DE3919895C2

DE3919895C2 - Method and device for machining the inner surfaces of bores

Info

Publication number: DE3919895C2
Application number: DE19893919895
Authority: DE
Inventors: Oswald Kopp
Original assignee: KOPP VERFAHRENSTECH GmbH
Current assignee: KOPP, OSWALD KOPP, VOLKER OSWALD, 7440 NUERTINGEN,
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1989-06-19
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2009-06-20
Also published as: DE3919895A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten der Innenflächen von Bohrungen in Werkstücken, bei dem ein mit Schleifmittelbelag belegtes Werkzeug gleichzeitig eine Drehbewegung, eine axiale Hubbewegung, und ferner eine den genannten Bewegungen überlagerte Oszillation ausführt.The invention relates to a method and an apparatus for processing the Inner surfaces of bores in workpieces, in which a with Tool coated abrasive coating at the same time Rotational movement, an axial stroke movement, and also a superimposed oscillations.

Ein derartiges Verfahren ist aus der Veröffentlichung "Frequenz-Honen für hohe Abtragraten" aus der Zeitschrift "Werkstatt und Betrieb", 118 (1985), 7, Seiten 393-395 (vgl. insbesondere Seite 394, Ziff. 4.1), bekannt. Dort wird der aus Drehbewegung und axialer Hubbewegung gebildeten schraubenlinienförmigen Grundbewegung des Honvorgangs eine oszillierende Relativbewegung überlagert. Dadurch wird eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit (beim Vorwärtshub) und ein Selbstschärfen der Honsteine (beim Rückwärtshub) erreicht. Die Erzeugung der oszillierenden Relativbewegung erfolgt bei einer nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtung über zwei Hydraulikzylinder. Daraus läßt sich, obwohl in der genannten Druckschrift genauere Angaben nicht gemacht worden sind, schließen, daß es sich bei dieser dritten Bewegungskomponente um eine Bewegung mit einer Frequenz von höchstens einigen 100 Hz handelt, wobei die Honsteine hydromechanisch mit konstantem Druck angepreßt werden. Such a procedure is from the publication "Frequency honing for high stock removal rates" from the magazine "Werkstatt und Betrieb", 118 (1985), 7, pages 393-395 (cf. in particular page 394, no. 4.1), known. There it will be Rotational movement and axial stroke movement formed helical basic movement of the honing process oscillating relative movement superimposed. This will make one Increase the cutting speed (for the forward stroke) and on Self-sharpening of the honing stones (during reverse stroke) achieved. The The oscillating relative movement is generated at a device operating according to this method over two Hydraulic cylinder. From this, although in the aforementioned Details have not been given in the publication, conclude that this third component of motion a movement with a frequency of at most a few 100 Hz acts, the honing stones hydromechanically with constant Pressure to be applied.

Aus der US-Patentschrift 29 39 250 ist ein als "Resonanzhonen" bezeichnetes Verfahren bekanntgeworden, das mit einem Honwerkzeug arbeitet, dessen mit Schneidmittelbelag belegte Honleisten dadurch in radialer Richtung verstellbar sind, daß ihre schrägen Zustellflächen mit entsprechend schrägen Zustellflächen einer Zustellstange zusammenwirken. Die Zustellstange wird dabei durch eine sie umgebende Spule einem oszillierenden elektromagnetischen Feld ausgesetzt, was als Folge einer Magnetostriktion entsprechende periodische Längenveränderungen der Zustellstange zur Folge hat. Daraus resultieren über den genannten Verstellmechanismus entsprechende periodische Druckbeaufschlagungen der Honleisten. Sie dienen ausschließlich der Vermeidung von Werkstoffablagerungen zwischen den Schneidkristallen an der Honleistenoberfläche.From US Pat. No. 2,939,250 is known as "resonance honing" designated method became known that with a Honing tool works, its coated with cutting agent Honing stones are adjustable in the radial direction, that their sloping infeed surfaces with sloping accordingly Interact delivery surfaces of an delivery rod. The The delivery rod is one by a surrounding coil exposed to what is called an oscillating electromagnetic field Following periodic magnetostriction Changes in length of the delivery rod. Out of it result via the adjustment mechanism mentioned corresponding periodic pressurization of the Honing stones. They only serve to avoid Material deposits between the cutting crystals on the Honing stone surface.

Ein zweites Ausführungsbeispiel, das in derselben Druckschrift beschrieben ist, erzeugt eine Schwingung der Kühlflüssigkeit zwischen der inneren Oberfläche der Bohrung und den Steinen des Schleifmittelbelages des Werkzeuges dadurch, daß die Plattform, auf der das Werkstück befestigt ist, in eine schnelle Auf- und Abwärtsbewegung versetzt wird. Zu diesem Zweck ist die Plattform mit einer Schwingungserregervorrichtung versehen, die eine mit einer elektromagnetischen Oszillation erregte Spule aufweist. Diese Oszillation soll zum Zusammenbrechen stumpf gewordener Schleifkörner und damit zur Selbstschärfung der Honleisten führen. Angaben zur Frequenz der Schwingung werden nicht gemacht; aufgrund der mechanischen Gegebenheiten läßt sich aber vermuten, daß sie auch in diesem Fall bei einigen 100 Hz liegt. Für höhere Frequenzen wäre der gezeigte Verstellmechanismus (Fig. 2) bzw. die Anordnung der Plattform mit Werkstück (Fig. 3) zu träge.A second embodiment, which is described in the same document, generates an oscillation of the cooling liquid between the inner surface of the bore and the stones of the abrasive coating of the tool by causing the platform on which the workpiece is fast to move up and down rapidly becomes. For this purpose, the platform is provided with a vibration excitation device which has a coil excited with an electromagnetic oscillation. This oscillation is said to lead to the collapse of dull abrasive grains and the self-sharpening of the honing stones. No information is given on the frequency of the vibration; due to the mechanical conditions, however, it can be assumed that in this case too it is around 100 Hz. The adjustment mechanism shown ( FIG. 2) or the arrangement of the platform with workpiece ( FIG. 3) would be too slow for higher frequencies.

In der US-Patentschrift 29 39 251 ist, ebenfalls mit dem Ziel des ständigen Selbstschärfens der Körner des Schneidbelages, ein Verfahren beschrieben, bei dem dem Werkstück (vgl. Fig. 2) oder dem Werkzeug (vgl. Fig. 9) eine dritte Schwingung erteilt wird, die im Bereich von 20 bis 100 000 Hz, vorzugsweise oberhalb des hörbaren Bereiches liegt, um störende Geräusche für die Umgebung zu vermeiden. Es handelt sich aber auch dabei um elektromagnetisch erregte Schwingungen, die mit Hilfe von Spulen erzeugt werden, die den Werkzeughalter entsprechend hin und her bewegen. Angaben zur freien Werkzeuglänge sind nicht gemacht.In US Pat. No. 2,939,251, also with the aim of continuously self-sharpening the grains of the cutting surface, a method is described in which the workpiece (see FIG. 2) or the tool (see FIG. 9) has a third vibration is issued, which is in the range of 20 to 100,000 Hz, preferably above the audible range, in order to avoid disturbing noises for the environment. However, these are also electromagnetically excited vibrations that are generated with the help of coils that move the tool holder back and forth accordingly. No information has been given on the free tool length.

Bei dem sogenannten Superfinishen (auch: Außenhonen) im Durchlaufverfahren wird den rotationssymmetrischen Werkstücken eine Drehbewegung erteilt, während auf der Außenfläche ein Honstein aufsitzt, dem eine hochfrequente Schwingbewegung parallel zur Drehachse des Werkstückes erteilt wird (DE 35 33 082 A1). Die Schwingungen, die dabei eingesetzt werden, haben in aller Regel Frequenzen von bis zu 3000 Schwingungen pro Minute, d. h. von bis zu 50 Hz. Zur Verbesserung des Werkstückabtrags hat man bei dem Verfahren nach der genannten Druckschrift versucht, schrittweise vorzugehen und zwischen den einzelnen Schritten, jeweils nach einem bestimmten erzwungenen Zustellweg, den Superfinishstein ausfeuern lassen.In the so-called superfinishing (also: external honing) in Continuous process is the rotationally symmetrical workpieces a rotational movement is given while on the outer surface Honstein sits on top of that, a high-frequency swinging motion is issued parallel to the axis of rotation of the workpiece (DE 35 33 082 A1). The vibrations that are used have usually frequencies of up to 3000 vibrations each Minute, d. H. of up to 50 Hz. To improve the Workpieces have been removed in the process according to the above The publication tries to proceed step by step and between the individual steps, each after a certain one forced delivery route, let the superfinishing stone fire out.

Im Zusammenhang mit dem Superfinishen, d. h. der Bearbeitung der Außenflächen von rotationssymmetrischen Werkstücken, hat man auch bereits versucht, Ultraschallwellen zur Reinigung der Honsteine einzusetzen (vgl. DE-AS 24 35 848). Dabei wird die Ultraschallschwingung jedoch nicht dem Werkzeug aufgezwungen, sondern vielmehr über das Medium Spülmittel-Flüssigkeit in die Fläche zwischen Werkzeug und Werkstück eingestrahlt, um die Loslösung und das Ausspülen des stumpfen bzw. abgebrochenen Korns zu fördern.In the context of superfinishing, i.e. H. editing the outer surfaces of rotationally symmetrical workpieces one is also already trying to use ultrasonic waves to clean the Use honing stones (cf. DE-AS 24 35 848). The Ultrasonic vibration but not forced on the tool but rather through the medium of detergent liquid in the Blasted area between tool and workpiece to the Detachment and rinsing the blunt or broken off To promote grain.

Das sogenannte "Ultraschall-Erodieren" betrifft technologisch nicht die Bearbeitung der Innenflächen von Bohrungen, sondern vielmehr das Einbringen von Bohrungen überhaupt mittels ultraschallerregter Bearbeitungsköpfe. Man hat dieses Verfahren auch bereits mit Bohrmaschinen kombiniert (vgl. US-PS 3 614 484 und 4 828 052). Damit gelingt es, Bohrungen in Materialien einzubringen, die für das normale Bohren zu hart sind. Es handelt sich dabei aber nicht um das Nacharbeiten der Innenflächen bereits eingebrachter Bohrungen durch an der Oberfläche gebundenes Korn, sondern um das Einbringen von Bohrungen in Vollmaterial mit losem Korn (siehe den Hinweis auf eine "abrasive slurry" in der US-PS 4 828 052, Sp. 1, Z. 25 und Sp. 4, Z. 45-50).Technologically, the so-called "ultrasonic eroding" does not apply machining the inner surfaces of holes, but rather the drilling of holes at all ultrasonic machining heads. You have this Process already combined with drilling machines (cf. U.S. Patent 3,614,484 and 4,828,052). So it succeeds drilling in materials that are used for normal drilling are hard. But it is not that Reworking the inner surfaces of holes already drilled through grain bound to the surface, but around that Drilling holes in solid material with loose grain (see the reference to an "abrasive slurry" in US Pat. No. 4,828,052, 1, line 25 and 4, lines 45-50).

Durch das DE-GM 88 14 470.4 ist ein "Ultraschallbearbeitungswerkzeug" bekanntgeworden. Es besteht aus einer Sonotrode 1 und einer Nabe 2, wobei letztere am Stirnende eines Verstärkers montiert ist. Dieses Ultraschallbearbeitungswerkzeug dient zum Ultraschallbohren, und es besitzt infolgedessen eine rohrförmige Werkzeugkrone. Beim Ultraschallbohren wird die Bohrung im Werkstück durch den Bohrvorgang erstellt.From DE-GM 88 14 470.4 an "ultrasonic machining tool" has become known. It consists of a sonotrode 1 and a hub 2 , the latter being mounted on the front end of an amplifier. This ultrasonic machining tool is used for ultrasonic drilling and, as a result, it has a tubular tool crown. With ultrasonic drilling, the drilling in the workpiece is created by the drilling process.

Das eingangs erwähnte Verfahren ist nicht auf die Erstellung einer Bohrung in einem Werkstück gerichtet, sondern auf die Bearbeitung der Innenflächen von Bohrungen in Werkstücken, d. h. die Bohrungen wurden zuvor in einer anderen bekannten Weise erstellt und sie sollen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewissermaßen fertig bearbeitet werden.The procedure mentioned at the beginning is not based on the creation a hole in a workpiece, but on the Machining the inner surfaces of bores in workpieces, d. H. the holes were previously known in another Created way and they are intended with the invention Processes are processed to a certain extent.

Das Ultraschallbearbeitungswerkzeug des DE-GM 88 14 470.4 führt eine ultraschallerregte Zustellbewegung bei einer Arbeitsfrequenz von z. B. 20 kHz durch. Der Druckschrift ist jedoch kein Hinweis zu entnehmen, daß man dieser Bewegung noch irgendeine weitere Bewegung überlagern kann. Durch die spezielle Ausbildung dieses Ultraschallbearbeitungswerkzeugs "wird an der Sonotrode eine Verstärkung der Schwingungsamplitude erreicht". Außerdem wird noch darauf hingeweisen, daß man durch die zentrale Bohrung der Sonotrode beim ultraschallunterstützten Schleifen eine Spülflüssigkeit, z. B. Wasser, zuführen kann.The ultrasonic machining tool of DE-GM 88 14 470.4 performs an ultrasonic delivery movement at a Working frequency of z. B. 20 kHz through. The publication is However, there is no indication that one can still see this movement can overlay any other movement. Through the special training of this ultrasonic machining tool "is a reinforcement of the Vibration amplitude reached ". In addition, it is still on pointed out through the central bore of the sonotrode with ultrasound-assisted grinding, a rinsing liquid, e.g. B. water can supply.

Beim gattungsgemäßen Verfahren führt das mit einem Schleifmittel belegte Werkzeug gleichzeitig eine Drehbewegung, eine axiale Hubbewegung und eine diesen Bewegungen überlagerte Oszillation durch. Aus diesem Grunde ist dieses Verfahren zum Honen von Bohrungen geeignet. Dabei wird die Abtragsleistung zumindest weitgehend durch die Mantelfläche des Werkzeugs erreicht. Demgegenüber arbeitet beim Ultraschallbohren gemäß dem erwähnten Gebrauchsmuster primär die Stirnfläche des Werkzeugs so wie bei einem kreisringförmigen Hohlbohrer. Im übrigen ist das vorbekannte Ultraschallbearbeitungswerkzeug schon deshalb nicht für das Hochfrequenzhonen vorgesehen, weil man dabei die einen Teil des Werkzeugs darstellende Nabe nicht benötigt. Des weiteren wird beim Ultraschallhohnen auch keine zentrische oder anderweitige Bohrung für die Zuführung einer Suspension an die Bearbeitungsstelle benötigt, weil bei diesem Arbeitsverfahren keine Unterstützung durch eine Suspension erforderlich ist.In the generic method, this leads to a Abrasive occupied tool at the same time a rotary movement, an axial stroke movement and one superimposed on these movements Oscillation through. For this reason, this procedure is for Suitable for honing holes. The stock removal rate at least largely through the outer surface of the tool reached. In contrast, ultrasonic drilling works according to the utility model mentioned primarily the end face of the tool as with an annular hollow drill. Otherwise it is already known ultrasonic machining tool not intended for high frequency honing because you hub forming part of the tool is not required. Furthermore, no ultrasonic centric is used or other hole for the supply of a suspension to the processing point because with this Working process no support through a suspension is required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem besser als bei seitherigen Verfahren und Vorrichtungen eine erhebliche Verbesserung der bearbeiteten Bohrungen erzielt werden kann und Fehler (Vorweiten, Konizität, Tonnenform) korrigiert werden können.The invention has for its object a method and an apparatus to create the type mentioned above, in the better than in processes and devices since then have improved considerably machined holes can be achieved and errors (Expansion, taper, barrel shape) can be corrected.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Oszillation des Werkzeugs durch eine Ultraschallschwingung im Bereich von 16 bis 40 kHz angeregt wird und daß die freie Werkzeuglänge ab Einspannstelle des Schwingungserregers im Falle der Ausbildung des Schwingungserregers als Passivschwinger ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge und im Falle der Ausbildung als Aktivschwinger ein ganzzahliges Vielfaches der Viertelwellenlänge beträgt.This object is achieved according to the invention in that the Oscillation of the tool through an ultrasonic vibration in the Range of 16 to 40 kHz is excited and that the free Tool length from the clamping point of the vibration exciter in the In case of training the vibration exciter as Passive transducer an integer multiple of half Wavelength and in the case of training as an active transducer is an integral multiple of the quarter wavelength.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen definiert.Advantageous further developments of the method and the device are in the Subclaims defined.

Das Wesentliche der Erfindung beruht also darin, dem normalen, durch eine axiale Hubbewegung und Drehbewegung gekennzeichneten Honverfahren eine weitere Bewegung, nämlich eine hochfrequente Oszillation, insbesondere ultraschallerregt, zu überlagern, wobei diese zusätzlich überlagerte Schwingung sowohl in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Hubbewegung, als auch in tangentialer Richtung, d. h. in Richtung der Drehbewegung des Honwerkzeuges erfolgen kann. Beide Überlagerungen können auch miteinander kombiniert werden. Dabei kann sowohl das Honwerkzeug als auch das Werkstück in Oszillation versetzt werden. Die Schwingungen erfolgen im Ultraschallbereich mit Frequenzen von 16 bis 40 kHz und mit Amplituden von 5 bis 100 µm. Man kann dabei die Dorn-Honwerkzeuge als auch Leisten-Honwerkzeuge verwenden. Die Zustellung des Honwerkzeuges auf die zu bearbeitende Fläche, d.h. radial (bezogen auf die Drehbewegung) kann durch Drehung einer Zustellstange der Honmaschine erfolgen, sofern gewährleistet ist, daß die zur Zustellung erforderliche Drehbewegung nicht die Ultraschall-Schwingung vom Werkzeug auf die Honmaschine zurücküberträgt. Es müssen also Kupplungselemente ohne axialen Kraftschluß vorgesehen sein.So the essence of the invention resides in the normal, through an axial stroke movement and rotary movement marked honing another movement, namely high frequency oscillation, in particular ultrasound excited, superimposed, this additionally superimposed vibration both in the axial direction, d. H. in Direction of the lifting movement, as well as in the tangential direction, d. H. in the direction of the rotary movement of the honing tool can. Both overlays can also be combined become. Both the honing tool and the The workpiece is set in oscillation. The vibrations take place in the ultrasonic range with frequencies from 16 to 40 kHz and with amplitudes from 5 to 100 µm. You can use the mandrel honing tools as well as last honing tools. The delivery of the Honing tool on the surface to be machined, i.e. radial (in relation to the rotary movement) can be rotated by a The feed rod of the honing machine is carried out, if guaranteed is that the rotational movement required for delivery is not the ultrasonic vibration from the tool to the honing machine retransmitted. So there must be coupling elements without axial Non-positive connection may be provided.

Als Erreger für die überlagerte Hochfrequenzschwingung dienen Schwingungserreger bekannter Bauart. Die Verbindung des Werkzeugs bzw. des Werkzeugkörpers an den Schwingungserreger und/oder Amplitudenverstärker erfolgt über eine Konusverbindung oder über einen Gewindeanschluß. Die Kühlmittelzuführung (Wasser oder wassermischbare Kühlschmierstoffe) erfolgt konventionell von außen her. Die Verwendung von Öl erscheint dabei nicht vorteilhaft, da aufgrund der Viskosität des Schmieröls die Ultraschall-Schwingung gedämpft werden könnte.Serve as exciter for the superimposed high-frequency vibration Vibration exciter of known design. The connection of the Tool or the tool body to the vibration exciter and / or amplitude amplifier takes place via a Cone connection or via a threaded connection. The Coolant supply (water or water-miscible Cooling lubricants) takes place conventionally from the outside. The The use of oil does not appear to be advantageous because due to the viscosity of the lubricating oil Ultrasonic vibration could be dampened.

Die Bearbeitung kann sowohl mit gebundenem und/oder losem Korn erfolgen. Bei Verwendung von losem Korn wird das abrasive Material über eine Suspension in die Werkstückbohrung geleitet. In jedem Fall ist die Verwendung von Kühlmittel erforderlich.The processing can be both with bound and / or loose grain respectively. If loose grain is used, it becomes abrasive Material via a suspension in the workpiece bore headed. In any case, the use of coolant required.

Die wesentlichen Vorteile dieses Verfahrens bestehen im Erreichen höherer geometrischer Genauigkeiten der bearbeiteten Bohrung, insbesondere hinsichtlich der Zylinderform, der Geradheit und der Rundheit. Darüberhinaus wird durch die hochfrequente Oszillation sichergestellt, daß die Diamant-Schneidbeläge sich nicht mit dem abgespanten Werkstoff zusetzen. Die Bearbeitung ist vollständig automatisierbar; es ergeben sich günstigere Bearbeitungszeiten und eine Erhöhung der Werkzeugstandzeiten.The main advantages of this process are Achieve higher geometrical accuracy of the machined Bore, especially with regard to the cylindrical shape, the Straightness and roundness. In addition, the high frequency oscillation ensures that the Diamond cutting surfaces do not match the machined material clog. Processing can be fully automated; it this results in more favorable processing times and an increase tool life.

Die freie Werkzeuglänge, d.h. der Werkzeugteil, der sich außerhalb der Einspannstelle des Schwingungserregers bzw. des Amplitudenverstärkers der Honmaschine befindet, beträgt im Fall eines Aktivschwingers ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der anregenden Frequenz. Bei Ausbildung des Werkzeugs als Passivschwinger beträgt die freie Werkzeuglänge maximal ein ganzzahliges Vielfaches der Viertelwellenlängen. Grundsätzlich ist zu beachten, daß Werkzeug und Werkzeugaufnahme so ausgelegt werden, daß die Massenkonzentration und etwaige bewegliche Bauteile in Schwingungsknoten angeordnet sind.The free tool length, i.e. the tool part that itself outside the clamping point of the vibration exciter or Amplitude amplifier of the honing machine is in In the case of an active transducer an integer multiple of the half wavelength of the exciting frequency. When training the Tool as a passive transducer is the free tool length a maximum of an integer multiple of the quarter wavelengths. Basically, it should be noted that tools and Tool holder can be designed so that the Mass concentration and any moving parts in Vibration nodes are arranged.

Bei der Auswahl der Bewegungen im einzelnen sind verschiedene Variationen möglich. Die Rotation kann durch Links- bzw. Rechtslauf des Werkzeuges, aber auch des Werkstückes gegeben sein. Ebenso kann Hubbewegung sowohl durch das Werkzeug als auch durch das Werkstück ausgeführt werden. Gleichermaßen ist auch die Ultraschall-Erregung sowohl am Werkzeug als auch am Werkstück möglich. Das gilt für die Longitudinal- und auch Torsionsschwingungen, sowie für beliebig ausgebildete Formen der Überlagerung.When choosing the movements in detail are different Variations possible. The rotation can be Clockwise rotation of the tool, but also of the workpiece his. Likewise, lifting movement through the tool as well can also be carried out by the workpiece. Is alike also the ultrasonic excitation both on the tool and on the Workpiece possible. That applies to the longitudinal and also Torsional vibrations, as well as for any shape the overlay.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschreiben. Es stellen dar:Embodiments of the invention and its advantageous Further training is based on the attached Describe drawings. They represent:

Fig. 1 die Kinematik; FIG. 1 shows the kinematics;

Fig. 2 eine für das Verfahren geeignete Vorrichtung, einschließlich Werkzeug; Fig. 2 is a suitable for the process device, including tool;

Fig. 3 die Vorrichtung an einer Honmaschine. Fig. 3 shows the device on a honing machine.

Fig. 1 zeigt ein Werkzeug 1, das wie üblich eine Drehbewegung, entsprechend Pfeil 2, und eine Hubbewegung, entsprechend Pfeil 3 ausführt. Beide Bewegungen können nun, entweder alternativ oder kumuliert, jeweils mit einer hochfrequenten Oszillation überlagert sein. Im Falle der Drehbewegung ist diese überlagerte Ultraschallschwingung durch die Pfeile 21 und 22 veranschaulicht; es handelt sich um eine Tangentialoszillation entlang des Umfangs des Werkzeuges 1; im Falle der Hubbewegung 3 ist diese Oszillation durch die Pfeile 32 und 33 veranschaulicht, es handelt sich um eine Axial-Oszillation des Werkzeuges 1, bezogen auf seine Drehrichtung. Das Werkstück 4 weist eine Bohrung 5, die bearbeitet wird, auf. Im dargestellten Fall hat die Bohrung 5 einen durch die Bearbeitung zu beseitigenden Formfehler, nämlich eine sog. Vorweite, d.h. der Durchmesser der noch unbearbeiteten Bohrung ist im mittleren Bereich geringer als an den Enden der Bohrung. Die Kinematik des durch die Überlagerung einer Oszillation geschaffenen Honverfahrens kann man dahingehend beschreiben, daß im üblichen Kreuzschliffmuster, das durch Hubbewegung und gleichzeitige Rotation bewirkt wird, jeweils noch in den Riefen eine Hin- und Herbewegung erfolgt, die eine besonders intensive und schnelle Verbesserung der Oberfläche einschließlich eines Materialabtrags und damit eine schnelle Formverbesserung bewirkt. Fig. 1 shows a tool 1 which, as usual, performs a rotary movement according to arrow 2, and a lifting movement, according to arrow 3. Both movements, either alternatively or cumulatively, can each be overlaid with a high-frequency oscillation. In the case of the rotary movement, this superimposed ultrasonic vibration is illustrated by the arrows 21 and 22 ; it is a tangential oscillation along the circumference of the tool 1 ; in the case of the lifting movement 3 , this oscillation is illustrated by the arrows 32 and 33 , it is an axial oscillation of the tool 1 , based on its direction of rotation. The workpiece 4 has a bore 5 which is machined. In the case shown, the bore 5 has a shape error to be eliminated by the machining, namely a so-called advance, ie the diameter of the still unfinished bore is smaller in the central region than at the ends of the bore. The kinematics of the honing process created by superimposing an oscillation can be described in such a way that in the usual cross-cut pattern, which is caused by lifting movement and simultaneous rotation, there is a back and forth movement in the grooves, which results in a particularly intensive and rapid improvement of the surface including material removal and thus a rapid improvement in shape.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Vorrichtung an einer Honmaschine. Das Werkzeug 10 hat einen Werkzeugkörper 11, in dem radial verschiebbar Honleisten 12 angeordnet sind. Diese sind beispielsweise mit Diamantkorn belegt. Die Aufweitung in radialer Richtung erfolgt durch einen Keil 13, der mit einer Zustellstange 14 fest verbunden und axial verschiebbar ist. Die Honleisten 12 werden durch nicht gezeigte Federn radial nach innen auf den Keil 13 gezogen. Auf die Zustellstange 14 wirkt in axialer Richtung der mit einem Außengewinde versehener Zustellkörper 15, dessen oberes Ende als Außensechskant 16 ausgebildet ist. Er erstreckt sich in den Innensechskant 17 des Endes 18 der Drehzustellstange 19. Eine Drehung der Drehzustellstange 19 ergibt also eine Drehung des Zustellkörpers 15 und somit eine Verschiebung der Zustellstange 14 im Werkzeugkörper 11 in axialer Richtung und damit eine radiale Aufweitung der Honleisten 12. Wichtig ist an diesem Zusammenwirken von Außensechskant 16 und Innensechskant 17, daß zwar eine Kopplung in Drehrichtung zur Übertragung der Zustellbewegung erfolgt, aber keine kraftschlüssige Kopplung in axialer Richtung gegeben ist. Fig. 2 shows the structure of a device on a honing machine. The tool 10 has a tool body 11 in which honing stones 12 are arranged in a radially displaceable manner. These are covered with diamond grain, for example. The widening in the radial direction takes place by means of a wedge 13 which is firmly connected to an infeed rod 14 and is axially displaceable. The honing stones 12 are drawn radially inwards onto the wedge 13 by springs, not shown. The feed rod 15 , which is provided with an external thread and whose upper end is designed as an external hexagon 16 , acts on the feed rod 14 in the axial direction. It extends into the hexagon socket 17 of the end 18 of the rotary feed rod 19 . A rotation of the rotary feed rod 19 thus results in a rotation of the feed body 15 and thus a displacement of the feed rod 14 in the tool body 11 in the axial direction and thus a radial expansion of the honing stones 12 . What is important about this interaction of the hexagon socket 16 and the hexagon socket 17 is that there is a coupling in the direction of rotation for transmitting the infeed movement, but there is no non-positive coupling in the axial direction.

Der Werkzeugkörper 11 ist in einem Amplitudenverstärker 31 aufgenommen, über den die hochfrequente Oszillation von einem Schwingungserreger 20 auf das Werkzeug 10 übertragen wird. Der Schwingungserreger 20 besitzt eine ringförmige Grundplatte 25, die die Fesselungsebene darstellt und ihrerseits am Kopfteil 24 befestigt ist. Der Kopfteil 24 ist mit einem Flansch 27 versehen, an dem eine Überwurfmutter 26 angreift, die außerdem an einer (nicht gezeigten) Drehspindel einer Honmaschine befestigt ist. Beidseitig des Schwingungserregers 20 befinden sich die Endmassen 35, 36, die zusammen mit dem eigentlichen Schwingungserreger 20 das Schwingungssystem bilden. Der Amplitudenverstärker ist im Ausführungsbeispiel konisch ausgebildet, d.h. mit sich nach unten verjüngendem Querschnitt. Die geometrische Ausbildung des Amplitudenverstärkers ist maßgebend für eine Transformation der vom Schwingungssystem erzeugten Schwingung auf das Werkzeug 10. Dadurch kann auch die Überlagerung von Longitudinal- und Torsionsschwingungen bestimmt werden. Der Schwingungserreger kann piezoelektrisch, magnetostriktiv oder mechanisch arbeiten. Falls zur Schwingungserzeugung elektrische Energie erforderlich ist, erfolgt die Übertragung durch Kontaktring 28 und Schleifring 29. Links vom Werkzeug in Fig. 2 sind noch einmal die Drehbewegungen dargestellt. Der Kopfteil führt mit der Werkzeugspindel eine Hub- und eine Drehbewegung aus, während zu diesen beiden Bewegungen beim Werkzeug noch eine Axialoszillation und/oder eine Tangentialoszillation hinzutritt.The tool body 11 is received in an amplitude amplifier 31 , via which the high-frequency oscillation is transmitted from a vibration exciter 20 to the tool 10 . The vibration exciter 20 has an annular base plate 25 , which represents the bondage level and in turn is attached to the head part 24 . The head part 24 is provided with a flange 27 , on which a union nut 26 engages, which is also fastened to a rotating spindle (not shown) of a honing machine. On both sides of the vibration exciter 20 there are the end masses 35 , 36 , which together with the actual vibration exciter 20 form the vibration system. In the exemplary embodiment, the amplitude amplifier is conical, that is to say with a cross section tapering downward. The geometric design of the amplitude amplifier is decisive for a transformation of the vibration generated by the vibration system onto the tool 10 . This also allows the superposition of longitudinal and torsional vibrations to be determined. The vibration exciter can work piezoelectrically, magnetostrictively or mechanically. If electrical energy is required to generate vibrations, the transmission takes place through contact ring 28 and slip ring 29 . The rotary movements are shown again to the left of the tool in FIG. 2. The head part carries out a lifting and a rotating movement with the tool spindle, while in addition to these two movements with the tool there is also an axial oscillation and / or a tangential oscillation.

Fig. 3 zeigt schematisch eine solche Vorrichtung in einer Honmaschine 40. Sie trägt den Spindelkasten 41, von dem aus sich nach unten eine Drehspindel 42 erstreckt, an deren unterem Ende der Kopfteil 43, entsprechend dem Kopfteil 24 in Fig. 2, aufgenommen ist, der über die ringförmige Grundplatte 44 den Schwingungserreger 45 trägt, an dem ein Werkzeug 46 aufgenommen ist, dessen Schneidbelag 47 in ein Werkstück 48 eintaucht, das von einer kardanisch gelagerten Vorrichtung 49 aufgenommen ist. Die von Kopfteil 43 und Schwingungserreger 45 gebildete Einheit ist über eine elektrische Leitung 50 mit einem Generator 51, der die zur Erregung des Schwingungserregers bestimmte hochfrequente Spannung erzeugt, verbunden. Fig. 3 shows such a device schematically in a honing machine 40th It carries the headstock 41 , from which a rotary spindle 42 extends downward, at the lower end of which the head part 43 , corresponding to the head part 24 in FIG. 2, is received, which carries the vibration exciter 45 via the annular base plate 44 , on which a tool is received 46, the cutting layer 47 is immersed in a workpiece 48 which is received in a gimbal-mounted device 49th The unit formed by head part 43 and vibration exciter 45 is connected via an electrical line 50 to a generator 51 , which generates the high-frequency voltage intended to excite the vibration exciter.

Das Werkzeug nach Fig. 2 ist beispielsweise so ausgelegt, daß die freie Werkzeuglänge ab Einspannstelle maximal 140 mm beträgt. Der Abstand von der Einspannstelle des Werkzeuges bis zum Tisch beträgt ca. 500 mm. Die Axialvorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges beträgt 0,4 bis 4 mm/min. Die Drehzahl kann stufenlos auf maximal 5000 mm/min eingestellt werden.The tool according to FIG. 2 is designed, for example, such that the free tool length from the clamping point is a maximum of 140 mm. The distance from the clamping point of the tool to the table is approx. 500 mm. The axial feed speed of the tool is 0.4 to 4 mm / min. The speed can be continuously adjusted to a maximum of 5000 mm / min.

Wenn die Amplitude der Oszillation eine bestimmte Größe erreicht, kann es sein, daß sich in dem beim Honen entstehenden Kreuzschliffmuster noch zusätzliche Rattermarken ausbilden. Ist dies der Fall, so muß anschließend an das "Hochfrequenz"-honen nochmal ein normaler Honvorgang stattfinden. Dies kann mit derselben Werkstückaufspannung und im selben Bearbeitungszyklus erfolgen.If the amplitude of the oscillation is a certain size achieved, it may be that during honing resulting cross-cut pattern still additional chatter marks form. If this is the case, then the "High frequency" honing again a normal honing process occur. This can be done with the same workpiece clamping and in the same machining cycle.

Claims

1. A method for machining the inner surfaces of bores in workpieces, in which a tool coated with an abrasive coating simultaneously executes a rotary movement, an axial lifting movement and also an oscillation superimposed on the said movements ( 2 , 3 ), characterized in that the oscillation of the tool is carried out by an ultrasonic vibration in the range of 16 to 40 kHz is excited and that the free tool length from the clamping point of the vibration exciter is an integral multiple of half the wavelength in the case of the vibration exciter being designed as a passive oscillator and an integer multiple of the quarter wavelength in the case of training as an active oscillator.

2. The method according to claim 1, characterized in that the ultrasonic vibration ( 32 , 33 ) of the lifting movement ( 3 ) is superimposed.

3. The method according to claim 2, characterized in that at machining in the area of engagement of tool and Workpiece a suspension consisting of a liquid and an abrasive.

4. The method according to claim 3, characterized in that the Suspension through a suction pipe arranged in the tool is suctioned off.

5. The method according to claim 3, characterized in that the Suspension via a feed line arranged in the tool is fed.

6. Device for performing the method according to claim 1 or one of the following, characterized in that the tool ( 10 ) in a vibration exciter ( 20 ), optionally with the interposition of an amplitude amplifier ( 31 ) is added, which generates an ultrasonic vibration and transmits to the tool ( 10 ) that the vibration exciter ( 20 ) is received by the rotary spindle of a honing machine, the transmission of a rotary movement as an actuating movement for the infeed of the tool ( 10 ) between the rotary feed rod ( 19 ) of the honing machine and a feed body ( 15 ) in the tool ( 10 ) by coupling elements ( 16 , 17 , 18 ), which transmit a rotational movement, but no axial movement.

7. The device according to claim 6, characterized in that the vibration exciter ( 20 ) via an attachment level of the vibration exciter ( 20 , 35 , 36 ) forming the annular base plate ( 25 ) is connected to a head part ( 24 ) which is in the rotary spindle ( 42 ) the honing machine ( 40 ) is added.

8. The device according to claim 6, characterized in that the supply of electrical energy for exciting the oscillating head ( 20 ) via stationary slip rings ( 29 ) through the head part ( 24 ) provided contacts ( 28 ).

9. The device according to claim 6, characterized in that an end region ( 16 ) of the feed rod ( 14 ) of the tool ( 10 ) provided with a non-round cross section is axially displaceable in a recess ( 17 ) of a rotary feed rod ( 19 ) provided with the same cross section, however is non-positively connected in the direction of rotation.

10. The device according to claim 9, characterized in that the connection from the tool to the vibration exciter and is designed to be form-fitting.

11. The device according to claim 6, characterized in that the exciter of the vibration system piezoelectric or is magnetostrictive.

12. The apparatus according to claim 6, characterized in that to achieve a coaxial alignment of workpiece and Tool of one of these components regarding the location of his Axis of rotation fixed and the other movable is arranged.