CN113474120A - 珩磨工具和使用该珩磨工具的精加工方法 - Google Patents

Abstract

一种珩磨工具(100)，用于借助至少一个珩磨操作来加工工件中的孔的内面，珩磨工具包括：工具体(110)，其定义工具轴线(112)；安置在所述工具体处的第一切割组(160‑1)，其具有多个可径向进给的第一承载体(150‑1)，所述第一承载体可借助相关联的第一切割组‑进给系统(170‑1)相对于所述工具轴线(112)径向地进给，其中，每个第一承载体在其径向外侧面覆盖至少20º的周向角度范围，并且在外侧面(154)处承载唯一的在周向方向上宽的第一切割材料体或多个细长的彼此相互间隔开地布置的第一切割材料体(140‑1)；和安置在所述工具体处的第二切割组(160‑2)，其具有多个径向可进给的第二承载体(150‑2)，所述第二承载体可借助相关联的第二切割组‑进给系统(170‑2)独立于所述第一承载体(150‑1)地相对于所述工具轴线(112)径向地进给，其中，每个第二承载体(150‑2)在其径向外侧面(154)处承载单个细长的第二切割材料体(140‑1、140‑2)。第一和第二切割组的所有切割材料体(140‑1、140‑2)布置在轴向短的切割区域(130)中，该切割区域具有在轴向方向上测量的长度，该长度显著小于在切割材料体完全缩回时切割组的有效外直径。

Description

珩磨工具和使用该珩磨工具的精加工方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的珩磨工具(Honwerkzeug)以及一种根据权利要求13的前序部分的精加工方法。优选的应用领域是在制造用于往复活塞机的气缸体或气缸衬套时对气缸工作面(Zylinderlaufflaeche)的精加工。

背景技术

在内燃机或其它往复活塞机的气缸体(气缸曲轴箱)或气缸衬套内的气缸工作面在运行中遭受严重的摩擦负荷。因此，在制造气缸体或气缸衬套时重要的是，如此加工气缸工作面，使得在以后在所有的运行条件下都保证通过润滑剂膜予以充分的润滑，并且使得彼此相对移动的各部分之间的摩擦阻力保持尽量小。

对这种可受摩擦负荷的内面的决定质量的最终加工一般采用合适的珩磨方法进行，这些珩磨方法通常包括彼此相继的多个珩磨操作。珩磨是一种采用几何形状不确定的切割的切削方法。在珩磨操作时，可扩展的珩磨工具在待加工的孔内部为了产生往复移动而沿孔的轴向方向上下地或者来回地移动，且同时为了产生叠加于往复移动的转动运动而转动。安置在珩磨工具处的切割材料经由进给系统(或递送系统，即Zustellsystem)以相对于工具轴线径向地作用的进给力顶压到待加工的内面处。在珩磨时，一般在内面处产生对于珩磨加工常见的交叉磨削图案，该交叉磨削图案带有交叉的加工痕迹，其也称为“珩磨线痕”。

随着对发动机的经济性和环保性要求的不断提高，对摩擦系统活塞/活塞环/气缸工作面的优化特别重要，以便实现低摩擦、低磨损和低油耗。在此，孔的宏观造型(宏观形状)以及表面结构特别重要。

在一些精加工方法中，借助精孔和/或珩磨来产生定义地不同于圆柱形状的孔形状。这种孔形状通常在轴向方向和/或周向方向上是不对称的，因为气缸体的变形一般也不对称。在运行状态下，大多应产生尽量理想的圆柱形状，从而使活塞环堆能够在整个孔圆周上良好地密封。

DE 10 2013 204 714 A1公开了如下珩磨工具，其尤其适用于加工旋转对称的、具有不同直径和/或造型的孔区段的孔。由此例如可以加工和/或产生具有瓶形、锥形或桶形的旋转对称的孔。珩磨工具具有环形的、可扩展的切割组，该切割组带有围绕工具体的圆周分布的多个切割材料体，这些切割材料体的沿轴向方向(平行于工具轴线)测量的轴向长度小于在切割材料体完全缩回时切割组的有效外直径。切割组具有多个可径向进给的承载体，这些承载体在其径向外侧面承载呈珩磨节段形式的切割材料体，这些切割材料体分别覆盖大于切割组的轴向长度的周向角度范围。

由于切割组的轴向长度相对较短，因此这种珩磨工具特别好地适合于产生轴向轮廓和/或遵循孔的已经存在的轴向轮廓。此外，切割组的较短轴向长度可以是有利的，以便为加工产生足够的面压力。通过使得切割组具有多个可径向进给的承载体，这些承载体分别覆盖大于切割组轴向长度的周向角度范围，尤其可以实现如下：例如可以在珩磨时在周向方向上桥接在气缸工作面的壁中的横向孔，从而虽然切割材料体轴向较短，但在横向孔的区域中不发生加工不均匀的风险。在使用这种珩磨工具时，此外可以在珩磨溢出物非常少的情况下对孔的轴向端部进行加工，而不发生关于不均匀的切割体磨损的问题。

申请人的DE 10 2014 212 941 A1公开了类似的珩磨工具，其具有在轴向方向上相对较短的环形切割组，其中，大部分的圆周被切割剂覆盖。此外设置带有可进给的引导板条的引导组。环形切割组具有在周向方向上相对宽的承载体，这些承载体可以经由进给系统径向地共同进给。在一些实施例中，承载体的外侧面敷设有表壳形全覆层(珩磨节段)。也可以是如下情况：外侧面分别承载具有轴向纵向槽的切割材料体，使得位于径向外部的切割面在周向方向上多次中断。还描述了一些变型方案，其中，在刚性承载体的沿周向方向呈圆弧形弯曲的外侧面处固定多个相对较窄的珩磨板条，这些珩磨板条相互间具有周向间距，从而在珩磨板条之间形成槽状的中间腔。通过槽或中间腔，可以有效地供应和排出冷却润滑剂以及排出磨末(Abrieb)。

已观察到，在某些情况下，在加工非柱形孔(例如具有瓶形、锥形或桶形的旋转对称孔)时，由于切割深度不同，会产生局部不同的表面结构。这些表面结构会导致技术缺陷。在局部粗糙度并非所愿地过高时，则例如会增加油耗和漏气(或窜气，即Blow by)。如果局部地产生太少的材料磨末物，则由于来自上游加工阶段的材料损坏物被去除得太少，在内燃机运行中会增大卡死风险。在孔的轴向端部附近可能出现磨削图案与孔的其余部分的磨削图案的偏差。

发明内容

本发明的目的是，提供这种类型的珩磨工具和可用它执行的精加工方法，其允许如此加工不同造型的孔，使得加工过的孔面在整个孔长度上具有良好定义的表面结构。

为了实现该目的，本发明提供一种具有权利要求1的特征的珩磨工具。此外，提供具有权利要求13的特征的精加工方法。在从属权利要求中给出有利的改进方案。所有权利要求的全文通过引用而成为说明书的内容。

珩磨工具具有定义工具轴线的工具体。平行于工具轴线的方向称为“轴向的方向”或“轴向方向”。在工具体处安置两个可彼此独立进给的切割组，即第一切割组和第二切割组。第一切割组具有多个第一承载体，这些第一承载体可借助相关联的第一进给系统相对于工具轴线径向地进给。这些第一载体分别在其径向外侧面处覆盖至少20º的相对宽的周向角度范围。

由第一承载体所覆盖的周向角度范围可以是例如25º或更大或30º或更大。周向角度范围优选为至多120º或至多90º。

第一承载体的数量可以根据实施方式而变化，例如取决于它们的周向宽度。优选地设置三个或更多个第一载体，例如三个、四个、五个或六个第一载体，必要时也仅设置两个第一承载体。

第一承载体在其相对较宽的径向外侧面处承载唯一的在周向方向上相对较宽的第一切割材料体，例如按照具有连续的(不间断)或被槽间断开的切割表面的表壳形全覆层的方式，或者承载多个细长的(在周向方向上)彼此相互间隔开地布置的第一切割材料体。大多数情况下，全部的第一承载体都具有相同类型的第一切割覆层(全覆层，必要时带有槽或具有多个细长的第一切割材料体的板条组)，但这不是强制性的。

同样安置在工具体处的第二切割组具有多个第二承载体，这些第二承载体可以借助相关联的第二进给系统相对于工具轴线径向地进给。第二承载体中的每个都在其径向外侧面处分别仅承载单个细长的第二切割材料体。

术语“切割材料体”描述了珩磨工具的磨蚀元件。对于珩磨工具，切割材料体，也可以称为切割覆层，主要由不同造型和大小的不规则成形的切割晶粒组成，这些切割晶粒在结合系统内结合。通过选择切割覆层的类型，珩磨工具可以特别精确地适配于所希望的加工任务。切割晶粒例如可以是金刚石晶粒或由立方氮化硼(CBN)制成的晶粒。切割晶粒也可以由刚玉和/或其他类型的陶瓷材料例如SiC构成。结合物例如可以由陶瓷材料或人造树脂构成。金属结合系统，例如电镀产生的结合物或烧结结合物，也是可行的，必要时钎焊结合物也是可行的。

联系切割材料体，术语“细长”意味着，(细长的)切割材料体在周向方向上的宽度明显小于在轴向方向上测量的长度。(轴向)长度和(在周向方向上测量的)宽度之间的纵横比例如可以在5或更大的范围内，尤其在8至25的范围内。细长的切割材料体常常也称为切割板条或珩磨板条。以绝对值表达，细长的第一切割材料体例如可以具有在1.5mm至5mm范围内的周向宽度，有时也高于或低于该值。

相比之下在周向方向上相对较宽的第一切割材料体，其例如以表壳形全覆层的方式设计，优选地具有显著较小的纵横比，该纵横比例如可以在3或更小的范围内，有时也为1或更小，从而在周向方向上的宽度可以大于轴向长度。

切割材料体的最佳尺寸一般取决于珩磨工具的有效直径或待加工的孔的直径。

第一切割组和第二切割组的切割材料体布置在轴向相对较短的切割区域中。切割区域具有沿轴向方向测量的长度，该长度明显小于在切割材料体完全缩回时切割组的有效外直径。“明显小于”在此意味着，切割区域的轴向长度或延展至多为切割组的有效外直径的80%。换句话说，“明显小于”因而意味着至少小20%。轴向长度例如可以小于有效外直径的一半。第一切割材料体和第二切割材料体因此布置成使得它们全部完全位于沿轴向观察相对较短的切割区域内。由于切割区域的轴向长度相对较短，这种类型的珩磨工具特别好地适合于产生具有轴向轮廓的孔形状，即在轴向方向上具有不同的直径。备选地或附加地，这些珩磨工具也可以被用于遵循孔的这种已经存在的轴向轮廓。

切割区域的轴向长度或延展例如可以小于切割组的有效外直径的40%和/或小于孔的孔长度的20%。

发明人的研究已表明，切割材料体在第一和第二承载体上的特殊分布提供特别的优势。每个第一承载体利用安置于其处的第一切割材料体(例如，每个承载体的一个宽的全覆层或多个细长的板条形切割材料体)覆盖一定的、相对宽的周向区域。已经表明，在借助于第一切割组的珩磨加工中，可以实现所产生孔的特别好的圆度值。在每个第一承载体具有多个细长切割材料体的变型方案中，由于同时与孔内壁接合的大量第一切割材料体，即使在强烈去除材料的造型中，也得到良好的使用寿命。在具有相对较宽的第一切割材料体的变型方案中，同样在低磨损情况下可实现相对有效的材料去除。

根据发明人的认知，具有各个相对细长的切割材料体的第二切割组提供其他优点。因而已发现，可各自地在不同的径向方向上进给的各个第二切割材料体相比于第一切割材料体倾向于更紧密地搁置(更好、更均匀的面接触)在现有表面上，这些第一切割材料体可以对于每个第二承载体仅共同地或成组地沿共同的径向方向顶压到在孔内壁处。以此可实现特别高的表面质量。

第二切割组的总切割面积可以小于第一切割组的总切割面积。尤其当使用第二切割组仅应实现相对较少的基本材料去除时，例如在平台珩磨时或在对先前已用更粗切割器件加工过的表面予以平滑处理时，则这可以是有利的。

第一和第二切割组可以在切割材料体的类型和尺寸方面如此彼此适配并且适配于珩磨过程，使得这些切割组在设置的珩磨过程中或多或少相同程度地或同样快地磨损。这尤其有利于经济的重新装配。

在许多实施方式中，第二切割材料体的数量大于第一切割材料体的数量，尤其是为了获得相仿的寿命和覆盖度。

在每个第一承载体具有多个细长的切割材料体的变型方案中，优选地在第一承载体的径向外侧面处安置多于两个的第一切割材料体，例如三个、四个、五个、六个、七个或更多个第一切割材料体。根据经验，每个承载体三与七个之间的第一切割材料体常常是有利的。

在这些变型方案的一些实施方式中，在直接相邻的第一切割材料体之间的相互间的间距处于切割材料体的周向宽度的数量级内或以下。如果相互间的间距小于第一切割材料体的周向宽度，可以保证在周向方向上观察，第一切割材料体的磨蚀材料的面积份额相对较高，从而可实现高材料去除，同时磨损较小。去除的材料碎片可以借助冷却润滑剂通过位于第一切割材料体之间的通道良好地排出，从而可以使得切割材料体的磨蚀外面的堵塞风险保持较低。

优选地，由第一承载体承载的第一切割材料体以其位于外部的切割面在总体上覆盖相应于承载体的周向宽度的至少30%或至少50%的周向角度范围，从而在第一切割组的情况中在周向方向上观察利用相对大的总切割面积，并且因此必要时可以实现在高寿命的情况下相对高的磨蚀效力。

可以足够的是，第二切割组具有相对较少的、可在不同径向方向上进给的细长的第二切割材料体，例如四个、六个、八个或十个第二切割材料体。第二切割材料体可以对称地或不对称地分布在珩磨工具的圆周上。

在一些实施方式中，第一承载体和第二承载体及相关的切割材料体沿周向方向交替地布置在工具体处。周向方向上的分布可以变化。优选地，在沿周向方向上相邻的第一承载体之间布置至少一个第二承载体。可能的情况是，在一对直接相邻的第一承载体之间布置恰好一个带有相关的第二切割材料体的第二承载体。在圆周的其他部位处和/或在另一个实施方式中，可以是如下情况：在直接相邻的第一承载体之间布置两个或更多个第二承载体，从而产生在周向方向上直接相邻的第二承载体。以这种方式，可以针对每种应用优化第二承载体和/或由其承载的第二切割材料体的在周向方向上观察的密度。

第一和第二承载体的在周向方向上观察均匀的分布是可能的。然而，在许多实施方式中，第一承载体和第二承载体在周向方向上不均匀分布地布置，尤其布置成使得其间的周向角度变化。

优选进行如下布置：成对的相同承载体和切割材料体分别布置在圆周的直径上相对而置的位置处，从而在进给时由于这种对称性，不存在由结构原因导致的横向力，所述横向力会导致珩磨工具在加工时不期望的偏转。

第一切割材料体和第二切割材料体可以在轴向方向上具有相同的长度。此外，如果这些切割材料体全部都布置在相同的轴向区段中，则切割区域的轴向长度由第一和第二切割材料体的轴向长度得到。第一和第二切割材料体也可以在轴向上略微彼此错开，从而切割区域的轴向长度可以稍微大于切割材料体中最长的切割材料体的轴向长度。

在一个实施方式中，第一切割材料体在轴向方向上比第二切割材料体短。第一切割材料体的轴向长度可以例如小于第二切割材料体的轴向长度的80%或小于其70%，但一般不小于该长度的50%。由此可以实现在进给状态下，即在加工孔的内面时，第一切割组在比珩磨工具的切割区域短的有效第一切割区域中起作用。由此例如可以特别好地加工具有在轴向方向上更大程度的直径变化(小半径)的孔区段。也可行的是，第二切割材料体在轴向方向上比第一切割材料体短。

在一些实施方式中，第二切割材料体相对于工具体弹性屈服地支承。通过弹性屈服的支承，第二切割材料体的在没有接触压力峰值的情况下遵循轮廓的能力可以得到改善，这可以对可实现的表面的质量产生积极影响。弹性屈服能够以不同的方式实现。例如可行的是，在第二进给系统内工作，直到承载体没有结构所致的屈服，并且在承载体和被承载的切割材料体之间设置弹性屈服。这可以例如通过如下方式来实现：在切割材料体和承载着切割材料体的承载体之间的中间腔中布置弹性屈服的中间层，该中间层例如可以通过弹性体层形成。中间层可以完全填充中间腔，以便避免切割剂残留物或磨末进入。关于该部分方面，参考申请人的DE 10 2017 202 573 A1，其描述为此的实现可行方案。该文件的公开内容在此通过引用成为说明书的内容。

在一些实施方式中，弹性屈服由此实现，即，靠近或邻接第二切割材料体的第二承载体具有弹性屈服的区段，该区段带有(无承载体材料)凹部和与承载体一件式地构造的弹簧元件。与在进给系统内具有单独的弹簧的同样可行的结构相比，具有整体集成的弹簧元件的这种变型方案的特征尤其在于，可以在承载体的制造中以高精度设置弹簧力。此外，该解决方案非常耐用且寿命长。

在具有用于屈服地支承第二切割材料体的单独的弹簧的变型方案中，和在承载材料中具有凹部的变型方案中，可能会发生的是，磨末进入到弹簧区域中并损害功能。这在一些实施方式中通过如下方式被防止：在弹簧匝之间或在凹部中没有弹簧材料的区域填充以弹性屈服的弹性体材料或其他弹性屈服的填充材料。由此，弹簧作用可以长期保持。可以通过选择合适的弹性屈服的填充材料来精确地调整弹簧特性，例如弹簧件的“硬度”。可以填充弹簧区域中的全部空腔中的一些空腔。即使在并非根据本发明的在珩磨工具中具有弹性屈服的珩磨工具的情况中，这些措施也可以独立于本发明的其余特征利用。

在一些实施方式中，珩磨工具具有引导组，该引导组具有围绕工具体的圆周分布的多个引导板条。这些引导板条可以固定地安置在工具体处。单个、多个或所有的引导板条可以至少部分地延伸到切割区域之外的轴向区域中。在一些实施方式中，引导板条仅仅布置在切割区域内。由此可以确保，即使在具有轴向强烈变化的直径的孔区段中，引导板条也不会与孔的内面发生不希望的接触。一个、几个或所有的引导板条可以直接邻近第二承载体布置，从而相邻的第二承载体受到直接相邻的引导板条保护。

在一些实施方式中，对实现高表面质量的进一步贡献通过如下方式实现：珩磨工具具有集成的多轴的铰接，用于使得工具体可受限移动地与联接件联结。优选设置成，在铰接与配备有切割材料体的切割区域之间的轴向间距小于当切割材料体完全缩回时切割组的有效外直径。由此得到轴向紧凑的构造方式。此外，在工具轴线相对于传动主轴的旋转轴线出现倾斜位置时，可以把可能的倾斜力矩保持较低，根据发明人的经验，这可以对被珩磨的孔内面的表面质量产生积极影响。在本申请的上下文中，轴向间距是在铰接点的平面和切割区域的轴向端部之间测量的。

本发明还涉及一种用于加工工件中的孔的内面的精加工方法，尤其用于在制造往复活塞机的气缸体或气缸衬套时精加工气缸工作面。该精加工方法包括至少一个珩磨操作，其中，可扩展的珩磨工具在孔内为了产生往复移动而在孔的轴向方向上来回移动，并且同时为了产生与往复移动叠加的转动运动而转动，其中，在珩磨操作中使用根据要求保护的本发明的珩磨工具。

根据一种改进方案，珩磨操作作为多级的珩磨操作来执行，其中，在第一珩磨级，第一切割组顶压到孔内面上，并且借助第一切割组，通过在从初始形状开始轴向不均匀的材料去除，产生与圆柱形状不同的(优选旋转对称的)孔形状，并且其中，然后在第二珩磨级中将第二切割组进给，并借助第二切割组，在孔内面处产生所希望的表面结构，而基本上不改变孔的宏观形状。因而此处可以使用珩磨刀具而无需在中间更换工具，以用于一方面通过轴向不均匀的材料去除(第一珩磨级)来改变孔的形状，然后在第一切割组缩回且第二切割组进给时，而且用于改善孔内面的表面结构，基本上没有进一步的材料去除或最多具有很少的材料去除。

由于可以省去在两个珩磨级之间更换工具，因此与更换工具的方法相比，周期时间可以显著缩短。此外，可以避免可能由于更换工具而导致的误差。

优选在第一珩磨级中利用路径控制进行工作，以便以高精度实现所力求的孔形状。在第二珩磨级中，优选力控制地珩磨。在这种情况下，在一些变型方案中设置成，沿着孔的整个长度，以基本恒定的顶压力进行珩磨，以便实现在整个长度上在很大程度上均匀的表面结构。

在其他变型方案中，孔在控制技术上被分为至少两个相邻的轴向孔区段(第一孔区段和至少一个第二孔区段)，并且如此进行控制，使得珩磨参数在这些孔区段中不同，其中，例如在孔区段之一中相比于在另一个孔区段中以更大的顶压力珩磨。由此，可以在按规定使用期间鉴于不同的条件(例如往复式活塞发动机中的活塞速度)优化在这些孔区段中的表面。

附图说明

本发明的另外优点和方面可由权利要求书和对本发明的优选实施例的后续说明得到，下面借助附图阐述这些实施例。

图1示出了根据要求保护的本发明的珩磨工具的一种实施方式的斜视立体示意图；

图2示出了在朝远离主轴的端部的轴向方向上图1的珩磨工具的视图；

图3示出了图1的珩磨工具的侧视图；

图4示出了在含有工具轴的径向平面中各个可进给的第二切割材料体的根据图2中的IV-IV剖切的剖面；

图5示出了在含有工具轴的径向平面中第一承载体的根据图2中的线V-V剖切的剖面；

图6示出了在含有工具轴的径向平面中另一实施方式的第一承载体的剖面；

图7至10示出板条形的第二承载体的不同变型方案，这些第二承载体在靠近外面的区域中为了固定切割材料体通过内凹和整体的弹簧元件的图案而弹性屈服地设计。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一种实施方式的珩磨工具100的斜视立体图。该珩磨工具用于通过珩磨来加工工件内的孔的内面，并且在范例情况下被设计用来在制造用于往复活塞机的气缸体或气缸衬套时对气缸工作面进行珩磨。珩磨工具也特别好地适合于加工具有不同直径和/或不同设计的孔区段的旋转对称的孔，例如瓶形孔、桶形孔，和/或具有至少一个直径在轴向上连续可变的锥形孔区段的孔。但该珩磨工具也可以被利用于加工圆柱形孔，即旋转对称的无轴向轮廓走向的孔。

珩磨工具具有由钢材料制成的材料体110，该材料体定义工具轴线112，该工具轴线同时是在珩磨加工期间珩磨工具的旋转轴线。用于使得珩磨工具与珩磨机或另一种具有工作主轴的加工机的传动杆或者工作主轴联结的联结结构120，位于珩磨工具的主轴侧的端部处，该联结结构不仅可围绕主轴轴线转动，而且可平行于主轴轴线往复地来回移动。在图1中，联结结构120设计成卡扣连接的功能部分。在应用于加工中心的工作主轴处的实施例中，例如可以设置按照空心杆锥体或另一种锥体形式的联结结构。

珩磨工具的切割区域130位于工具体的背离联结结构120或(未示出的)工作主轴的端部区段中，在该切割区域中安置全部的磨蚀性切割材料体(总体参考标号140)。在切割区域130内部布置围绕工具体的圆周分布的多个切割材料体，这些切割材料体在平行于工具轴线伸延的轴向方向上具有轴向长度LS，该长度比珩磨工具在装备有切割材料体的切割区域130中的最小有效外直径AD小多倍。

在该实施例中，全部的切割材料体都设计成在周向方向上细长的切割材料板条，这些切割材料板条的在周向方向上测得的宽度BS相对轴向长度LS更小。长度LS与宽度BS之间的纵横比可以例如处于4:1至25:1的范围内。

珩磨工具只有唯一的切割区域130。该切割区域或多或少地与工具体的远离主轴的端部齐平地布置在工具体的背离主轴的端部区段中，从而必要时也可以加工盲孔直至孔基底。

图1中的珩磨工具100是具有双重扩展的珩磨工具，其特征在于，在工具体处布置有第一切割组160-1和可与第一切割组独立地进给的第二切割组160-2。第一切割组160-1具有多个(在示例情况下刚好四个)第一承载体150-1，这些第一承载体可以借助相关联的第一进给系统170-1在相关的径向方向上相对于工具轴线112径向地进给。第二切割组160-2具有多个(在示例情况下总共八个)第二承载体150-2，这些第二承载体可以独立于第一承载体150-1在相关的径向方向上相对于工具轴线112径向地进给，为此设置有第二进给系统170-2。

承载相应的切割材料体140-1或140-2的承载体150-1、150-2分别是一体的由钢材料制成的构件，这些构件本身基本上是刚性的。每个第一承载体150-1都具有在周向方向上相对宽的承载区段152-1，该承载区段带有总体上柱形弯曲的外侧面154-1和面向工具体的基本上平面的内侧面，在该内侧面处，板形的进给区段156-1向内突伸。在进给区段的背离外侧面154-1的内侧面处有一些斜面，这些斜面与可轴向移动的第一进给锥体的对应的斜面按照楔式传动的方式配合作用，使得进给锥体在工具体的内部的轴向移动导致承载体的径向移动。承载体150-1的进给区段156-1可径向移动地位于工具体的基本上矩形的凹部中，从而可实现径向移动(相对于工具轴线112径向)，却在很大程度上避免在其横向方向上的倾翻移动。承载体借助多个环绕的螺旋弹簧预紧至向内缩回的位置，从而克服这些复位弹簧的力向外进行径向的进给。

位于外部的承载区段152-1在周向方向上的宽度使得第一承载体分别覆盖多于20º周向宽度的周向区段，在示例中多于30º即大约35º周向宽度。在相对于工件轴线的径向方向进给时，仅仅该承载区段的沿周向方向观察的中间区域精确地相对于工具轴线径向地进给。位于进一步外部的区域平行于该中间-径向方向进给，从而在局部的径向方向和实际的进给机构之间产生小的角度偏差。因此，在很多实施方式中，周向宽度不大于45º或者不大于60º或者不大于90º。

第二承载体150-2在它们的径向外侧面154-2的区域中明显比宽的承载区段152-1细长。它们在示例情况下分别覆盖小于10º的周向角度范围，其中，在示例情况下，周向角度范围约为5º至7º。绝对地来看，这些宽度例如可以处于1.5mm至4.0mm的范围中。与第一承载体一样，第二承载体具有板形的进给区段，该进给区段向内突伸，并且在其变窄的内侧面处具有用来与第二进给系统170-2的可轴向移动的进给锥体配合作用的斜面。此处，进给区段也可径向移动地、但在其横向方向上基本上不可移动地置于工具体的矩形的凹部中，从而可实现径向移动并且禁止横向于其的移动。

第一承载体150-1在其径向外侧面处分别承载六个相对细长的切割板条形式的第一切割材料体140-1，这些第一切割材料体带有相互周向间距地例如通过粘接、钎焊、螺纹联结等固定在承载区段的外侧面处。在这些切割材料体之间是槽式的、轴平行的中间腔，这些中间腔的周向宽度小于分别相邻的切割材料体的周向宽度。这些切割材料体以其位于外部的切割面在总体上覆盖了大致为承载区段的周向宽度的一半或略微更大的周向角度范围，从而在周向方向上存在磨蚀性切割面的相对高的面密度，但是被纵向伸延的中间腔中断，这些中间腔有助于输入和排出冷却润滑剂和若有可能磨末。

而第二承载体150-2中的每个第二承载体都在其外侧面处只承载唯一的相对细长的切割材料体140-2，该切割材料体的轴向长度决定切割区域的轴向长度。周向宽度仅约为长度的20%，但在示例中大于第一切割组的许多细长的第一切割材料体的周向宽度。

第一切割材料体140-1在图1的示例中仅大致为第二切割材料体的一半长度(大致在该长度的40%与70%之间)，并且在背离主轴的一侧处在和第二切割材料体140-2相同的高度上终止。第一切割材料体由此定义有效的第一切割范围，该第一切割范围的长度仅大致为切割区域130的一半，所述切割区域的长度由第二切割材料体的长度定义。

在其它实施方式中，较短的第一切割材料体也可以大致布置在切割区域的中间，或者布置在切割区域的面向联结区段的上端处。

第一切割材料体非常耐磨，并且优选具有采用金属结合的金刚石切割晶粒。第二切割材料体可以按其它方式来构建，例如采用陶瓷结合或塑料结合。

此外，珩磨工具具有引导组，该引导组带有多个围绕工具体圆周分布的、不起切割作用的引导板条180，这些引导板条分别在预设的位置处固定地安置在工具体处，即不可进给。平行于工具轴线取向的引导板条具有大致与切割区域的长度相等的轴向长度，并且仅仅布置在切割区域130内。例如由硬质金属制成的引导板条在轴向上不比切割材料体长，从而在轴向方向上的引导局限于如下区域：在该区域中也会发生材料磨末。不存在布置于切割区域130之外的引导板条。引导组具有六个引导板条，这些引导板条以60º的间距均匀地分布在工具体110的圆周上。这种布置使得每个引导板条180都布置成直接邻近单个的第二切割材料体140-2，即直接邻近第二切割组的可独自进给的切割材料体。周向方向上的间距小于相应的引导板条的在周向方向上测得的引导宽度。

两个直径上相对而置的引导板条180-M设计成测量板条。它们在其中间(即在切割区域的一半高度上)具有气动的直径-测量系统的测量喷嘴185。这些测量喷嘴也可以根据应用情况位于中间的上方或下方。

珩磨工具的从外面不可看出的一些特殊之处可依据图4和5的剖视图看出。在此，图4示出穿过第二切割组(带有单独板条)的承载体和切割板条的径向平面的剖面，而图5示出第一切割组的第一承载体150-1和第一切割板条140-1的剖面。

第一进给系统170-1具有管形式的可在工具体中轴向移动地安置的第一进给元件172-1，该进给元件在背离主轴的端部出具有两个轴向地彼此错开地布置的锥形区段。第一切割组的与这些锥形区段作用连接的第一承载体150-1具有轴向地彼此错开的两个斜面，这些斜面与锥形区段按照楔式传动的方式配合作用。由此，每个第一承载体都在两个彼此轴向间隔开的区域中支撑在相关的进给元件处，从而可靠地避免第一承载体的倾翻。

类似地实现在第二切割组的情况中的进给。第二进给系统170-1具有杆形式的第二进给元件172-2，该杆在管(第一进给元件)的内部相对于它可移动地可轴向移动地引导。在杆的端部处存在两个彼此轴向间隔开的锥形区段。第二承载体150-2与此对应地在其径向内侧面处具有轴向地错开的两个斜面，这些斜面与相应的锥形面配合作用。由此，此处就此而言也可靠地避免在进给时第二承载体的倾翻。

如图6中示出，如下备选的解决方案也是可行的：例如第一承载体在其径向的内侧面处只有唯一的斜面，该斜面与安置在进给元件处的锥体配合作用。相应的情况对于第二承载体也可行。

图4至6的剖视图也可以清楚地看到另一特殊之处。珩磨工具100具有集成的铰接部190，借助于该铰接部使得工具体110可有限移动地联结在联接件处，该联接件用来与加工机的工作主轴联接。在示例情况下，铰接部190设计成球铰接部，其中，铰接球192构造在联接件的下端处，而对应的带有凹球形支承面的支撑元件安置在工具体110的内部。由此可以实现使得工具体相对于联接件在横向于工具轴线伸延的无限多个方向上有限地移动，由此，尤其在后期加工孔内面以便改变表面质量时，珩磨工具可以特别好地跟随这些表面。在铰接点(铰接球的中心处)或由此定义的垂直于工具轴线的平面与配备有切割材料体的切割区域130的远离主轴的端部之间的轴向间距AB，小于在切割材料体完全缩回时切割组的有效的外直径AD。由此可以减小在主轴轴线与孔轴线之间偏移时可能出现的相对于具有较大间距的常规结构的倾翻力矩，这积极地影响加工质量。

承载第二切割组的各个切割材料体的第二承载体150-2可以完全由实心材料(比如钢)制成本身刚性的构件。尤其在借助第二切割组改善表面质量时为了跟踪非圆柱形的孔内面，可以有利的是，在顶压第二切割体时在力流中引进一定的挠性，从而可以避免顶压力峰值。

在依据图7至10示出的实施例中，这分别按如下方式来实现：板形的细长的板条形的第二承载体在被设置用来承载细长的切割材料体的径向外侧面附近或该外侧面处具有弹性屈服的区段150-2E。在这些实施方式中，弹性屈服性由此实现，即，在起初一体的承载体中，借助火花腐蚀或者采用其它方式加工出合适形状、大小和分布的凹部A，其方式为，与凹部邻接的材料在外部负荷作用下按照弹簧的类型弹性地作用，从而外部的区段150-2E在整体上沿承载体的径向方向弹性屈服。采用整体构造的弹性元件FE的该解决方案已表明特别耐用且寿命长。弹簧力可以通过对凹部或剩余的弹簧元件的合适的尺寸设计来调节。

这种结构形式的一种变型方案将依据图8来阐述。在该实施例中，无承载材料的凹部A不是空的，而是完全填充以弹性屈服的弹性体材料EL。由此可以防止材料磨末进入到凹部中。此外，弹簧特性可以通过合适地选择弹性的填充材料(弹性体材料EL)来准确地调节，并且可实现抑制可能的振动。如所示出，可以填满全部的凹部，或者仅填满凹部的一部分。

珩磨工具可以应用于用来加工具有工件的孔内面的多种精加工方法。在一种方法变型中设置成，珩磨工具用来在制造用于往复活塞机的气缸体或气缸衬套时对气缸工作面进行精加工，其中，应从具有例如圆柱形初始形状的孔出发制造具有轴向轮廓走向的优选旋转对称的孔，即在不同的轴向区段中具有不同直径的孔，这些区段或多或少地连续地过渡到彼此中。这例如可以是锥形的孔形状或者瓶形的孔形状或者桶形的孔形状。

为此，珩磨工具与加工机的工作主轴联结。在示例情况下，初始形状是圆柱形的，且可以借助于珩磨来制造，或者也可以借助于精加工利用定义的切割(例如精车)来制造。在第一珩磨级中使用第一切割组。该第一切割组在把珩磨工具导入到孔中之后借助于第一进给系统顶压到孔内面上。然后借助第一切割组，从初始形状出发，通过轴向不均匀的材料去除，产生不同于圆柱形状的旋转对称的孔形状。为此，例如可以将顶压力作为珩磨工具在孔中的往复位置的函数借助控制来如此改变，从而在顶压力较高的区域中去除更多的材料，进而产生比在其它区域中更大的内直径。备选地或附加地，可以通过改变加工行程的行程长度(例如通过在下转折点保持相同的情况下减小往复移动的上转折点的轴向高度)产生轴向不均匀的材料去除。

如果在针对该第一珩磨级所设置的规格的范围内实现所希望的旋转对称的孔形状(例如可以借助气动的直径测量来确认)，则第一切割组缩回，并且第二切割组进给。在然后跟随的第二珩磨级中，借助第二切割组的各个在不同的径向方向上进给的单独板条，仅尚有少量的材料磨末，或者几乎没有材料磨末，使得孔的宏观形状无变化或者无明显变化，而是仅仅产生所希望的表面结构。

在许多情况下，精加工方法用来产生具有轴向轮廓走向(即轴向上不同的直径)的旋转对称的孔形状，并且随后在无中间时刻更换工具的情况下生成合适的表面结构或表面结构分布。原则上也可行的是，使用珩磨工具来产生和/或加工出在至少一个孔区段中具有不同于圆形的横截面形状的孔形状。孔例如可以在至少一个区段中具有椭圆形的孔形状或三叶草-形状。适合于此的珩磨工具-实施方式优选在第一切割组中(即在具有沿周向方向相对宽的第一承载体的切割组中)只有唯一的一对直径上相对而置的第一承载体，这些承载体带有相应的第一切割材料体(例如完全覆层或彼此间隔开的多个单独板条)。周向宽度在此优选小于90º，或者小于60º。在产生这种孔形状时，例如可以根据珩磨工具的旋转位置来改变顶压力，以便通过阶段式地提高接触压力来产生具有更大直径的区域和通过减小接触压力来产生具有更小直径的区域。必要时也可以在采用振动移动的情况下利用根据EP 1815 943 A1的方法。

Claims (15)

1.一种珩磨工具(100)，用于借助至少一个珩磨操作来加工工件中的孔的内面，尤其用于在制造用于往复活塞机的气缸体或气缸衬套时珩磨气缸工作面，所述珩磨工具包括：

工具体(110)，其定义工具轴线(112)；

安置在所述工具体处的第一切割组(160-1)，其具有多个可径向进给的第一承载体(150-1)，所述第一承载体能够借助相关联的第一切割组-进给系统(170-1)相对于所述工具轴线(112)径向地进给，其中，每个第一承载体在其径向外侧面处覆盖至少20º的周向角度范围，并且在所述外侧面(154、454)处承载唯一的在周向方向上宽的第一切割材料体或多个细长的、彼此相互间隔开地布置的第一切割材料体(140-1)；和

安置在所述工具体处的第二切割组(160-2)，其具有多个径向可进给的第二承载体(150-2)，所述第二承载体能够借助相关联的第二切割组-进给系统(170-2)独立于所述第一承载体(150-1)地相对于所述工具轴线(112、412)径向地进给，其中，每个第二承载体在其径向外侧面(154、454)处承载单个细长的第二切割材料体(140-2)，

其中，第一和第二切割组的所有切割材料体(140-1、140-2)布置在轴向短的切割区域(130)中，该切割区域具有在轴向方向上测量的长度，该长度显著小于在切割材料体完全缩回时所述切割组的有效外直径(AD)。

2.如权利要求1所述的珩磨工具，其特征在于，在周向方向上宽的第一切割材料体的情况下，轴向长度和沿周向方向测量的宽度之间的纵横比为3或更小，尤其小于1，并且/或者在细长的第一切割材料体(140-1)和/或在细长的第二切割材料体(140-2)的情况下，轴向长度和沿周向方向测量的宽度之间的纵横比为5或更大，尤其在8至25的范围中。

3.如权利要求1或2所述的珩磨工具，其特征在于，安置在第一承载体(150-1)处的第一切割材料体(140-1)以其位于外部的切割面在总体上覆盖相应于所述第一承载体的外侧面(154-1)的周向宽度的至少30%或至少50%的周向角度范围。

4.如前述权利要求中任一项所述的珩磨工具，其特征在于，每个第一承载体(150-1)在其径向外侧面处承载多于两个第一切割材料体(140-1)，优选三个、四个、五个、六个或七个第一切割材料体(140-1)，并且/或者在直接相邻的第一切割材料体(140-1)之间的相互间的间距处于所述第一切割材料体的周向宽度的数量级或以下。

5.如前述权利要求中任一项所述的珩磨工具，其特征在于，在周向方向上相邻的第一承载体(150-1)之间布置至少一个第二承载体(150-2)。

6.如前述权利要求中任一项所述的珩磨工具，其特征在于，所述第一承载体(150-1)和所述第二承载体(150-2)在周向方向上不均匀分布地布置。

7.如前述权利要求中任一项所述的珩磨工具，其特征在于，所述第一切割材料体(140-1)在轴向方向上比所述第二切割材料体(140-2)更短，其中，所述第一切割材料体的轴向长度优选地小于所述第二切割材料体的轴向长度80％和/或大于其50%。

8.如前述权利要求中任一项所述的珩磨工具，其特征在于，所述珩磨工具具有集成的铰接部(190)，用于使得所述工具体(110)可有限移动地与联接件联结，其中优选地，在所述铰接部(190)的铰接点与所述切割区域(130)的远离主轴的端部之间的轴向间距(AB)小于在切割材料体完全缩回时所述切割组的有效外直径(AD)。

9.如前述权利要求中任一项所述的珩磨工具，其特征在于，所述第二切割材料体(140-2)相对于所述工具体(110)弹性屈服地支承，其中优选地，所述第二承载体(150-2)靠近或邻接于第二切割材料体地具有弹性区段(150-2E)，所述弹性区段具有凹部(A)和与所述承载体一体地构造的弹簧元件(FE)。

10.如前述权利要求中任一项所述的珩磨工具，其特征在于引导组，所述引导组具有围绕所述工具体的圆周分布的多个引导板条(180)，其中优选地，所述引导板条(180)仅布置在所述切割区域(130)内。

11.如权利要求10所述的珩磨工具，其特征在于，一个、几个或所有的引导板条(180)布置成直接邻近第二承载体(150-2)，其中优选地，第二承载体(150-2)和所述引导板条(180)之间的周向间距小于所述引导板条的在周向方向上的宽度。

12.如前述权利要求中任一项所述的珩磨工具，其特征在于，所述第一切割组-进给系统(170-1)和/或所述第二切割组-进给系统(170-2)具有可轴向移动的进给元件，所述进给元件具有第一锥形区段和轴向相对所述第一锥形区段错开的第二锥形区段，其中，所述第一承载体(150-1)和/或所述第二承载体(150-2)在其径向内侧处具有两个轴向错开的斜面，所述斜面被构造成与所述第一锥形区段和所述第二锥形区段配合作用。

13.一种用于加工工件内的孔的内面的精加工方法，尤其用于在制造用于往复活塞机的气缸体或气缸衬套时对气缸工作面进行精加工，其中，所述精加工方法包括至少一个珩磨操作，其中可扩展的珩磨工具(100)在所述孔内为了产生往复移动而在所述孔的轴向方向上来回移动，并且同时为了产生与所述往复移动叠加的转动运动而转动，

其特征在于，

在所述珩磨操作中使用具有前述权利要求中至少一项的特征的珩磨工具(100)。

14.如权利要求13所述的精加工方法，其特征在于，珩磨操作作为多级的珩磨操作来执行，其中，在第一珩磨级中，第一切割组顶压到所述孔内面处，并且借助所述第一切割组借助轴向上不均匀的材料去除从初始形状出发，产生与圆柱形状不同的、优选旋转对称的孔形状，并且然后在第二珩磨级中将第二切割组进给，并借助所述第二切割组，在所述孔内面处产生所希望的表面结构，而基本上不改变孔的宏观形状。

15.如权利要求14所述的精加工方法，其特征在于，在所述第一珩磨级中利用路径控制进行珩磨，并且/或者在所述第二珩磨级中力控制地进行珩磨。

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