EP2621675A1 - Honwerkzeug mit mechanisch gesteuerter, hydraulischer ein- oder mehrfach-aufweitung - Google Patents

Honwerkzeug mit mechanisch gesteuerter, hydraulischer ein- oder mehrfach-aufweitung

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EP2621675A1
EP2621675A1 EP10787267.3A EP10787267A EP2621675A1 EP 2621675 A1 EP2621675 A1 EP 2621675A1 EP 10787267 A EP10787267 A EP 10787267A EP 2621675 A1 EP2621675 A1 EP 2621675A1
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EP
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honing
tool according
honing tool
tool
control slide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10787267.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Sihling
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Xlnt High Precision Tools GmbH
Original Assignee
Xlnt High Precision Tools GmbH
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Publication date
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    • 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
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    • B24B33/08—Honing tools
    • B24B33/083—Honing tools with different sets of honing stones
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    • B24B55/00—Safety devices for grinding or polishing machines; Accessories fitted to grinding or polishing machines for keeping tools or parts of the machine in good working condition
    • B24B55/02—Equipment for cooling the grinding surfaces, e.g. devices for feeding coolant

Definitions

  • the invention relates to a honing tool having one or more separate hydraulic expansion systems controlled by a mechanically actuated movement.
  • Honing is a machining process with geometrically indefinite cutting edges for almost all materials; It is often the last production process in production. The aim is to improve the dimensional and form accuracy and to positively influence the tribological properties.
  • a honing tool regularly executes a two-component cutting movement within a bore to be machined, during which rotational and axial movement are superimposed. This gives the machined surface defined crossed traces of these cutting movements, which are also referred to as honing or cross-grinding.
  • honing or cross-grinding For example, in engine construction, cylinder surfaces (inner surfaces of cylinder bores or cylinder liners) and bearings for shafts undergo honing to obtain finished surfaces that meet extremely high dimensional and dimensional tolerances and surface structure requirements.
  • the process is rinsed copiously (usually with honing oil or water-based cooling lubricant). Machining is often done in a strong stream of liquid to quickly rinse the material particles out of the processing room and dissipate the resulting heat.
  • Honing is already known by applying the cone in the tool with cooling lubricant (DE 10 2008 017 956.6).
  • the cooling lubricant serves for expansion and cooling.
  • the honing process is controlled via the activation or deactivation of the application of cooling lubricant via the honing machine.
  • Various switch-off criteria eg air flow rate determination via differential pressure measurement or time
  • Honing tools with double widening are also prior art, z. EP1815944. In this case, a honing tool is usually actuated by means of two separate expansion systems (hydraulically and / or mechanically acted upon).
  • the associated Delivery systems are provided by the honing machines and work via either a rod by means of pulling and pushing movement (Aufweitkegel are arranged against each other) in the axial direction or two rods, which also cause the delivery of the tools in the axial direction by pulling or pushing movement.
  • the double widening enables a cycle time reduction compared to two single machining operations, as the non-productive times (eg by eliminating the tool change) can be reduced.
  • the task is to realize a multiple honing process without tool change in the machining center.
  • the invention proposes a honing tool with the features of claim 1. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims 2 to 10.
  • the invention proposes a honing tool with one or more hydraulic expansion systems, which in turn are actuated in each case via the cooling lubricant (FIGS. 1 and 2).
  • the control of the hydraulic expansion systems is realized by means of a mechanically controlled slide (9), which produces the fluid-effective connection of cooling lubricant and piston surface (5) of the cone (usually an annular surface).
  • the inlet (8) is opened to one of the expansion systems, the openings to the other piston surfaces are interrupted.
  • the tool cone (5) positively supports the honing stone support (4) in order to press the honing stones (2) against the workpiece to be machined. The smallest hole inside diameter of the workpiece limits the expansion movement.
  • the coil spring (14) presses the tool cone (5) back axially and the spring rings (7) pull the beam carriers (4) radially together.
  • the release openings (13) serve to relax the tool at the end of the machining process.
  • the coolant can escape radially.
  • the cooling lubricant can be supplied via an existing internal cooling through the pressure line (10) or from the side of the tool.
  • the linear or rotary movement of the control slide (9) can be brought mechanically through the spindle or be effected mechanically laterally from the honing tool.
  • suitable means e.g., a fine thread or screw
  • the invention proposes that the freedom of movement of the control slide (9) for a mechanical adaptation of measuring strips (16) to the diameter of the workpiece take place (FIG. 8).
  • the measuring strips (16) on support strips (17) are arranged, which are adjustable with the spool (9) in its diameter.
  • larger machining allowances can be processed and still the size of the hole at the end of processing by means of air flow rate determination by differential pressure measurement can be determined.
  • the descendants of the measuring nozzles will be necessary because of one certain distance of the measuring nozzles (15) for drilling the linear course of the distance determination is no longer given (critical cross-section).
  • the invention also proposes to design the control slide (9) so that it can actuate a mechanical expansion system with an axial movement in the opposite direction to the opening of the hydraulic expansion systems.
  • the mechanical expansion has the great advantage that during the movement of the spool (9) in a position and the expansion of the honing stones (L) moves to the associated position and thus the bore will always have the same size after machining. There will only be very little wear on the honing stones (1) of this expansion system during the process, which tends to make the bore smaller. This tendency can be detected downstream in the course of processing and compensated control technology (wear compensation).
  • This expansion system can be used to machine bores to a precise diameter (e.g., as a pre-honing operation), to then hydraulically finish, or to honed the hole into the tolerance field as finished honing without further control.
  • this system can be used in machining centers (BAZ), in which the tool is and the component performs the rotational and axial movements, as then easily and without mechanical additional effort an axial or rotational movement to control the slide on the tool are performed can.
  • BAZ machining centers
  • the spool (9) is in the starting position (FIG. 3).
  • the effect of the cooling lubricant on the hydraulic expansion systems is switched off, but it is already the coolant pressure in the tool.
  • the tool In this position, the tool is brought into the hole. Either the tool moves into the bore of the workpiece or the workpiece is moved onto the tool.
  • the first operation e.g. Prehone be performed (Fig. 4).
  • the control slide (9) is moved by means of a rotary or linear movement into the control position (FIG. 5), which makes the cooling lubricant volume flow to the respective hydraulic expansion system effective.
  • the spool (9) moves to a position for closing the inlet (8), so that the hydraulic actuation of the piston surface is interrupted and the expansion cone (5) is pushed back axially by means of a helical spring (14) (FIG. 7).

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Abstract

Im Honverfahren fuhren mehrere Einzelbearbeitungen aufgrund des Werkzeugwechsels zu Nebenzeiten. Das neue Honwerkzeug ermöglicht eine Mehrfach-Honbearbeitung mit einem Werkzeug ohne Wechsel im Bearbeitungszentrum. Je nach Stellung eines mechanischen Steuerschiebers (9) werden über einen Zulauf (8) mit einem nicht festen Medium in einer Druckleitung (10) ein oder mehrere weitere Werkzeugkonen (5) zeitweise einzeln beaufschlagt und so gesteuert. Besonders vorteilhaft kann dieses System in Bearbeitungszentren (BAZ) verwendet werden.

Description

Beschreibung
Patentanmeldung vom 28. September 2010
Honwerkzeug mit mechanisch gesteuerter, hydraulischer Ein- oder Mehrfach-Aufweitung
Die Erfindung betrifft ein Honwerkzeug, welches über ein oder mehrere separate hydraulische Aufweitsysteme verfügt, die über eine mechanisch betätigte Bewegung gesteuert werden.
Das Honen ist ein zerspanendes Feinbearbeitungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden für fast alle Werkstoffe; es stellt in der Produktion häufig den letzten Fertigungsprozess dar. Ziel ist die Verbesserung der Maß- und Formgenauigkeit und die positive Beeinflussung der tribologischen Eigenschaften.
Ein Honwerkzeug führt dabei regelmäßig innerhalb einer zu bearbeitenden Bohrung eine aus zwei Komponenten bestehende Schnittbewegung aus, bei der sich Dreh- und Axialbewegung überlagern. Dadurch erhält die bearbeitete Oberfläche definiert gekreuzte Spuren dieser Schnittbewegungen, die auch als Honbild oder Kreuzschliff bezeichnet werden. Beispielsweise werden beim Motorenbau Zylinderlaufflächen (Innenflächen von Zylinderbohrungen oder Zylinderlaufbuchsen) und Lager für Wellen einer Honbearbeitung unterzogen, um endbearbeitete Oberflächen zu erhalten, die extrem hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen sowie hinsichtlich der Oberflächenstruktur genügen.
Damit sich die Honleisten nicht mit Schleifschlamm zusetzen, wird beim Arbeitsvorgang reichlich (meist mit Honöl oder wasserbasiertem Kühlschmiermittel) gespült. Die Bearbeitung geschieht oft in einem starken Flüssigkeitsstrom, um die Werkstoffpartikel schnell aus dem Bearbeitungsraum zu spülen sowie die entstehende Wärme abzuführen.
Aufweitsysteme in Honwerkzeugen haben die Aufgabe, die Verschleißteile des Werkzeugs mit dem jeweils benötigten Anpressdruck entlang eines radialen Aufweitweges unter Berücksichtigung des Honleistenverschleißes bis zum Erreichen des gewünschten Fertigmaßes zu bewegen. Neben den elektro- mechanischen, formschlüssigen Aufweitsystemen durch Schrittmotor und Getriebe gibt es kraftschlüssige Aufweitsysteme, bei denen die Zustellkraft durch ein Hydrauliksystem erzeugt wird. Die Zustellstange der Honmaschine wirkt dabei kraftschlüssig axial auf den Konus im Werkzeug.
Vorbekannt ist das Honen mittels Beaufschlagung des Konus im Werkzeug mit Kühlschmiermittel (DElO 2008 017 956.6). Dabei dient das Kühlschmiermittel zur Aufweitung und zur Kühlung. In diesem Prinzip wird der Honprozess über die Zu- bzw. Abschaltung der Beaufschlagung mit Kühlschmiermittel über die Honmaschine gesteuert. Verschiedene Abschaltkriterien (z.B. Luftdurchsatzbestimmung über Differenzdruckmessung oder Zeit) steuern den einstufigen Prozess. Honwerkzeuge mit Doppelaufweitung sind ebenfalls Stand der Technik, z. B. EP1815944. Hierbei wird in der Regel ein Honwerkzeug mittels zwei getrennter Aufweitsysteme (hydraulisch und/oder mechanisch beaufschlagt) betätigt. Die zugehörigen Zustellsysteme werden von den Honmaschinen bereitgestellt und funktionieren über entweder eine Stange mittels Zug- und Druckbewegung (Aufweitkegel sind gegeneinander angeordnet) in axialer Richtung oder über zwei Stangen, die ebenfalls in axialer Richtung mittels Zug- oder Druckbewegung die Zustellung der Werkzeuge bewirken. Die Doppelaufweitung ermöglicht eine Taktzeitverkürzung gegenüber zwei Einzelbearbeitungen, da die Nebenzeiten (z.B. durch Entfall des Werkzeugwechsels) reduziert werden können.
Die Aufgabe besteht darin, eine Mehrfach-Honbearbeitung ohne Werkzeugwechsel im Bearbeitungszentrum zu realisieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Honwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 10.
Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel schlägt die Erfindung ein Honwerkzeug mit einem oder mehreren hydraulischen Aufweitsystemen vor, die ihrerseits jeweils über das Kühlschmiermittel betätigt werden (Fig. 1 und 2). Die Steuerung der hydraulischen Aufweitsysteme wird mittels eines mechanisch gesteuerten Schiebers (9) realisiert, der die fluidwirksame Verbindung von Kühlschmiermittel und Kolbenfläche (5) des Konus (in der Regel ein Ringfläche) herstellt. Je nach Stellung des Steuerschiebers (9) wird der Zulauf (8) zu einem der Aufweitsysteme geöffnet, die Öffnungen zu den anderen Kolbenflächen werden dabei unterbrochen. Der Werkzeugkonus (5) unterstützt formschlüssig die Honleistenträger (4), um die Honleisten (2) an das zu bearbeitende Werkstück anzupressen. Der kleinste Bohrungsinnendurchmesser des Werkstücks begrenzt die Aufweitbewegung. Wird der Druck des Kühlschmiermittels vom Konus weggenommen, drückt die Schraubenfeder (14) den Werkzeugkonus (5) axial zurück und die Federringe (7) ziehen die Honleistenträger (4) radial zusammen. Die Release-Öffnungen (13) dienen dabei auch der Entspannung des Werkzeugs bei Ende des Bearbeitungsvorgangs. Das Kühlschmiermittel kann radial entweichen. Durch eine Drossel (12) wird der Druck im Honwerkzeug begrenzt. Das Kühlschmiermittel kann über eine vorhandene Innenkühlung durch die Druckleitung (10) oder von der Seite dem Werkzeug zugeführt werden. Die Linear- oder Drehbewegung des Steuerschiebers (9) kann mechanisch durch die Spindel herangeführt werden oder mechanisch seitlich vom Honwerkzeug bewirkt werden. Wenn eine Drehbewegung als Steuerbewegung zum Einsatz kommt, muss das Honwerkzeug über eine geeignete Einrichtung (z.B. ein Feingewinde oder Schnecke) die Umsetzung in eine Linearbewegung übernehmen oder durch die Drehbewegung die Öffnung für das Kühlschmiermittel zum jeweiligen Kolben ausführen.
Als Weiterentwicklung schlägt die Erfindung vor, dass die Bewegungsfreiheit des Steuerschiebers (9) für eine mechanische Anpassung von Messleisten (16) an den Durchmesser des Werkstücks erfolgen (Fig. 8). Dazu sind die Messleisten (16) auf Tragleisten (17) angeordnet, die mit dem Steuerschieber (9) in ihrem Durchmesser verstellbar sind. Somit können größere Bearbeitungsaufmaße bearbeitet werden und dennoch die Größe der Bohrung am Ende der Bearbeitung mittels Luftdurchsatzbestimmung über Differenzdruckmessung ermittelt werden. Das Nachfahren der Messdüsen wird notwendig, da ab einem bestimmten Abstand der Messdüsen (15) zur Bohrung der lineare Verlauf der Abstandsbestimmung nicht mehr gegeben ist (kritischer Querschnitt).
Als Weiterentwicklung schlägt die Erfindung außerdem vor, den Steuerschieber (9) so zu gestalten, dass er mit einer Axialbewegung in der zur Öffnung der hydraulischen Aufweitsysteme entgegen gesetzten Richtung ein mechanisches Aufweitsystem betätigen kann. Die mechanische Aufweitung hat den großen Vorteil, dass bei der Bewegung des Steuerschiebers (9) in eine Position auch die Aufweitung der Honleisten (l) in die zugehörige Stellung bewegt und somit die Bohrung nach der Bearbeitung immer die gleiche Größe aufweisen wird. Es wird lediglich ein sehr geringer Verschleiß der Honleisten (l) dieses Aufweitsystems während des Prozesses auftreten, der tendenziell die Bohrung kleiner werden läßt. Diese Tendenz kann im weiteren Verlauf der Bearbeitungen nachgeschaltet erkannt und steuerungstechnisch kompensiert werden (Verschleiß-Kompensation). Dieses Aufweitsystem kann verwendet werden, um Bohrungen auf einen exakten Durchmesser zu bearbeiten (z.B. als Vorhon-Operation), um dann hydraulisch fertig zu honen, oder um als Fertighonen ohne weitere Steuerung die Bohrung in das Toleranzfeld zu honen.
Besonders vorteilhaft kann dieses System in Bearbeitungszentren (BAZ) verwendet werden, bei denen das Werkzeug steht und das Bauteil die Dreh- und Axialbewegungen durchführt, da dann auf einfache Weise und ohne mechanischen Mehraufwand eine Axial- oder Drehbewegung zur Steuerung des Schiebers am Werkzeug ausgeführt werden kann.
Beim Start des Bearbeitungsprozesses befindet sich der Steuerschieber (9) in Ausgangslage (Fig. 3). Dabei ist die Wirkung des Kühlschmiermittels auf die hydraulischen Aufweitsysteme abgeschaltet, es liegt jedoch schon der Kühlschmiermitteldruck im Werkzeug an. In dieser Stellung wird das Werkzeug in die Bohrung gebracht. Entweder fährt das Werkzeug in die Bohrung des Werkstücks oder das Werkstück wird auf das Werkzeug gefahren. Mittels des mechanisch zugestellten Steuerschiebers (9) kann der erste Arbeitsschritt z.B. das Vorhonen durchgeführt werden (Fig. 4). Anschließend wird der Steuerschieber (9) über eine Dreh- oder Linearbewegung in die Steuerstellung (Fig. 5) verschoben, die den Kühlschmiermittel-Volumenstrom auf das jeweilige hydraulische Aufweitsystem wirksam werden läßt. Zum Abschluss des Bearbeitungsprozesses bewegt sich der Steuerschieber (9) in eine Position zum Verschluss des Zulaufs (8), so dass der hydraulische Beaufschlagung der Kolbenfläche unterbrochen ist und der Aufweitkonus (5) mittels Schraubenfeder (14) axial zurückgeschoben wird (Fig. 7).
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.

Claims

Ansprüche Patentanmeldung vom 28. September 2010 Honwerkzeug mit mechanisch gesteuerter, hydraulischer Ein- oder Mehrfach-Aufweitung
1. Honwerkzeug mit hydraulischer und/oder mechanischer ZuStelleinrichtung bestehend aus einem oder mehreren axial verschiebbaren Werkzeugkonen (5, 6), um ein oder mehrere verschiebbare Honleistenträger (3, 4) radial nach außen zu bewegen, und einer Schraubenfeder (14), dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Steuerschiebers (9) über ein nicht festes Medium in einer Druckleitung (10) ein oder mehrere Werkzeugkonen (5) zeitweise einzeln beaufschlagt werden.
2. Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerschieber (9) mit einem Werkzeugkonus (6) fest verbunden ist.
3. Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Druckluft als nicht festes Medium über die Luftmessdüse (15) in einer auf einer Tragleiste (17) angebrachten Messleiste (16) entweicht.
4. Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (9) dreh- oder verschiebbar ist.
5. Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (9) mechanisch bewegt wird.
6. Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (9) des Werkzeugs mit dem Steuerantrieb eines Bearbeitungszentrums mechanisch formschlüssig verbunden ist.
7. Honwerkzeug nach Anspruch 1, dessen hydraulische Beaufschlagung durch Drehung des Werkzeugkörpers (ll) bei stehendem Steuerschieber (9) variiert.
8. Honwerkzeug nach Anspruch 1 mit ein oder mehreren Honleisten (l bzw. 2) pro Honleistensatz.
9. Honwerkzeug nach Anspruch 1 mit symmetrisch abwechselnd angeordneten Honleistentypen (l bzw. 2).
10. Honwerkzeug nach Anspruch 1 mit gruppiert angeordneten Honleistentypen (l bzw. 2).
EP10787267.3A 2010-09-28 2010-09-28 Honwerkzeug mit mechanisch gesteuerter, hydraulischer ein- oder mehrfach-aufweitung Withdrawn EP2621675A1 (de)

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