CN102581618A - 精钻和珩磨组合加工方法和用于实施该方法的加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过精钻和接着的珩磨来精加工工件中的孔的内表面的方法以及一种实施该方法的加工装置，该方法包括下列步骤：借助于精钻装置的精钻工具精钻工件的至少一个孔，以产生精钻的孔；将工件传送到珩磨装置，以借助于珩磨装置的珩磨工具加工精钻的孔；借助于为珩磨装置配置的测量装置测量精钻的孔，以产生至少一个代表精钻的孔的特性的孔测量信号；并且根据孔测量信号控制精钻装置的运转。直接设置在传送之前的输出精钻加工设计成半精加工并且利用精钻工具实施，该精钻工具具有至少一个可控制的刀刃，所述可控制的刀刃的位置根据孔测量信号控制，并且在设置于传送之后的输入珩磨加工中去除至少100μm的加工余量。

Description

精钻和珩磨组合加工方法和用于实施该方法的加工装置

技术领域

本发明涉及适用于通过精钻和接着的珩磨来精加工工件中孔的圆柱形内表面的方法和用于实施该方法的加工装置。优选的应用领域是发动机制造的构件中的基本上圆柱形的滑动支承表面的精加工、特别是发动机缸体的气缸工作表面的加工或连杆中的连杆孔的加工。

背景技术

常规的珩磨是用几何上不确定的刀刃的切削方法，在该方法中，多刃的珩磨工具实施包括两个分量的切削运动，该切削运动导致加工的内表面的具有交叉的加工纹路的特征的表面结构。最终加工的表面可通过珩磨产生，该表面满足关于尺寸公差和形状公差和关于表面结构的非常高的要求。与之相应地，例如在发动机制造中气缸工作表面，亦即在发动机缸体中的或在装入发动机缸体中的气缸套的气缸孔的内表面、轴的支承表面和连杆孔中的圆柱形内表面受到珩磨加工。在加工气缸工作表面时通常实施多个不同的接连的珩磨操作，例如用于产生要求的孔的宏观形状的具有较大材料去除量的预珩磨，以及具有较少的材料去除量的最终珩磨，以产生在完成的工件上需要的表面结构。

为了为珩磨准备需要加工的工件，可以在珩磨操作之前通过精钻进行预加工，该预加工有时也称为精车或精旋。例如在加工连杆时，有时在切断与用于最终加工的珩磨之间中间进行精车加工。适合的精钻操作用于确定孔的要求的位置和角位置。由此在孔的接着的珩磨操作中可以用万向节接合地或按另一方式有限活动地支承的珩磨工具跟踪通过精钻操作确定的孔轴线。珩磨操作使用比精钻较少的加工余量的一个基本目的是产生要求的表面粗糙度、圆柱度和直径。

由国际专利申请WO 2008/009411已知同类方法和同类加工装置。

发明内容

从该现有技术出发，本发明的目的是，更有效地构成精钻-珩磨的工艺链。

为了达到该目的，本发明提供一种具有权利要求1的特征的方法和一种具有权利要求30的特征的加工装置。有利的进一步的构成在诸从属权利要求中说明。全部权利要求的表述通过引用而成为说明书的内容。

按照本发明的阐述，用于通过精钻和接着的珩磨来精加工工件中的孔的内表面的方法具有下列步骤：借助于精钻装置的精钻工具精钻工件的至少一个孔，以产生精钻的孔；将工件传送到珩磨装置的加工位置，以借助于珩磨装置的珩磨工具加工精钻的孔；借助于为珩磨装置配置的测量装置测量精钻的孔，以产生至少一个代表精钻的孔的特性的孔测量信号；并且根据孔测量信号控制精钻装置的运转；其中，设置直接在传送之前的、作为半精加工进行设计的输出精钻加工，并且利用精钻工具实施该输出精钻加工，该精钻工具具有至少一个可控制的刀刃，所述可控制的刀刃的位置根据孔测量信号进行控制，并且在传送之后的输入珩磨加工中去除至少100μm的加工余量。

用于通过精钻和接着的珩磨来精加工工件中的孔的圆柱形内表面的适用于实施该方法的加工装置包括：精钻装置，其具有至少一个用于支承精钻工具的精钻主轴和用于控制精钻装置的运转的精钻控制装置；珩磨装置，其具有至少一个用于支承珩磨工具的珩磨主轴和用于控制珩磨装置的运转的珩磨控制装置；所述珩磨装置具有至少一个测量装置，该测量装置用于测定通过精钻装置加工的精钻的孔和用于产生代表精钻的孔的特性的孔测量信号，并且精钻控制装置用于根据孔测量信号控制精钻装置的运转。

本发明设定，去除量的较大份额从精钻加工或从精钻转到珩磨。因此按照本发明建议，在传送以后进行的输入珩磨加工去除至少100μm的加工余量。

与使用几何形状确定的刀刃工作的钻孔工具相比，珩磨工具具有显著更高的使用寿命，从而可以无刀具更换地加工较大量的件数。在钻孔工具中几何形状确定的刀刃的磨损可能导致切进状况的逐渐的改变并从而导致表面质量和形状精度的恶化，而珩磨工具的切削能力由于设有结合的切削细粒的刀刃组的自磨锐效果在其使用寿命中基本保持不变，从而即使在加工大量件数的工件和在每个孔的较大的去除量时，也可达到形状和表面微观结构的很大程度上保持不变的质量。

例如设定，直接设置在传送之前的输出精钻加工设计成半精加工。在现有技术中，使用几何形状确定的刀刃的切削加工分为预加工或粗加工过程(粗钻加工)、半精加工和最终加工。在精钻方面最终加工具有加工的表面的最高质量。在精加工方面不再需要该质量等级，所述最终加工被省去。

因此在加工任务的一部分从精钻向珩磨转移时可以提高总体工艺的生产率。

此外由于根据孔测量信号自动控制可控制的刀刃的位置，在输出精钻操作时持续的和及时的磨损补偿是可能的，从而特别是传输给第一珩磨工位的工件中的孔的直径波动与常规的方法相比可以显著减小。常规上减少这样的分散是通过在半精加工以后进行最终加工(带有少的材料去除量的精钻)，以在半精加工以后仍通过另一精钻操作校正直径误差。通常经由单独的测量工位的测量结果来控制的精钻工位因此可以取消。第一珩磨级(输入珩磨操作)可设计用于较小的直径波动，这便于对于大材料去除量的优化。另一方面可以关于圆度、直线度和平行度以及表面粗糙度放松对于最后精加工步骤的技术要求。

在现有技术中还已知，在最终加工以后设置为精加工配置的测量工位，该测量工位测定代表精钻的孔的特性的钻孔测量值。按照本发明的建议放弃该单独的在珩磨装置之前设置的测量工位，借此同样降低用于运转按照本发明的方法的成本和用于按照本发明的加工装置的成本。

概念“输出精钻加工”在这里表示这样的最后加工级，在该最后加工级中使用具有确定的刀刃的切削加工工具、典型地是精钻工具。

概念“输入珩磨加工”在这里表示紧接着用确定的刀刃进行的最后加工后面的第一级珩磨加工。在常规的多级的珩磨加工中，输入珩磨加工关于其在工艺链中的位置通常对应于“预珩磨”。

在该申请中，加工余量、去除量、尺寸过大、关于圆度、直线度或平行度的尺度总是针对孔的直径。

在该申请的范围内，只要论及圆柱体或圆柱形内表面，这对于例如具有椭圆底面的任何棱柱体或棱柱形内表面是同样意义的。由于珩磨工具的与具有几何形状确定的刀刃的加工工具直接对比的较高的使用寿命，在进一步方案中有可能，通过输入珩磨加工来去除大于150μm的加工余量。优选在输入珩磨加工时去除最大400μm的加工余量、特别是上限为300μm。

在该方法中，将在精钻操作后设置的属于珩磨装置的测量装置用于测定上述精钻操作的加工结果。所述孔测量信号特别是可以包含关于在精钻以后存在的精钻的孔的直径和宏观形状的信息，例如关于尺寸精度、圆度、圆柱度和/或沿轴向方向的轮廓(圆锥度、桶形、倒角等)。必要时也可以包含孔相对于规定位置的位置的信息和/或表面特性的信息。

精钻的孔借助于为珩磨装置配置的测量装置的测定，亦即精钻操作的输出检验，可以在工件的为接着的珩磨加工而设置的加工位置上实现，从而从精加工装置向珩磨装置的传送必要时可以无中间停顿并因此很快地进行。因此，精钻的孔的测定可以用测量装置在工件处于珩磨装置上的加工位置上实现。

例如可以设置包括集成的测量装置的珩磨装置，以能够实现过程中直径测量，用于珩磨过程的根据直径的断和用于孔形状的过程中校正。可以利用上述过程中直径测量装置，以在珩磨加工开始之前或在珩磨加工的开始阶段、在一个或多个测量平面内检测精钻的孔的直径，并且产生相应的孔测量信号，该孔测量信号描述精钻的孔。所述孔测量信号(或由其导出的信号)可以为了磨损补偿而返回各精钻装置。

该建议在此不仅包括将测量装置集成于珩磨装置中的解决方案，而且包括将测量装置在珩磨装置中作为单独的测量工位沿材料流方向设置在输入珩磨加工之前的解决方案。这样的设置同样导致总体工艺的改进。

对于精钻的孔的测定(不管是用在珩磨工具中集成的测量装置还是用单独的测量工位)，在许多情况下相对高的测量精度是有利的，以允许接着的珩磨操作的精确控制。优选以小于10μm(关于直径)的测量精度测量精钻的孔，该测量精度特别可以处在2μm与6μm之间的范围内。

在一种方法方案中，精钻的孔借助于至少一个在珩磨工具上安装的测量传感器测量。珩磨工具、亦即加工工具因此用作测量传感器的传感器支座，从而可以将配置的珩磨主轴及其控制装置用于将测量传感器插入精钻的孔中，为了测定必要时使测量传感器在精钻的孔内移动，并且在测定结束以后重新从孔中移出测量传感器。因此可以节省用于单独的测量工位的很大的结构上的费用。

如果测量传感器在单独的测量工位中实现，则在该测量工位上为测量传感器设置单独的传感器支座，该传感器支座可以这样移动，即测量传感器可插入精钻的孔中。

必要时，在珩磨工具上安装的测量传感器在结束仍未珩磨加工的精钻的孔的测定以后也可以用于在接着的珩磨操作的过程中监控珩磨操作的进展。因此属于珩磨装置的测量装置可以多重利用，同时降低了关于为操纵测量传感器所需要的装置的费用。

在许多珩磨过程中，在珩磨过程开始后经过十分之几秒或若干秒，珩磨工具或在珩磨工具上安装的加工元件(特别是珩磨嵌条、珩磨石)才进入与工件表面的加工接合并从而改变精钻的孔。此外，孔经常在珩磨接合的初始的十分之几秒或若干秒期间只是微小地改变。因此在珩磨过程的开始与实质的材料去除的开始之间的中间时间可用于检测孔测量信号。因此在进一步方案中，检测孔测量信号用于描述精钻的孔，同时珩磨过程已开始。也有可能，为了描述精钻的孔，孔测量信号完全在珩磨过程的开始之前检测，亦即此时珩磨过程仍未开始。在一些实施形式中，孔测量信号的检测在珩磨过程的开始之前开始，并且还延续至珩磨过程的开始阶段，例如延伸至这一时间，在该时间，珩磨工具的加工元件在实际的加工接合开始之前以相对较大的进给速度向需要加工的表面的方向进给。如果为检测孔测量信号所需要的测量时间的至少一部分处于珩磨过程开始以后的阶段，则产生显著的时间节省并且可以缩短加工时间。

在为珩磨装置配置的测量装置中可以可选地或组合地使用不同的测量原理。在一些实施形式中测量装置是气动的测量系统(也称为“空气测量系统”)。利用触觉的测量传感器(测针等)的、利用电容的、电感的和/或光学的测量原理的测量装置同样是可能的。

在一些方法方案中，工件在精钻操作结束以后从精钻装置直接传送到在珩磨装置上的加工位置。特别是可以这样，即沿材料流方向在精加工装置与珩磨装置之间不设置用于精钻的孔的定量的尺寸测量的测量装置。

必要时可以在传送路程上设置“钻孔检验”，该钻孔检验在是/否判定的意义上确定是否已发生正常的精钻操作，因此在开始接着的珩磨操作时珩磨工具可以和工件不相撞地移进孔中。这样的检验装置可以简单和成本低地构成，因为不需要孔的精确的尺寸测定。

在一些实施形式中，珩磨装置包括后测量装置，该后测量装置用于在(一级或多级)珩磨操作结束以后测定珩磨的孔。所述后测量装置产生一个或多个后测量信号，由所述后测量信号可导出珩磨的孔的直径、宏观形状和/或表面特征的信息。这些信息可以用于确定完成加工的工件的质量。

相比于在珩磨加工过程中用于过程中测定的高度动态的测量装置，后测量装置可以设计成具有较高测量精度的固定不动的测量装置。

在进一步方案中，后测量装置传递信号地连接于为控制珩磨操作而设置的珩磨控制装置，并且该珩磨控制装置构成用于根据后测量装置的测量信号控制珩磨装置的运转。由于后测量装置允许与加工过程分开的固定不动的具有高精度的测定，后测量信号向珩磨控制装置的反馈可以用于进一步提高加工精度，以例如减小加工的工件的直径分散。由此可达到加工过程的较大的稳定性，同时可达到较少的废品率和较窄的公差。即使在珩磨操作的过程中珩磨的孔的在现场的测定也可以经由在珩磨工具上设置的测量传感器进行，该附加的后测量和信号反馈也已证明是很有利的。

进一步的生产率提高这样达到，即可控制的刀刃的位置根据孔测量信号自动地控制。在此在控制中，实施孔测量信号与基准值的连续的(额定值-实际值比较，并且在几何形状确定的刀刃上产生的磨损通过刀刃的重新调准或控制很快地减小。

此外设定，输出精钻加工设计成确定位置和角度的半精加工。相对于此，可选地也有可能，输入珩磨加工也实施“位置珩磨”，亦即该工作步骤代替输出精钻加工来预定孔的位置和角度。

如果要将输入珩磨加工级用于校正精钻的孔的角位置和/或位置，则可以设定，工件支撑装置在输入珩磨加工时提供如工件支撑装置在输出精钻加工时基本上同样的接纳。特别是对于这种情况设置刚性的工件支撑，通过它可以将工件的位置在珩磨装置中的加工位置中固定得与机架固定。由此达到，工件在珩磨过程中产生横向力时不会侧向偏移出来。可以设置如同在精钻时同样的定位。这样固定工件，使得需要通过珩磨进行加工的孔的孔轴线的规定位置同轴于珩磨主轴的旋转轴线设置。由此与可膨胀的珩磨工具在珩磨主轴上的刚性连接(直接地或经由刚性的传动杆)相结合，当孔位置和/或角位置在输出精钻加工结束以后仍未处在技术要求内时，能通过珩磨校正这些参数。

可膨胀的珩磨工具在未优化地定位孔时一般偏心地移进孔中，并且在输入珩磨加工的过程中，在膨胀中通过开始不均匀的和接着变得越来越均匀的去除量来校正孔位置和/或角位置。如果相反孔已正确定位，则珩磨工具的同心的插入自动地发生，并且在珩磨时在珩磨工具的膨胀(直径增大)的过程中孔不偏移，而是只均匀地全面地一直扩大到在输入珩磨加工后的要求的目标尺寸。

在本发明的进一步方案中设定，输入珩磨加工直接设置在传送以后。在该方案中实现直接从输出精钻加工向输入珩磨加工的传送。在此不设置需要加工的工件的缓冲，借此制成短的按照本发明的加工装置并且顺利地进行全部加工。在该方案中测量装置处于珩磨工具中。

按照建议，孔在输出精钻加工以后的质量要求与常规的方法相比降低，借此有可能，在输出精钻加工中关注较大的去除量，因此在进一步方案中，输出精钻加工设计成用于大于0.3mm的去除量。

由于珩磨工具的高的使用寿命，孔在输出精钻加工结束以后可以具有在100μm至400μm范围内的尺寸不足量、优选在0.2mm±0.05mm的范围内，并且优选由输入珩磨加工去除该尺寸不足量。

通过测量装置的使用可以监控和检验精钻工具的磨损过程。为了达到足够的尺寸精度，为精钻工具的或钻孔工具的刀刃设置相应的补偿装置。此外该建议还包括这样一种可能性，即动态地，亦即根据在精钻工具上的磨损，在输出精钻加工与输入珩磨加工之间分配切削加工的程度。在此这样实现，即精钻工具和珩磨工具的使用寿命尽可能相互平衡或适匹配，以达到，导致整个加工装置暂时失效的必需的工具更换可以同时实施，并且因此优化地充分利用工具。由此还包括建议，即精钻工具和珩磨工具的使用寿命这样相互匹配，使得例如珩磨工具的使用寿命是精钻工具的使用寿命的整数多倍，并且因此珩磨工具的更换与精钻工具的更换同时实现。这导致方法的进一步优化和效率提高。

为了在短的周期时间内能够实现经济的精加工，在一些方法方案中在输入珩磨加工的过程中至少阶段性地借助于几何形状不确定的刀刃以单位时间切削量Qw＝V/t去除材料，该单位时间切削量明显大于在常规的珩磨中的单位时间切削量。尤其是建议，在输入珩磨加工期间，至少阶段性地以大于20mm³/s的特定的单位时间切削量通过切削来去除材料。在此V是工件的通过切削而分离的体积并且t是为此需要的加工时间，从而得出量纲[mm³/s]。近似值V≈(π(D²-d²)L)/4适用于体积V，d是在去除之前的孔(较小的)直径，D是在去除以后的(较大的)直径，并且L是加工的孔的长度或直径增大的孔部分的长度。

为了达到数值的可比性，单位时间切削量在该申请中涉及标准加工时间t＝20s(珩磨时间)和标准长度L＝20mm。按这种方式标准化的单位时间切削量在该申请中称为“特定的”单位时间切削量并且简写为

如果考察具有在70mm至80mm的范围内的或更大的名义直径的典型的圆柱孔，这样的特定的单位时间切削量优选大于22mm³/s(对于70mm)。一般明显超过该典型的下限。在名义直径70mm时例如可以是

有时也适用

或甚至于 $Q_W^S>150{\mathrm{mm}}^3/s.$

下表1给出用于输入珩磨加工的优选达到的最小的特定的单位时间切削量的参考值，所述参考值作为去除量的函数和作为孔直径的函数。

表1特定的单位时间切削量Q_w[mm³/s]

高的单位时间切削量可以特别通过非常规地高的切削速度促进，所述切削速度又取决于珩磨工具的旋转速度(转速)和/或往复速度。

在一些方法方案中在输入珩磨加工的过程中至少阶段性地以大于400转/分的转速旋转珩磨工具，该转速优选至少阶段性地大于800转/分、特别是大于1200转/分。该转速经常处在1200转/分至2000转/分的范围内，作为例外情况也超过该范围。

可选地或附加地，在输入珩磨加工的过程中至少阶段性地以大于20米/分的最大往复速度移动珩磨工具，最大往复速度优选至少阶段性地处在30米/分与40米/分之间，有时也达到50米/分。珩磨工具在此优选是可扩宽的。

珩磨机的主轴驱动装置则关于最大的转速、最大的往复速度和驱动功率相应地设计。

在一些方法方案中，在输入珩磨加工的过程中，珩磨工具至少在加工时间间隔内这样驱动，使得切削体相对于孔内表面的切削速度大于100米/分。在一些情况下，切削速度在一段加工时间间隔的期间可以大于150米/分。一般，切削速度至少阶段性地处在200米/分与300米/分之间或300米/分与400米/分之间，在特殊情况下也可以使用直至500米/分。当具有80mm直径的孔以约2000转/分的转速加工时，例如可以达到该数量级的切削速度(约500米/分)。

由此结合适合切削工具的粒度，高的去除能力是可能的，以保持第一珩磨加工的少的周期时间。

在输入珩磨加工中优选使用相对粗粒子的切削物质、特别是具有非常硬的切削粒子的、例如具有金刚石切削粒子的切削物质。在输入珩磨加工中优选使用在约70μm与约200μm之间的范围(在金刚石嵌条中例如从D76至D181)的平均粒度，以在输入珩磨加工时同时保持高的去除能力和长的使用寿命。

在一些实施形式中，对于具有直径D的孔的输入珩磨加工在珩磨时间H内实施，在此适用条件H＜25s×D/75。这样例如对于具有80mm以下的直径的孔，珩磨时间可以在27秒以下。总的来说加工持续时间在较大的直径时(这时孔一般也是较长的)稍长于在较小的孔直径时。在孔直径在70mm与100mm之间时可以达到少于30秒的典型的珩磨时间。

为了实施所述方法，在珩磨装置方面必要时可以使用适合的常规的珩磨加工装置，常常可以利用双铰链杆工作，以便珩磨工具可以跟随孔。在此传动杆经由上铰链连接在珩磨主轴上，并且珩磨工具经由下铰链连接在传动杆上。

但可以有利的是，鉴于在优选的方法方案中在输入珩磨加工时出现的珩磨主轴的高的旋转速度，修改悬挂或连接方式，以确保刀具的无问题的平静的旋转。为了此目的，以珩磨主轴的其他的结构代替常用的珩磨主轴可以是有利的，常用的研磨主轴为了补偿在珩磨主轴与孔之间的轴线偏差经常配备有两个铰链(远离工具的上铰链和接近工具的下铰链)。例如代替常用的铰链也可以使用包括刚性连接的珩磨工具的刚性杆、珩磨工具在珩磨主轴上的直接的刚性连接、自动定位头、弯杆、只包括下铰链的弯杆或只包括上铰链的弯杆。

在使用包括刚性连接的珩磨工具的刚性杆时，或珩磨工具直接在珩磨主轴上的同样可能的刚性连接时，与珩磨工具的活动的连接相比，即使在高转速时也达到平静的旋转，借此即使在大的去除能力时也可以确保加工质量。由于在所述方法中一般通过使用几何形状确定的刀刃的预加工来校准位置和角度，优选将珩磨工具关于孔轴线的规定位置同心地插入到需要加工的孔中，以避免改变孔位置和/或角位置。

可以选择地设定借助于刚性结构来校正位置。

概念“弯杆”在这里应说明一种用于从珩磨主轴向珩磨工具传递旋转运动的连接元件，该连接元件设计用于允许在珩磨主轴与珩磨工具之间的轴线平行度的微小偏差，而不因为产生的力损及珩磨过程的结果。弯杆例如可以包括管部分，该管部分具有大量规则地或不规则地设置的并且在管长度的一部分和管圆周的一部分上延伸的孔。这样的穿通的管在较小的质量的同时具有高的刚度，并且允许符合要求的轴线偏差。薄壁的管和/或由具有相对于钢材较小的抗弯强度的材料构成的管也可以使用。铰链在弯杆上的安装尽可能在珩磨工具附近，例如在弯杆与珩磨工具之间(下铰链)可以是有利的，因为借此在轴线偏差时产生的作用到工具上的弯矩可以减小。

按照本发明的方法对于精钻允许形状公差和表面公差的扩大。由此对精钻方面产生显著的节省潜力。特别是有可能，在输出精钻加工之前为了孔的加工，只还要设置正好一个另外的钻孔加工、特别是用粗钻孔工具的粗钻加工。典型地将粗钻加工设计用于至少2mm至3mm、最大6mm至8mm的去除量。

关于形状公差和表面公差的扩大可以这样，即输出精钻加工结束以后孔具有0.08mm以下、优选0.05mm以下的范围内、特别是在0.03mm至0.05mm范围内的圆度。

关于孔的直线度可以是这样，即实施输出精钻加工，使得在输出精钻加工结束以后孔具有0.08mm以下、优选0.05mm以下的范围内、特别是在0.03mm至0.05mm范围内的直线度。

在输出精钻加工结束以后形成的孔的平行度优选也处在相同的尺寸区间内(0.08mm以下、优选0.05mm以下，特别是在0.03mm至0.05mm范围内)。

优点也在于，对孔内表面的平均粗糙度的要求可以降低。足够的是，这样实施输出精钻加工，使得在输出精钻加工结束以后孔内表面具有在20μm至100μm、特别是25μm至80μm、优选30μm至50μm范围内的平均粗糙度。

对于在输出精钻加工中使用的精钻工具的实施形式具有多个可选择使用的方案，特别是如下：在第一建议中，在输出精钻加工中使用的精钻工具具有一个或多个可控制的刀刃和一个或多个固定的刀刃，这些刀刃相互轴向位错设置，使得固定的刀刃在伸进孔中的向前行程中领先。

在另一方案中只设置多个沿圆周方向彼此位错的可控制的刀刃，而没有固定的刀刃，优选设置总共五个可控制的刀刃。为了刀刃的可定位性或可控制性，设置相应的调节驱动装置，例如经由推杆或类似物调节。

通过在输出精钻加工中使用双重切削方法，在加工步骤中不仅使用固定的刀刃，而且使用可控制的刀刃。在此设定，在使用具有至少一个可控制的刀刃和至少一个固定的刀刃的精钻工具时，在伸进孔中的向前行程中收回可控制的刀刃而只有固定的刀刃与孔相接合，并且在从孔中离开的向后行程中，伸出可控制的刀刃，使只有可控制的刀刃与孔相接合。由于在输出精钻加工中不仅向前行程而且向后行程实现切削加工，产生有效的方法或有效的加工。

在这方面要指出，全部的关于加工装置描述的特征和特性也关于方法的阐述方式按意义可转换成方法的方式，并且可在建议的意义中使用和被看作一起公开的。反之也是如此，这意味着，只关于方法举出的、结构的因而和装置相关的特征也可以在加工装置的权利要求的范围内考虑和要求保护，而且同样属于公开内容。

附图说明

这些特征和其他特征除从权利要求书之外也从说明书和各附图得出，各个特征可以分别本身单独地或多个以子组合形式地在本发明的实施形式和其他领域中实现，并且可以构成有利的和本身可以要求保护的实施形式。本发明的各实施例示于附图中并且以下更详细地说明。

图1示出用于工件中的孔的圆柱形内表面的精钻和珩磨组合加工的加工装置的一种实施形式的示意图；

图2示出一个基本上圆柱形的孔的轴向剖面图，该孔在精钻操作结束以后具有包括端面的直径扩大部的圆柱度误差，并且该孔在三个间隔开的测量平面内被测量。

具体实施方式

图1示出用于通过精钻和接着的珩磨来精加工工件中的孔的圆柱形内表面的加工装置100的一种实施形式的示意图。该加工装置包括精钻装置120和珩磨装置140，它们在该实例情况下安装在共同的机床上(未示出)，但在其他的实施形式中也可以具有彼此分开安装的机床。

精钻装置120包括精钻主轴122，该精钻主轴的刚性导向的主轴轴线基本上垂直定位，并且该精钻主轴借助于主轴驱动装置124可以垂直移动和绕主轴轴线旋转。精钻工具128刚性连接于精钻主轴的自由下端，在该精钻工具的圆周上安装由硬质合金构成的切削刀片，该切削刀片用作钻头刃129。钻头刃129的径向位置可以借助于调节装置300调节(通过双箭头302表示)并从而可以确定需要精钻的孔的直径。调节装置300在此包括调节驱动装置301，其经由控制线303与精钻控制单元126连接。精钻主轴的轴向移动和旋转运动以及钻头刃的横向进给(双箭头302)经由精钻控制单元126控制。在典型的精钻操作中以在约1000转/分与约3000转/分之间的转速和在约200米/分与约1000米/分之间的进给速度工作。关于直径的典型的切削深度(材料去除)通常处在0.1mm与1mm之间。偏离这些典型的参数范围在特殊情况下是可能的。图1中所示的精钻装置120设计成用于直接在传送之前设置的输出精钻加工和设计成用于半精加工。

双主轴的珩磨装置140包括两个基本相同地构成的珩磨单元141A和141B。沿材料流方向的第一珩磨单元141A对应于输入起始珩磨加工。每个珩磨单元具有垂直的珩磨主轴142A或142B，所述珩磨主轴经由主轴驱动装置144A或144B这样驱动，使得珩磨主轴在珩磨加工时实施垂直往复的做功运动，在该做功运动上叠加绕垂直的旋转轴线的旋转运动。第一珩磨控制单元146A和第二珩磨控制单元146B控制珩磨主轴的做功运动。在第一珩磨主轴142A的自由下端上有限活动地连接第一珩磨工具148A，借助该珩磨工具紧接精钻操作之后可在精钻的孔上实施预珩磨操作。第二珩磨工具148B设计用于最终珩磨操作，借助该最终珩磨操作得到精钻的孔的力求达到的宏观形状和表面结构。由于这样的珩磨单元的构造至此基本上是已知的，在这里对其不更详细地说明。

珩磨装置140具有用于在珩磨加工之前、之中和之后检验和测量加工工件的多个检验和测量系统。在精钻装置120与第一珩磨单元141A之间设置孔检验装置150，该孔检验装置设计用于确定，来自精钻装置的工件是否通过精钻装置实际上已达到期望的宏观形状，该宏观形状允许紧接着通过珩磨单元141A和141B的珩磨加工。借助于孔检验装置150可以实施特别是“钻孔检验”，以例如确定，精钻装置的钻头刃129是否仍然在相当大程度上是无损的还是越出公差限磨损或折断。在钻头刃折断的情况下，来自精钻装置的孔的确定的直径明显小于在正确的精钻过程以后存在的孔直径，因此接着的珩磨操作困难增加或在极不利的情况下变成不可能的。此外在过小的孔时在珩磨加工开始时可能导致第一珩磨工具148A与工件相撞，这应避免。由于为了钻孔检验定性的或者具有50μm以上的数量级的精度的定量的检验就够用，孔检验装置可以相对简单地构造。适合的孔检验装置在许多常规的珩磨装置上存在并且可以用于该目的。

此外，珩磨装置具有在第一珩磨单元141A中集成的测量装置160，该测量装置不仅用作来自精钻装置的精钻的孔的输入检验，而且用作在第一珩磨操作的过程中加工进展的监控。测量装置160设计成气动工作的“空气测量装置”。它包括一对测量喷嘴161，它们在珩磨工具148A上径向对置地设置在各珩磨嵌条149之间。例如经由环形分配器将空气流导向测量喷嘴。系统中主导的空气压力在测量装置内分析，并且能够用来测量各空气测量喷嘴161与孔壁之间的间距。典型的适合的空气测量系统的测量范围一般达到约150μm(在特别情况下达到约300μm)，利用动态的系统可达到在约2μm与5μm之间的数量级内的测量精度。

测量装置160经由测量线304与控制装置180连接，并且经由该测量线304传输孔测量信号，该孔测量信号代表精钻的孔的特性，例如相应的尺寸数据如孔的直径、孔的圆度、孔的直线度、孔的平行度或孔内表面的粗糙度。

代替测量装置160在第一珩磨单元141A中的集成，该珩磨单元单元构成用于输入起始珩磨加工，在另一方案中(未示出)设定，实现为珩磨装置配置的分开的、亦即独立的测量工位，该测量工位同样测定上述孔测量值并且经由测量线传给控制装置180。

控制装置180根据传输的孔测量信号或测量值来实施(额定值-实际值比较并接着向精加工控制单元126输出相应的校正位置。

精钻工具具有可由调节驱动装置301驱动的刀刃129。调节驱动装置301经由控制线303与控制装置180直接连接或与精钻控制单元126连接。校正位置经由控制线303到达调节驱动装置301，由于该调节驱动装置，实现钻头刃129的径向定位。借此有可能，自动地补偿在钻头刃129上的磨损或也在钻孔工具与珩磨工具之间动态地分配切削工作。

两种解决方案根据使用场合是可以有利的，亦即一种解决方案，其中，测量装置160集成于珩磨工具中实施；以及一种解决方案，其中，测量装置在珩磨装置的单独的测量工位中设置，其中接收的孔测量信号用于通过调节驱动装置301补偿或校正钻头刃129或刀刃129的位置。

特别是在进一步的构成中设置钻头刃129的位置的自动的跟踪。

第二珩磨单元同样可以具有相应构成的或按照另一测量原理起作用的测量装置，该测量装置包括在珩磨工具148B中集成的测量传感器，但对于本发明无集成的测量装置的实施形式也是可能的。

沿材料流方向在各珩磨单元之后安装后测量装置170，该后测量装置具有后测量头171，该后测量头借助于测量主轴172移进完成珩磨的孔中，必要时可以在该孔内移动和重新从孔中拉出。后测量装置170传送信号地连接于珩磨装置的上级的控制装置180，从而包含在后测量装置的后测量信号中的关于孔的直径、宏观形状和表面特征的信号可以经由珩磨控制装置180处理，并且可以用于控制利用珩磨主轴进行的珩磨加工。

精钻控制单元126传送信号地连接于珩磨装置的控制装置180。由此特别有可能，处理来自珩磨装置的测量装置160的信号，用于控制精钻装置的运转。精钻控制单元126和控制装置180的功能可以集成在加工装置的总控制装置内，例如集成于控制计算机中。在中间设置适合的接口时分开的配置也是可能的，从而必要时基本上自给自足地构成的精钻装置连同基本上自给自足地构成的珩磨装置可以用于根据本发明的加工装置的构造，这时可能将珩磨装置的孔测量信号返回给精钻装置。

加工装置100可以如下描述地工作。示例性借助内燃机的发动机缸体130的加工描述加工装置的操作，该发动机缸体包括多个气缸孔131，这些气缸孔的内表面132应通过精钻和接着的珩磨进行加工，以在珩磨加工结束以后用作发动机的活塞环的滑动偶对件。工件130在未示出的夹紧板上夹紧，并且借助于适当的输送装置沿材料流方向135移到加工装置的各个加工工位和从这些加工工位中移走。

首先为了精钻加工将工件移到加工位置，该加工位置允许将精钻工具128通过精钻主轴的垂直向下移动而插入到孔131中。接着孔131借助于精钻工具128精钻，以产生精钻的孔，该精钻的孔相对于在珩磨加工结束以后力求达到的规定形状在直径上具有例如200μm的相对大的尺寸不足量。为了达到符合要求的直径，将钻头刃的径向位置借助于精钻控制装置126进给到直至符合要求的最终值。在精钻操作结束以后收回钻头刃，并向上从精钻的孔中撤走精钻工具。

然后将工件130移到孔检验装置150的区域内。该孔检验装置借助于检验传感器检验，精钻的孔的直径是否高于预定的界限值，使得在接着的珩磨阶段中珩磨工具的插入无危险是可能的。如果在精钻过程中导致钻头刃的折断或精钻工具因磨损不再能产生足够的内径，则从材料流中撤走未充分钻出的工件。在实例情况下将圆盘用作检验装置，该圆盘的外径刚好还可以移进最小的为保护珩磨过程仍然可能的孔直径中。二元的传感器借助于最终位置检验来检测检验装置是否完全移进孔中。如果孔是过小的，则不可能插入圆盘，从而没有释放信号(良好信号)从最终位置传感器发出。

具有足够内尺寸的精钻的孔的工件这样移到第一珩磨单元141A下方的用虚线绘制的加工位置，使得珩磨工具148A通过珩磨主轴的下降可以移进精钻的孔中。

然后第一珩磨工具148A通过第一珩磨主轴142A的下降而插入精钻的孔中。接着借助于测量装置160实施精钻的孔的定量的尺寸测量，测量结果以孔测量信号的形式传给珩磨装置的控制装置180。所述控制装置180这样构成，使得孔测量信号或由其导出的信号可传输给精钻控制单元126，以便经由精钻控制单元根据孔测量信号可以控制精钻装置120。借助于图2更详细地说明用于精钻的孔的高精度的尺寸测量的实例。

在许多情况下，在珩磨操作的程序控制的起动与通过珩磨的实质的材料去除的开始之间存在十分之几秒至几秒，这些时间用于将在珩磨工具上存在的可进给的加工元件从其收回的位置径向向外移到与需要加工的孔内壁加工接合。在该时段内珩磨工具虽然已部分地或完全移进孔中，但材料去除仍没有开始，从而精钻的孔仍未或未显著地改变。在有利的方案中，该时间也用于检测孔测量信号，从而测定至少有时候与珩磨工具上的加工刀片的进给同时进行。必要时该测定可以无中断一直延续到材料去除加工的开始阶段，从而必要时在用于精钻操作的输出检验的孔测量信号的检测与接着的珩磨加工的过程中测定之间进行无缝过渡。

在所有情况下，珩磨装置的测量装置160紧接在精钻操作结束以后、但在在去除材料的珩磨操作开始之前用作输出检验，以检验精钻操作的加工结果，并且同时作为用于接着的珩磨操作的输入检验。如果孔测量信号表明通过精钻得到的精钻的孔的宏观形状不处在预定的公差范围内，则例如可以通过钻头刃129的径向定位位置的调节来控制精钻装置的运转，而使在下一工件的接着的加工时，在精钻操作结束以后产生的精钻的孔的宏观形状处于符合要求的公差范围内。

在精钻的该输出检验和用于珩磨操作的输入检验以后，借助于第一珩磨单元141A实施的预珩磨操作开始，借助该预珩磨操作，孔131的内表面132得到相对于精钻改变的表面结构(具有交叉的加工纹路)和具有稍微较大的内径的接近规定形状的宏观形状。预珩磨操作的加工结果在预珩磨过程中和/或在结束预珩磨以后借助于测量装置160检验。特别是如果得到在预珩磨以后力求达到的孔的宏观形状或在预珩磨以后力求达到的孔的直径，则根据相应的测量信号终止预珩磨操作。

紧接着第一珩磨工具148A从孔中移出，并且工件移到为第二珩磨单元141B配置的加工位置，该加工位置允许第二珩磨工具148B插入到孔中。在第二珩磨工具148B沉入到孔中以后实施材料去除的最终珩磨操作，通过该最终珩磨操作孔得到符合要求的规定形状和表面结构。最终珩磨操作也可以借助于测量装置监控，并且必要时根据相应的测量信号进行控制。

在最终珩磨操作结束和从工件中收回第二珩磨主轴以后，工件向后测量装置170的方向移动，该后测量装置设置用于测量和检验完成的精加工的孔131，检验孔131的直径、宏观形状和/或内表面132的表面结构是否满足加工过程的技术要求。通过相应的后测量信号向珩磨机的控制装置180的反馈，可达到加工过程的稳定性的改进，从而与常规的加工装置相比可以减少加工的孔的质量的分散。

用于在工件230中的精钻的孔231的高精度的尺寸测量的实例借助于图2更详细地说明。理想圆柱形的内表面232通过精钻过程得到显著偏离圆柱形状的形状，该形状包括沿孔的轴向的中部的腰部和分别向孔的敞开的端部扩大的直径扩大部。在工件移到第一珩磨单元的区域内以后，将珩磨工具248如此程度地沉入孔231中，直到测量装置的径向对置的空气测量喷嘴261A、261B已到达孔231的面向主轴的上入口区域的附近的测量平面Z3。在停止垂直的推进移动以后，在孔中基本上对称地绕孔轴线233至少180°旋转珩磨工具248，以确定孔在平面Z3内的直径。借助于用于珩磨主轴的旋转值发送器有可能，检测珩磨工具的为直径值配置的转角值，从而在相应的测量平面的区域内直径的角度分辨的测定也是可能的。由此可导出关于在测量平面内的孔形状的信号。在结束测定以后进一步下降珩磨工具，使得测量传感器261A、261B在孔的轴向的中部区域处在测量平面Z2上。紧接着重复相应的、必要时角度分辨的直径测量过程。接着在孔的远离主轴的一端的附近在平面Z1上进行第三次测定。为了确定孔的宏观形状，评价测量结果。如果该评价说明宏观形状处于在精钻过程中预定的技术要求之外，则精钻工具通过钻头刃的移动重新调整或被更换，以在下一工件上将精钻的孔的宏观形状保持在技术要求之内。

利用所述加工装置和描述的方法有可能，实施很稳定的加工过程，其中，加工的工件只经受很小的质量波动。可能出现的特别是因加工工具的磨损而产生的与理想加工过程的偏差可以及时识别，并且借助于相应的测量信号向各个加工单元的反馈、通过加工工具的调节和/或加工工具的更换很快地被补偿。

本发明借助实施例说明，在该实施例中珩磨装置在精钻以后至少在第一珩磨操作中以珩磨工具的轴向往复的和旋转的运动实施珩磨加工。在其他的实施形式中，在珩磨装置上设置其他的装置用于产生确定的表面特性。例如可以集成激光单元，以借助于激光束实施表面结构化。也可以利用激光辐射处理，以通过输入能量而大面积转变、例如硬化加工的工件表面的表面附近的区域。也可以集成刷子装置用于刷表面。在其他的实施形式中，通过例如将一个或多个所述方法在珩磨装置中用于最后的表面精加工，在产生确定的表面结构和其他的确定的表面特性时可以完全放弃常规的珩磨。概念“珩磨装置”和“珩磨工具”因此代表在精钻操作以后可以使用的最终加工方法或最终加工工具，以切削地或无切削地加工精钻的孔并且使精钻的孔到达力求达到的最终状态。

珩磨装置构成多级的，例如构成两级的或三级的，并因此包括相应数目的接连设置的珩磨单元，这些珩磨单元也可构成冗余的。

Claims (10)

1.用于通过精钻和接着的珩磨来精加工工件中的孔的内表面的方法，包括下列步骤：

借助于精钻装置的精钻工具精钻工件的至少一个孔，以产生精钻的孔；

将工件传送到珩磨装置，以借助于珩磨装置的珩磨工具加工精钻的孔；

借助于为珩磨装置配置的测量装置测量精钻的孔，以产生至少一个代表精钻的孔的特性的孔测量信号；并且

根据孔测量信号控制精钻装置的运转；

其特征在于，直接设置在传送之前的输出精钻加工设计成半精加工并且利用精钻工具实施，该精钻工具具有至少一个可控制的刀刃，所述可控制的刀刃的位置根据孔测量信号控制，并且在设置于传送之后的输入珩磨加工中去除至少100μm的加工余量。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，利用测量装置测量精钻的孔在工件处于珩磨装置中的加工位置上实现，和/或将输出精钻加工设计成确定位置和确定角度的半精加工。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，输出精钻加工设计用于大于0.3mm的去除量。

4.按照上述权利要求之一项或多项所述的方法，其特征在于，在输出精钻加工结束以后，孔具有在100～400μm范围内的尺寸不足量、优选在0.2mm±0.05mm的范围内的尺寸不足量。

5.按照上述权利要求之一项或多项所述的方法，其特征在于，在输出精钻加工与珩磨装置或输入珩磨加工之间的切削工作的动态分配这样实现，即精钻工具与珩磨工具的使用寿命相互平衡或相互适配。

6.按照上述权利要求之一项或多项所述的方法，其特征在于，在输入珩磨加工的过程中至少阶段性地以大于20mm³/s的特定的单位时间切削量通过切削加工来去除材料；和/或对于具有直径D的孔在珩磨时间H内实施输入珩磨加工，在此适用条件H＜25s·D/75。

7.按照上述权利要求之一项或多项所述的方法，其特征在于，为了在珩磨主轴上连接用于输入珩磨加工的珩磨工具，使用双铰链杆，传动杆经由上铰链连接在珩磨主轴上，并且珩磨工具经由下铰链连接在传动杆上。

8.按照上述权利要求之一项或多项所述的方法，其特征在于，在输出精钻加工之前为了孔的加工只设置正好一个另外的钻孔加工、特别是用粗钻孔工具的粗钻加工。

9.按照上述权利要求之一项或多项所述的方法，其特征在于，输出精钻加工这样实施，即输出精钻加工结束以后，孔具有0.08mm以下、优选0.05mm以下的范围内、尤其在0.03mm至0.05mm范围内的圆度；和/或输出精钻加工这样实施，即输出精钻加工结束以后，孔具有0.08mm以下、优选0.05mm以下的范围内、尤其在0.03mm至0.05mm范围内的直线度；和/或输出精钻加工这样实施，即输出精钻加工结束以后，孔具有0.08mm以下、优选0.05mm以下的范围内、尤其在0.03mm至0.05mm范围内的平行度；和/或输出精钻加工这样实施，即输出精钻加工结束以后，孔内表面具有在20μm≤Rz≤100μm、尤其25μm≤Rz≤80μm、优选30μm≤Rz≤50μm范围内的平均粗糙度。

10.用于通过精钻和接着的珩磨来精加工工件(130)中的孔的圆柱形内表面的加工装置(100)，该加工装置包括精钻装置(120)以及珩磨装置(140)，所述精钻装置具有至少一个为支承精钻工具(128)而设置的精钻主轴(122)以及具有用于控制精钻装置的运转的精钻控制装置(126)，所述珩磨装置具有至少一个为支承珩磨工具(148A、148B)而设置的珩磨主轴(142A、142B)以及具有用于控制珩磨装置的运转的珩磨控制装置(180)，所述珩磨装置具有至少一个测量装置(160)，该测量装置用于测定通过精钻装置(120)加工的精钻的孔和用于产生代表精钻的孔的特性的孔测量信号，并且精钻控制装置(126)设置成用于根据孔测量信号控制精钻装置的运转，其特征在于，所述加工装置设置成用于实施按上述权利要求之一项所述的方法。

Images