DE2810322C2

DE2810322C2 - Honmaschine

Info

Publication number: DE2810322C2
Application number: DE19782810322
Authority: DE
Inventors: Peter 7442 Neuffen Nagel; Wolf Dipl.-Ing. 7440 Nürtingen Nagel
Original assignee: Individual
Current assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1982-11-25
Also published as: DE2810322A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Honmaschine nach eiern Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Feinbearbeitung von Werkstücken durch Honen kann nicht nur eine ausgezeichnete Oberflächenbeschaffenheit erzielt werden, sondern auch eine große Genauigkeit der Kreisform und der Zylindrizität. Oft werden jedoch die Werkstücke in einem Zustand gehont, der dem endgültigen Zustand nicht entspricht. So wird beispielsweise bei der Bearbeitung der Kolbenlanfbahnen an Zylinderblöcken der Zylinderblock in die Honmaschine eingebracht und auf genaueste Kreisform und Zylinderform bearbeitet. Wenn dann im Laufe der Montage die Zylinderköpfe aufgeschraubt werden, so kann dadurch eine wesentliche Verspannung der Zylinderblöcke erfolgen, die an den Kolbenlaufbahnen eine Verformung auftreten läßt, die einen Kreis- oder Zylinderformfehler von 0,05 bis 0,15 mm erzeugt. Die Auswirkungen dieser Fehler werden bei der Motorherstellung durch eine hohe Andruckkraft der Kolbenringe an der Kolbenlaufbahn kompensiert Dadurch entsteht aber eine sehr hohe Reibleistung, die nicht nur die Lebensdauer der Motoren beeinträchtigt, sondern auch einige Prozent an Motorleistung verbraucht.

Aus den US-Patentschriften 20 06 158 und 20 06 159 ist ein Gerät zur Nachbearbeitung von Zylinderblöcken durch Ausschleifen, das auf einen Zylinderblock aufgesetzt und mit ihm verspannt werden kann, bekannt Damit wird die spätere Verspannung des Zylinderblocks durch den Zylinderkopf simuliert Hierzu muß eine Spannplatte auf den Zylinderblock aufgeschraubt werden, um danach das Gerät daran zu befestigen. Für eine laufende Produktion ist dieses Gerät ungeeignet

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Honmaschine zu schaffen, bei der mit geringem Mehraufwand gegenüber einer üblichen Honmaschine eine Bearbeitung von Werkstücken mit Verspannungssimulation auch in der laufenden Serienproduktion möglich ist
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst

Das der Honmaschine zugeführte Werkstück wird also an dem Spannteil der Honmaschine durch die betätigbaren Spanneinrichtungen, beispielsweise mechanische Schrauber, so verspannt daß dies dem später bei der Montage vorliegenden Zustand entspricht In diesem Zustand findet die Honbearbeitung statt, und danach wird die Verspannung wieder gelöst Dabei kann die Spannung bei dem gleichen Werkstück mehrfach vorgenommen werden, und zwar insbesondere auch vor dem Honvorgang, damit der Einfluß von dauernden Verformungen, beispielsweise durch Bearbeitungsgrate, Ungenauigkeiten in den Befestigungsgewinden o. dgl. bereits vor dem Honen ausgeglichen sind und nicht mehr bei der späteren Montage zur Auswirkung kommen. In gleicher Weise können auch bei aufeinanderfolgenden Honvorgängen in der gleichen Maschine die Spanneinrichtungen vor jedem Honvorgang zum Entspannen und Spannen betätigb?·- sein.

Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist es, daß bei einer Honmaschine mit einer Meßeinrichtung diese ein Meßwerkzeug für die Abmessungen bzw. die Form der Bohrung im gespannten Zustand des Werkstückes aufweist. Es wird also eine Messung der zu bearbietenden Werkstückfläche in dem Zustand vorgenommen, der einzig entscheidend ist, nämlich dem Zustand, wie er nach der Endmontage vorliegt. Außer der Messung in der Honmaschine selbst, beispielsweise durch Meßdüsen t.n dem Honwerkzeug, können auch Vor- oder Nachmeßstationen vorgesehen sein. So kann z. B. der Honmaschine eine Bohrungs-Meßstation mit einem Spannteil und Spanneinrichtungen zugeordnet sein, die vor der Messung zum Spannen betätigbar sind. Die Bohrungs-Meßstation kann aber auch eine Nachmeßstation mit einer Regel-Rückkopplung zur Honmaschine sein. Dadurch werden Abweichungen von den gewünschten Maßen im gespannten Zustand sofort berücksichtigt. Wenn die Bohrungs-Meßstation eine Vormeßstation mit einem die Form der verspannten, zu bearbeitenden Werkstückfläche messenden Werkstück ist, so können auch von Werkstück zu Werkstück unterschiedliche Formfehler sofort korrigiert werden.

Vorteilhaft ist es, daß durch Nacharbeiten des Spannteils oder entsprechende Einstellung der Spanneinrichtungen der Endzustand besonders genau simuliert werden kann.

Das Spannteil und die Spanneinrichtungen ersetzen

vorzugsweise die normale Spannung des Werkstücks auf der Honmaschine. Zusätzlich könnte noch ein weiteres Spannteil am gleichen Werkstück angebracht werden, wenn beispielsweise ein Werkstück in der Praxis der verspannenden Wirkung zweier Tejie ausgesetzt ist. Dies wäre beispielsweise bei einem besonders leicht gebauten Zylinderblock möglich, der einerseits mit einem Zylinderkopf und andererseits mit einem gesonderten Kurbelgehäuse verspannt wird. Vorzugsweise weiden die Spanneinrichtungen mit den entsprechenden Befestigungspunkten des Werkstücks züsamirenarbeiieri, beispielsv/eise bei einem Zylinderblock mit den Gewindebohrungen für die Zylinderkopfschrauben. Es wäre jedoch auch möglich, durch andere von maschinell antreibbaren Spanneinrichtungen Spannmittel den reellen Verspannungszustand zu simulieren.

Es isi also zu erkennen, daß durch die Erfindung die zu bearbeitenden Werkstückflächen so hergestellt werden können, daß ihre hohe Genauigkeit dann vorliegt, wenn sie tatsächlich erforderlich ist, nämlich im montierten Zustand. Die Erfindung sorgt ferner dafür, daß Fehler des Werkstücks keine negativen Auswirkungen, haben. Dies können beispielsweise Gußfehler des Werkstücks, wie Wandstärkeschwankungen, Lunkerstellen o. dgL, sein. Da eine gegenüber dem normalen Werkstück veränderte Verformung bei Verspannung schon vor Beginn der Honbearbeitung vorliegt, kann diese entweder, wenn sie noch im Bereich der Bearbeitungszugaben liegt, sofort ausgeglichen werden, oder s«e wird auf Grund von Meßeinrichtungen oder auch auf Grund der Unmöglichkeit, die Toleranzen zu erreichen, schon bei der Bearbeitung erkannt, so daß das fehlerhafte Werkstück ausgeschieden werden kann. In der Praxis wird also ein besseres Werkstück mit geringerer Fehlerquote hergestellt Dieser Vorteil wirkt sich bis zu einer verbesserten Leistung bei erheblicher Energieeinsparung aus, wenn die Erfindung bei Zylinderblöcken von Motoren angewandt wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unttransprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Honmaschine nach der Erfindung und eine Meßstation in schematischer Vorderansicht,

F i g. 2 eine Ansicht der Honmaschine in Richtung des Pfeils II wie in F i g. 1 gesehen,

Fig.3 einen vergrößerten Detailschnitt nach der Linie Ill-III in F i g. 1 (Draufsicht auf das Spannteil) und

Fig.4 einen vergrößerten Detailschnitt nach der Linie IV-IVb F ig. 3.

In den F i g. 1 und 2 ist eine Honmaschine 11 dargestellt, die ein Maschinengestell 12 hat. Eine in üblicher Weise vertikal angeordnete und in vertikaler Richtung sowie drehbar antreibbare Honspindel 14 trägt ein Honwerkzeug 15, das vorzugsweise auch mit Meßdüsen 27 versehen ist. Es sind hier drei Meßdüsen in axialer Richtung hintereinander angeordnet und an ein nicht dargestelltes Auswertegerät angeschlossen, mit dem die Form einer Werkstückbohrung gemessen werden kann. Es wird also nicht nur die Toleranz an einer bestimmten Stelle festgestellt, sondern auch Abweichungen von der Rundheit und von der Zylinderform. Die Meßeinrichtung könnte jedoch auch mit nur einer Meßdüse auskommen, die während der Messung nicht nur drehbar sondern erforderlichenfalls auch in Bohrungsiängsiichtung verschiebbar \r.t.

An dem Gestell 12 der rknsmsüiine 11 ist ein

Werkstücktisch 13 vorgesehen, dar h> &.; Tnncpori.fjr-hnine 28 des Werkstücks, d.h. in Fig. 1 von links -nsch rechis (und zurück), verschiebbar ist Auf dem Warkstücktisch 13 sind vier Stützen 19 angebracht die ein Spannteil !8 tragen. Dieses hat die Form einci kräftigen und möglichst verwindungssteifen Platte mit rechteckiger Grundform (Fig.3), an deren vier Ecken

ίο die Stützen 19 angreifen. Es bildet also den oberen Träger einer Brücke oder eir.es Tunnels.

Das Spannteil 18 hat Durchbrüche 22, die mit den zu bearbeitenden Werkstückbohrungen 17 in einem Werkstück 16 fluchten. Die Durchbrüche sind in jedem Fall so groß, daß das Honwerkzeug 15 durch sie hindurch in jede Werkstückbohrung eingefahren werden kann. Im vorliegenden Fall ist das Werkstück als Zylinderblock mit drei Kolbenlaufbahnen dargestellt
Auf dem Spannteil 18 sind Spanneinrichtar.gen 20 in Form von Schraubern angeordnet, die mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydrauPch angetrieben sein können, wobei beispielsweise auch ein gemeinsamer Antrieb für mehrere Spanneinrichtungen vorgesehen sein kann. Jeder der im vorliegenden Fall vorgesehenen acht Schrauber ist für eine Spannschraube 24 vorgesehen, die durch Bohrungen im Spannteil 18 hindurch in die Gewindelöcher 23 einschraubbar sind, die in dem Zylinderkopf (Werkstück 16) zur Aufnahme der Spannschrauben des Zylinderkopfes vorgesehen sind. In den Zeichnungen ist ein Schrauber vorgesehen, der mit einer speziellen Spannschraube 24 zusammenarbeitet, deren Kopf sich auf der Oberseite des Spannteils 18 abstützt Der Schrauber kann auch dazu vorgesehen sein, die Spannschraube bei ihrem Lösen ganz aus dem

J5 Gewindeloch 23 herauszuziehen, und es ist auch möglich, daß an Stelle der Verwendung von gesonderten Spannschrauben ein entsprechendes mit Gewinde versehenes Spannteil direkt an der Spanneinrichtung angeordnet ist, daß seine axiale Abstützung in dieser hat Die Werkstücke 16 werden von einer Transporteinrichtung 21 in die Honmaschine hinein und aus dieser wiedrr hinausbefördert Die Transporteinrichtung ist bei Ausführungsbeispiel in Form einfacher Transportschienen symbolisiert es kann sich hierbei jedoch um beliebige Transporteinrichtungen, beispielsweise Ketten-, Rollenförderer o. dgl., handeln.

In Transportrichtung 28 hinter der Honmaschine 11 ist eine Meßstation 25 angeordnet, die in gleicher Weise wie die Honeinrichtung einen Werkstücktisch 13 und ein

so von Stützen 19 getragenes Spannteil 18 mit Spanneinrichtungen 20 besitzt Vorzugsweise ist die Spanneinrichtung identisch ausgebildet wie bei der Honmaschine, um möglichst gleiche Verhältnisse zu schaffen. Es ist aber sowohl bei der Meßstation als auch bei der Honmaschine möglich, ohne eine Längsverfahrbarkeit des Tisches 13 auszukommen, wenn beispielsv/eise drei Hon- oder Meßwerkzeuge Verwendung finden. Beim Ausführungsbeispiel ist nur ein Meßwerkzeug 26 dargestellt, das wie die Meßeinrichtung am Honwerkzeug 15 mit hintereinander angeordneten Meßdüsen 27 arbeitet und von oben her in die Werkstückbohrungen 17 einfahrbar ist. Zur Verdeutlichung sind Meßeinrichtungen sowohl an einer gesondierten Meßsia'ion 25, und zwar hier an einer NachnieÖstation, als auch am Honwerkzeug 15 selbst dargestellt Diese Ausführungsformei. können insb^nondere alternativ verv. jncht werden.

Die Honmaschine arbeile; nach folgendem Verfah-

Lin Werkstück 16 wird auf der Transporteinrichtung 21 in die tunnelartige Aufnahmestation eingebracht. Die Spanneinrichtungen 20 werden in Betrieb gesetzt und ziehen mit einer genau vorherbestimmten Spannkraft '. (Drehmoment) das Werkstück 16 gegen das Spnnnteil 18. Die Spannkraft wird dabei so bemessen, daß sie der Spannkraft zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf in der späteren Montage des Motors entspricht. Auch das Spannteil 18 ist so ausgebildet, daß es in seiner in Auflagefläche für den Zylinderkopf und in seiner eventuellen Eigenverformung die entsprechenden Eigenschaften des später an seiner Stelle zu montierenden Teils (Zylinderkopfes) simuliert. Normalerweise wird man das Anzugsdrehmoment für die Spannschrau- ι "> ben 24 so bemessen wie das Drehmoment bei der späteren Montage, man kann jedoch durch eine Abweichung von diesem Drehmoment Ungenatiigkeiten in der Entsprechung zwischen den Verhältnissen beim Honen utid bei der späteren montage ausgleichen. .Vi Das Werkstück 16 ist also, wenn es für das Honen vorbereitet ist, am Spannteil 18 gespannt und von der Transporteinrichtung 21 frei. Die Spannvorrichtung der Honmaschine simuliert also den Gebrauchszustand des Werkstücks. r>

Wenn es sich als notwendig erweist, kann durch ein-oder mehrmaliges Spannen und wieder Entspannen vor dem Beginn der Honbearbeitung der Zustand bei der endgültigen Montage noch besser simuliert werden, indem beispielsweise von der Bearbeitung der Spannflä- jo chen entstandene Cirate o. dgl. bei der ersten Spannung nachgeben, so daß erst die darauf folgenden Spannungen den endgültigen Spannungszustand genau wiedergeben. Es ist also möglich, zwischen diesen Spannungen über die Meßdüsen 27 eine Messung der Bohrungsform js vorzunehmen. Um eine solche vorherige Messung der Bohrungsform durchzuführen, kann jedoch auch eine Meßstation, die etwa der Meßstation 25 entsprechen kann, als Vormeßstation der Honmaschine vorgeschaltet sein. In dieser können dann auch die vorgeschalteten -to Spannvorgänge vorgenommen werden.

Durch die beschriebene Spannung an der Honmaschine bekommt die Bohrung unter Umständen eine in den Maßen, der Rundheit und Zylindrizität von der bei der Vorbearbeitung vorliegenden Form abweichende Gestalt. Diese wird jetzt beim nachfolgenden Honvorgang soweit wie notwendig ausgeglichen. Als Unterstützung können dabei Methoden des Kurzhubhonens an den Engstellen bzw. der Änderung der Hubgrenzlage eingesetzt werden. Die Steuerung kann entweder über die beschriebene Vormeßstation oder auch über die Meßdüsen 27 am Honwerkzeug selbst erfolgen. Nachdem durch Verschieben des Werkstücktisches 13 alle Werkstückbohrungen an dem Werkstück bearbeitet sind, werden die Spanneinrichtungen 20 gelöst und das Werkstück 16 auf der Transporteinrichtung aus der Honmaschine transportiert.

Beim Ausführungsbeispiel gelangt es dann in die Nachmeßstation 25, wo es erneut in gleicher Weise wie vorher gegen das Spannteil 18 gespannt wird, so daß wieder die Gebrauchsbedingungen vorliegen. Das Meßwerkzeug 26 stellt dann fest, ob die geforderten Werte der Rundheit. Zylindrizität und Tolc-anz erreicht sind. Wichtig ist dabei, daß auch während der Messung die Spannung vorliegt. Die Nachmessung kann sowohl zur Ausschußkonirolle als auch zur Meßrückkopplung zur Honstalion verwendet werden. Es ist auch möglich, an der Honstation selbst durch intermittierendes Messen und sofortiges Korrigieren der Bedingungen des Honvorganges eine optimale Bohrungsform zu erreichen.

Es wird also ein Werkstück hergestellt, dessen für den späteren Gebrauch wichtige Werkstückflächen so bearbeitet sind, daß sie im späteren Gebrauch optimal sind, während sie nach dem Entspannen, d. h. als Einzelteil, unter Umständen erheblich von diesem Wert abweichen können. Obwohl die Erfindung besonders vorteilhaft für Motorteüe wie Zylinderblöcke ist, ist sie jedoch auch auf vergleichbare andere Teile anzuwenden, insbesondere solche, die in Großserien hergestellt werden und bei der späteren Montage mit anderen Teilen durch eine vorgegebenen Kraft zusammengespannt werden.

In der Honmaschine können mehrere nacheinander die Bohrung bearbeitende Honspindeln und/oder Honvorgänge vorgesehen sein, zwischen denen vorzugsweise eine Entspannung und Neusp^inüiifc ει i'üigt.

Die Verspannuiig wird normalerweise derart bemessen, daß beim Honvorgang die Gebrauchsbedingungen vorliegen. Das muß aber nicht zwangsläufig bedeuten, daß die Spannkräfte und/oder der dadurch erzielte Verformungsgrad des Werkstücks vor dem Honen genau den Bedingungen bei der Montage gleichen. Es kann sich beispielsweise herausstellen, daß die Anzugsdrehmomente der Spannschrauben gegenüber dem Mcntagewert geändert werden sollten, weil beim Honvorgang andere partielle Erwärmungen cJer Kräfte auf das WerksiOck einwirken als im Betrieb des Motors. Es ist auch möglich, aie Spannkräfte etwas zu erhöhen, um durch eine etwas stärkere Yerfo.νηιι;·«* der zu bearbeitenden Flächen eine stärkere Spannabnahme zum Ausgleich der Verformung zu erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Honmaschine zum Honen von Werkstückbohrungen, die nach dem Honen mit anderen Teilen über Spannmittel verspannt werden, insbesondere zum Honen der Bohrungen vor. Zylinderblöcken, wobei an der Honmaschine ein in seiner verspannenden Wirkung dem anderen Teil entsprechendes, an das Werkstück anpreßbares Spannteil vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannteil (18) den oberen Träger einer unter sich das Werkstück (16) aufnehmenden Brücke bildet, die über einem verschiebbaren Werkstückaufnahmetisch (13) der Honmaschine (11) angeordnet ist und daß auf der Brücke auf die Spannmittel (24) einwirkende, maschinell antreibbare Spanneinrichtungen (20) mit vorherbestimmbarer Spannkraft angeordnet sind.

2. Honmaschine nach Ansprach 1 mit einer Meßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (27) ein Meßwerkzeug für die Abmessungen bzw. die Form der Bohrung im gespannten Zustand des Werkstücks (16) aufweist.

3. Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihr eine Bohrungs-Meßstation (25) mit einem Spannteil (18) und Spanneinrichtungen (20) zugeordnet ist, die vor der Messung zum Spannen bcrätigbar sind.

4. Honmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungs-Meßstation (25) eine Nachmeßstation mit einer Regel-Rückkopplung zur Honmaschine (11) ist

5. Honmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohdngs-Meßstation (25) eine Vormeßstation l.iit einem die Form der J5 verspannten, zu bearbeitend- ü Werkstückfläche messenden Werkzeug ist.

6. Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannteil (18) mit den Spanneinrichtungen (20) zur -to Bearbeitung mehrerer Werkstückbohrungen (17) an der Honmaschine (I I) bewegbar angeordnet ist.

7. Honmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtungen (20) auf das Spannteil (18) aufgesetzte «5 Schrauben sind.