EP0555285A1 - Process for machining the inner surfaces of bores. - Google Patents

Process for machining the inner surfaces of bores.

Info

Publication number
EP0555285A1
EP0555285A1 EP91918737A EP91918737A EP0555285A1 EP 0555285 A1 EP0555285 A1 EP 0555285A1 EP 91918737 A EP91918737 A EP 91918737A EP 91918737 A EP91918737 A EP 91918737A EP 0555285 A1 EP0555285 A1 EP 0555285A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
vibration
honing
ultrasonic vibration
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP91918737A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0555285B1 (en
Inventor
Oswald Kopp
Gerhard Flores
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kopp Verfahrenstechnik GmbH
Original Assignee
Kopp Verfahrenstechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kopp Verfahrenstechnik GmbH filed Critical Kopp Verfahrenstechnik GmbH
Publication of EP0555285A1 publication Critical patent/EP0555285A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0555285B1 publication Critical patent/EP0555285B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B33/00—Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/02—Honing machines or devices; Accessories therefor designed for working internal surfaces of revolution, e.g. of cylindrical or conical shapes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B33/00—Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/08—Honing tools
    • B24B33/085—Honing tools in which the honing element consists of a deformable body

Definitions

  • the invention relates to 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 carries out an oscillation superimposed on the movements mentioned.
  • a second embodiment which is described in the same document, generates a vibration between the inner surface of the bore and the stones of the Abrasive coating of the tool in that the platform on which the workpiece is attached is set in a rapid up and down movement.
  • the platform is equipped with a
  • Vibration excitation device provided which has a coil excited with an electromagnetic oscillation.
  • this oscillation is said to lead to the collapse of abrasive grains and thus to the self-sharpening of the cutting surface.
  • No information is given on the frequency; 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 platform with workpiece (FIG. 3) would be too slow for higher frequencies.
  • so-called superfinishing in a continuous process, the rotationally symmetrical workpieces are given a rotary movement, while a honing stone is seated on the outer surface, which is given a high-frequency oscillating movement parallel to the axis of rotation of the workpiece (DE 35 33 082 AI).
  • the vibrations that are used generally have frequencies of up to 3000 vibrations per minute, that is, of up to 50 Hz.
  • an attempt has been made in the process according to the document mentioned to proceed step by step and between the individual steps Let the superfinishing stone fire out after a certain forced delivery route.
  • the invention has for its object to further improve the method of the type mentioned, on the one hand in such a way that a greater material removal can be achieved, on the other hand in that better form corrections are possible.
  • This object is achieved in that a natural frequency oscillation of the tool in the range of 16-40 KHz is excited by ultrasound and that the free length of the tool from the clamping point of the vibration exciter is an integral multiple of half the wavelength of the natural frequency oscillation of the tool.
  • the invention now surprisingly shows not only an increased material removal compared to the prior art, but also that better shape corrections of the bore are possible with it.
  • a new surface and a method for its production are given.
  • the new process enables in particular high machining allowances with relatively fine grain sizes with fine machining surfaces.
  • the previous quality limits of conventional honing are exceeded.
  • values were around 0.6 ⁇ xa. R z as the limit for hardened steel.
  • This surface quality could be significantly improved with the method according to the invention.
  • the high frequency honing according to the invention results in relatively low machining forces. The consequence of this is only an extremely small formation of burrs.
  • a new surface structure is created with a particularly high proportion of load. According to the kinematics, a periodic surface pattern is created with regular "troughs" or "pockets", which, as mentioned, are particularly suitable for holding lubricants.
  • Figure 1 is a diagram for explanation
  • Figure 2 is a control scheme for processing a
  • Figure 3 shows the course of a vibration
  • Figure 4 is a diagram for explaining
  • Figure 5 shows an apparatus for performing the method according to the invention
  • Figure 6 shows a first embodiment of a
  • Figure 8 shows a second embodiment of a
  • FIG. 9 is a schematic representation of the elastic
  • FIG. 10 shows a surface image of a bore machined with the method according to the invention
  • FIG. 11 shows a diagram to explain the honing additions that can be achieved with the method according to the invention.
  • FIG. 12 shows a drawing to assign the shape of the tool 8 to the position of the radial vibration and vibration in the longitudinal direction of the natural vibration
  • FIG. 13 shows a modification of FIG. 9 in such a way that a cylindrical shape of the tool is produced at the maximum amplitude of the radial component of the natural frequency vibration of the tool 1.
  • FIG. 1 shows a honing tool 1.
  • the usual honing movement that results in the cross-section is the sum of a rotary movement (corresponding to arrow 2) and a periodic back and forth Movement (lifting movement).
  • a third movement namely a short-stroke ultrasonic oscillation of the tool, is superimposed on these two movement components, which leads to a natural oscillation of the tool in the natural resonance range.
  • the excitation by a vibration exciter takes place in the axial direction parallel to the stroke movement 3.
  • This inherently resonant vibration of the tool leads to elastic deformations of the tool and thus to movements of the individual areas of the tool both in the axial and in the radial direction, as indicated by the arrows 32 and 33 indicated.
  • the oscillation takes place at a frequency of 21.7 kHz with an amplitude that could be set to a maximum of 15 ⁇ .
  • the workpiece 4 has a bore 5, the inner surface of which is to be machined.
  • the honing tool 1 is designed as a mandrel honing tool and is provided with a conical cutting zone 6, the rear larger diameter Di of which is somewhat larger than the smallest diameter of the bore 5 not yet machined with the honing tool 1.
  • the front smaller diameter D 2 allows the introduction of the tool 1.
  • the conical cutting zone 6 moves into the bore 5 and processes the material which corresponds to a bore diameter of less than D ⁇ .
  • the honing tool 1 is cylindrical, so that it is in the Hole is inserted.
  • the machining is preferably carried out with an axial double stroke.
  • FIG. 2 shows the control diagram of the stroke movement 3 at (a), the rotary movement 2 at (b) and the ultrasound excitation at (c) in their temporal association with one another and as a function of time.
  • the broader line at (c) indicates the amplitude of the ultrasonic vibration.
  • the residence time dt at (a) is adjustable. Points A, B, C, D can also be set, ie the start and the beginning of the rotary movement and the high-frequency vibration.
  • the movement path of a tip of an abrasive grain 7 as a function of time is shown in a range from 0 to 300 isec in FIG. 2.
  • the upper and lower boundary lines, which each represent a rising path, correspond to the oblique course of the grooves in conventional honing.
  • Figure 5 shows an apparatus for performing the method.
  • the honing tool 1 which has been ground to the dimensions Di and D2 and contour, is received with its tool holding cone 8 in a conical receiving opening 8 'of the sound transmission body 9.
  • the sound transmission body 9 has two flanges 10, 11, which are provided at the points 10 ', 11 7 in the depicted manner with grooves, so that thin points 10', 11 'are formed which have the effect of an articulated suspension, so that an axial high-frequency ultrasonic vibration, which the sound transmission body 9 carries out, is not transmitted to the housing 12.
  • the sound transmission body 9 is made of titanium, for example.
  • the housing 12 consists of the cylindrical part 13, the lower cover 14 and the upper cover 15.
  • the upper cover 15 has in the middle a bore 16 provided with an internal thread, into which the threaded pin 17 projects, which is fixed with the receiving hub 18 connected is. Housing cover 15 and receiving hub 18 are thus firmly screwed together, the disc 19 being clamped in between. In this way rotates the housing 12 with the receiving hub 18, which in turn is driven in the direction of rotation via toothed belt wheel 20 and toothed belt 21.
  • the entire unit, as shown in FIG. 5, including a motor (not shown) can be moved up and down to produce the lifting movement, as is known per se from conventional honing machines, so that a more detailed description of the structural details is provided here Connection can be dispensed with.
  • the entire arrangement is firmly clamped by the clamping screw 29, which is screwed into the sound transmission body 9. Centering takes place by means of centering sleeve 29 '.
  • a coolant channel 30 passes through the sound transmission body 9 and the clamping screw 29.
  • the interior of the housing, the line 31 and the openings in the disk 19 and in the cover 15, a cooling medium can be supplied.
  • FIG. 6 shows the simplest form of a honing tool 1 as a fixed mandrel with fixed, non-adjustable external dimensions.
  • the cutting surface has the contour 40, as shown in detail in FIG. 7, namely an insertion zone 37 over approximately less than 10% of its length, followed by the already mentioned cutting zone 6, which covers approximately a little less than half of the total Length of the cutting agent covering extends, as does the cylindrical guide zone 38 thereafter.
  • honing tool 100 is shown in FIG. 8.
  • the cutting surface 40 which has the contour according to FIG. 8, is applied to a shaft 101 which can be elastically expanded by means of an expansion piece 102.
  • the tool 1 carries out a natural vibration, preferably in the resonance range.
  • the tool 1 does not act as a rigid transmission element of the high-frequency ultrasonic oscillation, but rather is itself the medium of the ultrasonic oscillation, ie the longitudinal and transverse waves triggered by the excitation.
  • Ultrasonic vibration exciter 25 have a frequency that is as close as possible to the natural resonance of the tool 1. If the natural resonance of the tool deviates too far from that of the stimulating system (vibration exciter 25, sound transmission body 9), the tool does not vibrate. In order to optimally design the transmission of the ultrasound energy from the vibration exciter 25 to the tool 1, the sound wave resistance of the vibration exciter must also be as equal as possible to that of the tool 1.
  • the natural frequency of the tool 1 is determined by the dimensions (length, diameter), the modulus of elasticity of the material and the speed of sound given in the material.
  • the modulus of elasticity is approx.21,000 daN / m 2 and the speed of sound is 5,960 m / sec. at 21.7 kHz, this gives half a wavelength equal to 187 cm. This is the free tool length from the clamping cone.
  • FIG. 9 shows how the natural vibration of the tool 1 is represented geometrically.
  • the diameter of the tool at (a) has its greatest value D max , while the length L has the minimum value Lmin.
  • the zero crossing of the vibration in the longitudinal direction, the average diameter DQ and the average length LQ result.
  • the minimum diameter D min and the maximum length Ljna result - in FIG. 9 the individual amplitudes are assigned to the situations according to (a), (b) and (c).
  • the individual amplitudes are assigned to the situations according to (a), (b) and (c).
  • the movement component 33 in the radial direction is the cause of the fact that during the circulation one
  • Abrasive grain of the cutting agent coating 40 individual small pockets are introduced in the radial direction into the inner surface of the machined holes.
  • FIG. 10 shows, as a photograph - since it cannot be represented otherwise - this novel surface, a distance, which in reality corresponds to 30 ⁇ m, is shown in the photograph to clarify the scale.
  • the pockets or depressions serve as an oil reservoir for lubricants in the inner surfaces of the bores. This is especially so of the utmost importance if otherwise a surface of extremely good quality is achieved.
  • the material is removed evenly and a surface pattern is created that is periodic in accordance with the kinematics. It is of course heavily dependent on the set parameters. At a low speed, for example, the cutting tracks created by the high-frequency oscillation are very close together. At a high speed, these cutting marks are stretched accordingly and result in a somewhat less favorable bearing component.
  • the load share in a test series was approx. 0.2 ⁇ in the cutting depth at approx. 30%.
  • the new surface results in an extreme improvement of the wearing properties. If, for example, a specific bore is machined in two machining stages with grit sizes D46 and Dl5 (according to the FEPA definition; see VDI guidelines VDI 3394 from June 1980), the bore geometry (straightness, roundness) is below 0.5 ⁇ st reachable. This was carried out on a trial basis for workpieces which were conventionally pre-honed to a diameter of 6.955 to 6.965 mm and were finished in two further processing steps using the method according to the invention. The surface roughness was 0.7 ⁇ stx R z at the beginning and could be improved to less than 0.4 ⁇ R 2 with increasing numbers. Diamond was used as the grain.
  • superabrasive materials are considered, in addition to Diamond cubic boron nitride (CBN), possibly for bores made of soft material (e.g. aluminum) also ruby, sapphire, corundum.
  • CBN Diamond cubic boron nitride
  • the machining forces that occur are of particular importance for the application of the method according to the invention.
  • 10 ⁇ m difference in the diameter of the unfinished bore compared to the final dimension desired by machining
  • an axial force of 1.0 N and a torque of 1.120 Ncm were found.
  • a direct comparison with a machining process in which the same tool would have been used without high-frequency exposure was not possible, since an addition of more than 4 / im cannot be achieved without the high-frequency oscillation. If you want to remove more material with one stroke without HF oscillation, the tool seizes up. But even with an addition of 4 ⁇ m without high-frequency oscillation, i.e.
  • FIG. 11 finally shows the honing addition dz (in micrometers) as a function of the grit k (according to the FEPA definition) in the comparison between the - known - mandrel honing (lower bar with a grain size D15 to D181) compared to the high-frequency honing ( black filled area).
  • the workpiece was hardened steel with a hardness of more than 60 HRc.
  • the vibration ratios over the length of the workpiece 1 result from FIG. 12 in the event that the length of the tool 1 is equal to half the wavelength of the ultrasonic vibration.
  • the prerequisite for the occurrence of a natural vibration is that the length of the tool 1 from the clamping cone, which lies in the "restraining plane", is a very large multiple (including 1 times) of half the wavelength.
  • the vibration in the radial direction, the component 33, and the vibration in the axial direction, the component 32 are entered to the left of the tool and related to the length of the workpiece 1.
  • FIG. 13 A particularly advantageous embodiment of the invention results from FIG. 13.
  • This representation corresponds essentially to FIG. 9, but with the difference that the shape the tool in the idle state (zero crossing (b)) is not cylindrical, but has a convex contour. Then it follows that in the state with the greatest radial expansion of (a), ie, D max and L m i n a cylindrical shape of the tool is obtained.
  • the addition of the diameter depends on the input amplitude. With a change in the amplitude of the ultrasonic vibration, by which the natural vibration of the tool 1 is excited, the amplitude of the axial vibration component 33 and thus also D max can also be set. These parameters also directly influence the quality of the machined hole.
  • the roughness depth Rz decreases in an essentially linear dependence on the amplitude and frequency.

Abstract

Il est décrit un procédé pour l'usinage d'alésages dans des pièces à usiner, où un outil à honer revêtu d'une couche d'abrasif et appliqué radialement sur la paroi du trou de forage, exécute en même temps un mouvement de rotation et un mouvement de va-et-vient. En plus des mouvements de levage et de rotation (2, 3), l'outil à honer (1, 100) a une vibration propre (31, 32) à haute fréquence et à faible course, laquelle est produite par une oscillation ultrasonore dans la gamme de 16 à 40 KHz.A method is described for the machining of bores in workpieces, in which a honing tool coated with an abrasive layer and applied radially to the wall of the borehole simultaneously executes a rotational movement and a back and forth motion. In addition to the lifting and rotating movements (2, 3), the honing tool (1, 100) has its own high-frequency, short-stroke vibration (31, 32), which is produced by ultrasonic oscillation in the range from 16 to 40 KHz.

Description

Titel; Verfahren zum Bearbeiten der Innenflächen von Bohrungen Title; Process for machining the inner surfaces of holes
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten der Innenflächen von Bohrungen in Werkstücken, bei dem ein mit Schleifmittelbelag belegtes Werkzeug gleichzeitig eine Drehbewegung, eine axiale Hubbewegung und das ferner eine den genannten Bewegungen überlagerte Oszillation ausführt.The invention relates to 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 carries out an oscillation superimposed on the movements mentioned.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der Veröffentlichung 11Frequenz-Honen für hohe Abtragraten" aus der Zeitschrift Werkstatt und Betrieb 118 (1985 (7), Seite 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 Oszillation erfolgt durch 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. Die Honsteine werden dabei hydromechanisch mit konstantem Druck angepreßt.Such a device is known from the publication 11 Frequency honing for high ablation rates "from the journal Werkstatt und Betrieb 118 (1985 (7), pages 393-395 (cf. in particular page 394, section 4.1). There, the rotation movement and axial stroke movement formed helical basic movement of the honing process overlaid an oscillating relative movement. This increases the cutting speed (for the forward stroke) and self-sharpening the honing stones (for the reverse stroke). The oscillation is generated by two hydraulic cylinders. From this, although more precise details have not been given in the cited publication, it can be concluded that this third movement component is a movement with a frequency of at most a few 100 Hz. The honing stones are pressed hydromechanically with constant pressure.
Aus der US-Patentschrift 29 39 250 ist ein als "Resonanzhonen" bezeichnetes Verfahren bekannt geworden, das mit einem Honwerkzeug arbeitet, dessen mit Schneidmittelbelag belegte Honleisten dadurch in radialer Richtung verstellbar sind, daß ihre schrägen Zustellflächen mit entsprechend schrägen Zustellflachen einer Zustellstange zusammenwirken. Die Zustellstange wird nun durch eine sie umgebende Spule einem oszillierenden elektromagnetischen Feld ausgesetzt, das als Folge einer Magnetostriktion zu entsprechenden periodischen Verkürzungen bzw. Verlängerungen der Zustellstange führt. Daraus ergeben sich über den genannten Verstellmechanismus entsprechende radiale Hin- und Herbewegungen der Honleisten. Ein zweites Ausführungsbeispiel, das in derselben Druckschrift beschrieben ist, erzeugt eine Schwingung 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 einerFrom US Pat. No. 2,939,250 a method known as "resonance honing" is known which works with a honing tool, the honing stones covered with cutting agent coating are adjustable in the radial direction in that their oblique infeed surfaces interact with correspondingly oblique infeed surfaces of an infeed rod. The delivery rod is now exposed to an oscillating electromagnetic field by a coil surrounding it, which as a result of magnetostriction leads to corresponding periodic shortening or lengthening of the delivery rod. This results in corresponding radial reciprocating movements of the honing stones via the adjustment mechanism mentioned. A second embodiment, which is described in the same document, generates a vibration between the inner surface of the bore and the stones of the Abrasive coating of the tool in that the platform on which the workpiece is attached is set in a rapid up and down movement. For this purpose, the platform is equipped with a
Schwingungserregervorrichtung versehen, die eine mit einer elektromagnetischen Oszillation erregte Spule aufweist. Bei beiden Varianten der US-PS 29 39 250 soll diese Oszillation soll zum Zusammenbrechen stumpf gewordener Schleifkörner und damit zur Selbstaufschärfung des Schneidbelages führen. Angaben zur Frequenz 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. der Plattform mit Werkstück (Fig. 3) zu träge.Vibration excitation device provided which has a coil excited with an electromagnetic oscillation. In both variants of US Pat. No. 2,939,250, this oscillation is said to lead to the collapse of abrasive grains and thus to the self-sharpening of the cutting surface. No information is given on the frequency; 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 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 des Schneidbelages, ein Verfahren beschrieben, bei dem dem Werkstück (vgl. Figur 2) oder dem Werkzeug (vgl. Figur 9) eine dritte Schwingung erteilt wird, die im Bereich von 20-100 000 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 Spulen erzeugt werden, die den Werkzeug- bzw. Werkstückhalter entsprechend hin und her bewegen. Der Werkzeug- bzw. Werkstüσkhalter gerät aber nicht in Eigenschwingung, sondern wirkt als starres Mittel der Schwingungsübertragung vom Schwingungserreger zum Werkzeug bzw. zum Werkstück. Bei dem sog. 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 AI). 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 US Pat. No. 2,939,251, also with the aim of constantly self-sharpening the cutting surface, a method is described in which the workpiece (see FIG. 2) or the tool (see FIG. 9) is given a third vibration which is in the range of 20-100,000 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 aid of coils that move the tool or workpiece holder back and forth accordingly. However, the tool or workpiece holder does not vibrate naturally, but acts as a rigid means of transmitting vibrations from the vibration exciter to the tool or workpiece. In so-called superfinishing (also: external honing) in a continuous process, the rotationally symmetrical workpieces are given a rotary movement, while a honing stone is seated on the outer surface, which is given a high-frequency oscillating movement parallel to the axis of rotation of the workpiece (DE 35 33 082 AI). The vibrations that are used generally have frequencies of up to 3000 vibrations per minute, that is, of up to 50 Hz. In order to improve the removal of the workpiece, an attempt has been made in the process according to the document mentioned to proceed step by step and between the individual steps Let the superfinishing stone fire out after a certain forced delivery route.
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 stumpfer bzw. abgebrochener Körner zu fördern.In the context of superfinishing, i.e. the processing of the outer surfaces of rotationally symmetrical workpieces, attempts have also already been made to use ultrasonic waves for cleaning the honing stones (cf. DE-AS 24 35 848). However, the ultrasonic vibration is not forced on the tool, but rather is injected into the surface between the tool and the workpiece via the medium of detergent liquid in order to promote the detachment and the rinsing out of blunt or broken grains.
Das sog. "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-PSen 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 vorhandener Bohrungen.Technologically, the so-called "ultrasonic eroding" does not concern the machining of the inner surfaces of bores, but rather the drilling of bores at all by means of ultrasound-excited machining heads. You have this The method has also already been combined with drilling machines (cf. US Pat. Nos. 3,614,484 and 4,828,052). This makes it possible to drill holes in materials that are too hard for normal drilling. However, it is not a matter of reworking the inner surfaces of existing holes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art weiterhin zu verbessern, und zwar einerseits derart, daß ein stärkerer Materialabtrag erreichbar ist, zum anderen auch dahingehend, daß bessere Formkorrekturen möglich sind.The invention has for its object to further improve the method of the type mentioned, on the one hand in such a way that a greater material removal can be achieved, on the other hand in that better form corrections are possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch Ultraschall eine eigenfrequente Oszillation des Werkzeuges im Bereich von 16-40 KHz angeregt wird und daß die freie Länge des Werkzeugs ab Einspannstelle des Schwingungserregers ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der eigenfrequenten Oszillation des Werkzeugs ist.This object is achieved in that a natural frequency oscillation of the tool in the range of 16-40 KHz is excited by ultrasound and that the free length of the tool from the clamping point of the vibration exciter is an integral multiple of half the wavelength of the natural frequency oscillation of the tool.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.Advantageous developments of the invention are defined in the subclaims.
Bei der Erfindung zeigt es sich nun überraschenderweise nicht nur ein im Vergleich zum Stand der Technik erhöhter Materialabtrag, sondern daß damit auch bessere Formkorrekturen der Bohrung möglich sind. Ferner entsteht auch eine "neue" durch eine Vielzahl kleiner Taschen gekennzeichnete Oberfläche. Diese Taschen (vgl. Figur 10) dienen zur Aufnahme von Schmiermittel. Das ist insbesondere bei der Erzielung einer ansonsten extremen Genauigkeit und Formgüte der Oberfläche zur Sicherung der Schmierung im Zusammenwirken mit anderen Bauteilen von großer Bedeutung, insbesondere z.B. wenn es sich um die Innenflächen der Zylinderbohrungen von Automobilmotoren oder um Steuerbohrungen von Ventilen handelt. Es wird also im Prinzip eine neue Oberfläche und ein Verfahren zu deren Herstellung angegeben.The invention now surprisingly shows not only an increased material removal compared to the prior art, but also that better shape corrections of the bore are possible with it. There is also a "new" one, characterized by a large number of small pockets Surface. These pockets (see FIG. 10) are used to hold lubricant. This is particularly important when it comes to achieving an otherwise extreme accuracy and shape of the surface to ensure lubrication in cooperation with other components, especially when it comes to the inner surfaces of cylinder bores in automobile engines or control bores in valves. In principle, a new surface and a method for its production are given.
Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere hohe Bearbeitungszugaben bei verhältnismäßig feinen Korngrößen mit feinen Bearbeitungsflächen. Mit den erreichbaren Oberflächengüten werden die bisherigen Qualitätsgrenzen des konventionellen Honens überschritten. Bisher galten Werte um 0,6 μxa. Rz als Grenze für gehärteten Stahl. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren konnte diese Oberflächenqualitat deutlich verbessert werden. Das Hochfrequenzhonen gemäß der Erfindung ergibt relativ geringe Bearbeitungskräfte. Die Folge davon ist eine lediglich äußerst geringe Gratbildung. Es entsteht eine neue Oberflächenstruktur mit besonders hohem Traganteil. Entsprechend der Kinematik entsteht ein periodisches Oberflächenmuster mit regelmäßigen "Mulden" oder "Taschen", die, wie erwähnt, sich zur Aufnahme von Schmiermittel besonders eignen.The new process enables in particular high machining allowances with relatively fine grain sizes with fine machining surfaces. With the achievable surface qualities, the previous quality limits of conventional honing are exceeded. Previously, values were around 0.6 μxa. R z as the limit for hardened steel. This surface quality could be significantly improved with the method according to the invention. The high frequency honing according to the invention results in relatively low machining forces. The consequence of this is only an extremely small formation of burrs. A new surface structure is created with a particularly high proportion of load. According to the kinematics, a periodic surface pattern is created with regular "troughs" or "pockets", which, as mentioned, are particularly suitable for holding lubricants.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:An embodiment of the invention and its advantageous Further developments are described below with reference to the accompanying drawings. They represent:
Figur 1 ein Schema zur Erläuterung;Figure 1 is a diagram for explanation;
Figur 2 ein Steuerschema für die Bearbeitung einerFigure 2 is a control scheme for processing a
Bohrung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren;Drilling with the method according to the invention;
Figur 3 den Schwingungsverlauf einesFigure 3 shows the course of a vibration
Schleifmittelkorns an der Wand einer Bohrung;Abrasive grain on the wall of a hole;
Figur 4 ein Schema zur Erläuterung derFigure 4 is a diagram for explaining
Kornüberdeckung;Grain coverage;
Figur 5 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;Figure 5 shows an apparatus for performing the method according to the invention;
Figur 6 ein erstes Ausführungsbeispiel einesFigure 6 shows a first embodiment of a
Honwerkzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;Honing tool for carrying out the method according to the invention;
Figur 7 die Kontur des Schleifmittelbelags 40 im7 shows the contour of the abrasive coating 40 in
Werkzeug 1 nach Figur 6;Tool 1 according to Figure 6;
Figur 8 ein zweites Ausführungsbeispiel einesFigure 8 shows a second embodiment of a
Honwerkzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Figur 9 eine schematische Darstellung der elastischenHoning tool for carrying out the method according to the invention; Figure 9 is a schematic representation of the elastic
Verformung der Kontur und der Länge des Werkzeugs 1 bei Durchführung der Eigenschwingung;Deformation of the contour and the length of the tool 1 when the natural vibration is carried out;
Figur 10 eine Oberflächenaufnähme einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeiteten Bohrung;FIG. 10 shows a surface image of a bore machined with the method according to the invention;
Figur 11 ein Schema zur Erläuterung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren Honzugaben;FIG. 11 shows a diagram to explain the honing additions that can be achieved with the method according to the invention;
Figur 12 eine zeichnerische Darstellung zur Zuordnung der Form des Werkzeuges 8 zur Lage der radialen Schwingung und Schwingung in Längsrichtung der Eigenschwingung;FIG. 12 shows a drawing to assign the shape of the tool 8 to the position of the radial vibration and vibration in the longitudinal direction of the natural vibration;
Figur 13 eine Abwandlung von Figur 9 derart, daß bei maximaler Amplitude der radialen Komponente der eigenfrequenten Schwingung des Werkzeuges 1 eine zylindrische Form des Werkzeuges entsteht.FIG. 13 shows a modification of FIG. 9 in such a way that a cylindrical shape of the tool is produced at the maximum amplitude of the radial component of the natural frequency vibration of the tool 1.
Figur 1 zeigt ein Honwerkzeug 1. Die übliche Honbewegung, die das Kreuzschliffbild ergibt, ist die Summe einer Drehbewegung (entsprechend Pfeil 2) und einer periodischen Hin- und Herbewegung (Hubbewegung). Gemäß der Erfindung wird diesen beiden Bewegungskomponenten eine dritte Bewegung, nämlich eine kurzhubige Ultraschall-Oszillation des Werkzeugs überlagert, die zu einer Eigenschwingung des Werkzeugs im Eigenresonanzbereich führt. Die Anregung durch einen Schwingungserreger erfolgt in axialer Richtung also parallel zur Hubbewegung 3. Diese eigenresonante Schwingung des Werkzeugs führt zu elastischen Verformungen desselben und damit zu Bewegungen der einzelnen Bereiche des Werkzeugs sowohl in axialer als auch in radialer Richtung, wie durch die Pfeile 32 und 33 angedeutet. Die Oszillation erfolgt in einem Ausführungsbeispiel mit einer Frequenz von 21,7 KHz einer Amplitude, die bis auf maximal 15 μ eingestellt werden konnte.FIG. 1 shows a honing tool 1. The usual honing movement that results in the cross-section is the sum of a rotary movement (corresponding to arrow 2) and a periodic back and forth Movement (lifting movement). According to the invention, a third movement, namely a short-stroke ultrasonic oscillation of the tool, is superimposed on these two movement components, which leads to a natural oscillation of the tool in the natural resonance range. The excitation by a vibration exciter takes place in the axial direction parallel to the stroke movement 3. This inherently resonant vibration of the tool leads to elastic deformations of the tool and thus to movements of the individual areas of the tool both in the axial and in the radial direction, as indicated by the arrows 32 and 33 indicated. In one exemplary embodiment, the oscillation takes place at a frequency of 21.7 kHz with an amplitude that could be set to a maximum of 15 μ.
Das Werkstück 4 weist eine Bohrung 5 auf, deren Innenfläche bearbeitet werden soll. Das Honwerkzeug 1 ist - wie an sich bekannt - als Dornhonwerkzeug ausgebildet und mit einer konischen Sσhneidzone 6 versehen, deren hinterer größerer Durchmesser Di etwas größer ist als der kleinste Durchmesser der mit dem Honwerkzeug 1 noch nicht bearbeiteten Bohrung 5. Der vordere kleinere Durchmesser D2 erlaubt die Einführung des Werkzeuges 1. Mit dem Hub in Richtung des Pfeils fährt die konische Schneidzone 6 in die Bohrung 5 ein und arbeitet das Material ab, das einem Bohrungsdurchmesser von weniger als D^ entspricht. Im Anschluß an die konische Schneidzone 6 ist das Honwerkzeug 1 zylindrisch ausgebildet, so daß es damit in die Bohrung eingeführt wird. Die Bearbeitung erfolgt vorzugsweise mit einem axialen Doppelhub.The workpiece 4 has a bore 5, the inner surface of which is to be machined. As is known per se, the honing tool 1 is designed as a mandrel honing tool and is provided with a conical cutting zone 6, the rear larger diameter Di of which is somewhat larger than the smallest diameter of the bore 5 not yet machined with the honing tool 1. The front smaller diameter D 2 allows the introduction of the tool 1. With the stroke in the direction of the arrow, the conical cutting zone 6 moves into the bore 5 and processes the material which corresponds to a bore diameter of less than D ^. Following the conical cutting zone 6, the honing tool 1 is cylindrical, so that it is in the Hole is inserted. The machining is preferably carried out with an axial double stroke.
Bei zusätzlicher Anregung des Honwerkzeuges 1 mit einer hochfrequenten kurzhubigen Ultraschallschwingung in axialer Richtung ergibt sich die unerwartete Wirkung, daß sehr viel mehr Material abgetragen werden kann und somit stärker als seither Formfehler der Bohrung berichtigt werden können. Es ergibt sich ferner eine neue Art von Oberfläche, die durch eine Vielzahl von kleinen taschenartigen Vertiefungen gekennzeichnet ist. Diese Oberfläche ist in Fig. 9 als Fotografie gezeigt.With additional excitation of the honing tool 1 with a high-frequency, short-stroke ultrasonic vibration in the axial direction, there is the unexpected effect that much more material can be removed, and thus more than ever since, shape errors in the bore can be corrected. There is also a new type of surface, which is characterized by a large number of small pocket-like depressions. This surface is shown in Fig. 9 as a photograph.
Figur 2 zeigt das Steuerungsdiagramm der Hubbewegung 3 bei (a), der Drehbewegung 2 bei (b) und der Ultraschallanregung bei (c) in ihrer zeitlichen Zuordnung zueinander und in Abhängigkeit von der Zeit. Die breitere Linie bei (c) deutet die Amplitude der Ultraschall-Schwingung an. Die Verweildauer dt bei (a) ist einstellbar. Ebenso sind die Punkte A, B, C, D einstellbar, d.h. jeweils Beginn und Anfang der Drehbewegung und der hochfrequenten Schwingung. Eine Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Berücksichtigung des Steuerdiagramms nach Figur 2 wurde versuchsweise mit folgenden Daten ausgelegt: Hublänge: 400 mmFIG. 2 shows the control diagram of the stroke movement 3 at (a), the rotary movement 2 at (b) and the ultrasound excitation at (c) in their temporal association with one another and as a function of time. The broader line at (c) indicates the amplitude of the ultrasonic vibration. The residence time dt at (a) is adjustable. Points A, B, C, D can also be set, ie the start and the beginning of the rotary movement and the high-frequency vibration. A machine for performing the method according to the invention, taking into account the control diagram according to FIG. 2, was designed with the following data on a trial basis: Stroke length: 400 mm
Hubantrieb 0,4 kWLinear drive 0.4 kW
Hubgeschwindigkeit: kleiner als 650 mm/minLifting speed: less than 650 mm / min
Drehantrieb: 0,4 kWRotary drive: 0.4 kW
Drehzahl: kleiner als 5 000 l/UmdrehungenSpeed: less than 5,000 l / rev
Verweilzeit am Bohrungsgrund: kleiner als 10 sDwell time at the bottom of the hole: less than 10 s
Amplitude: max. 15 /imAmplitude: max. 15 / in
Frequenz: 20 - 24 kHFrequency: 20 - 24 kH
Schall-Leistung des Generators: bis 2,4 kWSound power of the generator: up to 2.4 kW
Die Bewegungsbahn einer Spitze eines Schleifmittelkorns 7 in Abhängigkeit von der Zeit ist in einem Bereich von 0 bis 300 isec in Figur 2 dargestellt. Die obere und die untere Begrenzungslinie, die je eine steigende Bahn darstellen, entsprechen dem Schrägverlauf der Riefen beim konventionellen Honen.The movement path of a tip of an abrasive grain 7 as a function of time is shown in a range from 0 to 300 isec in FIG. 2. The upper and lower boundary lines, which each represent a rising path, correspond to the oblique course of the grooves in conventional honing.
Stellt man sich vor, daß entlang dieser hochfrequenten Schwingungsbahn die einzelnen Schleifmittelkörner 7 mit einer bestimmten Fläche auf der zu bearbeitenden Oberfläche aufliegen, so ergibt sich je nach dem, wie die Dauer einer Schwingung (Schwingungsperiode) und ihre Amplitude auf die Umfangsgeschwindigkeit des Honwerkzeugs 1 abgestimmt ist, eine der beiden Situationen, die in Figur 4 dargestellt sind. Bei (a), also bei im Verhältnis zur aufliegenden Fläche der Schneidmittelkörner 7 relativ "engen" Schwingung, ergibt sich, daß ein Schleifmittelkorn 7 bei einem ersten Ultraschallhub eine bestimmte Fläche überstreicht, die teilweise bei dem nächsten in entgegengesetzter Richtung stattfindenden Ultraschallhub ebenfalls wieder überstrichen wird. Das heißt: Dieselbe Fläche wird je nach Wahl dieser Parameter praktisch mehrfach bearbeitet, so daß es zu einem "Ausfeuer"-Effekt kommt. Durch andere Wahl dieser Parameter, wie bei (b) , kann man erreichen, daß dieser Effekt auf Bereiche in Nähe der Schwingungsspitzen begrenzt wird. Im allgemeinen ist die Wahl der Paramater, so daß sich der Verlauf nach (a) ergibt, vorteilhafter.If one imagines that the individual abrasive grains 7 lie along this high-frequency oscillation path with a certain area on the surface to be machined, then it depends on how the duration of an oscillation (oscillation period) and its amplitude are matched to the peripheral speed of the honing tool 1 is one of the two situations shown in Figure 4. With (a), that is to say with relatively "narrow" vibration in relation to the surface area of the cutting agent grains 7, it follows that an abrasive grain 7 sweeps over a certain area during a first ultrasonic stroke, which in part also swept again during the next ultrasonic stroke taking place in the opposite direction becomes. That means: The same surface is processed several times, depending on the choice of these parameters, so that it leads to a "sparking" effect is coming. By choosing these parameters differently, as in (b), it can be achieved that this effect is limited to areas in the vicinity of the vibration peaks. In general, the choice of parameters is more advantageous, so that the course according to (a) results.
Figur 5 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Figure 5 shows an apparatus for performing the method.
Das auf die Maße Di und D2 und Kontur überschliffene Honwerkzeug 1 ist mit seinem Werkzeugaufnahmekonus 8 in einer Konischen Aufnahmeöffnung 8' des Schallübertragungskörpers 9 aufgenommen. Der Schallübertragungskörper 9 weist zwei Flansche 10, 11 auf, die an den Stellen 10', ll7 in der dargestellt abgesetzten Art mit Nuten versehen sind, so daß Dünnstellen 10', 11' entstehen, die die Wirkung einer gelenkigen Aufhängung haben, so daß sich eine axiale hochfrequente Ultraschall-Schwingung, die der Schallübertragungskörper 9 ausführt, nicht auf das Gehäuse 12 überträgt. Der Schallübertragungskörper 9 ist z.B. aus Titan. Das Gehäuse 12 besteht aus dem zylindrischen Teil 13, dem unteren Deckel 14 und dem oberen Deckel 15. Der obere Deckel 15 weist in der Mitte eine mit einem Innengewinde versehene Bohrung 16 auf, in die der Gewindezapfen 17 hineinragt, der mit der Aufnahmenabe 18 fest verbunden ist. Gehäusedeckel 15 und Aufnahmenabe 18 sind also miteinander fest verschraubt, wobei die Scheibe 19 dazwischen geklemmt ist. Auf diese Weise dreht sich das Gehäuse 12 mit der Aufnahmenabe 18 mit, die ihrerseits über Zahnriemenrad 20 und Zahnriemen 21 in Drehrichtung angetrieben wird. Die gesamte Einheit, wie sie in Figur 5 dargestellt ist, einschließlich eines (nicht gezeigten) Motors ist zur Erzeugung der Hubbewegung auf und ab verschiebbar, wie das an sich von üblichen Honmaschinen bekannt ist, so daß auf eine nähere Beschreibung der konstruktiven Details im vorliegenden Zusammenhang verzichtet werden kann.The honing tool 1, which has been ground to the dimensions Di and D2 and contour, is received with its tool holding cone 8 in a conical receiving opening 8 'of the sound transmission body 9. The sound transmission body 9 has two flanges 10, 11, which are provided at the points 10 ', 11 7 in the depicted manner with grooves, so that thin points 10', 11 'are formed which have the effect of an articulated suspension, so that an axial high-frequency ultrasonic vibration, which the sound transmission body 9 carries out, is not transmitted to the housing 12. The sound transmission body 9 is made of titanium, for example. The housing 12 consists of the cylindrical part 13, the lower cover 14 and the upper cover 15. The upper cover 15 has in the middle a bore 16 provided with an internal thread, into which the threaded pin 17 projects, which is fixed with the receiving hub 18 connected is. Housing cover 15 and receiving hub 18 are thus firmly screwed together, the disc 19 being clamped in between. In this way rotates the housing 12 with the receiving hub 18, which in turn is driven in the direction of rotation via toothed belt wheel 20 and toothed belt 21. The entire unit, as shown in FIG. 5, including a motor (not shown) can be moved up and down to produce the lifting movement, as is known per se from conventional honing machines, so that a more detailed description of the structural details is provided here Connection can be dispensed with.
Der eigentliche Ultraschallschwingungserreger 25, der im Ausführungsbeispiel durch zwei piezoelektrische Elemente (Schwingquarze) 26 und 27 gebildet wird, sitzt auf der Oberseite des Schallübertragungskörpers 9, wobei oberhalb des Ultraschallschwingungserregers 25 noch zur Abstimmung des Schwingsystems eine eine Schwingmasse darstellende Scheibe 28 angeordnet ist. Die gesamte Anordnung ist durch die Spannschraube 29, die im Schallübertragungskörper 9 verschraubt ist, fest verspannt. Die Zentrierung erfolgt mittels Zentrierhülse 29'. Durch den Schallübertragungskörper 9 und die Spannschraube 29 geht ein Kühlmittelkanal 30 hindurch. Dem Innenraum des Gehäuses kann die Leitung 31 und die Öffnungen in der Scheibe 19 und im Deckel 15 ein Kühlmedium zugeführt werden.The actual ultrasonic vibration exciter 25, which in the exemplary embodiment is formed by two piezoelectric elements (quartz crystals) 26 and 27, is located on the top of the sound transmission body 9, a disc 28 representing an oscillating mass being arranged above the ultrasonic vibration exciter 25 for tuning the vibration system. The entire arrangement is firmly clamped by the clamping screw 29, which is screwed into the sound transmission body 9. Centering takes place by means of centering sleeve 29 '. A coolant channel 30 passes through the sound transmission body 9 and the clamping screw 29. The interior of the housing, the line 31 and the openings in the disk 19 and in the cover 15, a cooling medium can be supplied.
Die Zufuhr elektrischer Energie zu dem Ultraschallschwingungserreger 25 erfolgt in der dargestellten Weise durch am Deckel 15 angeordnete Schleifringe 35 und an einem nicht mitdrehenden Teil der genannten Einheit angebrachte Schleifringe 36. Figur 6 zeigt die einfachste Form eines Honwerkzeuges 1 als Festdorn mit festen nicht einstellbaren Außenabmessungen. Der Schneidbelag hat dabei die Kontur 40, wie sie im einzelnen in Figur 7 dargestellt ist, nämlich etwa über weniger als 10% seiner Länge eine Einführungszone 37, daran anschließend die bereits erwähnte Sσhneidzone 6, die sich etwa über etwas weniger als die Hälfte der gesamten Länge des Schneidmittelbelages erstreckt, so wie sich daran anschließend die zylindrische Führungszone 38.The supply of electrical energy to the ultrasonic vibration exciter 25 takes place in the illustrated Way through slip rings 35 arranged on the cover 15 and slip rings 36 attached to a non-rotating part of the mentioned unit. FIG. 6 shows the simplest form of a honing tool 1 as a fixed mandrel with fixed, non-adjustable external dimensions. The cutting surface has the contour 40, as shown in detail in FIG. 7, namely an insertion zone 37 over approximately less than 10% of its length, followed by the already mentioned cutting zone 6, which covers approximately a little less than half of the total Length of the cutting agent covering extends, as does the cylindrical guide zone 38 thereafter.
Die übliche radiale Aufweitung, wie sie zur Nachstellung von Honwerkzeugen bekannt ist, bereitet im vorliegenden Fall gewisse Schwierigkeiten, da die Gefahr besteht, daß einzelne gegeneinander verstellbare Teile, die nicht in einem Schwingungsknoten liegen, mit der Hochfrequenz aneinander reiben, so daß eine übermäßige Erhitzung auftreten kann. Außerdem muß gewährleistet sein, daß sich trotz der hochfrequenten Schwingung keine Teile lösen. Insofern sind speziell konstruierte Honwerkzeuge vorteilhaft. Ein derartiges Honwerkzeug 100 ist in Figur 8 dargestellt. Dabei ist der Schneidbelag 40, der die Kontur nach Figur 8 hat, auf einem Schaft 101 aufgebracht, der durch ein Aufweitstück 102 elastisch aufweitbar ist. Das ist z.B. dann der Fall, wenn die Ausnehmung 103 im Schaft 101 einerseits und das Aufweitstück 102 andererseits konisch ausgebildet sind, so daß sich bei axialer Verschiebung des Aufweitstückes eine elastische AufWeitung des Schaftes in radialer Richtung ergibt, der jedoch als Vollkörper ohne Nuten und ohne Schlitze ausgebildet ist, um besondere Stabilität zu gewährleisten. Die erforderlichen elastischen radialen Aufweitungen sind auch auf diese Weise erreichbar. In axialer Richtung im Anschluß an das Aufweitstück 102 befindet sich ein Druckstück 104, das in der Ausnehmung 103 auswechselbar eingesetzt ist. Es liegt mit seinem rechten Ende an der Druckfläche 105 des Aufnahmeteils 106 an, der dann seinerseits mit dem rechten Ende in den Werkzeugaufnahroekonus 8 des Schallübertragungskörpers 9 eingesetzt wird. Man kann also den Schneidmittelbelag 40 dadurch elastisch aufweiten, daß man Druckstücke 104 verschiedener Länge einsetzt. Je länger das Druckstück 104 ist, desto stärker wird der Schaft 101 radial aufgeweitet.The usual radial expansion, as is known for the adjustment of honing tools, presents certain difficulties in the present case, since there is a risk that individual parts which are adjustable against one another and which are not in a vibration node rub against one another at high frequency, so that excessive heating occurs can occur. In addition, it must be ensured that no parts come loose despite the high-frequency vibration. In this respect, specially designed honing tools are advantageous. Such a honing tool 100 is shown in FIG. 8. The cutting surface 40, which has the contour according to FIG. 8, is applied to a shaft 101 which can be elastically expanded by means of an expansion piece 102. This is the case, for example, when the recess 103 in the shaft 101, on the one hand, and the expansion piece 102, on the other hand, are conical, so that Axial displacement of the expansion piece results in an elastic expansion of the shaft in the radial direction, which, however, is designed as a solid body without grooves and without slots to ensure particular stability. The required elastic radial widenings can also be achieved in this way. In the axial direction following the expansion piece 102 there is a pressure piece 104, which is interchangeably inserted in the recess 103. It rests with its right end against the pressure surface 105 of the receiving part 106, which in turn is then inserted with the right end into the tool receiving cone 8 of the sound transmission body 9. The cutting agent covering 40 can therefore be elastically expanded by using pressure pieces 104 of different lengths. The longer the pressure piece 104, the more the shaft 101 is expanded radially.
Das Werkzeug 1 führt - vorzugsweise im Resonanzbereich - eine Eigenschwingung aus. Damit ist gemeint, daß das Werkzeug 1 nicht als in sich starres Übertragungselement der hochfrequenten Ultraschall-Schwingung wirkt, sondern vielmehr selbst Medium der Ultraschall-Schwingung, d.h. der durch die Anregung angestoßenen Longitudinal- und Transversalwellen ist. Das bedeutet, wie oben bereits erwähnt, daß das Werkzeug 1 selbst elastische Schwingungen in axialer und radialer Richtung mit der durch die Ultraschall-Schwingung angeregten Eigen-(Resonanz)Frequenz ausführt und dabei seine Kontur periodisch verändert. Um eine günstige Kopplung der Ultraschall-Energie vom Ultraschall-Schwingungserreger 25 in das Werkzeug 1 zu erreichen, muß derThe tool 1 carries out a natural vibration, preferably in the resonance range. This means that the tool 1 does not act as a rigid transmission element of the high-frequency ultrasonic oscillation, but rather is itself the medium of the ultrasonic oscillation, ie the longitudinal and transverse waves triggered by the excitation. As already mentioned above, this means that the tool 1 itself carries out elastic vibrations in the axial and radial directions with the natural (resonance) frequency excited by the ultrasonic vibration and periodically changes its contour. To a cheap coupling of the To achieve ultrasonic energy from the ultrasonic vibration exciter 25 in the tool 1, the
Ultraschall-Schwingungserreger 25 eine Frequenz aufweisen, die möglichst gleich der Eigenresonanz des Werkzeuges 1 ist. Wenn die Eigenresonanz des Werkzeugs zu weit von der des anregenden Systems (Schwingungserreger 25, Schallübertragungskörper 9) abweicht, gerät das Werkzeug nicht in Schwingung. Um die Übertragung der Ultraschall-Energie vom Schwingungserreger 25 auf das Werkzeug 1 optimal zu gestalten, muß ferner der Schallwellenwiderstand des Schwingungserregers möglichst gleich dem des Werkzeuges 1 sein.Ultrasonic vibration exciter 25 have a frequency that is as close as possible to the natural resonance of the tool 1. If the natural resonance of the tool deviates too far from that of the stimulating system (vibration exciter 25, sound transmission body 9), the tool does not vibrate. In order to optimally design the transmission of the ultrasound energy from the vibration exciter 25 to the tool 1, the sound wave resistance of the vibration exciter must also be as equal as possible to that of the tool 1.
Die Eigenfrequenz des Werkzeuges 1 ist durch die Abmessungen (Länge, Durchmesser) den E-Modul des Werkstoffes und die im Werkstoff gegebene Schallgeschwindigkeit bestimmt. Bei Stahl beträgt der E-Modul ca. 21.000 daN/ m2 und die Schallgeschwindigkeit 5.960 m/sec. bei 21,7 kHz ergibt dies eine halbe Wellenlänge gleich 187 cm. Dies ist die freie Werkzeuglänge ab Einspannkonus. Wie sich die Eigenschwingung des Werkzeuges 1 geometrisch darstellt, ist in Figur 9 gezeigt. Dabei hat der Durchmesser des Werkzeuges bei (a) seinen größten Wert Dmax, während die Länge L den Mindestwert Lmin hat. Bei (b) , dem Nulldurchgang der Schwingung in Längsrichtung, ergibt sich der mittlere Durchmesser DQ und die mittlere Länge LQ. Bei (c) , ergibt sich der Mindestdurchmesser Dmin und ä-ie maximale Länge Ljna - In Figur 9 sind die einzelnen Amplituden den Situationen nach (a), (b) und (c) zugeordnet. Wie bei (a) in Figur 9 eingezeichnet, ergibt sich in der Tat für jedes Korn des Schneidmittelbelages 40 sowohl eine Bewegungskomponente 32 in axialer Richtung als auch eine Bewegungskomponente 33 in radialer Richtung. Beide Komponenten unterliegen der Eigenfrequenz.The natural frequency of the tool 1 is determined by the dimensions (length, diameter), the modulus of elasticity of the material and the speed of sound given in the material. For steel, the modulus of elasticity is approx.21,000 daN / m 2 and the speed of sound is 5,960 m / sec. at 21.7 kHz, this gives half a wavelength equal to 187 cm. This is the free tool length from the clamping cone. FIG. 9 shows how the natural vibration of the tool 1 is represented geometrically. The diameter of the tool at (a) has its greatest value D max , while the length L has the minimum value Lmin. At (b), the zero crossing of the vibration in the longitudinal direction, the average diameter DQ and the average length LQ result. At (c), the minimum diameter D min and the maximum length Ljna result - in FIG. 9 the individual amplitudes are assigned to the situations according to (a), (b) and (c). As shown in (a) in FIG. 9, there is indeed a movement component 32 in the axial direction and a movement component 33 in the radial direction for each grain of the cutting agent covering 40. Both components are subject to the natural frequency.
Die Bewegungskomponente 33 in radialer Richtung ist die Ursache dafür, daß während des Umlaufes einesThe movement component 33 in the radial direction is the cause of the fact that during the circulation one
Schleifmittelkorns des Schneidmittelbelages 40 einzelne kleine Taschen in radialer Richtung in die Innenfläche der bearbeiteten Bohrungen eingebracht werden.Abrasive grain of the cutting agent coating 40 individual small pockets are introduced in the radial direction into the inner surface of the machined holes.
Figur 10 zeigt als Fotografie - da nicht anders darstellbar - diese neuartige Oberfläche, wobei, um den Maßstab zu verdeutlichen, eine Strecke, die in der Realität 30 jum entspricht, in der Fotografie eingezeichnet ist. Es zeigt sich nun überraschenderweise, daß entlang der beim klassischen Honen das Kreuzschliffmuster ergebenden zueinander schräggestellten Riefen praktisch durch die überlagerte hochfrequente Schwingung mit radialer und axialer Komponente in kurzen Abständen Mulden oder Taschen entstehen, die während des Umlaufes praktisch "eingehämmert" oder "eingemeißelt" werden, wobei - wie aus dieser Fotografie ohne weiteres erkennbar - zwischen den Mulden gratfreie ebene tragende Bereiche entstehen, die andere Bauteile tragen können. Die Taschen oder Mulden dienen in den Innenflächen der Bohrungen als Ölreservoir für Schmiermittel. Dies ist insbesondere dann von größter Bedeutung, wenn ansonsten eine Oberfläche mit extrem guter Qualität erzielt ist. Das Material wird gleichmäßig abgetragen und es entsteht ein entsprechend der Kinematik periodisches Oberflächenmuster. Es ist selbstverständlich stark abhängig von eingestellten Parametern. Bei einer kleinen Drehzahl liegen z.B. die durch die hochfrequente Oszillation erzeugten Schnittspuren sehr dicht beieinander. Bei einer hohen Drehzahl sind diese Schnittspuren entsprechend gestreckt und ergeben einen etwas ungünstigeren Traganteil. Der Traganteil lag bei einer Versuchsserie in ca. 0,2 ^im Schnitttiefe bei ca. 30%.FIG. 10 shows, as a photograph - since it cannot be represented otherwise - this novel surface, a distance, which in reality corresponds to 30 μm, is shown in the photograph to clarify the scale. It has now surprisingly been found that along the oblique grooves which result in the cross-grinding pattern during classic honing, troughs or pockets, which are practically "hammered" or "chiseled in" during the circulation, practically arise at short intervals due to the superimposed high-frequency vibration with radial and axial components , whereby - as can easily be seen from this photograph - burr-free, flat load-bearing areas are created between the troughs, which other components can carry. The pockets or depressions serve as an oil reservoir for lubricants in the inner surfaces of the bores. This is especially so of the utmost importance if otherwise a surface of extremely good quality is achieved. The material is removed evenly and a surface pattern is created that is periodic in accordance with the kinematics. It is of course heavily dependent on the set parameters. At a low speed, for example, the cutting tracks created by the high-frequency oscillation are very close together. At a high speed, these cutting marks are stretched accordingly and result in a somewhat less favorable bearing component. The load share in a test series was approx. 0.2 ^ in the cutting depth at approx. 30%.
Die neue Oberfläche ergibt eine extreme Verbesserung der Trageigenschaften. Bearbeitet man z.B. eine bestimmte Bohrung in zwei Bearbeitungsstufen mit Körnungen D46 und Dl5 (nach der FEPA-Definition; vgl. VDI-Richtlinien VDI 3394 vom Juni 1980), so sind bzgl. der Bohrungsgeometrie (Geradheit, Rundheit) Werte unter 0,5 μst erreichbar. Dies erfolgte versuchsweise bei Werkstücken, die auf den Durchmesser von 6,955 bis 6,965 mm konventionell vorgehont waren und in zwei weiteren Bearbeitungsschritten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren fertig bearbeitet wurden. Die Oberflächenrauhigkeit lag zu Beginn bei 0,7 μstx Rz und konnte mit zunehmender Stückzahl auf unter 0,4 μ R2 verbessert werden. Dabei wurde als Korn Diamant verwendet.The new surface results in an extreme improvement of the wearing properties. If, for example, a specific bore is machined in two machining stages with grit sizes D46 and Dl5 (according to the FEPA definition; see VDI guidelines VDI 3394 from June 1980), the bore geometry (straightness, roundness) is below 0.5 μst reachable. This was carried out on a trial basis for workpieces which were conventionally pre-honed to a diameter of 6.955 to 6.965 mm and were finished in two further processing steps using the method according to the invention. The surface roughness was 0.7 μstx R z at the beginning and could be improved to less than 0.4 μ R 2 with increasing numbers. Diamond was used as the grain.
Infrage kommen generell superabrasive Werkstoffe, also neben Diamant kubisches Bortnitrid (CBN), evtl. bei Bohrungen aus weichem Material (z.B. Alu) auch Rubin, Saphir, Korund.In general, superabrasive materials are considered, in addition to Diamond cubic boron nitride (CBN), possibly for bores made of soft material (e.g. aluminum) also ruby, sapphire, corundum.
Von besonderer Bedeutung für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die auftretenden Bearbeitungskräfte. Bei einer Zugabe von 10 im (Differenz des Durchmessers der unbearbeitetenden Bohrung gegenüber dem durch die Bearbeitung angestrebten Endmaß) unter Verwendung des Festdornes mit der Körnung D46 wurde eine Axialkraft von 1,0 N und ein Drehmoment von 1,120 Ncm festgestellt. Ein direkter Vergleich mit einer Bearbeitung, bei der dasselbe Werkzeug ohne Hochfrequenzbeaufschlagung eingesetzt worden wäre, war nicht möglich, da ohne die hochfrequente Oszillation eine Zugabe von mehr als 4 /im nicht zu erreichen ist. Möchte man mehr Material mit einem Hub ohne HF-Oszillation abtragen, so frißt sich das Werkzeug fest. Aber selbst bei einer Zugabe von 4 um ohne hochfrequente Oszillation, also mit einer um mehr als 50% reduzierten Zugabe, betrug die Axialkraft immer noch 2,4 N und das Drehmoment 1,3 Ncm. Man kann also davon .. ausgehen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das 2- bis 3-fache der Zugabe in einem Doppelhub abgetragen werden kann, und dabei Axialkraft und Drehmoment noch geringer sind als bei herkömmlichen Verfahren.The machining forces that occur are of particular importance for the application of the method according to the invention. When adding 10 µm (difference in the diameter of the unfinished bore compared to the final dimension desired by machining) using the fixed mandrel with the D46 grit, an axial force of 1.0 N and a torque of 1.120 Ncm were found. A direct comparison with a machining process in which the same tool would have been used without high-frequency exposure was not possible, since an addition of more than 4 / im cannot be achieved without the high-frequency oscillation. If you want to remove more material with one stroke without HF oscillation, the tool seizes up. But even with an addition of 4 µm without high-frequency oscillation, i.e. with an addition reduced by more than 50%, the axial force was still 2.4 N and the torque 1.3 Ncm. It can therefore be assumed that 2 to 3 times the addition can be removed in a double stroke with the method according to the invention, and that the axial force and torque are even lower than in conventional methods.
Daraus folgt auch, daß mit dem hier beschriebenen Verfahren eine nur sehr geringe Gratbildung verursacht wird. Bei versuchsweise bearbeiteten Werkstücken war, wie aus Figur 10 deutlich zu ersehen, überhaupt keine Gratbildung festzustellen.It also follows that the method described here causes very little burr formation. In the case of workpieces machined on a trial basis, as in FIG clearly visible, no burr formation at all.
Figur 11 zeigt schließlich die Honzugabe dz (in Mikrometer) in Abhängigkeit von der Körnung k (nach der FEPA-Definition) im Vergleich zwischen dem - bekannten - Dornhonen (unterer von einer Körnung D15 bis D181 leicht ansteigender Balken) im Vergleich zu dem Hochfrequenzhonen (schwarz ausgefüllter Bereich) . Beim Werkstück handelte es sich um gehärteten Stahl mit einer Härte von mehr als 60 HRc.FIG. 11 finally shows the honing addition dz (in micrometers) as a function of the grit k (according to the FEPA definition) in the comparison between the - known - mandrel honing (lower bar with a grain size D15 to D181) compared to the high-frequency honing ( black filled area). The workpiece was hardened steel with a hardness of more than 60 HRc.
Die SchwingungsVerhältnisse über der Länge des Werkstückes l ergeben sich aus Figur 12 für den Fall, daß die Länge des Werkzeuges 1 gleich der halben Wellenlänge der Ultraschall-Schwingung ist. Generell ist Voraussetzung für das Entstehen einer Eigenschwingung, daß die Länge des Werkzeuges 1 vom Einspannkonus her, der in der "Fesselungsebene" liegt, ein ganz zahlreiches Vielfaches (einschl. des 1-fachen) der halben Wellenlänge ist. In diesem Fall ist links vom Werkzeug die Schwingung in radialer Richtung, die Komponente 33, und rechts die Schwingung in axialer Richtung, die Komponente 32 eingegeben und zur Länge des Werkstückes 1 in Beziehung gesetzt.The vibration ratios over the length of the workpiece 1 result from FIG. 12 in the event that the length of the tool 1 is equal to half the wavelength of the ultrasonic vibration. In general, the prerequisite for the occurrence of a natural vibration is that the length of the tool 1 from the clamping cone, which lies in the "restraining plane", is a very large multiple (including 1 times) of half the wavelength. In this case, the vibration in the radial direction, the component 33, and the vibration in the axial direction, the component 32, are entered to the left of the tool and related to the length of the workpiece 1.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung ergibt sich aus Figur 13. Diese Darstellung entspricht im wesentlichen Figur 9, jedoch mit dem Unterschied, daß die Form des Werkzeuges im Ruhezustand (Nulldurchgang (b)) nicht zylindrisch, sondern mit konvexer Kontur versehen ist. Daraus folgt dann, daß sich im Zustand in größter radialer AufWeitung nach (a), d.h. bei Dmax und Lmin eine zylindrische Form des Werkzeuges ergibt.A particularly advantageous embodiment of the invention results from FIG. 13. This representation corresponds essentially to FIG. 9, but with the difference that the shape the tool in the idle state (zero crossing (b)) is not cylindrical, but has a convex contour. Then it follows that in the state with the greatest radial expansion of (a), ie, D max and L m i n a cylindrical shape of the tool is obtained.
Die Zugabe des Durchmessers hängt von der Eingangsamplitude ab. Mit Änderung der Amplitude der Ultraschall-Schwingung, durch die die Eigenschwingung des Werkzeuges 1 angeregt wird, läßt sich also auch die Amplitude der axialen Schwingungskomponente 33 und somit auch Dmax einstellen. Durch diese Paramter wird auch die Qualität der bearbeiteten Bohrung direkt beeinflußt. Die Rauhtiefe Rz sinkt in im wesentlichen linearer Abhängigkeit von Amplitude und Frequenz. The addition of the diameter depends on the input amplitude. With a change in the amplitude of the ultrasonic vibration, by which the natural vibration of the tool 1 is excited, the amplitude of the axial vibration component 33 and thus also D max can also be set. These parameters also directly influence the quality of the machined hole. The roughness depth Rz decreases in an essentially linear dependence on the amplitude and frequency.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Verfahren zum Bearbeiten der Innenflächen von Bohrungen in Werkstücken, bei dem ein mit Schleifmittelbelag belegtes Werkzeug gleichzeitig eine Drehbewegung, eine axiale Hubbewegung und das ferner eine den genannten Bewegungen (2,3) überlagerte Oszillation ausführt, dadurch gekennzeichnet . daß durch Ultraschall eine eigenfrequente Oszillation des Werkzeuges (1) im Bereich von 16-40 kHz angeregt wird und daß die freie Länge des Werkzeugs (1) ab Einspannstelle des Schwingungserregers (25) ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der eigenfrequenten Oszillation des Werkzeugs ist.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 which also carries out an oscillation superimposed on the movements (2, 3) mentioned, characterized in that. that a natural frequency oscillation of the tool (1) is excited in the range of 16-40 kHz by ultrasound and that the free length of the tool (1) from the clamping point of the vibration exciter (25) is an integral multiple of half the wavelength of the natural frequency oscillation of the tool.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des Werkzeugs (1) derart bestimmt wird, daß die Form des Werkzeugs (1) bei maximaler Amplitude (Dmax) der radialen Komponente (33) der Eigenschwingung des Werkzeuges (1) eine zylindrische ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the contour of the tool (1) is determined such that the shape of the tool (1) at maximum amplitude (Dm ax ) of the radial component (33) of the natural vibration of the tool (1) is a cylindrical one.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallschwingung durch den Schwingungserreger (25) in axialer Richtung der Bohrung auf das Werkzeug (1) einwirkt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the ultrasonic vibration acts through the vibration exciter (25) in the axial direction of the bore on the tool (1).
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung in nur einem Doppelhub erfolgt und daß das Honwerkzeug in an sich bekannter Weise eine konische Schneidzone (6) aufweist, deren in Richtung der axialen Hubbewegung (3) hinterer größerer Durchmesser (Di) gegenüber dem Durchmesser der unbearbeiteten Bohrung ein Übermaß von mehr als 4 um aufweist.4. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that the processing in only one Double stroke takes place and that the honing tool has a conical cutting zone (6) in a manner known per se, the larger diameter (Di) of which in the direction of the axial stroke movement (3) has an excess of more than 4 µm compared to the diameter of the unprocessed bore.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anregende Ultraschallschwingung eine Frequenz von 20 bis 24 KHz hat.5. The method according to claim 3, characterized in that the exciting ultrasonic vibration has a frequency of 20 to 24 kHz.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der anregenden Ultraschallschwingung im wesentlichen gleich der Eigenfrequenz des Werkzeugs (1) ist.6. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that the frequency of the exciting ultrasonic vibration is substantially equal to the natural frequency of the tool (1).
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem verwendeten Kühlmittel ein abrasives Mittel (Läppmittel) in Suspension zugesetzt wird.7. The method according to claim 1, characterized in that an abrasive (lapping agent) is added to the coolant used in suspension.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Ausfeuereffektes die Drehgeschwindigkeit des Honwerkzeuges, der Vorschub des Honwerkzeuges in axialer Richtung (Hubgeschwindigkeit) , sowie Amplitude und Frequenz der UltraschallSchwingung des Honwerkzeuges derart bestimmt sind, daß die von den Schleifmittelkörnern bei einem Ultraschallhub überstrichenen Flächen beim jeweils folgenden entgegengesetzten Ultraschallhub zu einem Teil erneut überstrichen werden.8. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that in order to achieve a Ausfeuereffektes the speed of rotation of the honing tool, the feed of the honing tool in the axial direction (stroke speed), and the amplitude and frequency of the ultrasonic vibration of the honing tool are determined such that the the abrasive grains in the case of surfaces swept over by an ultrasonic stroke, they are again partially covered in the following opposite ultrasonic stroke.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung superabrasiven Korns.9. The method according to claim 1 or one of the following, characterized by the use of superabrasive grain.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Honwerkzeug (1,100) im unteren Ende (8) eines Schallübertragungskörpers (9) aufgenommen ist, auf den von oben ein Ultraschallschwingungserreger (25) einwirkt, und daß der Schallübertragungskörper in einem Gehäuse (12) zumindest in einer Ebene, die im Knotenbereich der Ultraschallschwingung liegt, durch Fesselungsmittel10. An apparatus for performing the method according to claim 1 or one of the following, characterized in that the honing tool (1,100) in the lower end (8) of a sound transmission body (9) is received, on which an ultrasonic vibration exciter (25) acts from above, and that the sound transmission body in a housing (12) at least in one plane, which lies in the node region of the ultrasonic vibration, by restraining means
(10',11') derart aufgehängt ist, daß er (9) die Ultraschallschwingung relativ zum Gehäuse (12) ausführen kann, während das Gehäuse die Schwingung nicht mit ausführt, daß das Gehäuse (12) drehangetrieben wird (20,21), und daß die durch Gehäuse (12), Schallübertragungskörper (9), Honwerkzeug (1,100) und Drehantrieb (20,21) gebildete Einheit zur Erzeugung der axialen Hubbewegung in an sich bekannter Weise höhenverstellbar ist.(10 ', 11') is suspended in such a way that it (9) can carry out the ultrasonic vibration relative to the housing (12), while the housing does not carry out the vibration, so that the housing (12) is driven in rotation (20, 21), and that the unit formed by the housing (12), sound transmission body (9), honing tool (1,100) and rotary drive (20,21) for generating the axial stroke movement is adjustable in a manner known per se.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung elektrischer Energie zum Ultraschallschwingungserreger (25) über Schleifringe (35,36) erfolgt.11. The device according to claim 10, characterized in that the supply of electrical energy to Ultrasonic vibration exciter (25) via slip rings (35,36).
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallschwingungserreger (25) durch Schwingquarze (26,27) gebildet wird, die durch eine Spannschraube (29) auf das obere Ende des Schallübertragungskörpers (9) aufgespannt sind.12. The apparatus according to claim 10, characterized in that the ultrasonic vibration exciter (25) is formed by quartz crystals (26,27) which are clamped by a clamping screw (29) on the upper end of the sound transmission body (9).
13. Honwerkzeug zur Verwendung in einem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidbelag (40) auf einem Schaft (101) aufgebracht ist, daß der Schaft durch ein Aufweitstück (102) elastisch aufweitbar ist, das in einer Ausnehmung (103) im Schaft (101) einsetzbar ist, daß ferner in der Ausnehmung (103) ein auswechselbares Druckstück (104) aufgenommen ist, und daß der Schaft mit einem Aufnahmeteil (106) derart verschraubt ist, daß eine Druckfläche (105) des Aufnahmeteils das Druckstück und das Aufweitstück an die Innenfläche des Schaftes in einer Lage fest andrückt, die in Abhängigkeit von der Länge des Druckstückes die gewünschte Aufweitung des Schaftes ergibt.13. Honing tool for use in a method according to claim 1, characterized in that the cutting surface (40) is applied to a shaft (101), that the shaft is elastically expandable by an expansion piece (102) which is in a recess (103) can be used in the shaft (101), that an exchangeable pressure piece (104) is also received in the recess (103), and that the shaft is screwed to a receiving part (106) in such a way that a pressure surface (105) of the receiving part and the pressure piece presses the expansion piece firmly against the inner surface of the shaft in a position which, depending on the length of the pressure piece, results in the desired expansion of the shaft.
14. Honwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubung des Aufnahmeteils mit dem Schaft im Bereich eines Schwingungsknotens erfolgt.14. Honing tool according to claim 11, characterized in that the screwing of the receiving part to the shaft takes place in the region of a vibration node.
15. Honwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft ein ungeschlitzter Vollkörper ist. 15. Honing tool according to claim 11, characterized in that the shaft is an unslit solid body.
EP91918737A 1990-10-31 1991-10-31 Process for machining the inner surfaces of bores Expired - Lifetime EP0555285B1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
WOPCT/EP90/01822 1990-10-31
PCT/EP1990/001822 WO1992007686A1 (en) 1990-10-31 1990-10-31 High frequency honing
PCT/EP1991/002064 WO1992007687A1 (en) 1990-10-31 1991-10-31 Process for machining the inner surfaces of bores

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0555285A1 true EP0555285A1 (en) 1993-08-18
EP0555285B1 EP0555285B1 (en) 1994-07-27

Family

ID=8165531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP91918737A Expired - Lifetime EP0555285B1 (en) 1990-10-31 1991-10-31 Process for machining the inner surfaces of bores

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0555285B1 (en)
JP (1) JP2571322B2 (en)
DE (1) DE59102385D1 (en)
WO (2) WO1992007686A1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9212079U1 (en) * 1992-09-08 1992-12-03 Kopp Verfahrenstechnik Gmbh, 7970 Leutkirch, De
US6689087B2 (en) * 2001-03-28 2004-02-10 Cybersonics, Inc. Floating probe for ultrasonic transducers
US7387612B2 (en) 2001-03-28 2008-06-17 Cybersonics, Inc. Floating probe for ultrasonic transducers
JP5646251B2 (en) * 2010-08-24 2014-12-24 株式会社日進製作所 Internal surface processing tool and internal surface processing device
CN106312787A (en) * 2015-06-16 2017-01-11 徐工集团工程机械股份有限公司 Honing cutter and machining center
DE102017121269A1 (en) * 2017-09-14 2019-03-14 Microcut Ltd. Method and device for fine machining cylindrical workpiece surfaces
KR101939829B1 (en) * 2017-09-22 2019-01-17 김주영 apparatus for honing tool
CN108942539A (en) * 2018-09-19 2018-12-07 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 A kind of high-frequency vibration processing unit (plant) and annular polishing machine

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE584199C (en) * 1932-03-12 1933-09-16 Jaroslaw S Erste Glimmerwaren Non-metallic grinding and polishing mandrels for internal grinding as a carrier of the loose grinding and polishing agent to be used
US2939250A (en) * 1957-01-31 1960-06-07 Micromatic Hone Corp Resonant honing
US2939251A (en) * 1957-02-18 1960-06-07 Micromatic Hone Corp High frequency honing
US3094814A (en) * 1960-11-21 1963-06-25 Barke Vladimir Nikolaevich Ultrasonic abrasive machining apparatus
US3614484A (en) * 1970-03-25 1971-10-19 Branson Instr Ultrasonic motion adapter for a machine tool
DE2435848C3 (en) 1974-07-25 1979-07-26 Supfina Maschinenfabrik Hentzen Kg, 5630 Remscheid Device for keeping the contact surface of a honing stone clean
FR2407794A1 (en) * 1977-11-03 1979-06-01 Citroen Sa EXPANDABLE RUNNING RUNNING FOR HIGH PRECISION
JPS584363B2 (en) * 1979-11-30 1983-01-26 スタンレー電気株式会社 Control method of vibrator for ultrasonic processing equipment
JPS58108175U (en) * 1982-01-13 1983-07-23 海上電機株式会社 Insulated ultrasonic transducer
DE3533082A1 (en) 1985-09-17 1987-03-26 Supfina Maschf Hentzen Process and apparatus for the fine machining of rotationally symmetrical workpieces
JPH0731098B2 (en) * 1987-08-05 1995-04-10 トヨタ自動車株式会社 Air-fuel ratio controller for internal combustion engine
US4828052A (en) * 1988-06-20 1989-05-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Ultrasonic drilling apparatus
JPH02212069A (en) 1989-02-10 1990-08-23 Nissan Motor Co Ltd Honing method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9207687A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2571322B2 (en) 1997-01-16
WO1992007687A1 (en) 1992-05-14
EP0555285B1 (en) 1994-07-27
JPH06506157A (en) 1994-07-14
WO1992007686A1 (en) 1992-05-14
DE59102385D1 (en) 1994-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3919895C2 (en) Method and device for machining the inner surfaces of bores
EP1526946B1 (en) Method and system for grinding a rotationally symmetric machine part comprising a longitudinal borehole
US5305556A (en) Method and apparatus for shaping the interior surfaces of bores
DE10234707A1 (en) Method and device for grinding a rotationally symmetrical machine component
EP1007276B1 (en) Crankshaft machining and finishing
EP1422005B1 (en) Method and device for the working of the edge of a plastic optical lens
EP1030755A1 (en) Crankshaft machining + hardening + machining + finishing
EP1475188A2 (en) Apparatus for finishing plane surfaces
EP0555285B1 (en) Process for machining the inner surfaces of bores
DE2936298A1 (en) ELECTROEROSIVE MACHINING MACHINE
DE19736248A1 (en) Ultrasonic composite grinding tool
DE102014203018B4 (en) Finishing method and device for finishing
DE4210928C2 (en) Ultrasonic honing tool and method for readjusting it
DE69935216T2 (en) Method and device for grinding curved surfaces
EP1595628B1 (en) Tool for chip removing machining
EP0348608B2 (en) Method of deposing silicon crystals
EP0347462A1 (en) Device for magneto-abrasive machining of external cylindrical surfaces of parts
DE10113301B4 (en) Method and device for back grinding of the cutting teeth of cylindrical or conically shaped Abfalzfräsern and Abwalzfräser
DE2165059A1 (en) Vibratory diamond cutting process
EP0849044B1 (en) Process for deburring the edges of a workpiece
DE102015201765B3 (en) Honing tool and method for its production
DE4133937A1 (en) Method of finishing IC engine cylinders and pistons - involves having cast part over whose surface rounded diamond toolbit is slid under pressure
DE4241630A1 (en) Reaming or honing tool for holes in workpiece - has cylinder with two grinding surfaces resonated by ultrasound generator giving two oscillation modes
DE102021201070A1 (en) Honing stone, method for producing a honing stone and honing tool
DE102019124696A1 (en) Method of grinding a bevel gear

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19930305

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR GB

17Q First examination report despatched

Effective date: 19931110

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR GB

REF Corresponds to:

Ref document number: 59102385

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19940901

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 19940810

ET Fr: translation filed
PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 19961014

Year of fee payment: 6

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 19961016

Year of fee payment: 6

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 19971031

Ref country code: FR

Free format text: THE PATENT HAS BEEN ANNULLED BY A DECISION OF A NATIONAL AUTHORITY

Effective date: 19971031

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 19971031

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20000225

Year of fee payment: 8

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20001003