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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft ein Honwerkzeug zur Bearbeitung einer Bohrung in einem Werkstück gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Die qualitätsbestimmende Endbearbeitung von tribologisch beanspruchbaren Innenflächen von Bohrungen, wie z.B. Zylinderlaufflächen in Zylinderblöcken (Zylinderkurbelgehäusen) oder Zylinderlaufbuchsen, erfolgt in der Regel mittels Honen. Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, welches mit einem aufweitbaren Honwerkzeug durchgeführt wird. Ein Honwerkzeug hat einen Werkzeugkörper und mindestens einen Schneidstoffkörper, der mittels eines Zustellsystems radial zur Werkzeugachse in Richtung einer Innenfläche der Bohrung zustellbar ist. Bei einer typischen Honoperation wird das Honwerkzeug innerhalb der zu bearbeitenden Bohrung in Axialrichtung der Bohrung hin- und her bewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung mit geeigneter Drehzahl gedreht. Der am Honwerkzeug angebrachte Schneidstoffkörper (einer oder mehrere) wird über das Zustellsystem mit einer radial zur Werkzeugachse wirkenden Zustellkraft an die zu bearbeitende Innenfläche angedrückt. Beim Honen entsteht in der Regel an der Innenfläche ein für die Honbearbeitung typisches Kreuzschliffmuster mit sich überkreuzenden Bearbeitungsspuren, die auch als „Honriefen“ bezeichnet werden.
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Honwerkzeuge sind mehr oder weniger bohrungsfüllende Werkzeuge. Ein gattungsgemäßes Honwerkzeug weist eine oder mehrere Führungsleisten auf. Führungsleisten an Honwerkzeugen sind dazu vorgesehen, mit ihrer radial außen liegenden Führungsfläche einen Führungsdurchmesser zu definieren, der in der Regel geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der zu bearbeitenden Bohrung.
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Bei Einleisten-Honwerkzeugen, die nur einen einzigen zustellbaren Schneidstoffkörper in Form einer Honleiste haben und typischerweise bei relativ kleinen Bohrungsdurchmessern eingesetzt werden, sind oft zwei umfangsversetzte Führungsleisten vorgesehen, um bei der Honbearbeitung das Honwerkzeug an der der Honleiste gegenüber liegenden Seite an der Innenseite der Bohrung abzustützen. Es gibt auch Mehrleisten-Honwerkzeuge mit zwei oder mehr (z.B. vier oder sechs oder acht) um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten, radial zustellbaren Schneidstoffkörpern.
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Zum Einführen des Honwerkzeugs werden die Schneidstoffkörper (einer oder mehrere) radial zurückgezogen, so dass ihre abrasiven Außenflächen gegenüber den Führungsflächen bzw. dem Führungsdurchmesser zurückgezogen sind.
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Bei Mehrleisten-Honwerkzeugen werden die Schneidstoffkörper dann für die Honoperation radial nach außen zugestellt, so dass nur die Schneidstoffkörper in Eingriff mit der Innenfläche der Bohrung stehen. Die Außenflächen der maximal nach außen zugestellten Schneidstoffkörper definieren einen Hondurchmesser, der typischerweise einige Hundertstel mm größer ist als der Führungsdurchmesser. Bei Einleisten-Honwerkzeugen bestimmt der Schneidstoffkörper zusammen mit den Führungsleisten den Hondurchmesser. Der Schneidstoffkörper und die Führungsleisten sind zusammen im „Eingriff“. Daher muss besonders auf Führungsleistenverschleiß geachtet werden.
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Führungsleisten bestehen meist aus einem verschleißfesten Werkstoff, um eine Vielzahl von Einführ- und Bearbeitungsoperationen und/oder Bearbeitungsoperationen ohne Beschädigung oder substantiellen Materialabrieb zu überstehen. Dennoch kann es nach längerem Gebrauch vorkommen, dass Führungsleisten verschleißen und ausgewechselt werden sollten.
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Gattungsgemäße Honwerkzeuge zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine oder mehrere Führungsleisten haben, die austauschbar bzw. auswechselbar am Werkzeugkörper angebracht sind. Dies ergibt eine verbesserte Reparatur- und Wartungsfreundlichkeit gegenüber Honwerkzeugen, bei denen beispielsweise die Führungsleisten angelötet und damit nicht ohne weiteres „auswechselbar“ sind.
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Die
CN 2 01 115 927 Y beschreibt ein Honwerkzeug mit auswechselbaren Führungsleisten, die mithilfe von Schrauben am Werkzeugkörper befestigt werden. In den Führungsleisten sind hierzu von der Führungsfläche nach innen durchgehende Befestigungsbohrungen zum Hindurchführen der Befestigungsschrauben vorgesehen.
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Die
KR 2013 0 122 838 A beschreibt ein Honwerkzeug mit auswechselbaren Führungsleisten in Form von Rundstäben, die jeweils in eine axial verlaufende zylindrische Aufnahmeöffnung in Axialrichtung eingeschoben werden und anschließend mit einer stirnseitig eingeschraubten Halteplatte gegen Herausfallen gesichert werden. Die Führungsleisten sollen sich in den Aufnahmeöffnungen um ihre Achse drehen können, um Führungsleistenverschleiß zu verringern.
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Die
DE 103 41 991 A1 offenbart ein Honwerkzeug mit einem Werkzeugkörper, an dem Führungsleisten und Honsteine radial beweglich und parallel zu einer Rotationsachse des Werkzeugkörpers angebracht sind. Die Führungsleisten bestimmen einen Führungsbereich, während die Honsteine einen Arbeitsbereich bestimmen, der zumindest teilweise außerhalb des Führungsbereichs liegt. Es ist eine Betätigungseinrichtung für eine Bewegung der Honsteine in radialer Richtung vorgesehen. Weiterhin ist eine mit dieser Betätigungseinrichtung zumindest zeitweilig gekoppelte Steuereinrichtung vorgesehen, die für eine Bewegung der Führungsleisten in radialer Richtung entgegen einer durch eine Vorspanneinrichtung vorgespannten Vorspannung zwischen einer Funktionsstellung und einer Ruhestellung beweglich am Werkzeugkörper ausgebildet ist. Die Führungsleisten sitzen in parallel zur Rotationsachse verlaufenden Längsschlitzen, die in Radialrichtung von einer inneren Durchgangsöffnung für die Betätigungseinrichtung bis zum äußeren Umfang durchgehen.
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Die
DE 40 20 097 C1 offenbart ein Honwerkzeug mit einem Honleistenträger. Eine dem freien Ende eines Werkzeugschafts zugeordnete Stirnseite des Honleistenträgers liegt einer Führungsleiste gegenüber, von der sie einen gewissen Abstand aufweist. Die Führungsleiste ist als Teil eines sich über den Umfang des Werkzeugschafts erstreckenden Rings ausgebildet. Dieser Ring ist auf ein Außengewinde im Bereich des freien Endes des Werkzeugschafts aufgeschraubt. Durch mehr oder weniger weites Verschrauben lässt sich der Abstand zwischen der Anschlagfläche der Führungsleiste und der gegenüberliegenden Anschlagfläche des Werkzeugschafts verstellen.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßen Honwerkzeug bereitzustellen, das eine oder mehrere Führungsleisten aufweist, die für einen Bediener leicht auswechselbar sind und im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Honwerkzeugs eine sichere Führungsfunktion bieten.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Honwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Das Honwerkzeug ist zur Bearbeitung einer Bohrung in einem Werkstück ausgelegt und hat einen Werkzeugkörper, der eine Werkzeugachse definiert. Im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Honwerkzeugs rotiert das Honwerkzeug idealerweise um die Werkzeugachse. Das Honwerkzeug umfasst wenigstens einen Schneidstoffkörper, der mittels eines Zustellsystems radial zur Werkzeugachse in Richtung einer Innenfläche der Bohrung zustellbar ist. Ein Schneidstoffkörper besteht aus einem abrasiven Material, welches irregulär geformte Schneidkörner aufweist, die in einer Bindung gebunden sind. Damit ist ein Materialabtrag mit geometrisch unbestimmten Schneiden möglich. Leistenförmige Schneidkörper, deren Länge in Axialrichtung größer als ihre in Umfangsrichtung gemessene Breite ist, werden auch als „Honleisten“ bezeichnet. Weiterhin ist am Umfang des Werkzeugkörpers wenigstens eine Führungsleiste angeordnet, die zum Führen des Honwerkzeugs in der Bohrung vorgesehen ist. Die Führungsleiste ist auswechselbar bzw. austauschbar. „Austauschbar“ bzw. „auswechselbar“ bedeutet im Rahmen dieser Anmeldung, dass zur Anbringung der Führungsleisten am Werkzeugkörper eine zerstörungsfrei lösbare Befestigung vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Reparatur- und Wartungsfreundlichkeit gegenüber Honwerkzeugen, bei denen Führungsleisten beispielsweise durch Löten am Werkzeugkörper befestigt sind.
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Der Werkzeugkörper weist an seinem Umfang für mindestens eine Führungsleiste eine parallel zur Werkzeugachse verlaufende Aufnahmenut auf, die einen Aufnahmequerschnitt hat, der durch wenigstens zwei mehr oder weniger parallel zur Werkzeugachse verlaufende Planflächen begrenzt ist. Wenigstens eine dieser Planflächen kann als in Umfangsrichtung wirkende Anlagefläche für die Führungsleiste dienen und dazu beitragen, die Position der Führungsleiste in Umfangsrichtung genau festzulegen. Die Aufnahmenut hat weiterhin an wenigstens einem axialen Ende eine axiale Endfläche. Diese kann als axialer Anschlag für die in der Aufnahmenut aufzunehmende Führungsleiste dienen bzw. genutzt werden, ist also als axialer Anschlag geeignet. Eine in die Aufnahmenut aufgenommene Führungsleiste hat an ihrer dem Werkzeugkörper abgewandten Außenseite eine Führungsfläche, die zum Kontakt mit der Innenseite der Bohrung vorgesehen ist. Diese Führungsfläche ist nicht durch eine Bohrung unterbrochen. Es führt also keine Bohrung für eine Befestigungsschraube durch die Führungsleiste hindurch. Die Führungsleiste kann in Längsrichtung einen einheitlichen Querschnitt haben. Dadurch kann zum einen eine Führungsleiste mit einfacher geometrischer Gestalt und hoher mechanischer Stabilität bereitgestellt werden. Außerdem kann die Führungsfläche über den gesamten mit dem Honwerkzeug potenziell in Kontakt kommenden Bereich einheitlich gestaltet sein, so dass eine schonende Führung an der Bohrungsinnenseite sichergestellt werden kann. An einer dem Werkzeugkörper zugewandten Seite hat die Führungsleiste wenigstens zwei Planflächen zum Flächenkontakt mit korrespondierenden Planflächen der Aufnahmenut. Weiterhin ist eine lösbar mit dem Werkzeugkörper verbindbare Fixierungseinrichtung zum Fixieren der Führungsleiste in der Aufnahmenut vorgesehen. Mithilfe der axialen Endfläche, an die eine korrespondierende Stirnseite der in die Aufnahmenut eingelegten Führungsleiste angelegt werden kann, kann eine axiale Position der Führungsleiste in der Aufnahmenut definiert werden. Mithilfe einer achsparallel verlaufenden Planfläche kann eine exakte Position der Führungsleiste in Umfangsrichtung sichergestellt werden. Die Aufnahmenut bietet somit eine Aufnahmestruktur mit Anlageflächen, die bei Bedarf in Axialrichtung, vor allem aber in Umfangsrichtung, die Lage einer eingelegten Führungsleiste festlegen können.
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Mithilfe der lösbar mit dem Werkzeugkörper verbindbaren Fixierungseinrichtung kann die Führungsleiste in der Aufnahmenut so fixiert werden, dass sie in Kontakt mit den radialen und/oder axialen Anlageflächen steht und dadurch ihre Position am Werkzeugkörper fest vorgegeben wird.
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Die Führungsleisten können eine einfach zu fertigende Gestalt und hohe Stabilität haben, insbesondere weil keine Bohrungen erforderlich sind. Die Führungsleisten sollten verschleißfest sein. Sie können z.B. aus Hartmetall bestehen. Alternativen sind z.B. Führungsleisten aus Polykristallinem Diamant (PKD) oder Siliziumnitrid oder aus einer Materialkombination, z.B. mit Diamantbelag oder Diamantbeschichtung an der Führungsfläche oder aus einem MetallKeramik-Verbundstoff (Cermet). Geeignet profilierte Halbzeuge aus diesen harten, verschleißfesten Materialien können ohne großen technischen Aufwand verwendet werden, insbesondere da keine Befestigungsbohrungen in das Material eingebracht werden müssen. Bei Nutzung der Erfindung stehen viele unterschiedliche Führungsleisten-Materialien zur Verfügung, zwischen denen z.B. in Abhängigkeit vom zu bearbeitenden Werkstückmaterial gewählt werden kann.
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Obwohl es möglich ist, dass das Honwerkzeug nur eine einzige, in Umfangsrichtung relativ breite Führungsleiste aufweist, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass das Honwerkzeug mehrere um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilte Führungsleisten aufweist.
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Bevorzugte Ausführungsformen haben genau zwei Führungsleisten, die umfangsversetzt am Werkzeugkörper angeordnet sind.
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Insbesondere kann es sich bei dem Honwerkzeug um ein Einleisten-Honwerkzeug handeln, das nur einen einzigen zustellbaren Schneidstoffkörper in Form einer Honleiste aufweist und typischerweise bei relativ kleinen Bohrungsdurchmessern eingesetzt wird. Bei diesen sind zwei umfangsversetzte Führungsleisten bzw. zwei umfangsversetzte Aufnahmenuten vorgesehen, um bei der Honbearbeitung das Honwerkzeug an der der Honleiste gegenüber liegenden Seite an der Innenseite der Bohrung abzustützen. Der praktisch-wirtschaftliche Nutzen der Erfindung ist gerade bei Einleisten-Honwerkzeugen erheblich, da dort die Führungsleisten prinzipbedingt meist höherem Verschleiß ausgesetzt sind als bei Mehrleisten-Honwerkzeugen und daher öfter gewechselt werden sollten.
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Die Fixierungseinrichtung ist vorzugsweise als Klemmeinrichtung ausgebildet, die mittels mindestens einer Klemmschraube betätigbar ist. Die Klemmkräfte wirken dabei so, dass die Führungsleiste an die als Anlageflächen dienenden Planflächen der Aufnahmenut angepresst werden kann. Vorzugsweise umfasst die Klemmeinrichtung genau zwei axial versetzt angeordnete Klemmschrauben. Dadurch können die Klemmkräfte besser über die Länge der Führungsleiste verteilt werden und axial ungleich wirkende Klemmkräfte können vermieden werden. Außerdem wird eine statische Überbestimmung der Klemmkräfte vermieden Die Klemmkraft der Klemmeinrichtung wird durch Betätigen der Klemmschraube aufgebracht. Mithilfe von Klemmschrauben kann ein Bediener somit Führungsleisten sehr einfach in den Aufnahmenuten (eine oder mehrere) des Werkzeugkörpers anbringen und fixieren oder, durch Lösen der Klemmeinrichtung, die Fixierung aufheben und die Führungsleisten aus den Aufnahmenuten entnehmen.
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Gemäß einer Weiterbildung sind am Umfang des Werkzeugkörpers (wenigstens) zwei zueinander umfangsversetzte Aufnahmenuten zur Aufnahme jeweils einer Führungsleiste ausgebildet, wobei die Klemmeinrichtung in einem Zwischenbereich zwischen den Aufnahmenuten angeordnet ist. Das mindestens eine in dem Zwischenbereich angeordnete Element der Klemmeinrichtung kann somit gleichzeitig auf Führungsleisten in den beiden jeweils seitlich angrenzenden Aufnahmenuten wirken. Durch Betätigen einer einzigen Klemmeinrichtung können somit zwei Führungsleisten gleichzeitig in ihren entsprechenden Aufnahmenuten festgelegt bzw. eingeklemmt werden. Umgekehrt werden beim Lösen der Klemmeinrichtung gleich zwei benachbarte Führungsleisten frei und können zum Austausch entnommen werden.
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Vorzugsweise sind die Aufnahmenuten an den einander zugewandten Seiten in zumindest einem Fixierungsabschnitt offen. Dadurch kann die Klemmeinrichtung besonders wirksam an den einander zu gewandten Seitenflächen der beiden benachbarten Führungsleisten angreifen.
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Vorzugsweise ist wenigstens eine Gewindebohrung zur Aufnahme jeweils einer Schraube der Klemmeinrichtung in dem Zwischenbereich zwischen den Aufnahmenuten angeordnet. Meist sind zwei Gewindebohrungen, insbesondere genau zwei Gewindebohrungen, vorgesehen.
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Bei manchen Ausführungsformen ist die Gewindebohrung im Bereich eines Fixierungsabschnitts angeordnet und eine mit einem Schraubenkopf ausgestattete Klemmschraube wird in der Klemmkonfiguration derart in die Gewindebohrung eingeschraubt, dass der Schraubenkopf unmittelbar an einander zugewandten Seitenflächen der Führungsleisten angreift und diese an abgewandte Planflächen der Aufnahmenuten drückt. Eine derartige Klemmeinrichtung benötigt also lediglich eine oder mehrere Klemmschrauben, um die in Umfangsrichtung benachbarten Führungsleisten zeitgleich in ihren Aufnahmenuten einzuklemmen.
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Vorzugsweise hat der Schraubenkopf der Klemmschraube eine dem Gewindeabschnitt zugewandte konische Unterseite. Deren Konuswinkel kann so an die Orientierung der in Umfangsrichtung fernliegenden Planflächen der Aufnahmenuten angepasst sein, dass die in die Aufnahmenuten eingelegten Führungsleisten unmittelbar mithilfe einer Klemmschraube am Werkzeugkörper befestigt werden können, indem die Führungsleisten durch die konische Fläche an der Schraubenkopf-Unterseite in ihren Aufnahmenuten festgeklemmt werden. Bei entsprechenden Konuswinkeln der Schraubenkopf-Unterseite kann dabei ein materialschonender Linienkontakt zwischen der Schraubenkopf-Unterseite und den zugewandten Seitenflächen der Führungsleisten aufgebaut werden, mit denen ausreichend starke Klemmkräfte ohne Zerstörung der Führungsleisten aufgebracht werden können.
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Bei anderen Ausführungsformen weist die Klemmeinrichtung wenigstens ein an dem Werkzeugkörper befestigbares gesondertes Klemmelement mit wenigstens einer Durchgangsbohrung zum Hindurchführen des Gewindeabschnitts einer Klemmschraube auf, wobei das Klemmelement gegenüberliegende Schrägflächen zum Anpressen an die einander zugewandten Seitenflächen der Führungsleisten aufweist. Bei dieser Anordnung wird somit die durch eine Klemmschraube aufgebrachte Klemmkraft indirekt über das gesonderte Klemmelement auf die angrenzenden Führungsleisten übertragen. Hierdurch ist eine besonders materialschonende, großflächige Übertragung von Klemmkräften möglich. Es sind also Klemmschrauben vorgesehen, die nicht unmittelbar an den festzuklemmenden Führungsleisten angreifen, sondern an dem gesonderten Klemmelement, welches dann die Führungsleisten in ihre Aufnahmenuten festklemmt.
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Bei manchen Ausführungsformen sind die zwei zueinander umfangsversetzten Aufnahmenuten an den einander zugewandten Seiten im Wesentlichen über ihre gesamte Länge offen, so dass sich der Fixierungsabschnitt im Wesentlichen über die gesamte Länge der benachbarten Aufnahmenuten erstreckt. Die Länge des Fixierungsabschnitts kann beispielsweise mehr als 80 % oder mehr als 90 % der axialen Länge der Aufnahmenuten betragen. Dann kann ein einziges gesondertes Klemmelement verwendet werden, welches im Wesentlichen über die gesamte Länge der in die Aufnahmenuten eingelegten Führungsleisten auf diese wirkt, wodurch eine besonders gleichmäßige Klemmkraftverteilung und damit eine schonende Klemmung erreicht werden kann.
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Bei anderen Ausführungsformen hat eine Aufnahmenut ein Querschnittsprofil mit einer innen liegenden Hinterschneidung, insbesondere ein T-Profil. Wenn eine einzulegende Führungsleiste ein entsprechendes komplementäres Profil aufweist, so kann die Führungsleiste axial in der Aufnahmenut eingeschoben werden und ist dann automatisch gegen Herausfallen in Axialrichtung gesichert.
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Fertigungstechnisch besonders günstig sind Varianten, bei denen eine zugeordnete Führungsleiste auf einem gesonderten Träger befestigt ist, so dass eine durch den Träger und die davon getragene Führungsleiste gebildete Führungsleistenanordnung ein dem Querschnittsprofil der Aufnahmenut angepasstes Querschnittsprofil aufweist derart, dass die Führungsleistenanordnung axial in die Aufnahmenut einführbar und aufgrund der Hinterschneidung gegen radiales Herausfallen gesichert ist.
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Da die in die Aufnahmenut aufgenommene Führungsleiste bereits durch die Querschnittsgestalt von Aufnahmenut und der Führungsleiste/Führungsleistenanordnung gegen radiales Herausfallen gesichert ist, braucht eine zugeordnete Fixierungseinrichtung diese Funktion nicht zu erfüllen. Es reicht also, wenn die Fixierungseinrichtung für eine Festlegung der aufgenommenen Führungsleiste in Axialrichtung ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die Fixierungseinrichtung eine Halteplatte auf, die stirnseitig an dem Werkzeugkörper befestigbar ist und eine stirnseitige Öffnung der Aufnahmenut verschließt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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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.
- 1 zeigt eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Einleisten-Honwerkzeugs mit zwei auswechselbaren Führungsleisten von der Seite der Führungsleisten;
- 2 zeigt das Honwerkzeug aus 1 von der Seite der Honleiste;
- 3 zeigt eine isometrische Ansicht des Werkzeugkörpers aus 1 mit Aufnahmenuten;
- 4 zeigt einen senkrecht zur Werkzeugachse geführten Schnitt durch das Honwerkzeug aus 1 und 2 im Bereich einer Klemmschraube einer Klemmeinrichtung;
- 5 zeigt eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Einleisten-Honwerkzeugs mit zwei Führungsleisten von der Seite der Honleiste;
- 6 zeigt das Honwerkzeug aus 5 von der Seite der Führungsleisten;
- 7 zeigt eine isometrische Ansicht des Werkzeugkörpers des Honwerkzeugs der 5 und 6 mit einseitig offenen Aufnahmenuten für die Führungsleisten;
- 8 zeigt einen senkrecht zur Werkzeugachse orientierten Schnitt durch das Honwerkzeug der 5 und 6 im Bereich einer Klemmschraube;
- 9 zeigt eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Einleisten-Honwerkzeugs von der Seite der Honleiste;
- 10 zeigt eine Seitenansicht des Honwerkzeugs aus 9 von der Seite der Führungsleisten;
- 11 zeigt eine isometrische Ansicht des Werkzeugkörpers des Honwerkzeugs der 9 und 10;
- 12 zeigt einen senkrecht zur Werkzeugachse geführten Schnitt durch das Honwerkzeug der 9 und 10;
- 13 zeigt einen achsparallelen Schnitt durch das Honwerkzeug im Bereich des stirnseitigen Endes;
- 14 zeigt eine isometrische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines Einleisten-Honwerkzeugs; und
- 15 zeigt einen senkrecht zur Werkzeugachse geführten Schnitt durch das Honwerkzeug aus 14.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Anhand der 1 bis 4 wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines Honwerkzeugs 100 in Form eines Einleisten-Honwerkzeugs 100 beschrieben. Das Honwerkzeug hat einen Werkzeugkörper 110, der aus einem Stück Rundstahl gefertigt ist und eine Werkzeugachse 112 definiert, die die Längsmittelachse des Werkzeugkörpers darstellt. Mithilfe eines im Durchmesser dickeren Anschlussabschnitts 190 kann das Honwerkzeug an die Arbeitsspindel oder einer Antriebsstange einer Honmaschine angekoppelt werden.
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Im spindelabgewandten Ende des Werkzeugkörpers befindet sich ein Schneidbereich, in welchem eine einzige radial zustellbare Honleiste 180 angeordnet ist, die als Schneidstoffkörper dient und eine axiale Länge hat, die etwa 30 % bis 50 % der Länge des Werkzeugkörpers beträgt.
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Im Inneren des Werkzeugkörpers verläuft eine durch planparallele Seiten begrenzte Führungsöffnung 114, in die ein durch ein Stück Flachstahl gebildetes flaches Zustellelement des Zustellsystems eingeführt wird. Das Zustellelement hat im Bereich der Honleiste eine Schrägfläche 118 (vgl. 13), die mit einer Schrägfläche am Träger der Honleiste 180 nach Art eines Keilantriebs zusammenwirkt, um eine axiale Zustellbewegung des Zustellelements in eine radiale Zustellbewegung der Honleiste umzusetzen.
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Auf der der Honleiste 180 gegenüberliegenden Rückseite des Honwerkzeugs 100 sind zwei in Umfangsrichtung zueinander versetzte Führungsleisten 120-1, 120-2 angeordnet, die auch in 4 gut zu erkennen sind. Die Führungsleisten bestehen aus einem verschleißfesten Material, beispielsweise Hartmetall, und sind auswechselbar am Werkzeugkörper befestigt. Die Führungsleisten haben an ihrer Außenseite, die im montierten Zustand an der dem Werkzeugkörper 110 abgewandten Seite liegt, eine im Wesentlichen zylindrisch gekrümmte Führungsfläche 122-1 bzw. 122-2, die radial außerhalb des Umfangs des Werkzeugkörpers liegt und dazu dient, das Honwerkzeug während der Honbearbeitung an der Bohrungsinnenwand abzustützen. Die Führungsflächen sollten nicht-abrasiv wirken und sind daher im Beispielsfall durch feinkörniges Schleifen bearbeitet, also relativ glatt. Die Führungsflächen sind ununterbrochen, d.h. die Oberflächeneigenschaften der Führungsflächen sind über die gesamte Länge und Breite im Wesentlichen gleich. Die Führungsleisten haben an der der Führungsfläche gegenüberliegenden Seite eine Planfläche 124-1, 124-2 sowie senkrecht zu dieser Planfläche ausgerichtete, axial verlaufende Planflächen 125, 126, die die Seitenflächen der Führungsleiste bilden.
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Zum Einführen des Honwerkzeugs in die Bohrung wird der Schneidstoffkörper 180 radial zurückgezogen, so dass die abrasive Außenfläche (Schneidfläche) gegenüber den Führungsflächen bzw. dem Führungsdurchmesser zurückgezogen sind. Für die Honoperation wird der Schneidstoffkörper dann radial nach außen zugestellt. Der Schneidstoffkörper bestimmt zusammen mit den Führungsleisten den Hondurchmesser. Der Schneidstoffkörper und die Führungsleisten sind beim Honen ständig im „Eingriff“ mit der Bohrungsinnenfläche, wobei die Führungsleisten kein Material abtragen. Der Außendurchmesser der Führungsleisten (Führungsdurchmesser) entspricht dem fertigen Hondurchmesser. Der Schneidkörper ragt nie radial über den Führungsdurchmesser hinaus. Erst am Ende der Honoperation, wenn die Bohrung das gewünschte Maß erreicht hat, sind der Schneidendurchmesser (Durchmesser der Kreisbahn der Schneidfläche) und der Führungsdurchmesser gleich groß.
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Zur Aufnahme der Führungsleisten am Werkzeugkörper sind an diesem zwei parallel zur Werkzeugachse 112 verlaufende Aufnahmenuten 130-1, 130-2 ausgebildet. Die Aufnahmenuten haben jeweils einen Aufnahmequerschnitt, der durch mehrere parallel zur Werkzeugachse verlaufende Planflächen begrenzt ist. Weiterhin ist jede der Aufnahmenuten an ihren axialen Enden durch eine senkrecht zur Werkzeugachse orientierte axiale Endfläche begrenzt (siehe zum Beispiel axiale Endfläche 136 in 3). Eine axiale Endfläche kann als axialer Anschlag für die in der Aufnahmenut aufzunehmende Führungsleiste dienen. Wenn es, wie in vielen Fällen, auf eine exakte Axialposition nicht ankommt, kann ein Spalt vorgesehen sein, um Ein- und Ausbau zu erleichtern. Die Positionierung der Führungsleisten in axialer Richtung spielt meist eine untergeordnete Rolle. Wichtiger ist die Positionierung in radialer Richtung und in Umfangsrichtung. Dies ist mit hoher Präzision gewährleistet.
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Die Aufnahmenuten sind relativ zueinander um 90° umfangsversetzt. Jede Aufnahmenut ist durch Fräsen in das Material des Werkzeugkörpers 110 eingearbeitet worden. Jede Aufnahmenut hat innenliegend eine senkrecht zur Radialrichtung orientierte Planfläche 132, die an ihren in Umfangsrichtung liegenden Kanten in senkrecht dazu verlaufende Planflächen 135, übergeht. Die Aufnahmenuten haben somit über den überwiegenden Teil ihrer Länge einen Rechteck-Querschnitt, wobei zwischen den Aufnahmenuten 130-1, 130-2 ein axial verlaufender Steg 137 verbleibt.
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Im Bereich der axialen Enden der Aufnahmenuten ist das Material des Werkzeugkörpers zwischen ihnen weggefräst, so dass die Aufnahmenuten 130-1, 130-2 an den einander zugewandten Seiten über eine gewisse Länge offen sind. Dort sind die Führungsleisten also, wie in 4 zu erkennen ist, nur an den radialen Innenseiten und an den in Umfangsrichtung voneinander entfernten Außenseiten durch Planflächen 135 begrenzt. In jeden dieser axialen Endabschnitte ist eine radiale Gewindebohrung 152 eingebracht, die zu einer unten noch erläuterten Fixiereinrichtung gehört, mit der die Führungsleisten in ihren Aufnahmenuten lösbar befestigt werden können. Diejenigen axialen Abschnitte 165, in denen die Gewindebohrungen 152 liegen und in denen die Aufnahmenuten seitlich zueinander offen sind, werden hier auch als Fixierungsabschnitte 165 bezeichnet. 4 zeigt einen Schnitt durch einen solchen Fixierungsabschnitt.
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Die Fixierung der Führungsleisten in den Aufnahmenuten wird mithilfe einer Fixiereinrichtung 150 erreicht. Zu dieser gehören zwei Klemmschrauben 155-1, 155-2, deren Gewindeabschnitt in die Bohrung 152 passt. Jede der Klemmschrauben hat einen Schraubenkopf 156, der an der dem Gewindeabschnitt zugewandten Seite eine konische Unterseite hat. Der Konuswinkel entspricht dabei demjenigen Winkel, um den die Führungsleisten bzw. die Aufnahmenuten in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, im Beispielsfall also ca. 90°.
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Zum Montieren der Führungsleisten 120-1, 120-2 am Werkzeugkörper 110 werden diese zunächst wie in 4 gezeigt in ihre jeweiligen Aufnahmenuten 130-1, 130-2 eingelegt. Dabei sind die Führungsleisten in Axialrichtung im Wesentlichen durch die axialen Endflächen 136 der Aufnahmenuten festgelegt. Um die Führungsleisten nun in den Aufnahmenuten zu fixieren, werden im Bereich der Fixierungsabschnitte die zugehörigen Klemmschrauben 155 in die Gewindebohrungen 152 so weit eingeschraubt, bis die konische Unterseite des Schraubenkopfs entlang einer mehr oder weniger linienförmigen Kontaktfläche an die zugewandte Seitenfläche der Führungsleiste angepresst wird.
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Wie in 4 gut zu erkennen ist, werden mit einer einzigen Klemmschraube 155 zwei in Umfangsrichtung versetzt liegende Führungsleisten gleichzeitig in ihre Aufnahmenuten hineingedrückt. Dabei wirkt die Klemmkraft mit einer in Umfangsrichtung wirkenden Komponente so, dass die Führungsleisten sowohl gegen die in Umfangsrichtung außen liegenden Planflächen 126 gedrückt werden. Außerdem wirken sie mit einer in Radialrichtung wirkenden Komponente so, dass die Führungsleisten auch an die innen liegenden Planflächen angedrückt und dadurch in ihrer Position genau festgelegt werden. Die Klemmschraube 156 ist dabei so gestaltet, dass in dieser Klemmkonfiguration die Außenseite des Schraubenkopfs radial tiefer liegt als der durch die Führungsflächen definierte Führungsdurchmesser, so dass der Schraubenkopf versenkt ist und nicht mit der Bohrungsinnenwand in Kontakt treten kann.
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Anhand der 5 bis 8 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel eines Einleisten-Honwerkzeugs 500 beschrieben. Da dieses in zahlreichen Merkmalen ähnlich oder identisch zu dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut ist, werden aus Gründen der Übersichtlichkeit für gleiche oder entsprechende Merkmale dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass beim zweiten Ausführungsbeispiel am Werkzeugkörper 110 zwischen den beiden in Längsrichtung verlaufenden Aufnahmenuten 130-1 und 130-2 kein Steg nach Art des Stegs 137 (3) vorliegt. Vielmehr sind die Aufnahmenuten 130-1, 130-2 an den einander zugewandten Seiten über ihre gesamte Länge zueinander offen. Zwischen den radial innen liegenden Planflächen 132 ist eine weitere Planfläche 133 am Werkzeugkörper ausgebildet, wobei die Planflächen 132, 133 an längs verlaufenden Kanten ineinander übergehen. Die Planfläche 133 schließt mit den beidseitig angrenzenden Bodenflächen der Aufnahmenuten 130-1, 130-2 jeweils einen Winkel von ca. 45° ein.
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Wie beim ersten Ausführungsbeispiel sind im Bereich der axialen Enden der Aufnahmenuten zwischen ihnen Gewindebohrungen 152 eingebracht, die funktionaler Bestandteil der Fixierungseinrichtung 150 sind. Auch hier ist die Fixierungseinrichtung 150 als Klemmeinrichtung ausgebildet. Zu ihr gehört ein vom Werkzeugkörper gesondertes Klemmelement 160, dessen axiale Länge größer als die Länge der Führungsleisten ist etwa dem axialen Abstand zwischen den axialen Endflächen 136 der Aufnahmenuten entspricht. Im Beispielfall ragt das Klemmelement 160 über die vordere Endfläche 136 hinaus und schließt mit der Stirnfläche des Werkzeugkörpers ab.
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Die Querschnittsfläche des Klemmelements 160 ist im Wesentlichen trapezförmig, wobei die schmalere Grundfläche eine Breite hat, die im Wesentlichen der Breite der Planfläche 133 entspricht. An diese Grundfläche schließen sich im ca. 45°-Winkel ebene Schrägflächen 162-1, 162-2 an, die dafür vorgesehen sind, an die ihnen zugewandten seitlichen Planflächen der Führungsleisten 120-1, 120-2 angedrückt zu werden. Das Klemmelement 160 hat im axialen Abstand der Gewindebohrungen zwei Durchgangsbohrungen, die an der nach außen weisenden Außenseite des Klemmelements konisch angesenkt sind und nur einen relativ kurzen zylindrischen Bohrungsabschnitt aufweisen. Diese Kontur ist in 8 gut zu erkennen.
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Bei der Montage des Honwerkzeugs werden zunächst die beiden Führungsleisten 120-1, 120-2 in ihre zugeordneten Aufnahmenuten gelegt. Danach wird das gesonderte Klemmelement 160 zwischen die Führungsleisten gelegt und dort mit einer Hand festgehalten. In dieser Stellung drücken bereits die schrägen Seitenflächen 162-1, 163-2 des Klemmelements 160 an die ihnen zugewandten Seitenflächen der Führungsleisten und fixieren diese lose in den Aufnahmenuten. Dann werden die beiden Klemmschrauben 155-1, 155-2 eingedreht und so stark angezogen, dass das Klemmelement 160 mit seinen schräggestellten Planflächen an die zugewandten Seitenflächen der Führungsleisten drückt und diese positionsgesichert in den Aufnahmenuten fixiert.
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Die radiale Dicke des Klemmelements 160 ist so bemessen, dass in dieser Klemmkonfiguration zwischen der Planfläche 133 und der dieser zugewandten Bodenfläche des Klemmelements ein geringer Abstand verbleibt, so dass diese Planflächen nicht auf Stoß aneinander liegen, sondern die Klemmschrauben sich vermittelt über das Klemmelement 160 an den Führungselementen und damit nur indirekt am Werkzeugkörper 110 abstützen. Dadurch ist eine sichere Fixierung der Führungsleisten in den Aufnahmenuten auch bei längerem Gebrauch gewährleistet.
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Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel eines Einleisten-Honwerkzeugs 900 anhand der 9 bis 13 erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die beiden Aufnahmenuten 930-1 und 930-2 jeweils einen T-förmigen Querschnitt mit einem nach außen offenen Nutabschnitt, dessen Umfangsbreite im Wesentlichen der Breite der einzufügenden Führungsleisten 920-1, 920-2 entspricht. An diesen schließt sich nach innen ein verbreiterter Fußabschnitt an, so dass jede Aufnahmenut ein T-förmiges Querschnittsprofil mit einer innen liegenden Hinterschneidung aufweist.
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Die Aufnahmenuten haben in Richtung des Anschlussabschnitts 190 eine axiale Endfläche und sind am gegenüberliegenden Ende, d.h. zur Stirnseite bzw. zum freien Ende des Honwerkzeugs, offen.
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Jede der Führungsleisten 920-1, 920-2 ist auf einem gesonderten Träger 925-1, 925-2 befestigt. Der langgestreckte, leistenförmige Träger hat eine Breite, die größer ist als die Breite der Führungsleiste. An einer Breitseite ist eine Rechtecknut zur Aufnahme einer Führungsleiste eingearbeitet. Die Führungsleiste wird in der Nut des Trägers beispielsweise durch Löten oder Kleben befestigt und bildet dann gemeinsam mit dem Träger eine im Querschnitt im Wesentlichen T-förmige Führungsleistenanordnung. Die Breite der Träger entspricht dabei im Wesentlichen der Umfangsbreite des breiteren Abschnitts der Aufnahmenuten, so dass die Träger im Wesentlichen seitenspielfrei in die verbreiterten Abschnitte der Aufnahmenuten 930-1, 930-2 passen. Die Führungsleisten ragen dann durch den schmaleren Abschnitt der Aufnahmenut nach außen über den Umfang des Werkzeugkörpers 110 hinaus.
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Die Fixierungseinrichtung zum Fixieren der Führungsleisten in den Aufnahmenuten greift stirnseitig an dem Werkzeugkörper an und dient der axialen Festlegung der Führungsleisten 920-1, 920-2 in den Aufnahmenuten. Dazu ist am stirnseitigen Ende des Werkzeugkörpers ein zentrischer Gewindeabschnitt 116 mit einem Außengewinde ausgebildet. Eine zur Fixiereinrichtung gehörende Halteplatte 170 hat eine axiale Durchgangsbohrung mit einem Innengewinde, welches auf das Außengewinde des Fortsatzes passt. Die Halteplatte hat eine sechskantige Umfangsfläche und kann mithilfe eines Werkzeugs an- und abgeschraubt werden. Ist die Halteplatte 170 angeschraubt, so sind dadurch die stirnseitigen Öffnungen der Aufnahmenuten verschlossen und die eingelegten Führungsleisten sind axial in ihren Aufnahmenuten fixiert.
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Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Varianten möglich. Beispielsweise ist es möglich, anstelle des flachen Zustellelements ein zylindrisches Zustellelement mit entsprechendem Aufweitkonus oder Schrägflächen im Bereich der Schneidgruppe zu verwenden.
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Anhand der 14 und 15 wird ein viertes Ausführungsbeispiel eines Honwerkzeugs 1400 erläutert. Die Fixiereinrichtung basiert auf dem Konzept, das im Zusammenhang mit dem dritten Ausführungsbeispiel erläutert wurde (Aufnahmenut mit Hinterschneidung, im Querschnitt T-förmige Führungsleistenanordnung). Allerdings ist hier nur eine einzige Führungsleiste 1420 vorgesehen, die mehr oder weniger diametral gegenüber zur einzigen Honleiste 180 des Einleisten-Honwerkzeugs angeordnet ist. Im Werkzeugkörper ist dazu nur eine einzige axial verlaufende Aufnahmenut 1430 eingearbeitet. Die relativ breite Führungsleiste wird von einem flachen Träger getragen, der eine Rechtecknut zur Aufnahme der Führungsleiste aufweist. Die Aufnahmenut weist einen entsprechenden T-förmigen Querschnitt mit innen liegender Hinterschneidung auf, wobei die Aufnahmenut so dimensioniert ist, dass das Trägerelement im Wesentlichen seitenspielfrei in den breiteren Abschnitt der Aufnahmenut hineinpasst. Nach dem axialen Einschieben der Führungsleistenanordnung wird die stirnseitige Halteplatte 1470 aufgeschraubt, um die Führungsleiste zu fixieren. Um auch bei einer einzigen Führungsleiste eine ausreichend große Führungsfläche bereitzustellen, ist die Führungsleiste in Umfangsrichtung relativ breit, so dass die Führungsfläche einen Umfangswinkelbereich von mehr als 40° oder sogar mehr als 50° (im Beispiel ca. 60°) abdeckt.
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Das hier anhand einiger Beispiele erläuterte Werkzeugkonzept bietet die Möglichkeit, an einem Werkzeugkörper eine oder mehrere Führungsleisten mit unterschiedlichen Materialien schnell einzusetzen oder auch austauschen zu können. Das Werkzeugkonzept lässt sich mit relativ einfachen Fertigungsmitteln umsetzen. Beispielsweise ist es möglich, ausgehend von einem rundstabförmigen Rohling den Werkzeugkörper allein durch die spanabhebenden Verfahren Drehen, Bohren und Fräsen zu erzeugen. Die Montagezeit der Honwerkzeuge gegenüber früheren Lösungen kann wesentlich reduziert werden. Dementsprechend ist auch die Werkzeugaufbereitung mithilfe des neuen Werkzeugkonzepts wesentlich schneller und einfacher von einem Maschinenbediener durchzuführen als bei herkömmlichen Konzepten.
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Bei den Ausführungsbeispielen handelt es sich jeweils um Einleisten-Honwerkzeuge. Die Erfindung kann auch bei Mehrleisten-Honwerkzeuge mit zwei oder mehr (z.B. vier oder sechs oder acht) um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten, radial zustellbaren Schneidstoffkörpern genutzt werden. Dabei können paarweise nebeneinander liegende Führungsleisten jeweils mittels einer gemeinsamen Fixiereinrichtung z.B. durch Klemmen fixiert werden.