DE3443106C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 30 39 467 bekannt. Zur Beseitigung von Maß- bzw. Geometriefehlern in der Bohrung wird der Anlagedruck der Honsteine geändert, während bei Maß- und Geometriefehlern an den Bohrungsenden der Überlaufweg der Honsteine geändert wird. Bei einem derartigen Verfahren zeigt sich in der Praxis häufig eine Verschlechterung der Oberflächengüte im Bereich der Bohrungsenden, in denen das Honwerkzeug eine Richtungsumkehr der Hubbewegung ausführt. Betrachtet man den bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung, nämlich die Herstellung von Zylinderbohrungen z. B. in Motorzylinderblöcken, so erfolgen Umkehrungen der Hubbewegung bei Stellungen des Honwerkzeuges sowohl im Bereich des zylinderkopfseitigen Endes als auch im Bereich des kurbelwellenseitigen Endes des Zylinderblocks. In den Bereichen der Hubumkehr läßt sich ein im Hinblick auf die Ölhaftung und Abdichtung durch die Kolbenringe günstiger Wert des Honwinkels, also des aus Hub- und Rotationsbewegung des Werkzeuges resultierenden Winkels sich kreuzender, geradliniger Bearbeitungsriefen, nicht einhalten; in Verzögerungs- und Beschleunigungsbereichen ist der Winkel kleiner als der Sollwert, während er an den Hubumkehrpunkten 0° beträgt. Die Oberfläche zeigt demgemäß in diesen Bereichen der Bohrung kein gleichmäßiges Bild, vielmehr sind entsprechend der Anzahl und Anordnung der in Eingriff stehenden Honsteine mehr oder weniger schmale Abschnitte mit kurzen bogenförmigen Bearbeitungsriefen vorhanden, die eine unerwünschte Verschlechterung der Oberflächengüte darstellen.

Man hat bereits versucht, die geschilderten Nachteile dadurch zu beheben, daß Motorzylinderblöcke paarweise gegensinnig mit ihren zylinderkopfseitigen Flächen aufeinander gespannt und die fluchtenden Zylinderbohrungen beider Motorblöcke wie eine Bohrung bearbeitet werden. Die schädliche Beeinflussung der Oberflächengüte kann dabei aber nur für den zylinderkopfseitigen Bereich der Zylinderbohrung vermieden werden.

Außerdem erfordert diese Lösung, daß das Honwerkzeug von der Kurbelwelenseite her in die Zylinderbohrung einführbar ist, was aber bei sehr vielen Motorblöcken wegen der Kurbelwellen- Lagerstege nicht möglich ist. Die bekannte Lösung ist in den meisten Fällen nicht anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren und die gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß eine gleichmäßige Oberflächengüte einer Bohrung erreicht wird, insbesondere in dem Bereich, in dem eine Richtungsumkehr der Hubbewegung des Honwerkzeuges auftritt.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 9 angegeben.

Durch die Herabsetzung des Hondruckes und damit der Schnittkraft des Honsteines in den Bereichen der Hubumkehr, d. h. in den Verzögerungs- und Beschleunigungsphasen der Hubbewegung, wird ein Schneiden der Honsteine während dieser Zeit vermieden, mindestens jedoch soweit vermindert, daß eine schädliche Oberflächenbeeinflussung ausgeschlossen ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Weg(s)-Zeit(t)-Diagramm der Hubbewegung eines Honwerkzeuges mit dem zugeordneten Verlauf der Schnittkraft (F) der Honsteine während eines Abschnittes der Bearbeitung einer Bohrung und

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das Honwerkzeug 5 (Fig. 2) führt eine gegenläufige Hubbewegung zwischen den Umkehrpunkten UT und OT (Fig. 1) aus, welche die Länge des Hubweges begrenzen. Dabei werden die Honsteine 9 (Fig. 2) des Honwerkzeuges gegen die Wandung 10 der Zylinderbohrung eines zu honenden Zylinders od. dgl. mit einer bestimmten Kraft (Anlagedruck) gedrückt. Die Geschwindigkeit der Hubbewegung ist zwischen den Hubumkehrungen im wesentlichen konstant, wie die längeren, geraden Abschnitte der Linie 1 im Weg-Zeit-Diagramm zeigen.

Im Punkt A wird die Umkehr der Hubbewegung eingeleitet, d. h. die bewegten Massen müssen bis zum Stillstand abgebremst und unmittelbar in entgegengesetzter Richtung wieder beschleunigt werden. Der bogenförmige Verlauf der Linie 1 in diesem Bereich zeigt, daß sich die Geschwindigkeit schnell verringert und im Umkehrpunkt UT den Wert Null erreicht (Scheitelpunkt der Kurve), dann rasch wieder zunimmt, um im Pumkt A′ die Arbeitshubgeschwindigkeit wieder zu erreichen. Das gleiche gilt für die Hubumkehr am oberen Umkehrpunkt OT, die durch die Punkte B und B′ markiert ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Diagramm zeigt weiter im unteren Teil mit der Linie 2 den erfindungsgemäßen, der Hubbewegung zugeordneten Verlauf des Anlagedruckes der Honsteine 9 an die Bohrungswand 10 über der Zeit. Es ist deutlich zu sehen, daß im bogenförmigen Bereich der Linie 1 zwischen Punkt A und A′ bzw. B und B′ der Anlagedruck schlagartig von F₁ auf F₀ vermindert wird, vorzugsweise auf F₀=0 herabgesetzt wird. Das bedeutet, daß in der Verzögerungs- und Beschleunigungsphase des Honwerkzeuges, also während der Hubumkehr, die Honsteine kaum noch bzw. nicht mehr schneiden können und keine Bearbeitungsriefen erzeugen.

Erreicht wird die erfindungsgemäße Schnittkraftverminderung bzw. -unterbrechung der Honsteine während der Hubumkehr durch eine von der Hubsteuerung ausgelöste kurzzeitige Rückstellung der Zustelleinrichtung.

Hierzu ist die gesamte Zustelleinrichtung entgegen der Zustellrichtung vorgespannt, wodurch eine besonders schnell einsetzende Schnittkraftverminderung bzw. Schnittkraftunterbrechung erreicht wird, wie dies auch aus dem angenähert rechteckförmigen Verlauf der Kraftkennlinie 2 (Fig. 1) über der Zeit ersichtlich ist.

In Fig. 2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Honvorrichtung dargestellt. Die Zylinderbohrung 3 eines Motorzylinderblockes 4 wird von einem in bekannter Weise rotierend angetriebenen und eine in Richtung der Bohrungsachse eine Hubbewegung H ausführenden Honwerkzeug 5 bearbeitet.

Das Honwerkzeug 5 ist zu diesem Zweck über eine Anschlußstange 6 gelenkig mit einer Honspindel 7 verbunden, die Teil einer nicht gezeigten bekannten Honmaschine ist und von einem hydraulischen Hubantrieb, nämlich einer Kolben-Zylinder-Anordnung 11 nach oben und unten bewegbar ist. Die Honspindel 7 wird außerdem in bekannter Weise von einem (nicht gezeigten) Drehantrieb um ihre Längsachse drehend angetrieben. Das Honwerkzeug 5 trägt Honsteine 9, die von einer hydraulisch betätigten Zustelleinrichtung radial nach außen zustellbar und unter einem Anlagedruck an die Bohrungswand 10 einer Zylinderbohrung 3 andrückbar sind. Die hydraulische Betätigung der Zustelleinrichtung besteht aus einer Kolben-Zylinder-Anordnung 11, deren Kolbenstange 12 über eine durch die Honspindel 7 und die Anschlußstange 6 hindurch zum Honwerkzeug 5 führende, mehrteilig ausgeführte Zustellstange 13 auf die Oberseite eines Zustellkonus 14 des Honwerkzeuges drückt. Auf die Unterseite des Zustellkonus 14 drückt die Kraft einer starken Feder 15 in entgegengesetzter Richtung und bewirkt eine mechanische Vorspannung der Zustelleinrichtung. Der hydraulische Zylinder wird über Leitungen 16, 17 von einer hydraulischen Steuereinheit 18 gespeist, die an eine Druckmittelquelle 19 angeschlossen ist.

In die Leitung 16, welche zum oberen Zylinderraum 20 der Kolben-Zylinder-Anordnung 11 führt, ist ein 3-Wege-Ventil 21 zwischengeschaltet, über das der obere Zylinderraum 20 direkt mit einer Rücklaufleitung 22 zum Druckmittelbehälter 28 verbindbar ist. Das 3-Wege-Ventil 21 ist über eine Steuerleitung 24 mit einem elektrischen Hubsteuergerät 25 verbunden, das mittels eines mit der Hubbewegung der Honspindel 7 mechanisch, z. B. über einen Kettentrieb 26, gekoppelten Weggebers 27 die Hubumkehr steuert.

Die in Fig. 2 beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Der über den Kettentrieb 26 mit der auf- und abbewegten Honspindel 7 verbundene Weggeber 27 arbeitet als Istwertgeber und meldet fortlaufend die augenblickliche Hubstellung des Honwerkzeuges 5 an das Hubsteuergerät 25. Im Hubsteuergerät 25 werden in bekannter Weise diese Werte mit vorgegebenen Sollwerten für die Hubumkehrpunkte (UT, OT) verglichen und bei Gleichheit die Hubumsteuerung bewirkt.

Das Hubsteuergerät 25 gibt außerdem erfindungsgemäß zu jeder Hubumsteuerung ein Steuersignal 24 an das Wegeventil 21 ab. Das Wegeventil 21 steuert aus der Schaltstellung 21a, in welcher der obere Zylinderraum 20 der Kolben-Zylinder-Anordnung 11 zum Zwecke der hydraulischen Betätigung der Zustelleinrichtung über die Leitung 16 von der hydraulischen Steuereinheit 18 gespeist ist, in die Schaltstellung 21b um und verbleibt in dieser Stellung, solange das Steuersignal 24 ansteht.

In der Schaltstellung 21b ist die Leitung 16 zur hydraulischen Hubumkehr 18 unterbrochen. Der Zylinderraum 20 ist jetzt mit der Rücklaufleitung 22 verbunden, und aus dem Zylinderraum 20 strömt Druckmittel zurück in den Behälter 28. Der Druck im Zylinderraum 20, der maßgebend ist für die Kraft, mit der die Honsteine 9 beim Honen gegen die Bohrungswand 10 gedrückt werden, fällt schlagartig ab und die Vorspannfeder 15 bewirkt eine schnelle Rückstellung der Zustelleinrichtung; die Honsteine 9 werden nicht mehr gegen die Bohrungswand 10 gedrückt und hören sofort auf zu schneiden.

Nach Wegnahme des Signals 24 schaltet das Wegeventil 21 zurück in die Schaltstellung 21a und über die Leitung 16 erfolgt sofort wieder die Druckmittelauffüllung des Zylinderraums 20, bis der voreingestellte Druck erreicht ist und die Honsteine 9 wieder mit der entsprechenden Kraft gegen die Bohrungswand 10 drücken und schneiden.

Beginn, Dauer und Folge des Steuersignals 24 wird erfindungsgemäß durch an sich bekannte elektrische Mittel der Hubumkehr vorauseilend so gesteuert, daß unter Berücksichtigung der vorhandenen mechanischen und hydraulischen Verzögerungszeiten die tatsächliche Schnittkraftverminderung bzw. Schnittkraftunterbrechung der Honsteine 9 mit dem Anfang der Zeitdauer und Folge der Hubumkehr übereinstimmt, wie aus dem Diagramm (Fig. 1) gut erkennbar ist. Dabei ist die Steuerung vorzugsweise so ausgelegt, daß der Beginn der Schnittkraftverminderung (Punkt C der Linie 2 in Fig. 1) so rechtzeitig erfolgt, daß beim Beginn der Hubumkehr (Punkt A bzw. B der Linie 1 in Fig. 1) bereits die voreingestellte verminderte Schnittkraft F₀ voll erreicht ist und bis zum Ende der Hubumkehr (Punkt A′ bzw. B′) aufrechterhalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren, den Anlagedruck der Honsteine und damit deren Schnittkraft während der Hubumkehr mindestens zu reduzieren, vorzugsweise zu unterbrechen, kann während der gesamten Hondauer für ein Werkstück angewendet werden.

Bei mehrstufiger Bearbeitung wird das Verfahren vorzugsweise nur während der Fertigbearbeitung angewendet. Es kann auch durchaus genügen und vorteilhaft sein, während mindestens einer, vorzugsweise mehrerer, Hubumkehrungen vor Erreichen des Fertigmaßes das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden.

Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die beschriebene hydraulische Betätigung der Zustelleinrichtung beschränkt, sondern kann bei allen bekannten Betätigungen für die Zustellung der Honsteine in geeigneter Form angewendet werden.

So kann beispielsweise bei einer elektro-mechanischen Betätigung der Zustelleinrichtung mittels Schritt- oder Servomotor in Verbindung mit einem Kugelgewindetrieb durch eine kurzzeitige, von der Hubsteuerung ausgelöste Drehrichtungsumkehr die erfindungsgemäße Schnittkraftverminderung während der Hubumkehr erreicht werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von Bohrungen hoher Oberflächengüte in Werkstücken, insbesondere von Zylinderbohrungen (3) in Motorzylinderblöcken (4), durch zumindest eine Oberflächen-Feinbearbeitung mittels eines rotierenden, in Richtung der Achse der Bohrung (3) gegenläufige Hubbewegung ausführenden Honwerkzeugs (5), welches mittels einer Zustelleinrichtung mit einem steuerbaren Anlagedruck radial gegen die Bohrungswand (10) anlegbare Honsteine (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlagedruck der Honsteine (9) und damit deren Schnittkraft während der Hubumkehrbewegung des Honwerkzeuges (5) reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß der Anlagedruck der Honsteine (9) während der Hubumkehrbewegung des Honwerkzeuges (5) auf Null herabgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung des Anlagedrucks der Honsteine (9) während der Hubumkehrbewegung durch eine von einer Hubsteuerung (25) ausgelöste Rückstellung der Zustelleinrichtung vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustelleinrichtung entgegen der Zustellrichtung vorgespannt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Beginn, Dauer und Folge der Rückstellung der Zustelleinrichtung, vorzugsweise unter Berücksichtigung der vorhandenen mechanischen und hydraulischen Verzögerungszeiten, so gesteuert werden, daß die tatsächliche Verminderung des Anlagedrucks der Honsteine (9) mit dem Anfang, der Zeitdauer und Folge der Hubumkehr übereinstimmt, wobei vorzugsweise die Steuerung so ausgelegt ist, daß der Beginn der Schnittkraftverminderung bei Beginn der Hubumkehr die voreingestellte, verminderte Schnittkraft erreicht und bis zum Ende der Hubumkehr aufrechterhalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung des Anlagedrucks der Honsteine (9) bei der Hubumkehr während der gesamten Hondauer für ein Werkstück angewendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung des Anlagedrucks der Honsteine (9) bei der Hubumkehr während der Fertigbearbeitung eines Werkstückes angewendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung des Anlagedrucks der Honsteine (9) bei der Hubumkehr während mindestens einer, vorzugsweise mehrerer Hubumkehrungen vor Erreichen des Fertigmaßes angewendet wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem rotierend angetriebenen Honwerkzeug (5), das in Richtung seiner Längsachse hin und her gehend geführt ist und Honsteine (9) aufweist, die über eine Zustelleinrichtung gegen die zu bearbeitende Bohrungswand (10) mit einem steuerbaren Anlagedruck anlegbar sind, wobei die Zustelleinrichtung von einer Kolben/Zylinder-Anordnung (11) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Zylinderraum (20) der Kolben/Zylinder-Anordnung (11) während den Hubumkehrungen des Honwerkzeuges (5) reduziert ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die zum Zylinderraum (20) führende Druckmittelleitung (16) ein Wegeventil (21) geschaltet ist, über das der Zylinderraum (20) mit einer Rücklaufleitung (22) verbindbar ist und das Wegeventil (21) in Abhängigkeit von der Hubbewegung steuerbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Hubsteuergerät (25), welches zwecks Abgabe eines Steuersignals (24) mit dem Wegeventil (21) verbunden ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustelleinrichtung mit einer entgegen der Zustellrichtung wirkenden, rückstellenden Vorspanneinrichtung versehen ist, vorzugsweise einer Druckfeder (15), die auf die Unterseite eines Zustellkonus (14) im Honwerkzeug (5) drückt.