EP3999279B1

EP3999279B1 - Honmaschine

Info

Publication number: EP3999279B1
Application number: EP20735511.6A
Authority: EP
Inventors: Roland Regler; Georg Heinle
Original assignee: Kadia Produktion GmbH and Co
Current assignee: Kadia Produktion GmbH and Co
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2024-04-17
Anticipated expiration: 2040-06-24
Also published as: CN114080299A; US20220258299A1; WO2021008838A1; EP3999279C0; EP3999279A1; DE102019210548A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Honmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken, die mindestens eine mittels Honen zu bearbeitende Bohrung aufweisen.
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 Schneidstoffkörpern, z.B. Honleisten, des Honwerkzeugs und der zu bearbeitenden Bohrungsinnenfläche vorliegt. Die Kinematik eines Honwerkzeugs ist charakterisiert durch eine Überlagerung einer Drehbewegung und einer in Axialrichtung der Bohrung verlaufenden Hubbewegung, die bei den meisten Honverfahren eine oszillierende Hin- und Her-Bewegung ist. In vielen Anwendungsfällen ist noch eine Aufweitbewegung vorgesehen, die zu einer Veränderung des wirksamen Durchmessers des Honwerkzeugs führt.
An der Bohrungsinnenfläche erzeugt die Kinematik des Honwerkzeugs eine Oberflächenstruktur mit sich überkreuzenden Bearbeitungsspuren. Durch Honen endbearbeitete Oberflächen können extrem hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen genügen, sowie teilweise eine spezielle Oberflächenrauheit und Struktur aufweisen, die einen geringen Verschleiß durch einen hohen Materialtraganteil mit der Fähigkeit verbindet, einen Ölfilm zur Schmierung gut erhalten zu können. Daher werden viele hoch belastete Gleitflächen in Motoren oder Motorbauteilen oder Bohrungsinnenflächen in Hydraulikblöcken oder Gehäusen von Einspritzpumpen durch Honen bearbeitet.
In vielen Fällen werden bei der Bearbeitung von Bohrungsinnenflächen 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.
Der Begriff "Honmaschine" bezeichnet in dieser Anmeldung eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, mit der mindestens eine Honoperation an einem Werkstück durchgeführt werden kann, so dass die Werkzeugmaschine insoweit zum Honen geeignet ist. Die Honoperation wird an einer Honstation durchgeführt. Eine Honstation ist eine Arbeitsstation, die wenigstens eine Honeinheit aufweist. Eine Honeinheit der hier betrachteten Art weist eine Spindelwelle auf, die mittels eines Drehantriebs um eine vertikale Spindelachse drehbar und mittels eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse hin und her bewegbar ist. Die Spindelwelle weist an einem werkzeugseitigen Ende eine Einrichtung zum Befestigen eines Honwerkzeugs auf. Die Honmaschine kann als reine Honmaschine ausgelegt sein, bei der alle für die Werkstückbearbeitung eingerichteten Arbeitsstationen (Bearbeitungsstationen) als Honstationen ausgelegt sind. Gegebenenfalls können mit der Honmaschine zusätzlich auch andere, typischerweise Material abtragende, Bearbeitungsoperationen an einem Werkstück durchgeführt werden, z.B. eine oder mehrere Bohroperationen, eine Entgratoperation und/oder eine Bürstoperation. Dafür können entsprechende Arbeitsstationen (Bearbeitungsstationen) vorgesehen sein. Auch mindestens eine Messstation kann ggf. integriert sein.
Da eine gattungsgemäße Honmaschine mehrere räumlich voneinander getrennt angeordnete Arbeitsstationen umfasst, ist ein maschineninternes Transportsystem zum Transportieren von Werkstücken von und zu den Arbeitsstationen vorgesehen. Dieses ist als Paletten-Transportsystem konfiguriert, bei dem der Transport von Werkstücken von und zu den Arbeitsstationen mithilfe von Paletten durchgeführt wird. In Kapitel 15.3 des Fachbuchs: Flores, Gerhard, "Grundlagen und Anwendungen des Honens", Essen: Vulkan-Verlag., 1992 ist ein Maschinenkonzept einer gattungsgemäßen Honmaschine beschrieben. Um die Honbearbeitung eines V8-Blockes in der Serienfertigung zu realisieren, wurde eine Transferhonmaschine mit drei Honstationen, einer Messstation und einem Palettenumlauftransport ausgelegt. Auf den ersten beiden Honstationen wird die Zylinderbohrung gehont. Die dritte Honstation dient der Bearbeitung der Hauptlagerbohrung. Von einer Be- und Entladestation, in der die Blöcke auf Trägerpaletten montiert werden, gelangen die Werkstücke über geeignete Fördereinrichtungen in die Bearbeitungslinie der Maschine. An den Hon- und Messstationen befinden sich NC-Tische mit aufgebauten Schwenkeinrichtungen, die die jeweilige Bohrung eines Blockes durch Schwenken und Verfahren in X- und Y -Richtung in die gewünschte Bearbeitungsposition bringen.
Die Offenlegungsschrift WO 2017/174311 A1 zeigt eine Honmaschine zur Durchführung von Honoperationen an mindestens einer Bohrung in einem Werkstück mit einer Maschinenbasis, einer der Maschinenbasis zugeordneten Innensäule, einem von der Innensäule getragenen Maschinenoberteil, das mit Abstand oberhalb der Maschinenbasis angeordnet ist, einem Umlauf-Transportsystem zum Transportieren von Werkstücken auf einer um die Innensäule herum verlaufenden Transportbahn und mehreren entlang der Transportbahn angeordneten Arbeitsstationen, wobei ein Werkstück durch Fortbewegung des Umlauf-Transportsystems nacheinander an unterschiedliche Arbeitsstationen der Honmaschine transportierbar ist, wobei mindestens eine der Arbeitsstationen eine Honstation ist, die mindestens eine Honeinheit aufweist, die eine Honspindel hat, welche um eine vertikale Spindelachse drehbar und parallel zur Spindelachse hin und her bewegbar ist, wobei die Honeinheit von dem Maschinenoberteil getragen wird.
Das Gebrauchsmuster DE 20 2017 106030 U1 offenbart eine Honmaschine zum Honen der Axialbohrungen von Zahnrädern mit einer Ladestation mit einer Ladekiste, wobei die Ladekiste derart ausgebildet ist, dass die Bohrungen der Zahnräder axial ausgerichtet sind, wenn sie in die Ladekiste geladen sind. Die Honmaschine umfasst weiter eine in Werkstücktransportrichtung nach der Ladekistenstation angeordnete Palettenbeladestation, eine Ladekiste-Bewegungsvorrichtung zum Bewegen der Ladekiste von der Ladekistenstation an eine Position über der Palettenbeladestation, einen Freigabemechanismus, der ausgebildet ist, um die Zahnräder in der Ladekiste an eine leere Palette in der Palettenbeladestation zu übergeben, eine nach der Palettenbeladestation angeordnete erste Bearbeitungsstation, die ausgebildet ist, um eine erste Honoperation in den Bohrungen der Zahnräder auszuführen, eine nach der ersten Bearbeitungsstation angeordnete zweite Bearbeitungsstation, die ausgebildet ist, um eine zweite Honoperation in den Bohrungen der Zahnräder auszuführen, eine in Werkstücktransportrichtung nach der zweiten Bearbeitungsstation angeordnete Palettenentladestation, eine Palettenstrecke durch die Honmaschine, von der Palettenbeladestation zur Palettenentladestation, wobei die Palettenstrecke die erste und die zweite Bearbeitungsstationen umfasst, einen Palettenantriebsmechanismus, der ausgebildet ist, um eine Vielzahl von Paletten entlang der Palettenstrecke zu bewegen, ein Entnahmemechanismus, der ausgebildet ist, um die Zahnräder an der Palettenentladestation aus der Palette zu entnehmen, und einen Greifer, der ausgebildet ist, um die Palette an der Entladestation zu greifen und zur Palettenbeladestation zurückzubewegen, wobei die Palette an der Palettenbeladestation mit weiteren Zahnrädern, die gehont werden können, neu beladen werden kann.

AUFGABE UND LÖSUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Honmaschine bereitzustellen, die sich durch hohe Flexibilität bei der Nutzung und ein Potential für hohe Ausbringung auszeichnet.
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 Honmaschine ist zur Bearbeitung von Werkstücken vorgesehen, die mindestens eine mittels Honen zu bearbeitende Bohrung aufweisen. Die Honmaschine hat mehrere Arbeitsstationen, sie kann also z.B. zwei, drei oder vier räumlich voneinander entfernt angeordnete Arbeitsstation aufweisen. An einer Arbeitsstation wird mindestens eine Operation am Werkstück ausgeführt. Arbeitsstationen, an denen das Werkstück durch beispielsweise spanabhebende Bearbeitung in seinen Eigenschaften verändert wird, werden auch als Bearbeitungsstationen bezeichnet. Eine Messstation ist ein Beispiel für eine Arbeitsstation, an der keine das Werkstück verändernde Bearbeitung durchgeführt wird.
Mindestens eine der Arbeitsstationen ist als Honstation konfiguriert. Dies bedeutet im Rahmen der vorliegenden Anmeldung, dass die Arbeitsstation mindestens eine Honeinheit umfasst, die eine Spindelwelle aufweist, welche mittels eines Drehantriebs um eine Spindelachse drehbar und mittels eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse hin und her bewegbar ist. Die Spindelachse ist vertikal ausgerichtet.
Das maschineninterne Transportsystem zum Transportieren von Werkstücken von und zu den Arbeitsstationen ist als Paletten-Transportsystem ausgelegt, das mithilfe von Paletten arbeitet. Der Begriff "Palette" bezeichnet hierbei einen wechselbaren Werkstückträger, an welchem eine Werkstückhaltevorrichtung oder mehrere Werkstückhaltevorrichtungen angebracht sind oder montiert werden können, um ein Werkstück in einer gewünschten Position an der Palette zu halten. Gegebenenfalls kann eine Werkstückhaltevorrichtung auch eine Dreheinrichtung umfassen, um ein aufgenommenes Werkstück um wenigstens eine Drehachse gezielt drehen und dadurch dessen Orientierung in Bezug auf die Palette verändern zu können.
Gemäß einer Formulierung der Erfindung ist das Paletten-Transportsystem derart ausgelegt, dass über eine Steuereinheit der Honmaschine unterschiedliche Transportwege frei konfigurierbar sind. "Frei konfigurierbar" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass aus einer endlichen Vielzahl konstruktiv und steuerungstechnisch möglicher Transportwege ein Transportweg ausgewählt und genutzt werden kann. "Frei" bedeutet also nicht "beliebig". Damit ist es unter anderem möglich, Werkstücke auf unterschiedlichen, vorab wählbaren Transportwegen von einer Ladeposition zu einer oder mehreren Arbeitsstationen zu transportieren und von diesen wieder abzutransportieren, insbesondere zurück zur gleichen Ladeposition. Wenn mehrere Arbeitsstationen genutzt werden sollen, können diese in unterschiedlicher Abfolge oder auch zeitgleich bedienbar sein. Der Begriff "bedienen" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass mittels des Paletten-Transportsystems eine Palette zu einer Arbeitsstation hin transportiert oder von dieser abtransportiert werden kann.
Die zeitliche Koordinierung der Bedienung von Arbeitsstationen ist somit über die Steuerung wählbar. Es ist auch möglich, ausgehend von einer Ladeposition unterschiedliche Arbeitsstationen auf unterschiedlichen Transportwegen zu bedienen. Im Bedarfsfall kann eine Be- und Entladung an unterschiedlichen Positionen entlang von Transportwegen realisiert werden. Dies sind Unterschiede zu herkömmlichen Palettenumlauf-Transportsystemen, bei denen eine bestimmte Reihenfolge von während eines Umlaufs nacheinander anzufahrenden Arbeitsstationen durch die Konstruktion des Transportsystems fest vorgegeben ist. Durch die variable Nutzbarkeit der Werkstücktransports ist eine hohe Flexibilität bei der Nutzung der Honmaschine gegeben. Außerdem ergibt sich ein Potential für hohe Ausbringung unter anderem deshalb, weil ggf. mehrere Operationen unabhängig voneinander und phasenweise zeitgleich ausgeführt werden können. Auch ein taktzeitparalleles Be- und Entladen ist möglich.
Erfindungsgemäß weist das Paletten-Transportsystem vier bidirektional nutzbare lineare Transportstrecken auf, die in einer Rechteck-Anordnung angeordnet sind, wobei in Eckbereichen der Rechteck-Anordnung Umsetzpositionen zur Übergabe von Paletten zwischen zueinander orthogonalen benachbarten Transportstrecken angeordnet sind. Entlang einer bidirektional nutzbaren linearen Transportstrecke kann ein geradliniger Transport einer Palette in zwei einander entgegengesetzten Richtungen wahlweise genutzt werden. Hierdurch sind zahlreiche Kombinationen von Transportstrecken und daraus folgend zahlreiche unterschiedliche Transportwege konfigurierbar, die sich ggf. aus zwei oder mehr linearen Transportstrecken zusammensetzen können. Es ist auch möglich, nur eine einzige Transportstrecke in beide Richtungen zum Antransport zu einer Arbeitsstation und zum Abtransport von der Arbeitsstation zu nutzen.
Das Paletten-Transportsystem weist vorzugsweise mehrere (z.B. vier) bidirektional nutzbare lineare Transportstrecken auf, wobei jede der Transportstrecken einen einzigen horizontal verfahrbaren Palettenträger aufweist, zwischen benachbarten Transportstrecken Umsetzpositionen zur Übergabe von Paletten zwischen den benachbarten Transportstrecken angeordnet sind und die Palettenträger benachbarter Transportstrecken jeweils für eine unmittelbare Übergabe von Paletten ohne zusätzliche Umsetzeinrichtung ausgebildet sind. In den Umsetzpositionen müssen somit keine gesonderten Hilfsmittel zum Übergeben oder Umsetzen der Paletten vorgesehen sein. Die Palettenträger können dazu so aneinander angepasst sein, dass sie teilweise ineinander fahren können, wobei jeweils einer der in der Umsetzposition zusammenwirkenden Palettenträger Hubbewegungen ausführen kann, um Paletten-Anhebe- oder Absenkoperationen ausführen zu können.
Die Honmaschine kann so aufgebaut sein, dass sie unterschiedliche Be- und Entlademöglichkeiten bietet. Beispielsweise kann eine Palette an einer Umsetzposition beladen oder entladen werden. Bei einer Ausführungsform weist das Paletten-Transportsystem eine Be- und Entladestation (kurz: Ladestation) auf, die an einer Bedienerseite der Honmaschine zwischen den Enden einer bidirektional nutzbaren lineare Transportstrecke angeordnet ist. Die Be- und Entladestation kann z.B. mittig zwischen den Enden der Transportstrecke liegen, die von einer Umsetzposition zu einer anderen Umsetzposition an der Bedienerseite führt. Diese Ladestation kann beim Beladen als Verteilerstation genutzt werden, da der Weitertransport in zwei unterschiedliche Richtungen erfolgen kann. Entsprechend können Paletten auch von zwei entgegengesetzten Richtungen zur Ladestation transportiert werden. Die Flexibilität der Honmaschine beim Handling von Werkstücken wird dadurch gesteigert. Eine Ladeoperation (z.B. Bestücken einer auf einem Palettenträger gehaltenen Palette, Entnahme fertig bearbeiteter Werkstücke, Ein- oder Ausbauen einer ggf. bereits bestückten Palette oder dergl.) kann je nach Bedarf manuell, halb-automatisch oder vollautomatisch durchgeführt werden
Gemäß einer Weiterbildung der Variante mit Rechteck-Anordnung der Transportstrecken ist wenigstens eine Honstation in einem Eckbereich der Rechteck-Anordnung an einer Umsetzposition derart angeordnet, dass ein Antransport und Abtransport von Paletten in zwei zueinander orthogonalen Richtungen möglich ist. Eine derartige Honstation kann somit aus zwei im Winkel zueinander stehenden Richtungen be- und entladen werden. Dabei kann der Antransport einer Palette in einer Richtung erfolgen und der Abtransport entlang der gleichen Transportstrecke in entgegengesetzter Richtung. Es ist auch möglich, entlang einer Transportstrecke die Palette anzutransportieren und nach Nutzung der Arbeitsstation die Palette in der im Winkel dazu stehenden anderen Transportstrecke abzutransportieren.
Es ist prinzipiell möglich, dass die Honmaschine nur eine einzige Honstation aufweist. Ein erheblicher Beitrag zu erhöhter Flexibilität und Ausbringung wird bei manchen Ausführungsformen dadurch geleistet, dass die Honmaschine eine erste Honstation und eine unabhängig davon nutzbare zweite Honstation aufweist, wobei die Honstationen in Umsetzpositionen an gegenüberliegenden Enden einer linearen Transportstrecke angeordnet sind. Damit kann auf kompaktem Bauraum bei Bedarf eine mehrspindlige Honbearbeitung durchgeführt werden, entweder zeitgleich an beiden Honstationen und unterschiedlichen Werkstücken oder zeitlich versetzt am gleichen Werkstück oder an unterschiedlichen Werkstücken.
Vorzugsweise sind genau zwei Honstationen vorgesehen, die vorzugsweise jeweils nur eine einzige Honeinheit habe. Dadurch ist ein guter Kompromiss zwischen Komplexität der Konstruktion und flexibler Nutzbarkeit erzielbar.
Bei manchen Ausführungsformen ist die Honeinheit wenigstens einer Honstation an einem Horizontalschlitten angeordnet, der parallel zu einer ersten Richtung horizontal verfahrbar ist. Es gibt somit eine horizontale Maschinenachse, die ein kontrolliertes, genau steuerbares Verfahren und Positionieren der Honeinheit in einer Horizontalrichtung mittels eines NC-Antriebs ermöglicht. Somit kann die Spindelachse in Bezug auf ein ggf. ruhendes Werkstück durch Verfahren dieses Horizontalschlittens in der ersten Richtung an unterschiedliche Positionen gefahren werden.
Bei einer Ausführungsform der Honmaschine mit einer ersten Honstation und einer unabhängig davon nutzbaren zweiten Honstation sind vorzugsweise die beiden Honeinheiten jeweils an einem solchen Horizontalschlitten angeordnet und die Horizontalschlitten unabhängig voneinander ansteuerbar. Die Horizontalschlitten können auf denselben Führungsschienen laufen, was die Konstruktion vereinfacht.
Bei manchen Konfigurationen kann es ausreichen, wenn der Horizontalschlitten lediglich eine Honeinheit und sonst keine weitere Bearbeitungseinheit oder Arbeitseinheit trägt. Eine zusätzliche Flexibilität im Hinblick auf die Art unterschiedlicher Arbeitsoperationen ist bei manchen Ausführungsformen dadurch erreichbar, dass der Horizontalschlitten zusätzlich zu der Honeinheit mindestens eine weitere Arbeitseinheit trägt, die dementsprechend ebenfalls horizontal verfahren und an unterschiedlichen Positionen positioniert werden kann. Eine weitere Arbeitseinheit kann beispielsweise eine Entgrateinheit sein, welche ein Entgratwerkzeug tragen kann, das ebenfalls durch Verfahren des Horizontalschlittens in der ersten Richtung positioniert werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass eine weitere Arbeitseinheit in Form einer Messeinheit vorgesehen ist, die beispielsweise einen in eine Bohrung versenkbaren Messkopf aufweist. Auch für die Positionierung des Messkopfs in der ersten Richtung kann der Horizontalschlitten genutzt werden.
Manche Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, dass das Paletten-Transportsystem wenigstens einen Palettenträger aufweist, der sowohl in wenigstens einer Horizontalrichtung horizontal und zusätzlich in Vertikalrichtung, also parallel zur Spindelachse einer Honeinheit, vertikal jeweils in zwei entgegengesetzten Richtungen, also bidirektional, verfahrbar ist. Wenn die vom Palettenträger nutzbare horizontale Transportstrecke zu einer Arbeitsstation hin und von dieser weg führt, kann erreicht werden, dass das Paletten-Transportsystem im Bereich einer Arbeitsstation gleichzeitig als funktioneller Bestandteil eines Werkstück-Positioniersystems (part positioning system) fungieren kann, um eine zu bearbeitende Bohrung exakt in einer gewünschten Position in Bezug auf die Spindelachse einer Honeinheit (oder einer anderen mit Achse arbeitenden Arbeitseinheit) zu positionieren.
Die gesteuerte vertikale Bewegung kann z.B. zum Umfahren von Bauteilstörstellen dienen und/oder dazu, dass unterschiedlich hohe Bauteile mit einer gleichen oder ähnlichen Bauteilgeometrie gleichermaßen bearbeitet werden können.
Es ist möglich, die Konstruktion so auszulegen, dass der Palettenträger in zwei zueinander senkrechten Horizontalrichtungen sowie in Vertikalrichtung jeweils bidirektional verfahrbar ist. Damit könnten alle Bewegungsfreiheitsgrade zur Positionierung einer Palette bzw. einer Bohrung eines davon getragenen Werkstücks in einem kartesischen Koordinatensystem auf Werkstückseite realisiert werden.
Bei Ausführungsformen, die an einer Arbeitsstation einen parallel zur ersten Richtung bidirektional verfahrbaren Horizontalschlitten aufweisen, der eine Honeinheit und/oder eine andere Arbeitseinheit trägt, kann auf Seiten des Palettenträgers eine einzige horizontale Maschinenachse ausreichen, um alle Positionierfreiheitsgrade zu realisieren. Dadurch ist eine vereinfachte Konstruktion möglich.
Manche Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, dass das Paletten-Transportsystem wenigstens einen Palettenträger aufweist, der horizontal parallel zu einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung und zusätzlich parallel zu einer zur Spindelachse parallelen dritten Richtung vertikal in zwei entgegengesetzten Richtungen, also bidirektional, verfahrbar ist. Auch dadurch kann erreicht werden, dass das Paletten-Transportsystem im Bereich einer Arbeitsstation gleichzeitig als funktioneller Bestandteil eines Werkstück-Positioniersystems (part positioning system) fungieren kann, um eine zu bearbeitende Bohrung exakt in einer gewünschten Position in Bezug auf die Spindelachse einer Honeinheit (oder einer anderen mit Achse arbeitenden Arbeitseinheit) zu positionieren. Mithilfe eines horizontal und vertikal verfahrbaren Palettenträgers ist eine Positionierung des Werkstücks durch Werkstückbewegungen parallel zur zweiten Richtung und zur dritten Richtung möglich. Eine Relativbewegung zu einer Arbeitseinheit in der zu diesen beiden Richtungen senkrechten ersten Richtung kann durch entsprechendes Verfahren des Horizontalschlittens erreicht werden, der eine Honeinheit und/oder eine andere Arbeitseinheit trägt.
Vorzugsweise ist für jede Arbeitsstation, insbesondere für jede Honstation, ein solcher horizontal und vertikal verfahrbarer Palettenträger vorgesehen.
Um eine hohe Positioniergenauigkeit des Werkstücks in Bezug auf die Arbeitseinheit (eine oder mehrere) einer Arbeitsstation zu erreichen, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass der (horizontal und vertikal verfahrbare) Palettenträger an seiner zur Aufnahme einer Palette vorgesehenen Oberseite Komponenten eines Nullpunktspannsystems aufweist. Beispielsweise könnten an der Oberseite Spannbuchsen angebracht sein, die z.B. mittels Hydraulik oder Pneumatik betätigt werden können und die mit korrespondierenden Spannzapfen an der Unterseite der Paletten zusammenwirken. Mithilfe des Nullpunktspannsystems kann ein Bezug zwischen dem Maschinenkoordinatensystem und dem Palettenkoordinatensystem und damit auch mit dem Werkstückkoordinatensystem geschaffen werden, so dass eine Positionierung des Werkstücks in Bezug auf eine Arbeitseinheit mithilfe der Steuerung der Honmaschine zuverlässig und wiederholgenau möglich ist.
Vorzugsweise weisen die Paletten Positionierhilfseinrichtungen zur Unterstützung der Positionierung einer Palette in einer Zielposition am Palettenträger auf. Zu den Positionierhilfseinrichtungen können beispielsweise Spannzapfen gehören, die im Rahmen des Nullpunktspannsystems genutzt werden.
Eine Palette kann als passives Bauteil ohne Sensorik oder Aktorik ausgelegt sein. In vielen Fällen ist es jedoch vorgesehen, dass Paletten verwendet werden, die eine oder mehrere steuerbare Komponenten und entsprechende Aktoren (einen oder mehrere) und Sensoren (einen oder mehrere) aufweisen (aktive Paletten). Dadurch ist es bei entsprechender Ansteuerung durch die Steuereinheit der Honmaschine z.B. möglich, mithilfe der steuerbaren Komponenten einer auf der Palette montierten Werkstückhaltevorrichtung z.B. Werkstückbewegungen in Bezug auf die Palette zu erzeugen und über Signale von Sensoren ein feedback (eine Rückkopplung) über die eingestellte Position und/oder Orientierung zur Steuereinheit zurückzuführen. Beispielsweise kann eine Werkstückhaltevorrichtung eine steuerbare Dreh- oder Schwenkeinrichtung zur Einstellung unterschiedlicher Drehstellungen des Werkstücks aufweisen.
Um das Potential von aktiven Paletten nutzen zu können, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass das Paletten-Transportsystem wenigstens einen horizontal und vertikal verfahrbaren Palettenträger aufweist, der automatisch koppelbare Schnittstellenkomponenten zur Übertragung von Energie und/oder Signalen zwischen der Honmaschine zu einer von dem Palettenträger getragenen Palette aufweist. Beispielsweise kann eine automatisch herstellbare und lösbare Fluidverbindung zu einem z.B. pneumatischen Aktor der Palette vorgesehen sein. Zur Übertragung von Signalen können korrespondierende elektrische Kontaktelemente an Palettenträger und Palette vorgesehen sein kann, ggf. auch ein berührungslos arbeitendes Übertragungssystem.
Ein Aspekt der Erfindung kann somit auch so formuliert werden, dass eine Honmaschine mit einem Paletten-Transportsystem bereitgestellt wird, bei der das Paletten-Transportsystem funktionaler Bestandteil eines in die Honmaschine integrierten Werkstück-Positioniersystem ist, welches dafür konfiguriert ist, ein Werkstück mit bekannter Position im Bereich einer Arbeitsstation sowohl in wenigstens einer Horizontalrichtung als auch Vertikalrichtung zu positionieren.

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 eine schrägperspektivische Ansicht von Komponenten einer Honmaschine gemäß einer Ausführungsform von ihrer Bedienerseite;
Fig. 2: zeigt eine Draufsicht der Honmaschine aus Fig. 1;
Fig. 3: zeigt eine Seitenansicht eines vertikalen Schnitts durch die Honmaschine aus Fig. 1 und Fig. 2.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht von Komponenten einer Honmaschine 100 gemäß einer Ausführungsform von ihrer Bedienerseite, die auch als Be- und Entladeseite dient.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht und Fig. 3 eine Seitenansicht eines vertikalen Schnitts der Honmaschine. Die bei der betriebsfertig montierten Honmaschine vorhandenen Verkleidungsteile sind nicht dargestellt.

Die Honmaschine 100 ist eine computernumerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, deren steuerbare Komponenten über eine zentrale Steuereinheit 190 gesteuert werden.
Die Honmaschine hat eine rechteckige Maschinenbasis 110, die sämtliche mechanischen Komponenten der Honmaschine trägt. Die Maschinenbasis hat in einer ersten Richtung der Honmaschine - entsprechend der x-Richtung des Maschinenkoordinatensystems MKS - eine Breite, die größer ist als die Länge in der zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung, die der y-Richtung des Maschinenkoordinatensystems MKS entspricht. Die erste Richtung wird hier auch als Querrichtung und die zweite Richtung als Längsrichtung bezeichnet. Die Dimensionen in Längs- und Querrichtung erlauben einen Transport der komplett vormontierten Maschinenbasis auf üblichen Transportmitteln, zum Beispiel mittels LKW oder Schienenfahrzeug.
Auf der Maschinenbasis sind entlang beider Längsseiten jeweils am Rande Seitenwände 120-1, 120-2 aufgebaut. Diese tragen an der Rückseite der Maschinenbasis 110 einen verwindungssteifen Querträger 122, der Bestandteil der Rückwand ist. Die Seitenwände und die Rückwand umschließen den von der Bedienerseite zugänglichen Arbeitsraum 115 der Honmaschine.
An der dem Arbeitsraum zugewandten Vorderseite des Querträgers 122 sind übereinander zwei horizontale Führungsschienen 130 befestigt, die sich im Wesentlichen über die gesamte freie Vorderseite des Querträgers bis in den Bereich der hinteren Eckbereiche des Arbeitsraums erstecken.
Auf den Führungsschienen sind zwei Horizontalschlitten 135-1, 135-2 angeordnet, die jeweils mittels numerisch gesteuerter Antriebe unabhängig voneinander parallel zur ersten Richtung (x-Richtung) horizontal verfahrbar und präzise positionierbar sind. Jeder der Horizontalschlitten trägt in der dargestellten Konfiguration an der Vorderseite einer Schlittenplatte 136-1, 136-2 eine Honeinheit (erste Honeinheit 150-1 bzw. zweite Honeinheit 150-2), eine daneben angeordnete Entgrateinheit 160-1 bzw. 160-2 und eine daneben angeordnete Messeinheit 170-1 bzw. 170-2. Diese Arbeitseinheiten sind achsparallel zur Honeinheit angeordnet. Andere Konfigurationen, z.B. ohne Messeinheit und/oder ohne Entgrateinheit, sind möglich.
Jede der Honeinheiten 150-1, 150-2 hat eine Spindelwelle 152, die mittels eines Drehantriebs um eine vertikale Spindelachse 155 drehbar und mittels eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse hin und her bewegbar ist. In Fig. 3 sind einige Details zu erkennen. Beim Ausführungsbeispiel umfasst eine Honeinheit 150 einen am Horizontalschlitten 135-2 fest montierbaren länglichen Grundträger 151, der direkt an der Vorderseite des Horizontalschlittens 135-2 fest montiert werden kann. Weiterhin ist eine von dem Grundträger getragene Spindeleinheit 158 vorgesehen, in der die Spindelwelle 152 drehbar gelagert ist. Die Spindelwelle ist mittels eines in die Spindeleinheit integrierten Drehantriebs (auch als Spindelmotor bezeichnet) um ihre vertikale Spindelachse 155 (Rotationsachse der Spindelwelle) drehbar. Die Spindelwelle weist an einem werkzeugseitigen Ende eine Einrichtung zum Befestigen eines (nicht dargestellten) Honwerkzeugs auf. Das Honwerkzeug kann unmittelbar oder mittelbar mittels einer Gelenkstange oder einer anderen zwischengeschalteten Einrichtung an der Spindelwelle befestigt werden. Zwischen dem Grundträger 151 und der Spindeleinheit 158 ist ein Linearführungssystem zur Führung einer linearen vertikalen Hubbewegung der Spindeleinheit 158 gegenüber dem Grundträger 151 angeordnet. Im Beispiel ist die Spindeleinheit auf einem Schlitten montiert. Zur Erzeugung der Hubbewegung der Spindeleinheit ist ein Hubantrieb vorgesehen. Der Hubantrieb weist im Beispielsfall einen elektrischen Linearmotor mit einem Primärteil und einem Sekundärteil auf, die relativ zueinander parallel zur Längsrichtung des Längsführungssystems (im Wesentlichen parallel zur Spindelachse 155) verfahrbar sind. Im Beispielsfall ist das mit elektrischem Strom betriebene Primärteil auf Seiten des Schlittens bzw. der ebenfalls mit Strom betriebenen Spindeleinheit 158 angebracht, während innerhalb des Grundträgers 151 eine Reihe von Permanentmagneten angeordnet ist. Auch eine umgekehrte Anordnung ist möglich. Im Beispielsfall ist außerdem ein Aufweitantrieb zur Aufweitung des Honwerkzeugs vorgesehen. Der Aufweitantrieb kann z.B. mit einer im Inneren der Spindelwelle verlaufende Zustellstange gekoppelt sein. Der Aufweitantrieb sitzt im oberen Teil des Gehäuses, das auch den Spindelmotor enthält.
In jedem der hinteren Eckbereiche des Arbeitsraumes 115 ist somit eine Arbeitsstation der Honmaschine 100 gebildet, nämlich hinten links eine erste Arbeitsstation 180-1 und hinten rechts eine zweite Arbeitsstation 180-2. Beide Arbeitsstationen sind als Honstation ausgebildet, da mithilfe der unabhängig voneinander betreibbaren Honeinheiten 150-1, 150-2 Honoperationen an geeignet positionierten Werkstücken durchgeführt werden können. Da die Horizontalschlitten 135-1, 135-2 jeweils auch noch eine Messeinheit und eine Entgrateinheit tragen, können die Arbeitsstationen bei entsprechender Ansteuerung alternativ oder zusätzlich auch als Entgratstation und/oder als Messstation genutzt werden.
Die Honmaschine weist ein maschineninternes Paletten-Transportsystem 200 auf, das zum Transportieren von Werkstücken von und zu den Arbeitsstationen 180-1, 180-2 mithilfe von Paletten 210-1, 210-2 ausgelegt ist. Der Begriff "Palette" bezeichnet hier wechselbare Werkstückträger, die im Beispielsfall eine massive Platte aus Stahl aufweisen, an der weitere funktionelle Komponenten (z.B. Positionierhilfseinrichtungen, Einrichtungen zur Montage von Werkstückhaltevorrichtungen) angebracht sind. Alle mechanischen Komponenten des Paletten-Transportsystems 200 werden direkt oder indirekt von der Maschinenbasis 110 getragen. Das Paletten-Transportsystem 200 ist konstruktiv und steuerungstechnisch derart ausgelegt, dass über die Steuereinheit der Honmaschine unterschiedliche Transportwege frei konfigurierbar sind.
Beim Ausführungsbeispiel umfasst das Paletten-Transportsystem 200 genau vier lineare bzw. geradlinige Transportstrecken 202-1 bis 202-4, die jeweils bidirektional, also in zwei einander entgegengesetzten Richtungen, genutzt werden können. Die Transportstrecken verlaufen jeweils horizontal und sind in einer Rechteck-Anordnung angeordnet. Dabei verläuft eine erste Transportstrecke 202-1 an der linken Seite des Arbeitsraums 115 zwischen der Bedienerseite und der ersten Arbeitsstation 180-1. Eine zweite Transportstrecke 202-2 verläuft an der gegenüberliegenden rechten Seite des Arbeitsraums 115 zwischen der Bedienerseite und der zweiten Arbeitsstation 180-2. Diese beiden Transportstrecken 202-1, 202-2 verlaufen jeweils parallel zur zweiten Richtung (y-Richtung bzw. Längsrichtung) in der Nähe der einander zugewandten Innenseiten der Seitenwände. Die beiden anderen Transportstrecken, also eine dritte Transportstrecke 202-3 und eine vierte Transportstrecke 202-4, verlaufen senkrecht dazu, also in der ersten Richtung bzw. Querrichtung, wobei die dritte Transportstrecke 202-3 in der Nähe der Vorderseite (Bedienerseite) und die vierte Transportstrecke 202-4 in der Nähe der Rückseite etwa unterhalb des Querträgers 122 verläuft und die beiden Arbeitsstationen 180-1 und 180-2 verbindet.
In den Eckbereichen der Rechteck-Anordnung sind jeweils dort, wo sich zueinander orthogonale benachbarte Transportstrecken virtuell kreuzen, Umsetzpositionen 204-1 bis 204-4 vorgesehen, die der unmittelbaren Übergabe von Paletten zwischen jeweils zueinander orthogonal benachbarten Transportstrecken dienen. Wie später noch erläutert wird, gibt es dazu bei jeder der Transportstrecken einen einzigen horizontal verfahrbaren Palettenträger 260-1 bis 260-4. Zwischen benachbarten Transportstrecken sind Umsetzpositionen 204-1 bis 204-4 zur Übergabe von Paletten zwischen den benachbarten Transportstrecken angeordnet. Die Palettenträger benachbarter Transportstrecken sind jeweils für eine unmittelbare Übergabe von Paletten ohne zusätzliche Umsetzeinrichtung ausgebildet, so dass in den Umsetzpositionen keine gesonderten Hilfsmittel zum Übergeben oder Umsetzen der Paletten vorgesehen sein müssen.
An der ersten Umsetzposition 204-1, die an der Bedienerseite vor der ersten Arbeitsstation 180-1 liegt, kann eine Palette unmittelbar von der dritten Transportstrecke 202-3 zur ersten Transportstrecke 202-1 oder umgekehrt umgesetzt bzw. übergeben werden. Die zweite Umsetzposition befindet sich im Bereich der ersten Arbeitsstation 180-1. Entsprechend kann an der zweiten Umsetzposition 204-2 eine Palette zwischen der ersten Transportstrecke 202-1 und der vierten Transportstrecke 202-4 in beide Richtungen unmittelbar umgesetzt werden. Entsprechendes gilt für die dritte und vierte Umsetzposition an der gegenüberliegenden Längsseite.
Es ist erkennbar, dass dadurch jede der Arbeitsstationen, also sowohl die erste Arbeitsstation 180-1 als auch die zweite Arbeitsstation 180-2, jeweils in einem Eckbereich der Rechteck-Anordnung der Transportstrecken des Paletten-Transportsystems im Bereich einer Umsetzposition derart angeordnet ist, dass ein Antransport und ein Abtransport von Paletten in zwei zueinander orthogonalen Richtungen möglich ist.
Beispielsweise kann die hinten links angeordnete erste Arbeitsstation 180-1 sowohl durch die erste Transportstrecke 202-1 als auch durch die vierte Transportstrecke 202-4 "bedient" werden. So kann beispielsweise eine Palette mit einem darauf befindlichen Werkstück von der ersten Umsetzposition 204-1 parallel zur Längsrichtung zur ersten Arbeitsstation 180-1 befördert und danach in entgegengesetzter Richtung wieder zur ersten Umsetzposition 204-1 zurücktransportiert werden. Entsprechendes wäre auch entlang der vierten Transportstrecke möglich. Es ist auch möglich, eine Palette mit wenigstens einem darauf befindlichen Werkstück entlang der ersten Transportstrecke 202-1 von der ersten Umsetzposition 204-1 zur ersten Arbeitsstation 180-1 zu transportieren und nach der Bearbeitung im rechten Winkel dazu mithilfe der vierten Transportstrecke 202-4 in Richtung der zweiten Arbeitsstation 180-2 weiter zu transportieren.
Konstruktiv sind diese Funktionalitäten beim Ausführungsbeispiel wie folgt umgesetzt. Zur Realisierung der ersten Transportstrecke 202-1 sind an der Innenseite der links dargestellten ersten Seitenwand 220-1 mit vertikalem Abstand übereinander zwei horizontale Führungsschienen 230-1 befestigt. Auf diesen Führungsschienen läuft ein Horizontalschlitten 240-1, der mithilfe eines numerisch gesteuerten Antriebs parallel zur zweiten Richtung (Längsrichtung) horizontal mit hoher Positionsgenauigkeit in beliebige Richtungen verschoben werden kann. Der Horizontalschlitten 240-1 trägt an seiner dem Arbeitsraum 115 zugewandten Seite zwei vertikal (in z-Richtung) verlaufende Führungsschienen 250-1, die einen vertikal verfahrbaren Schlitten 260-1 tragen, der mithilfe eines geeigneten numerisch gesteuerten Antriebs in Vertikalrichtung, also parallel zur Spindelachse 155 der Honeinheit, numerisch gesteuert in beide Richtungen verfahren werden kann.
Der als Hubschlitten fungierende Schlitten 260-1 dient als Palettenträger der ersten Transportstrecke 202-1 und wird daher auch als erster Palettenträger 260-1 bezeichnet.
Auf dem ersten Palettenträger 260-1 liegt in der dargestellten Konfiguration die Palette 210-1 auf, die während des Betriebs wenigstens eine darauf montierte Werkstückspannvorrichtung mit wenigstens einem Werkstück tragen kann. An der gegenüberliegenden Längsseite ist ein entsprechend aufgebauter Hubschlitten bzw. ein zweiter Palettenträger 260-2 ohne darauf liegender Palette dargestellt.
Am zweiten Palettenträger 260-2 ist gut zu erkennen, dass der Palettenträger zwei zueinander parallele, nach Art von Winkelkonsolen ausgelegte Stützelemente 261 aufweist, zwischen denen ein Zwischenraum 262 existiert. An den horizontalen Oberseiten der Stützelemente befinden sich jeweils zwei Komponenten eines Nullpunktspannsystems 265. Die vier am Palettenträger angebrachten Komponenten des Nullpunktspannsystems 265 sind in einer rechteckigen, insbesondere in einer quadratischen Anordnung an der Oberseite des Palettenträgers angebracht und erlauben eine mit nur geringen Toleranzen behaftete Positionierung einer davon getragenen Palette. Das Nullpunktspannsystem weist in der dargestellten Konfiguration die dargestellten, an der Oberseite des Palettenträgers angebrachten Spannbuchsen auf, die mit Spannzapfen an der Unterseite der Paletten zusammenwirken und mittels Hydraulik oder Pneumatik betätigt werden können. Damit sind mit hoher Wiederholgenauigkeit Positioniergenauigkeiten von weniger als einem Hundertstel Millimeter möglich. Der erste Palettenträger 260-1 ist analog aufgebaut.
Die Position einer werkstücktragenden Palette auf dem ersten oder dem zweiten Palettenträger kann somit exakt vorgegeben werden und ist der Steuereinheit der Honmaschine bekannt, wenn die werkstücktragende Vorrichtung an den dafür vorgesehenen Bezugspunkten auf der Palette montiert und diese im Nullpunktspannsystem eingespannt ist.
Zusammen mit dem hochgenau arbeitenden NC-Antrieben für die Horizontalbewegung und die Vertikalbewegung des ersten (oder zweiten) Palettenträgers ist somit ein hochpräzise arbeitendes Werkstück-Positioniersystem (part positioning system) geschaffen, welches in der Lage ist, ein Werkstück mit bekannter Position im Bereich einer Arbeitsstation sowohl in der Längsrichtung (y-Richtung, zweite Richtung) als auch in der vertikalen z-Richtung zu positionieren. Zusammen mit der bezüglich der x-Position präzise gesteuerten horizontalen Verfahrbarkeit des Horizontalschlittens, der eine oder mehrere Bearbeitungseinheiten (beispielsweise Honeinheit) der Arbeitsstation trägt, ist somit eine exakte Positionierung des Werkstücks relativ zum einem an einer Arbeitsstation verwendeten Werkzeug in allen drei Raumrichtungen (x-, y- und z-Richtung) möglich.
Bereits mit den bisher beschriebenen Komponenten kann die Honmaschine zur präzisen Bearbeitung von Bohrungen durch Honen und/oder Entgraten genutzt werden. Beispielsweise kann der erste Palettenträger 260-1 zunächst in die dargestellte Position in der Nähe der Bedienerseite gefahren werden. Dort wird eine Palette 210-1 mit einer darauf befindlichen (nicht dargestellten) Werkstückhaltevorrichtung und einem darin gespannten Werkstück auf den Palettenträger aufgelegt. Dabei kann ein einziges Werkstück aufgelegt werden. Es ist auch möglich, mehrere Werkstücke gleichzeitig aufzulegen. Dann wird der erste Palettenträger 260-1 entlang der ersten Transportstrecke 202-1 nach hinten zur ersten Arbeitsstation 180-1 verfahren. Dort wird die Spindelachse 155 der Honeinheit in eine koaxiale Position zur Bohrungsachse der ersten zu bearbeitenden Bohrung positioniert. Die dazu eventuell erforderliche Relativbewegung in x-Richtung (erste Richtung) wird über horizontales Verfahren der Honeinheit realisiert. Eventuelle Positionierbewegungen in der zweiten Richtung (y-Richtung) und in der Vertikalrichtung (z-Richtung) werden über entsprechende Verfahrbewegungen des ersten Palettenträgers 260-1 realisiert. Ist die Bohrung in der richtigen Höhe angeordnet und zur Spindelachse ausgerichtet, kann die Honbearbeitung in an sich bekannter Weise durchgeführt werden. Eine entsprechende oder eine völlig andere Werkstückbearbeitung könnte unabhängig davon an der im Prinzip analog aufgebauten zweiten Honstation durchgeführt werden, die durch den entsprechend horizontal und vertikal verfahrbaren zweiten Palettenträger 260-1 bedient wird.
Eine transporttechnische Verknüpfung der beiden Arbeitsstationen 180-1, 180-2 in den hinteren Eckbereichen des Arbeitsraums 115 der Honmaschine 100 wird mithilfe der dritten und vierten Transportstrecken 202-3 und 202-4 erreicht. Zur dritten Transportstrecke 202-3 in der Nähe der Bedienerseite gehört ein Paar von in x-Richtung (Querrichtung) verlaufenden Führungsschienen, die auf dem Maschinenbett montiert sind. Die Führungsschienen 271-3 tragen einen Basisschlitten 272-3, der mithilfe eines numerisch gesteuerten Antriebs bidirektional in Querrichtung (x-Richtung) bis in Endbereiche der Führungsschienen horizontal verfahren werden kann. Der Basisschlitten trägt einen weiteren horizontal verfahrbaren Schlitten 273-3, der einen eigenen Antrieb aufweist und als Palettenträger zur Aufnahme einer Palette dient. Da der Palettenträger zur dritten Transportstrecke 202-3 gehört, wird er auch als dritter Palettenträger 260-3 bezeichnet.
Der dritte Palettenträger 260-3 benötigt an seiner Oberseite keine Komponenten eines Nullpunktspannsystems, da eine exakte Werkstückpositionierung durch diesen Palettenträger nicht erforderlich ist. Der dritte Palettenträger 260-3 hat parallel zur Längsrichtung (y-Richtung) eine Breite, die so bemessen ist, dass er beim Verschieben in der ersten Richtung (Querrichtung) zwischen die beiden winkelförmigen Stützelemente 261 der an den Längsseiten angebrachten, vertikal verfahrbaren Palettenträger 260-1, 260-2 passt. Dadurch ist eine unmittelbare Übergabe einer Palette zwischen dem in Querrichtung verfahrbaren dritten Palettenträger 260-3 und dem auch in Vertikalrichtung verfahrbaren ersten Palettenträger 260-1 oder dem gegenüberliegenden zweiten Palettenträger 260-2 möglich. Der Basisschlitten 272-3 und der davon getragene weitere Schlitten 273-3 haben jeweils einen eigenen Antrieb. Dadurch kann der Schlitten 273-3 wie eine Art Teleskop über den Bereich des unteren Schlittens (Basisschlitten) 272-3 hinaus und in den Übergabebereich 262 hinein verschoben werden.
Soll beispielsweise in der dargestellten Situation die auf dem ersten Palettenträger 260-1 liegende Palette 210-1 zu dem in Querrichtung verfahrbaren dritten Palettenträger 260-3 umgesetzt werden, wird dazu zunächst der Hubschlitten des ersten Palettenträgers 260-1 so weit nach oben gefahren, dass die Palette oberhalb des Niveaus des dritten Palettenträgers 260-3 liegt. Dann wird dieser durch Verfahren des Basisschlittens 272-3 und überlagertes Verfahren des davon getragenen weiteren Schlittens horizontal in den Bereich unterhalb der angehobenen Palette 210-1 verfahren. Dann wird der Hubschlitten des ersten Palettenträgers 260-1 abgesenkt, bis die Palette auf dem dritten Palettenträger 260-3 aufliegt, und der Hubschlitten wird noch weiter abgesenkt, so dass die Palette von diesem vollständig freigegeben wird. Dann kann mithilfe des dritten Palettenträgers 260-3 ein Quertransport in x-Richtung stattfinden.
Ein umgekehrtes Umsetzen ist ebenfalls möglich. Beispielsweise ist bei manchen Ausführungsbeispielen an der dargestellten Position des dritten Palettenträgers 260-3 mittig zwischen den Längsseiten eine Be- und Entladeposition bzw. eine Be- und Entladestation 185 vorgesehen. Dort kann zu Beginn eine auf dem dritten Palettenträger 260-3 liegende Palette mit einer Werkstückhaltevorrichtung mit Werkstück montiert werden. Zur Übergabe dieser Palette auf den ersten Palettenträger 260-1 wird dieser zunächst nach unten gefahren, so dass die Palette mithilfe des dritten Palettenträgers horizontal bis zur ersten Umsetzposition 204-1 an eine Position oberhalb des vertikal verfahrbaren Hubschlitten des ersten Palettenträgers 260-1 verfahren werden kann. Dann wird der Hubschlitten mit dem ersten Palettenträger 260-1 nach oben verfahren und übernimmt dabei die Palette ohne zwischengeschaltete Umsetzeinrichtungen unmittelbar vom dritten Palettenträger 260-3. Bei dieser Übernahmeoperation bzw. Aushebeoperation geraten auch die korrespondierenden Komponenten des Nullpunktspannungssystems an der Palette 210-1 und dem ersten Palettenträger 260-1 in Eingriff miteinander, so dass dadurch die Position des zu bearbeitenden Werkstücks in Bezug auf die Honmaschine definiert wird.
Anschließend wird der in Querrichtung verfahrbare dritte Palettenträger wieder in die gezeigte mittige Position (Be- und Entladeposition) gefahren. Sobald dadurch eine horizontale Verfahrbewegung des ersten Palettenträgers 260-1 möglich wird, kann dieser in Richtung der ersten Arbeitsstation 180-1 verfahren werden, um das Werkstück dort zu positionieren.
Die an einer Umsetzposition zusammenwirkenden Palettenträger sind also so aneinander angepasst, dass sie teilweise ineinander fahren können, wobei jeweils einer der in der Umsetzposition zusammenwirkenden Palettenträger Hubbewegungen ausführen kann, um Paletten-Anhebe- oder Absenkoperationen ausführen zu können.
Die in der Nähe der Rückseite der Maschinenbasis 110 verlaufende vierte Transportstrecke 202-4 verbindet in analoger Weise die Umsetzpositionen 204-2 und 204-3, die sich jeweils im Bereich der Arbeitsstationen befinden. Der horizontal in x-Richtung verfahrbare vierte Palettenträger 260-4 hat dieselben Bewegungsfreiheitsgrade wie der eben beschriebene dritte Palettenträger 260-3, weshalb auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
Mithilfe der vierten Transportstrecke 202-4 ist es beispielsweise möglich, ein Werkstück, welches zunächst an der ersten Arbeitsstation 180-1 bearbeitet wurde, vom dort positionierten ersten Palettenträger 260-1 zu übernehmen und zur zweiten Arbeitsstation 180-2 zu transportieren, wo die Palette mit Werkstück dann vom zugehörigen zweiten Palettenträger 260-2 übernommen und für die Werkstückbearbeitung positioniert wird.
Erwähnenswert ist auch, dass die in Längsrichtung (y-Richtung) zu den Arbeitsstationen führenden Transportstrecken 202-1 und 202-2 hinsichtlich der möglichen Transportstrecken so ausgelegt sind, dass die Palettenträger 260-1, 260-2 unter den Arbeitseinheiten der Arbeitsstation hindurch so weit nach hinten (in den Bereich der Steuerung 190) gefahren werden können, dass die Arbeitseinheiten von vorne frei zugänglich sind, um z.B. eine Werkzeugwechsel ohne Beeinträchtigung durch einen Palettenträger bequem ausführen zu können.
Anhand dieser wenigen Beispiele ist ersichtlich, dass es sich bei der Honmaschine 100 um eine hochgradig flexibel einsetzbare Honmaschine handelt, die vorzugsweise mit genau zwei Honeinheiten auskommt, also eine zweispindlige Ausführung haben kann. Die Honmaschine ist zur parallelen Bearbeitung von Werkstücken an zwei verschiedenen Honstationen geeignet. Hierbei könnten trotzdem taktzeitparallel Werkstücke be- und entladen werden.
An beiden Arbeitsstationen sind positionsgenau arbeitende Werkstückpositioniersysteme realisiert, die es erlauben, in drei zueinander senkrechten Achsrichtungen flexible Bauteilpositionen anzufahren. Zu diesen Bauteilpositioniersystemen gehören die horizontal verfahrbaren Horizontalschlitten 135-1, 135-2, die die Honeinheiten (und/oder andere Bearbeitungseinheiten) tragen, sowie die in den Bereich der Arbeitsstation verfahrbaren ersten und zweiten Palettenträger 260-1, 260-2, die einerseits in einer zur Verfahrrichtung der Bearbeitungseinheit senkrechten horizontalen zweiten Richtung (y-Richtung) und andererseits vertikal (also parallel zur Spindelachse der Honeinheit) positionsgenau verfahren werden können.
Die Arbeitsstationen können jeweils mit einer Honeinheit ausgestattet sein, so dass sie jeweils als Honstation konfiguriert sind. Zusätzlich können eine oder mehrere weitere Arbeitseinheiten, wie zum Beispiel eine Entgrateinheit und/oder eine Messeinheit, am gleichen Horizontalschlitten (oder an einem separat davon verfahrbaren Horizontalschlitten) angebracht sein. Es muss nicht jede Arbeitsstation als Honstation ausgebildet sein.
Einen wichtigen Beitrag zur hohen Flexibilität bei den möglichen Bearbeitungsszenarien leistet das maschineninterne Paletten-Transportsystem 200, welches konstruktiv so ausgelegt ist, dass über eine Steuereinheit der Honmaschine unterschiedliche Transportwege frei konfigurierbar sind. Dabei sind bei der gezeigten Ausführungsform maximal drei Paletten in Benutzung, wobei z.B. zwei Paletten gleichzeitig im Bereich der Arbeitsstation bei der Bearbeitung und eine Palette in einer Ladeposition zum Be- oder Entladen positioniert sein können. Das Paletten-Transportsystem des Ausführungsbeispiels kann so beschrieben werden, dass es ein integriertes Werkstückpositioniersystem beinhaltet, zu dem die horizontal und vertikal verfahrbaren ersten und zweiten Palettenträger an der ersten und der zweiten Transportstrecke gehören. Andererseits kann die Konfiguration auch so beschrieben werden, dass die Bauteilpositioniersysteme bei der Honmaschine sowohl die Aufgabe der Bauteilpositionierung in Bezug auf die Bearbeitungseinheit als auch Aufgaben als Bestandteil des Palettentransports übernehmen.
Zum Gesamtkonzept gehört ebenfalls, dass sowohl Bauteile direkt auf die in der Maschine befindlichen Paletten be- oder entladen werden können, sowie auch der Wechsel der kompletten Palette an der Beladestation durchgeführt werden kann. Dieser Fall ist z.B. dann von Vorteil, wenn hohe Rüstaufwendungen zum Auf- und Abspannen von Werkstücken notwendig werden würden. Paletten können also auch außerhalb der Honmaschine gerüstet und dann voll bestückt geladen werden.
Die Honmaschine ist sehr flexibel und kann an einer Palette sowohl Bauteile bzw. Werkstücke mit relativ hohem Einzelgewicht als auch viele einzelne, in der Regel kleinere Werkstücke gleichzeitig aufnehmen und in einem Arbeitsgang bearbeiten. Die Vorteile liegen unter anderem in einer hohen Ausbringung und auch der Möglichkeit einer variablen Honspindelzuordnung für einspindlige oder zweispindlige Prozesse.
Die dargestellte Honmaschine kann beispielsweise die folgenden Bearbeitungsszenarien abbilden. Szenario 1: Honen, Messen, Entgraten von einem Werkstück mit einer Bohrung; Szenario 2: Honen, Messen, Entgraten von einem Werkstück mit mehreren Bohrungen; Szenario 3: Honen, Messen, Entgraten von mehreren Werkstücken mit einer Bohrung; Szenario 4: Honen, Messen, Entgraten von mehreren Werkstücken mit mehreren Bohrungen; Szenario 5: doppelt-einspindliger Prozess, wobei gleichzeitig zweimal gehont und beladen werden kann; Szenario 6: zweispindliger Prozess, wobei gleichzeitig zweimal gehont und beladen werden kann.

Claims

Honmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken, die mindestens eine mittels Honen zu bearbeitende Bohrung aufweisen, umfassend:
mehrere Arbeitsstationen (180-1, 180-2), wobei mindestens eine der Arbeitsstationen als Honstation (180-1, 180-2) konfiguriert ist, die mindestens eine Honeinheit (150-1, 150-2) umfasst, welche eine Spindelwelle (152) aufweist, die mittels eines Drehantriebs um eine vertikale Spindelachse (155) drehbar und mittels eines Hubantriebs parallel zur Spindelachse hin und her bewegbar ist; und

ein maschineninternes Paletten-Transportsystem (200) zum Transportieren von Werkstücken von und zu den Arbeitsstationen (180-1, 180-2) mithilfe von Paletten (210-1, 210-2), wobei das Paletten-Transportsystem (200) derart ausgelegt ist, dass über eine Steuereinheit (190) der Honmaschine (200) unterschiedliche Transportwege frei konfigurierbar sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Paletten-Transportsystem (200) vier bidirektional nutzbare lineare Transportstrecken (202-1 - 202-4) aufweist, die in einer Rechteck-Anordnung angeordnet sind, wobei in Eckbereichen der Rechteck-Anordnung Umsetzpositionen (204-1 - 204-4) zur Übergabe von Paletten (210-1, 210-2) zwischen zueinander orthogonalen benachbarten Transportstrecken angeordnet sind.
Honmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Paletten-Transportsystem (200) mehrere bidirektional nutzbare lineare Transportstrecken (202-1 - 202-4) aufweist, jede der Transportstrecke einen horizontal verfahrbaren Palettenträger aufweist, zwischen benachbarten Transportstrecken Umsetzpositionen (204-1 - 204-4) zur Übergabe von Paletten (210-1, 210-2) zwischen den benachbarten Transportstrecken angeordnet sind und die Palettenträger benachbarter Transportstrecken für eine unmittelbare Übergabe von Paletten ohne zusätzliche Umsetzeinrichtung ausgebildet sind.
Honmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Paletten-Transportsystem eine Be- und Entladestation (185) aufweist, die an einer Bedienerseite der Honmaschine (100) zwischen, insbesondere mittig zwischen den Enden einer bidirektional nutzbaren lineare Transportstrecke (202-3) angeordnet ist.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Honstation (180-1, 180-2) in einem Eckbereich der Rechteck-Anordnung an einer Umsetzposition (204-2, 204-3) derart angeordnet ist, dass ein Antransport und Abtransport von Paletten in zwei zueinander orthogonalen Richtungen möglich ist.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Honmaschine eine erste Honstation (180-1) und eine unabhängig davon nutzbare zweite Honstation (180-2) aufweist, wobei die Honstationen in Umsetzpositionen (204-2, 204-3) an gegenüberliegenden Enden einer linearen Transportstrecke (202-4) angeordnet sind.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Honstationen (180-1, 180-2) vorgesehen sind, die vorzugsweise jeweils eine einzige Honeinheit (150-1, 150-2) aufweisen.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer der Honstationen (180-1, 180-2), vorzugsweise an allen Honstationen (180-1, 180-2), die Honeinheit an einem Horizontalschlitten (135-1, 135-2) angeordnet ist, der parallel zu einer ersten Richtung (x-Richtung) horizontal verfahrbar ist.
Honmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Horizontalschlitten (135-1, 135-2) zusätzlich zu einer Honeinheit mindestens eine weitere Arbeitseinheit trägt, insbesondere eine Entgrateinheit (160-1, 160-2) und/oder eine Messeinheit (170-1, 170-2).
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Paletten-Transportsystem (200) wenigstens einen Palettenträger (260-1, 260-2) aufweist, der in wenigstens einer Horizontalrichtung horizontal und zusätzlich in Vertikalrichtung vertikal bidirektional verfahrbar ist, wobei eine von dem Palettenträger nutzbare horizontale Transportstrecke (202-1, 202-2) zu einer Arbeitsstation (180-1, 180-2) und von dieser weg führt.
Honmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Paletten-Transportsystem (200) wenigstens einen Palettenträger (260-1, 260-2) aufweist, der parallel zu einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung horizontal und parallel zu einer zur Spindelachse (155) parallelen dritten Richtung vertikal bidirektional verfahrbar ist.
Honmaschine nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Palettenträger (260-1, 260-2) an einer zur Aufnahme einer Palette vorgesehenen Oberseite Komponenten eines Nullpunktspannsystems (265) aufweist.
Honmaschine nach einem der Ansprüche 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Palettenträger (260-1, 260-2) automatisch koppelbare Schnittstellenkomponenten zur Übertragung von Energie und/oder Signalen zwischen der Honmaschine und einer von dem Palettenträger getragenen Palette aufweist.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Paletten-Transportsystem (200) funktionaler Bestandteil eines in die Honmaschine integrierten Werkstück-Positioniersystem ist, welches dafür konfiguriert ist, ein Werkstück mit bekannter Position im Bereich einer Arbeitsstation (180-1, 180-2) sowohl in wenigstens einer Horizontalrichtung als auch Vertikalrichtung zu positionieren.
Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Paletten (210-1, 210-2) des Paletten-Transportsystems (200) eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
Positionierhilfseinrichtungen zur Unterstützung der Positionierung einer Palette in einer Zielposition an einem Palettenträger, wobei die Positionierhilfseinrichtungen vorzugsweise Spannzapfen aufweisen, die in einem Nullpunktspannsystem (265) nutzbar sind;

wenigstens eine steuerbare Komponente mit Aktoren und Sensoren derart, dass eine Ansteuerung der steuerbare Komponente durch die Steuereinheit der Honmaschine möglich ist, wobei vorzugsweise mithilfe einer steuerbaren Komponente einer auf der Palette montierten Werkstückhaltevorrichtung Werkstückbewegungen in Bezug auf die Palette erzeugbar und über Signale von Sensoren eine Rückkopplung über die eingestellte Position und/oder Orientierung zur Steuereinheit möglich ist.