EP2812152B1

EP2812152B1 - Honmaschine mit mehreren arbeitsstationen und rundtisch

Info

Publication number: EP2812152B1
Application number: EP13702991.4A
Authority: EP
Inventors: Bernd Nagel; Günther Roth
Original assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Current assignee: Nagel Technologies GmbH
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: DE202013012303U1; DE202013012445U1; DE202013012320U8; DE102012201730A1; JP6097312B2; EP2812152A1; WO2013117482A1; JP2015506852A; DE202013012320U1

Description

HINTERGRUND

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Honmaschine zur Durchführung von Honoperationen an mindestens einer Bohrung in einem Werkstück, insbesondere zur Honbearbeitung von Zylinderbohrungen in einem Zylinderkurbelgehäuse, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Stand der Technik

Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, bei dem ein vielschneidiges Honwerkzeug mit gebundenem Schneidmittel während einer Honoperation in der Bohrung eine aus zwei Komponenten bestehende Arbeitsbewegung ausführt, die zu einer charakteristischen Oberflächenstruktur der bearbeiteten Innenfläche führt, in der Regel mit überkreuzten Bearbeitungsspuren. Die von einer Honspindel einer Honmaschine auf das Honwerkzeug übertragene Arbeitsbewegung besteht daher in der Regel aus einer axial hin- und hergehenden Hubbewegung und einer dieser überlagerten Drehbewegung. Durch Honen sind endbearbeitete Oberflächen herstellbar, die extrem hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen sowie hinsichtlich der Oberflächenstruktur genügen. Dementsprechend werden beispielsweise beim Motorenbau Zylinderlaufflächen, d.h. Innenflächen von Zylinderbohrungen in einem Zylinderkurbelgehäuse (ZKG) oder in einer in ein Zylinderkurbelgehäuse einzubauenden Zylinderhülse, Lagerflächen für Wellen, z.B. in einer Kurbelwellenlagerbohrung, oder die zylindrischen Innenflächen in Pleuelaugen einer Honbearbeitung unterzogen. Auch Lagerflächen an Pleueln, Zahnrädern oder Bauteilen für andere Kraft- und Arbeitsmaschinen, beispielsweise Kompressoren, werden häufig mittels Honen bearbeitet.
Bei der Bearbeitung von Zylinderlaufflächen werden typischerweise mehrere unterschiedliche, aufeinander folgende Honoperationen durchgeführt, z.B. ein Vorhonen zur Erzeugung der erforderlichen Grundform und ein Fertighonen, mit dem die letztendlich benötigte Oberflächenstruktur erzeugt wird. Durch Messschritte kann der Bearbeitungserfolg überprüft werden.
Bei der Massenfertigung von Zylinderkurbelgehäusen und anderen durch Honen zu bearbeitenden Werkstücken werden häufig mehrspindlige Honmaschinen eingesetzt, die beispielsweise eine Vorhoneinheit und eine Fertighoneinheit umfassen, wobei ein vorgehontes Werkstück innerhalb der Honmaschine unmittelbar an die Fertighoneinheit übergeben werden kann. Bearbeitungseinrichtungen für weitere Prozesse, wie Messen und Entgraten, können in eine solche Honmaschine integriert sein. Zur Erhöhung der Fertigungskapazität kann eine Honanlage mehrere Honmaschinen in einer mit Hilfe eines Fördersystems verketteten Anordnung enthalten.
Das deutsche Patent DE 10 2007 045 619 B4 beschreibt eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung von Werkstücken, die insbesondere zum Honen und/oder Feinbohren von Zylinderbohrungen in Zylinderkurbelgehäusen eingerichtet werden kann. Innerhalb eines Moduls mit im Wesentlichen rechteckigen Grundriss sind an zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten je ein oder zwei horizontal verschiebbare Bearbeitungseinheiten zum Honen und/oder Feinbohren vorgesehen. Die Bearbeitungseinheiten sollen zur Durchführung aller Honverfahren und auch zum Feinbohren geeignet sein. Ein Modul ist als Kabine mit Seitenwänden entlang der beiden Längsseiten ausgestaltet. Die Bearbeitungseinheiten sind an horizontal verfahrbaren Schlitten befestigt, die entlang von Linearführungen laufen, welche an den einander zugewandten Innenseiten der Seitenwände angebracht sind. Zwischen den die Bearbeitungseinheiten tragenden Seitenwänden befindet sich ein Serviceraum, der für eine Bedienperson durch einen stirnseitigen Zugang erreichbar ist. Die Werkstücke werden durch miteinander fluchtende Portale in den Seitenwänden in jeweilige Bearbeitungsstationen transportiert, an denen sie von den jeweils an der zugeordneten Längsseite angeordneten Bearbeitungseinheiten erreicht werden können. Mit dem Modul sollen möglichst viele unterschiedliche Bearbeitungsverfahren, zumindest aber verschiedene Honverfahren und auch das Feinbohren, ohne Umbau durchgeführt werden können.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 053 503 A1 ist eine Honanlage zur Honbearbeitung von Werkstücken bekannt, die eine Vielzahl von Arbeitsstationen aufweist, die jeweils zur Durchführung mindestens eines Arbeitsschrittes an einem Werkstück konfiguriert sind, wobei mindestens ein Teil der Arbeitsstation als Honstation zur Durchführung mindestens einer Honoperation an einem Werkstück eingerichtet ist. Ein Fördersystem dient zur Förderung von Werkstücken zu den Arbeitsstationen und von den Arbeitsstationen. Jede der Arbeitstationen ist unmittelbar an das Fördersystem angeschlossen. Die Honanlage wird über eine Steuereinrichtung gesteuert. Durch diese Konfiguration ist es möglich, dass jede der Arbeitsstationen unabhängig von Vorgängen an anderen Arbeitsstationen von dem Fördersystem bedient werden kann, um entweder mit einem zu bearbeitenden Werkstück bestückt zu werden oder um ein bearbeitetes Werkstück abzufördern. Die Steuereinrichtung übernimmt in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit der einzelnen Arbeitsstationen die Verteilung der Werkstücke und steuert damit den Werkstückfluss durch die Honanlage. Bei Ausfall einer Arbeitsstation oder bei daran durchgeführten Wartungsarbeiten kann der Werkstückfluss umgeleitet werden. Eine solche Honanlage zeichnet sich durch hohe Verfügbarkeit ihrer Bearbeitungskapazität aus.
Die EP 0 499 653 A1 beschreibt eine Honmaschine mit mehreren Bearbeitungssstationen, in denen Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden können. Zum Transport der Werkstücke zwischen den Berabeitungsstationen ist ein Rundtich vorgesehen.
In der EP 1 616 665 A1 ist eine Honmaschine beschrieben, bei der ein Maschinenoberteil von zwei Stützen getragen wird. Das Maschinenoberteil trägt einen Schlitten mit einer Honeinheit, die mittels des Schlittens in horizonater Richtung linear verfahrbar ist. Damit kann die Honeinheit zwischen ihrer Bearbeitungsposition und einem im Verfahrbereich der Honeinheit angeordneten Werkzeugmagazin verfahren werden.
Die US 3,396,493 beschreibt eine Bearbeitungsanlage mit mehreren Honmaschinen, die am Umfang eines Rundtischs umfangsversetzt angeordnet sind.

AUFGABE UND LÖSUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Honmaschine bereitzustellen, mit der an einem Werkstück verschiedene Honoperationen und ggf. auch andere Bearbeitungsoperationen in kurzen Taktzeiten möglich sind. Insbesondere soll eine Honmaschine bereitgestellt werden, mit der eine Komplettbearbeitung von Zylinderbohrungen an Zylinderkurbelgehäusen bei möglichst kurzen, nicht für die Bearbeitung verfügbaren Nebenzeiten möglich ist.
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 durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Maschinenbasis bzw. das Maschinenunterteil der Honmaschine trägt im Randbereich mehrere vertikale Ständer, die wiederum ein Maschinenoberteil tragen, welches mit vertikalem Abstand oberhalb der Maschinenbasis angeordnet ist. Wenn die Maschinenbasis eine im Wesentlichen rechteckige Grundform hat, können die vertikalen Ständer in den Eckbereichen des Rechtecks angeordnet sein. Andere Querschnittsformen der Maschinenbasis sind möglich. Zwischen der Maschinenbasis und dem Maschinenoberteil wird ein Arbeitsraum der Honmaschine gebildet. Der Arbeitraum kann in den Bereichen zwischen den Ständern von der Seite her für einen Bediener zugänglich sein.
Der auf der Maschinenbasis angeordnete Rundtisch bildet eine maschineninterne Transfereinheit, mit der ein schneller Transfer der Werkstücke zwischen den einzelnen Arbeitsstationen realisiert werden kann. Durch den maschineninternen Rundtischtransfer ist es möglich, mit einer einzigen Ladestation zum Beladen und Entladen der Werkstückaufnahmen auszukommen. Im Gegensatz zu Transfermaschinen ist es also möglich, dass die Werkstücke die Honmaschinen an der gleichen Stelle verlassen, an der sie der Honmaschine zugeführt wurden. Dies erleichtert das Be- und Entladen und insbesondere auch die Ankopplung der Honmaschine an eine externes Fördersystem. Mit Hilfe eines externen Fördersystems kann die Honmaschine bei Bedarf mit anderen Honmaschinen und/oder mit sonstigen Bearbeitungsmaschinen zur Bildung einer Fertigungsanlage verkettet werden.
Bei der Honmaschine wird mindestens eine Honeinheit von dem Maschinenoberteil getragen. Die Honeinheit ist dabei so positioniert oder positionierbar, dass eine Bohrung eines Werkstücks, welches mit Hilfe des Rundtischs in eine Arbeitsposition bzw. Bearbeitungsposition der Honstation transportiert wurde, mittels eines von der Honspindel getragenen Honwerkzeugs durch Honen bearbeitet werden kann.
Die um eine vertikale Spindelachse drehbare und parallel zur Spindelachse hin- und her bewegbare Honspindel kann nach unten in den Arbeitsraum hineinragen, während einige oder alle anderen Komponenten der Honeinheit außerhalb des Arbeitsraums oberhalb des Maschinenoberteils angeordnet sein können. Durch die Portalbauweise kann u.a. erreicht werden, dass der seitliche Zugang zum Arbeitsraum durch Komponenten der Honeinheit nicht behindert wird. Zudem stellt sich die Portalbauweise als günstig zur Begrenzung von Maschinenvibrationen während der Bearbeitung heraus.
Das Maschinenoberteil kann so gestaltet sein, dass es den Arbeitsraum nach oben ähnlich wie ein Deckel weitgehend abschließt. Die oberhalb des Maschinenoberteils angeordneten Komponenten der Honseinheit müssen dann nicht verkleidet sein, da sie zum Arbeitsraum hin durch das Maschinenoberteil z.B. gegen Kühlschmierstoffspritzer geschützt werden.
Bei manchen Ausführungsformen hat die Maschinenbasis einen rechteckigen Querschnitt mit zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten und senkrecht zu verlaufenden Querseiten. Gemäß der beanspruchten Erfindung ist an jeder der Längsseiten eine Honstation angeordnet. Die zu den Honstationen gehörenden Bearbeitungspositionen der Werkstücke können einander diametral zur Rundtischachse gegenüberliegen. Der Rundtisch kann mittig zwischen den Längsseiten angeordnet sein, so dass sich ein symmetrischer Aufbau der Honmaschine mit guter Zugänglichkeit von jeder der Längsseiten ergibt.
Wenn jede der Honeinheiten eine einzige Honspindel hat, stehen für die Bearbeitung eines Werkstücks zwei nacheinander einsetzbare Honeinheiten zur Verfügung. Es ist auch möglich, dass wenigstens eine Honstation zwei oder mehr Honeinheiten aufweist, die zeitgleich beziehungsweise parallel arbeiten können. An einer solchen Honstation kann eine parallele Bearbeitung von zwei oder mehr Bohrungen eines Werkstücks erfolgen. Sind zwei Honstationen mit jeweils zwei Honeinheiten vorhanden, so stehen insgesamt vier Honeinheiten zur Verfügung, von denen jeweils zwei zeitgleich am gleichen Werkstück arbeiten können. Es besteht somit große Flexibilität hinsichtlich der in der Honmaschine an einem Werkstück durchführbaren Honoperationen, die einstufig oder mehrstufig sein können.
Da durch die Portalbauweise der Arbeitsraum von Seiten her zugänglich ist, kann die Honmaschine mit sehr kompakten Ausmaßen aufgebaut werden. Der Rundtisch kann dabei dazu benutzt werden, ein Werkstück vom Bereich einer Längsseite zum Bereich der gegenüberliegenden Längsseite zu transportieren. Bei manchen Ausführungsformen hat der Rundtisch einen Durchmesser, der mehr als 60 % oder mehr als 70 % einer in Querrichtung gemessenen Breite der Maschinenbasis beträgt. Insbesondere kann der Durchmesser zwischen ca. 75 % und ca. 95 % dieser Breite liegen. Ein im Vergleich zu den Außenabmessungen der Honmaschine relativ großer Rundtisch erlaubt es, in äußeren Randbereichen der Honmaschine angeordnete Arbeitsstationen zu bedienen, wobei gleichzeitig kompakte Dimensionen der Honmaschine in Querrichtung möglich sind.
Gleichzeitig ist es aufgrund des (im Vergleich zur Breite der Honmaschine) relativ großen Durchmessers in der Regel dennoch möglich, zusätzlich zu zwei an den Längsseiten angeordneten, diametral gegenüberliegenden Arbeitsstationen noch zwischenliegende Arbeitsstationen einzurichten, die beispielsweise über eine 90°-Drehung des Rundtisches nach einer Honbearbeitung erreicht werden können. Eine weitere Arbeitsstation kann beispielsweise eine Bürsteinheit oder eine andere zur Werkstückbearbeitung eingerichtete Bearbeitungseinheit enthalten. Es ist auch möglich, dass an einer Arbeitsstation eine Messeinrichtung installiert ist, so dass die Arbeitsstation als Messstation ausgelegt ist.
Bei der beanspruchten Erfindung ist eine Honeinheit an einem Schlitten angebracht, der von dem Maschinenoberteil getragen wird. Der Schlitten ist vorzugsweise an der Oberseite des Maschinenoberteils, also außerhalb des Arbeitsraums angeordnet. Der Schlitten ist horizontal linear entlang einer Verfahrrichtung verfahrbar, welche tangential zu einem zentrisch zur Rundtischachse liegenden Referenzkreis verläuft. Der Radius (Halbmesser) des Referenzkreises kann dabei dem radialen Abstand zwischen der Rundtischachse und einer zu bearbeitenden Bohrung in einem Werkstück entsprechen, das in einer Werkstückaufnahme des Rundtisches aufgenommen ist. Damit kann die Honspindel der Honeinheit durch Verfahren des Schlittens koaxial zu einer zu bearbeitenden Bohrung positioniert werden, aber auch an tangential versetzenden Positionen.
Bei geeigneter Anordnung eines Zylinderkurbelgehäuses in einer Werkstückaufnahme ist es auch möglich, mit einer Honspindel nacheinander unterschiedliche Bohrungen des Zylinderkurbelgehäuses zur Bearbeitung anzufahren. Um dies zu ermöglichen, ist bei manchen Ausführungsformen eine Werkstückaufnahme zur Aufnahme eines Zylinderkurbelgehäuses mit mehreren in Reihe angeordneten Zylinderbohrungen mit zueinander parallelen Zylinderachsen derart ausgebildet, dass alle Zylinderachsen in einer gemeinsamen Tangentialebene an den Referenzkreis liegen, wenn das Zylinderkurbelgehäuse durch den Rundtisch in einer Bearbeitungsposition positioniert ist.
Manche Ausführungsformen sind für einen automatischen Werkzeugwechsel ausgelegt, um die Honeinheiten zügig mit unterschiedlichen Honwerkzeugen bestücken zu können, falls beispielsweise beim Verschleiß eines Honwerkzeugs oder aber bei einem Wechsel zwischen unterschiedlichen Honoperationen ein Werkzeugwechsel nötig werden sollte. Hierzu haben manche Ausführungsformen eine Werkzeugwechseleinrichtung mit einem Werkzeugmagazin, das mehrere Bearbeitungswerkzeuge aufnehmen kann. Vorzugsweise ist eine Werkzeugwechseleinrichtung im Arbeitsbereich des linear verfahrbaren Schlittens derart angeordnet, dass die Honeinheit für einen Werkzeugwechsel zwischen der Honstation und der Werkzeugwechseleinrichtung verfahrbar ist.
Eine der Arbeitsstationen ist als Ladestationen zum Be- und Entladen der Werkstückaufnahme vorgesehen. Aufgrund des Rundtischtransfers reicht eine einzige Ladestation. Die Ladestation ist in manchen Ausführungsformen an einer Querseite der Maschinenbasis angeordnet, so dass eine 90°-Drehung des Rundtisches reicht, um ein Werkstück von der Ladestation zu einer Honstation beziehungsweise von einer Honstation zur Ladestation zu transportieren. Hierdurch ergeben sich extrem kurze Nebenzeiten für den Transport.
Für die Beladung bzw. Entladung des Rundtischs im Bereich der Ladestation gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Bei manchen Ausführungsformen ist ein Laderoboter oder ein Linearportal mit Querhub vorgesehen, um den Transfer zwischen einer Werkstückaufnahme auf dem Rundtisch und einer externen Fördereinrichtung beziehungsweise in umgekehrter Richtung durchzuführen. Vorzugsweise ist der Ladestation ein Pendelschlitten (shuttle) zugeordnet, der zwischen einer inneren Endposition zum Be- und Entladen des Rundtisches und einer äußeren Endposition außerhalb des durch die Maschinenbasis und des Maschinenoberteils definierten Arbeitsraums der Honmaschine verfahrbar ist. Der Pendelschlitten kann beispielsweise radial zur Rundtischachse linear verfahrbar sein.
Dadurch, dass die äußere Endposition außerhalb des Arbeitsraums liegt, kann eine Be- und Entladung des Pendelschlittens von oben durchgeführt werden, ohne dass die entsprechenden Ladeeinrichtungen oder Greifeinrichtungen durch das Maschinenoberteil gestört werden. Ein Pendelschlitten kann beispielsweise mit Hilfe eines Linearportals oder durch einen Roboter beladen werden, gegebenenfalls aber auch manuell.
Mit dem neuen Maschinenkonzept ist es möglich, eine Honmaschine mit gegebenenfalls mehreren Honeinheiten aufzubauen, die kompakte Außenabmessungen hat und sich hervorragend für die Integration in größere Fertigungslinien eignet.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine schematische Vorderansicht einer Honmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Honmaschine von Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht einer Honmaschine gemäß einer Ausführungsform mit externem Portallader; und
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer Honmaschine gemäß einer Ausführungsform mit internem Beladesystem;

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Honmaschine 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 zeigt die Honmaschine aus Fig. 1 in Draufsicht.
Die Honmaschine hat vier unabhängig voneinander steuerbare Honeinheiten und ist dafür eingerichtet, die Zylinderbohrungen von Werkstücken in Form von Zylinderkurbelgehäusen 102 zunächst durch Vorhonen und anschließend durch Fertighonen zu bearbeiten.
Die Honmaschine hat eine in Draufsicht rechteckige Maschinenbasis 110, die sämtliche mechanische Komponenten der Honmaschine trägt. Auf der Oberseite der Maschinenbasis sind in den Eckbereichen vier vertikale Ständer 112A bis 112D mittels Schrauben befestigt. Jeder der identisch aufgebauten Ständer hat einen quadratischen Querschnitt, ist innen hohl und ist gegenüber der nächstliegenden Ecke der Maschinenbasis leicht nach innen versetzt, wobei der Abstand zur Ecke jeweils geringer ist als die Seitenlänge des quadratischen Querschnitts. Die Ständer tragen ein horizontal ausgerichtetes, verwindungssteifes, plattenförmiges Maschinenoberteil 120, welches eine rechteckige Grundform hat und mit seiner Unterseite 122 auf den Oberseiten der Ständer aufliegt.
Die in y-Richtung des Maschinenkoordinatensystems MKS gemessene Breite der Maschinenbasis beträgt im Beispielsfall 2400 mm und liegt typischerweise zwischen 2000 mm und 2500 mm. Das Maschinenoberteil hat etwa die gleiche Breite. In Längsrichtung (parallel zur x-Richtung des Maschinenkoordinatensystems) ist das Maschinenoberteil kürzer als die Maschinenbasis, wobei die hinteren Querseiten von Maschinenbasis und Maschinenoberteil vertikal übereinanderstehen, während an der gegenüberliegenden Vorderseite die Maschinenbasis über die Vorderkante des Maschinenoberteils hinaus steht, so dass dieser vorstehende Bereich 114 von oben frei zugänglich ist. Der unterhalb des Maschinenoberteils zwischen diesem und dem Maschinenunterteil liegende quaderförmige Bereich bildet den Arbeitsraum 115 der Honmaschine. Dieser ist nach oben durch das Maschinenoberteil weitgehend abgeschlossen, während er von den Seiten her in den Bereichen zwischen den Ständern 112A bis 112D zugänglich ist.
Auf der Maschinenbasis ist ein Rundtisch 130 montiert, der mit Hilfe eines unter dem Rundtisch angeordneten Drehantriebs 132 um eine vertikale Rundtischachse 134 unbegrenzt drehbar ist. An der Oberseite des Rundtischs sind vier Werkstückaufnahmen 135 in gleichen Winkelabständen von 90° zueinander und in gleichen radialen Abständen zur Rundtischachse angebracht. Jede Werkstückaufnahme hat Auflageflächen, Indexierelemente und pneumatische Auflagekontrollen und dient zur Aufnahme eines einzelnen Zylinderkurbelgehäuses, welches in der Werkstückaufnahme fest eingespannt wird. Das Zylinderkurbelgehäuse ist dabei so orientiert, dass die zueinander parallelen Zylinderachsen der in Reihe angeordneten Zylinderbohrungen in einer gemeinsamen Tangentialebene 136 an einen Referenzkreis 135 liegen. Bei Ausführungsformen zur Aufnahme von Zylinderkurbelgehäusen für V-Motoren hat eine Werkstückaufnahme noch eine Schwenkeinrichtung.
Der Rundtisch dient als maschineninternes Transfersystem in der Weise, dass ein in einer Werkstückaufnahme aufgenommenes Werkstück durch Drehung des Rundtisches nacheinander an unterschiedlichen Arbeitsstationen der Honmaschine transportiert werden kann. Die Honmaschine wird in dieser Anmeldung auch als "Rundtischmodul" bezeichnet.
In der Honmaschine können bei der hier gewählten Aufteilung des Rundtisches mit vier Werkstückaufnahmen insgesamt vier Arbeitsstationen gleichzeitig durch Werkstücke angefahren werden. In der beispielhaft gezeigten Konfiguration werden nur drei Arbeitsstationen genutzt. Mittig an der vorderen Querseite liegt die Ladestation 140, deren Einrichtungen dafür vorgesehen sind, jeweils ein Werkstück von außerhalb des Arbeitsraums 115 zu einer leeren Werkstückaufnahme am Rundtisch zu transportieren und/oder ein zu entladendes Werkstück aus einer Werkstückaufnahme im Inneren des Arbeitsraums nach außen zu transportieren. Für diesen Zweck ist im Beispielsfall ein horizontal verfahrbarer Pendelschlitten (Shuttle) 142 vorgesehen der zwischen einer inneren Endposition im Bereich einer Werkstückaufnahme und einer äußeren Endposition außerhalb des Arbeitsraums 115 linear hin- und her verfahrbar ist. Da die äußere Endposition außerhalb des nach oben vom Maschinenoberteil abgedeckten Arbeitsraums liegt, ist eine Be- und Entladung des Pendelschlittens von oben z.B. mittels eines Portalgreifers möglich (vgl. Fig. 3).
Durch eine Drehung des Rundtisches um 90° im Uhrzeigersinn wird ein aufgenommenes Werkzeug zunächst in eine Bearbeitungsposition an einer ersten Honstation 150 transportiert. Diese befindet sich an einer ersten Längsseite 105 der Honmaschine. Eine weitere Drehung um 90° bringt das Werkstück zu einer nicht bestückten Leerstation in der Mitte zwischen den Längsseiten. Eine weitere Drehung um 90° bringt ein Werkstück in eine Bearbeitungsposition im Bereich einer zweiten Honstation 160, die sich an der der ersten Längsseite gegenüberliegenden zweiten Längsseite 106 befindet. Die Bearbeitungspositionen an den beiden Honstationen liegen einander diagonal zur Rundtischachse gegenüber. Ein weitere 90°-Drehung bringt das Werkstück dann wieder in den Bereich der Ladestation 140.
Je nach Ausbringung und Aufgabe können auf der Leerstation beispielsweise auch Nachmesseinrichtungen, Bürsteinheiten oder ähnliches angebaut werden.
Auf dem Rundtisch können weitere Werkzeugaufnahmen und/oder andere Einrichtungen angebracht sein. Bei einer Ausführungsform sind vier weitere Werkzeugaufnahmen jeweils um 45° versetzt zu den gezeigten Werkzeugaufnahmen vorgesehen. Sie sind für die Aufnahme von anders dimensionierten Werkstücken ausgebildet, so dass zwei unterschiedliche Werkstücktypen gleichzeitig aufgespannt und zwischen Beladung und Entladung bearbeitet werden können.
Jede der Honstationen 150, 160 ist mit zwei im Wesentlichen identisch aufgebauten Honeinheiten ausgestattet, die unabhängig voneinander zeitversetzt oder zeitgleich betrieben werden können. Jede der Honeinheiten hat eine einzelne Honspindel, die mit Hilfe eines Drehantriebs um eine vertikale Spindelachse drehbar und mit Hilfe eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse hin und her bewegbar ist. Eine Honeinheit umfasst auch ein Zustellsystem zur radialen Zustellung beziehungsweise zum radialen Zurückziehen von Honelementen, die am Umfang eines von der Honspindel getragenen Honwerkzeugs angeordnet sind. Alle Honeinheiten der Honmaschine werden von dem Maschinenoberteil 120 getragen. Der Aufbau einer Honeinheit wird am Beispiel der Honeinheit 180 (in Fig. 1 rechts) näher erläutert.
Die Honeinheit 180 umfasst einen Spindelkasten 182, der als Lagerung für die Honspindel 184 dient, die mit vertikaler Spindelachse im Spindelkasten geführt ist. Die Drehung der Honspindel um die Spindelachse wird durch einen Drehantrieb 186 bewirkt, der neben dem Spindelkasten angebracht ist und über einen Kettentrieb auf die Honspindel wirkt. Ein Hubantrieb 188 bewirkt die parallel zur Spindelachse verlaufenden Vertikalbewegungen der Honspindel beim Einführen des Honwerkzeugs 185 in die zu bearbeitende Bohrung bzw. beim Herausziehen des Honwerkzeugs aus dieser Bohrung. Außerdem kann der Hubantrieb während der Honbearbeitung so angesteuert werden, dass das Honwerkzeug innerhalb der Bohrung des Werkstücks eine vertikale Hin- und Herbewegung entsprechend der gewünschten Honparameter ausführt.
Die Honeinheit hat ein Zustellsystem, das zwei unabhängig voneinander betätigbare Zustelleinrichtungen umfasst, um ggf. Honwerkzeuge mit Doppelaufweitung ansteuern zu können. Eine erste Zustelleinrichtung hat einen ersten Aufweitantrieb 192 mit einem Servomotor, der auf eine zentrisch durch die Honspindel hindurch laufende Druckstange wirkt und diese axial verschieben kann. Diese Druckstange ist innerhalb einer hohlen Druckstange koaxial mit dieser und relativ zu dieser beweglich angeordnet. Die hohle Druckstange gehört zu einer elektromechanischen zweiten Zustelleinrichtung mit einem elektromechanischen Zustellantrieb 194. Da der Aufbau von doppelt aufweitenden Zustellsystemen an sich bekannt ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung hier verzichtet.
Die genannten Komponenten der Honeinheit 180 sind auf einem Schlitten 200 montiert, der von dem Maschinenoberteil 120 getragen wird. Der Schlitten 200 läuft auf einem Paar von Führungsschienen 204, die an der dem Arbeitsraum 115 abgewandten Oberseite des Maschinenoberteils parallel zur x-Richtung des Maschinenkoordinatensystems MKS mit lateralem Abstand zueinander verlaufen. Zwischen den Führungsschienen befindet sich in dem Maschinenoberteil eine in x-Richtung verlaufende Ausnehmung 124, durch die die Honspindel bzw. eine daran angebrachte Antriebsstange nach unten in den Arbeitsraum hineingeführt ist. Der Antrieb für die Schlittenbewegung erfolgt über einen Servomotor, der eine parallel zu den Führungsschienen verlaufende Kugelrollspindel 206 antreibt, auf der eine Spindelmutter sitzt, die an der Unterseite der Grundplatte 202 des Schlittens befestigt ist. Die Grundplatte erstreckt sich horizontal über den Bereich der Kugelrollspindel hinaus und dient somit als Abdeckung für diese. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 trägt der Schlitten 200 zwei im Wesentlichen identisch ausgebildete Honeinheiten die zeitgleich arbeiten können. An der gegenüberliegenden Längsseite ist ein weiterer Schlitten vorgesehen, der ebenfalls zwei identische Honeinheiten trägt. Dadurch hat die Honmaschine 100 zwei Honstationen mit jeweils zwei Honeinheiten.
Die Honeinheiten mit den darin enthaltenen vertikalen Honspindeln sind mittels des Schlittens als Ganzes in horizontaler Richtung parallel zur x-Achse des Maschinenkoordinatensystems MKS verfahrbar. Diese Richtung wird hier als "Längsrichtung" oder "Verfahrrichtung" bezeichnet. Die Honspindeln bewegen sich dabei entlang einer Linie, die tangential zu einem zentrisch zur Rundtischachse 134 verlaufenden Referenzkreis 137 verläuft. Die Verfahrwege sind vorzugsweise so ausgelegt, dass jede Honspindel jede Bohrung eines Werkstücks anfahren kann. Dadurch ist es möglich, ohne Verlagerung des Werkstücks an einem Werkstück zunächst eine erste Bohrung zu bearbeiten, die Honspindel dann zurückzuziehen, die Honeinheit als Ganzes in einer Längsbewegung parallel zur x-Richtung zu verfahren und koaxial zu einer danach zu bearbeitenden zweiten Bohrung zu positionieren, um mit der gleichen Honeinheit die zweite Bohrung zu bearbeiten.
Horizontale Längsbewegungen können auch dazu genutzt werden, die Honeinheiten zu einer in Linie mit der Längsbewegung angeordneten Werkzeugwechseleinrichtung 220 zu verfahren. Für jedes Paar von Honspindeln bzw. für jede Längsseite der Honmaschine ist eine Werkzeugwechseleinrichtung mit einem Rundtisch-Magazin mit mehreren Werkzeugaufnahmen vorgesehen.
Für das Be- und Entladen des Rundtischs gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Anhand von Fig. 3 wird ein Ausführungsbeispiel einer Honmaschine 100' erläutert, bei dem der Pendelschlitten (shuttle) 142 über einen Portallader 300 be- und entladen wird. Dieser hat einen horizontal (parallel zur y-Richtung) und vertikal (parallel zur z-Richtung) verfahrbare Greifarm 310, an dessen unterem Ende Greiforgane 315 zum Greifen jeweils eines Zylinderkurbelgehäuses angeordnet sind. Der Greifarm bewegt sich komplett außerhalb des Arbeitsraums 115 der Honmaschine. Der Greifarm kann ein zu bearbeitendes Werkstück an einer nicht gezeigten Eingangsstation abholen, bis in eine Position oberhalb der Ladeposition 140 horizontal fördern und dann nach unten auf den Pendelschlitten 142 absetzen. Dieser übernimmt dann den Transport des Werkstücks von außerhalb in den Arbeitsraum 115 hinein. Der Pendelschlitten hat einen Hubantrieb, um das Werkstück von oben in eine Werkzeugaufnahme auf den Rundtisch abzusetzen bzw. nach Abschluss der Bearbeitung anzuheben und dann nach außen zu befördern.
Die Honmaschine 100' in Fig. 3 hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Honmaschine 100 der Fig. 1 und 2. Allerdings ist auf einem der entlang der Längsseiten verfahrbaren Schlitten nur eine Honeinheit 320 montiert, so dass die Honmaschine eine drei-spindlige Honmaschine ist. Entsprechendes gilt für die Variante in Fig. 4.
Als Alternative zu einem externen Be- und Entladungssystem mit einem Portallader oder dergleichen ist es auch möglich, die auch als "Rundtischmodul" bezeichnete Honmaschine mit einem internen Beladesystem auszustatten. Die Honmaschine 100" in Fig. 4 hat ein internes Beladesystem 400, mit dem es möglich ist, ohne Verwendung eines zwischengeschalteten Pendelschlittens ein Werkstück direkt von einer Abholstation außerhalb des Arbeitsraums 115 abzuholen und auf dem Rundtisch 130 abzusetzen. Das interne Beladesystem 400 hat einen horizontal parallel zur y-Richtung verfahrbaren Schlitten 410, der entlang von Führungsschienen einer Linearführungseinrichtung 420 verfahren werden kann. Diese ist als Einheit unterhalb des Maschinenoberteils 120 an den Innenseiten der Säulen 112C, 112D an der dem Werkzeugwechsler abgewandten Seite der Honmaschine montiert. Der Schlitten 410 trägt eine vertikal verfahrbare Greifereinheit 415. Die Linearführungseinrichtung erstreckt sich über die gesamte Schmalseite der Honmaschine und auf einer der Längsseiten (oder beiden Längsseiten) über diese Längsseite hinaus nach außen. Dadurch kann das interne Beladesystem das zu bearbeitende Werkstück außerhalb des Rundtischmoduls von einer Entnahmestation abholen und in die Beladestation des Rundtischs transportieren. In entsprechender Weise werden fertig bearbeitete Werkstücke vom Rundtisch aufgenommen und nach außen transportiert.
Es ist auch möglich, mit einer Abholung von Werkstücken innerhalb des Rundtischmoduls zu arbeiten. Bei solchen Ausführungsformen ist im Inneren des Arbeitsraums 115 eine Entnahmestation vorgesehen und die Werkstücke werden beim Beladen von außen zunächst auf diese Entnahmestation gebracht, bevor sie dann auf den Rundtisch abgesetzt werden. Die Umsetzung zwischen interner Entnahmestation und Rundtisch bzw. umgekehrt kann beispielsweise mittels eines Roboters, eines Schwenkarms oder eines Schritthubtransfers erfolgen.
Honmaschinen der hier gezeigten Art erlauben eine äußerst flexible Gestaltung unterschiedlichster Bearbeitungsprozesse, die ein oder mehrere Honbearbeitungen einschließen. Eine einzige Honmaschine hat in der Regel nicht mehr als vier Honspindeln und den internen Rundtischtransfer. Der Arbeitsraum 115 unterhalb des Maschinenoberteils ist von mindestens drei Seiten für einen Bediener zugänglich. Die das Maschinenoberteil stützenden Säulen behindern die seitliche Zugänglichkeit praktisch nicht. Bei den Honstationen sind die Honspindeln jeweils nach außen gewandt, bewegen sich also in der Nähe der jeweiligen Längsseiten und sind daher sehr gut von der Seite her zugänglich. Der Innenraum der Honmaschine, d.h. der Arbeitsraum 115, muss von einem Bediener weder im Betrieb noch bei Wartungsarbeiten betreten werden. Das Maschinenkonzept zeichnet sich durch extrem kurze Nebenzeiten für Werkstückwechsel und Werkzeugwechsel aus.
Modular aufgebaute Honmaschinen der hier gezeigten Art, d.h. Rundtischmodule, eignen sich hervorragend zur Verkettung mit identischen, ähnlichen oder anderen Bearbeitungsmaschinen. Beispielsweise können zwei oder mehr Honmaschinen der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Art mit den Längsseiten nebeneinander derart aufgebaut werden, dass die Ladestationen durch den gleichen Portallader angefahren und bedient werden können. Hierdurch sind eine optimale Verteilung von Werkstücken und eine optimale Auslastung der einzelnen Honmaschinen möglich.
Als Fördersystem zur Förderung von Werkstücken zu den Honmaschinen und von den Honmaschinen können beispielsweise Portallader oder auch die interne Beladesysteme genutzt werden. Die Beladung des Rundtischs kann mit Hilfe eines Ladeshuttles hauptzeitparallel erfolgen. Der Pendelschlitten selbst kann mit Hilfe eines Linearportals oder aber auch durch einen Roboter oder manuell beladen werden. Falls ein Laderoboter oder ein Linearportal mit Querhub zur Verfügung steht, kann ohne Shuttle direkt auf den Rundtisch geladen werden. Im Bedarfsfall kann die Verfahrachse des Pendelschlittens auch verlängert werden.
Mit Hilfe der Honmaschine sind unterschiedliche Honprozesse ohne weiteres realisierbar. Beispielsweise kann die erste Honstation für eine Vorhonoperation und die zweite Honstation für eine Fertighonoperation eingerichtet sein, indem entsprechende Honwerkzeuge angekoppelt werden. Ein zu bearbeitendes Werkstück, das beispielsweise mittels Feinbohren vorbearbeitet wurde, wird zunächst auf dem Pendelschlitten abgesetzt und von diesem auf einer freien Werkstückaufnahme abgesetzt. Durch Drehung des Rundtischs wird das Werkstück dann zunächst zur Vorhonstation gefahren, wo jeweils zwei Bohrungen zeitgleich durch Vorhonen bearbeitet werden. Zur Bearbeitung der anderen Bohrungen des Werkstücks wird der Schlitten dann um einen entsprechenden Verfahrweg verfahren, so dass die Honspindeln dann das andere Paar von Bohrungen bearbeiten können. Nach Abschluss der Vorhonbearbeitung wird der Rundtisch um 180° weitergeschaltet, bis das vorgehonte Werkstück in den Bereich der gegenüberliegenden Honeinheit gelangt, wo dann auf entsprechende Weise die Fertighonbearbeitung stattfindet. Nach Abschluss der Fertighonbearbeitung wird das Werkstück durch 90°-Drehung des Rundtischs zur Ladeposition zurückbewegt, wo es vom Pendelschlitten aufgenommen und nach außen transportiert wird.
Für eventuell erforderliche Werkzeugwechsel wird ein Schlitten mit zwei Honeinheiten über einen langen Verfahrweg in Richtung des Werkzeugmagazins gefahren, wo ein automatischer Werkzeugwechsel durchgeführt wird, bevor die Honbearbeitung mit neuen Honwerkzeugen fortgesetzt werden kann.

Claims

Honmaschine (100, 100', 100") zur Durchführung von Honoperationen an mindestens einer Bohrung in einem Werkstück (102), insbesondere zur Honbearbeitung von Zylinderbohrungen in einem Zylinderkurbelgehäuse, mit:
einer Maschinenbasis (110); und

einem auf der Maschinenbasis angeordneten Rundtisch (130), der um eine vertikale Rundtischachse (134) drehbar ist und mehrere Werkstückaufnahmen (135) aufweist, die mit radialem Abstand zur Rundtischachse in Umfangsrichtung zueinander versetzt derart angeordnet sind, dass ein in einer Werkstückaufnahme aufgenommenes Werkstück durch Drehung des Rundtischs nacheinander an unterschiedliche Arbeitsstationen (140, 150, 160) der Honmaschine transportierbar ist;

gekennzeichnet durch

mehrere im Randbereich der Maschinenbasis angeordnete vertikale Ständer (112A bis 112D); und

ein von den Ständern getragenes Maschinenoberteil (120), das mit Abstand oberhalb der Maschinenbasis angeordnet ist;

wobei die Honmaschine an zwei einander gegenüber liegenden Längsseiten (105, 106) jeweils eine Arbeitsstation aufweist, die als Honstation ausgebildet und mindestens eine von dem Maschinenoberteil (120) getragene Honeinheit (180) aufweist, welche eine Honspindel hat, die um eine vertikale Spindelachse drehbar und parallel zur Spindelachse hin und her bewegbar ist;

wobei die Honeinheit an einem horizontal verfahrbaren Schlitten (200) angebracht ist, der von dem Maschinenoberteil (120) getragen wird,

wobei der Schlitten (200) linear entlang einer Verfahrrichtung verfahrbar ist, welche tangential zu einem zentrisch zur Rundtischachse liegenden Referenzkreis (137) verläuft.
Honmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten an der Oberseite des Maschinenoberteils außerhalb des Arbeitsraums (115) angeordnet ist.
Honmaschine nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitsbereich des Schlittens (200) eine Werkzeugwechseleinrichtung (220) derart angeordnet ist, dass die Honeinheit für einen Werkzeugwechsel zwischen der Honstation und der Werkzeugwechseleinrichtung verfahrbar ist.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Maschinenbasis (110) und dem Maschinenoberteil (120) ein Arbeitsraum (115) der Honmaschine gebildet wird, wobei das Maschinenoberteil den Arbeitsraum nach oben derart abschließt, dass oberhalb des Maschinenoberteils angeordnete Komponenten der Honeinheit zum Arbeitsraum hin durch das Maschinenoberteil geschützt sind, wobei vorzugsweise der Arbeitsraum (112) in Bereichen zwischen den Ständern (112A bis 112D) von der Seite her für einen Bediener zugänglich ist.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenbasis (110) einen rechteckigen Querschnitt mit zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten (105, 106) und senkrecht zu verlaufenden Querseiten aufweist.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenbasis (110) einen rechteckigen Querschnitt mit zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten (105, 106) und senkrecht zu verlaufenden Querseiten aufweist, wobei der Rundtisch (130) mittig zwischen den Längsseiten (105, 106) angeordnet ist.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rundtisch einen Durchmesser hat, der mehr als 60% einer in Querrichtung gemessenen Breite der Maschinenbasis beträgt, wobei der Durchmesser vorzugsweise zwischen 70 % und 90 % dieser Breite beträgt.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Honstation zwei oder mehr Honeinheiten aufweist, die zeitgleich arbeiten können, wobei vorzugsweise zwei Honstationen (150, 160) mit jeweils zwei Honeinheiten vorgesehen sind.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Werkstückaufnahme zur Aufnahme eines Zylinderkurbelgehäuses (102) mit mehreren in Reihe angeordneten Zylinderbohrungen mit zueinander parallelen Zylinderachsen derart ausgebildet ist, dass alle Zylinderachsen in einer gemeinsamen Tangentialebene (136) an den Referenzkreis (137) liegen, wenn das Zylinderkurbelgehäuse durch den Rundtisch in einer Bearbeitungsposition positioniert ist.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Arbeitsstationen eine Ladestation (140) zum Beladen und Entladen des Rundtischs (130) ist, wobei die Ladestation vorzugsweise an einer Querseite der Maschinenbasis angeordnet ist.
Honmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestation ein Pendelschlitten (142) zugeordnet ist, der zwischen einer inneren Endposition zum Be- und Entladen des Rundtischs und einer äußeren Endposition außerhalb des durch die Maschinenbasis und das Maschinenoberteil definierten Arbeitsraums (115) der Honmaschine verfahrbar ist.
Fertigungsanlage, insbesondere zur Bearbeitung von Zylinderkurbelgehäusen, mit mehreren Bearbeitungsmaschinen zur Bearbeitung eines Werkstücks und mit einem Fördersystem zur Förderung von Werkstücken zu den Bearbeitungsmaschinen und von den Bearbeitungsmaschinen,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine der Bearbeitungsmaschinen eine Honmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.
Fertigungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Beladung und Entladung des Rundtischs (130) im Bereich einer Ladestation (140) der Honmaschine mindestens eine der folgenden Einrichtungen vorgesehen ist:
ein Pendelschlitten (142), der zwischen einer inneren Endposition zum Be- und Entladen des Rundtisches und einer äußeren Endposition außerhalb des Arbeitsraums (115) der Honmaschine verfahrbar ist;

ein Portallader (300) mit einem horizontal und vertikal verfahrbaren Greifarm (310), der sich komplett außerhalb des Arbeitsraums 115 der Honmaschine bewegt;

ein internes Beladesystem (400), das dafür eingerichtet ist, ein Werkstück direkt von einer Abholstation außerhalb des Arbeitsraums (115) abzuholen und auf dem Rundtisch (130) abzusetzen;

ein Laderoboter;

ein Linearportal mit Querhub.