DE4124769C2 - Verfahren zum Honen von Werkstücken, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Honwerkzeuge werden beispielsweise zur Bearbeitung der Innenwände von Bohrungen verwendet. Die Honwerkzeuge wer­ den in die Bohrungen in einem Zustand eingeführt, in dem die Oberflächen der Honleisten einen Abstand von der zu bearbeitenden Honfläche aufweisen. Damit eine Bearbeitung erfolgen kann, muß eine Zustellung des Werkzeugs erfol­ gen. Diese kann entweder auf mechanischem oder auf hy­ draulischem Wege erfolgen, wobei auch Kombinationen bei­ der Möglichkeiten bekannt sind.

Während der eigentlichen Bearbeitung, also dem Honen der Oberfläche, erfolgt kontinuierlich eine weitere Zustel­ lung. Aufgrund der Reaktionskräfte, die das Werkstück auf das Werkzeug ausübt, kann es dabei zu einer geringfügigen Verspannung der Honvorrichtung kommen, die sich durch den gesamten Zustellmechanismus fortsetzen und dadurch sum­ mieren kann.

Es ist bereits ein Verfahren zum Zustellen eines Honwerkzeugs und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens be­ kannt (EP 0 163 983 B1), bei dem bei Erreichen eines vorher ein­ gegebenen Wertes die Zustellung gestoppt und die Zustellung zurückgestellt wird. Dadurch wird zwar das gesamte Zustellsy­ stem mechanisch entspannt, die Honsteine bleiben jedoch an der Bohrungswand anliegen.

Beim Schleifen ist es bekannt, daß während des Vorschubs bei der Schleifbearbeitung eine Verspannung des Werk­ stücks auftreten kann. Zur Beschleunigung ist hier be­ reits vorgeschlagen worden, vor Erreichen der Feinbear­ beitung das Werkzeug kurzzeitig um einen errechneten Be­ trag zurückzuziehen, damit sich die Verformung des Werk­ stücks entspannen kann, so daß auf diese Weise die Ge­ samtbearbeitung schneller erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Honen zu schaffen, die ein ge­ naueres Arbeitsergebnis liefern.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Ver­ fahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vor­ richtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vor. Weiter­ bildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird also kurz vor Erreichen des Soll- Maßes die Zustellbewegung angehalten und die schneidenden Honleisten im Werkzeug etwas zurückgestellt, und zwar so lange, bis sie vollständig außer Eingriff mit dem Werk­ stück gelangt sind. Auf diese Weise können sich die im gesamten Zustellstrang zwischen der eigentlichen Zu­ stell-Antriebseinrichtung in der Honmaschine und den Hon­ leisten im Honwerkzeug aufgebauten Verspannungen lösen. Anschließend erfolgt erneut eine Zustellbewegung bis zur Endbearbeitung.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die expandierbaren Honleisten im Werkzeug von ihrer Aus­ gangsposition aus zunächst in einem Eilgang bis in den Bereich zugestellt werden, in dem sie das Werkstück be­ rühren, und anschließend während des Arbeitsvorschubs mit einer verringerten Zustellgeschwindigkeit zugestellt wer­ den. Diese unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten im Arbeitsgang und Eilgang sind an sich bekannt. Die Auslö­ sung des Umschaltens kann wegabhängig erfolgen, aber auch kraftabhängig, so daß das Berühren direkt zur Auslösung der Umschaltung führt.

Die Erfindung schlägt in Weiterbildung vor, daß das Werk­ zeug in dem zweiten Arbeitsvorschub mit einer anderen Ge­ schwindigkeit zugestellt werden kann als während des er­ sten Arbeitsvorschubes. Insbesondere ist es aufgrund der Maßnahme nach der Erfindung möglich, während des zweiten Arbeitsvorschubes schneller zuzustellen, was durch die verbesserte Spanleistung möglich wird. Auf diese Weise wird neben der verbesserten Genauigkeit auch ein Zeitvor­ teil erreicht, der die kurzzeitige Arbeitsunterbrechung während des Zurückstellens ausgleicht.

In Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die Positio­ nen, in denen eine Änderung der Zustellgeschwindigkeit und/oder die Umkehr der Zustellung erfolgt, durch Messen der Bewegung des Werkzeugs ermittelt werden. Insbesondere kann dies so geschehen, daß die Positionen durch Zählen der einem Schrittmotor zugeleiteten Impulse ermittelt werden. Bei einer Zustellung mit Hilfe anderer Einrich­ tungen kann das Ermitteln der Positionen auch mit Hilfe eines Weggebers ermittelt werden.

Um eine nochmalige Verbesserung im Hinblick auf ein schnelleres Arbeitsergebnis zu erreichen, schlägt die Er­ findung in Weiterbildung vor, daß die Ausgangsposition in Abhängigkeit von der Abnutzung des Werkzeugs geändert werden kann. Die Abnutzung des Werkzeugs kann beispiels­ weise mit Hilfe einer Meßstation oder einer Nachmeßsta­ tion ermittelt und das Ergebnis der Vorrichtung rückge­ koppelt werden.

Erfindungsgemäß kann das Zurückstellen in einem Eilgang mit erhöhter Geschwindigkeit erfolgen, sowohl beim end­ gültigen Zurückstellen nach Erreichen des Soll-Maßes als auch in dem kurzen Zurückstellschritt zwischen den beiden Arbeitsvorschüben.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß bei Erreichen des Soll-Maßes die Zustellung des Werkzeugs unterbrochen und das Werkzeug während einer Ausfeuerphase auf konstantem Durchmesser gehalten wird.

Die von der Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung enthält eine Steuerung, die in der Lage ist, die Zustellung des Werkzeugs zu unterbrechen und umzukehren. Insbesondere kann die Steuerung derart ausgebildet sein, daß sie die Zustellung in mindestens zwei unterschiedlichen Geschwin­ digkeiten bewirken kann.

Wenn die Zustelleinrichtung einen Schrittmotor aufweist, so kann die Zustellung in unterschiedlichen Geschwindig­ keiten, beispielsweise auch in drei unterschiedlichen Ge­ schwindigkeiten, durch Erzeugung von Ansteuerimpulsen un­ terschiedlicher Frequenz erfolgen.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß die Steuerung einen Zähler zur Ermittlung der Position des Honwerkzeugs aufweist. Dieser Zähler kann beispielsweise die dem Schrittmotor zugesandten Impulse zählen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß die Zustelleinrichtung einen Weg­ geber aufweist, der für den Zähler eigens Impulse er­ zeugt.

Erfindungsgemäß kann in Weiterbildung vorgesehen sein, daß die Steuerung eine Kompensationseinrichtung aufweist, die den der Ausgangsposition entsprechenden Zählerwert ändert. Diese Kompensation ist in der Lage, den Abrieb bzw. die Abnutzung des Werkzeugs zu berücksichtigen. Ins­ besondere günstig ist es, wenn die unterschiedlichen Po­ sitionen relativ gegenüber der Ausgangsposition bestimmt werden, so daß eine Kompensation der Ausgangsposition im­ mer auch zu einer Kompensation der übrigen Umkehrpositi­ onen führt.

Die Erfindung schlägt vor, daß die Steuerung eine Ein­ gabeeinrichtung zum Eingeben der Positionen aufweist, an denen eine Änderung der Zustellgeschwindigkeit oder der Zustellrichtung erfolgt.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 stark vereinfacht eine Honvorrichtung mit einer Zustelleinrichtung;

Fig. 2 ein Weg-Zeitdiagramm eines Verfahrens nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt stark vereinfacht eine Honvorrichtung 1, die zum Honen der Bohrungen 2 von Werkstücken 3 bestimmt ist. In der Honvorrichtung ist eine Honspindel 4 gelagert, die von einem einen Elektromotor 5 aufweisenden Antrieb 6 an­ getrieben wird. Die Honspindel 4 wird sowohl drehend als auch auf- und abgehend angetrieben, was durch die beiden Pfeile in der Figur angedeutet ist. Mit der Honspindel 4 ist über eine Verbindungsstange 7 das Honwerkzeug 8 ver­ bunden. Es enthält mehrere Honleisten 9, die über die Oberfläche des Werkzeugs 8 vorspringen und die eigent­ liche Bearbeitung durchführen. Die Honleisten 9 können mit Hilfe eines im Inneren des Werkzeugs 8 angeordneten Mechanismus radial nach außen verschoben werden. Zur Be­ tätigung dieses Mechanismus dient eine Zustelleinrichtung 10. Die Zustelleinrichtung ist über eine Druckstange 11 mit einem im Innern des Honwerkzeugs 8 angeordneten Keil­ element verbunden. Ein Verschieben der Druckstange 11, die sich durch die gesamte Honspindel 4 erstreckt, führt zu einer Aufweitung der Außenseite der Honleisten 9, der sog. Zustellung. Die Zurückstellung, also die Verschie­ bung der Honleisten 9 radial nach innen, wird im Normal­ fall durch Federn vorgenommen, die die Honleisten 9 ra­ dial nach innen beaufschlagen und diese nach innen bewe­ gen, sobald ein Zurückziehen der Druckstange 11 dies mög­ lich macht. Die Druckstange 11 wird von einem Schritt­ motor 12 über ein Getriebe 13 drehangetrieben. Sie weist ein Außengewinde auf, das in ein entsprechendes Innenge­ winde eingreift, so daß eine Verdrehung der Druckstange 11 gleichzeitig zu ihrer Axialverschiebung führt.

Der Schrittmotor 12 wird von einer Steuereinrichtung 14 angesteuert, die Impulszüge einer bestimmten Frequenz an den Schrittmotor 12 liefert. Je höher die Frequenz, desto schneller dreht sich der Schrittmotor 12 und desto schneller ist die Vorschubgeschwindigkeit der Druckstange 11 und damit die Zustellgeschwindigkeit der Honleisten 9.

Mit der Steuereinrichtung 14 verbunden ist eine außerhalb der Vorrichtung angeordnete Eingabeeinrichtung 15, in der eine Aufsichtsperson Betriebsdaten eingeben kann.

Die Steuereinrichtung 14 dient dazu, das Honwerkzeug 8 in einer bestimmten Weise zuzustellen, wie dies im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wird.

Fig. 2 zeigt ein Weg-Zeit-Diagramm einer möglichen Zu­ stellbewegung. Die Abszisse stellt die Zeit t dar, wäh­ rend die Ordinate den Abstand beispielsweise der Oberflä­ chen der Honleisten 9 von einer bestimmten Bezugsgröße darstellt. Der in Fig. 2 dargestellte Kurvenzug zeigt nun, wie erfindungsgemäß das Honwerkzeug zugestellt wird. Das Honwerkzeug 8 wird mit einem bestimmten Außendurch­ messer d₀, also der Ausgangsstellung des Honwerkzeugs, in die Bohrung 2 des Werkstücks 3 eingefahren. Um nun die Bearbeitung zu beginnen, wird zum Zeitpunkt t₀ das Werk­ zeug durch Betrieb des Schrittmotors 12 zugestellt, und zwar mit relativ hoher Geschwindigkeit in einem Eilgang, der durch den Kurvenzug 16 dargestellt ist. Aus der gro­ ßen Steigung ist die große Geschwindigkeit zu entnehmen. Bei Erreichen einer bestimmten Position d₁ des Werkzeugs, also einer bestimmten Aufweitstellung, schaltet die Steu­ erung 14 den Zustellmechanismus auf einen Arbeitsvorschub mit niedrigerer Geschwindigkeit um, der in dem Diagramm der Fig. 2 durch den Kurvenzug 17 dargestellt ist. Der Punkt d₁, an dem das Umschalten erfolgt, kann beispiels­ weise durch Messen des Abstandes von der Ausgangsposition ermittelt werden. Es ist ebenfalls möglich, daß der Punkt d₁ dadurch ermittelt wird, daß die Vorrichtung auf irgendeine Weise feststellt, daß eine Berührung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück stattgefunden hat. Dies kann beispielsweise aufgrund einer Erhöhung des Stromver­ brauchs des Elektromotors 5 erfolgen. Erfolgt das Um­ schalten wegabhängig, so wird bei Einrichten der Vorrich­ tung dafür gesorgt, daß der Punkt d₁ etwa in dem Bereich ist, in dem das Werkzeug das Werkstück berührt. Während des Arbeitsvorschubes 17 erfolgt also ein Anpressen des Werkzeugs an das Werkstück und dementsprechend die ei­ gentliche Honbearbeitung. Mit konstanter, durch den Zu­ stellmechanismus vorgegebener Zustellgeschwindigkeit wird jetzt das Werkzeug zugestellt, bis der Punkt d₂ erreicht ist. Dieser Punkt kann ebenfalls durch Bestimmen des Ab­ standes dieser Position von der Ausgangsposition d₀ be­ stimmt werden. Er wird bei Einrichten der Vorrichtung so festgelegt, daß er kurz vor dem Soll-Maß der Bohrung 2 liegt. An diesem Punkt schaltet nun die Steuereinrichtung 14 den Schrittmotor 12 ab, so daß während einer kurzen Zeit kein Vorschub mehr erfolgt. Anschließend wird der Schrittmotor 12 in umgekehrter Drehrichtung betrieben, so daß das Honwerkzeug zurückgestellt wird, bis es vollstän­ dig außer Eingriff mit dem Werkstück gelangt. Dieser Rückkehrpunkt d₃ ist ebenfalls vorher festgelegt worden. An diesem Punkt ist nun der gesamte Antriebsstrang der Zustelleinrichtung 10 bis hin zum Werkzeug spannungsfrei, so daß die während des Arbeitsvorschubs 17 aufgetretenen Spannungen sich alle lösen können. Gleichzeitig gerät die Außenfläche der Honleisten außer Eingriff mit dem Werk­ stück, so daß sich die Schneidkörner ebenfalls entspannen oder neu orientieren können. Sobald der Punkt d₃ erreicht ist, schaltet die Steuerung 14 wieder um und stellt nun das Werkzeug in einem zweiten Arbeitsvorschub zu, der in dem Diagramm durch den Kurvenzug 18 dargestellt ist. Die­ se Zustellung wird mit konstanter Geschwindigkeit durch­ geführt, bis das Werkzeug die dem Soll-Maß des zu bear­ beitenden Werkstücks entsprechende Soll-Position d₄ er­ reicht hat. Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, ist die Vor­ schubgeschwindigkeit während des zweiten Arbeitsvorschubs 18 größer als während des ersten Arbeitsvorschubes 17. Bei Erreichen des Soll-Maßes wird der Vorschub angehalten und das Werkzeug bei zunächst unveränderter Position wei­ ter betrieben. Dies bildet die sog. Ausfeuerphase 19. An­ schließend erfolgt eine Zurückstellung des Werkzeugs längs des Kurvenzuges 20 bis zur Ausgangsposition d₀.

Es ist ebenfalls möglich, und wird von der Erfindung vor­ geschlagen, daß die Zurückstellung längs des Kurvenzuges 20 nicht bis ganz zum Ausgangspunkt d₀ erfolgt, sondern zu einem Punkt, der die Abnutzung des Werkzeugs während der Bearbeitung berücksichtigt. Eine derartige Kompensa­ tion kann auch in bestimmten Abständen, also beispiels­ weise nach der Bearbeitung von insgesamt zehn Werk­ stücken, erfolgen.

Claims (16)

1. Verfahren zum Honen von Werkstücken (3) mit Hilfe eines zustellbaren Honwerkzeugs (8), das aus einer Ausgangs­ position (d₀) in einem Arbeitvorschub (17) zugestellt, vor Erreichen des Soll-Maßes (d₄) in seinem Arbeitsvor­ schub (17) unterbrochen und um einen Betrag zurückge­ stellt wird, der ausreicht, das Zustellsystem zu ent­ spannen, und anschließend in einem zweiten Arbeits­ vorschub (18) zugestellt wird, bis das Soll-Maß (d₄) erreicht wird, wonach das Honwerkzeug (8) wieder zurück­ gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zurück­ stellung nach einer Honbearbeitung der zu bearbeitenden Oberfläche bis zu einem Maß kurz vor dem Soll-Maß (d₄) der zu bearbeitenden Fläche beginnt und so weit erfolgt, bis die Honleiste (9) des Honwerkzeugs (8) vollständig außer Eingriff mit dem Werkstück (3) gelangt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Honwerkzeug (8) aus der Ausgangsposition (d₀) zunächst in einem Eilgang (16) bis in den Berührungsbe­ reich mit dem Werkstück (3) zugestellt und während des Arbeitsvorschubs (17, 18) mit verringerter Geschwindig­ keit zugestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Honwerkzeug (8) in dem zweiten Arbeitsvor­ schub (18) mit einer anderen Geschwindigkeit zugestellt wird als während des ersten Arbeitsvorschubes (17).

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichet, daß das Honwerkzeug (8) in dem zweiten Arbeitsvorschub (18) mit größerer Geschwindig­ keit zugestellt wird als während des ersten Arbeitsvor­ schubes (17).

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen (d₁, d₂, d₃, d₄), in denen eine Änderung der Zustellgeschwindigkeit und/oder eine Umkehr der Zustellung erfolgt, durch Messen der Bewegung des Honwerkzeugs (8) ermittelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen durch Zählen der einem Schrittmotor (12) zugeführten Impulse ermittelt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsposition (d₀) in Abhängigkeit von der Abnutzung des Honwerkzeugs (8) geändert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zurückstellen (20) des Honwerkzeuges (8) zur Ausgangsposition (d₀) in einem Eilgang erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei Erreichen des Soll-Maßes (d₄) bei nicht weiterem Zustellen des Honwerkzeugs (8) ein Ausfeuern erfolgt.

10. Vorrichtung (1) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer ein Hon­ werkzeug (8) mit mindestens einer Honleiste (9) aufwei­ senden Honspindel (4), einer Zustelleinrichtung (10) für das Honwerkzeug (8) und einer Steuerung (14) für die Zu­ stelleinrichtung (10), die eine Einrichtung zur Unter­ brechung und Umkehr der Zustellung des Honwerkzeugs (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (14) derart ausgebildet ist, daß die Umkehr der Zustellung des Honwerkzeugs (8) so lange erfolgt, bis die Honlei­ ste (9) des Honwerkzeugs (8) vollständig außer Eingriff mit dem Werkstück (3) gelangt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (14) derart ausgebildet ist, daß sie die Zustellung des Honwerkzeugs (8) in mindestens zwei, vorzugsweise drei unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewirken kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zustelleinrichtung (10) einen Schritt­ motor (12) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (14) eine Einrichtung zur Ermittlung der Position des Honwerkzeugs (8) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ermittlung der Position des Honwerkzeugs (8) einen Zähler enthält.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (14) eine Kompensa­ tionseinrichtung aufweist, die den der Ausgangsposition (d₀) des Honwerkzeugs (8) entsprechenden Zählerwert ändert.

16. Vorichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (14) eine Eingabeein­ richtung (15) zur Eingabe der Positionen (d₀, d₁, d₂, d₃, d₄) aufweist, an denen eine Änderung der Zustellge­ schwindigkeit und/oder die Umkehr der Zustellung des Honwerkzeugs (8) erfolgt.