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Vorrichtung zum Honen nicht zylindrischer Werkstückflächen Zum Schleifen
kegelförmiger Bohrungen ist schon eine Vorrichtung bekanntgeworden, bei welcher
das an sich starre Honwerkzeug in seiner Arbeitsperipherie in Abhängigkeit von einer
Urform verändert wird. Bei dieser bekannten Schleifvorrichtung wird der die Bohrung
füllende, im Durchmesser mittels gegeneinander verschiebbarer Keilflächen verstellbare
Schleifkopf innerhalb der Bohrung an einem zentral angeordneten, den Schleifkopf
durchdringenden, kegelförmigen Führungsdorn, an dem die Schleifbackenverstellglieder
anliegen, entlang geführt. Dabei ist der Führungsdorn von einer verschiebbaren hohlen
Antriebsspindel umschlossen. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird auf mechanischem
Wege lediglich eine Veränderung aller Schleif- bzw. Honsteine gleichzeitig ermöglicht,
um dadurch eine Abweichung der Zylindrizität zu erzielen. Bestimmte Abweichungen
einer Werkstückbohrung von der Rundheit des Arbeitszylinders können jedoch mit der
bekannten Vorrichtung nicht erreicht werden. Die Form des Kegels wird vielmehr durch
direkte Abtastung im Maßstab 1 :1 bestimmt. Außerdem ist die Gefahr des Verschleißes
bei dem bekannten Werkzeug sehr groß, da dieser Kegel innerhalb des eigentlichen
Arbeitsbereiches liegt.
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Es sind auch schon hydraulisch arbeitende Kopiervorrichtungen bekanntgeworden,
die z. B. beim Drehen, Fräsen oder Hobeln angewendet werden. Bei ihnen wird der
das Werkzeug tragende Arbeitskolben entsprechend den Bewegungen eines Tasters mittels
Druckflüssigkeit gesteuert. Diese bekannten hydraulischen Kopiervorrichtungen arbeiten
derart, daß zwischen der Mutterform und dem spanabnehmenden Werkzeug eine bestimmte
Beziehung erhalten bleibt. Die Abnutzung der Werkzeugschneide - z. B. eines Drehmeißels
oder Hobelstahles - ist hierbei so gering, daß sie in der Regel vernachlässigt werden
kann.
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Bei allen bekannten Kopiervorrichtungen für Dreh-, Fräs- oder Hobelarbeiten
kann die Werkstückzustellung mit mechanischen Verstellelementen zum Werkzeug hin
erfolgen, worauf dann nach Einstellung auf diesen Ausgangszustand der eigentliche
Kopiervorgang vorgenommen wird. Diese günstigen Voraussetzungen liegen jedoch bei
Honwerkzeugen nicht vor, da hier das Werkstück in seiner Lage gegenüber dem Werkzeug
unverändert bleibt und die Zustellung des Werkzeuges während der Honbewegung erfolgen
muß.
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Bekanntlich nutzt sich beim Honen das Werkzeug proportional zur zerspanten
Werkstoffmenge wesentlich mehr ab als z. B. ein Dreh- öder Hobelwerkzeug. Es ist
daher erforderlich, dem Honwerkzeug eine zusätzliche Verstellbewegung zu geben,
um die Abnutzung auszugleichen.
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Die Feinbearbeitung von Zylindern und kugelförmigen Flächen durch
Honen wird in bekannter Weise unter Anwendung einer zusammengesetzten Honbewegung,
d. h. einer Dreh- und einer axialen Hubbewegung durchgeführt. Die Bearbeitung eines
Kegels oder anderer geometrischer Formen, die von der Zylinderform abweichen, läßt
eine derartige zusammengesetzte Hönbewegung nicht zu. Eine gegenseitige Formkorrektur
zwischen Werkstück und Honwerkzeug ist daher mit normalen, starren Werkzeugen nicht
möglich. Dem Werkzeug muß also während des Honvorganges eine Veränderung seiner
Arbeitsperipherie ermöglicht werden, die z. B. der einer Mutterform geometrisch
gleich oder ähnlich ist und in starre Abhängigkeit zur Honbewegung gebracht wird.
Unter dieser Voraussetzung kann das Honverfahren auch für die Feinbearbeitung von
Kegeln und anderen geometrischen Grundformen angewendet werden. Demgemäß kennzeichnet
sich die Vorrichtung zum Honen nicht zylindrischer Werkstückflächen mit einem Honwerkzeug,
dessen radial verstellbare Honsteine in Abhängigkeit von einer Urform verstellbar
sind, erfindungsgemäß dadurch, daß unter hydraulischem Druck gegen die Urform anliegende
Tastorgane vorgesehen sind, deren Bewegungen hydraulisch über Verstellglieder auf
die Honsteine übertragen werden, und dem zwischen den Tastorganen, vorzugsweise
Taststiften, und den Verstellgliedern, beispielsweise Verstellkegeln, liegenden
hydraulischen System ein oder mehrere Druckzylinder zur Einspeisung von Druckmitteln
und zur Aufnahme der im System befindlichen Druckmittelmenge zugeordnet sind.
Vorteilhaft
ist die Honspindel des Honwerkzeuges in einem ihren axialen Bewegungen folgenden
Schlitten drehbar gelagert, an welchen die Verbindungsteile zu den Füllzylindern
angeordnet sind. Die Tastorgane, die an der Urform anliegen, sind bei einem besonders
zweckmäßigen Ausführungsbeispiel der Erfindung unmittelbar am Schlitten angeordnet,
der zusammen mit der Honspindel in axialer Richtung geführt wird. Dieser Schlitten
weist Kanäle für das Druckmittel auf, die über Druckkammern mit besonderen Druckräumen
in Verbindung stehen, in welchen Verstellelemente für die Honsteine gelagert sind.
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Beim Honen erfolgt eine gegenseitige Formkorrektur zwischen Werkstück
und Honwerkzeug. Alle Teile der Arbeitsflächen, die erhaben sind, erzeugen, bedingt
durch das starr veränderliche Werkzeug und das ebenfalls starre Werkstück, einen
erhöhten spezifischen Arbeitsdruck und werden daher schneller -abgetragen als die
übrigen Flächenteile. Die Formko@rektur ist abgeschlossen, wenn in jeder Hublage
des Werkzeuges gleicher spezifischer Arbeitsdruck herrscht.
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Da die geometrische Form in Abhängigkeit von einer Urform hergestellt
wird, braucht der Durchmesser des Werkstückes nur noch in einer Ebene gemessen werden.
Es ist mittels einfacher Durchmesserkontrolle somit auch möglich, mehrere Werkstücke
nacheinander zwangläufig einer bestimmten und gleichen Idealform zu nähern und dabei
auf das gleiche Maß zu honen.
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Die in dem hydraulischen System befindliche Flüssigkeitsmenge bleibt
wenigstens für den Zeitraum eines axialen Werkzeughubes konstant und wird vorzugsweise
erst dann geändert, wenn der spezifische Arbeitsdruck zwischen den Arbeitsflächen
infolge Steinabnutzung sowie Werkstückabtrag einen Mindestwert unterschreitet. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung sieht vor, daß die Änderung der Flüssigkeitsmenge vorzugsweise
selbsttätig in einer Endstellung des Werkzeuges erfolgt. Es wird z. B. gerade so
viel Flüssigkeit zugeführt, daß die Honsteinabnutzung bei der Bearbeitung eines
Werkstückes ausgeglichen wird. Damit wird die Einhaltung engster Toleranzen ermöglicht.
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Demgemäß ist also erfindungsgemäß die Einspeisung von Druckmittel
und die Aufnahme von innerhalb des Kopiersystems befindlichen Flüssigkeitsmengen
durch die Druckzylinder in Abhängigkeit von der Zeit, der Honbewegung oder von den
Werkstückmaßen steuerbar. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Kolben
der Tastorgane und die Kolben der Druckzylinder verschieden große Querschnitte besitzen,
derart, daß durch die dadurch bewirkte hydraulische Differenzierung infolge des
verschiedenen Hubes der beiden Kolben Ungenauigkeiten an der Mutterform mit Bezug
auf die erreichbare Formgenauigkeit praktisch unwirksam gemacht werden. Ferner können
bei Anordnung zweier in Achsrichtung hintereinander angeordneter Honsteingruppen
im Honwerkzeug die Verstellmittel für die Honsteine als ein Rohr und eine dieses
Rohr durchsetzende Schubstange ausgebildet sein, die mit je einem Aufweitkegel versehen
sind und in Abhängigkeit oder Unabhängigkeit voneinander durch die Tastorgane verstellbar
sind.
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Durch die Erfindung ist eire Kopiervorrichtung geschaffen worden,
bei der die Spanzustellung von der Geschicklichkeit des Bedienenden vollständig
unabhängig ist. Die Einrichtung eignet sieh daher besonders für die Serien- und
Massenfertigung. Darüber hinaus ist es mit der erfindungsgemaßen Kopiervorrichtung
möglich, Werkstückformen zu honen, die einen von einer stetigen Kurve begrenzten
Querschnitt haben; es können also mit der erfindungsgemäßen Einrichtung alle nicht
zylindrischen Flächen gehont werden.
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Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind
in der Zeichnung schematisch dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch das hydraulische System mit Schablone
und Werkzeug, Fig.2 einen Einzelschnitt durch ein zu honendes Sackloch, Fig. 3 einen
Schnitt durch ein etwas anderes Honwerkzeug und dessen Steuerungsvorrichtung entsprechend
den gebrochenen Linien III-III in den Fig. 4 und 5, Fig.4 einen Schnitt nach der
gebrochenen Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig.
3. Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Honen einer Sackbohrung,
deren Wandung von der zylindrischen Form etwas abweicht. Da die Bohrung sich später
in der Betriebstemperatur verzieht, muß sie zunächst eine bestimmte Vorweite erhalten,
damit sie im Betrieb genau zylindrisch wird. Die dazu erforderlichen Maße müssen
beim Honen mit enger Toleranz eingehalten werden; da die Bohrung 4 im Werkstück
1 hierbei mit den Honsteinen 2 und 3 in beiden Richtungen überfahren werden muß,
ist sie mit einer Freiarbeitung 5 versehen. Die Unterschiede der Bearbeitungsmaße
sind in Fig. 2 beispielsweise eingetragen.
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Die Honsteine 2 und 3 werden von den Haltern 8 und 9 aufgenommen,
die ihrerseits in den Nuten 14 des Werkzeugkörpers 12 geführt sind und mittels Kegeln
6 und 7 über die Bolzen 10 und 11 radial bewegt werden können. Die Bolzen 10 und
11 sind ebenfalls im Werkzeugkörper 12 geführt.
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Damit stets eine spielfreie Anlage der Bewegungselemente gewährleistet
ist, sind die Halter 8 und 9 von Ringfedern 15 umschlossen. Die Halter 9 sind ferner
auf einem Stift 13 drehbar angeordnet, wodurch die Ausbildung der Vorweite im Grund
der Sackbohrung durch Winkelverstellung der Honsteinarbeitsfläche beim Aufweiten
begünstigt wird.
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Das Werkzeug ist mit an sich bekannten Bauelementen aufgebaut, jedoch
derart, daß die Honsteine 2 und 3 unabhängig voneinander radial verstellt werden
können. Die Anzahl der Honsteine sowie die Verteilung auf den Umfangskönnen gleich
oder unterschiedlieh gewählt werden. - Besonders bei großen Durchmesserunterschieden
am Werkstück empfiehlt es sich. die Steinanzahl der Honsteingruppen unterschiedlich
anzuordnen, damit ein gleichmäßiger Verschleiß über die ganze Länge des Werkzeuges
erreicht wird.
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Die Betätigung des Kegels 6 erfolgt mittels einer Schubstange 16,
die durch den Kegel 7 hindurch geführt und am anderen Ende mit einem Kolben 18 verbunden
ist. Der Kegel 7 ist ebenfalls mit einem -Kolben 19 mittels eines Rohres 17 in starre
Verbindung gebracht. Das Rohr 17 und die Schubstange 16 sind leicht ineinander verschiebbar.
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Die Honspindel20 mit dem Honwerkzeug und den Kolben 18 und 19 ist
im Schlitten 21 mit Lager 58 und 59: drehbar gelagert. Die Druckräume 26 und
27
haben über Bohrungen 24.-und 25 mit- den Druckkammern _22 und 23 cles Schlittens21
Verbindung.
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Innerhalb der Spindel sind die Druckräume 26 und 27 durch eine Dichtung
2$, die ihrerseits -die Schubstange 16 umschließt, voneinander getrennt.-Die Lagerung
der
Spindel 20 im Schlitten 21 ist außerdem so vorgenommen, daß ein Austritt des Druckmittels
aus den Kammern 22 und 23 nicht möglich ist.
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Die Honspindel 20 wird derart angetrieben, daß das Werkzeug eine Drehbewegung
im Sinne des Pfeiles 29 und eine oder mehrere Hubbewegungen in Richtung der Pfeile
30 erfährt, wobei sich der Schlitten 21 auf seiner Führung 31 bewegt.
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Die Betätigung des Honwerkzeuges erfolgt hierbei durch Änderung der
in den Druckräumen 26 und 27 bzw. Druckkammern 22 und 23 befindlichen Flüssigkeitsmenge.
Die im bewegten Schlitten 21 gelagerten Kolben 34 und 35 laufen mit ihren Taststiften
36 und 37 an den Kurvenlinealen 32 und 33 vorbei und drücken unabhängig voneinander
Flüssigkeit durch die Bohrungen 38 und 39 in die Druckkammern 22 und 23, die dann
über den beschriebenen Weg ihre Wirkung auslöst. Die Taststifte 36 und 37 sind also
mittelbar durch die Flüssigkeit starr miteinander verbunden, wobei der Arbeitsdruck
zwischen Werkstückbohrung und Honsteinen für eine stete Anlage der Taststifte 36
und 37 an die Lineale 32 und 33 sorgt.
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Die Druckkammern 22 und 23 sind außerdem mittels biegsamer Leitungen
40 und 41 mit den Zylindern 42 und 43 verbunden, die ihrerseits über eine Zuleitung
45 gefüllt werden können. Die Zuleitung läßt sich mittels eines Drehventils 44 schließen,
so daß während des Honens mit konstanter Flüssigkeitsmenge gearbeitet werden kann.
Die Füllung kann z. B. in der gezeigten Stellung mit bestimmtem Drucke vorgenommen
werden, um beiden Honsteingruppen 2 und 3 die richtige Stellung bei zunächst annähernd
gleichem Anlagedruck zu geben.
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Die Taststifte 46 und 47 liegen nach der Füllung der Zylinder 42 und
43 mit Druckmittel an den schiefen Ebenen 48 und 49 an, die sich auf Führungen 53
und 57 mittels Ritzel 51 und Zahnstangen 52 bewegen lassen.
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Damit die Honsteine radial um das Verschleißmaß ihrer Arbeitsfläche
nachgestellt werden können, werden die Zahnräder 50 und 55, die ihrerseits mit den
Ritzeln 51 mittels einer Achse fest verbunden sind, von den Klinken 54 und 56 beim
Herausfahren des Werkzeuges aus der Bohrung betätigt. Hierdurch verkleinern sich
die Druckräume der Zylinder 42 und 43 und das Druckmittel nimmt über die Leitungen
40 und 41 seinen Weg in die Druckkammern 22 und 23. Damit ist auch die Nachstellung
des Honwerkzeuges Vollzogen.
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Die Arbeitsgenauigkeit hängt weitgehend von der Wahl der Kolbenquerschnitte
19 und 18 sowie 34 und 35 ab. Fehler in den Kurvenlinealen 32 und 33 können durch
Querschnittsdifferenz so weit untersetzt werden, daß sie am Werkstück in ihrer Auswirkung
nicht mehr meßbar sind.
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Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Honen
einer ovalen Bohrung, wobei drei Verstellkegel 60, 61 und 62 zur radialen Verstellung
der Honsteine 63, 64, 65 und 66 dienen. Der Kegel 62 und seine Vorschubstange 67
sowie die diesen Kegel mit dem vordersten Kegel 60 verbindende Vorschubstange 68
sind hierbei innerhalb einer rohrförmigen Fortsetzung 69 des Hohlkegels 61 bzw.
durch diesen hindurchgeführt.
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Die mit den Teilen in Fig. 1 übereinstimmenden oder diesen entsprechenden
Teile der Vorrichtung sind im übrigen mit gleichen Bezugszeichen wie dort versehen.
Die Schablone 70 hat eine der herzustellenden Bohrung geometrisch ähnliche, aber
entsprechend vergrößerte Bohrung, an deren Innenwandung die Taststifte 36 und 37
anliegen. Die Honspindel ist aus zwei ineinander verschraubten Teilen 20 a und 20
b zusammengesetzt.
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Mit der Vorrichtung lassen sich auch Honwerkzeuge zur Bearbeitung
von Außenflächen an Werkstücken betätigen. Die prinzipielle Wirkungsweise bleibt
hierbei die gleiche wie voran beschrieben.
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Es können statt Kurvenlinealen Rotationskörper als Mutterformen dienen,
oder die Taststifte 36 und 37 sowie 46 und 47 lassen sich durch Rollen- oder Kugelabgriff
oder auch durch elektrischen Abgriff ersetzen. Die Betätigung der Füllzylinder 42
und 43 kann auch hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch vorgenommen werden,
wobei der eigentliche Schaltimpuls auch mittels einer Meßvorrichtung gegeben werden
kann. An Mehrspindelmaschinen können z. B. mehrere Vorrichtungen in einem Grundkörper
zusammengefaßt oder auch einzeln angeordnet werden, die ihre Funktionen in gegenseitiger
Abhängigkeit oder auch unabhängig voneinander ausführen.
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Außerdem ist eine Vereinfachung des Leitungssystems dadurch denkbar,
daß eine oder mehrere Bewegungen vom Werkstück ausgeführt werden.