DE102004062443A1

DE102004062443A1 - Honwerkzeuganordnung sowie Honstange und Honwerkzeug einer Honwerkzeuganordnung

Info

Publication number: DE102004062443A1
Application number: DE200410062443
Authority: DE
Original assignee: Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Current assignee: Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-07-06

Abstract

Bei einer Honwerkzeuganordnung mit einer Honstange und einem Honwerkzeug hat die Honstange eine spindelseitige Kupplungsstruktur zur Verbindung der Honstange mit der Honspindel einer Honmaschine und eine werkzeugseitige Kupplungsstruktur zur Ankopplung eines Honwerkzeuges an die Honstange. Das Honwerkzeug hat einen Werkzeugkörper, dem eine Kupplungsstruktur zum Ankuppeln des Honwerkzeuges an die Honstange zugeordnet ist, und eine Vielzahl von Honsteinen zur Bearbeitung einer zu honenden Werkstückoberfläche. Zwischen der spindelseitigen Kupplungsstruktur der Honstange und den Honsteinen ist mindestens ein Dämpfungselement zur Dämpfung von Bearbeitungsschwingungen vorgesehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Honwerkzeuganordnung mit einer Honstange und einem Honwerkzeug sowie auf eine Honstange und ein Honwerkzeug, die zum Aufbau einer solchen Honwerkzeuganordnung genutzt werden können.
Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden. Ein Honwerkzeug führt dabei innerhalb eines zu bearbeitenden Werkstückes eine aus zwei Komponenten bestehende Schnittbewegung aus, bei der sich Drehbewegungen und Axialbewegungen überlagern. Dadurch erhält die bearbeitete Oberfläche definiert überkreuzte Spuren der Schnittbewegung, die auch als Honriefen oder Honrillen bezeichnet werden. Beispielsweise werden beim Motorenbau Zylinderlaufflächen (Innenflächen von Zylinderbohrungen oder Zylinderhülsen) und Lagerflächen für Wellen einer Honbearbeitung unterzogen, um endbearbeitete Oberflächen zu erhalten, die extrem hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen sowie hinsichtlich der Oberflächenstruktur genügen.
Zur Durchführung des Honverfahrens wird an einer Honspindel einer Honmaschine eine Honwerkzeuganordnung angebracht, die eine Honstange und ein daran angebrachtes Honwerkzeug umfasst. Die Honstange hat eine spindelseitige Kupplungsstruktur zur Kupplung der Honstange an die Honspindel und eine werkzeugseitige Kupplungsstruktur zur Kupplung der Honstange mit einem Honwerkzeug, das eine korrespondierende Kupplungsstruktur aufweist. Die Honstange dient zur Übertragung von Bearbeitungskräften von der Honspindel auf das Honwerkzeug, wobei Zug- und Druckkräfte in Richtung einer Mittellängsachse der Honstange sowie Drehmomente übertragen werden. Das Honwerkzeug hat einen Werkzeugkörper, an dem eine Kupplungsstruktur zur Kupplung des Honwerkzeuges an die Honstange vorgesehen ist und der eine Vielzahl von Honsteinen trägt, die zur Bearbeitung der Werkstückoberfläche vorgesehen sind. In der Nähe der spindelseitigen Kupplungsstruktur der Honstange ist häufig ein mehrachsiges Gelenk vorgesehen, um eine Verschwenkung der Honstange relativ zur maschinenfest gelagerten Honspindel zu ermöglichen. Die korrespondierenden Kupplungsstrukturen zwischen Honstange und Honwerkzeug bilden in der Regel eine schnell lösbare Kupplung, um einen schnellen Werkzeugwechsel an der Honstange zu ermöglichen. Die Kupplung kann gelenkig ausgeführt sein, um in Verbindung mit dem Gelenk am spindelseitigen Ende der Honstange einen Axialversatz zwischen Honspindel und Honwerkzeug zu ermöglichen.
Im Fahrzeugbau werden aus verschiedenen Gründen zunehmend neue Werkstoffe und neue Konstruktionsprinzipien für Bauteile eingesetzt, um zu einer Gewichtsreduzierung der Fahrzeuge beizutragen. Beispielsweise werden inzwischen Zylinderkurbelgehäuse aus Vermikular-Graphitguss (GGV) eingesetzt, das gegenüber konventionellem Grauguss eine verdoppelte Festigkeit bei einem gleichzeitig um rund 15% reduzierten spezifischen Gewicht bedeutet. Auch Gusseisen mit Kugel graphit (GGG) wird gelegentlich verwendet. Die Verwendung von Materialien mit höheren spezifischen Festigkeiten erlaubt einen Übergang zu geringeren Materialstärken, was ebenfalls der Gewichtsreduzierung zugute kommt. Auch Aluminiumwerkstoffe werden zunehmend verwendet.
Es wurde festgestellt, dass sich bei konventionell durchgeführten Honverfahren an unterschiedlichen Werkstücken hin und wieder signifikant verschlechterte Ergebnisse der Oberflächenstruktur zeigten. Insbesondere wurden bei bestimmten Werkstücktypen Honriefen mit periodisch variierender Breite beobachtet, deren Morphologie an eine Perlenschnur erinnert. Solche Strukturen sind im Hinblick auf die gewünschte Funktion gehonter Oberflächen in der Regel nachteilig. Gelegentlich war die Honbearbeitung mit erheblicher Geräuschentwicklung verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Honwerkzeuganordnung sowie eine Honstange und ein Honwerkzeug bereitzustellen, die es ermöglichen, Werkstücke unterschiedlicher Konstruktion mit im Wesentlichen gleichbleibender Oberflächengüte zu honen.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Honwerkzeuganordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin kann die Aufgabe mit Hilfe eines Honwerkzeugs mit den Merkmalen von Anspruch 26 und/oder mit Hilfe einer Honstange mit den Merkmalen von Anspruch 28 gelöst werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Eine erfindungsgemäße Honwerkzeuganordnung hat eine Honstange und ein Honwerkzeug. Die Honstange hat eine spindelseitige Kupp lungsstruktur zur Kupplung der Honstange an eine Honspindel und eine werkzeugseitige Kupplungsstruktur zur Kupplung der Honstange an das Honwerkzeug. Das Honwerkzeug hat einen Werkzeugkörper, dem eine Kupplungsstruktur zur Kupplung des Honwerkzeuges an die Honstange zugeordnet ist sowie eine Vielzahl von Honsteinen, die als Werkzeugelemente des Honwerkzeuges zur Bearbeitung der Werkstückoberflächen vorgesehen sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen der spindelseitigen Kupplungsstruktur der Honstange und den Honsteinen mindestens ein Dämpfungselement zur Dämpfung von Bearbeitungsschwingungen angebracht ist.

Das Dämpfungselement ist als integraler Bestandteil der Honwerkzeuganordnung im Kraftfluss zwischen der Honspindel und den Honsteinen angebracht und trägt bei geeigneter Positionierung und Dimensionierung dazu bei, durch den Bearbeitungsprozess entstehende Schwingungen der Honwerkzeuganordnung im Vergleich zu einer Honwerkzeuganordnung ohne ein solches Dämpfungselement signifikant zu reduzieren. Damit ist eine vergleichmäßigte Arbeitsbewegung der Honwerkzeuge relativ zur bearbeiteten Werkstückoberfläche erzielbar. Dabei ist auch bei Werkstücken, die aufgrund ihrer Konstruktion und/oder aufgrund der Materialeigenschaften des Werkstückes zur Entstehung von starken Bearbeitungsschwingungen beitragen, eine gleichmäßig gute Oberflächenqualität erzielbar.

Die Analyse der eingangs erwähnten Probleme legt nahe, dass bei den früher üblichen Werkstücken aus Grauguss, die relativ kompakt mit erheblichen Wandstärken ausgeführt waren, die Erzeugung von Bearbeitungsschwingungen werkstückseitig durch die dämpfenden Eigenschaften des Werkstückes und des Werkstückmaterials begrenzt wurde. Neuere Werkstückgeometrien und/oder Werkstoffe für die Werkstücke können dies gelegentlich nicht in erforderlichem Ausmaß leisten, wodurch Bearbeitungsschwingungen in einem die Bearbeitungsqualität störenden Ausmaß entstehen können. Durch die Erfindung werden diese Probleme nun durch geeignete, in die Honwerkzeuganordnung integrierte Dämpfungsmaßnahmen im Bereich der Honwerkzeuganordnung vermieden.

Bei einer Weiterbildung ist mindestens ein Dämpfungselement innerhalb der Honstange zwischen spindelseitiger Kupplungsstruktur und werkzeugseitiger Kupplungsstruktur angeordnet. Diese Maßnahme ist relativ einfach und kostengünstig auf verschiedene Weisen realisierbar. Dabei ist es bevorzugt, wenn das Dämpfungselement in der Nähe der werkzeugseitigen Kupplungsstruktur angeordnet ist, beispielsweise innerhalb des letzten Drittels oder Viertels oder Fünftels am werkzeugseitigen Ende der Honstange. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Dämpfungsmaßnahmen besonders wirksam in der Nähe des Entstehungsortes der Bearbeitungsschwingungen, d.h. nahe am Honwerkzeug, angebracht werden sollten.

Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass das mindestens eine Dämpfungselement innerhalb des Honwerkzeuges angeordnet ist. Es kann insbesondere einen Teil des Werkzeugkörpers bilden. Bei Honwerkzeugen mit integriertem Gelenk kann das Dämpfungselement auch in einem Zwischenstück angeordnet sein, das gelenkig mit dem Werkstück tragenden Teil des Honwerkzeuges verbunden ist und die Kupplungsstruktur zum Ankoppeln an die Honstange aufweist. Das Dämpfungselement kann zwischen der stangenseitigen Kupplungsstruktur und einem Honwerkzeug tragenden Teil des Werkzeugkörpers angeordnet sein, d.h. außerhalb des Werkzeug tragenden Bereiches und außerhalb der Kupplungsstruktur. Dadurch ist es möglich, sowohl die Kupplungsstruktur, als auch den Werkzeug tragenden Teil im Vergleich zu konventionellen Honwerkzeugen unverändert zu lassen, wodurch die Erfindung mit vertretbaren Kosten in ein Honwerkzeug integriert werden kann. Gegebenenfalls ist es auch möglich, bereits vorhandene Honwerkzeuge durch Einfügen mindestens eines Dämpfungselementes an geeigneter Stelle nachzurüsten.

Es ist auch möglich, dass der Werkzeugkörper selbst teilweise oder im Wesentlichen vollständig aus einem schwingungsdämpfenden Material besteht, beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, der im Vergleich zu herkömmlich verwendeten Werkzeugstählen einen signifikant geringeren Elastizitätsmodul hat, der beispielsweise unterhalb von 15.000 kN/cm² liegen kann. Hier kommen beispielsweise Kupfer und/oder Aluminium mit oder ohne Verstärkung als Material für den Werkzeugkörper in Betracht. Auch Kunststoffmaterialien mit oder ohne Verstärkung können verwendbar sein. Gegebenenfalls können die Dämpfungseigenschaften des Werkzeugkörpers noch durch die Makrostruktur des Materials im Sinne einer verbesserten Schwingungsdämpfung optimiert werden, z.B. indem das Material mindestens bereichsweise als Metallschaum vorliegt.

Um eine präzise Honbearbeitung einer Bohrung mit weitgehend gleichmäßiger Bearbeitungsdruckverteilung im Werkstück auch bei toleranzbedingtem Versatz zwischen Bohrungsachse und Honspindel zu gewährleisten, werden häufig Honstangen verwendet, die im spindelseitigen Endbereich über ein kardanisches Gelenk oder eine andere Gelenkverbindung verfügen, wobei auch zwischen Honstange und Honwerkzeug ein mehrachsig bewegliches Gelenk vorgesehen ist, um einen Parallelversatz zwischen Honspindel und Honwerkzeugachse zu erlauben. Bei einer Ausführungsform der Honwerkzeuganordnung ist zwischen der Honstange und dem Honwerkzeug ein mehrachsig beweglichliches Gelenk vorgesehen, das durch ein Dämpfungselement gebildet wird bzw. bei dem ein elastisch verformbares Dämpfungselement integraler Bestandteil des Gelenkes ist. Hierdurch kann ein Dämpfungselement eine Doppelfunktion erfüllen, nämlich einerseits die angestrebte Schwingungsdämpfung im Antriebsstrang zwischen Honspindel und Honsteinen, und andererseits die Bereitstellung einer begrenzt beweglichen Gelenkverbindung für den Versatzausgleich. Das Dämpfungselement kann beispielsweise nach Art einer „Hardy-Scheibe" in die Kraftübertragung zwischen Honstange und Honwerkzeug eingefügt sein.

Für die Anbringung eines Dämpfungselementes innerhalb einer Honwerkzeuganordnung stehen verschiedene Techniken zur Verfügung. Bei manchen Ausführungsformen ist das Dämpfungselement an mindestens einer Kontaktfläche mit einem angrenzenden Element der Honwerkzeuganordnung verklebt. Das Dämpfungselement kann beispielsweise ein scheibenförmiges Element sein, das zwischen benachbarten Elementen aus Stahlwerkstoff eingefügt und beidseitig mit diesen Elementen verklebt ist. Hierdurch ist eine einfache und kostengünstige Integrationsmöglichkeit geschaffen.

Es ist auch möglich, dass mindestens ein Dämpfungselement an mindestens einer Kontaktfläche mit einem angrenzenden Element der Honwerkzeuganordnung lösbar verbunden ist. Insbesondere kann auf der Antriebsseite und auf der Abtriebsseite des Dämpfungselementes eine lösbare Verbindung mit benachbarten Elementen vorgesehen sein, wodurch insbesondere die Auswechslung solcher Dämpfungselemente leicht möglich wird. Das Dämpfungselement kann mit einem benachbarten Element verschraubt sein. Hierzu kann das Dämpfungselement selbst an seinem Umfang einen Gewindeabschnitt haben, der mit einem komplementären Gewindeabschnitt an dem benachbarten Element zur Bildung einer Schraubverbindung zusammenwirkt, so dass das Dämpfungselement durch Relativverdrehung gegenüber diesem Element an dieses angeschraubt werden kann. Es ist auch möglich, dass das Dämpfungselement eine oder mehrere Gewindebohrungen hat, mit deren Hilfe es mit einem angrenzenden Element mittels einer Befestigungsschraube verschraubt wird. Kombinationen von Verschraubung und Verklebung sind ebenfalls möglich.

Ein Dämpfungselement nimmt vorzugsweise an seiner Einbauposition den gesamten Querschnitt des entsprechenden Bauteils ein. Seine axiale Dicke kann mehr als 10% oder mehr als 20% oder mehr als 30% des Durchmessers im Bereich der Einbauposition betragen, um eine ausreichende elastische Verformbarkeit des Dämpfungselementes in sich selbst zu gewährleisten. Die Dicke kann dem Aufgabenschwerpunkt angepasst sein, der z.B. bei der Dämpfung oder beim Versatzausgleich liegen kann. Das Dämpfungselement kann bezüglich der Konstruktion seines Querschnittes an die Erfordernisse der Einbauumgebung angepasst sein und beispielsweise eine zentrische Öffnung haben, um Antriebselemente eines Aufweitsystems der Honwerkzeuganordnung durchzulassen.

Eine besonders gute Dämpfungswirkung ist dann erzielbar, wenn minidestens ein Dämpfungselement zwischen einem benachbarten spindelseitigen Element (d.h. an der Antriebsseite) und einem angrenzenden (benachbarten) honsteinseitigen Element (Abtriebsseite) so angeordnet ist, dass die Kraftübertragung sowohl von Axialkräften als auch von Drehkräften über das Dämpfungselement vermittelt wird. Hierdurch ist eine Volldämpfung des Gesamtsystems sowohl hinsichtlich Drehschwingung, als auch hinsichtlich Axialschwingungen möglich. Es kann auch vorgesehen sein, ein Dämpfungselement so in den Kraftfluss einzubinden, dass nur Drehschwingungen oder nur Axialschwingungen gedämpft werden. Möglich ist beispielsweise eine gegen Zug- und Druckbelastung ungedämpfte Verbindung, bei der jedoch die an das Dämpfungselement angrenzenden Elemente relativ zueinander begrenzt verdrehbar und über das Dämpfungselement verbunden sind. Es ist auch eine gegen Verdrehung gesicherte Ausführung möglich, bei der ausschließlich Axialschwingungen über ein zwischengeschaltetes Dämpfungselement gedämpft werden.

Für die Herstellung eines Dämpfungselementes können verschiedene Materialien einzeln oder in Kombination verwendet werden. Bei manchen Ausführungsformen besteht das Dämpfungselement im Wesentlichen aus einem schwingungsdämpfenden Kunststoff. Das Dämpfungselement kann insbesondere im Wesentlichen aus einem Elastomer bestehen, beispielsweise aus einem Polymer oder einem Polyaddukt, wie beispielsweise Polyurethan. Es ist auch möglich, dass das Dämpfungselement im Wesentlichen aus einem Gummimaterial geeigneter Härte besteht. Besonders bewährt haben sich formfeste, elastisch verformbare Materialien, deren Shore-Härte zwischen 45 Sh(A) und 95 Sh(A) liegt. Geeignete Werkstoffe sind beispielsweise unter den Marken Vulkollan^® oder Baytec^® kommerziell erhältlich.

Es ist auch möglich, dass ein Dämpfungselement im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff besteht, dessen Elastizitätsmodul deutlich geringer ist als derjenige von Stahl. Je nach Anwendung können Dämpfungselemente aus Kupfer oder Aluminium oder Werkstoffe mit hoher Dichte, z.B. Blei, Wolfram oder dergleichen in Betracht kommen, die bei geeigneter Dimensionierung für gewisse Honprozesse bzw. Werkstücktypen günstig sein können. Beispielsweise kann der Werkzeugkörper des Honwerkzeuges im Wesentlichen aus einem schwingungsdämpfenden Metallmaterial bestehen und damit als Dämpfungselement dienen.

Bei Honwerkzeuganordnungen ist üblicherweise eine relativ zur Honstange bewegliche Betätigungseinrichtung zur Ansteuerung von Honwerkzeugfunktionen vorgesehen, mit der es insbesondere möglich ist, die Honsteine relativ zum Werkzeugkörper des Honwerkzeuges in radialer Richtung zuzustellen oder zurückzuziehen, um dadurch den wirksamen Durchmesser des Honwerkzeuges einzustellen. Die Betätigungseinrichtung, die häufig auch als Zustellsystem bezeichnet wird, umfasst eine in Axialrichtung der Honstange verschiebbare Stange, die auch als Aufweitstange bezeichnet wird. Bei herkömmlichen Honwerkzeuganordnungen wird durch einen unmittelbaren Kraftschluss zwischen metallischen Komponenten des Aufweitsystems jede Axialbewegung der Aufweitstange unmittelbar in eine Radialbewegung der Honsteine umgesetzt. Bei erfindungsgemäßen Honwerkzeuganordnungen mit mindestens einem Dämpfungselement kann dieses dagegen bei einer mechanischen Aufweitung in gewissen, über die Härte bzw. Elastizität des Dämpfungselementes einstellbaren Grenzen dämpfend auf die Zustellung der Honleisten einwirken. Dadurch ist ein sanfterer Materialabtrag möglich, wobei insbesondere bei partikelverstärkten Aluminium-Silizium-Werkstoffen oder Spritzschichten Materialschädigungen vermieden oder vermindert werden können. Außerdem kann die Dämpfung innerhalb des Aufweitsystems zu einem Abbau von Kraftspitzen innerhalb des Honsystems beitragen. Dadurch lässt sich eine Erhöhung der Standzeiten der Honleisten erzielen, insbesondere beim Einsatz von keramischen Schneidmitteln oder Schneidmitteln aus kubischem Bornitrid (CBN) oder Diamant. Es kann somit eine Honwerkzeuganordnung mit einer Betätigungseinrichtung bzw. einem Zustellsystem bereitgestellt werden, worin über mindestens ein Dämpfungselement eine elastische Nachgiebigkeit integriert ist. Für diesen Zweck kann die Betätigungseinrichtung eine innerhalb der Honstange axial bewegliche Betätigungsstange umfassen, die mindestens ein Dämpfungselement enthält. Dieses kann beispielsweise als elastisches Zwischenstück innerhalb der Betätigungsstange und/oder als endseitiges elastisches Endstück der Betätigungsstange an der Werkzeugseite und/oder an der Spindelseite ausgeführt sein. Für die konstruktive Einbindung eines oder mehrerer Dämpfungselemente in ein Aufweitsystem können die beschriebenen Varianten in analoger Weise genutzt werden. Beispielsweise kann die Aufweitstange ein oder mehrere scheibenförmige Dämpfungselemente beinhalten, die zwischen metallischen Komponenten der Aufweitstange eingeklebt oder eingeschraubt sind.

Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungsformen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher erläutert.

1 zeigt einen Ausschnitt einer Honmaschine, an deren Honspindel eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Honwerkzeuganordnung angebracht ist;

2 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen Gelenkbereich zwischen Honstange und Honwerkzeug, wobei das Gelenk ein elastisch verformbares Dämpfungselement enthält;

3 zeigt in schematischer Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus einer Honstange mit einem darin eingeklebten Dämpfungselement;

4 zeigt verschiedene Möglichkeiten der Befestigung eines Dämpfungselementes im Werkzeugkörper eines Honwerkzeuges; und

5 zeigt in (a) und (b) verschiedene Schnitte durch ein zu einem Honwerkzeug gehörendes Zwischenstück mit einem in (c) in Draufsicht gezeigten, integrierten Dämpfungselement.

1 zeigt einen Ausschnitt einer Vertikal-Honmaschine 10, die zum Honen von Zylinderbohrungen in Motorblöcken für Kraftfahrzeuge eingerichtet ist. Ein solches Werkstück 20 mit einer Zylinderbohrung 21 ist auf eine nicht gezeigten Werkstückaufnahme aufgespannt. Der Spindelstock 11 der Honmaschine ist auf einem Maschinenbett in zwei Achsen horizontal verfahrbar und enthält mehrere vertikal ausgerichtete Honspindeln, von denen eine Honspindel 15 gezeigt ist. Die Honspindel kann von einem nicht gezeigten Spindelantrieb angetrieben werden, so dass sie eine Drehbewegung um ihre Mittellängsachse 12 ausführt. Der Honspindel ist ein in vertikaler Richtung wirksamer Antrieb zugeordnet, der für eine Verstellung der Honspindel in vertikaler Richtung eingerichtet ist. In der Honspindel ist konzentrisch eine nicht näher dargestellte Betätigungsstange vorgesehen, die als Betätigungseinrichtung für eine Ansteuerung von Honsteinen des Honwerkzeuges ausgebildet ist und von einer hydraulisch und/oder elektrisch angetriebenen Zustelleinrichtung angesteuert wird.
Am unteren Ende der Honspindel ist eine Honwerkzeuganordnung 50 mit Hilfe einer Kupplungseinrichtung 55 gelenkig angekoppelt. Die Honwerkzeuganordnung umfasst eine zur Ankopplung an die Honspindel vorgesehene Honstange 60 und ein am unteren Ende der Honstange mit Hilfe einer Kupplungseinrichtung 65 angekoppeltes Honwerkzeug 70. An ihrem spindelseitigen Ende hat die Honstange eine spindelseitige Kupplungsstruktur, die einen Teil der Kupplungseinrichtung 55 bildet und es erlaubt, die Honstange von der Honspindel zu lösen. In unmittelbarer Nähe der Kupplungsstruktur ist ein Kardangelenk 56 vorgesehen, das eine begrenzte, zweiachsige Verschwenkung der Honstange bzw. ihrer Mittelachse 62 relativ zur Honspindel erlaubt. Die zur Ankopplung des Honwerkzeuges an der Honstange vorgesehene werkzeugseitige Kupplungsstruktur wird im Zusammenhang mit 2 noch näher erläutert.
Das Honwerkzeug 70 hat einen aus Stahl gefertigten Werkzeugkörper 71, dessen unteres, freies Ende einen honsteintragenden Teil bildet, an dessen Umfang eine Anzahl von Honsteinen bzw. Honleisten 72 um den Umfang verteilt angebracht ist. Die Honsteine bilden mit ihren Schneidbelägen den materialabtragenden Teil des Honwerkzeuges und können mit Hilfe einer nicht gezeigten Zustelleinrichtung in Radialrichtung zugestellt bzw. zurückgezogen werden. Die werkzeugfeste Rotationsachse 73 des Honwerkzeuges kann wegen des Kardangelenks 56 zwischen Honspindel und Honstange und der gelenkigen Verbindung 65 zwischen Honstange und Honwerkzeug gegenüber der Rotationsachse 12 der Honspindel parallel verschoben werden. Dadurch kann eine präzise Honbearbeitung einer Bohrung im Werkstück auch bei einem toleranzbedingten Versatz 80 zwischen der Spindelachse 12 und der Bohrungsachse 22 gewährleistet werden. Der in 1 übertrieben dargestellte maximale Versatz 80 zwischen Spindelachse 12 und der Rotationsachse des Honwerkzeuges wird dabei im Wesentlichen durch die Beweglichkeit der Gelenkeinrichtung 56 im spindelseitigen Endbereich der Honspindel und die gelenkige Verbindung 65 zwischen Honstange und Honwerkzeug gewährleistet.
Der Kupplungsbereich zwischen Honstange 60 und Honwerkzeug 70 ist in 2 im Detail dargestellt. Das spindelabgewandte, freie Ende der Honstange 60 hat einen zylindrischen Endabschnitt 61, auf den vom freien Ende her eine flachzylindrische Scheibe 100 mit einer korrespondierenden zylindrischen Innenbohrung aufgeschoben ist. Mit Hilfe einer Haltescheibe 65, deren Durchmesser größer als der Außendurchmesser des Zylinderabschnitts 61 ist, wird die Scheibe 100 mit Hilfe einer in das stirnseitige Ende der Honstange 60 einschraubbaren Schraube 63 gegen Herabfallen gesichert. Durch eine Klebung ist die Scheibe 100 fest mit der Honstange 60 verbunden. Die Scheibe 100, deren Durchmesser deutlich größer (z.B. Faktor 2 bis 3) als der Durchmesser der Honstange 60 ist und deren Dicke in der Größenordnung des Durchmessers der Honstange liegt, hat an ihrem Umfang eine gerade Anzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten Durchgangslöchern 101, die achsparallel zur Zylinderachse der zentrischen Durchgangsöffnung verlaufen.
Die Scheibe 100 besteht aus einem formstabilen, aber elastisch verformbaren Kunststoffmaterial mit relativ großer Shore-Härte zwischen ca. 80 Sh(A) und ca. 95 Sh(A). Im Beispielsfall wird eine Scheibe aus einem Polyurethan verwendet, das unter der Markenbezeichnung Vulkollan^® erhältlich ist.
Der Werkzeugkörper 71 des Honwerkzeuges 70 hat an seinem stangenzugewandten Ende eine Flanschanordnung 72 mit radial abstehenden Flanscharmen 73, deren Anzahl der Anzahl der Durchgangsbohrungen 101 der Scheibe 100 entspricht. Im Beispielsfall sind vier um 90° umfangsversetzte Flanscharme vorgesehen. Die stangenzugewandten Stirnflächen der Flanschanordnung bilden eine ebene Auflage für die zugewandte, ebene Stirnfläche der Scheibe 100, wobei in der Mitte eine flache Ausnehmung zur Aufnahme der Scheibe 65 vorgesehen ist. Die Flanscharme 73 haben achsparallel verlaufende Durchgangsbohrungen 75, die in Lage und Durchmesser den Durchgangsbohrungen 101 der Scheibe 100 entsprechen. Beim Zusammenbau der Kupplungseinrichtung 65 werden die Durchgangsbohrungen der Flanscharme mit den Durchgangsbohrungen der Scheibe 100 zur Deckung gebracht und danach wird die Scheibe 100 mit Hilfe von Durchgangsschrauben und entsprechenden Gegenmuttern an vier umfangsversetzten Punkten mit der Flanschanordnung verschraubt.
Die auf diese Weise konstruierte und mit Hilfe von Schrauben leicht lösbare bzw. herstellbare Kupplung zwischen Honstange 60 und Honwerkzeug 70 erfüllt mehrere Funktionen, die darauf beruhen, dass der Kraftschluss zwischen der antriebsseitigen Honstange 60 und den am Honwerkzeug 70 angebrachten Honleisten insbesondere bezüglich der Übertragung von Drehmomenten nicht unmittelbar über fest miteinander verbundene metallische Bauteile erfolgt, sondern durch das elastisch verformbare Element 100 hindurch. Insbesondere ist aufgrund der Gummielastizität des Materials der Scheibe 100 eine Relativverkippung zwischen den idealerweise koaxial zueinander verlaufenden Zentralachsen 62 und 73 von Honstange und Honwerkzeug möglich, so dass der in 1 übertrieben gezeigte Parallelversatz zwischen Honspindel und Honwerkzeug möglich ist. Einige Grad Fluchtabweichung zwischen diesen Achsen können mit Hilfe des gummielastischen Elementes 100 ohne weiteres aufgefangen werden. Außerdem bildet die aus gummielastischem Material bestehende Scheibe 100 ein gegen Bearbeitungsschwingungen dämpfend wirksames Dämpfungselement im Kraftfluss zwischen der Honspindel und den Honsteinen. Das gummielastische Material dämpft dabei unter anderem Drehschwingungen, die bei ungedämpften Honwerkzeuganordnungen in gewissen Werkstücktypen zu ungleichmäßiger Oberflächenbearbeitung aufgrund Bearbeitungsschwingungen führen können.
Anhand der 3 und 4 werden weitere Möglichkeiten der Integration von Dämpfungselementen in den Antriebsstrang zwischen spindelseitiger Kupplungseinrichtung der Honstange und den Honsteinen erläutert. 3 zeigt hierzu schematisch einen Ausschnitt aus einer Honstange 360, die ein den gesamten kreiszylindrischen Querschnitt der Honstange füllendes, elastisch verformbares Dämpfungselement 390 enthält. Der gezeigte Ausschnitt befindet sich in unmittelbarer Nähe der werkzeugseitigen Kupplungsstruktur im unteren Viertel der Honstange. Ein spindelseitiger Abschnitt 361 der Honstange hat senkrecht zur Stangenachse 362 eine ebene Kontaktfläche, in die an einer oder mehreren Stellen achsparallele Sacklöcher 363 eingebracht sind. Ein werkzeugseitiges Teil 364 der Honstange hat eine ähnlich ausgebildete Kontaktfläche mit Sacklöchern 365. In die Sacklöcher sind Stifte 366, 367 eingesteckt.
Zwischen den Kontaktflächen ist ein scheibenförmiges Dämpfungselement 390 aus einem formstabilen, gummielastischen Polyurethan- Werkstoff eingefügt. Die Dicke des Dämpfungselementes in Axialrichtung liegt üblicherweise zwischen 20% und 40% des Durchmessers der Komponente an der Einbauposition. In die Scheibe 390 sind an mit den Positionen der Sacklöcher 363, 365 korrespondierenden Positionen Sachlöcher gleichen Durchmessers eingebracht, in die beim Einfügen der Scheibe 390 die Stifte eingeführt werden. Dadurch ist eine drehlagerichtige Positionierung der Dämpfungsscheibe 390 gewährleistet. An den Kontaktflächen 370, 371 zwischen Dämpfungselement 390 und den metallischen Teilen 361, 362 der Honstange sind die aufeinander liegenden Elemente miteinander verklebt. Durch die Klebeverbindung wird auf eine einfache und kostengünstige Weise eine permanente, belastungsfeste Verbindung zwischen den metallischen Elementen der Honstange und dem dazwischen geschalteten Dämpfungselement 390 geschaffen. Da im Bereich des Dämpfungselementes 390 kein direkter Kontakt zwischen metallischen Teilen der Honstange vorliegt, wird der Kraftfluss über den gesamten Querschnitt durch das Dämpfungselement 390 hindurchgeführt, so dass sowohl die Übertragung von Drehmomenten, als auch die Übertragung von Zug- oder Druckspannungen eine schwingungsdämpfende Wirkung durch das Dämpfungselement 390 erfährt. Existierende Honstangen können mit Hilfe von auf diese Weise eingeklebten Dämpfungselementen ohne großen Aufwand nachgerüstet werden, um hinsichtlich Schwingungsdämpfung verbesserte Eigenschaften zu erhalten.
Eine entsprechende Verbindungstechnik kann auch innerhalb des Honwerkzeuges verwendet werden. Teilfigur 4(b) zeigt hierzu beispielhaft einen Ausschnitt eines Honwerkzeuges 410, bei dem zwischen einem spindelseitigen Abschnitt 411 und einem honsteintragenden Abschnitt 412 des Werkzeugkörpers ein Dämpfungselement 420 in Form einer relativ dicken Scheibe aus formstabilem Elastomer eingeklebt ist. Die Dämpfungsscheibe, die den gesamten Querschnitt des Werkzeugkörpers einnimmt, hat eine axiale Dicke, die mehr als 20% des Durchmessers in diesem Bereich beträgt, wobei die Dicke im Beispielsfall etwa 25% des Durchmessers beträgt. Die Scheibe ist im Bereich beider axialer Stirnflächen an die angrenzenden, aus Stahl bestehenden Elemente des Honwerkzeugkörpers angeklebt. Zusätzlich ist mittels eines Stifte 425, der in ein Sackloch des Dämpfungselementes eingreift, beim Einfügen des Dämpfungselementes ein lagerichtiger Einbau gewährleistet ist. Hierzu trägt auch ein zentrischer Zentrierstift 426 bei.
In der linken Teilfigur 4(a) ist eine andere Variante eines Honwerkzeuges 460 ausschnittsweise gezeigt. Auch hier ist zwischen einem spindelseitigen Abschnitt 461 und einem honsteintragenden Abschnitt 462 des Werkzeugkörpers eine den gesamten Querschnitt in diesem Bereich einnehmende Dämpfungsscheibe 470 durch Einkleben eingefügt. Zusätzlich ist eine in Axialrichtung verlaufende Durchschraubung vorgesehen. Hierzu haben der spindelseitige Abschnitt 461, der werkstücktragende Abschnitt 462 des Honwerkzeugkörpers und die Dämpfungsscheibe 470 miteinander fluchtende Bohrungen. Die im Werkstück tragenden Teil vorgesehene Bohrung ist mit Gewindesackloch ausgeführt, so dass mit Hilfe einer Schraube 475 der spindelseitige Teil 461 und der werkstücktragende Teil 462 miteinander verschraubt werden können. Hierdurch ist eine gegen Zugbelastung sehr stabile Konstruktion möglich, in die eine Schwingungsdämpfung integriert ist. Die Durchschraubung kann elastisch ausgelegt werden, indem mindestens eines der Schraubenenden auf dem elastischen Material aufliegt.
In 5(a) und (b) sind verschiedene Schnittansichten eines Zwischenstückes 500 gezeigt, das zu einem Honwerkzeug mit integriertem Gelenk gehört. Das Zwischenstück hat eine Kupplungsstruktur 510 zur Ankopplung des Zwischenstückes bzw. des Honwerkzeuges an die Honstange. Die Kupplungsstruktur 510 ist als weiblicher Teil eines Bajonettverschlusses ausgeführt, der mit einem komplementären männlichen Teil an der Honstange zusammenwirkt, um das Honwerkzeug manuell oder automatisch an der Honstange zu befestigen oder von dieser zu lösen. Am gegenüber liegenden Ende des Zwischenstückes ist ein im Querschnitt dünnerer Zylinderabschnitt 512 mit Querbolzen 513 vorgesehen, die mit nicht gezeigten Bohrungen am spindelseitigen Ende des werkstücktragenden Teiles des Honwerkzeuges zur Bildung eines Schwenkgelenks zusammenwirken. In einer zentrischen Axialbohrung 514 des Zwischenstückes ist ein rohrförmiges Zwischenstück 515 einer Betätigungseinrichtung vorgesehen, die der radialen Zustellung bzw. dem Zurückziehen der Honsteine am Werkzeugkörper dient. Weiterhin verlaufen vom Boden der zylindrischen Ausnehmung der Bajonettkupplung zum gegenüber liegenden Ende des Zwischenstückes zwei diametral gegenüber liegende Kanäle 520, die im zusammengekuppelten Zustand des Honwerkzeuges einen luftführenden Teil eines pneumatischen Messsystems des Honwerkzeuges bilden. An diametral gegenüber liegenden Positionen des spindelzugewandten Teils 518 und des spindelabgewandten Teils 519 des Zwischenstückes sind Bohrungen 525 für Zylinderstifte 527 vorgesehen.
Zwischen dem spindelseitigen Stück 518 und dem werkzeugseitigen Stück 519 des Zwischenstückes ist ein scheibenförmiges Dämpfungselement 550 aus einem formstabilen Elastomermaterial eingefügt. Das Dämpfungselement 550 nimmt den gesamten Querschnitt des Zwischenstückes im Einbaubereich ein und hat eine Dicke, die etwa einem Drittel des Durchmessers des Zwischenstückes entspricht. Das in 5(c) in Draufsicht gezeigte Dämpfungselement 550 hat eine zentrale Durchgangsöffnung 551, die im Einbauzustand mit der Durchgangsbohrung für das Betätigungselement 515 fluchtet, sowie zylindrische Durchgangsöffnungen 528 zur Aufnahme der Stifte 527. Weiterhin sind diametral gegenüber liegend zwei im Durchmesser kleinere Durchgangsöffnungen 555 vorgesehen, die im Einbauzustand mit den Durchgangskanälen 520 des pneumatischen Messsystems fluchten. Das Dämpfungselement 550 ist an beiden axialen Stirnflächen mit den angrenzenden, aus Stahl bestehenden Teilen 518, 519 verklebt. Zwischen diesen metallischen Teilen besteht kein direkter Kontakt, so dass die Kraftübertragung zwischen diesen Teilen sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung über das elastisch verformbare Dämpfungselement 550 verläuft, welches die angrenzenden Metallbauteile schwingungstechnisch teilweise entkoppelt, so dass sich eine Schwingungsdämpfung des mit dem Zwischenstück ausgestatteten Honwerkzeuges in unmittelbarer Nähe der Schwingungsentstehung (im Kontaktbereich zwischen Honstein und Werkstück) ergibt.

Claims

Honwerkzeuganordnung mit einer Honstange und einem Honwerkzeug, wobei: die Honstange eine spindelseitige Kupplungsstruktur zur Kupplung der Honstange an eine Honspindel und eine werkzeugseitige Kupplungsstruktur zur Kupplung eines Honwerkzeuges an die Honstange aufweist; das Honwerkzeug einen Werkzeugkörper aufweist, dem eine Kupplungsstruktur zur Kopplung des Honwerkzeuges an die Honstange zugeordnet ist und an dem ein Vielzahl von Honsteinen zur Bearbeitung von Werkstückoberflächen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der spindelseitigen Kupplungsstruktur der Honstange und den Honsteinen mindestens ein Dämpfungselement zur Dämpfung von Bearbeitungsschwingungen angeordnet ist.
Honwerkzeuganordnung nach Anspruch 1, bei der mindestens ein Dämpfungselement innerhalb der Honstange zwischen der spindelseitigen Kupplungsstruktur und der werkzeugseitigen Kupplungsstruktur der Honstange angeordnet ist.
Honwerkzeuganordnung nach Anspruch 2, bei der das Dämpfungselement in der Nähe der werkzeugseitigen Kupplungsstruktur der Honstange angeordnet ist, insbesondere innerhalb des letzten Drittels am werkzeugseitigen Ende der Honstange.
Honwerkzeuganordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens ein Dämpfungselement innerhalb des Honwerkzeuges angeordnet ist.
Honwerkzeuganordnung nach Anspruch 4, bei der das Dämpfungselement einen Teil des Werkzeugkörpers bildet.
Honwerkzeuganordnung nach Anspruch 4 oder 5, bei der mindestens ein Dämpfungselement zwischen der stangenseitigen Kupplungsstruktur und einem werkzeugtragenden Teil des Werkzeugkörpers angeordnet ist.
Honwerkzeuganordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der das Honwerkzeug ein integriertes Gelenk hat und mindestens ein Dämpfungselement in einem Zwischenstück angeordnet ist, das gelenkig mit einem werkzeugtragenden Teil des Honwerkzeuges verbunden oder verbindbar ist und das die Kupplungsstruktur zum Ankoppeln des Honwerkzeuges an die Honstange aufweist.
Honwerkzeuganordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der der Werkzeugkörper im Wesentlichen vollständig aus einem schwingungsdämpfenden Material besteht, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, der einen Elastizitätsmodul von weniger als 15.000 kN/cm² hat.
Honwerkzeuganordnung nach Anspruch 8, bei der der Werkzeugkörper im Wesentlichen aus Aluminium oder im Wesentlichen aus Kupfer besteht und/oder bei der der Werkzeugkörper im Wesentlichen aus einem Metallschaum besteht.
Honwerkzeuganordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen der Honstange und dem Honwerkzeug ein Gelenk vorgesehen ist und mindestens ein elastisch verformbares Dämpfungselement integraler Bestandteil des Gelenkes ist.
Honwerkzeuganordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens ein Dämpfungselement an mindestens einer Kontaktfläche mit einem angrenzenden Element der Honwerkzeuganordnung verklebt ist.
Honwerkzeuganordnung nach Anspruch 11, bei der das Dämpfungselement ein scheibenförmiges Element ist, das zwischen benachbarten Elementen der Honwerkzeuganordnung eingefügt und beidseitig mit diesen Elementen verklebt ist.
Honwerkzeuganordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens ein Dämpfungselement an mindestens einer Kontaktfläche mit einem angrenzenden Element der Honwerkzeuganordnung lösbar verbunden ist.
Honwerkzeuganordnung nach Anspruch 13, bei der das Dämpfungselement eine Antriebsseite und eine Abtriebsseite hat und an der Antriebsseite und der Abtriebsseite eine lösbare Verbindung mit einem benachbarten Element vorgesehen ist.
Honwerkzeuganordnung nach Anspruch 13 oder 14, bei der das Dämpfungselement mit einem benachbarten Element der Nonwerkzeuganordnung verschraubt ist.
Honwerkzeuganordnung nach Anspruch 15, bei der das Dämpfungselement an seinem Umfang einen Gewindeabschnitt hat, der mit einem komplementären Gewindeabschnitt an dem benachbarten Element zur Bildung einer Schraubverbindung zusammenwirkt.
Honwerkzeuganordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei der das Dämpfungselement eine oder mehrere Gewindebohrungen zum Zusammenwirken mit einer an einem angrenzenden Element angreifenden Befestigungsschraube hat.
Honwerkzeuganordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Dämpfungselement zwischen einem benachbarten spindelseitigen Element und einem benachbarten honsteinseitigen Element so angeordnet ist, dass eine Kraftübertragung sowohl von Axialkräften als auch von Drehkräften über das Dämpfungselement vermittelt wird.
Honwerkzeuganordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens ein Dämpfungselement im Wesentlichen aus einem schwingungsdämpfenden Kunststoff besteht.
Honwerkzeuganordnung nach Anspruch 19, bei der das Dämpfungselement im Wesentlichen aus einem Elastomer besteht, insbesondere aus Polyurethan.
Honwerkzeuganordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens ein Dämpfungselement im Wesentlichen aus einem Gummimaterial besteht.
Honwerkzeuganordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens ein Dämpfungselement aus einem elastisch verformbaren Material besteht, dessen Shore-Härte zwischen 45 Sh(A) und 95 Sh(A) liegt.
Honwerkzeuganordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine relativ zur Honstange bewegliche Betätigungseinrichtung zur Ansteuerung von Honwerkzeugsfunktionen vorgesehen ist, wobei die Betätigungseinrichtung mindestens ein Dämp fungselement zur Dämpfung von durch die Betätigungseinrichtung übertragbaren Betätigungskräften enthält.
Honwerkzeuganordnung nach Anspruch 23, bei der mindestens ein Dämpfungselement an einer innerhalb der Honstange axial verschieblichen Betätigungsstange der Betätigungseinrichtung angebracht ist, wobei das Dämpfungselement vorzugsweise ein elastisch verformbares Zwischenstück der Betätigungsstange oder ein elastisch verformbares Endstück der Betätigungsstange bildet.
Honwerkzeuganordnung nach einem der Ansprüche 23 oder 24, gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von mindestens einem der Ansprüche 11 bis 22.
Honwerkzeug mit: einem Werkzeugkörper, dem eine Kupplungsstruktur zur Kupplung des Honwerkzeuges an eine Honstange einer Honwerkzeuganordnung zugeordnet ist, wobei an dem Werkzeugkörper eine Vielzahl von Honsteinen zur Bearbeitung von Werkstückoberflächen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kupplungsstruktur zur Kupplung des Honwerkzeuges an eine Honstange und den Honsteinen mindestens ein Dämpfungselement zur Dämpfung von Bearbeitungsschwingungen angeordnet ist.
Honwerkzeug nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch mindestens ein Merkmal des kennzeichnenden Teils von mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9 oder 11 bis 22.
Honstange, insbesondere zum Aufbau einer Honwerkzeuganordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, mit einer spindelseitigen Kupplungsstruktur zur Kopplung der Honstange an eine Honspindel einer Honmaschine und mit einer werkzeugseitigen Kupplungsstruktur zur Kupplung eines Honwerkzeuges an die Honstange, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der spindelseitigen Kupplungsstruktur und der werkzeugseitigen Kupplungsstruktur mindestens ein Dämpfungselement zur Dämpfung von Bearbeitungsschwingungen angeordnet ist.
Honstange nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von mindestens einem der Ansprüche 3 oder 11 bis 24.