DE102007038123A1

DE102007038123A1 - Maschine zur Erzeugung nicht zylindrischer Bohrungsflächen

Info

Publication number: DE102007038123A1
Application number: DE102007038123A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Flores; Ulrich Klink; Klaus Litty; Andreas Dolla
Original assignee: Gehring GmbH and Co KG
Current assignee: Gehring Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2007-08-04
Filing date: 2007-08-04
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2027-08-05
Also published as: WO2009018949A2; CN101765480B; DE102007038123B4; CN101765480A; EP2170556B1; US8292695B2; JP2010533597A; JP5121931B2; US20100197199A1; WO2009018949A3; BRPI0812894A2; EP2170556A2; BRPI0812894B1

Abstract

Maschine zur Erzeugung nicht zylindrischer Bohrungsflächen mit einer Maschinenspindel (5), an die ein Bearbeitungswerkzeug (2-06, 3-04) anschließbar ist, auf das über ein Zustellmittel (1-10) eine Zustellbewegung übertragen wird. Zur Feinzustellung ist in einer der Maschinenspindel (5) zugeordneten Werkzeugaufnahmeeinheit (1) ein direkt achsparallel wirkender Linearantrieb (1-06) vorgesehen, dessen Zustellbewegung der erstgenannten Zustellbewegung überlagert wird und dessen Stellorgan (1-05) auf eine Zustellstange (1-03) wirkt, die mit dem Bearbeitungswerkzeug (2-05, 3-04) und Mitteln zur Umlenkung (1-031), 1-032) der Zustellbewegung in einer an die Werkzeugaufnahmeeinheit (1) auswechselbar anschließbaren Werkzeugeinheit (2, 3) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, vorzugsweise eine Honmaschine oder eine Bohrmaschine.
Es handelt sich um eine Maschine zur Bearbeitung von Bohrungen, die sich unter Funktionsbedingungen lokal unterschiedlich um bekannte Beträge verformen. Die Verformungen sind Veränderungen gegenüber einer an sich idealen Zylinderform. Sie entstehen durch Montageverspannungen, thermische Einflüsse und dynamische Kräfte (vgl. K. Lönne, Das GOETZE Zylinderverzugmeßsystem und Möglichkeiten zur Reduzierung der Zylinderverzüge, Druckschrift der Nr. 89 36 10–12/88 Fa. Goetze, sowie J. Schmid, Optimiertes Honverfahren für Gusseisen-Laufflächen, VDI – Berichte Nr. 106, S. 217–235). Solche Bohrungen werden daher mit einer nicht zylindrischen Bohrungsfläche versehen, die dann infolge der sich im Betriebszustand einstellenden Verformungen die gewünschte zylindrische Form annimmt. Bohrungen mit derartig bearbeiteten Bohrungsflächen führen zu verbesserten Betriebsbedingungen, z. B. bei einem Verbrennungsmotor zu geringerer Reibung und höherer Gasdichtheit.
1 zeigt in räumlicher Darstellung eine derart bearbeitete Bohrungsfläche mit einer lokalen Ausformung oder Erweiterung 11 und einer lokalen Einengung 22. Diese Form ist die Sollform, die durch die Bearbeitung erzeugt werden soll und die sich dann bei Belastung im Betriebszustand zu einer zylindrischen Bohrung verformt. Derartige von der Zylinderform abweichende Vorhaltekonturen werden als invertierte Abweichungen von einer zylindrischen Idealform definiert und z. B. durch Finite Elemente Berechnungen oder experimentell bestimmt.
Ein Verfahren zur Erzeugung von der Zylinderform abweichender Bohrungsflächen ist z. B. aus der EP 1 321 229 A1 und der DE 4 007 121 A bekannt. Die japanische Druckschrift JP 2000-291487A beschreibt ein Honwerkzeug mit piezoelektrischen Zustellelementen zwischen dem Werkzeugkörper und den Honleisten (vgl. 6 und 7, Bezugszeichen 22, sowie die Abschnitte [35 und 36] der Beschreibung). In der EP 1 169 154 B1 (= WO 00/62962 ) wird ein piezoelektrischer Einstellmechanismus beschrieben, der im Werkzeugkörper zwischen einander radial gegenüber liegenden Schneiden angeordnet ist. In der EP 1 790 435 A1 wird ein Werkzeug mit einer Basiszustellung zum vollflächigem Bearbeiten der Bohrungsfläche und einer zusätzlichen Feinzustellung zur Erzeugung von zylindrizitätsabweichenden Formänderungen beschrieben, die durch ein zwischen Schneidleiste und Tragleiste angeordnetes piezoelektrisches Element gebildet wird.
Zur Erläuterung der Aufgabe zeigt 2 einen Querschnitt durch eine derartig bearbeitete Bohrungsfläche mit einer Ausformung 11, die durch eine Formänderung ds innerhalb des Winkels dphi definiert ist. Um wirkungsvolle Funktionsverbesserungen bei Bohrungsflächen dieser Art erreichen zu können, müssen Zylinderverzüge mit Fourierkoeffizienten bis zur 6. Ordnung erzeugt werden können. Ferner sollte aus fertigungstechnischen Gründen (Reduzierung der Bearbeitungszeit) die Drehzahl des Werkzeugs möglichst hoch gewählt werden können. Das erfordert eine Zustelldynamik, die entsprechend schnell die gewünschte radiale Einstellung des Schneidmittels (z. B. einer Honleiste oder einer Bohrschneide) herbeiführen kann. In Abhängigkeit von dem verwendeten Bearbeitungsverfahren, z. B. Honen oder Feinbohren, sind die radialen Zustellgeschwindigkeiten zu definieren, welche sich aus der erforderlichen schneidmittelbedingten Schnittgeschwindigkeit ergeben. So beträgt z. B. die Zeit zum Aufweiten und Zurückholen eines Schneidmittels mit einem radialen Zustellweg von 20 μm innerhalb eines Winkels dphi von ca. 50° bei einem Bohrungsdurchmesser von 80 mm und einer Drehzahl von 400 l/min ca. 20 ms.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Maschine zur Erzeugung nicht zylindrischer Bohrungsflächen bereit zu stellen, die im Aufbau einfacher und somit kostengünstiger ist und eine verbesserte Zustelldynamik aufweist.
Die genannte Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Erfindung betrifft ferner verschiedene vorteilhafte Weiterbildungen, die in den Unteransprüchen definiert sind.
Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt also u. a. dadurch, dass die Werkzeugaufnahmeeinheit, die die Mittel zur Feinzustellung in Form eines achsparallel direkt wirkenden Linearantriebs enthält, als Teil der Maschinenspindel und damit der Maschine, sei es nun eine Hon- oder eine Bohrmaschine ausgebildet ist, an der die Werkzeugeinheit – je nach erforderlichem Werkzeug – auswechselbar angeordnet ist. Die Einrichtung zur Feinzustellung, hier also bevorzugt der Linearantrieb ist also nicht für jedes Werkzeug separat in die Werkzeugeinheit einzubauen, wie dies beim Stand der Technik vorgesehen ist, sondern ist nur einmal, und zwar maschinenseitig vorzusehen, und zwar in der Werkzeugaufnahmeeinheit, an die dann verschiedene Werkzeugeinheiten angeschlossen werden können, die die eigentlichen Bearbeitungswerkzeuge und die Umlenkmittel für die Zustellung, jedoch nicht die – relativ teuren – Mittel zur Feinzustellung mehr enthalten müssen.
Bei einer Honmaschine, die durch Auf- und Abbewegung bei gleichzeitiger Drehung der Honleisten ein Kreuzschliffmuster erzeugt, gilt dieselbe Betrachtung natürlich analog auch für die Bewegungskomponente in Richtung der Achse einer Bohrung. Diese Bewegungskomponente erfolgt jedoch weniger schnell als diejenige entlang des Umfangs, so dass die Verbesserung der Zustelldynamik auch für diese Komponente gegeben ist.
Keine der oben genannten Veröffentlichungen zeigt ein Werkzeug, welches von einer maschinenseitig angeordneten Werkzeugaufnahme, die eine unabhängige Baugruppe der Maschine bildet, mit der dynamisch zugestellt wird und in die ein hochdynamischer Feinzustellantrieb integriert ist, welcher temporär die Zustellbewegungen ggf. mehrerer Schneidmittel über mehrere achsparallele Zustellstangen unabhängig voneinander bewirken kann. Die in den Vorveröffentlichungen beschriebenen Werkzeuge arbeiten mit dynamischen Feinzustellungen innerhalb des Werkzeugs mit möglichst geringem Abstand zum Schneidmittel.
Bei der Erfindung können ein oder mehrere achsparallel wirkende Linearantriebe zur voneinander unabhängigen Zustellung von Bearbeitungswerkzeugen bzw. Schneidmittel (Honleisten oder Bohrschneiden) vorgesehen sein. Die Linearantriebe, die z. B. als piezo-elektrische Linearaktoren ausgebildet sind, werden durch eine elektrische Ansteuerung aktiviert und erzeugen eine axiale Bewegung eines Stößels mit einer bestimmten Kraft und Geschwindigkeit, der auf die Zustellstange für die radiale Zustellung der Bearbeitungswerkzeuge wirkt.
Die Erfindung sieht somit vor, die Werkzeugeinheit und die Werkzeugaufnahme mit dem Linearantrieb konstruktiv zu trennen und den Linearantrieb für die dynamische Zustellung (Feinzustellung) der Werkzeugaufnahmeeinheit und damit der Maschine bzw. einer von der auswechselbaren Werkzeugeinheit unabhängigen Baugruppe zuzuordnen. An der unteren Stirnseite der Werkzeugaufnahmeeinheit ist die Werkzeugeinheit auswechselbar angeordnet. Die Werkzeugeinheit enthält nur noch ausschließlich Komponenten zur Umlenkung der maschinenseitig erzeugten Hubbewegungen in die Zustellbewegungen für die Bearbeitungswerkzeuge und ggf. die davon unabhängigen Zustellbewegungen für die Führungsleisten, sowie die Bearbeitungswerkzeuge und ggf. die Führungsleisten selbst.
Im Werkzeugkörper der Werkzeugeinheit befinden sich die Zustellstangen koaxial, zu dem Stößel oder den Stößeln der Linearantriebe der Werkzeugaufnahmeeinheit. Die Stößel üben eine zum Zentrum achsparallele Kraft auf die fluchtend angeordneten Zustellstangen aus. An den Stirnflächen der Stößel und der Zustellstangen wird die Zustellkraft auf die radial verschiebbaren Bearbeitungswerkzeuge übertragen. Die Stirnflächen sind so ausgebildet, dass keine normal wirkenden Schubkräfte übertragbar sind. Am unteren Ende der Zustellstangen sind Keilflächen angearbeitet, die die Axialbewegung in eine radiale Zustellbewegung umlenken.
Mit dem erfindungsgemäßen Anordnung und Gestaltung von Werkzeugaufnahmeeinheit und Werkzeugeinheit lassen sich invertierte Funktionsformen herstellen. Durch die dynamische Feinzustellung der Bearbeitungswerkzeuge kann die gewünschte Sollform bei hohen Schnittgeschwindigkeiten und kleinen Formänderungssegmenten mit großer radialer Formänderung mit hoher Genauigkeit von wenigen Mikrometern erreicht werden.
Das Anlegen der Schneidmittel mit einer Grobzustellung verbessert das dynamische Zustellverhalten, da die Feinzustellung nur im Bereich der lokalen Formänderungen arbeiten soll. Da die Werkzeugaufnahmeeinheit mit der in sie integrierten Feinzustellung von der Werkzeugeinheit konstruktiv getrennt ist, braucht man nur in der Werkzeugeinheit ausschließlich einfache mechanisch betätigte Werkzeuge ohne eigene Zustellantriebe anzuordnen. Die Werkzeugeinheit ist für unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben auswechselbar.
Ferner hat der Kühlschmierstoff nur unmittelbaren Kontakt zum Werkzeug, aber nicht zur Werkzeugaufnahmeeinheit, in der die Mittel zur Feinzustellung angeordnet sind. Die Linearantriebe sind somit vor dem schädlichen Einfluss aggressiver Flüssigkeiten geschützt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:
3 ein erstes Ausführungsbeispiel;
4-1 und 4-2 Erläuterungen der Arbeitsweise des Linearantriebes 1-06 ;
5 ein zweites Ausführungsbeispiel.
Das erste Ausführungsbeispiel nach den 3, 4-1 und 4-2 zeigt als Teil einer Honmaschine eine Werkzeugaufnahmeeinheit 1 zur Feinzustellung. Sie weist den achsparallel direkt wirkenden Linearantrieb 1-06 auf. An ihr ist auswechselbar die Werkzeugeinheit 2 angeordnet, die das eigentliche Bearbeitungswerkzeug, d. h. die mit dem Schneidemittelbelag 2-06 versehene Honleiste 2-05, sowie die radial gegenüberliegend dargestellt zur Abstützung der Honleiste bzw. der Honleisten dienende Führungsleiste 2-04 oder Führungsleisten, sowie die zugeordneten Zustellstangen 1-03 (für die Honleiste) und 2-02 (für die Führungsleiste) aufweist. Die Werkzeugeinheit 2 ist einfach aufgebaut und kann einfach und unkompliziert ausgetauscht werden, ohne auch die Werkzeugaufnahmeeinheit 1, in der die achsparallel linear direkt wirkenden Mittel zur Feinzustellung, nämlich der Linearantrieb 1-06, angeordnet sind, auch austauschen zu müssen, was bei Verwendung eines – teuren – piezoelektrischen Linearzustellelementes eine erhebliche Kostenreduzierung bedeutet.
Wenn im folgenden bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele von einem direkt wirkenden Linearantrieb die Rede ist, so ist damit gemeint, dass zunächst keine Hubvergrößerungen durch getriebeartige Übersetzungen, die jedoch möglich sind, berücksichtigt werden.
Die Werkzeugaufnahmeeinheit 1 und die Werkzeugeinheit 2 liegen mit den Stirnflächen 1-02 und 2-09 aneinander an und sind leicht voneinander lösbar. Die Mittel 1-16 hierzu sind im Stand der Technik geläufig und daher nur angedeutet.
Die Werkzeugaufnahmeeinheit 1 befindet sich in dem Gehäuse 1-01, das mit seinem oberen Ende mit der Maschinenspindel 5 verbunden ist. Maschinenseitig werden, wie beim Honen üblich, Drehbewegung, Hubbewegung und Zustellbewegung an die Werkzeugaufnahmeeinheit 1 weitergegeben. Die Zustellbewegung erfolgt in zweifachem Modus über den Zustellstab 1-09 für die Führungsleiste 2-04 und das Zustellrohr 1-10 für die Grobzustellung der Honleiste 2-05. Der Zustellstab 1-09 ist in dem Zustellrohr 1-10 geführt. Das Zustellrohr 1-10 ist mit dem Träger 1-13 verbunden. Beide werden zur Zustellung voneinander unabhängig axial nach unten verschoben.
Das untere Ende der Zustellstange 1-10 ist mit dem oberen Flansch 1-14 eines Trägers 1-13 verbunden. Auf dem unteren Flansch 1-14 des Trägers 1-13 ist der zur Feinzustellung dienende in Achsrichtung direkt wirkende Linearantrieb 1-06 angeordnet. Er ist zwischen den Flanschen 1-14 abgestützt und betätigt als Stellorgan den Stößel 1-05. Der Linearantrieb 1-06 wird durch die elektrischen Leitungen 1-07 mit Antriebsleistung und Steuersignalen versorgt. Die Einspeisung erfolgt über Schleifringe 1-08. Auch berührungslose induktive Übertragungssysteme sind denkbar. Der Lineardirektantrieb 1-06 arbeitet z. B. piezo-elektrisch mit einem Hub von bis zu 200 μm. Auch elektromagnetische Antriebe nach dem Prinzip der Tauchspule oder der Magnetostriktion, elektro-rheologische oder magneto-rheologische Aktoren sind möglich.
Die allgemein mit 1-12 bezeichneten Mittel zur Feinzustellung werden durch mindestens einen Linearantrieb 1-06 gebildet (wie gezeigt). Allerdings lassen sich um die Achse des Systems weitere Linearantriebe zwischen den Flanschen 1-14 anordnen, so dass jeder Honleiste ein separater Linearantrieb zugeordnet werden kann.
Das Gehäuse 1-01 weist eine Sperrluftbohrung 1-11 auf, durch die ein (anderweitig erzeugter) geringer Überdruck im Gehäuse gehalten und somit das Eindringen von Flüssigkeit durch außerhalb vorhandene Leckstellen verhindert wird.
Der Linearantrieb 1-06 ist an seinem unteren Ende mit einem Stößel 1-05 als Stellorgan versehen, dessen Linearbewegung auf die Zustellstange 1-03 übertragen wird. Auf diese Weise wird die durch den Linearantrieb 1-06 bewirkte Feinzustellung der maschinenseitig durch die Zustellstange 1-10 vorgegebenen Grobzustellung überlagert. Der Einbau der Lineardirektantriebe 1-06 erfolgt querkraftfrei. Die spiel- und querkraftfreie Kraftübertragungen 1-04 sind nur symbolisch als Kugel darstellt und können als Gelenke oder anderweitig ausgeführt sein. Sie müssen Zug und Druck spielfrei übertragen und ferner rotatorische Freiheitsgrade aufweisen, damit sich die Zustellstange 1-03, die mit ihrer keilförmigen Zustellfläche 1-031 an ihrem unteren Ende an der ebenfalls keilförmigen Zustellfläche 1-032 der Honleiste 2-05 anliegt, in vollflächiger Anlage an dieser ausrichten kann. Sie muss also u. U. an der Kraftübertragung 1-04 vom Stößel 1-05 etwas kippen können. Das kann sie nur, wenn die Kraftübertragung 1-04 keine Querkräfte überträgt. Ebenso ist ein Ausgleich eines geringen Achsversatzes zwischen Stößel 1-05 und Zustellstange 1-03 möglich.
Ein Linearantrieb, der durch ein piezoelektrisches Element gebildet wird, kann die Zustellstange mit großer Kraft nach unten bewegen. Zur Rückstellung steht nur eine geringere Kraft zur Verfügung. Daher kann man auch zwei Linearantriebe vorsehen, von denen einer zur Zustellung, der andere zur Rückstellung dient.
An der Stirnfläche 1-02 des Gehäuses 1-01 ist die Werkzeugeinheit 2, hier ein Formhonwerkzeug, wie erwähnt mit seiner anliegenden Stirnfläche 2-09 angebaut.
Im Werkzeugkörper 2-01 befindet sich die mit zwei konusförmigen Zustellflächen versehene Zustellstange 2-02, auf die von oben der Zustellstab 1-09 einwirkt. Die konischen Zustellflächen wirken mit keilförmigen Zustellflächen an der Tragleiste 2-03 zusammen, an denen unmittelbar radial anschließend eine Führungsleiste 2-04 angeordnet ist, so dass auf diese Weise die axiale Bewegung der Zustellstange 1-09 in eine radiale Bewegung der Führungsleiste umgesetzt (umgelenkt) wird. Entlang des Umfangs eines Werkstückes 4 können mehrere, z. B. vier Führungsleisten 2-04 angeordnet sein, zwischen denen entlang des Umfangs vier Zustellstangen 1-03 angeordnet werden können.
Bei kleineren Bohrungen ist eine koaxiale Übertragung der Zustellkräfte konstruktiv allerdings nicht möglich. Dann sind mechanische Kraftumlenkungen, zum Beispiel Biegegelenke, erfoderlich, welche die Zustellkraft auf die mit kleinerem radialen Abstand angeordneten Zustellstangen übertragen.
Entsprechend der Anordnung des Linearantriebs 1-06 (oder der Linerantriebe) in der Werkzeugaufnahmeeinheit 1 befindet (oder befinden) sich in geradliniger Verlängerung koaxial zur Achse die Zustellstange 1-03 (oder Zustellstangen). Am Ende der Zustellstange 1-03 befindet sich die keilförmige Zustellfläche 1-031. An dieser Zustellfläche 1-031 liegt die Honleiste 2-05 mit der ebenfalls keilförmigen Zustellfläche 2-031 an. Unmittelbar auf der Außenseite der Honleiste 2-05 ist der Schneidmittelbelag 2-06 angebracht. Je nach Ansteuerung des Lineardirektantriebes 1-06 wird somit auf die Honleiste 2-05 zusätzlich zu der über das Zustellrohr 1-10 bewirkten Grobzustellung eine axiale Feinzustellung übertragen. Beide Zustellbewegungen werden überlagert an der Zustellstange 1-03 wirksam und werden der Werkzeugeinheit 2 in eine radiale Zustellbewegung des Schneidmittelbelages 2-06 gegen die Bohrungsfläche 4-01 eines Werkstücks 4 umgesetzt (umgelenkt). Die Rückstellfeder 2-07 unterstützt die spiel- und querkraftfreie Kraftübertragung 1-04 im Zustellstrang zwischen Linearantrieb 1-06 und Zustellstange 1-03 bei einer Entlastung des Zustellstranges. Für eine schnelle Weiterleitung der Zustellbewegung kann die Zustellstange 1-03 auch aus einem Werkstoff geringerer Dichte, z. B. Titan, sein, so dass durch eine geringe Massenträgheit die Bewegung des Linearantriebes noch sicherer verzögerungsfrei übertragen werden kann. Bei Auslegung der Druckkraft übertragenden Anordnung ist die Rückstellfeder 2-07 so auszulegen, dass beim Entlasten der Honleiste mit der Federkraft eine nach oben gerichtete Beschleunigung erreicht wird, welche mindestens so groß ist wie die nach oben gerichtete Beschleunigung des Stößels 2-05, so dass ein axialer Formschluß zwischen Zustellstange und Stößel sichergestellt ist.
Die Zustellstange 1-09 wird maschinenseitig axial nach unten bewegt. Sie trifft dabei auf die Zustellstange 2-02, durch die die Führungsleisten 2-04 gegen die Bohrungsfläche 4-01 angelegt werden. Hingegen bewegt das Zustellrohr 1-10 den Träger 1-13 mit den Mitteln zur Feinzustellung und über diese die Zustellstangen 1-03 axial nach unten und drückt damit den Schneidmittelbelag 2-06 der Honleisten an die Bohrungsfläche 4-01 des Werkstücks 4. Von dieser Position aus wird der Lineantrieb 1-06 entlang des Umfangs der Bohrung, also in Abhängigkeit des Winkels dphi und in Abhängigkeit von der vertikalen Lage der Bohrung angesteuert. Dabei wird jede Honleiste in jeder Stellung einer an dieser Stelle zu erzielenden Formänderung zugeordnet.
Durch Anordnung der Honleisten in unterschiedlichen Höhenpositionen, insbesondere durch Anordnung kurzer Honleisten, ist es auch möglich, Formänderungen in ausgewählten Positionen entlang der Längsachse der Bohrung zu bearbeiten. Durch einzelne unabhängig voneinander zustellbare Honleisten, besonders durch kurze Honleisten, können auch sehr kleine axiale Höhenabschnitte der Bohrungsfläche 4-01, durch die ein Formänderungssegment charakterisiert ist, bearbeitet werden. Dabei ist es dann – analog zu den Gegebenheiten entlang des Umfangs der zu bearbeitenden Fläche – vorteilhaft, wenn die Länge der Honleisten kleiner ist als die Längserstreckung der Formänderung.
Eine Honleiste kann auch auf einer Tragleiste mit mehreren Keilflächen angebracht sein, wie am Beispiel der Führungsleiste 2-04 und deren Anodnung an der Tragleiste 2-03 gezeigt.
Nicht dargestellt sind die Sensoren zur Durchmesser- und Formmessung. Integrierte Maß-, Lagen- und Formmesseinrichtungen ermitteln die Qualität entweder in process oder post process in einem separaten Messhub.
4-1 zeigt die Arbeitsweise des Linearantriebes 1-06 mit konstanter Zustellkraft F innerhalb einer Ausformung 11. Sie zeigt, dass bei jeder Überfahrung innerhalb dieses Formänderungssegmentes die momentan vorliegende Ausformung 11' um einen konstanten Betrag ds erweitert wird.
Eine andere Arbeitsweise des Linearantriebes 1-06 ist in 4-2 dargestellt. Hier baut sich durch entsprechende Leistungsbeaufschlagung eine Zustellkraft F auf, welche zu Beginn der Bearbeitung eine relativ große Ausformung 11' je Überfahrung erzeugt. Mit zunehmender Anzahl der Überfahrungen des Ausformbereiches wird der radiale Zustellweg und daher auch der radiale Materialabtrag ds kleiner, da die Zustellkraft aufgrund fortschreitender Zerspanung im Bereich der Ausformung 11' abnimmt.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. An der Stirnfläche 1-02 des Gehäuses 1-01 der Werkzeugaufnahmeeinheit 1 ist eine Werkzeugeinheit 3 angeordnet, die in diesem Beispiel ein Formbohrwerkzeug 3 ist. Die Feinzustellung 1-12 mit Energiezuführung und konstruktivem Aufbau entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel nach 3. Die Zustellstangen 1-03 betätigen jedoch in diesem Fall ein Formbohrwerkzeug, d. h. ein Schneidmittel mit definierter Schneidengeometrie. An der keilförmigen Zustellfläche 1-031 liegt ein Zustellstift 3-05 mit seiner Zustellfläche 3-051 an. Bei axialer Betätigung der Zustellstange 1-03 wird der Zustellstift 3-05 radial nach außen gedrückt. Dabei trifft er auf den Schneidplattenhalter 3-02, dessen unterer Abschnitt aufgrund einer Materialschwächung durch die Biegekerbe 3-03 elastisch radial nach außen abbiegbar ist und damit die Schneidelatte 3-04 mit ihrer Spitze an der Bohrungsfläche 4-01 des Werkstückes 4 zum Einsatz bringt.
Die Voreinstellung der Schneiden erfolgt durch eine zentrischen Kraft, welche die Feinzustellung 1-12 mit nach unten bewegt und damit die Schneiden radial in die Bearbeitungsposition bringt. Die einzelnen lokalen Formänderungssegmente werden dann wieder für jede Schneide unabhängig voneinander von der Feinzustellung betätigt.
Mit der maschinenseitig verfügbaren Zustellung, insbesondere der Doppelzustellung für Bearbeitungswerkzeuge und Führungsleisten auch im Abwärtshub eine Schruppbearbeitung und im Aufwärtshub eine Schlichtbearbeitung erfolgen. Während beider Schritte kann die dynamische Feinzustellung aktiviert werden.
Beide Ausführungsbeispiele beschreiben ein Werkzeug zur Herstellung von Ausformungen 11 und Einengungen 22 an einer Bohrung. Bei einer maschinenseitig angeordneten Werkzeugaufnahmeeinheit mit integrierten Lineardirektantrieben ist lediglich die Werkzeugeinheit dem jeweiligen Prozess anzupassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1321229 A1 [0004]
- DE 4007121 A [0004]
- JP 2000-291487 A [0004]
- EP 1169154 B1 [0004]
- WO 00/62962 [0004]
- EP 1790435 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- K. Lönne, Das GOETZE Zylinderverzugmeßsystem und Möglichkeiten zur Reduzierung der Zylinderverzüge, Druckschrift der Nr. 89 36 10–12/88 Fa. Goetze [0002]
- J. Schmid, Optimiertes Honverfahren für Gusseisen-Laufflächen, VDI – Berichte Nr. 106, S. 217–235 [0002]

Claims

Maschine zur Erzeugung nicht zylindrischer Bohrungsflächen mit einer hin und her bewegbaren und drehangetriebenen Maschinenspindel (5), an die zumindest ein Bearbeitungswerkzeug (2-06, 3-04) anschließbar ist, auf das über Zustellmittel (1-10) eine Zustellbewegung übertragen wird, die nach einer Umlenkung das Bearbeitungswerkzeug (3) radial auf die zu bearbeitende Bohrungsfläche (4-01) zustellt und bei der die Zustellbewegung des genannten Zustellmittels (1-10) mit Zustellbewegung eines Mittels zur Feinzustellung überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Feinzustellung (1-12) in einer der Maschinenspindel (5) zugeordneten Werkzeugaufnahmeeinheit (1) angeordnet ist und durch einen direkt achsparallel wirkenden Linearantrieb (1-06) gebildet wird, dessen Stellorgan (1-05) auf eine Zustellstange (1-03) wirkt, die mit dem Bearbeitungswerkzeug (2-05, 3-04) und den Mitteln zur Umlenkung (1-031, 1-032) der Zustellbewegung in einer an die Werkzeugaufnahmeeinheit (1) auswechselbar anschließbaren Werkzeugeinheit (2, 3) angeordnet ist.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (1-06) ein piezoelektrisches Element ist.
Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Werkzeugaufnahmeeinheit (1) Schleifringe (1-08) oder berührungslose Übertragunsmittel zur Übermittlung von Steuersignalen an den Linearantrieb (1-06) vorgesehen sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (1-06) auf einem Träger (1-13) angeordnet ist, auf den die maschinenseitig vorgesehenen Zustellmittel (1-10) wirken.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Zustellbewegung von dem Linearantrieb (1-06) auf die Zustellstange (1-03) durch Übertragungsmittel (1-04) erfolgt, die Zug und/oder Druck spiel- und querkraftfrei übertragen.
Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung von Zug vom Linearantrieb (1-06) auf die Zustellstange (1-03) durch eine in der Werkzeugeinheit (2) angeordnete Feder (2-07) bewirkt oder unterstützt wird.
Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (2-07) bei der Rückstellung des Stellorgans (2-05) eine Formschluss gewährleistet ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellung der Feinzustellung (1-12) durch einen zweiten Linearantrieb bewirkt oder unterstützt wird.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungswerkzeuge Honleisten (2-05) sind.
Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Honleisten (2-05) mit einem Schneidmittelbelag (2-06) belegt sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Honleiste in ihrer Länge in Achsrichtung der Bohrung (4) kürzer ist als die zu erzielende Formänderung in Richtung der Achse der Bohrung (4).
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungswerkzeuge Formbohrwerkzeuge (3) sind.
Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Formbohrwerkzeuge (3) durch auf einem Schneidplattenhalter (3-02) angeordnete Schneidelatten (3-04) gebildet werden.
Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Schneidplattenhalters (3-02), der die Schneidelatte (3-03) trägt, von dem restlichen Bereich des Schneidplattenhalters durch eine Biegekerbe (3-03) abgesetzt ist.
Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Zustellbewegung auf den die Schneidelatte tragenden Abschnitt des Schneidplattenhalters ein Zustellstift (3-05) einwirkt.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Zustellbewegung auf die Bearbeitungswerkzeuge (2-05; 3-03, 3-04) dadurch erfolgt, dass diese mit einer Zustellfläche (2-031) versehen sind, auf die eine am Ende der Zustellstange (1-03) vorgesehene Zustellfläche (1-031) einwirkt.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Werkzeugeinheit (2) angeordnete Zustellstange (1-03) in die Werkzeugaufnahmeeinheit (1) hineinragt.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Werkzeugeinheit (2) zusätzlich zu den Honleisten (2-06) radial verschiebbare an die Bohrungsfläche (4-01) anlegbare Führungsleisten (2-04) angeordnet sind.
Maschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsleiste (2-04) durch eine in der Werkzeugeinheit (2) angeordnete Zustellstange (2-02) radial verschiebbar sind, auf die eine maschinenseitig vorgesehene durch die Werkzeugaufnahmeeinheit hindurch geführte weitere Zustellstange (1-09) einwirkt.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Umfangs der Werkzeugeinheit (2) mehrere Führungsleisten (2-04) und mindestens eine mit einem Bearbeitungswerkzeug (2-06, 3-04) versehene Leiste (2-05) vorgesehen sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die von den erstgenannten Zustellmitteln (1-10) übertragene Zustellbewegung als Grobzustellung eingesetzt wird, der die Feinzustellung durch den achsparallel direkt wirkenden Linearantrieb (1-06) überlagert ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Umfangs der Werkzeugeinheit (2) mehrer Bearbeitungswerkzeuge (2-06, 3-04) angeordnet sind, die über ihnen jeweils separat zugeordnete Linearantriebe unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellstange (1-03), auf die das Stellorgan (1-05) des Linearantriebs (1-06) einwirkt, aus Titan hergestellt ist.
Werkzeugeinheit zum Einsatz in eine Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in ihr die radial verschiebbaren Bearbeitungswerkzeuge (2-06, 3-04), die achsparallelen Zustellstangen und die Mittel zur Umlenkung der axialen Zustellbewegung in eine radiale Zustellbewegung, jedoch nicht die Mittel zur Feinzustellung, angeordnet sind.