DE102010010901B4 - Method and apparatus for fine machining a crankshaft bearing bore - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Feinbearbeiten einer Bohrung in einem Werkstück, insbesondere zum Feinbearbeiten einer Kurbelwellenlagerbohrung in einem Zylinderkurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, bei dem ausgehend von einer vorbereiteten Bohrung eine fertig bearbeitete Bohrung mit einem vorgebbaren Sollmaß, einer vorgebbaren Sollstruktur der Bohrungsinnenfläche und einer vorgebbaren Sollposition der Bohrungsachse erzeugt wird, gekennzeichnet durch mindestens eine Leistungshonoperation, bei der unter Verwendung eines Honwerkzeuges durch Honen der Bohrung bezogen auf den Durchmesser der Bohrung ein Abtrag von mindestens 0.5 mm erzeugt wird, wobei die Leistungshonoperation als achslagenkorrigierende Honoperation derart durchgeführt wird, dass durch die Leistungshonoperation eine Verlagerung der Bohrungsachse in Richtung der Sollposition erfolgt, wobei ein spindelferner Endabschnitt des Honwerkzeugs an einer der Eintrittseite der Bohrung gegenüber liegenden Austrittsseite in einem Gegenhalter drehbar gelagert wird, der bei einer axialen Hubbewegung des Honwerkzeugs mit dem Honwerkzeug mitbewegt wird.Method for fine machining a bore in a workpiece, in particular for fine machining a crankshaft bearing bore in a cylinder crankcase of an internal combustion engine, in which, starting from a prepared bore, a finished bore having a predefinable nominal dimension, a predefinable target structure of the bore inner surface and a predefinable target position of the bore axis is generated, characterized by at least one performance honing operation, wherein an honing of at least 0.5 mm is produced by honing the bore relative to the diameter of the bore, wherein the power honing operation is performed as an aligning honing operation such that the power honing operation translates the bore axis into Direction of the target position takes place, wherein a spindle distal end portion of the honing tool on one of the inlet side of the bore opposite outlet side in a counter-holder dre is stored, which is moved with an axial stroke movement of the honing tool with the honing tool.
Description
HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIKBACKGROUND AND PRIOR ART
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feinbearbeiten einer Bohrung in einem Werkstück, insbesondere zum Feinbearbeiten einer Kurbelwellenlagerbohrung in einem Zylinderkurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.The invention relates to a method for fine machining a bore in a workpiece, in particular for fine machining a crankshaft bearing bore in a cylinder crankcase of an internal combustion engine, according to the preamble of
Das Zylinderkurbelgehäuse (ZKG), welches oft auch schlicht als „Kurbelgehäuse” oder „Motorblock” zu bezeichnet wird, ist integraler Bestandteil von Verbrennungsmotoren bzw. Brennkraftmaschinen, wie sie beispielsweise in Personen- oder Lastkraftwagen, Flugzeugen, Schiffen oder stationären Anlagen Einsatz finden. Die am weitesten verbreitete Bauform sind Mehrzylindermotoren, deren Kolben über Pleuel mit der rotierenden Kurbelwelle verbunden sind, die die vom Motor erzeugte Kraft an Räder, Schiffsschrauben, Propeller, Generatoren oder dergleichen weiterleitet.The cylinder crankcase (ZKG), which is often referred to simply as "crankcase" or "engine block" to, is an integral part of internal combustion engines or internal combustion engines, such as those used in passenger cars or trucks, aircraft, ships or stationary equipment. The most common design are multi-cylinder engines whose pistons are connected via connecting rods with the rotating crankshaft, which forwards the power generated by the engine to wheels, propellers, propellers, generators or the like.
Die Kurbelwelle liegt in Reihen- oder V-Motoren unterhalb, in einem Boxermotor zwischen den Zylindern und stützt sich am Zylinderkurbelgehäuse in den Lagerstellen der Kurbelwellenlagerbohrung ab. Die Lagerstellen sind in der Regel als Gleitlager, gegebenenfalls auch als Wälzlager ausgeführt. Um einen hohen Rundlauf der Kurbelwelle zu gewährleisten und damit unerwünschte Verschleißerscheinungen und Schwingungen im Betrieb zu minimieren, muss die Kurbelwelle hohen Formtoleranzanforderungen entsprechen. Auch die Lagerstellen sind hinsichtlich ihrer Größe und Lage im Zylinderkurbelgehäuse eng toleriert.The crankshaft is located in series or V engines below, in a boxer engine between the cylinders and is supported on the cylinder crankcase in the bearings of the crankshaft bearing bore. The bearings are usually designed as a plain bearing, possibly also as a rolling bearing. In order to ensure a high concentricity of the crankshaft and thus to minimize undesirable signs of wear and vibrations during operation, the crankshaft must comply with high form tolerance requirements. The bearings are also closely tolerated in terms of their size and location in the cylinder crankcase.
Die relativ engen Toleranzen der maßgebenden Teile eines Verbrennungsmotors und eines Zylinderkurbelgehäuses ergeben sich aus den komplexen Funktionen dieser Teile. Die Form, das Maß und die Oberflächentopografie der Zylinderbohrung bestimmen dabei maßgeblich den Verschleiß, die Reibung, den Ölverbrauch und die Emissionswerte des Verbrennungsmotors sowie, als Folge der Reibung, auch die Leistung und den Wirkungsgrad. Das komprimierte Brennraumvolumen bestimmt vor allem die Verdichtung des Motors. Diese hat Auswirkungen auf die Leistung und durch den Verbrennungsverlauf auch Einfluss auf die Emissionswerte sowie auf Motorgeräusche.The relatively narrow tolerances of the relevant parts of an internal combustion engine and a cylinder crankcase arise from the complex functions of these parts. The shape, the dimension and the surface topography of the cylinder bore are decisive factors for the wear, the friction, the oil consumption and the emission values of the internal combustion engine as well as the performance and the efficiency as a result of the friction. Above all, the compressed combustion chamber volume determines the compression of the engine. This has an impact on performance and combustion also influences emissions and engine noise.
Die exakte Position der Kurbelwelle relativ zu den Kolben bzw. zu den Zylinderbohrungen ist unter anderem wichtig zur Verschleißminderung an den hoch belasteten Motorteilen. Das sind insbesondere Kolben/Kolbenbolzen, Pleuel sowie Lager des Pleuels auf der Kurbelwelle als auch die Lagerung der Kurbelwelle im Zylinderkurbelgehäuse. Bei der Position der Bohrungsachse spielt nicht nur die absolute Position im Raum, sondern auch ihre Winkellage bzw. Orientierung eine Rolle. Beispielsweise laufen bei Schaltgetrieben mit Kupplung die Kurbelwelle und die Eingangswelle des Getriebes gemeinsam. Daher ist hier eine Koaxialität der beiden Wellen entscheidend für eine hohe Lebensdauer.The exact position of the crankshaft relative to the piston or to the cylinder bores is inter alia important for reducing wear on the highly loaded engine parts. These are in particular piston / piston pin, connecting rod and bearing of the connecting rod on the crankshaft and the bearing of the crankshaft in the cylinder crankcase. Not only the absolute position in the room, but also its angular position or orientation play a role in the position of the bore axis. For example, run in manual transmissions with clutch, the crankshaft and the input shaft of the transmission together. Therefore, a coaxiality of the two waves is crucial for a long service life.
Bei der Kurbelwellenlagerung ist auch die Koaxialität der Lagerstellen zueinander wichtig. Die Lagerstellen sollten möglichst gut in einer Flucht liegen, damit die Kurbelwelle rund laufen kann und an allen Lagerstellen im Wesentlichen gleichmäßig aufliegt.When the crankshaft bearing and the coaxiality of the bearings is important to each other. The bearings should be as well as possible in alignment so that the crankshaft can run around and rests substantially uniformly at all bearing points.
Der Werkstückbereich um eine Kurbelwellenlagerbohrung setzt sich im Allgemeinen aus zwei Einzelteilen zusammen. Dies sind im häufigsten Fall die Lagerstege des Zylinderkurbelgehäuses einerseits und die darauf aufgeschraubten Lagerdeckel andererseits. Alternativ kann die Kurbelwellenlagerbohrung auch an der Schnittstelle zweier Zylinderkurbelgehäuse-Hälften liegen, wie z. B. beim Boxermotor. Die Einzelteile werden in der Regel im unmontierten Zustand vorbearbeitet, indem an den Lagerstegen des Zylinderkurbelgehäuses und an den Lagerdeckeln jeweils halbrunde Oberflächenabschnitte angefertigt werden. In einem nachfolgenden Prozessschritt werden die Einzelteile zusammengeschraubt, so dass sich aus den halbrunden Oberflächenabschnitten im Bereich einer Lagerstelle jeweils ein im Wesentlichen zylindrischer Bohrungsabschnitt ergibt. Mehrere in Reihe mit Abstand hintereinander liegende Bohrungsabschnitte ergeben dann die gesamte Kurbelwellenlagerbohrung.The workpiece area around a crankshaft bearing bore is generally composed of two individual parts. These are in the most common case, the bearing webs of the cylinder crankcase on the one hand and the bearing cap screwed thereon on the other. Alternatively, the crankshaft bearing bore also lie at the interface of two cylinder crankcase halves, such as. B. in the boxer engine. The items are usually pre-machined in the unmounted state by semi-circular surface sections are made on the bearing webs of the cylinder crankcase and on the bearing caps. In a subsequent process step, the individual parts are screwed together so that in each case a substantially cylindrical bore section results from the semicircular surface sections in the region of a bearing point. Several in series with distance one behind the other hole sections then yield the entire crankshaft bearing bore.
Die auf diese Weise vorbereitete Bohrung wird dann einer Feinbearbeitung unterzogen. Um die Toleranzen in der Fertigung von Zylinderkurbelgehäusen erzielen zu können, wird heutzutage eine Kombination aus einer oder mehreren Bohroperationen und nachfolgenden Honoperationen verwendet. Die Vielzahl der Operationen ist vorgesehen, da Ungleichmäßigkeiten, die beispielsweise vom Guss des Zylinderkurbelgehäuses herrühren, relativ große Abträge von mehreren Zehntelmillimetern oder mehr nötig machen, gleichzeitig aber auch Form- und Lagetoleranzen im unteren Mikrometerbereich liegen können und damit eine Hochpräzisionsbearbeitung erfordern.The hole prepared in this way is then subjected to a fine machining. In order to achieve the tolerances in the production of cylinder crankcases, a combination of one or more drilling operations and subsequent honing operations is used today. The variety of operations is provided because irregularities resulting, for example, from the casting of the cylinder crankcase, necessitate relatively large discharges of several tenths of a millimeter or more at the same time but can also form and position tolerances in the lower micrometer range and thus require a high-precision machining.
Die Bohrbearbeitung hat dabei zwei wesentliche Aufgaben. Eine Aufgabe der Bohrbearbeitung ist die Herstellung der Position der gesamten Kurbelwellenlagerbohrung in Bezug auf ein werkstückfestes Koordinatensystem, beispielsweise in Bezug auf eine entsprechende Bezugsfläche am Zylinderkurbelgehäuse. Mittels der Bohroperation wird also die für das Werkstück vorgegebene Sollposition der Bohrungsachse erzeugt. Die andere Aufgabe der Bohrbearbeitung besteht in der Positionierung der einzelnen Lagerstellen zueinander, was in Fachkreisen auch als „Koaxialität” der Kurbelwellenlagerbohrung bezeichnet wird. Die Abträge bezogen auf den Bohrungsdurchmesser liegen bei der Bohroperation typischerweise im Bereich mehrerer Zehntelmillimeter, ggf. auch bei einem Millimeter oder darüber.Drilling has two main tasks. An object of the drilling operation is to establish the position of the entire crankshaft bearing bore with respect to a workpiece-fixed coordinate system, for example with respect to a corresponding datum surface on the cylinder crankcase. By means of the drilling operation, the setpoint position of the bore axis predetermined for the workpiece is thus generated. The other task of drilling is to position the individual bearings to each other, which is referred to in professional circles as "coaxiality" of the crankshaft bearing bore. With regard to the bore diameter, the cuts in the drilling operation typically lie in the range of several tenths of a millimeter, possibly even at one millimeter or above.
Nach dem Bohren erfolgt eine Honbearbeitung der Kurbelwellenlagerbohrung. Durch das Honen wird vor allem die geforderte Endqualität hinsichtlich Durchmessertoleranz, Zylinderform und Oberflächenrauheit erzielt, so dass die Toleranzen hinsichtlich des vorgebbaren Sollmaßes und der vorgebbaren Sollstruktur der Bohrungsinnenfläche eingehalten werden. Die Position und Koaxialität der Kurbelwellenlagerbohrung sollen beim Honen nicht verändert werden, da diese bereits durch die vorgeschaltete Bohroperation festgelegt wurden. Daher ist für das Honen eine gelenkige bzw. nachgiebige Kopplung zwischen Honwerkzeug und Honspindel vorgesehen, damit das Honwerkzeug der hinsichtlich ihrer Position bereits vorgegebenen Bohrung folgen kann, ohne aktiv deren Position zu verändern. Die Abträge bezogen auf den Bohrungsdurchmesser liegen bei der Honoperation typischerweise im Bereich unterhalb von 100 μm.After drilling, a honing of the crankshaft bearing bore takes place. By honing, above all, the required final quality in terms of diameter tolerance, cylindrical shape and surface roughness is achieved so that the tolerances with respect to the predefinable nominal dimension and the predefinable target structure of the bore inner surface are maintained. The position and coaxiality of the crankshaft bearing bore should not be changed during honing, as they have already been determined by the upstream drilling operation. Therefore, for honing an articulated coupling between the honing tool and honing spindle is provided so that the honing tool can follow the already predetermined with respect to their position hole, without actively changing their position. The cutoffs relative to the bore diameter are typically in the range below 100 μm in the honing operation.
Die
Aus der
Die
Der Artikel „Modular aufgebaute Honanlagen gewinnen an Bedeutung” von T. Abeln, G. Flores und U. Klink in: Maschinenmarkt, 1/2, 2009, Seiten 24 bis 27 bezieht sich in einem Abschnitt auf das oben angesprochene Positionshonen und erwähnt, dass dadurch das Feinbohren und das Vorhonen von Zylinderbohrungen zusammengefasst werden können. Erwähnt wird, dass die Anforderungen nach einem Abtrag von bis zu 0,8 mm im Durchmesser eine radikale Neukonzeption der kompletten Honeinheit erfordern. Dazu wird unter anderem das Honwerkzeug direkt an die Honspindel angeflanscht.The article "Modular Honing Machines Gain Importance" by T. Abeln, G. Flores and U. Klink in: Machine Market, 1/2, 2009, pages 24 to 27 refers in a section to the above-mentioned position honing and mentions that thereby the fine boring and the pre-honing of cylinder bores can be summarized. It is mentioned that the requirements for a removal of up to 0.8 mm in diameter require a radical redesign of the complete honing unit. Among other things, the honing tool is flanged directly to the honing spindle.
Das Gebrauchsmuster
AUFGABE UND LOSUNGTASK AND SOLUTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Feinbearbeitung von Bohrungen in Werkstücken sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung bereitzustellen, mit denen vor allem Kurbelwellenlagerbohrungen und andere Bohrungen relativ großer Länge unter Beibehaltung höchster Anforderungen an die Bearbeitungspräzision ausgehend von einer relativ groben Vorbereitung wirtschaftlicher als bisher feinbearbeitet werden können.It is an object of the invention to provide a method for fine machining bores in workpieces as well as a device suitable for carrying out the method, with which, in particular, crankshaft bearing bores and other bores of relatively large length while maintaining maximum Precision machining requirements can be more finely machined from a relatively crude preparation than previously.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 8 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.To achieve this object, the invention provides a method having the features of
Durch die Erfindung ergibt sich eine erhebliche Verkürzung der Prozesskette mit dem Potential für eine wesentlich wirtschaftlichere Durchführung der Feinbearbeitung. Das Fertigungsverfahren „Honen” wird hierbei nicht nur zur Einstellung von Durchmessertoleranz, Zylinderform und Oberflächenstruktur genutzt, sondern auch für die Einstellung der richtigen Position der Bohrungsachse in Bezug auf ein werkstückfestes Bezugssystem. Bei der Erzeugung der exakten Position der Bohrungsachse findet in der Regel auch eine Korrektur bzw. Verlagerung der Position der Bohrungsachse in Richtung ihrer Sollposition statt. Bei Bohrungen mit axial beabstandeten Bohrungsabschnitten wird dort, wo es erforderlich ist, gleichzeitig eine Verbesserung der Koaxialität der Bohrung erreicht. Da hierzu in der Regel in relativ kurzer Zeit relativ viel Material abgetragen wird, wird diese Honoperation als „Leistungshonoperation” bezeichnet.The invention results in a considerable shortening of the process chain with the potential for a much more economical implementation of fine machining. The honing process is used not only to set the diameter tolerance, cylinder shape and surface texture, but also to set the correct position of the bore axis relative to a workpiece-fixed reference frame. In the generation of the exact position of the bore axis, a correction or displacement of the position of the bore axis in the direction of its nominal position usually takes place. When drilling with axially spaced bore sections where it is required, at the same time an improvement of the coaxiality of the bore is achieved. As this usually relatively much material is removed in a relatively short time, this honing operation is referred to as "Leistungshonoperation".
Der Begriff „Honen” bezeichnet in dieser Anmeldung ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, bei dem vielschneidige Honwerkzeuge eine aus zwei Komponenten bestehende Arbeitsbewegung ausführen, die zu einer charakteristischen Oberflächenstruktur der bearbeiteten Innenfläche führt, die meist, aber nicht zwingend, überkreuzte Bearbeitungsspuren hat. Die von einer Honspindel einer Honmaschine auf das Honwerkzeug übertragene Arbeitsbewegung besteht in der Regel aus einer axial hin- und hergehenden Hubbewegung und einer dieser überlagerten Drehbewegung.The term "honing" in this application refers to a machining process with geometrically indeterminate cutting, in which multi-bladed honing tools perform a two-component working movement, which leads to a characteristic surface structure of the machined inner surface, which usually, but not necessarily, has crossed machining marks. The transferred from a honing spindle of a honing machine to the honing tool working movement is usually made of an axially reciprocating stroke movement and one of these superimposed rotational movement.
Im Vergleich zu Bohrwerkzeugen, die mit geometrisch bestimmten Schneiden arbeiten, haben Honwerkzeuge eine erheblich höhere Standzeit, so dass größere Stückzahlen ohne Werkzeugwechsel bearbeitet werden können. Während bei Bohrwerkzeugen ein Verschleiß der geometrisch bestimmten Schneiden zu einer allmählichen Veränderung der Eingriffsverhältnisse und damit zu einer Verschlechterung von Oberflächengüte und Formgenauigkeit führen kann, bleibt die Schneidleistung von Honwerkzeugen aufgrund des Selbstschärfungseffektes der mit gebundenen Schneidkörnern versehenen Schneidgruppen während der gesamten Standzeit im Wesentlichen konstant, so dass auch bei großen Stückzahlen bearbeiteter Werkstücke weitgehend gleichbleibende Qualitäten der Oberflächenmikrostruktur erzielbar sind.In comparison to drilling tools that work with geometrically determined cutting edges, honing tools have a considerably longer tool life, so that larger quantities can be machined without changing tools. While in drilling tools wear of the geometrically determined cutting can lead to a gradual change of engagement conditions and thus deterioration of surface quality and dimensional accuracy, the cutting performance of honing tools due to the self-sharpening effect of the cutting grains provided with cutting groups during the entire service life is substantially constant, so that even with large quantities machined workpieces largely consistent qualities of the surface microstructure can be achieved.
Bei den Honverfahren kann man zwischen dem klassischen Honen und dem sogenannten Dornhonen unterscheiden. Beim klassischen Honen werden Honwerkzeuge mit während des Honens radial zustellbaren Schneidgruppen verwendet, um durch eine Vielzahl von Hüben allmählich das gewünschte Sollmass der Bohrung zu erreichen. Beim Dornhonen wird dagegen ein auf Sollmass (Fertigmass) voreingestelltes Dornhonwerkzeug verwendet, welches üblicherweise einen konischen Schneidbereich und einen sich daran anschließenden, ebenfalls schneidenden, zylindrischen Kalibrierbereich hat. Der gesamte Abtragsvorgang erfordert beim Dornhonen in der Regel nur einen oder wenige, z. B. maximal drei, Doppelhübe. Beide Honverfahren können im Rahmen der vorliegenden alternativ oder in Kombination Erfindung genutzt werden.In the honing process one can distinguish between the classic honing and the so-called thorn honing. In classical honing honing tools are used with radially deliverable cutting groups during honing in order to gradually achieve the desired desired size of the bore by a plurality of strokes. In contrast, during mandrel honing, a mandrel honing tool preset to the specified size (finished size) is used, which usually has a conical cutting area and an adjoining, likewise intersecting, cylindrical calibrating area. The entire removal process requires Dornhonen usually only one or a few, z. B. maximum three, double strokes. Both honing methods can be used within the scope of the present invention alternatively or in combination.
Die Leistungshonbearbeitung kann die konventionelle Kombination aus Bohroperation und Honoperation vollständig ersetzen. Dadurch kann die herkömmliche gesonderte Bohroperation und die dafür nötige gesonderte Bohrstation eingespart werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist zwischen der Herstellung der vorbereiteten Bohrung und der Leistungshonoperation keine Bohroperation zwischengeschaltet. Bei der Bearbeitung von Kurbewellenlagerbohrungen kann die Leistungshonoperation z. B. unmittelbar nach dem Zusammenbau der die Kurbelwellenlagerbohrung bildenden Einzelteile (Zylinderkurbelgehäuse und Lagerdeckeln bzw. der Teile des Zylinderkurbelgehäuses) erfolgen. Das zusammengebaute bzw. auf andere Weise vorbereitete Werkstück muss nur einmal in eine Werkstückhalterung eingespannt werden, ein zeitaufwendiges Umspannen entfällt.Performance honing can completely replace the conventional combination of drilling operation and honing operation. As a result, the conventional separate Bohroperation and the necessary separate drilling station can be saved. In preferred embodiments, no drilling operation is interposed between the preparation of the prepared bore and the power honing operation. When machining crankshaft bearing bores, the performance honing operation may, for. B. immediately after assembly of the crankshaft bearing bore forming items (cylinder crankcase and bearing caps or the parts of the cylinder crankcase) done. The assembled or prepared in another way workpiece must be clamped only once in a workpiece holder, a time-consuming re-clamping is eliminated.
Es ist jedoch auch möglich, vor der Leistungshonbearbeitung eine Bohroperation (z. B. Feinbohren bzw. Feinspindeln) durchzuführen, um die vorbereitete Bohrung für das Leistungshonen vorzubearbeiten.However, it is also possible to perform a drilling operation (eg fine boring or fine spindles) prior to power honing in order to pre-process the prepared hole for power honing.
Ein Charakteristikum der Leistungshonbearbeitung ist der im Vergleich zum konventionellen Honen starke Materialabtrag, der u. a. die richtige Positionierung der Bohrungsachse bzw. eine Verlagerung der Bohrungsachse ermöglicht. Der an einem Werkstück tatsächlich erforderliche Abtrag hängt von der Vorbereitung ab und kann von Werkstück zu Werkstück einer Serie variieren. Häufig wird zumindest an einem oder mehreren Werkstücken einer Serie ein Abtrag von mindestens 1 mm erzeugt, wobei der Abtrag insbesondere auch zwischen 1 mm und 2 mm liegen kann. Bei einzelnen, besonders gut vorbereiteten Werkstücken oder Werkstückabschnitten kann der Abtrag auch weniger als 0.5 mm oder weniger als 0.3 mm betragen. Der Abtrag liegt in der Regel deutlich über 100 μm oder 150 μm.One of the characteristics of the power honing process is the high material removal compared to conventional honing, which among other things enables the correct positioning of the bore axis or a displacement of the bore axis. The actual removal required on a workpiece depends on the preparation and can vary from workpiece to workpiece of a series. Often, at least one or several workpieces of a series produces a removal of at least 1 mm, wherein the removal may in particular also be between 1 mm and 2 mm. In the case of individual, particularly well-prepared workpieces or workpiece sections, the removal may also be less than 0.5 mm or less than 0.3 mm. The removal is usually well above 100 microns or 150 microns.
Um eine wirtschaftliche Feinbearbeitung innerhalb kurzer Taktzeiten zu ermöglichen, wird bei manchen Verfahrensvarianten während der Leistungshonbearbeitung mindestens phasenweise mittels geometrisch unbestimmte Schneiden Material mit einem Zeitspanvolumen QW = V/t abgetragen, das deutlich größer ist als beim konventionellen Honen. Hierbei ist V das durch Zerspanung abgetrennte Volumen des Werkstücks und t die dafür benötigte Bearbeitungszeit, so dass sich als Dimension [mm3/s] ergibt. Für das Volumen V gilt die Näherung V ≈ (π(D2 – d2)L)/4, wobei d der (kleinere) Durchmesser der Bohrung vor dem Abtrag, D der (größere) Durchmesser nach dem Abtrag und L die Länge der bearbeiten Bohrung bzw. des im Durchmesser vergrößerten Bohrungsabschnitts ist.In order to enable economical finishing within short cycle times, in some variants of the method during the power honing process, material is removed at least in phases by means of geometrically indeterminate cutting edges with a material removal rate Q W = V / t which is significantly greater than with conventional honing. Here, V is the volume of the workpiece cut by machining and t is the machining time required for it, so that the dimension [mm 3 / s] results. For the volume V, the approximation V ≈ (π (D 2 - d 2 ) L) / 4 applies, where d is the (smaller) diameter of the bore before erosion, D the (larger) diameter after erosion and L the length of the bore Edit bore or the enlarged diameter bore section is.
Um eine Vergleichbarkeit von Zahlenwerten zu erreichen, wird das Zeitspanvolumen in dieser Anmeldung auf eine Bearbeitungszeit t = 20 s (entsprechend einer typischen Honzeit) und eine Länge L = 20 mm (entsprechend einer typischen Stegbreite eines einzelnen Lagerstegs einer Kurbelwellenlagerbohrung eines PKW-Motors) bezogen. Das auf diese Weise normierte Zeitspanvolumen wird in dieser Anmeldung als „spezifisches” Zeitspanvolumen bezeichnet und mit QW S abgekürzt.In order to achieve comparability of numerical values, the time-wasting volume in this application is referred to a processing time t = 20 s (corresponding to a typical honing time) and a length L = 20 mm (corresponding to a typical web width of a single bearing web of a crankshaft bearing bore of a passenger car engine) , The normalized in this way removal rate is referred to herein as a "specific" removal rate and abbreviated Q W S.
Betrachtet man nun typische Bohrungen mit Nominaldurchmessern aus dem Bereich von 40 mm bis 70 mm, so liegt das spezifische Zeitspanvolumen vorzugsweise bei mehr als 13 mm3/s (für 40 mm) bzw. mehr als 22 mm3/s (für 70 mm). Diese typischen Untergrenzen werden in der Regel deutlich überschritten. Bei einem Nominaldurchmesser 40 mm kann z. B. QW S > 30 mm3/s, gelegentlich auch QW S > 50 mm3/s oder sogar QW S > 100 mm3/s gelten. Bei einem Nominaldurchmesser 70 mm kann z. B. QW S > 50 mm3/s, gelegentlich auch QW S > 100 mm3/s oder sogar QW S > 150 mm3/s gelten.If one now considers typical bores with nominal diameters in the range of 40 mm to 70 mm, then the specific chip removal volume is preferably more than 13 mm 3 / s (for 40 mm) or more than 22 mm 3 / s (for 70 mm). , These typical lower limits are usually clearly exceeded. For a nominal diameter of 40 mm, z. Q W S > 30 mm 3 / s, occasionally Q W S > 50 mm 3 / s or even Q W S > 100 mm 3 / s. For a nominal diameter of 70 mm, z. Q W S > 50 mm 3 / s, occasionally Q W S > 100 mm 3 / s or even Q W S > 150 mm 3 / s.
Hohe Zeitspanvolumina können u. a. durch unkonventionell hohe Schnittgeschwindigkeiten gefördert werden, welche wiederum von der Drehgeschwindigkeit (Drehzahl) und/oder der Hubgeschwindigkeit des Honwerkzeuges abhängen.High chip removal rates may occur. a. be promoted by unconventionally high cutting speeds, which in turn depend on the rotational speed (speed) and / or the lifting speed of the honing tool.
Bei manchen Verfahrensvarianten wird das Honwerkzeug während der Leistungshonbearbeitung mindestens phasenweise mit einer Drehzahl von mehr als 400 U/min gedreht wird, wobei die Drehzahl vorzugsweise mindestens phasenweise mehr als 1000 U/min, insbesondere mehr als 1500 U/min beträgt. Häufig liegt die Drehzahl im Bereich von 1500 U/min bis 2500 U/min.In some process variants, the honing tool is rotated during the power honing at least in phases at a speed of more than 400 U / min, wherein the speed is preferably at least in phases more than 1000 U / min, in particular more than 1500 U / min. Often the speed is in the range of 1500 rpm to 2500 rpm.
Alternativ oder zusätzlich kann das Honwerkzeug beim klassischen Honen (mit aufweitbarem Honwerkzeug) während der Leistungshonbearbeitung mindestens phasenweise mit einer maximalen Hubgeschwindigkeit von mehr als 20 m/min bewegt werden, wobei die maximale Hubgeschwindigkeit vorzugsweise mindestens phasenweise zwischen 30 m/min und 50 m/min liegt oder sogar mehr als 50 m/min beträgt. Beim Dornhonen (mit voreingestelltem Werkzeug) können maximale Hubgeschwindigkeiten von mehr als 12 mm/min, insbesondere mehr als 20 m/min erreicht werden.Alternatively or additionally, the honing tool during classical honing (with expandable honing tool) during the power honing at least in phases with a maximum lifting speed of more than 20 m / min are moved, the maximum lifting speed preferably at least in phases between 30 m / min and 50 m / min or even more than 50 m / min. When mandrel honing (with preset tool) maximum lifting speeds of more than 12 mm / min, in particular more than 20 m / min can be achieved.
Der Spindelantrieb der Honmaschine ist dann hinsichtlich maximaler Drehzahl, maximaler Hubgeschwindigkeit und Antriebsleistung entsprechend ausgelegt.The spindle drive of the honing machine is then designed accordingly in terms of maximum speed, maximum lifting speed and drive power.
Eine spezielle Auslegung der Schneidmittel kann die Erreichung hoher Abtragsraten bzw. Zeitspanvolumina und anderer Bearbeitungskriterien begünstigen. Beispielsweise kann es günstig sein, relativ lange Schneidleisten zu verwenden. Bei manchen Ausführungsformen wird ein Honwerkzeug verwendet, das mehrere um einen Werkzeugkörper verteilte Schneidleisten aufweist, wobei eine Länge der Schneidleisten mehr als 60%, insbesondere mehr als 80% der axialen Bohrungslänge beträgt. Alternativ oder zusätzlich kann die Länge der Schneidleisten mehr als das Dreifache oder mehr als das Vierfache oder mehr als das Fünffache des wirksamen Durchmessers des Honwerkzeugs betragen. Für die Bearbeitung typischer Kurbelwellenlagerbohrungen, z. B. mit Durchmessern im Bereich von 40 mm bis 70 mm, kann die Schneidleistenlänge z. B. bei 200 mm oder darüber liegen, z. B. zwischen 300 mm und 400 mm. Bei Verwendung relativ langer Schneidleisten können bei Honwerkzeugen mit radial zustellbaren Schneidleisten große Bereiche der Bohrung gleichzeitig bearbeitet werden. Bei Verwendung konischer Schneidleisten (Dornhonen) kann in einem einzigen Arbeitshub eine große Durchmesseränderung herbeigeführt werden. Relativ lange Schneidleisten sind auch im Hinblick auf die Geradheit der erzeugten Bohrung in der Regel günstig.A special design of the cutting means may favor the achievement of high Abtragsraten or Zeitspanvolumina and other processing criteria. For example, it may be convenient to use relatively long cutting strips. In some embodiments, a honing tool is used which has a plurality of cutting bars distributed around a tool body, wherein a length of the cutting bars is more than 60%, in particular more than 80% of the axial bore length. Alternatively or additionally, the length of the cutting bars can be more than three times or more than four times or more than five times the effective diameter of the honing tool. For the processing of typical crankshaft bearing bores, z. B. with diameters in the range of 40 mm to 70 mm, the cutting bar length z. B. at 200 mm or above, z. B. between 300 mm and 400 mm. When using relatively long cutting strips can be processed simultaneously in honing tools with radially deliverable cutting edges large areas of the bore. When using conical cutting bars (Dornhonen) can be brought in a single stroke a large change in diameter. Relatively long cutting bars are also favorable with regard to the straightness of the bore produced in the rule.
Bei der Leistungshonbearbeitung werden bevorzugt relativ grobkörnige Schneidmittel verwendet, insbesondere solche mit sehr harten Schneidkörnern, z. B. mit Diamant-Schneidkörnern. Wird die Leistungshonbearbeitung einstufig durchgeführt, so werden häufig mittlere Korngrößen aus dem Bereich zwischen ca. 50 μm und ca. 150 μm (bei Diamantleisten z. B. von D54 bis D151) vorteilhaft sein, um einen guten Kompromiss zwischen hoher Abtragsleistung und gleichzeitig ausreichend feiner Oberflächenstruktur der bearbeiteten Innenflächen nach Abschluss der Leistungshonbearbeitung zu erhalten. Insbesondere bei einer mehrstufigen, z. B. zweistufigen, Leistungshonbearbeitung kann auch noch gröberes Schneidmittel verwendet werden. Beispielsweise können in einer ersten Stufe Schneidmittel mit mittleren Korngrößen von mehr als 150 μm verwendet werden, bei Diamantschneidkörnern z. B. bis zu D181. Die zweite Stufe kann dann mit wesentlich feinerer Körnung gefahren werden, z. B. mit D35 bis D64 bei der klassischen Variante (aufweitbares Honwerkzeug) bzw. mit D91 bis D126 beim Dornhonen. In the power honing relatively coarse-grained cutting means are preferably used, especially those with very hard cutting grains, eg. B. with diamond cutting grains. If the power honing process is carried out in one stage, average particle sizes in the range between approximately 50 μm and approximately 150 μm (with diamond strips, for example, from D54 to D151) will often be advantageous in order to achieve a good compromise between high removal rate and at the same time sufficiently fine To obtain surface structure of the machined inner surfaces after completion of the power honing. In particular, in a multi-stage, z. B. two-stage, Leistungshonbearbeitung even coarser cutting means can be used. For example, in a first stage, cutting means having mean grain sizes of more than 150 .mu.m can be used, for diamond cutting grains z. Up to D181. The second stage can then be driven with much finer grain size, z. B. with D35 to D64 in the classical variant (expandable honing tool) or with D91 to D126 Dornhonen.
Bei manchen Verfahrensvarianten wird das Werkstück in einer Werkstückposition fixiert und das Honwerkzeug wird koaxial zur Sollposition der Bohrungsachse in die Bohrung eingeführt und innerhalb der Bohrung bewegt. Bei falscher Lage der aktuellen Bohrungsachse (Ist-Bohrungsachse) in Bezug auf das werkstückfeste Bezugssystem nach der Vorbearbeitung wird das Honwerkzeug also exzentrisch in die vorbereitete Bohrung eingeführt und die Werkzeugachse bleibt während der gesamten Leistungshonoperation in ihrer Position, während sich die tatsächliche Position der Bohrungsachse im Laufe der Bearbeitung ihrer durch die Position der Werkzeugachse vorgegebenen Sollposition nähert.In some variants of the method, the workpiece is fixed in a workpiece position and the honing tool is inserted coaxially to the desired position of the bore axis in the bore and moved within the bore. Incorrect positioning of the actual bore axis (actual bore axis) with respect to the workpiece-fixed reference system after pre-machining thus causes the honing tool to be eccentrically inserted into the prepared bore and the tool axis remains in position during the entire power honing operation while the actual position of the bore axis is in the As the machining progresses, it approaches its intended position dictated by the position of the tool axis.
Damit durch die Leistungshonbearbeitung die Position der Bohrungsachse vorgegeben und ggf. durch axial und/oder in Umfangsrichtung ungleich verteilten Materialabtrag geändert werden kann, ist eine exakte Festlegung der Position der Werkzeugachse (bezüglich Lage im Raum und Winkellage bzw. Orientierung) während des Honens vorgesehen. Dies kann durch eine radiale Führung des Honwerkzeugs erreicht werden. Vorzugsweise wird das Honwerkzeug mit einer spindelseitigen Kupplungsstruktur starr an eine Honspindel oder an eine starr mit der Honspindel gekoppelte Antriebsstange angekoppelt und an mindestens einer mit axialem Abstand von der Kupplungsstruktur angeordneten Lagerstelle geführt, wobei zwischen der Kupplungsstruktur und der Lagerstelle mindestens eine Schneidgruppe des Honwerkzeugs angeordnet ist. Die auf diese Schneidgruppe wirkenden Radialkräfte können somit an beiden Seiten der Schneidgruppe aufgenommen werden, wodurch die Lage der Werkzeugachse im Bereich der Schneidgruppe auch bei starken Querkräften stabil bleibt. Gerade bei axial langen Bohrungen, z. B. mit einem Länge-Durchmesserverhältnis von deutlich mehr als 3 oder mehr als 4 oder mehr als 5 oder mehr als 6, hat sich diese Art der starren Führung der Axialbewegung bewährt.In order that the position of the bore axis can be predetermined by the power honing and optionally changed by axially and / or circumferentially unequally distributed material removal, an exact determination of the position of the tool axis (with respect to position in space and angular position or orientation) is provided during honing. This can be achieved by a radial guidance of the honing tool. Preferably, the honing tool with a spindle-side coupling structure is rigidly coupled to a honing spindle or to a rigidly coupled to the honing spindle drive rod and guided at least one axially spaced from the coupling structure bearing point, wherein between the coupling structure and the bearing at least one cutting group of the honing tool is arranged , The radial forces acting on this cutting group can thus be absorbed on both sides of the cutting group, whereby the position of the tool axis in the region of the cutting group remains stable even with strong lateral forces. Especially with axially long holes, z. B. with a length-diameter ratio of significantly more than 3 or more than 4 or more than 5 or more than 6, this type of rigid guidance of the axial movement has been proven.
Gemäß der beanspruchten Erfindung wird ein spindelferner Endabschnitt des Honwerkzeugs an der der Eintrittseite der Bohrung gegenüber liegenden Austrittsseite in einem Gegenhalter drehbar gelagert. Diese Variante ist bei allen Werkstücken mit durchgehender Bohrung möglich. Der Gegenhalter wird bei einer axialen Hubbewegung des Honwerkzeugs mit dem Honwerkzeug mitbewegt, und zwar entweder passiv (ohne eigenen Verschiebungsantrieb) oder aktiv (mittels Verschiebungsantrieb). Bei einem mitbewegten Gegenhalter bleibt die Einspannlänge der Honwerkzeuges zwischen der spindelseitigen Kupplungsstruktur und dem Gegenhalter während der Hubbewegung konstant, was sich positiv auf die Bearbeitungsqualität auswirken kann.According to the claimed invention, a spindle distal end portion of the honing tool is rotatably mounted on the exit side of the bore opposite discharge side in a counter-holder. This variant is possible with all workpieces with a continuous bore. The counter-holder is moved with the honing tool during an axial stroke movement of the honing tool, either passively (without its own displacement drive) or actively (by means of displacement drive). In a co-moving counter-holder, the clamping length of the honing tool between the spindle-side coupling structure and the anvil remains constant during the lifting movement, which can have a positive effect on the quality of machining.
Bei nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Varianten ist es auch möglich, dass der Gegenhalter an einer maschinenfesten Position fixiert ist, so dass sich das Honwerkzeug während der Hubbewegungen relativ zum Gegenhalter bewegt. Solche Ausführungsformen sind konstruktiv besonders einfach, da auf Linearführungen und ggf. einen Antrieb für den Gegenhalter verzichtet werden kann.When not belonging to the claimed invention variants, it is also possible that the counter-holder is fixed to a machine-fixed position, so that the honing tool moves during the lifting movements relative to the counter-holder. Such embodiments are structurally particularly simple, as can be dispensed with linear guides and possibly a drive for the anvil.
Varianten mit Führungsstellen vor und hinter der Bohrung (vordere und hintere Führung) und/oder Varianten mit innerer Führung sind ebenfalls möglich.Variants with guide points in front of and behind the bore (front and rear guide) and / or variants with inner guide are also possible.
Die Kurbelwellenlagerbohrung ist ein Beispiel für eine axial relativ lange Bohrung, die mehrere Bohrungsabschnitte hat, die miteinander fluchtend und in gegenseitigem Abstand zueinander in Reihe angeordnet sind. Bei derartigen Werkstücken ist es möglich, dass mindestens eine Werkzeuglagerung für das Honwerkzeug zwischen zwei benachbarten Bohrungsabschnitten liegt. Bei manchen Ausführungsformen ist eine solche „innere Führung”, d. h. eine Werkzeugführungseinrichtung im Inneren des Werkstücks zwischen zwei benachbarten Bohrungsabschnitten, und somit zwischen Bohrungseintritt und Bohrungsaustritt, vorgesehen. Der axiale Abstand zwischen den Lagerstellen für das Honwerkzeug kann auf diese Weise kurz gehalten werden, wodurch eine gegen Querkräfte besonders stabile Lagerung bzw. Führung erreicht und eine Durchbiegung des Honwerkzeugs zwischen Lagerstellen verhindert oder vermindert werden kann.The crankshaft bearing bore is an example of an axially relatively long bore having a plurality of bore portions arranged in alignment with each other and aligned in series with each other. In such workpieces, it is possible that at least one tool storage for the honing tool lies between two adjacent bore sections. In some embodiments, such an "inner guidance", i. H. a tool guide device in the interior of the workpiece between two adjacent bore portions, and thus between the bore entry and hole exit, provided. The axial distance between the bearing points for the honing tool can be kept short in this way, whereby a particularly stable against lateral forces storage or leadership achieved and a bending of the honing tool between bearings can be prevented or reduced.
Bei einer für eine innere Führung geeigneten Variante hat eine als Führungseinrichtung dienende Werkzeuglagerung ein maschinenfest fixierbares Lagerelement, an oder in welchem ein gegenüber diesem Lagerelement frei drehbares Führungselement drehbar gelagert ist, welches sich im Betrieb mit dem hindurchgeführten, sich drehenden Honwerkzeug mitdreht und dieses führt und gegen Radialkräfte abstützt. Das drehbare Führungselement kann mindestens ein Mitnehmerelement aufweisen, das zum (in Umfangsrichtung formschlüssigen) Eingriff in eine am Werkzeugkörper des Honwerkzeugs vorgesehene Ausnehmung vorgesehen ist, so dass das Führungselement als passives Element (ohne eigenen Antrieb) einfach und robust ausgeführt werden kann. Am Innenumfang des Führungselementes können axial durchgehende Aussparungen vorgesehen sein, durch die hindurch die am Honwerkzeug angebrachten Schneidelemente (z. B. Honleisten) ohne Berührungskontakt hindurchpassen. In a variant suitable for an inner guide, a tool bearing serving as a guide device has a bearing element fixed to the machine on or in which a guide element freely rotatable relative to this bearing element is rotatably mounted, which during operation rotates with and guides the rotating honing tool and guides it supported against radial forces. The rotatable guide element may have at least one driver element which is provided for engagement with a recess provided on the tool body of the honing tool so that the guide element can be made simple and robust as a passive element (without its own drive). Axially continuous recesses may be provided on the inner circumference of the guide element, through which the cutting elements (eg, honing stones) attached to the honing tool pass without contact.
Die Innere Führung kann auch in Verbindung mit einem Gruppenwerkzeug sinnvoll sein, bei dem an einem Werkzeugkörper mehrere mit axialem Abstand zueinander angeordnete Schneidgruppen zur gleichzeitigen Honbearbeitung mehrerer in axialem Abstand zueinander angeordneter Bohrungsabschnitte angeordnet sind, wobei die Anzahl der Schneidgruppen vorzugsweise der Anzahl der gleichzeitig zu bearbeitenden Bohrungsabschnitte entspricht. Ein Gruppenwerkzeug für einen Vierzylinder-Reihenmotorblock kann z. B. fünf Schneidgruppen für die fünf Lagerstellen haben. Eine innere Werkzeuglagerung kann dann zwischen zwei Schneidgruppen am Werkzeugkörper angreifen. Es können zwei oder mehr innere Werkzeuglagerungen vorgesehen sein, z. B. eine für jeden Zwischenraum zwischen Schneidgruppen.The inner guide can also be useful in conjunction with a group tool in which a plurality of axially spaced apart cutting groups for simultaneous honing of a plurality of axially spaced bore sections are arranged on a tool body, wherein the number of cutting groups preferably the number of simultaneously processed Bore sections corresponds. A group tool for a four-cylinder in-line engine block can, for. B. have five cutting groups for the five bearings. An inner tool storage can then attack between two cutting groups on the tool body. There may be provided two or more inner tool bearings, for. B. one for each gap between cutting groups.
Die Erfindung betrifft auch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Feinbearbeiten einer Bohrung in einem Werkstück, insbesondere zum Feinbearbeiten einer Kurbelwellenlagerbohrung in einem Zylinderkurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer durch einen Spindelantrieb antreibbaren Honspindel, an die ein Honwerkzeug angekoppelt oder ankoppelbar ist, und einer Lagereinrichtung zur axialen Führung einer Hubbewegung des Honwerkzeuges.The invention also relates to a device suitable for carrying out the method for fine machining a bore in a workpiece, in particular for fine machining a crankshaft bearing bore in a cylinder crankcase of an internal combustion engine, with at least one drivable by a spindle drive honing spindle to which a honing tool is coupled or coupled, and a Bearing device for axial guidance of a lifting movement of the honing tool.
Vorzugsweise ist das Honwerkzeug direkt oder unter Zwischenschaltung einer starren Antriebsstange starr an die Honspindel angekoppelt oder ankoppelbar und die Lagereinrichtung ist dafür eingerichtet, an einer mit axialem Abstand von einer spindelseitigen Kupplungsstruktur des Honwerkzeuges angeordneten Lagerstelle derart an dem Honwerkzeug anzugreifen, dass zwischen der Kupplungsstruktur und der Lagerstelle mindestens eine Schneidgruppe oder ein Abschnitt einer Schneidgruppe des Honwerkzeugs angeordnet ist. Eine vordere und/oder eine hintere Führung und/oder eine innere Führung können vorgesehen sein.Preferably, the honing tool is rigidly coupled or coupled to the honing spindle, directly or with the interposition of a rigid drive rod, and the bearing device is adapted to engage the honing tool at a bearing point arranged at an axial distance from a spindle-side coupling structure of the honing tool in such a way that the coupling structure and the Bearing at least one cutting group or a portion of a cutting group of the honing tool is arranged. A front and / or a rear guide and / or an inner guide may be provided.
Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Dabei können 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 Ausführungsformen darstellen. Bevorzugte Ausführungsformen werden an Hand der beigefügten Zeichnungen erläutert.The foregoing and other features will become apparent from the claims and from the description and drawings. In this case, the individual features can be implemented individually or in the form of subcombinations in one embodiment of the invention and in other areas, and can represent advantageous embodiments. Preferred embodiments will be explained with reference to the accompanying drawings.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
In
Auf einem Maschinenbett
Der Hubantrieb ist für maximale Hubgeschwindigkeiten im Bereich von 40 m/min oder 50 m/min oder mehr ausgelegt, der Drehantrieb für maximale Drehzahlen von etwa 2.500 U/min bis 3.000 U/min. Die verfügbare Antriebsleistung für Hub und Drehung liegt bei mehr als 10 kW.The lifting drive is designed for maximum lifting speeds in the range of 40 m / min or 50 m / min or more, the rotary drive for maximum speeds from about 2,500 rpm to 3,000 rpm. The available drive power for stroke and rotation is more than 10 kW.
Das zu bearbeitende Werkstück
Die Ölwannen-Anschlussfläche
An der spindelfernen Seite des Werkstückhalters ist auf dem Maschinenbett eine parallel zur Spindelachse
Das Honwerkzeug
Bei anderen Ausführungsformen ist die spindelseitige Kupplungsstruktur des Honwerkzeuges direkt am werkzeugseitigen Ende der Honspindel befestigt, so dass ohne zwischengeschaltete Antriebsstange gearbeitet wird (vgl.
Das Honwerkzeug
Die parallel zur Werkzeugachse gemessene Länge der Schneidleisten beträgt vorzugsweise mehr als 60%, gegebenenfalls sogar mehr als 70% und im Beispielsfall sogar etwas mehr als 80% der Länge der mit dem Honwerkzeug zu bearbeitenden Kurbelwellenlagerbohrung, was einerseits hohe Abtragsleistungen fördert und sich andererseits günstig auf die Geradheit der Bohrung bzw. die Koaxialität der bearbeiteten Lagerstege auswirkt.The measured parallel to the tool axis length of the cutting bars is preferably more than 60%, possibly even more than 70% and in the example even slightly more than 80% of the length of the honing tool to be processed crankshaft bearing bore, which on the one hand promotes high Abtragsleistungen and on the other hand favorable the straightness of the bore or the coaxiality of the processed bearing webs effect.
Das spindelferne Ende des Führungsschafts
Einige Besonderheiten des Werkstücks
Eine etwas größere Formtoleranz als bei den Zylinderbohrungen haben die Lagerstellen für die Kurbelwelle im Bereich der Kurbelwellenlagerbohrung
Ein weiteres wichtiges Kriterium bezüglich der Kurbelwellenlagerbohrung ist die Position ihrer Bohrungsachse
Mit Hilfe der Honmaschine
Zunächst wird das Werkstück
Nach Festspannen des Werkstückes wird das Honwerkzeug in die Kurbelwellenlagerbohrung von der spindelzugewandten Eintrittsseite so weit eingeführt, dass der spindelferne Endabschnitt des Führungsschafts
Danach werden der Hubantrieb, der Drehantrieb und der Antrieb des Zustellsystems für die Aufweitung der Schneidgruppe eingeschaltet. Um in relativ kurzen Taktzeiten einen gegebenenfalls erheblichen Materialabtrag zu erzielen, liegen die maximalen Hubgeschwindigkeiten und die maximalen Drehzahlen typischerweise deutlich über den entsprechenden Werten für die konventionelle Honbearbeitung, wie sie beispielsweise bei der Bearbeitung von Zylinderbohrungen üblich sind. Maximale Hubgeschwindigkeiten können mehr als 20 m/min oder mehr als 30 m/min bis beispielsweise etwa 40 m/min betragen, die maximalen Drehzahlen liegen typischerweise zumindest während einer Phase der Honbearbeitung bei mehr als 1.000 U/min oder darüber, wobei selten mehr als 2.500 U/min erforderlich sein werden.Thereafter, the lifting drive, the rotary drive and the drive of the delivery system for the widening of the cutting group are turned on. In order to achieve a possibly substantial material removal in relatively short cycle times, the maximum lifting speeds and the maximum speeds are typically significantly higher than the corresponding values for the conventional honing machining, as are customary, for example, in the machining of cylinder bores. Maximum lifting speeds may be more than 20 m / min or more than 30 m / min to, for example, about 40 m / min, the maximum speeds typically being more than 1,000 rpm or more, at least during a honing process, rarely more than 2,500 rpm will be required.
Bei fortschreitender Aufweitung (Durchmesservergrößerung) des Honwerkzeuges werden dann durch das schnell drehende und schnell axial oszillierende Honwerkzeug zunächst die am weitesten innen liegenden Abschnitte der Lagerstellen durch die vielschneidigen Schneidleisten zerspant. Mit zunehmender Aufweitung geht dieser einseitige Partialschnitt nach und nach in einen über den gesamten Umfang eines Bohrungsabschnitts verlaufenden Vollschnitt über. Dabei erhalten alle Bohrungsabschnitte allmählich eine zur Werkzeugachse
Zur Ermittlung des Zeitspanvolumens wird in dieser Anmeldung von einem spezifischen Zeitspanvolumen QW S = V/t[mm3/s] ausgegangen, wobei V das durch Zerspanung abgetrennte Volumen des Werkstücks und t die dafür benötigte Bearbeitungszeit ist. Für das Volumen V gilt die Näherung V ≈ (π(D2 – d2)L)/4, wobei d der (kleinere) Durchmesser der Bohrung vor dem Abtrag, D der (größere) Durchmesser nach dem Abtrag und L die Länge der bearbeiten Bohrung bzw. des im Durchmesser vergrößerten Bohrungsabschnitts ist. Das spezifische Zeitspanvolumen ist hier auf eine Bearbeitungszeit t = 20 s (entsprechend einer typischen Honzeit) und eine Länge L = 20 mm (entsprechend einer typischen Stegbreite eines einzelnen Lagerstegs einer Kurbelwellenlagerbohrung eines PKW-Motors) bezogen bzw. normiert. Die in Tabelle A (siehe Ende der Beschreibung) angegebenen Werte für das Zeitspanvolumen sind für typische nominelle Bohrungsdurchmesser von 40 mm bis 70 mm angegeben. In denjenigen Spalten, in denen die Anzahl der Stege gleich 1 ist, entsprechen die Werte dem spezifischen Zeitspanvolumen für die vier verschiedenen Durchmesser.In order to determine the chip removal volume, in this application a specific removal rate Q W S = V / t [mm 3 / s] is assumed, where V is the volume of the workpiece cut off by machining and t is the required processing time. For the volume V, the approximation V ≈ (π (D 2 - d 2 ) L) / 4 applies, where d is the (smaller) diameter of the bore before erosion, D the (larger) diameter after erosion and L the length of the bore Edit bore or the enlarged diameter bore section is. The specific chip removal volume here is based on a processing time t = 20 s (corresponding to a typical honing time) and a length L = 20 mm (corresponding to a typical web width of a single bearing web of a crankshaft bearing bore of a passenger car engine). The values given in Table A (see end of the description) for the chip removal rate are given for typical nominal bore diameters of 40 mm to 70 mm. In those columns where the number of lands is 1, the values correspond to the specific chip removal volume for the four different diameters.
Für eine typische Kurbelwellenlagerbohrung eines Reihenvierzylinders mit 60 mm Durchmesser und 5 Lagerstegen (Bohrungsabschnitten) mit je 20 mm Länge ergibt sich z. B. ein Minimalwert des Zeitspanvolumens von ca. 94 mm3/s (entsprechend einem Abtrag von 0.2 mm im Durchmesser), und ein Wert von 942 mm3/s entspricht einem Abtrag von 2 mm.For a typical crankshaft bearing bore of a series four-cylinder with 60 mm diameter and 5 bearing webs (bore sections), each with 20 mm length results in z. B. a minimum value of the Zeitspanvolumens of about 94 mm 3 / s (corresponding to a removal of 0.2 mm in diameter), and a value of 942 mm 3 / s corresponds to a removal of 2 mm.
Häufig erreichte (Gesamt-)Zeitspanvolumina bei der Kurbelwellenlagerbohrungsbearbeitung mit typischen Bohrungsdurchmessern von ca. 40 mm bis ca. 70 mm liegen im Bereich von ca. 300 mm3/s bis ca. 700 mm3/s. Dies ist eine signifikante Erhöhung gegenüber konventionellen Honverfahren, wo heute beim Honen von Kurbelwellenlagerbohrungen typischerweise maximale Gesamt-Zeitspanvolumina im Bereich bis zu ca. 45 mm3/s erreicht werden.Frequently achieved (total) Zeitspanvolumina in the crankshaft bearing bore machining with typical bore diameters of about 40 mm to about 70 mm are in the range of about 300 mm 3 / s to about 700 mm 3 / s. This is a significant increase over conventional honing methods, where today, when honing crankshaft bearing bores, maximum total chip removal rates in the range of up to about 45 mm 3 / s are typically achieved.
Die hohe Antriebsleistung in Verbindung mit unkonventionell hohen Drehzahlen und Hubgeschwindigkeiten erlauben im Vergleich zum konventionellen Honen eine starke Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit. Dadurch können Abträge im Bereich zwischen 1 mm und 2 mm im Durchmesser innerhalb üblicher Honzeiten von beispielsweise 20 s bis 25 s erreicht werden, was einem Zeitspanvolumen von deutlich mehr als 200 mm3/s oder sogar mehr als 500 mm3/s entspricht. Die Prozessparameter der Leistungshonoperation können somit so eingestellt werden, dass die Honzeiten für die Leistungshonoperation im Bereich der Honzeiten der konventionellen Honbearbeitung einer Kurbelwellenlagerbohrung liegen, d. h. im Bereich von maximal 20 bis 25 Sekunden. Da durch die Leistungshonoperation jedoch die früher notwendige vorgeschaltete Bohroperation eingespart werden kann, ist eine schnellere und damit wirtschaftlichere Feinbearbeitung von Kurbelwellenlagerbohrungen bei zumindest gleichbleibender Qualität möglich.The high drive power in conjunction with unconventionally high speeds and lifting speeds allow a significant increase in cutting speed compared to conventional honing. As a result, abrasions in the range between 1 mm and 2 mm in diameter can be achieved within normal honing times of, for example, 20 s to 25 s, which corresponds to a removal rate of significantly more than 200 mm 3 / s or even more than 500 mm 3 / s. The process parameters of the power honing operation can thus be adjusted so that the honing times for the power honing operation are in the range of the honing times of the conventional honing machining of a crankshaft bearing bore, ie in a maximum of 20 to 25 seconds. However, since the power honing operation can save the previously required upstream drilling operation, a faster and thus more economical fine machining of crankshaft bearing bores is possible with at least constant quality.
Durch die Honbearbeitung wird in den Fällen nicht perfekt vorbereiteter Werkstücke eine aktive Positionsveränderung der Bohrungsachse der Kubelwellenlagerbohrung herbeigeführt. Je nach Vorbereitungszustand können Verlagerungen der Bohrungsposition bis zu 150 μm (bezogen auf die gesamte Bohrungslänge), gegebenenfalls auch darüber erzielt werden. Gleichzeitig kann aufgrund der gegen Querkräfte stabilen beidseitigen Lagerung des Honwerkzeuges in der Regel eine Genauigkeit der Bohrungsachsenposition von weniger als ±20 μm erzielt werden.By honing machining in the cases of not perfectly prepared workpieces an active change in position of the bore axis of the crankshaft bearing bore is brought about. Depending on the state of preparation, displacements of the bore position can be achieved up to 150 μm (based on the total bore length), if necessary also over it. At the same time an accuracy of the Bohrungsachsenposition of less than ± 20 microns can be achieved due to stable against lateral forces bilateral bearing of the honing tool in the rule.
Dabei sind auch Koaxialitäten von weniger als 30 μm oder sogar weniger als 15 μm erzielbar.In this case, coaxialities of less than 30 microns or even less than 15 microns can be achieved.
Um die Bohrungsposition signifikant verlagern zu können, ist bei der Honmaschine ein steifes und präzises Maschinenkonzept umgesetzt. So sind bei der Honspindel über die Schlittenführung der Spindel bis zur Werkstückaufnahme präzise und steife Einheiten vorgesehen, die mit entsprechenden Einheiten traditioneller Honmaschinen wenig gemeinsam haben. Beispielsweise ist die Honspindel bei konventionellen Honmaschinen typischerweise mit einfachen, nicht verspannten Schrägkugellagern gelagert. Demgegenüber sieht die Lagerung innerhalb des Spindelkastens
Weiterhin wird mit vergleichsweise langen und schlanken Honwerkzeugen gearbeitet, die beim Verlagern der Bohrungsachse gegebenenfalls hohen, einseitigen Abdrängkräften ausgesetzt sind. Die Position der Werkzeugachse bleibt auch unter diesen erschwerten Bedingungen stabil koaxial zur Sollposition der Bohrungsachse, da das Honwerkzeug auf der Spindelseite starr mit der Honspindel verbunden und auf der spindelabgewandten Seite am Gegenhalter
Im Ausführungsbeispiel von
Auch eine Kombination aus einer eingangsseitigen vorderen Führung und einer ausgangsseitigen hinteren Führung ist möglich (vgl.
Die Honmaschine
Die Leistungshonbearbeitung kann in vielen Fällen in einer einzigen Bearbeitungsstufe mit einem einfach aufweitenden Honwerkzeug durchgeführt werden. Aufgrund der geforderten hohen Abtragsleistungen sind Schneidleisten mit Diamantschneidkörnern vorteilhaft, gegebenenfalls können aber auch andere harte Schneidkornmaterialien, wie Bornitrid, verwendet werden. Wird mit mittleren Korngrößen aus dem Bereich zwischen ca. 50 μm und ca. 100 μm bis 150 μm gearbeitet, so kann ein guter Kompromiss zwischen relativ hoher Abtragsleistung und einer ausreichend geringen Rauhigkeit der fertig bearbeiteten Innenflächen erzielt werden, für die häufig nur Restrauhigkeiten von weniger als ca. 15 μm Rz (gemittelte Rauhtiefe) gefordert werden.In many cases, the power honing process can be performed in a single processing step with a simple expanding honing tool. Due to the required high removal rates cutting bars with diamond cutting grains are advantageous, but if necessary, other hard cutting grain materials, such as boron nitride, can be used. When working with average grain sizes in the range between about 50 microns and about 100 microns to 150 microns, so a good compromise between relatively high removal rate and a sufficiently low roughness of the finished inner surfaces can be achieved for the often only residual roughness of less as about 15 microns R z (average roughness) are required.
Insbesondere wenn geringere Restrauhigkeiten erwünscht sind, kann auch in zwei aufeinanderfolgenden Stufen gearbeitet werden. In einer ersten Stufe kann mit relativ groben Körnern ein wesentlicher Teil des Materialabtrags erzielt und in einer zweiten Stufe ein vergleichsweise geringerer Restabtrag und die geforderte Oberflächenrauhigkeit erzeugt werden. Hierzu kann ein doppelt aufweitendes Honwerkzeug genutzt werden, bei dem ein erster Satz von Schneidleisten für die erste Bearbeitungsstufe grobe Körnung, beispielsweise bis hinauf zu ca. 200 μm mittlerer Korngröße hat, während die Schneidleisten eines zweiten, unabhängig zustellbaren Schneidleistensatzes feinere Körnung, beispielsweise von weniger als 80 μm oder weniger als 50 μm mittlerer Korngröße haben. Im Fall eines doppelt aufweitenden Honwerkzeuges kann für zwei aufeinanderfolgende oder zeitlich überlappende Bearbeitungsstufen ein und dasselbe Honwerkzeug verwendet werden. Bei anderen Verfahrensvarianten ist ein Werkzeugwechsel zwischen den Bearbeitungsstufen oder eine weitere Bearbeitungsstation vorgesehen. Es ist auch möglich, die erste Bearbeitungsstufe des Leistungshonens mit einem aufweitbaren Honwerkzeug der in
Anhand der
Bei der Ausführungsform von
Bei der Ausführungsform in
Die Schneidleisten im konischen Schneidbereich und im Kalibrierbereich sind zwar vor dem Einbau in die Honmaschine manuell einstellbar, eine Zustellung während des Honbetriebes, ist jedoch nicht vorgesehen und auch nicht nötig, so dass der konstruktive Aufwand für ein Zustellsystem entfallen kann. Da das Honwerkzeug durch die starre Ankopplung an der Honspindel und die Gegenhalterung an der spindelabgewandten Seite außerhalb der Bohrung hinsichtlich seiner Axialbewegung exakt geführt ist, benötigt das Honwerkzeug keine gegebenenfalls aufweitbaren Führungsleisten zur Abstützung innerhalb der Bohrung, so dass das Honwerkzeug eine relativ einfache Konstruktion haben kann.Although the cutting edges in the conical cutting area and in the calibration area are manually adjustable before installation in the honing machine, a delivery during honing operation, but not provided and not necessary, so that the design effort for a delivery system can be omitted. Since the honing tool is exactly guided with respect to its axial movement by the rigid coupling to the honing spindle and the counter-holder on the side facing away from the spindle, the honing tool requires no optionally expandable guide rails for support within the bore, so that the honing tool can have a relatively simple construction ,
Während beim konventionellen Honen mit aufweitbaren Honwerkzeugen viele Doppelhübe in Verbindung mit einer allmählichen Aufweitung des Honwerkzeuges benötigt werden, erfordert der gesamte Abtragsvorgang bei Verwendung solcher Dornhonwerkzeuge in der Regel nur einen Doppelhub oder wenige Doppelhübe. Die axiale Hubgeschwindigkeit ist typischerweise um den Faktor 5 bis 10 geringer als bei entsprechenden Honverfahren mit aufweitbaren Honwerkzeugen. Die axialen Hubgeschwindigkeiten können bei der Leistungshonbearbeitung beispielsweise im Bereich von 12 m/min oder mehr liegen. Aufgrund der hohen Spindeldrehzahlen, die bei dieser Bearbeitungsvariante bis zu 2500 U/min oder sogar bis 3000 U/min betragen können, in Verbindung der relativ dazu geringen Hubgeschwindigkeit werden die Bohrungsabschnitte bei Durchschieben des Honwerkzeuges allmählich nacheinander auf Fertigmaß gebracht und gleichzeitig gegebenenfalls hinsichtlich ihrer Lage korrigiert, so dass nach Abschluss von ein oder zwei Doppelhüben die Istposition aller Bohrungsabschnitte mit der durch die Werkzeugachse
Bei der Leistungshonbearbeitung in
Eine Besonderheit des Honwerkzeuges besteht darin, dass in Vorschubrichtung vor dem konischen Schneidbereich
Bei einer nicht bildlich dargestellten Ausführungsform haben die Schneidelemente der Vorgruppe jeweils definierte Schneiden, so dass bei der Vorschubbewegung des Honwerkzeuges zunächst mit definierten Schneiden geschnitten und unmittelbar anschließend mit unbestimmten Schneiden gehont wird. Auf diese Weise kann in einer einzigen Arbeitsbewegung des Honwerkzeugs eine Bohroperation und unmittelbar anschließend eine Honoperation an der Kurbelwellenlagerbohrung durchgeführt werden. Ein derartiges Honwerkzeug mit Vorgruppe kann auch unabhängig von den sonstigen Merkmalen der Erfindung mit Vorteil genutzt werden.In a non-illustrated embodiment, the cutting elements of the preliminary group respectively defined cutting, so that initially cut with defined cutting in the advancing movement of the honing tool and immediately honed with indeterminate cutting. In this way, a drilling operation and immediately afterwards a honing operation on the crankshaft bearing bore can be performed in a single working movement of the honing tool. Such a honing tool with pre-group can also be used independently of the other features of the invention with advantage.
Anstelle des mitbewegbaren Gegenhalters
Die
Bei der Ausführungsform von
Vor Beginn der Honbearbeitung wird das direkt starr an der Honspindel
Eine solche, in einen Zwischenraum zwischen axial benachbarten Bohrungsabschnitten positionierbare ”innere Führung” kann auch bei anderen Ausführungsbeispielen, beispielsweise bei der in
Die Kurbelwellenlagerbohrung ist ein typisches Beispiel einer relativ langen Bohrung, d. h. einer Bohrung mit einer im Vergleich zum Bohrungsdurchmesser relativ großen Axiallänge. „Lange Bohrungen” im Sinne dieser Anmeldung haben typischerweise ein Länge-Durchmesser-Verhältnis LDV von deutlich mehr als 2.5 oder 3, wobei LDV z. B. mehr als 4 oder mehr als 6 oder mehr als 8 betragen kann. Demgegenüber haben „kurze Bohrungen, wie beispielsweise Zylinderbohrungen in Verbrennungsmotoren, typische Länge-Durchmesser-Verhältnisse LDV von maximal 2.5. Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren sind besonders für die Bearbeitung langer Bohrungen optimiert, können jedoch grundsätzlich auch bei kurzen Bohrungen genutzt werden.The crankshaft bearing bore is a typical example of a relatively long bore, i. H. a bore with a relative to the bore diameter relatively large axial length. "Long holes" for the purposes of this application typically have a length-to-diameter ratio LDV of significantly more than 2.5 or 3, wherein LDV z. B. may be more than 4 or more than 6 or more than 8. In contrast, have "short holes, such as cylinder bores in internal combustion engines, typical length-to-diameter ratios of maximum 2.5 LDV. The devices and methods described in this application are particularly optimized for the machining of long holes, but can in principle be used even with short holes.
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