 .
  • Aramid fiber reinforced plastics have even lower densities of about 1.4 g / cm 3 at similar tensile strengths as carbon fiber reinforcement plastics.
  • Pure aluminum foams have a density of -0.5 g / cm 3 . With composite or sandwich materials appear about 1, 0 g / cm 3 realistic.
  • a material-appropriate design of the geometry of the components that can be moved using the honing spindle can help to exploit the potential of lightweight construction materials when constructing a honing spindle unit. This can i.a. mean that components can be designed as slim as possible and only in places that absorb forces or derive more material should be present.
  • a continuous pipe is possible, in which all components (spindle motor for generating the tool rotation, expansion gear for active tool delivery and clamping / releasing the tool in the machining spindle ”) as well as connecting elements and interfaces (cables, media) are integrated.
  • spindle motor for generating the tool rotation
  • expansion gear for active tool delivery and clamping / releasing the tool in the machining spindle
  • connecting elements and interfaces are integrated.
  • a near-net shape production makes it possible, with minimal post-processing, for example only on fits and screw-on surfaces, and subsequent assembly of preassembled individual modules to produce a mass and performance-oriented processing unit.
  • the monocoque housing derives the forces occurring as best as possible within the housing body. These aspects increase the accuracy of the processing unit.

Abstract

Eine Honmaschine (100) zum Honen von Bohrungen in Werkstücken weist Honspindel (170) auf, die in einem Spindelgehäuse (130) beweglich gelagert ist, mittels eines Drehantriebs (150) um eine Spindelachse (172) drehbar ist, mittels eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse oszillierend antreibar ist und an einem werkzeugseitigen Ende eine Einrichtung zum Befestigen einer Honwerkzeuganordnung mit einem aufweitbaren Honwerkzeug aufweist. Weiterhin ist ein Aufweitantrieb zur Aufweitung des Honwerkzeugsvorgesehen, wobei der Aufweitantrieb mit dem Spindelgehäuse verbunden und mit einer im Inneren der Honspindel verlaufende Zustellstange (180) gekoppelt ist. Die Honmaschine ist gekennzeichnet durch ein Monocoque- Gehäuse (150), das einen als Spindelgehäuse dienenden Spindelgehäuse-Abschnitt (150-1) zur Aufnahme des Drehantriebs (135) und einen einstückig mit dem Spindelgehäuse-Abschnitt ausgebildeten Aufweitsystem-Abschnitt (150-2) zur Aufnahme des Aufweitantriebs (155) aufweist.

Description

Honmaschine
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Honmaschine zum Honen von Bohrungen in Werkstücken gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Das Honen ist 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 Schneidstoff körpern 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.
Eine zum Honen geeignete Honmaschine ist eine Werkzeugmaschine, deren Arbeitsspindel in der Regel als Honspindel bezeichnet wird. Die Honspindel ist in einem Spindelgehäuse beweglich gelagert, mittels eines Drehantriebs um ihre Längsmittelachse (Spindelachse) drehbar und mittels eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse oszillierend antreibar. An einem werkzeug- seitigen Ende weist die Honspindel eine Einrichtung zum Befestigen einer Honwerkzeuganordnung mit einem aufweitbaren Honwerkzeug auf. Für die Aufweitung des Honwerkzeugs gibt es unterschiedliche Konzepte. Häufig ist ein Aufweitantrieb zur Aufweitung des Honwerkzeugs vorgesehen, wobei der Aufweitantrieb mit dem Spindelgehäuse verbunden ist und über ein Aufweitgetriebe auf eine im Inneren der Honspindel verlaufende Zustellstange wirkt, die mittelbar oder unmittelbar eine radiale Verschiebung von Schneidstoffkörpern des Honwerkzeugs bewirkt.
Zur Optimierung der Wirtschaftlichkeit und Qualität von Honverfahren werden zunehmend hochdynamische Direktantriebe für Hub und Rotation eingesetzt, die eine Honbearbeitung mit hohen Hubgeschwindigkeiten (zurzeit beispielsweise bis ca. 100 m/min) und Drehzahlen (zur- zeit beispielsweise bis ca. 5000 U/min) ermöglichen. Es besteht Bedarf an Honmaschinen, die auch unter sehr dynamischen Arbeitsbedingungen den angestrebten Zweck erfüllen.
Zur hochdynamischen Bewegung von Maschinenteilen sind Direktantriebe bekannt, insbesondere in der Ausführung als Linearmotor. In der DE 102 25 514 B4 ist eine Honmaschine beschrieben, deren Hubantrieb ein Linearmotor ist. Direktantriebe zeichnen sich durch das Potential aus, hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der damit angetriebenen Maschinenachse bei gleichzeitiger reibungsfreier Bewegungserzeugung zu ermöglichen.
AUFGABE UND LÖSUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Honmaschine bereitzustellen, die eine wirtschaftliche Fertigung gehonter Werkstücke mit kurzen Taktzeiten bei hoher Qualität ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Honmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird zur Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Eine Honmaschine gemäß der beanspruchten Erfindung weist ein Monocoque-Gehäuse auf, das einen als Spindelgehäuse dienenden Spindelgehäuse-Abschnitt zur Aufnahme des Drehantriebs und einen einstückig mit dem Spindelgehäuse-Abschnitt ausgebildeten Aufweitsystem- Abschnitt zur Aufnahme des Aufweitantriebs aufweist.
Sofern der Aufweitantrieb über ein Aufweitgetriebe mit der Zustellstange bewegungstü bertragend gekoppelt ist, ist vorzugsweise auch das Aufweitgetriebe in dem Aufweitsystem-Abschnitt untergebracht. Es gibt auch getriebefreie Aufweitsysteme, z.B. solche, bei denen der Aufweitantrieb ein Tauchspulenantrieb ist.
Ein Monocoque-Gehäuse bietet gegenüber herkömmlichen Lösungen mit separaten Gehäusen für Drehantrieb und Aufweitantrieb u.a. die Möglichkeit einer erheblichen Gewichtsersparnis, da aufgrund der integrierten Bauform einige Gehäuseteile, Flansche, Befestigungsmittel etc. entfallen können. Dies bringt gerade bei Honmaschinen spezifische Vorteile. Bei Honmaschinen müssen Antriebe neben den Prozesskräften auch Gewichts- und Beschleunigungskräfte aufbringen. Insbesondere bei hochdynamischen Maschinen und/oder vertikal verlaufenden Achsbewegungen führt dies dazu, dass große Antriebsleistungen vorgehalten werden müssen, die meist ihrerseits wieder mit einer Vergrößerung der bewegten Masse einhergehen. Eine Gewichtsersparnis schafft hier erheblich bessere Bedingungen.
Neben der Gewichtsersparnis ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Präzision der gegenseitigen Ausrichtung von Aufweitantrieb oder Aufweitsystem und Drehantrieb und bei der Montage. Während bei herkömmlichen Honmaschinen das Aufweitsystem typischerweise als eine vom Spindelgehäuse separate Baugruppe gefertigt wurde, die mithilfe eines Anschlussflansches an das Spindelgehäuse mit Drehantrieb angeflanscht wurde, können diese Montageschritte bei Verwendung eines Monocoque-Gehäuses entfallen. Wegen der integrierten Gehäusebauform und dem Wegfall von Verbindungsstellen zwischen separaten Gehäusen besteht auch nicht mehr die Gefahr, dass sich die Verbindungen zwischen separaten Gehäuseteilen bei längerer Wechselbeanspruchung lockern können.
Es ist möglich, das Monocoque-Gehäuse aus einem konventionellen Stahl Werkstoff herzustellen. Vorzugsweise werden jedoch weitere Maßnahmen zur Gewichtsreduzierung ergriffen. Ein Monocoque-Gehäuse könnte z.B. als Aluminiumgussteil (Aluminium oder Aluminiumlegierung, z.B. Al-Mg) hergestellt werden. Als besonders vorteilhaft werden Ausführungsformen angesehen, bei denen das Monocoque-Gehäuse als Leichtbau-Komponente unter Verwendung eines Leichtbau-Konstruktionswerkstoffs hergestellt ist. Wenn das mit der Honspindel bewegliche Monocoque-Gehäuse eine Leichtbau-Komponente, d.h. eine unter Verwendung eines Leichtbau-Konstruktionswerkstoffs hergestellte Komponente, ist, dann kann die bewegte Masse gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich reduziert werden. Eine geringere bewegte Masse bewirkt, dass mit der zur Verfügung stehenden Kraft eine höhere Beschleunigung der Masse möglich ist. Dies ist besonders beim Honen vorteilhaft, da hier bei der Hubbewegung eine axiale hin- und hergehende Bewegungskomponente vorliegt. Noch deutlicher wird der Nutzen bei Vertikal-Honmaschinen, da bei einer vertikalen Anordnung der axialen Bewegung die Reduktion der Gewichtskraft der bewegten Bauteile sich zusätzlich positiv auf das dynamische Verhalten der Honmaschine auswirkt.
Bei vielen Bearbeitungsaufgaben ist die Amplitude der axialen Bewegung durch äußere Beschränkungen wie die Werkstücklänge vorgegeben. Eine Erhöhung der Maximalgeschwindigkeit und der Beschleunigung in den Umsteuerpunkten der Hubbewegung führt zu einer erhöhten mittleren Axialgeschwindigkeit. Oftmals begrenzt die Axialgeschwindigkeit die mögliche Schnittgeschwindigkeit und somit den erreichbaren Werkstoffabtrag. Deshalb können mit erhöhten axialen Geschwindigkeiten letztendlich kürzere Bearbeitungszeiten und somit kürzere Taktzeiten für ein Werkstück erreicht werden. Gemeinsam mit erhöhter Dynamik von bewegten Maschinenteilen können auch Schwingungen auftreten. Diese sind in der Regel unerwünscht, da die Bearbeitungsqualität durch diesen Störfaktor sinkt. Durch die Verwendung geeigneter Leichtbau-Konstruktionswerkstoffe mit hoher Steifigkeit und guten Dämpfungseigenschaften anstelle massiver Bauteile aus Stahl oder anderen herkömmlicher Konstruktionswerkstoffen lassen sich unerwünschte Schwingungen stärker dämpfen, so dass das Bearbeitungsergebnis verbessert wird.
Eine verringerte bewegte Masse kann weiterhin zur Senkung des Energieverbrauchs einer Bearbeitungsmaschine beitragen, so dass hier eine Steigerung der Energieeffizienz als zusätzlicher Nutzen entsteht.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Monocoque-Gehäuse unter Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs hergestellt. Komponenten, die unter Verwendung (mindestens) eines Faserverbundwerkstoffs hergestellt werden, können ausreichend Steifigkeit und gute Dämpfung bei sehr geringer Masse bieten. Durch die Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs für die Herstellung oder bei der Herstellung einer mit der Honspindel beweglichen Komponenten der Honmaschine ist es möglich, das Gewicht und die Massenträgheit der entsprechenden Komponente im Vergleich zu einer ähnlich gestalteten und dimensionierten Komponente aus einem metallischen Werkstoff (zum Beispiel Stahlwerkstoff oder Aluminiumwerkstoff) erheblich zu reduzieren. Gleichzeitig kann eine ausreichende Steifigkeit der entsprechenden Komponente sichergestellt werden. Hierdurch kann die Steigerung der Dynamik der Honbearbeitung ohne Einbußen bei der Qualität erreicht werden.
Vorzugsweise wird als Faserverbundwerkstoff ein carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) verwendet, der auch als kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (KFK) bezeichnet werden kann. Bei einem derartigen Faserverbundwerkstoff sind Kohlestofffasern in einer Matrix aus Kunststoff (beispielsweise einem Epoxidharz, einem anderen Duromer oder einem Thermoplast) eingebettet. Dabei profitieren die mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Faserverbundwerkstoffs von der Zugfestigkeit der Kohlenstofffasern. Die Kunststoff-Matrix verhindert, dass sich die Fasern unter Belastung gegeneinander verschieben und trägt außerdem zu den Dämpfungseigenschaften des Materials bei. Alternativ oder zusätzlich ist es z.B. auch möglich, als Faserverbundwerkstoff einen glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) zu verwenden. Bei der Herstellung einer mit der Honspindel beweglichen Komponente können zwei oder mehr Faserverbundwerkstoffe unterschiedlichen Typs kombiniert werden.
Eine unter Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs hergestellte Leichtbau-Komponente kann im Wesentlichen vollständig aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial bestehen. In manchen Fällen ist es auch möglich, die entsprechende Leichtbau-Komponente so zu konstruieren, dass sie einen Kern geringer Massendichte aufweist, der durch eine Hülle aus Faserverbundwerkstoff umschlossen ist. Hierdurch kann bei mindestens gleichbleibender mechanischer Stabilität der Komponente die bewegliche Masse weiter verringert werden. Der Kern kann beispielsweise im Wesentlichen aus einem druckstabilen Leichtmaterial bestehen, in welchem Hohlräume eingeschlossen sind.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, das Monocoque-Gehäuse und/oder eine oder mehrere andere mit der Honspindel bewegliche Komponenten unter Verwendung eines Metallschaums herzustellen, beispielsweise eines Aluminiumschaums.
Weiterhin ist es alternativ oder zusätzlich möglich, dass die drehbar gelagerte Honspindel als Leichtbau-Komponente ausgebildet ist.
Bei manchen Ausführungsformen weist der Hubantrieb einen Linearmotor mit einem an einem Ständer der Honmaschine befestigten Primärteil und einen gegenüber dem Primärteil linear verfahrbaren Sekundärteil auf, welches in einen das Spindelgehäuse tragenden Schlitten integriert ist, wobei mindestens ein Bauteil des Schlittens als Leichtbau-Komponente ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Schlitten eine Schlittenplatte enthalten, die als Leichtbau- Komponente ausgebildet ist.
Neben den erheblichen Vorteilen im Betrieb der Honmaschine lassen sich auch bei der Herstellung Vorteile erzielen. Bei manchen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leichtbau- Komponente, insbesondere das Monocoque-Gehäuse, ggf. auch andere Komponenten, unter Nutzung eines endformnahen Herstellungsverfahrens hergestellt ist, welches mindestens einen Fertigungsschritt des Laminierens, des Aufschäumens und/oder des 3D-Druckens umfasst. Solche Herstellungsverfahren kommen in der Regel mit relativ wenig spanender Nachbearbeitung oder völlig ohne spanende Nachbearbeitung aus und erlauben eine schnelle, kostengünstige Herstellung auch komplexer Formen.
Die Komponenten der Honmaschine sind während des Betriebs teilweise erheblichen dynamischen und statischen Belastungen ausgesetzt. Um diesen dauerhaft standhalten zu können, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass die Leichtbau-Komponente an mindestens einer Verbindungsstelle zur Verbindung der Leichtbau-Komponente mit einem anderen Bauteil ein nicht aus einem Leichtbau-Konstruktionswerkstoff bestehendes Einlegeteil aufweist. Das Einlegeteil kann beispielsweise im Wesentlichen aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Mes- sing oder Titan bestehen. Hierdurch kann beispielsweise im Bereich von Schraubverbindungen zu benachbarten Komponenten eine Stabilisierung der Leichtbau-Komponente erzielt werden.
Die Möglichkeit, auch komplexe Formen mithilfe eines Leichtbau-Konstruktionswerkstoffes schnell und günstig herzustellen, wird bei manchen Ausführungsformen dadurch genutzt, dass in der Leichtbau-Komponente mindestens ein von einer Eingangsöffnung zu einer Ausgangsöffnung führender Durchgangskanal ausgebildet ist, durch den ein fließfähiges Medium oder mindestens eine Leitung hindurchgeführt oder hindurchführbar ist. Solche Durchgangskanäle können beispielsweise vorgesehen sein, um Kühlschmierstoffleitungen, Pneumatikleitungen, elektrische Leitungen und/oder Ähnliches hindurchzuführen. Werden solche Leitungen durch das Innere einer Leichtbau-Komponente hindurchgeführt, können sie durch die Leichtbau- Komponente gegen Umgebungseinflüsse geschützt werden und die gesamte Honmaschine macht darüber hinaus einen„aufgeräumten" Eindruck. Ein Durchgangskanal kann auch unmittelbar als Leitung für ein fließfähiges Medium, z.B. ein Kühlflüssigkeit oder Kühlschmierstoff, genutzt werden.
Die Honmaschine kann als Horizontal-Honmaschine (mit horizontal ausgerichteter Honspindel) oder als Vertikal-Honmaschine (mit vertikal ausgerichteter Honspindel) ausgestaltet sein. Besondere Vorteile bieten sich bei Vertikal-Honmaschinen, da dort auch der Einfluss der Gewichtskraft auf die Hubbewegung durch Verwendung von Leichtbau-Komponenten reduziert werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
Fig. 1 zeigt einige Komponenten einer Honmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 1A einen Längsschnitt und Fig. 1 B eine vertikale Draufsicht zeigt;
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer Honmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau eine Honmaschine mit konventionellem Aufbau. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Zur Erleichterung des Verständnisses von Verbesserungen und Vorteilen erfindungsgemäßer Honmaschinen im Vergleich zum Stand der Technik wird zunächst anhand von Fig. 3 ein Beispiel einer herkömmlichen Honmaschine 300 erläutert, welche im Prinzip so aufgebaut sein kann, wie in der DE 102 25 514 B4 beschrieben. Auf einer Bearbeitungsplattform ist ein Werkstück 390 aufgespannt, dessen Bohrung 392 mithilfe des Honwerkzeugs 380 gehont werden soll. Das Honwerkzeug 380 ist in einen Konus am unteren Ende einer Honspindel 370 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.
Die Honspindel ist in einem metallischen Spindelgehäuse 330 beweglich gelagert und kann mittels eines Drehantriebs in Form eines in das Spindelgehäuse integrierten Elektromotors um ihre Spindelachse (Längsmittelachse) gedreht werden. Dadurch wird die rotative Komponente der Arbeitsbewegung des Honwerkzeugs erzeugt.
Die Honspindel wird mittels eines Hubantriebs parallel zu ihrer Spindelachse oszillierend angetrieben. Der Hubantrieb umfasst einen elektrischen Linearmotor mit einem an einem Ständer 302 der Honmaschine befestigten Primärteil und einem gegenüber dem Primärteil linear verfahrbaren Sekundärteil. Der Sekundärteil ist in einen aus Stahl hergestellten Schlitten 310 integriert, der an einer vertikalen Führungseinrichtung linear verfahrbar geführt ist. Der Schlitten 310 trägt das Spindelgehäuse 330, welches somit gemeinsam mit dem Schlitten vertikal auf- und ab bewegt werden kann. Der Sekundärteil ist dabei der bewegte Teil und der Primärteil der ortsfeste Teil eines elektrischen Linearmotors.
Für die Aufweitung des aufweitbaren Honwerkzeugs, also für die Veränderung des wirksamen Durchmessers des Honwerkzeugs, ist ein elektrischer Aufweitantrieb vorgesehen, der über ein Aufweitgetriebe mit einer im Inneren der Honspindel 370 axial beweglich geführten Zustellstange gekoppelt ist. Das metallische Gehäuse 350, welches den Aufweitantrieb umgibt, ist an die Oberseite des Spindelgehäuses angeflanscht.
Zur Bearbeitung der Bohrung 392 wird die Honeinheit mit Spindelgehäuse 330 und Honspindel 370 sowie dem darin aufgenommenen Honwerkzeug 380 so weit abgesenkt, dass die Honleisten 382 des Honwerkzeugs in die Bohrung eintauchen. Dann wird die Honspindel 370 gleichzeitig hin und her (das heißt auf und ab) bewegt und gedreht. Die beiden Arbeitsbewegungen wer- den so aufeinander abgestimmt, dass an der Innenfläche der bearbeiteten Bohrung ein für das Hon typisches Kreuzschliffmuster entsteht.
Der vertikale Träger 302 sowie die daran angebrachten Laufschienen für den Schlitten 310 und der Primärteil des Linearmotors gehören zu den ortsfesten Komponenten der Honmaschine. Der Schlitten 310 mit dem darin integrierten Sekundärteil des Linearmotors sowie alle von dem Schlitten getragenen Komponenten gehören zu denjenigen Komponenten, die während der Bearbeitung gemeinsam in der Honspindel bewegt werden.
Anhand der Fig. 1A, 1 B und 2 werden nun Ausführungsbeispiele von Honmaschinen beschrieben, die gemäß der beanspruchten Erfindung ausgebildet sind. Die ortsfesten Komponenten können dabei genauso ausgestaltet sein wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben. Auch das Honwerkzeug sowie die Einrichtungen zum Befestigen der Honwerkzeuganordnung mit einem aufweitbaren Honwerkzeug am werkzeugseitigen Ende der Honspindel können strukturell ähnlich oder identisch zu denjenigen des Standes der Technik sein. Wichtige Unterschiede liegen im Aufbau und zum Teil in der Gestaltung von Komponenten der Honmaschine, die während der Bearbeitung gemeinsam mit der Honspindel bewegt werden.
Die Honspindel 170 des Ausführungsbeispiels ist innerhalb eines Gehäuses 150 mithilfe von Wälzlagern derart drehbar gelagert, dass sie sich um ihre vertikale Spindelachse 172 gegenüber dem Gehäuse 150 drehen kann. Der Drehantrieb 135 ist als elektrischer Direktantrieb ausgebildet und umfasst einen fest im Gehäuse 150 montierten Stator 135-1 sowie einen an der Außenseite der Honspindel 170 montierten Rotor 135-2, der sich innerhalb des Stators drehen kann.
Die Honspindel 170 hat eine innere Durchgangsbohrung, in der eine Zustellstange 180 des Aufweitsystems axial beweglich geführt ist. Die Zustellstange dreht sich mit der Drehzahl der Honspindel mit dieser mit. Die Axialbewegung der Zustellstange wird mithilfe eines Aufweitantriebs 155 bewirkt, der als elektrischer Direktantrieb ausgebildet ist. Ein Stator 155-1 des Aufweitantriebs ist in Bezug auf das Gehäuse 150 fest montiert. Der gegenüber dem Stator drehbare Rotor 155-2 ist mit einer Spindelmutter 157 gekoppelt, deren Innengewinde mit dem Außengewinde einer Gewindespindel 158 des Aufweitantriebs zusammenwirkt. Die Gewindespindel 158 ist fest einem fest mit dem Gehäuse 150 verbundenen Gehäusedeckel angebracht. Bei Drehung des Rotors läuft die Spindelmutter an der Gewindespindel entlang, wodurch der (kürzere) Rotor axial gegenüber dem (längeren) Stator axial bewegt wird. Die Spindelmutter ist über eine mit der Spindelmutter drehende und gegenüber der Zustellstange drehbar gelagerte Aufnahmehülse 159 mit der Zustellstange so gekoppelt, dass die Axialbewegung der Spindelmutter auf die Zustellstange übertragen wird. Somit bewirkt eine Drehung des Rotors 155-2 des Aufweitantriebs 155 gegenüber dem Stator eine axiale Bewegung der Zustellstange 180 parallel zur Spindelachse 172. Diese Zustellung kann taktend oder geregelt erfolgen. Die Kombination aus Spindel 158 und Spindelmutter 157 wirkt als Aufweitgetriebe, das die Drehung des Rotors in eine axiale Bewegung der Zustellstange umwandelt.
Eine Besonderheit besteht darin, dass das Gehäuse 150 im Wesentlichen aus einem einzigen Bauteil besteht, das sowohl als Gehäuse für den Drehantrieb 135 der Honspindel 170 als auch als Gehäuse für den Aufweitantrieb 155 dient. Hierzu hat das Gehäuse 150 einen Spindelgehäuse-Abschnitt 150-1 , der den Stator 135-1 des Drehantriebs 335 für die Honspindel umschließt, sowie einen einstückig mit dem Spindelgehäuse-Abschnitt ausgebildeten, im Durchmesser kleineren Aufweitsystem-Abschnitt 150-2, der u.a. zur Aufnahme des Aufweitantriebs 155 dient. Diese Integration mehrerer im Stand der Technik getrennt gefertigter Bauteile und danach aneinander montierter Bauteile in einem einzigen Bauteil wird hier auch als Monoco- que-Gehäuse 150 bezeichnet.
Im Vergleich zum Stand der Technik gemäß Fig. 3 entfällt unter anderem die Schnittstelle zwischen dem Gehäuse des Spindelmotors und dem davon gesonderten Gehäuse, welches den Aufweitantrieb und das Aufweitgetriebe umschließt. Somit können potenzielle Fehlerursachen, wie beispielsweise das unbeabsichtigte Lösen von Verbindungen im Bereich der Schnittstelle bei längerem Betrieb sowie eventuelle Fehljustierungen bei der Ausrichtung von Aufweitantrieb und Spindelantrieb prinzipiell vermieden werden.
Eine weitere Besonderheit liegt darin, dass mehrere gemeinsam mit der Honspindel 170 bewegliche Komponenten als Leichtbau-Komponenten unter Verwendung mindestens eines Leichtbau-Konstruktionswerkstoffs hergestellt sind.
Beispielsweise ist das Gehäuse 150 (Monocoque-Gehäuse) ein einstückiger, länglicher Hohlkörper, dessen Wandabschnitte unter Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs, beispielsweise Karbon-faserverstärktem Kunststoff (CFK), hergestellt sind. Dabei bestehen die äußeren und inneren Wandungen des Monocoque-Gehäuses im Wesentlichen aus schichtweise laminiertem Faserverbundwerkstoff FV, während zwischen den Außenwänden ein Kern K mit geringer Massendichte liegt, der beispielsweise durch druckstabilen Füllstoff mit Glaskügelchen oder anderen steifen, leichten Hohlkörpern gefüllt ist (siehe Detailvergrößerung in Fig. 1A). Im Vergleich zu einem aus Stahl Werkstoff oder einem anderen massiven metallischen Werkstoff hergestellten Gehäuse gleicher Dimensionen ergibt sich dadurch eine erhebliche Gewichtsersparnis bei mindestens gleichbleibender Steifigkeit. Weiterhin ist der am ortsfesten Ständer 102 linear geführte Schlitten 1 10 bei gleicher Dimension wie ein herkömmlicher Schlitten wesentlich leichter, da die Schlittenplatte 1 12 als wesentliche Komponente des Schlittens ebenfalls als Leichtbau-Komponente unter Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs hergestellt ist. Die darin integrierten Komponenten, beispielsweise der Sekundärteil des Linearmotors für die Hubbewegung können wie bei der herkömmlichen Honmaschine ausgestaltet sein.
In der Schlittenplatte 1 12 verläuft ein von oben nach unten durchgehender Durchgangskanal 1 13, durch den ausgehend von einem (nicht dargestellten) oberen Medienanschluss eine Kühlflüssigkeit zur Werkzeugkühlung hindurchgeleitet werden kann. Weiterhin verlaufen in der Schlittenplatte 1 12 und im Monocoque-Gehäuse weitere Durchgangsbohrungen 1 14A, 1 14B, die von einem oberen Medienanschluss durch horizontale Abschnitte hindurch in das Innere des Monocoque-Gehäuse führen. Diese dienen der Zufuhr von Kühlflüssigkeit für die Kühlung des Drehantriebs 135. Durch weitere vertikale Durchgangskanäle 1 15 können elektrische Leitungen, z.B. für Geber oder Sensoren, hindurchgeführt werden.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist in den meisten Details ähnlich oder identisch aufgebaut wie das Ausführungsbeispiel von Fig. 1. Ein Unterschied besteht in der Ausgestaltung der inneren Kontur des Monocoque-Gehäuses 250 im Bereich des Übergangs zwischen dem Aufweitsystem-Abschnitt 250-2 und dem daran anschließenden Spindelgehäuse-Abschnitt 250-1 größeren Durchmessers. Der Stator des Aufweitantriebs stützt sich im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 axial auf einen Ringbund 156 ab, der ausgehend von der Gehäusewandung nach innen ragt und eine Durchgangsöffnung für die Zustellstange umgibt. Zur Erzeugung dieses Ringbundes bzw. dieser Schulter werden bei der Herstellung des Ausführungsbeispiels zwei Formen verwendet, nämlich eine Form, welche von oben den Innenbereich bis zur der Schulter (Ringbund 156) reicht und eine andere Form, welche von der unteren Durchlassöffnung für die Honspindel bis zur Schulter reicht.
Bei der Variante von Fig. 2 entfällt dieser Ringbund, wodurch es möglich ist, das Monocoque- Gehäuse 250 mit nur einer einzigen Innenform herzustellen, die von der Seite des größeren Durchmessers eingeführt und an dieser Seite auch entnommen werden kann. Um die Stützfunktion für den Stator zu gewährleisten, ist beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 vorgesehen, dass diejenige Innenhülse 255, die unter anderem das obere Drehlager für die Honspindel hält, in Richtung des kleineren Durchmessers fortgeführt wird und am Ende nach innen gezogen ist, so dass eine Abstützfläche für den Stator gebildet wird.
Einige Aspekte bevorzugter Ausführungsbeispiele könne wie folgt beschrieben werden Die Masse einiger Komponenten einer Honspindeleinheit, die im Regelfall einer Bewegung ausgesetzt sind, wird durch die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen und/oder anderen Leichtbau-Konstruktionswerkstoffen reduziert. Während Antriebs- und Lagerkomponenten nicht primär in einem Verbundwerkstoff ausgeführt werden können, bieten sich für Gehäuse- und Verbindungsbauteile die Ausführungen als Verbundwerkstoff, beispielsweise Glasfaserverstärkter oder Kohlenstofffaser-verstärkter Kunststoff (GFK/CFK), an. Weiterhin sind geschäumte Werkstoffe wie Metallschäume (z.B. Aluminiumschaum) in Rohform, als Sandwich- Komponenten mit Deckblechen oder als Füllmaterial zwischen Innen- und Außengeometrie möglich.
Während Stahl eine Dichte von ca. 7,85 g/cm3, Aluminium 2,71 g/cm3, und Titan eine Dichte von 4,5 g/cm3 aufweist, beträgt die Zugfestigkeit, ein Maß für die mechanische Belastbarkeit des Werkstoffes, bei Stahl ca. 300-900 N/mm2 bei Aluminium ca. 60-500 N/mm2, und bei Titan ca. 300-1000 N/mm2.
Glasfaserverbundwerkstoffe haben bei einer Dichte von ca. 2 g/cm3 eine Zugfestigkeit von, je nach Richtung der Fasern, bis zu 1000 N/mm2. Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe weisen bei einer Dichte von ca.1 ,5 g/cm2 eine Zugfestigkeit von bis zu 1400 N/mm2 auf. Aramidfa- serverstärkte Kunststoffe weisen bei ähnlichen Zugfestigkeiten wie Kohlenstofffaserverstärke Kunststoffe noch geringere Dichten von ca. 1 ,4 g/cm3 auf. Aluminiumschäume in Reinform haben eine Dichte von -0,5 g/cm3. Mit Verbund- bzw. Sandwichmaterialien erscheinen etwa 1 ,0 g/cm3 realistisch.
Eine werkstoffgerechte Ausführung der Geometrie der mit der Honspindel beweglichen Komponenten kann dazu beitragen, die Potentiale von Leichtbau-Konstruktionswerkstoffen beim Aufbau einer Honspindeleinheit auszuschöpfen. Dies kann u.a. bedeuten, dass Bauteile möglichst schlank gestaltet sein können und nur an Stellen, die Kräfte aufnehmen oder ableiten, mehr Werkstoff vorhanden sein sollte.
Durch Reduktion von Verbindungsstellen sowie eine Substitution von Schraubverbindungen z.B. durch Klebverbindungen oder Einlaminieren von Verbindungsteilen lässt sich die bewegte Masse reduzieren. Bei laminierten oder geschäumten Bauteilen (wie z.B. GFK, CFK, Aramidfa- sern...) ist im Bereich von Verbindungsstellen aus konstruktiven Gründen die Verwendung von vollmetallischen Einlegeteilen möglich, bspw. aus den Werkstoffen Stahl, Aluminium, Magnesium, Messing oder Titan. Zur Umsetzung des Leichtbaugedankens ist weiterhin die Verwendung des in dieser Anmeldung vorgeschlagenen Monocoques, d.h. eines ganzheitlichen Gehäusekörpers möglich. Beispielsweise ist ein durchgängiges Rohr möglich, in dem sämtliche Komponenten (Spindelmotor zur Erzeugung der Werkzeug-Rotation, Aufweitgetriebe zur aktiven Werkzeugzustellung und Spannen/Lösen des Werkzeuges in der Bearbeitungsspindel ...) sowie Verbindungselemente und Schnittstellen (Kabel, Medien) integriert sind. Dadurch lässt sich die Anzahl der verwendeten Bauteile, und damit auch die Masse, reduzieren.
Eine endformnahe Herstellung gibt die Möglichkeit, mit minimaler Nachbearbeitung, beispielsweise nur an Passungen und Anschraubflächen, und anschließender Montage vormontierter Einzelbaugruppen eine masse- und leistungsorientierte Bearbeitungseinheit einfach herzustellen. Durch die Reduktion der Anzahl von Bauteilen liegen weniger Schnittstellen vor, wodurch die Wahrscheinlichkeit sich lösender Verbindungen sinkt. Das Monocoque-Gehäuse leitet die auftretenden Kräfte bestmöglich innerhalb des Gehäusekörpers ab. Diese Aspekte erhöhen die Genauigkeit der Bearbeitungseinheit.

Claims

Patentansprüche
1 . Honmaschine (100) zum Honen von Bohrungen in Werkstücken mit:
einer Honspindel (170), die
in einem Spindelgehäuse (130) beweglich gelagert ist,
mittels eines Drehantriebs (150) um eine Spindelachse (172) drehbar ist,
mittels eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse oszillierend antreibar ist und
an einem werkzeugseitigen Ende eine Einrichtung zum Befestigen einer Honwerkzeuganordnung mit einem aufweitbaren Honwerkzeug aufweist, und
einem Aufweitantrieb zur Aufweitung des Honwerkzeugs, wobei der Aufweitantrieb mit dem Spindelgehäuse verbunden und mit einer im Inneren der Honspindel verlaufende Zustellstange (180) gekoppelt ist;
gekennzeichnet durch ein Monocoque-Gehäuse (150), das einen als Spindelgehäuse dienenden Spindelgehäuse-Abschnitt (150-1 ) zur Aufnahme des Drehantriebs (135) und einen einstückig mit dem Spindelgehäuse-Abschnitt ausgebildeten Aufweitsystem-Abschnitt (150-2) zur Aufnahme des Aufweitantriebs (155) aufweist.
2. Honmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aufweitantrieb (155) über ein Aufweitgetriebe mit der Zustellstange (180) gekoppelt ist, wobei das Aufweitgetriebe in dem Aufweitsystem-Abschnitt (150-2) untergebracht ist.
3. Honmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Monocoque- Gehäuse (150) als Leichtbau-Komponente unter Verwendung eines Leichtbau- Konstruktionswerkstoffs hergestellt ist.
4. Honmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Monocoque- Gehäuse (150) als Leichtbau-Komponente unter Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs hergestellt ist, wobei der Faserverbundwerkstoff vorzugsweise ein carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) ist.
5. Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Monocoque-Gehäuse (150) mindestens eine weitere mit der Honspindel bewegliche Komponente der Honmaschine als Leichtbau-Komponente unter Verwendung eines Leichtbau-Konstruktionswerkstoffs, insbesondere eines Faserverbundwerkstoffs, hergestellt ist.
6. Honmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die unter Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs hergestellte Leichtbau-Komponente einen Kern (K) geringer Massendichte aufweist, der durch eine Hülle aus Faserverbundwerkstoff (FV) umschlossen ist, wobei vorzugsweise der Kern im Wesentlichen aus einem druckstabilen Leichtmaterial besteht, in welchem Hohlräume eingeschlossen sind.
7. Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubantrieb einen Linearmotor mit einem an einem Ständer (102) der Honmaschine befestigten Primärteil und einem gegenüber dem Primärteil linear verfahrbaren Sekundärteil aufweist, welches in einen das Spindelgehäuse (150) tragenden Schlitten (1 10) integriert ist, wobei eine Schlittenplatte (1 12) und/oder ein mindestens anderes Bauteil des Schlittens (1 10) als Leichtbau-Komponente ausgebildet ist
8. Honmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtbau-Komponente unter Nutzung eines endformnahen Herstellungsverfahrens hergestellt ist, welches mindestens einen der folgenden Schritte umfasst: Laminieren; Schäumen; SD- Drucken.
9. Honmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtbau-Komponente an mindestens einer Verbindungsstelle zur Verbindung der Leichtbau- Komponente mit einem anderen Bauteil ein nicht aus einem Leichtbau-Konstruktionswerkstoff bestehendes Einlegeteil aufweist, wobei vorzugsweise das Einlegeteil im Wesentlichen aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Messing oder Titan besteht.
10. Honmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Leichtbau-Komponente (150, 1 12) mindestens ein von einer Eingangsöffnung zu einer Ausgangsöffnung führender Durchgangskanal (1 13, 1 14A, 1 14B, 1 15) ausgebildet ist, durch den ein fließfähiges Medium oder mindestens eine Leitung hindurchgeführt oder hindurchführbar ist.
1 1 . Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Honmaschine (100) eine Vertikal-Honmaschine mit einer vertikal ausgerichteten Honspindel ist.
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