DE19544282A1 - Verfahren, Vorrichtung, Werkzeug und Maschine zum Honen von Werkstücken - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, eine Vorrich­ tung und eine Maschine zum Honen von Werkstücken, bei dem ein Honwerkzeug mit einer schneidmittelbestückten Arbeitsfläche gegenüber dem Werkstück in Umfangsrichtung und in Axial­ richtung bewegt wird und der Arbeitsfläche ein für die Kühlung und den Späneabtransport sorgendes Medium zugeführt wird.

Honbearbeitungen finden normalerweise unter Zusatz von flüssigen Kühl/Schmiermitteln wie Honöl bzw. Honemulsion statt, die einerseits für die Kühlung des Werkzeugs und der Arbeitsfläche sorgt und andererseits die Späne, worunter hier die von den Honschneidbelägen abgetragenen Werkstoffpartikel und auch eventueller Verschleiß der Schneidbeläge zu ver­ stehen ist, abtransportiert. Dieses flüssige Medium sollte auch dafür sorgen, daß die Arbeitsfläche der Schneidbeläge nicht "zuschmiert".

Aus der DE 33 36 626 C2 ist ein Honwerkzeug bekannt geworden, das einen Honsteinhalter hat, durch den hindurch das Honöl einer Ausnehmung in der Bearbeitungsfläche zugeführt wird. Auf diese Weise wird beim Honen das Honöl direkt an der gerade bearbeiteten Stelle aufgebracht und die Späne werden gut weggeschwemmt.

Aus der DE 37 19 796 C2 ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem die Oberfläche gehont und in zwei Bearbeitungsvor­ gängen nachbearbeitet wird, die aus Hochdruck-Flüssigkeits­ strahlen mit Drücken von 100 bis 700 bar und Bürsten besteht. Hierbei soll das Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen zur Beseiti­ gung des beim Honen an den Honspuren entstandenen Blech­ mantels dienen.

Flüssige Kühl/Schmiermittel wie Honöle und Honemulsionen sind bisher beim Honen normaler Werkstücke als unerläßlich an­ gesehen worden. Darüberhinaus sind sie nicht nur teuer, sondern machen auch Probleme in der Reinigung, Filterung, im Recycling und der Entsorgung.

Es sei jedoch bemerkt, daß die Anmelderin bereits vor langer Zeit (s. "Werkstatt und Betrieb", Zeitung für Maschinenbau und Fertigung, 96. Jahrgang 1963, Heft 4, S. 207 bis 210) für einen Sonderfall vorgeschlagen hatte, Statorgehäuse von Elektromotoren an ihrer Innenseite ohne Verwendung irgend­ eines Kühl- oder Späneabtransportmediums zu honen. Dabei ging es darum, nur die minimal vorstehenden Kanten der gestanzten und danach gestapelten Statorbleche zu vergleichmäßigen. Man verwendete sehr großflächige Honwerkzeuge. Wegen des nur minimalen Werkstoffabtrages und der zwischen den einzelnen abzutragenden Flächen entstehenden großen Lücken an der Werkstückfläche machte das Fehlen eines Kühl- und Ab­ transportmediums keine Probleme.

AUFGABE UND LÖSUNG

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Honwerkzeug zu schaffen, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere bzgl. der Kühlung und dem Späneabtransport eine kostensparende und umweltgerechtere Lösung anbietet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein gasförmiges Medium verwendet wird. Dies ist bevorzugt Luft, insbesondere ohne alle flüssigen oder festen Zusätze oder Bestandteile, könnte aber bei besonderen Anforderungen, beispielsweise bei oxi­ dationsempfindlichen Oberflächen, auch durch andere Gase, beispielsweise ein Inertgas, ersetzt werden.

Das Medium ist nicht dazu gedacht, selbst Veränderungen an der Werkstückoberfläche herbeizuführen und kann daher unter mäßigem Druck und/oder Geschwindigkeit zugeführt werden, beispielsweise unter einem Druck von über 3 bar, aber unter 10, vorzugsweise bei 6 bar, d. h. dem üblichen Druck eines Druckluftnetzes in Produktionsfirmen.

Das Medium kann in einem gerichteten Strahl auf die Arbeits­ fläche, insbesondere auf die in Arbeitsrichtung hintere Seite der Arbeitsfläche, gerichtet werden. Dabei kann der Strahl in Arbeitsdrehrichtung des Honwerkzeuges gerichtet sein. Es wird damit die vom Honvorgang erwärmte Stelle angeblasen. Dort treten auch die Späne, d. h. der gesamte weitgehend pulver­ förmige Werkstoffabtrag und -abrieb aus der Arbeitsfläche aus und kann sofort weggeblasen werden.

Es ist aber auch möglich, das Medium innerhalb der Arbeits­ fläche zuzuführen. Das ist besonders vorteilhaft, wenn die Arbeitsfläche z. B. in schmale Leisten unterteilt ist, so daß die Späne auf möglichst kurzem Wege aus der Arbeitsfläche entfernt werden können.

Obwohl durch diese Maßnahmen die Späne so kurz nach ihrer Entstehung entfernt werden können, daß sie sich nicht an der Arbeitsfläche oder der Werkstückoberfläche festsetzen können, kann der Stelle, an der das Medium zugeführt wird, in Arbeitsrichtung eine mechanische Späneablösung vorgeschaltet sein. Diese kann aus einem beliebigen Mittel bestehen, beispielsweise einer Bürste. Auch andere Mittel zur Späneab­ lösung, beispielsweise Vibrationen etc., sind möglich.

Die Erfindung schafft ferner ein Honwerkzeug mit einem Werkzeugkörper und wenigstens einen schneidmittelbestückten Honbelag, der eine Arbeitsfläche bildet und einer Zuführung für ein für die Kühlung und den Späneabtransport sorgendes Medium, bei dem die Zuführung zum Anschluß an eine Quelle eines gasförmigen, unter Druck stehenden Mediums, insbe­ sondere einen Druckluftanschluß, ausgebildet ist.

Die Mündungen der Zuführung der Blasluft können über die axiale Länge der Arbeitsfläche vorgesehen sein, damit diese möglichst gleichmäßig und vollständig freigeblasen wird. Die Druckluftzuführung kann durch den Werkstückkörper erfolgen, wobei die Mündungen schräg in Arbeitsrichtung auf die Hinter­ seite der Honbeläge oder Honsteine gerichtet sein können.

Auch eine Zuführung durch die Honbeläge hindurch ist sinn­ voll.

Die Honbeläge können vorzugsweise eine großporige Struktur haben, um einerseits Räume zwischen den jeweils eine Schneide undefinierter Form bildenden Schneidkörnern zu schaffen, in dem der abgetragene Span aufgenommen und aus dem er leicht freigeblasen werden kann. Die Honbeläge können durch ver­ schiedene Maßnahmen, beispielsweise durch eine besonders glatte Oberfläche ihrer Bindung oder durch chemische Zusätze zur Bindung, spanabweisend ausgebildet sein und somit eine Haftung der Späne im Bereich der Arbeitsfläche vermeiden. Sie sollten auch in besonderem Maße temperaturbeständig sein, insbesondere, wenn Werkstücke mit schlechter Wärmeleitfähig­ keit bearbeitet werden und/oder mit geringeren Luftgeschwin­ digkeiten gearbeitet wird.

Die Erfindung ermöglicht es, gänzlich trocken zu honen und spart dadurch die Verwendung jedes Honöls oder entsprechender Emulsionen ein. Es werden damit alle Probleme gelöst, die das Recycling und die Entsorgung der Honöle mit sich bringt. Die Werkstücke sind nach der Bearbeitung völlig sauber. Ein nachgeschalteter Reinigungs- oder Trocknungsvorgang kann in den meisten Fällen entfallen. Auch bei korrosionsempfind­ lichen Werkstoffen ergeben sich Vorteile. Als Honbeläge sind alle üblichen Arten verwendbar, also z. B. als Schneidmittel die üblichen Schneidmittel von Grund über kubisches Bohr­ nitrit (CBN) bis zum Diamant und als Bindung von der Kunst­ stoffbindung über die keramische Bindung bis zur me­ tallischen, beispielsweise galvanisch aufgebrachten Bindung.

Die Erfindung schlägt ferner eine Honmaschine vor, die entsprechende Anschlüsse zur Zuleitung des gasförmigen Mediums zum Honwerkzeug aufweist. Das kann beispielsweise von einer Zuleitung an der Maschine über biegsame Schläuche, beispielsweise wendelförmige Schläuche, durch Teleskoprohre oder dergleichen erfolgen.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun­ gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und die Zwischenüberschriften beschränken die darunter gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Hon­ maschine mit einem schematischen Längsschnitt durch ein Honwerkzeug,

Fig. 2 ein Detail im Querschnitt,

Fig. 3 u. 4 Längs- und Detailquerschnittsdarstellungen eines Honwerkzeuges.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch eine Honmaschine 11 mit einem Maschinengestell 12, an dem eine Honspindel 13 drehbar und hin- und hergehend angetrieben gelagert ist. An der Hon­ spindel ist ein Honwerkzeug 14 (gegenüber der übrigen Figur vergrößert) angebracht mit einem Werkzeugkörper 15, in dessen Mittelbohrung 16 zwei kegel- bzw. keilförmige Aufweitkörper 17 geführt sind. Sie arbeiten mit Honleistenträgern 18 zusammen, die platten- bzw. segmentförmig ausgebildet sind und an ihrer Innenseite entsprechende Schrägflächen haben, die an den Kegel- bzw. Keilflächen der Aufweitkörper 17 anliegen. Durch eine Axialbewegung des Aufweitkörpers mittels eines in der Honmaschine vorgesehenen, nicht dargestellten Aufweitmechanismus (Aufweitstange) werden die Honleisten­ träger in den Schlitzen 19 im Werkzeugkörper 15, in denen sie angeordnet sind, radial nach außen bewegt. An ihrer Außenseite ist ein Honbelag 20 vorgesehen, der im vorliegen­ den Fall als ein Honstein ausgebildet ist, der mit Schneid­ mittel durchsetzt ist bzw. eine mit Schneidmittel versehene Oberfläche hat. Im vorliegenden Fall ist ein relativ schmaler Honstein je Honleistenträger vorgesehen, wovon aber mehrere am Umfang vorhanden sind. Es ist aber auch möglich, mehrere Honleisten mit geringerem Abstand parallel zueinander in einem Honleistenträger vorzusehen oder die Arbeitsfläche 21 des Honsteines mit achsparallelen oder auch in andere Rich­ tungen beispielsweise schräg, verlaufenden Nuten zu versehen.

Im Werkzeugkörper ist ein Zuführkanal 22 vorgesehen, der im wesentlichen über die Länge des Werkzeugkörpers reicht und von dem zahlreiche Auslaßkanäle 23 abzweigen, die in Mündungen 24 an der Außenoberfläche des Werkzeugkörpers 15 enden. Fig. 2 zeigt, daß die Auslaßkanäle mit ihren Mündun­ gen auf die in Arbeitsdrehrichtung 25 hintere Seite 26 des Honbelages 20 gerichtet ist.

Der Zuführkanal 22 ist mit einem Anschluß 27, beispielsweise einer Schlauch- oder Rohrkupplung mit einem Druckluftzuführ­ schlauch 28 verbunden, der wiederum an einem Druckluft­ anschluß 29 an der Honmaschine angeschlossen ist. An der Hon­ maschine kann auch eine nicht dargestellte Regeleinrichtung für die Einstellung des Druckes des den Mündungen 24 Zuge­ führten Mediums 30 (z. B. Luft) vorgesehen sein. Durch die Ausbildung des Schlauches 28 als Spiral(genauer Wendel-)schlauch kann dieser der Axialbewegungen des Honwerkzeuges folgen, während ein Drehübertrager 31 dafür sorgt, daß die Anschlußeinrichtung 29 sich zusammen mit der Honspindel dreht. Diese Zuführung kann auch mit entsprechenden Axial- und Drehübertragern unmittelbar an der Honspindel vorgesehen sein. Auch eine Zuführung über die hohle Honspindel ist möglich.

Das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Werkzeug ist gleich aufgebaut wie das nach Fig. 1 und 2. Dort ist der Zuführkanal 22 im Honleistenträger 18 vorgesehen. Der Anschluß 27 kann unmittelbar von diesen ausgehen oder auch an einen ent­ sprechenden Kanal im Honwerkzeugkörper 15 angeschlossen sein.

Die Auslaßkanäle 23 sind, ebenfalls über die ganze Länge reichend, in kurzen Abständen voneinander so angeordnet, daß sie durch den Honbelag bzw. Honstein 20 hindurch ragen und direkt innerhalb der Arbeitsfläche 21 austreten, die wiederum entsprechende Nuten oder Kanäle in ihrer Oberfläche haben kann, um die Luft entsprechend zu verteilen.

VERFAHRENSBESCHREIBUNG

Zum Honen eines Werkstückes 32, das an der Honmaschine in einer Spannvorrichtung aufgenommen ist, wird so vorgegangen, daß das Honwerkzeug 14 mit radial nach innen eingezogenen Honbelägen 20 in die Werkstückbohrung 33 eingefahren und dort drehend und axial (in der Zeichnung vertikal) auf und ab bewegt wird.

Die Honbearbeitung wird dadurch in Gang gesetzt, daß durch das Herunterdrücken der Aufweitkörper 17 die Honleistenträger radial nach außen gedrückt werden und somit ihre Arbeits­ flächen 21 in Kontakt mit der Werkstückbohrung 33 kommen.

Gleichzeitig wird von einer nicht dargestellten Druckluft­ quelle, beispielsweise einem werkseigenen Druckluftnetz oder einem gesonderten Kompressor oder Druckluftspeicher Druckluft dem Drehübertrager 31 und von diesem über die Anschlußein­ richtung 29, den Schlauch 28 und die Kupplung 27 dem Zuführ­ kanal 22 zugeführt und tritt über die Auslaßkanäle 23 und die Mündungen 24 in den Spalt 34 zwischen Werkzeugkörper und Werkstückbohrungsfläche 33 ein (bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2).

Das sich in Arbeitsdrehrichtung 25 drehende Werkzeug hat mit seiner schneidmittelbestückten Arbeitsfläche 21 Werkstoff­ partikel ("Späne") abgetragen, die sich in dem relativ grob­ porigen Honbelag ablagern und aus der Arbeitsfläche heraus transportiert werden. Dies geschieht unter Einwirkung des mit relativ hoher Geschwindigkeit aus den Mündungen 24 aus­ tretenden Druckluftstromes, der sofort alle Partikel aus dem Spalt 34 wegbläst, jedoch wegen der relativ geringen absolu­ ten Viskosität der Luft auch in feinste Kanäle der Arbeits­ fläche eindringen und die Späne von dort abtragen kann. Dabei hat die schräg von hinten die Arbeitsfläche anblasende Ausführung nach Fig. 2 den Vorteil, daß sich kein Luftkeil unter die Arbeitsfläche setzen kann und das Honen nach Art eines Luftlagers behindert.

Die Luft und der mit ihr weggetragene Schleifstaub kann am Ende, beispielsweise dem unteren Ende, der Werkstückbohrung aufgefangen und abgeleitet werden. Nach einer Staubab­ scheidung kann die im übrigen nicht verschmutzte Luft in die Atmosphäre entlassen werden. Es ist auch eine zusätzliche Absaugung der Luft möglich, obwohl dies meist nicht erforder­ lich sein wird. Es ist auch denkbar, das Honwerkzeug nach oben so auszubilden, daß die Luft nur nach unten austritt, um sie gezielt abführen zu können und Staubentwicklung in Richtung auf die Honspindel zu zu vermeiden.

Das Verfahren, das mit dem Honwerkzeug nach den Fig. 3 und 4 durchgeführt wird, unterscheidet sich nur darin von dem bisher beschriebenen, daß das Medium 30, d. h. die Luft, unmittelbar im Bereich der Arbeitsfläche zugeführt wird. Dadurch wird der Honbelag auch von innen gekühlt, was bei Fig. 1 und 2 von außen erfolgt und der Abtrag wird unmittelbar von der Arbeitsfläche geblasen.

Es ist auch möglich, bei einer Ausführung mit einem Werkzeug­ körper vorgesehene Auslaßkanäle in ihrem Bereich ein Bürste vorzusehen, durch die hindurch oder der folgend das Medium austritt. Dies ist zweckmäßig, falls die Werkstückoberfläche besondere Hafteigenschaften für den Werkstoffabtrag hat.

Das Verfahren mit allen Arten kann von Honwerkzeugen durchge­ führt werden, so auch mit Schaftwerkzeugen, bei denen der Honbelag direkt auf der Werkstückoberfläche angebracht ist oder mit Segmentwerkzeugen, bei denen dann vorzugsweise die Arbeitsfläche durch Nuten oder Kanäle unterteilt ist.

Es hat sich gezeigt, daß auch ohne das bisher für unerläßlich gehaltene Honöl gute Oberflächenbeschaffenheit bei aus­ reichendem Werkstoffabtrag erzielt wird; auch die Maßhaltig­ keit leidet nicht.

Claims (17)

1. Verfahren zum Honen von Werkstücken (32), bei dem ein Honwerkzeug (15) mit einer schneidmittelbestückten Arbeitsfläche (21) gegenüber dem Werkstück (32) in Umfangsrichtung (25) und in Axialrichtung bewegt wird und der Arbeitsfläche ein für die Kühlung und den Späneabtransport sorgendes Medium (30) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (30) gasförmig ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium ohne jeden flüssigen oder festen Zusatz zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Medium Luft verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (30) unter mäßigem Druck und/oder Geschwindigkeit zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (30) unter einem Druck von über 3 bar, vorzugsweise 6 bar zugeführt wird, wobei vorzugsweise der Mediumsdruck kleiner ist als 10 bar.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (30) in einem gerichteten Strahl auf die Arbeitsfläche (21), insbeson­ dere auf die in Arbeitsrichtung (25) hintere Seite (26) gerichtet wird, wobei der Strahl vorzugsweise in Arbeitsdrehrichtung (25) des Honwerkzeugs (14) gerichtet ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (30) innerhalb der Arbeitsfläche (22) zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführung des Mediums (30) in Arbeitsrichtung (25) eine mechanische Späne­ ablösung vorgeschaltet wird.

9. Honwerkzeug (14) mit einem Werkzeugköper (15) und wenigstens einem schneidmittelbestückten Honbelag (20), der eine Arbeitsfläche (21) bildet und mit einer Zufüh­ rung (22, 23) für ein für die Kühlung und den Späneab­ transport sorgendes Medium (30), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (22, 23) zum Anschluß an eine Quelle eines gasförmigen, unter Druck stehenden Mediums (30), insbesondere einen Druckluftanschluß (27, 28, 29) ausgebildet ist.

10. Honwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mündungen (24) der Zuführung (22, 23) über die axiale Länge der Arbeitsfläche (21) vorgesehen sind.

11. Honwerkzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mündungen (24) in Arbeitsdrehrichtung (25) des Honwerkzeuges (14) hinter den Honbelägen (20), insbesondere auf die Arbeitsrichtung (25) hintere Seite (26) der Honbeläge (20) gerichtet und vorzugsweise in Arbeitsdrehrichtung (25) weisend, angeordnet sind.

12. Honwerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (24) innerhalb der Arbeitsfläche (21) liegen.

13. Honwerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (24) im Bereich einer Bürste angeordnet sind.

14. Honwerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Honbeläge (20) eine großporige Struktur haben.

15. Honwerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Honbeläge (20) in Arbeits­ richtung (25) unterbrochen sind.

16. Honwerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Honbeläge spanabweisend und erhöht temperaturbeständig sind.

17. Honmaschine (11) mit einer hohen Spindel (13), die eine Aufnahme für ein Honwerkzeug (14) aufweist und die relativ zu einem Werkstück (32) drehbar und axial hin- und herbeweglich angetrieben ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine ggf. mit einem Dreh­ übertrager (31) und/oder einer Axialausgleichsein­ richtung (28) versehene Anschlußeinrichtung (29) zur Zuführung eines gasförmigen Mediums (30) zum Honwerkzeug (14).