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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abrichten eines Honleisten umfassenden Honwerkzeuges. Weiterhin betrifft die Erfindung eine mit der Vorrichtung ausgestattete Honmaschine oder universale Bearbeitungsmaschine, ein Honwerkzeug sowie eine Honleiste.
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Honwerkzeuge dienen der mechanischen Feinbearbeitung von metallischen und/oder sonstigen zerspanbaren Oberflächen, insbesondere von Innenflächen von Zylindern von Verbrennungskraftmaschinen. Weiterhin können Honwerkzeuge beispielsweise auch zur Bearbeitung von Verdichtern, Pneumatik- und Hydraulikkomponenten oder Einspritzpumpenteilen verwendet werden. Die eigentliche Bearbeitung der Oberflächen erfolgt dabei mittels auf einem zylindrischen Werkzeuggrundkörper angeordneter Honleisten, die üblicherweise in einem Bindematerial eingebettete Schneidkörner, beispielsweise aus Diamant oder kubisch kristallinem Bornitrid (CBN), umfassen, durch welche der eigentliche Materialabtrag am Werkstück erreicht wird. Der Werkzeuggrundkörper rotiert dabei um seine Längsachse (z-Achse) und wird ebenso entlang seiner Längsachse translatorisch bewegt. Eine radiale Zustellung zur Bohrungswand erfolgt dabei mechanisch oder hydraulisch. Für die Effektivität des Honprozesses ist es entscheidend, dass die Diamantkörner etwas über das Bindematerial überstehen, um ihre Schneidwirkung entfalten zu können.
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Die Einsatzvorbereitung von Honleisten erfolgt auch heutzutage noch immer manuell und ist daher nicht automatisierbar. Meist werden nach einem Rundschleifprozess zur Herstellung der gewünschten Werkzeuggeometrie die Honleisten aus dem Grundkörper entfernt und von einem Mitarbeiter auf einer ebenen Fläche und mit Hilfe von Läppmittel geschärft. Dieses Läppen ist erforderlich, weil die Oberflächen der Honleisten durch den vorangegangenen Schleifvorgang typischerweise etwas verschmiert sind und damit die Diamantkörner nicht weit genug aus dem Bindematerial hervorstehen, so dass das Werkzeug zunächst eher stumpf ist. Die so entstehenden Nebenzeiten sind ein erheblicher Kostenfaktor. Nicht zuletzt erfordert das manuelle Schärfen viel Erfahrung, wobei Qualitätsschwankungen nicht ausgeschlossen werden können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die die genannten Nachteile des Standes der Technik beseitigen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
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Ein vorteilhaftes Verfahren zum Abrichten eines Honleisten umfassenden Honwerkzeuges mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine Honleiste mittels eines elektroerosiven Verfahrens, insbesondere mittels Senkerodieren, abgerichtet wird.
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Dabei wird gezielt von dem thermischen Wirkprinzip der Elektroerosion Gebrauch gemacht, derart, dass ein Materialabtrag auf der Honleisten-Schneidfläche nur an den Flächen mit ausreichender elektrischer Leitfähigkeit, also zwischen den Schneidkörnern, erfolgt. Hieraus ergibt sich eine im Vergleich zum Stand der Technik schnellere und präzisere sowie reproduzierbare Methode zum Rücksetzen der Honleisten, die eine hohe Nebenzeitersparnis und damit die Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Qualitätskonstanz mit sich bringt. Insbesondere erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, eine definierte Kornauskragshöhe zu erzeugen. Weiterhin können die mechanischen Lasten im Honprozess verringert und offene Topographien zum Abtransport der Späne erzeugt werden, was eine geringere Reibung sowie einen verbesserte Kühlung zur Folge hat. Darüber hinaus ermöglicht es das Erodierverfahren, für die Honleisten härtere Schneidstoffe mit höherer Standzeit zu verwenden.
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Dadurch, dass als Dielektrikum ein sowohl zum Honen als auch zum Erodieren geeignetes Medium verwendet wird, wird es möglich, das Honwerkzeug unmittelbar nach dem Abrichtvorgang einsatzbereit auszuliefern bzw. das Verfahren direkt in eine Bearbeitungsmaschine (z.B. Honmaschine oder BAZ), beispielsweise mittels eines Handlingsystems zu integrieren. Dabei kann eine Verkettung, also ein paralleles Bearbeiten eines Werkstückes und Abrichten eines Honwerkzeuges ermöglicht werden; es können drei Honwerkzeuge gleichzeitig im Einsatz sein - eines auf der Spindel der Honmaschine, eines in deren Revolver und ein weiteres in einer mit einer Erodiereinheit ausgestatteten Abrichtvorrichtung der Bearbeitungsmaschine. Als Dielektrikum kann beispielsweise ein Medium verwendet werden, in welchem hochreine Polyalphaolefine mit Satellitenelektroden wie im deutschen Patent
DE 4 132 879 C2 beschrieben angereichert und mit alterungsstabilen Hochdruckzusätzen additiviert sind.
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In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist die mindestens eine Honleiste während des Abrichtens auf dem Werkzeuggrundkörper montiert. Auf diese Weise wird ein konstanter, definierter Rücksetzungsgrad für alle Leisten des Honwerkzeuges erreicht, da alle Honleisten im gleichen Prozess - anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten, händischen Prozess - abgerichtet werden. Dies bedeutet das Herstellen eines konstanten Durchmessers, also das Rücksetzen des Bindungswerkstoffs der Honleiste auf eine umlaufend gleichbleibende Höhe in radialer Richtung des Honwerkzeuges. Ein definiertes Zustellen der Werkzeugelektrode in radialer Richtung erlaubt also die Herstellung einer präzisen und reproduzierbaren Makroform, ohne dass es erforderlich ist, die Honleisten vorab auf die gewünschte Form zu schleifen. Der verfahrensbedingt vorhandene Arbeitsspalt zwischen den Elektroden gewährleistet während des Funkenerosionsprozesses, dass die Schneidkörner mechanisch nicht beansprucht werden. Der Senkvorgang kann durch eine kontinuierliche Zustellung in radialer Richtung erfolgen. Dieser Zustellung kann eine Rotationsbewegung um die z-Achse, also um die bestimmungsgemäße Rotationsachse des Honwerkzeuges, überlagert sein. Für den Abrichtvorgang können die Honleisten mechanisch über den definierten Außendurchmesser der honend zu bearbeitenden Werkstücke hinaus aufgeweitet werden, also insbesondere über die Bohrung eines Zylinders in einem Motorblock hinaus. Während des Erodiervorganges wird dann auf den Fertigmaß-Durchmesser der zu honenden Bohrung erodiert.
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Im Allgemeinen können während des Abrichtprozesses drei Relativbewegungen zwischen Werkzeugelektrode und Honwerkzeug ausgeführt werden, nämlich eine Hubbewegung, eine Rotation und eine Zustellbewegung. Dabei kann grundsätzlich während des Abrichtens das Honwerkzeug oder die Werkzeugelektrode gegenüber der festen Welt ruhen. Auch eine gleichzeitige Bewegung beider Komponenten gegenüber der festen Welt ist denkbar. Weicht die Zustellbewegung gegenüber der Längsachse des Honwerkzeuges von der Vertikalen ab oder werden abschnittsweise unterschiedliche Wirkzeiten gewählt, kann eine konische, eine Doppelglocken-(Vorweite oben und unten) oder auch eine tonnenförmige Form des Honwerkzeuges erreicht werden. Andernfalls ist von einer zylindrischen Form des Honwerkzeuges auszugehen.
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Dadurch, dass die verwendete Werkzeugelektrode mindestens abschnittsweise an die Geometrie der mit dem Honwerkzeug zu schaffenden Geometrie angepasst ist, kann auf besonders vorteilhafte Weise die gewünschte Geometrie des Honwerkzeuges erzeugt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Graphit- oder Kupferelektrode als Werkzeugelektrode verwendet. Graphit eignet sich aufgrund seiner außerordentlichen Verschleißbeständigkeit bei hohen Entladeenergien und verspricht damit lange Werkzeugstandzeiten. Kupfer gewährleistet mit einer im Vergleich zu Graphit vierfach höheren Wärmeleitfähigkeit und einer um drei Größenordnungen erhöhten elektrischen Leitfähigkeit eine beste Eignung für die Funkenerosion, insbesondere hinsichtlich des Wärmeabtransports von der Wirkstelle.
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Wenn es sich bei dem Honwerkzeug um ein innengekühltes Honwerkzeug handelt, kann ein Späneeintrag wirksam verhindert werden und eine zusätzliche Säuberung des Honwerkzeuges nach dem Abrichten kann entfallen.
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Eine erfindungsgemäße Abrichtvorrichtung zum Abrichten eines Honleisten umfassenden Honwerkzeuges umfasst eine Elektroerodiereinheit.
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In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist die verwendete Werkzeugelektrode mindestens abschnittsweise an die Geometrie der mit dem Honwerkzeug zu schaffenden Geometrie angepasst.
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Weiterhin kann die erfindungsgemäße Abrichtvorrichtung als Dielektrikum ein sowohl zum Honen als auch zum Erodieren geeignetes Medium enthalten; bei der Werkzeugelektrode der Abrichtvorrichtung kann es sich insbesondere um eine Graphit- oder Kupferelektrode handeln.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Bearbeitungsmaschine, insbesondere eine Honmaschine, derart ausgestattet, dass sie eine Abrichtvorrichtung wie vorne beschrieben umfasst. Insbesondere kann die Bearbeitungsmaschine neben Honen auch andere Bearbeitungsverfahren durchführen; selbstverständlich ist aber auch die Realisierung der Erfindung auf einer reinen Honmaschine denkbar.
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Dabei kann die Bearbeitungsmaschine eine Werkzeugspindel umfassen, die dazu eingerichtet ist, ein Honwerkzeug in die Abrichtvorrichtung zum Abrichten zu verbringen.
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Weiterhin kann die Werkzeugspindel geeignet sein, das Honwerkzeug in der Abrichtvorrichtung rotatorisch und/oder translatorisch zu bewegen, so dass der Abrichtvorgang besonders einfach erfolgen kann, ohne dass ein weiteres Umspannen erforderlich ist.
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Eine besonders kompakte und platzsparende Lösung ergibt sich dadurch, dass die Abrichtvorrichtung in einem Werkzeugmagazin der Bearbeitungsmaschine integriert ist.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- 1 schematisch das Prinzip des Rücksetzens der Werkzeugoberfläche beziehungsweise des Bindematerials einer Honleiste mittels Funkenerosion,
- 2 ebenfalls schematisch eine Abrichtvorrichtung zum funkenerosiven Senken eines darin befindlichen Honwerkzeuges,
- 3 in den 3a-3e verschiedene Abrichtkonzepte und
- 4 in den 4a und 4b zwei Varianten zur Kombination einer Bearbeitungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abrichtvorrichtung.
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1 zeigt schematisch das Prinzip des Rücksetzens einer Honleistenoberfläche bzw. des Bindematerials einer Honleiste 1 mittels Funkenerosion. Dargestellt in der Figur ist eine Werkzeugelektrode 2 einer in der Figur nicht gesondert gezeigten Erodiermaschine, mittels derer eine als Honleiste 1 ausgebildete Werkstückelektrode bearbeitet wird. Dazu wird mittels eines Generators 3 eine elektrische Spannung zwischen der Werkzeugelektrode 2 und der Werkstückelektrode 1 angelegt. Bei ausreichend hoher Spannung entsteht eine elektrische Entladung 4 in dem zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 befindlichen Dielektrikum 5, die zum Abtrag von Partikeln 6 aus dem Bindematerial der Honleiste 1 führt. Da nur das Bindematerial der Honleiste 1, nicht aber die darin eingelagerten Diamantkörner 7 elektrisch leitend sind, wird lediglich Bindematerial abgetragen und die abrasiven Diamantkörner 7 werden mindestens teilweise freigelegt, was zu einem verschmierungsfreien Schärfen der Honleiste 1 führt. Der Betrag, um welchen die Werkzeugoberfläche zurückgesetzt wird, kann insbesondere über die Parameter Spannung, Bearbeitungsdauer, Tastverhältnis und Elektrodenmaterial gut reproduzierbar eingestellt werden.
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2 zeigt schematisch eine Abrichtvorrichtung 8 zum funkenerosiven Senken eines darin befindlichen Honwerkzeuges 9. In dem gezeigten Beispiel handelt es sich um ein Honwerkzeug 9 mit einem zylindrischen Grundkörper 10, auf dessen Mantelfläche Honleisten 1 parallel zur Axialrichtung angeordnet sind. Das Honwerkzeug 9 rotiert dabei während der Bearbeitung um seine Längsachse, wie durch den Pfeil 11 angedeutet. Die Werkzeugelektrode 2 ist in dem in der Figur gezeigten Beispiel an die Geometrie der mit dem Honwerkzeug 9 zu schaffenden Geometrie angepasst. Mit anderen Worten zeigt die Werkzeugelektrode 2 in denjenigem Bereich, welcher auf das Honwerkzeug 9 einwirkt, eine zylindrische Ausnehmung, deren Durchmesser beispielsweise der Bohrung eines mittels des Honwerkzeuges 9 zu bearbeitenden Zylinders in einem Motorblock entsprechen kann, also beispielsweise ca. 80mm betragen kann. Während des Abrichtvorganges wird die Werkzeugelektrode 2 in der Weise in Radialrichtung zugestellt, dass die gewünschte rotationssymmetrische Geometrie des Honwerkzeuges 9 erreicht wird. Dabei können zu Beginn eines erstmaligen Abrichtvorganges die Honleisten 1 durchaus einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Sowohl die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit als auch die gewünscht Oberflächengeometrie kann durch das erfindungsgemäße Verfahren in einem einzigen, weitgehend automatisierbaren und damit reproduzierbaren Arbeitsgang hergestellt werden.
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3 zeigt in den 3a-3e verschiedene alternative Abrichtkonzepte und Gestaltungen von Werkzeugelektroden 2, die nachfolgend kurz dargestellt werden.
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3a zeigt ein einfaches, vollflächiges Abrollen eines Honwerkzeuges 9 an einer konvexen Werkzeugelektrode 2, wobei beide Werkzeuge 2,9 um ihre Längsachse rotieren.
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3b zeigt ein Abrollen mit einer überlagerten Hubbewegung, ähnlich einer Honbewegung.
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3c zeigt eine torusförmige Werkzeugelektrode 2, die um ihre Längsachse rotiert, wobei das Honwerkzeug 9 eine Rotations- und Hubbewegung ausführt.
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3d zeigt ein Abrollen an einer Vollring-Werkzeugelektrode 2.
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3e zeigt eine honähnliche Bewegung an einer Werkzeugelektrode 2 mit Innenradius.
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4a zeigt in einer ebenfalls schematischen Darstellung eine Bearbeitungsmaschine 12 mit einer erfindungsgemäßen Abrichtvorrichtung 8. Dabei umfasst die Bearbeitungsmaschine 12 im gezeigten Beispiel zwei Werkzeugspindeln 13 mit darin angeordneten Honwerkzeugen 9 zur Bearbeitung eines Werkstückes 14, im gezeigten Beispiel eines Motorblockes mit Zylinderbohrungen 15, die von der Beabeitungsmaschine 12 bearbeitet werden. Dabei sind die Werkzeugspindeln 13 beispielsweise für einen Werkzeugwechsel oder das Anfahren einer Bohrung unabhängig voneinander verfahrbar. Weiterhin umfasst die in der Figur gezeigte Bearbeitungsmaschine ein Werkzeugmagazin 16 mit Aufnahmen 17 für momentan nicht benötigte Honwerkzeuge 9. Das Werkzeugmagazin umfasst weiterhin eine Abrichtvorrichtung 8, beispielsweise in den in der 2 oder 3 gezeigten Art. Diese Variante ermöglicht es, ohne zusätzlichen Platzbedarf auf einer einzigen Werkzeugmaschine eine effektive Lösung zum Abrichten oder Aufbereiten von Honwerkzeugen zu schaffen.
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Eine insbesondere als Nachrüstlösung interessante Variante ist in der 4b schematisch gezeigt. Dargestellt ist eine Bearbeitungsmaschine 12' entsprechend der 4a, wobei die Bearbeitungsmaschine 12' jedoch in diesem Fall mit einem konventionellen Werkzeugmagazin 16' ausgestattet ist. In dem gezeigten Beispiel ist die Abrichtvorrichtung 8 als Stand-Alone Modul ausgebildet. Das Handling der abzurichtenden Werkzeuge 9 aus den Werkzeugspindeln 13' oder dem Werkzeugmagazin 16' der Bearbeitungsmaschine 12' in die Abrichtvorrichtung 8 und zurück erfolgt mit Hilfe des in der Figur ebenfalls dargestellten Roboters 18.
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Die gezeigten Lösungen lassen sich problemlos in verkettete Produktionslinien oder Rundtaktanlagen integrieren. Es ist selbstverständlich auch denkbar, Honwerkzeuge in Lohnbetrieben in der vorliegend gezeigten Art abzurichten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Honleiste
- 2
- Werkzeugelektrode
- 3
- Generator
- 4
- Elektrische Entladung
- 5
- Dielektrikum
- 6
- Abtragpartikel
- 7
- Diamantkorn
- 8
- Abrichtvorrichtung
- 9
- Honwerkzeug
- 10
- Werkzeuggrundkörper
- 11
- Pfeil
- 12,12'
- Bearbeitungsmaschine/Honmaschine
- 13,13'
- Werkzeugspindel
- 14
- Werkstück
- 15
- Zylinderbohrung
- 16,16'
- Werkzeugmagazin
- 17
- Aufnahme
- 18
- Roboter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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