DE10348419B3

DE10348419B3 - Verfahren zum Schrupphonen der Mantelfläche einer Bohrung

Info

Publication number: DE10348419B3
Application number: DE10348419A
Authority: DE
Inventors: Arnold Blaut; Gerhard Dipl.-Ing. Flores (Fh)
Original assignee: Maschinenfabrik Gehring GmbH and Co KG
Current assignee: Gehring Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-10-15
Also published as: CN1867423A; JP2007508155A; DE10348419C5; ES2385886T3; US20070054605A1; EP1673200B1; JP4550063B2; US7416475B2; CN100551622C; WO2005046934A1; EP1673200A1

Abstract

Beim Verfahren zum Schrupphonen der Mantelfläche einer Bohrung wird ein Honwerkzeug in eine Bohrung eingeführt, wobei die Längsachse der Bohrung vor dem Schrupphonen einen Versatz zur fertig bearbeiteten Bohrung aufweist. Dieser Versatz wird während der Schrupphonoperation ausgeglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schrupphonen der Mantelfläche einer Bohrung. Aufgrund der möglichen Zerspanleistungen und Standmengen wurde bereits vorgeschlagen, das Feinspindeln durch Schrupphonen zu ersetzen. So können die Vorteile des Honverfahrens in größerem Umfang genutzt werden. Um jedoch hinsichtlich Winkeligkeit und Positioniergenauigkeit mit dem Feinspindeln vergleichbare Qualitätskorrekturen zu erreichen, können die üblichen Freiheitsgrade von Honwerkzeug und Werkstück nicht auf das Schrupphonen übertragen werden.

Das Konzept, anstelle des Feinbohrens das Schrupphonen einzusetzen, sieht daher eine feste Anordnung der Werkzeugachse und ebenso eine feste Aufspannung des Werkstückes vor. Durch die Indexposition kann das Werkstück mit ausreichender Genauigkeit zur Werkzeugachse aufgenommen werden. Durch eine obere und untere Werkzeugführung erzielt man eine starre Anordnung des Werkzeugs auf Sollposition der Bohrung, so dass die angulare Achslage des Werkzeugs stabil ist. Der Lageunterschied in Position und Winkellage von Werkzeugachse zu vorbearbeiteter Bohrungsachse stellt das notwendige Korrekturpotential dar.

Zu Beginn der Schrupphonbearbeitung bearbeiten die Honleisten die Bohrungsmantelfläche nur partiell. Mit fortschreitendem Abtrag weitet sich die Zerspannung vollflächig auf die gesamte Bohrung aus. Da am Umfang örtlich unterschiedlich viel Material abgetragen wird, entsteht ein neues Bohrungszentrum, welches mit dem Werkzeugzentrum identisch ist. Beim Anschnitt übertragen nur wenige Honleisten den Anpressdruck auf die Bohrungswandung. Dies erfordert daher eine formschlüssige Zustelleinrichtung, das heißt eine Schrittzustellung. Die Zustellfunktionen bestehen in der intermittierenden Zustellbewegung, bestehend aus dem Zustellschritt definierter Größe und der Zustellpause, in der sich der zuvor aufgebaute Zustelldruck abbaut.

Dieses aus dem Artikel bekannte Verfahren zum Schrupphonen ist jedoch nur bei Werkstücken durchführbar, bei denen ganz bestimmte Voraussetzungen an die Zugänglichkeit der Bohrungen gegeben sind, so dass damit dem Anwendungsbereich erhebliche Grenzen gesetzt sind. Es ist für Durchgangsbohrungen einsetzbar, jedoch nicht für Sacklochbohrungen, die überwiegend bei z.B. Kolbenlaufbahnen anzutreffen sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schrupphonen der Mantelfläche einer Bohrung zu schaffen, das universeller anwendbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, auch Bohrungen an Werkstücken mittels Schrupphonen zu bearbeiten, die lediglich von einer Seite zugänglich sind. Dabei ist sowohl eine Korrektur der Bohrungsposition relativ zur Indexbohrung als auch eine Korrektur der Winkellage der Bohrungsachse möglich. Letzteres ist insbesondere bei Motorblöcken von erheblicher Bedeutung, da es auf die Winkelgenauigkeit, bezogen auf die Kurbelwellenachse, ankommt. Die Honbearbeitung in der Schrupphonoperation erfolgt zunächst im Partialschnitt, bei dem das Werkzeug noch nicht vollständig anliegt. Erst wenn die Bohrung überall flächendeckend bearbeitet wird und die Honleisten an beiden Seiten anliegen, ist der Vollschnitt erreicht.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest während der Bearbeitung des einer Schlitteneinheit abgewandt liegenden Abschnitts der Bohrung die Hubbewegung des Honwerkzeugs von einer Schlitteneinheit ausgeführt wird, so dass die Arbeitsspindel von der Schlitteneinheit alternierend bezüglich ihrer Längsachse bewegt wird. Die Schlitteneinheit bietet unabhängig von ihrer momentanen Position eine gleichbleibende Führungsstabilität der Spindel. Dabei befindet sich die Honspindel in ihrer oberen Endlage. Die verwendete Kombination von Schlitteneinheit mit aufgebauter Honspindel ermöglicht im Partialschnitt eine hohe Stabilität der Schlitteneinheit und im Vollschnitt hohe Hubgeschwindigkeiten, wie sie eine Honspindel ermöglicht. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann eine fliegend gelagerte Arbeitsspindel bezüglich ihrer Baulänge minimiert werden. Dabei ist als minimale Baulänge zu verstehen, dass bei Erreichen des unteren Hubumkehrpunktes des Werkzeugs bei maximal üblicher Überlauflänge die Werkzeuglagerung sich kurz vor der oberen Bohrungskante befindet. Dies entspricht der minimalen Baulänge, die nicht weiter unterschritten werden kann und durch die zu honende Bohrungslänge vorgegeben ist.

Es wird als zweckmäßig angesehen, dass während eines zunächst erfolgenden Partialschnitts eine elektromechanische Zustellung der Honleisten mit definierten Pausenzeiten erfolgt. Das Umschalten von Partialschnitt auf Vollschnittparameter kann durch eine Überwachung der Leistungsaufnahme ausgelöst werden, da das Drehmoment mit vollflächigem Anlegen der Schneidleisten zunimmt. Dies kann auch das Signal zum Retirieren der Schlittenbewegung sein, so dass damit die Hubbewegung durch die Honspindel einsetzt und die alternierende Längsbewegung durch die Honspindel im Vollschnitt ausgeführt wird. Durch die Verwendung der Schlitteneinheit als Hubtrieb kann die Stabilität der Spindel wesentlich erhöht werden.

Während des Vollschnitthonens erfolgt eine elektromechanische Schrittzustellung, wobei die Zustellkraft, die auf die Honleisten wirkt, überwacht wird. Es ergibt sich daraus eine Kombination von weg- und kraftgesteuerter Zustellung. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird während des Partialschnitts ein erster Honleistensatz beaufschlagt und der Vollschnitt wird mit einem zweiten Honleistensatz durchgeführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 Einen Schnitt durch einen Motorblock und ein darüber befindliches Honwerkzeug in schematischer Darstellung,
2 einen Schnitt durch den Motorblock gemäß 1 mit dem Honwerkzeug nahe dem Ende der Bearbeitung,
3 einen radialen Schnitt durch eine Bohrung und das Honwerkzeug zu Beginn der Bearbeitung,
4 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Bohrungswandung mit dem Übergang vom Drehprofil zum Honprofil,
5 eine Abwicklung eines Ausschnitts der Bohrungswandung gemäß 4.
Die 1 zeigt ein Werkstück 1, bei dem es sich in dem Ausführungsbeispiel um einen Motorblock handelt. Dieses Werkstück 1 umfasst mehrere Bohrungen 2, die als Zylinderbohrungen vorgesehen sind und eine Mantelfläche 3 aufweisen, die zu bearbeiten ist. Jede Bohrung 2 besitzt eine Längsachse M_B. An dem Motorblock 1 sind im unteren Bereich mehrere Kurbelwellenlager 4 vorgesehen, die eine gemeinsame Achse besitzen, nämlich die Längsachse der Kurbelwelle M_K. Der Motorblock 1 ist auf einem Werkstückträger 8 mittels Indexierstiften 9 positionsgenau aufgenommen, so dass die relative Lage des Werkstücks 1 exakt positioniert ist.
Ebenso bedeutet die Korrektur der Winkellage der Bohrungsachse eine winkelgerechte Aufnahme des Werkstücks. Es ist daher erforderlich, dass die Achsen M_A und M_K rechtwinklig zueinander ausrichtbar sind.
Über dem Werkstück 1 ist ein Honwerkzeug 5 dargestellt, das an einer fliegend gelagerten Arbeitsspindel 6 angeordnet ist und mehrere Honleisten 7 umfasst, die zur Bearbeitung der Mantelfläche 3 der Bohrungen 2 vorgesehen sind. Die Arbeitsspindel 6 und somit auch das Honwerkzeug 5 selbst besitzen eine Längsachse M_A, wobei aus 1 ersichtlich ist, dass vor der Bearbeitung mittels des Honwerkzeugs 5 ein Versatz S zwischen der Längsachse der Arbeitsspindel M_A und der Längsachse der Bohrung M_B auftritt. Von wenigen Ausnahmen abgesehen ist ein derartiger Versatz der Achsen vorhanden, der bis zu 0,3 mm beträgt.
Durch den Arbeitsschritt des Schrupphonens kann ein entsprechender Materialabtrag bei gleichzeitiger Eliminierung des Versatzes S erfolgen und somit die Längsachse der Bohrung M_B dahingehend verlagert werden, dass diese Achse der tatsächlich im Motorblock 1 benötigten Lage exakt entspricht und somit sich der Längsachse M_A annähert. Damit wird gleichzeitig die hohe Winkelgenauigkeit der Längsachse M_B der Bohrung 2 der Längsachse der Kurbelwelle M_K erreicht.
Sofern der Versatz S der Längsachse der Arbeitsspindel M_A zur Längsachse der Bohrung M_B in einer Größe liegt, durch die das freie Einführen des Honwerkzeugs 5 in die Bohrung 2 nicht möglich ist, so wird die Längsachse der Arbeitsspindel M_A in einem entsprechenden Winkel ausgelenkt, um auf diese Weise in die Bohrung 2 zu gelangen und deren Mantelfläche 3 zu bearbeiten. Während der Bearbeitung wird nicht nur der Versatz S der Längsachsen M_A und M_B zueinander eliminiert, sondern auch ein evtl. eingenommener Winkel der Längsachse M_A der gegebenenfalls auch durch die Fertigungstoleranzen des Motorblocks 1 bedingt sein kann.
Die 2 zeigt einen Schnitt durch den Motorblock 1 gemäß 1, wobei jedoch das Honwerkzeug 5 in der Bohrung 2 befindlich ist und der Zustand nahe dem Ende der Bearbeitung dargestellt ist. Für gleiche Teile stimmen die Bezugszeichen mit demjenigen der 1 überein. Es ist aus 2 ersichtlich, dass die Arbeitsspindel 6 in einer Schlitteneinheit 10 geführt ist, wobei die Schlitteneinheit 10 für einen bestimmten Abschnitt des Verfahrens (z.B. Arbeiten im Partialschnitt) mit der Arbeitsspindel 6 in Längsrichtung der Arbeitsspindel 6 bzw. der Längsachse M_A arretierbar ist. Gemäß der Darstellung in 2 ist die Bearbeitung des Schrupphonens bereits soweit fortgeschritten, dass die Längsachse der Arbeitsspindel M_A mit der Längsachse der Bohrung M_B koaxial liegt, so dass abschließend eine gleichmäßig gehonte Mantelfläche erzeugt wird. In diesem ersten Arbeitsabschnitt ist es von Vorteil, die Arbeitsspindel 6 in Längsrichtung in der Schlitteneinheit 10 zu arretieren und die Hubbewegung durch die Schlitteneinheit 10 auszuführen, da auf diese Weise das freie, aus der Schlitteneinheit 10 herausragende Ende der Arbeitsspindel 6 möglichst kurz gehalten wird und damit eine hohe Biegesteifigkeit der Arbeitsspindel 6 erreicht wird. Dementsprechend verbleibt die Arbeitsspindel 6 im ersten Abschnitt des Verfahrens in ihrer oberen Endlage in der Schlitteneinheit 10, so dass eine Stabilisierung gegen seitige Zerspankräfte gegeben ist. Dadurch wird auch eine größere Führungsgenauigkeit und eine höhere Normalkraftstabilität erreicht.
Erst im Vollschnitt verbleibt die Schlitteneinheit 10 in einer festen Position und die Arbeitsspindel 6 führt relativ zur in Ruhe befindlichen Schlitteneinheit 10 eine Hubbewegung aus. Hierbei können höhere Hubgeschwindigkeiten gefahren werden und das Schrupphonen im Vollschnitt in kurzen Bearbeitungszeiten ist somit möglich.
Die 3 zeigt einen radialen Schnitt durch eine Bohrung 2 und das Honwerkzeug 5 zu Beginn der Bearbeitung. Es ist daraus ersichtlich, dass die Längsachse M_B der Bohrung 2 einen Abstand bzw. einen Versatz S zu der Längsachse M_A der Arbeitsspindel bzw. des Honwerkzeugs 5 aufweist. In dem Honwerkzeug 5 befindet sich zentrisch eine Zustellstange 11, die über Zustellkeile 12 auf die Honleisten 7 wirkt. Durch die Zustellstange 11 können die Zustellkeile 12 radial nach außen gedrückt werden, wodurch auch die Honleisten 7 eine radial nach außen gerichtete Bewegung ausführen.
Wie die 3 zeigt; liegt zu Beginn der Bearbeitung lediglich ein Teil ein Teil des Honwerkzeugs 5 an der Mantelfläche 3 der Bohrung 2 an, so dass bezüglich der Schrupphonoperation zunächst ein Partialschnitt erfolgt, bei dem das Honwerkzeug 5 unvollständig anliegt. Der Abtrag des Materials lediglich einem Teil der Mantelfläche 3 führt dazu, dass sich das Bohrungszentrum und somit die Längsachse der Bohrung M_B verlagert, so dass sich die Längsachse der Arbeitsspindel M_A und die Längsachse der Bohrung M_B gegenseitig annähern. Erst wenn die Bohrung 2 überall flächendeckend bearbeitet wird und damit der Versatz S zwischen den Achsen eliminiert ist, wird die Bohrung 2 überall flächendeckend bearbeitet, so dass die Honleisten 7 über den gesamten Umfang der Bohrung 2 anliegen. Damit ist der Vollschnitt erreicht, mit dem dann die gleichmäßig gehonte Mantelfläche 3 erzeugt wird.
Die 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Bohrungswandung bzw. der Mantelfläche 3 der Zylinderbohrung 2. Dabei ist ein Abschnitt 13 mit Drehprofil im linken Bereich der Bohrung 2 zu sehen, während ein Abschnitt 14 mit Honprofil im rechten Teil der Bohrung 2 vorhanden ist. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass im zunächst folgenden Partialschnitt nur ein bestimmter Abschnitt der Mantelfläche 3 durch Schrupphonen bearbeitet wird und ein Übergang vom Drehprofil zum Honprofil besteht.
Die 5 zeigt eine Abwicklung eines Ausschnitts der Bohrungswandung gemäß 4, aus der ebenfalls der Übergang vom Drehprofil zum Honprofil deutlich wird.

Claims

Verfahren zum Schrupphonen der Mantelfläche (3) einer Bohrung (2) im Partialschnitt durch ein Honwerkzeug (5) mit Honleisten (7) an einer fliegend gelagerten Arbeitsspindel (6), deren Längsachse (M_A) bei Versatz (S) zur Längsachse (M_B) der Bohrung (2) vor dem Honen exzentrisch in die Bohrung (2) eingeführt wird und während der Honoperation der Materialabtrag in der Bohrung (2) derart ausgeführt wird, dass eine Verschiebung der Längsachse (M_B) der Bohrung (2) erfolgt, bis die gegebenenfalls aufgetretene Auslenkung eliminiert ist und die Längsachse (M_B) der fertigen Bohrung (2) mit der Längsachse (M_A) der Arbeitsspindel (6) koaxial ist, wobei nachfolgend in der koaxialen Lage der Längsachsen (3) (M_A, M_B) die Mantelfläche durch Schrupphonen im Vollschnitt gleichmäßig gehont wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während der Bearbeitung des einer Schlitteneinheit (10) abgewandt liegenden Abschnitts der Bohrung (2) die Hubbewegung des Honwerkzeugs (5) von der Schlitteneinheit (10) ausgeführt wird, so dass die Arbeitsspindel (6) von der Schlitteneinheit (10) alternierend bezüglich ihrer Längsachse (M_A) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrupphonens im Partialschnitt eine formschlüssige Schrittzustellung der Honleisten (7) mit definierten Pausenzeiten erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrupphonens im Vollschnitt eine kraftschlüssige Schrittzustellung erfolgt, wobei die Zustellkraft, die auf die Honleisten (7) wirkt, überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrupphonens im Partialschnitt ein erster Honleistensatz beaufschlagt wird und das Schrupphonen im Vollschnitt mit einem zweiten Honleistensatz durchgeführt wird.