-
Die
Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Honen von Stufenbohrungen. Das
sind Bohrungen mit absatzweise unterschiedlichem Durchmesser, wie sie
in 1 dargestellt sind.
-
Die
Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, ein Werkzeug
bereitzustellen, mit dem zwei in einem Werkstück vorgesehene koaxiale Abschnitte 11 und 12 einer
sogenannten Stufenbohrung 10 gleichzeitig derart gehont
werden können, dass
damit gleichzeitig ihre Koaxialität verbessert wird, das heißt, dass
eine unerwünschte
Form, wie sie – allerdings
stark übertrieben – in 1 bei
(a) dargestellt ist und bei der die beiden Achsen A und A' nicht koaxial verlaufen,
in eine erwünschte
Form, wie sie in 1 bei (b) dargestellt ist, korrigiert
wird, bei der die Achsen koaxial verlaufen, das heißt in ihrer Lage
exakt über
einstimmen. Neben der Koaxialität soll
auch eine hohe Zylindrizität
beider Bohrugen gewährleistet
sein. Eine hohe Genauigkeit soll gewährleistet sein. Dabei soll
das Werkzeug einfach aufgebaut sein.
-
Bei
kleinen Stufenbohrungen ist zum Beispiel der – größere – Durchmesser des ersten Abschnitts
10 mm und der – kleinere – Durchmesser
des zweiten Abschnitts 6 mm. Solche Bohrungen finden zum Beispiel
in Pumpen Verwendung. Für
solche Stufenbohrungen wird heute eine Koaxialität von unter 2,5 μ gefordert.
Das bedeutet bei Beachtung der statistischen Toleranzgrenze eine
unterste Genauigkeit von weniger als 1,6 μ.
-
Aus
der Veröffentlichung "Das Honen von Sacklochbohrungen" von Ulrich Klink
und Gerhard Flores in "TZ
für praktische
Metallbearbeitung",
71. Jahrgang 1977, Heft 1, S. 21–24 ist ein Werkzeug mit zwei
getrennt zustellbaren Honleisten – einer parallel verschiebbaren
Honleiste und einer um einen Schwenkpunkt schwenkbaren Honleiste – bekannt (Bild
7). Mit der Parallelleiste wird die gesamte Bohrung eines Sacklochs
und mit der Schwenkleiste lediglich das untere Ende des Sacklochs
gehont.
-
Aus
der
EP 0 535 201 B1 ist
ein Werkzeug bekannt, bei dem in einer vorbearbeiteten Bohrung getrennt
einerseits eine Führungsleiste,
andererseits eine Schwenkleiste zur Bearbeitung des unteren Abschnittes
eines Sackloches vorgesehen sind.
-
Aus
der
EP 0 549 821 B1 ist
ein Werkzeug zum Koaxialhonen zweier konzentrischer Bohrungen gleichen
Durchmessers bekannt. Das Werkzeug ist so verstellbar, dass jeweils
in der einen Bohrung das Werkzeug geführt wird, während die andere Bohrung gehont
wird und umgekehrt.
-
Keine
dieser Veröffentlichungen
zeigt ein Honwerkzeug, mit dem gleichzeitig beide Abschnitte einer
Stufenbohrung gehont werden können
und eine Verbesserung der Koaxialität erreicht wird. Die aus den
oben genannten Druckschriften bekannten Doppelzustellwerkzeuge mit
zwei unabhängigen
Leistensätzen
sind zudem wegen der jeweils getrennten Zustellsysteme kompliziert
und daher für
kleine Bohrungen ungeeignet. Die oben genannten Veröffentlichungen
enthalten außerdem
keinerlei Hinweise auf die Verbesserung der Koaxialität von Stufenbohrungen
und sind dazu auch nicht verwendbar.
-
Erfindungsgemäß erfolgt
die Lösung
der oben genannten Aufgabe dadurch, dass ein Werkzeug zum Honen
von Bohrungen, die zwei Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser
aufweisen (Stufenbohrungen), vorgesehen ist, welches mindestens eine erste
mit einem Schneidbelag versehene Honleiste aufweist, die dem Abschnitt
der Stufenbohrung mit dem größeren Durchmesser
zugeordnet ist, und im axialen Abstand zu dieser mindestens eine
zweite mit einem Schneidbelag versehene Honleiste, die dem Abschnitt
der Stufenbohrung mit dem kleineren Durchmesser zugeordnet ist,
in einem Werkzeugkörper
vorgesehen und in radialer Richtung durch einen Zustellkörper an
die Abschnitte der Stufenbohrung andrückbar sind, wobei der Zustellkörper im
Werkzeugkörper
mit diesem mitdrehend und diesem gegenüber axial verschiebbar angeordnet
ist, und dass der Zustellkörper
eine gegenüber
seiner Achse schräg
geneigte Zustellfläche
aufweist, die die ersten Honleisten und die zweiten Honleisten radial
verschiebt.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Werkzeug
können
gleichzeitig beide Abschnitte einer Stufenbohrung gehont und eine
Koaxialität
von weniger als 1 μm
erreicht werden. Die Honleisten, die jeweils in einem Abschnitt
der Bohrung schneiden, dienen gleichzeitig der Führung der Honleisten in dem
anderen Abschnitt der Bohrung. Damit wird die Koaxialität verbessert.
Sie verwirklichen also ein Prinzip des gleichzeitigen Führens und
Schneidens. Das Werkzeug ist außerdem
sehr einfach aufgebaut.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen werden im
Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Es stellen dar:
-
2 ein
erstes Ausführungsbeispiel;
-
3 einen
Zustellkörper 37 des
Ausführungsbeispiels
nach 2 im Zusammenwirken mit Honleisten 30 und 31;
-
4 den
Beginn einer Honoperation, bei der zunächst ein Anschneiden lediglich
im unteren Abschnitt der Stufenbohrung erfolgt;
-
5 in
Folge zeitlich nach dem in 4 dargestellten
Beginn das Anschneiden beider Abschnitte der Stufenbohrung;
-
6 ein
zweites Ausführungsbeispiel;
-
7 ein
drittes Ausführungsbeispiel;
-
8 ein
viertes Ausführungsbeispiel;
-
9 ein
fünftes
Ausführungsbeispiel.
-
Das
Ausführungsbeispiel
nach 2–5 weist
einen Werkzeugkörper 20 auf.
Dieser hat einen oberen Abschnitt 21 mit einem größeren Durchmesser
und einen unteren Abschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser.
Der obere Abschnitt 21 weist Durchbrüche 25, der untere
Abschnitt 22 Durchbrüche 26 auf.
In die oberen Durchbrüche 25 sind
erste Honleisten 30, in die unteren Durchbrüche 26 zweite
Honleisten 31 eingesetzt; die Honleisten weisen gegenüber der
Achse A des Werkzeugkörpers 20 unter
einem spitzen Winkel schräg
geneigte Zustellflächen 30' beziehungsweise 31' auf. Die Honleisten 30 und 31 sind
mit Schneidbelägen 30'' beziehungsweise 31'' versehen.
-
In
der Bohrung 35 des Werkzeugkörpers 20 ist ein Zustellkörper 37 verschiebbar,
der sich während
der Honoperation mit dem Werkzeugkörper 20 mitdreht.
Die axiale Verschiebung des Zustellkörpers gegenüber dem Werkzeugkörper erfolgt
mit Zustelleinrichtungen, die dem Durchschnittsfachmann bekannt
sind und daher hier nicht dargestellt werden. Im Werkzeugkörper 20 sind
entlang des Umfangs, je nach Anzahl der Honleisten am Umfang, in 3 drei
gleichmäßig voneinander
beabstandete Nuten 38, 39, 40 zur Führung von
Honleisten vorgesehen. Die Grundflächen 38', 39' der Nuten 38, 39 bilden eine
(Zahlwort) Zustellfläche
für die
jeweils in ihnen angeordneten ersten Honleisten 30 und
zweiten Honleisten 31 (die Grundfläche der Nut 40 ist
aus 3 nicht ersichtlich). Diese als Zustellfläche dienenden
Grundflächen
der Nuten sind gegenüber
der Achse des Werkzeugkörpers
ebenfalls schräg
geneigt und verlaufen eben.
-
Die
Nuten 38, 39, 40 sind in eine im Übrigen vollzylindrische
Fläche,
eingebracht, mit der der Zustellkörper 37 in der Bohrung 35 des
Werkzeugkörpers 20 geführt wird.
Die entlang des Umfanges vorgesehenen drei ersten Honleisten 30 bilden
die erste Honleistengruppe; die drei zweiten Honleisten 31 bilden
die zweite Honleistengruppe. Bei Verschiebung des Zustellkörpers 37 und
mit diesem der nur einen ebenen Zustellfläche für je eine erste Honleiste 30 und
eine zweite Honleiste 31 werden also jeweils eine erste
und eine zweite Honleiste, die in der Nut miteinander in axialer
Richtung fluchtend angeordnet sind, radial verschoben und damit
an die Innenfläche des
zugeordneten und zu bearbeitenden Abschnitts der Stufenbohrung gedrückt. Dies
erfolgt während des
Honens, bei dem in bekannter Weise das Werkzeug gedreht und gleichzeitig
auf- und abbewegt wird.
-
Durch
die stets gleiche Neigung der geraden Zustellfläche, die durch die Grundfläche einer
Nut gebildet wird, ergeben sich bei einer bestimmten axialen Verschiebung
des Zustellkörpers 37 stets
gleiche Zustellwege der Honleisten 30 und 31 in
radialer Richtung. Daher folgt nominell auch für die beiden Abschnitte 11 und 12 der
Stufenbohrung 10 im Werkstück jeweils die gleiche Honzugabe,
das heißt
der gleiche Materialabtrag in dem zugeordneten Abschnitt der Stufenbohrung.
Dies gilt jedoch nur theoretisch, da die Vorbearbeitungsdurchmesser
der beiden Bohrungen immer etwas unterschiedlich sind. Es erfolgt
also meist ein erstes Anschneiden der Honleiste 3 in nur
einem Abschnitt der Bohrung, wie nach 4 der Honleiste 31 im Abschnitt 12.
Erst wenn ein bestimmter Materialabtrag in radialer Richtung erfolgt
ist, erfolgt bei der weiteren Zustellung des Zustellkörpers 37 in
axialer Richtung auch ein Anschneiden der ersten Honleiste 30 der
zu bearbeitenden Oberfläche
des ersten Abschnittes 11 der Stufenbohrung 10,
wie aus 5 zu ersehen. Es erfolgt also
meist zuerst ein Anschneiden in dem jeweils – in Abweichung vom Sollmaß – engeren
Abschnitt der Stufenbohrung, wobei nach wenigen Mikrometern dann
auch ein Abtrag im zweiten Abschnitt der Stufenbohrung erfolgt,
so dass dann beide Abschnitte gleichzeitig zerspant werden, während das
Werkzeug in beiden Abschnitten geführt wird. Dabei erfolgt dann
auch die Korrektur eines eventuell vorhandenen Koaxialitätsfehlers.
Sie erfolgt dadurch, dass jeweils die an einem Bohrungsabschnitt 11 beziehungsweise 12 anliegenden
Honleisten einer Honleistengruppe die axiale Lage des Werkzeugs
insgesamt stabilisiert und damit auch die am anderen Bohrungsabschnitt
anliegenden Honleisten führt.
Führen und
Schneiden erfolgt also gleichzeitig.
-
Infolge
der unterschiedlichen Durchmesser der Bearbeitungsflächen der
Schneidbeläge 30'' und 31'' der
Honleisten 30 und 31 in den beiden Abschnitten
der Stufenbohrung ergeben sich unterschiedliche Schnittgeschwindigkeiten
und somit auch unterschiedliche Werkzeug-Verschleißraten.
Durch entsprechende Gestaltung der Geometrie der Honleisten, zum
Beispiel Länge
und Breite, sowie Auswahl des Schneidbelages, zum Beispiel Bindungshärte, Konzentration
und Größe des Korns,
wird erreicht, dass an beiden Abschnitten der Stufenbohrung der gleiche
Abtrag pro Zeiteinheit erfolgt, so dass die Schneidbeläge beider
Honleistengruppen gleichmäßig verschleißen.
-
6 zeigt
ein Honwerkzeug, bei dem zwischen den Honleisten 30 beziehungsweise 31 Führungsleisten 60 beziehungsweise 61 aus
Hartmetall angeordnet sind. Sie stabilisieren das Werkzeug, indem
sie den Werkzeugkörper
aufgrund ihres größeren E-Moduls
versteifen und somit eine höhere
Biege- und Torsionsfestigkeit bewirken. Außerdem zentrieren die Führungsleisten
das Werkzeug zu Beginn der Bearbeitung beim Einfahren in das Werkstück. Die
Führungsleisten
in 6 sind fest mit dem Werkzeugkörper verbunden, das heißt nicht
zustellbar. Während
der Bearbeitung haben sie wenig Kontakt zur Bohrungswand. Im zugestellten
Arbeitsdurchmesser sind die Schneidleisten gegenüber den Führungsleisten erhaben.
-
7 zeigt
als weiteres Ausführungsbeispiel ein
Werkzeug mit nur einer Honleiste 50, die mit zwei Schneidbelägen 51 und 52 versehen
ist, die unterschiedliche Durchmesser zur Bearbeitung der unterschiedlichen
Abschnitte einer Stufenbohrung aufweisen. Die schräge Zustellfläche 50' der nur einen
Honleiste 50 läuft
auf der schrägen
Grundfläche 55' der Nut 55 im
Zustellkörper 57.
Den Schneidbelägen 51 und 52 gegenüberliegend
sind Führungsleisten 58, 59 vorgesehen.
Die Führungsleisten
in 7 üben eine
Stützfunktion
aus. Sie liegen an der Bohrungswand an.
-
Die
Ausführungsbeispiele
nach 8 und 9 ermöglichen die Berücksichtigung
unterschiedlichen Verschleißverhaltens
der Honleisten aufgrund ihrer unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten.
Die stärker
verschlissenen Honleisten können
in radialer Richtung nachgestellt werden. Damit kann ein ungleicher
Leistenverschleiß kompensiert werden.
-
Beim
Ausführungsbeispiel
nach 8 sind zwei der Länge nach entlang einer Fläche 70,
in der auch die Achse A liegt, geteilte Zustellkörper 71 und 72 vorgesehen,
die sich zu einem kreisförmigen Querschnitt
ergänzen.
Der Zustellkörper 71 ist
an seinem unteren Ende, das den Zustellkörper 72 in axialer
Richtung überragt,
mit einer Stütze 73 zur
Abstützung
an der Innenfläche
des Werkzeugkörpers 20 versehen.
Der Zustellkörper 71 weist
eine Nut 74 mit einer Grundfläche 74' auf, in der die erste Honleiste 75 geführt ist.
Der Zustellkörper 72 weist
eine Nut 76 mit einer Grundfläche 76' auf, in der die zweite Honleiste 77 geführt ist.
Gegenüber
der Honleiste 75 ist eine Führungsleiste 78 angeordnet.
Die beiden Stützkörper 71 und 72 sind
gegeneinander um die eingezeichnete Länge X verstellbar. Die Verstellung erfolgt
durch Stellschrauben oder dergleichen (vergleiche auch 9),
die aber in Zusammenhang mit 8 nicht
weiter dargestellt sind. Auch ist eine automatische um den Betrag
x verschiedene Zustellung der einzelnen Zustellkörper möglich.
-
Beim
Ausführungsbeispiel
nach 9 sind ebenfalls zwei Zustellkörper, nämlich die Zustellkörper 81 und 82,
vorgesehen, die in einer axialen Endstellung des Zustellkörpers 82 aneinander
entlang der radialen Fläche 80 anliegen.
Die Zeichnung zeigt rechts der Achse A in 9 die obere
Endstellung des Stellkörpers 82;
links der Achse A zeigt sie die untere Endstellung des Stellkörpers 82.
Im Zustellkörper 81 sind
Nuten 92 mit Grundflächen 92' vorgesehen,
in deren erste Honleisten 91 geführt sind. Im Zustellkörper 82 sind
Nuten 94 mit Grundflächen 94' vorgesehen,
in denen zweite Honleisten 93 geführt sind. Die beiden Zustellkörper 81 und 82 sind
mit der mit einem Gewinde versehenen Stellschraube 83 gegeneinander
verstellbar. Die Stellschraube 83 ist in einer Bohrung 84 im
Zustellkörper 82 geführt, die
mit einem Innengewinde versehen ist. Der Zustellkörper weist
eine Nut 85 auf, in die ein Stift 86 hineinragt,
der den Zustellkörper 82 gegen
Mitdrehen beim Drehen der Stellschraube 83 sichert. Die
Stellschraube ist an ihrem oberen Ende mit einem Bund 87 versehen,
der in einer Ringnut 88 am Ende der Bohrung 89 im
Zustellkörper 82 gegen
axiale Verschiebung gesichert ist, so dass bei Drehung der Stellschraube,
die zu diesem Zweck mit einer Inbusöffnung 90 versehen ist,
der Abstand zwischen den beiden Stellkörpern 81 und 82 geändert wird,
um einem erhöhten
Verschleiß der
ersten Honleiste 91 Rechnung zu tragen, die in einer Nut 92 im
Zustellkörper 81 angeordnet
ist.
-
Bei
der Bearbeitung von Bohrungen ist die gleichachsige Anordnung von
Werkstück
und Werkzeug von Bedeutung. Sie wird zum Beispiel erreicht durch
den starren Anschluss des Werkzeuges an die Spindel einer Honmaschine
und eine kardanische Aufnahme des Werkstückes. Außerdem ist eine hochgenaue
Werkzeugaufnahme, eine Schrittzustellung (kraft- oder weggeführt) sowie eine Feedback-Steuerung
möglich.
-
Die
Bearbeitungsreihenfolge sieht folgende Operationen vor: Zunächst ein
Vorhonen in ein oder zwei Operationen zur Verbesserung der Koaxialität mit dem
erfindungsgemäßen Werkzeug,
danach ein Fertighonen der einzelnen Bohrungen zur Verbesserung
der Oberflächen
und der Form.
-
Ergänzend ist
darauf hinzuweisen, dass anstelle der Bildung der Zustellflächen durch
die Grundfläche
einer Nut auch jeweils ein Konus vorgesehen werden kann, wenngleich
die Anordnung der Honleisten in einer Nut zusätzlich eine verbesserte Führung derselben
durch die Seitenflächen
der Nut bewirkt.
-
- A
- Achse
von 20
- X
- Verstellbereich
- 10
- Stufenbohrung
- 11
- Erster
Abschnitt von 10
- 12
- Zweiter
Abschnitt von 10
- 20
- Werkzeugkörper
- 21
- oberer
Abschnitt
- 22
- unterer
Abschnitt
- 25,
26
- Durchbrüche
- 30
- erste
Honleisten
- 30'
- Zustellfläche von 30
- 30''
- Schneidbelag
von 30
- 31
- zweite
Honleisten
- 31'
- Zustellflächen
- 31''
- Schneidbelag
von 31
- 35
- Bohrung
- 37
- Zustellkörper
- 38
- Nut
- 38'
- Grundfläche der
Nut 38
- 39
- Nut
- 39'
- Grundfläche der
Nut 39
- 40
- Nut
- 50
- Honleiste
- 50'
- Zustellfläche von 50
- 51,
52
- Schneidbeläge
- 55
- Nut
- 55'
- Grundfläche von 55
- 56
- Werkzeugkörper
- 57
- Zustellkörper
- 57'
- Zustellfläche
- 58,
59
- Führungsleisten
- 60,
61
- Führungsleisten
- 70
- Fläche
- 71
- Erster
Zustellkörper
- 72
- Zweiter
Zustellkörper
- 73
- Stütze
- 74
- Nut
an 71
- 74'
- Grundfläche von 74
- 75
- Erste
Honleiste
- 76
- Nut
an 72
- 76'
- Grundfläche von 76
- 77
- Zweite
Honleiste
- 78
- Führungsleiste
- 79
- Führungsleiste
- 80
- Fläche
- 81
- Erster
Zustellkörper
- 82
- Zweiter
Zustellkörper
- 83
- Stellschraube
- 84
- Bohrung
mit Innengewinde in 82
- 85
- Nut
- 86
- Stift
- 87
- Bund
- 88
- Ringnut
- 89
- Bohrung
- 90
- Inbusöffnung
- 91
- Honleiste
- 92
- Nut
an 81
- 92'
- Grundfläche von 92
- 93
- Honleiste
- 94
- Nut
an 82
- 94'
- Grundfläche von 94