EP3148744A1 - Verfahren zum feinbearbeiten und werkzeugmaschineneinheit - Google Patents

Verfahren zum feinbearbeiten und werkzeugmaschineneinheit

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Publication number
EP3148744A1
EP3148744A1 EP15726088.6A EP15726088A EP3148744A1 EP 3148744 A1 EP3148744 A1 EP 3148744A1 EP 15726088 A EP15726088 A EP 15726088A EP 3148744 A1 EP3148744 A1 EP 3148744A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bore
workpiece
machining
fine boring
fine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15726088.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang RÖMPP
Siegfried Gruhler
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.)
Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Original Assignee
Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH filed Critical Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Publication of EP3148744A1 publication Critical patent/EP3148744A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
    • B24B39/02—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working internal surfaces of revolution
    • B24B39/023—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working internal surfaces of revolution the working tool being composed of a plurality of working rolls or balls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B41/00—Boring or drilling machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B23B41/16—Boring or drilling machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for boring holes with high-quality surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/2452—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces
    • B23Q17/2471—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces of workpieces
    • 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
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    • B24B33/06—Honing machines or devices; Accessories therefor with controlling or gauging equipment
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    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • B24B33/08—Honing tools
    • B24B33/087—Honing tools provided with measuring equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/004—Adjustable elements

Definitions

  • the invention relates to a method for fine machining of holes of several workpieces according to the preamble of claim 1 and a machine tool unit for performing this method.
  • Such a smoothing tool has a crowned smoothing body which defines the surface to be worked, i. the bore or bushing wall is smoothed by forming.
  • a burnishing tool may be used for microfinishing, as disclosed, for example, in WO 2012/107582.
  • a burnishing tool may be used for microfinishing, as disclosed, for example, in WO 2012/107582.
  • a roller burnishing a rotatably mounted ball, preferably hydrostatically pressed against the peripheral surface to be machined, so that it is processed by forming.
  • the machined surface still has some roughness, which i.a. determined by the cutting geometry, the feed and the speed of the fine boring tool.
  • the "mountains" formed by the roughness are converted into the direction of the valleys so that on the one hand the roughness decreases and on the other hand the diameter is slightly widened.
  • the diameter expansion during rolling u.a. also depends on the roughness after fine boring.
  • the roughness is increased, so that, accordingly, the diameter expansion during rolling is increased.
  • the dimensional accuracy of the rolling itself is still associated with a certain uncertainty, which is, however, in the micrometer range - this uncertainty must be taken into account during pre-drilling by an appropriate tolerance.
  • the present invention seeks to provide a method for fine machining bores and a machine tool unit for performing this method, by which the surface quality of the bore is improved with little effort. This object is achieved with regard to the method by the features of claim 1 and with regard to the machine tool unit by the features of claim 9.
  • Fine machining fine machining (smoothing or rolling) of the hole by means of a smoothing or roller burnishing tool. Only after the finest machining, the measuring takes place to check the dimensional accuracy of the bore of the workpiece. In the case where the measurement is not within the specified tolerance band, the tool setting of the fine boring head is corrected before the next workpiece is machined. That In this post-process measurement, the setting of the fine boring head is carried out as a function of the measurement result after the microfinishing - this is a departure from the production philosophy described above, in which a measurement takes place after each individual step.
  • Superfinishing is preferably understood to mean machining by forming, for example by smoothing or rolling.
  • Measure also perform a visual inspection of the workpiece. This optical check is preferably also carried out after the microfinishing, preferably smoothing / rolling and before processing a next workpiece.
  • the machined workpiece may be a connecting rod, a crankcase or a socket of a workpiece.
  • the tool setting of the fine boring head takes into account the expansion dimension during smoothing, rolling.
  • the superfinishing is preferably carried out by rolling.
  • the manufacturing quality can be further improved if, after the finest machining or between the fine boring and the finest machining, the surface quality of the bore is detected by means of a measuring device.
  • the surface quality characterizing parameters such as the roughness Ra or Rz are determined, and these results can also be incorporated into the correction of the cutting edge. In this way, inaccuracies can be avoided, which - as stated above - resulting from different diameter expansions at different roughness of the finely drilled bore.
  • the measuring accuracy can be further improved if, during the measuring step for checking the dimensional accuracy of the bore, a measuring device is used which not only detects the diameter of the bore but also its axial and radial deviations from the given bore shape or from the specified nominal dimension. In this way, the exact contour of the bore can be detected after fine boring and any unwanted inaccuracies, such as an ovality or a trumpet shape can be compensated by appropriate control of the fine boring tool. Particularly suitable for this is a piezo fine boring head over which such deviations can be compensated during the fine boring. Such a piezo fine boring head is for example in WO 2013/01 1072 A2.
  • the machine tool unit for carrying out the method accordingly has a fine boring device, a superfinishing device and a Integrated and / or external measuring station for measuring the workpiece.
  • the control of the machine tool unit is designed so that the fine boring device is adjustable as a function of the measurement result of the measuring unit.
  • control is carried out so that the setting of the fine boring tool also takes place depending on the Aufweitein when smoothing.
  • the machine tool unit according to the invention can be designed with a measuring device which enables the detection of the surface quality, for example the roughness parameters, such as Rz, Ra, Wt, etc.
  • the blade compensation can then additionally be carried out as a function of this detected surface quality.
  • the measuring device for measuring the bore diameter may be designed so that not only the average bore diameter, but both radial and axial deviations are detected by the ideal cylinder shape.
  • this measuring device can be a measuring mandrel which has a multiplicity of measuring points distributed in the radial direction and in the axial direction, which enable, for example, an inductive measurement of the respective region.
  • control unit of the machine tool unit can also be designed to allow the results of the aforementioned measuring devices (surface quality or bore geometry) to be included in the control of the precision boring tool.
  • a blade compensation done for example, but it is also conceivable to vary the feed or the speed of the fine boring tool to adjust the desired surface quality and / or to ensure the dimensional accuracy of the bore.
  • the machine tool unit is preferably designed as an inverse machine, as described in WO 201 3/038007 A2.
  • Figure 1 is a schematic representation of the process steps for fine machining a hole
  • Figure 2 shows a variant of the method according to Figure 1
  • Figures 3, 4 are views of an inverse machine tool with a measuring station.
  • FIG. 1 shows a diagram for clarifying the method according to the invention for the fine machining of bores of a plurality of workpieces, for example of a crankcase 2.
  • a machine tool unit is shown which is designed as an inverse machine 4.
  • the workpiece is guided towards the workpieces mounted on the machine frame.
  • the inverse machine 4 has at least one fine boring head 6 or another suitable for fine machining tool, the cutting tool 8 is preferably adjustable in the radial direction to the bore 10 of the crankcase 2 feinzubohren.
  • This bore 10 has previously been processed by a conventional machining method, for example by drilling.
  • the inverse machine 4 is further designed with a centering station, not shown, over which the workpiece 2 is centered before machining.
  • the inverse machine 4 further has a burnishing tool 12 for the finest machining of the finely bored peripheral surface of the bore 10.
  • the inverse machine 4 can in principle be designed with a plurality of fine boring heads and rolling tools, so that correspondingly a multiplicity of workpieces can be machined simultaneously.
  • the workpiece 22 is fed to a measuring station 14 (post-process measurement).
  • This measuring station 14 is designed with measuring devices to measure the dimensional accuracy of the bore 10.
  • the measuring station 14 is furthermore designed with an evaluation unit 16 (measuring computer) in which the measured values are processed.
  • the measuring station 14 can additionally be designed with a station 18 for optically testing the workpiece or the bore 10.
  • the transport between the individual stations takes place fully automatically, for example via suitable handling systems or robot arms.
  • the measured values ascertained via the evaluation unit 16 are compared with the predetermined setpoint values of the workpiece geometry.
  • a correction value is determined by the evaluation unit 16 and then adjusted accordingly by a machine control, the fine boring tool 6 as a function of the correction value and with this tool setting the next workpiece or a predetermined number of workpieces.
  • This workpiece or the next workpiece arising after machining the predetermined number of workpieces is then measured again in the manner described above and, if appropriate, the tool is set as a function of the measured values.
  • the correction of the tool cutting edge after fine boring and micromachining takes place on the basis of the data determined during the post-process measurement.
  • the setting of the fine boring tool is carried out depending on the setting of the bore during superfine machining.
  • This expansion dimension is taken into account in the correction cycle, whereby the aim is to keep the diameter after the fine drilling within the upper limit of the tolerance window, so that less material is to be formed during rolling.
  • the station 18 is integrated into the machine concept for optical testing.
  • Figure 2 shows a variant in which the station 18 is performed for optical testing on its own SPC measuring station, which is not integrated into the inverse machine. Otherwise, the procedure according to FIG. 2 corresponds to that in FIG. 1, so that further explanations regarding FIG. 2 are dispensable.
  • FIGS. 3 and 4 show a side view and a top view, respectively, of a machine tool designed according to the inventive concept.
  • This is designed as an inverse machine 4 and has a cuboid in the broadest sense frame, which spans a working space 20.
  • a plurality of tools 22, such as the fine boring tool 6 and the roller burnishing tool 12 are arranged on the fields delimited by the frame struts.
  • the workpieces are on one at least in X and Y-direction movable workpiece carrier 24 is arranged, which may be additionally designed with at least one axis of rotation.
  • the measuring unit 14 and the associated evaluation unit 1 6 are integrated into the machine concept and are in signal communication via a module common to the measuring unit and the machine tool. As explained, at least stations for centering, fine boring, rolling and measuring are provided on the inverse machine 4. Of course, tools 22 can be provided for other processing steps. The supply and removal of the workpieces to or from the inverse machine 4 takes place automatically.
  • roller burnishing tool instead of the roller burnishing tool, another suitable tool for superfinishing the bore, for example a smoothing tool according to DE 10 2007 017 800 A1, can also be used.
  • the surface quality of the bore can be detected immediately after fine boring or after superfinishing (preferably rolling) via another measuring device (not shown) and then depending on the respective measurement result - for example after determining a trend - a corresponding intervention in the control of the fine boring head.
  • a cutting compensation cutting edge adjustment
  • the surface quality can be represented, for example, by the roughness parameters Ra, Rz, Wt, etc.
  • the measuring device can be designed so that the geometry of the bore is accurately detected both in the axial direction and in the radial direction.
  • a measuring mandrel can be used, which has several measuring points both in the radial direction and in the axial direction, so that ovalities, a trumpet shape or other deviations from the ideal cylindrical shape can be detected. These deviations can then be compensated during fine boring by appropriate control of the fine boring head, in particular a piezo fine boring head.
  • This measuring device for example the measuring probe, can be part of the integrated or external measuring unit for measuring the workpiece.
  • a significant advantage of the solution according to the invention is that the measurement is carried out without major time load, so that the workpiece machining with high efficiency is feasible.

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Abstract

Offenbart sind ein Verfahren zum Feinbearbeiten einer Bohrung mehrerer Werkstücke und eine Werkzeugmaschineneinheit, bei der nach einer Feinbohrbearbeitung und einer Feinstbearbeitung, vorzugsweise Rollieren oder Glätten, eine Post-Prozess-Messung erfolgt und in Abhängigkeit von dieser Messung eine Einstellung des Feinbohrwerkzeugs durchgeführt wird.

Description

Verfahren zum Feinbearbeiten und Werkzeuamaschineneinheit
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinbearbeiten von Bohrungen mehrerer Werkstücke gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Werkzeugmaschineneinheit zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei der Präzisionsbearbeitung von Bohrungen oder Buchsen eines Werkstückes schließt sich an das eigentliche Bohren häufig eine Feinbearbeitung durch Feinbohren und eine Feinstbearbeitung durch Glätten oder Rollieren an. Zum Feinbohren werden Feinbohrköpfe verwendet, wie sie beispielsweise in der AT 404 001 B beschrieben sind. Das Glätten kann mittels eines Glättwerkzeuges erfolgen, wie es in der
DE 10 2007 017 800 A1 offenbart ist. Ein derartiges Glättwerkzeug hat einen balligen Glättkörper, der die zu bearbeitende Oberfläche, d.h. die Bohrungs- oder Buchsenum- fangswandung durch Umformen glättet.
Alternativ kann zum Feinstbearbeiten ein Rollierwerkzeug verwendet werden, wie es beispielsweise in der WO 2012/107582 offenbart ist. Bei einem derartigen Rollierwerkzeug wird eine drehbar gelagerte Kugel, vorzugsweise hydrostatisch gegen die zu bearbeitende Umfangsfläche gedrückt, so dass diese durch Umformen bearbeitet wird.
Nach dem Feinbohren weist die bearbeitete Oberfläche noch eine gewisse Rauigkeit auf, die u.a. durch die Schneidengeometrie, den Vorschub und die Drehzahl des Feinbohrwerkzeugs bestimmt ist. Beim sich anschließenden Rollieren werden - stark plakativ ausgedrückt - die durch die Rauigkeit ausgebildeten„Berge" in Richtung der Täler umgeformt, so dass einerseits die Rauigkeit abnimmt und andererseits der Durchmesser etwas aufgeweitet wird.
Bei den bisher bekannten Verfahren erfolgt nach der Vorbearbeitung durch Feinbohren ein Messen des Bohrungsdurchmessers. In dem Fall, in dem der Durchmesser der feinbearbeiteten Bohrung nicht innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt, erfolgt entsprechend eine Korrektur der Schneide des Feinbohrwerkzeugs. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann diese Korrektur erst nach Analyse mehrerer vermessener Werkstücke erfolgen, wobei aus diesen Messergebnissen ein Trend ermittelt wird und entsprechend die Schneidenkorrektur erfolgt.
Problematisch bei dieser Vorgehensweise ist, dass die Durchmesseraufweitung beim Rollieren u.a. auch von der Rauigkeit nach dem Feinbohren abhängt. So wird beispielsweise bei einem Schneidenverschleiß die Rauigkeit erhöht, so dass entsprechend die Durchmesseraufweitung beim Rollieren vergrößert wird. Hinzu kommt, dass die Maßhaltigkeit beim Rollieren selbst noch mit einer gewissen Unsicherheit behaftet ist, die allerdings im Mikrometerbereich liegt - diese Unsicherheit muss beim Vorbohren durch eine entsprechende Toleranz berücksichtigt werden.
Wie oben ausgeführt, ändert sich somit bei einem Verschleiß der Schneide des Feinbohrwerkzeuges die Oberflächenstruktur und somit die aus dem Rollieren resultierende Aufweitung. Dies kann dazu führen, dass die Bohrung nach dem Feinstbearbeiten
(Glätten, Rollieren) einen außerhalb der Toleranz liegenden Durchmesser aufweist, obwohl die Vermessung nach dem Feinbohren ein innerhalb des Feinbohr-Toleranzbereichs liegendes Ergebnis zeigte. Problematisch dabei ist insbesondere, dass eine Zustellung des Rollierwerkzeuges nicht oder nur sehr schwierig möglich ist, da der Umformvorgang im Wesentlichen durch den hydrostatischen Druck bestimmt ist, über den der oder die Kugeln gegen die zu bearbeitende Umfangsfläche gepresst werden.
Ein Messverfahren, bei dem zwischen den einzelnen Feinbearbeitungsschritten, im konkreten Fall einer Feinbohrbearbeitung und einer Hohnbearbeitung, ein Messvorgang erfolgt, ist in der WO 2008/00941 1 A1 offenbart.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Feinbearbeiten von Bohrungen und eine Werkzeugmaschineneinheit zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, durch die die Oberflächenqualität der Bohrung bei geringem Aufwand verbessert ist. Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und im Hinblick auf die Werkzeugmaschineneinheit durch die Merkmale des Patentanspruches 9 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Feinbearbeiten von Bohrungen mehrerer Werkstücke erfolgt zunächst ein Feinbohren einer Bohrung eines ersten Werkstückes mittels eines Feinbohrwerkzeuges/Feinbohrkopfs. Im Anschluss daran erfolgt die
Feinstbearbeitung (Glätten oder Rollieren) der Bohrung mittels eines Glätt- oder Rollier- werkzeuges. Erst im Anschluss an das Feinstbearbeiten erfolgt das Messen zur Überprüfung der Maßhaltigkeit der Bohrung des Werkstückes. In dem Fall, in dem die Vermessung nicht im vorgegebenen Toleranzband liegt, erfolgt eine Korrektur der Werkzeugeinstellung des Feinbohrkopfs bevor das nächste Werkstück bearbeitet wird. D.h. bei dieser Post-Prozess-Messung erfolgt die Einstellung des Feinbohrkopfs in Abhängigkeit vom Messergebnis nach dem Feinstbearbeiten - dies ist eine Abkehr von der eingangs geschilderten Herstellphilosophie, bei der eine Vermessung nach jedem einzelnen Schritt erfolgt. Unter Feinstbearbeitung wird dabei vorzugsweise eine Bearbeitung durch Umformen, beispielsweise durch Glätten oder Rollieren verstanden.
Es zeigte sich, dass durch die erfindungsgemäße Strategie die Oberflächenqualität auf hohem Niveau während des gesamten Fertigungsprozesses in engen Grenzen gehalten werden kann, so dass die eingangs geschilderten Schwankungen in der Rauheit nicht auftreten.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorgesehen, zusätzlich zum
Messen auch eine optische Überprüfung des Werkstückes durchzuführen. Diese optische Überprüfung erfolgt vorzugsweise ebenfalls nach dem Feinstbearbeiten, vorzugsweise dem Glätten/Rollieren und vor Bearbeitung eines nächsten Werkstückes.
Das bearbeitete Werkstück kann ein Pleuel, ein Kurbelgehäuse oder eine Buchse eines Werkstückes sein. Die Werkzeugeinstellung des Feinbohrkopfs erfolgt unter Berücksichtigung des Aufweitmaßes beim Glätten, Rollieren.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Feinstbearbeiten vorzugsweise durch Rollieren.
Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, zusätzlich zu der Messung nach dem Feinstbearbeiten eine Messung im Zeitraum vor dem Feinstbearbeiten und nach dem Feinbohren durchzuführen und dann die Feinbohrschneide entsprechend zu kompensieren. Dies erfolgt demnach ohne Hauptzeitbelastung.
Die Fertigungsqualität lässt sich weiter verbessern, wenn nach dem Feinstbearbeiten oder zwischen dem Feinbohren und dem Feinstbearbeiten die Oberflächenqualität der Bohrung mittels einer Messeinrichtung erfasst wird. Dabei werden die Oberflächenqualität kennzeichnenden Parameter, wie beispielsweise die Rauheit Ra oder Rz ermittelt, wobei diese Ergebnisse ebenfalls in die Korrektur der Schneide eingehen können. Auf diese Weise lassen sich Ungenauigkeiten vermeiden, die - wie oben ausgeführt - aus unterschiedlichen Durchmesser-Aufweitungen bei unterschiedlichen Rauigkeiten der feingebohrten Bohrung resultieren.
Die Messgenauigkeit kann weiter verbessert werden, wenn beim Messschritt zur Überprüfung der Maßhaltigkeit der Bohrung eine Messeinrichtung verwendet wird, die nicht nur den Durchmesser der Bohrung erfasst, sondern auch dessen axiale und radiale Abweichungen von der vorgegebenen Bohrungsform bzw. vom vorgegebenen Sollmaß. Auf diese Weise kann die exakte Kontur der Bohrung nach dem Feinbohren erfasst werden und eventuelle ungewünschte Ungenauigkeiten, wie beispielsweise eine Ovalität oder eine Trompetenform durch entsprechende Ansteuerung des Feinbohrwerkzeugs ausgeglichen werden können. Als besonders geeignet ist dafür ein Piezo-Feinbohrkopf, über den während des Feinbohrens derartige Maßabweichungen kompensiert werden können. Ein derartiger Piezo-Feinbohrkopf ist beispielsweise in der WO 2013/01 1072 A2.
Die Werkzeugmaschineneinheit zur Durchführung des Verfahrens hat dementsprechend eine Feinbohreinrichtung, eine Feinstbearbeitungseinrichtung und eine in- tegrierte und/oder externe Messstation zur Vermessung des Werkstückes. Die Steuerung der Werkzeugmaschineneinheit ist so ausgelegt, dass die Feinbohreinrichtung in Abhängigkeit vom Messergebnis der Messeinheit einstellbar ist.
Vorzugsweise ist die Steuerung so ausgeführt, dass die Einstellung des Feinbohrwerkzeuges auch in Abhängigkeit vom Aufweitmaß beim Glätten erfolgt.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschineneinheit kann mit einer Messeinrichtung ausgeführt sein, die die Erfassung der Oberflächenqualität, beispielsweise der Rauheitsparameter, wie Rz, Ra, Wt, etc. ermöglicht. Die Schneidenkompensation kann dann zusätzlich in Abhängigkeit von dieser erfassten Oberflächenqualität erfolgen.
Die Messeinrichtung zum Vermessen des Bohrungsdurchmessers kann so ausgebildet sein, dass nicht nur der mittlere Bohrungsdurchmesser, sondern sowohl radiale als auch axiale Abweichungen von der idealen Zylinderform erfasst werden. Diese Messeinrichtung kann beispielsweise ein Messdorn sein, der eine Vielzahl von in Radial- und in Axial rich- tung verteilten Messstellen aufweist, die beispielsweise eine induktive Vermessung des jeweiligen Bereichs ermöglichen.
Die Steuereinheit der Werkzeugmaschineneinheit kann dementsprechend auch ausgelegt werden, um die Ergebnisse der vorgenannten Messeinrichtungen (Oberflächenqualität oder Bohrungsgeometrie) in die Ansteuerung des Feinbohrwerkzeugs eingehen zu lassen. Dabei kann beispielsweise eine Schneidenkompensation erfolgen, vorstellbar ist es jedoch auch, den Vorschub oder die Drehzahl des Feinbohrwerkzeuges zu variieren, um die gewünschte Oberflächenqualität einzustellen und/oder die Maßhaltigkeit der Bohrung zu gewährleisten.
Die Werkzeugmaschineneinheit wird vorzugsweise als Inversmaschine ausgeführt, wie sie in der WO 201 3/038007 A2 beschrieben ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand sche- matischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine Prinzipdarstellung der Verfahrensschritte zur Feinbearbeitung einer Bohrung;
Figur 2 eine Variante des Verfahrens gemäß Figur 1 und
Figuren 3, 4 Ansichten einer Invers-Werkzeugmaschine mit einer Messstation.
Figur 1 zeigt ein Schaubild zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Feinbearbeiten von Bohrungen mehrerer Werkstücke, beispielsweise eines Kurbelgehäuses 2. Mittig ist eine Werkzeugmaschineneinheit dargestellt, die als Invers-Maschine 4 ausgebildet ist. Bei einer Werkzeugmaschine nach dem Invers-Konzept wird das Werkstück hin zu den am Maschinenrahmen gelagerten Werkstücken geführt. Die Invers-Maschine 4 hat zumindest einen Feinbohrkopf 6 oder ein anderes zur Feinbearbeitung geeignetes Werkzeug, dessen Werkzeugschneide 8 vorzugsweise in Radial richtung verstellbar ist, um die Bohrung 10 des Kurbelgehäuses 2 feinzubohren. Diese Bohrung 10 wurde zuvor nach einem herkömmlichen Bearbeitungsverfahren, beispielsweise durch Bohren bearbeitet. Die Invers-Maschine 4 ist des Weiteren mit einer nicht dargestellten Zentrierstation ausgeführt, über die das Werkstück 2 vor der Bearbeitung zentriert wird.
Die Invers-Maschine 4 hat des Weiteren ein Rollierwerkzeug 12 zum Feinstbearbeiten der feingebohrten Umfangsfläche der Bohrung 10. Die Invers-Maschine 4 kann prinzipiell mit mehreren Feinbohrköpfen und Rollierwerkzeugen ausgeführt sein, so dass entsprechend eine Vielzahl von Werkstücken gleichzeitig bearbeitbar ist.
Nach dem Feinstbearbeiten der Umfangsfläche der Bohrung mittels des Rollierwerk- zeuges 12 wird das Werkstück 22 einer Messstation 14 zugeführt (Post-Prozess- Messung). Diese Messstation 14 ist mit Messeinrichtungen ausgeführt, um die Maßhaltigkeit der Bohrung 10 zu vermessen. Die Messstation 14 ist des Weiteren mit einer Auswerteeinheit 16 (Messrechner) ausgeführt, in der die Messwerte verarbeitet werden. Wie in Figur 1 angedeutet, kann die Messstation 14 zusätzlich noch mit einer Station 18 zur optischen Prüfung des Werkstückes bzw. der Bohrung 10 ausgeführt sein. Der Transport zwischen den einzelnen Stationen erfolgt vollautomatisch, beispielsweise über geeignete Handlingssysteme oder Roboterarme. Die über die Auswerteeinheit 1 6 ermittelten Messwerte werden mit den vorgegebenen Sollwerten der Werkstückgeometrie verglichen. Für den Fall, dass die Messwerte von den Sollwerten abweichen, wird über die Auswerteeinheit 1 6 ein Korrekturwert ermittelt und dann entsprechend über eine Maschinensteuerung, das Feinbohrwerkzeug 6 in Abhängigkeit vom Korrekturwert verstellt und mit dieser Werkzeugeinstellung das nächste Werkstück oder eine vorbestimmte Werkstückanzahl bearbeitet. Dieses Werkstück oder das nächste, nach Bearbeitung der vorbestimmten Werkstückanzahl anfallende Werkstück wird dann wieder in der vorbeschriebenen Weise vermessen und gegebenenfalls in Abhängigkeit von den Messwerten das Werkzeug eingestellt.
Dementsprechend erfolgt die Korrektur der Werkzeugschneide nach dem Feinbohren und Feinstbearbeiten auf der Basis der bei der Post-Prozess-Messung ermittelten Daten. Die Einstellung des Feinbohrwerkzeuges erfolgt dabei in Abhängigkeit von der sich beim Feinstbearbeiten einstellenden Aufweitung der Bohrung. Dieses Aufweitmaß wird beim Korrekturzyklus berücksichtigt, wobei angestrebt wird, den Durchmesser nach dem Feinbohren innerhalb des oberen Grenzwertes des Toleranzfensters zu halten, so dass beim Rollieren weniger Material umzuformen ist.
Bei der in Figur 1 dargestellten Vorgehensweise ist die Station 18 zur optischen Prüfung in das Maschinenkonzept integriert.
Figur 2 zeigt eine Variante, bei der die Station 18 zur optischen Prüfung auf einem eigenen SPC-Messplatz durchgeführt wird, der nicht in die Invers-Maschine integriert ist. Im Übrigen entspricht die Verfahrensweise gemäß Figur 2 derjenigen in Figur 1 , so dass weitere Erläuterungen zu Figur 2 entbehrlich sind.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht einer nach dem erfindungsgemäßen Konzept ausgeführten Werkzeugmaschine. Diese ist als Invers-Maschine 4 ausgeführt und hat einen im weitesten Sinn quaderförmigen Rahmen, der einen Arbeitsraum 20 umspannt. An den von den Rahmenstreben begrenzten Feldern sind beispielsweise einerseits eine Vielzahl von Werkzeugen 22, wie das Feinbohrwerkzeug 6 und das Rollierwerkzeug 12 angeordnet. Die Werkstücke sind auf einem zumindest in X- und Y-Richtung verfahrbaren Werkstückträger 24 angeordnet, der zusätzlich noch mit zumindest einer Rotationsachse ausgeführt sein kann.
Die Messeinheit 14 und die zugeordnete Auswerteeinheit 1 6 (Messrechner) sind in das Maschinenkonzept integriert und stehen über ein der Messeinheit und der Werkzeugmaschine gemeinsames Modul in Signalverbindung. Wie erläutert, sind an der Invers-Ma- schine 4 zumindest Stationen zum Zentrieren, Feinbohren, Rollieren und Messen vorgesehen. Selbstverständlich können auch Werkzeuge 22 für andere Bearbeitungsschritte vorgesehen werden. Die Zu- und Abfuhr der Werkstücke zum bzw. von der Invers-Ma- schine 4 erfolgt automatisch.
Im Hinblick auf weitere Einzelheiten zum Aufbau einer derartigen Invers-Maschine wird auf den eingangs genannten Stand der Technik verwiesen.
Anstelle des Rollierwerkzeuges kann selbstverständlich auch ein anderes geeignetes Werkzeug zum Feinstbearbeiten der Bohrung, beispielsweise ein Glättwerkzeug nach der DE 10 2007 017 800 A1 verwendet werden.
Wie eingangs erläutert, kann über eine weitere Messeinrichtung (nicht dargestellt) die Oberflächenqualität der Bohrung unmittelbar nach dem Feinbohren oder nach der Feinstbearbeitung (vorzugsweise Rollieren) erfasst werden und dann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Messergebnis - beispielsweise nach Ermittlung eines Trends - ein entsprechender Eingriff in die Ansteuerung des Feinbohrkopf erfolgen. So kann beispielsweise eine Schneidenkompensation (Schneidenverstellung) durchgeführt werden. Prinzipiell vorstellbar ist auch eine Veränderung des Vorschubs und/oder der Drehzahl, um die vorbestimmte Oberflächenqualität zu halten. Die Oberflächenqualität kann beispielsweise durch die Rauheitsparameter Ra, Rz, Wt usw. repräsentiert sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinrichtung so ausgeführt werden, dass die Geometrie der Bohrung sowohl in Axial richtung als auch in Radial richtung exakt erfasst wird. Hierfür kann beispielsweise ein Messdorn verwendet werden, der sowohl in Radialrichtung als auch in Axial richtung mehrere Messstellen aufweist, so dass Ovalitäten, eine Trompetenform oder sonstige Abweichungen von der idealen Zylinderform erfassbar sind. Diese Abweichungen können dann beim Feinbohren durch entsprechende Ansteuerung des Feinbohrkopfs, insbesondere eines Piezo-Feinbohrkopfs, kompensiert werden.
Diese Messeinrichtung, beispielsweise die Messsonde, kann Teil der integrierten oder externen Messeinheit zur Vermessung des Werkstücks sein.
Wie eingangs genannt erläutert, kann zusätzlich zu der Post-Prozess-Messung nach der Feinstbearbeitung auch eine Messung im Zeitraum vor dem Feinstbearbeiten und nach dem Feinbohren durchgeführt und dann die Kompensation der Feinbohrschneide in Abhängigkeit von diesen Messungen durchgeführt werden. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass die Messung ohne Hauptzeitbelastung erfolgt, so dass die Werkstückbearbeitung mit hoher Effizienz durchführbar ist.
Offenbart sind ein Verfahren zum Feinbearbeiten einer Bohrung mehrerer Werkstücke und eine Werkzeugmaschineneinheit, bei der nach einer Feinbohrbearbeitung und einer Feinstbearbeitung, vorzugsweise Rollieren oder Glätten, eine Post-Prozess-Messung erfolgt und in Abhängigkeit von dieser Messung eine Einstellung des Feinbohrwerkzeugs durchgeführt wird.
Bezuqszeichenliste: Kurbelwellengehäuse Invers-Maschine Feinbohrkopf Werkzeugschneide Bohrung
Rollierwerkzeug Messstation
Auswerteeinheit Station
Arbeitsraum
Werkzeug
Werkstückträger

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Feinbearbeiten von Bohrungen (1 0) mehrerer Werkstücke mit den Schritten : Feinbohren einer Bohrung eines ersten Werkstückes mittels eines Feinbohr- kopfs (6), Feinstbearbeiten der Bohrung vorzugsweise mittels eines Glatt- oder Rollier- werkzeuges sowie mit einem Messschritt zur Überprüfung der Maßhaltigkeit der Bohrung eines ersten Werkstückes und entsprechende Bearbeitung der Bohrungen (10) zumindest eines weiteren Werkstückes, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung nach dem Feinstbearbeiten der Bohrung (1 0) des ersten Werkstückes erfolgt und eine Korrektur der Werkzeugeinstellung des Feinbohrkopfs (6) in Abhängigkeit vom Messergebnis nach dem Feinstbearbeiten erfolgt.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , mit einer zusätzlichen optischen Prüfung des ersten Werkstückes nach dem Feinstbearbeiten und vor Bearbeitung eines nächsten Werkstückes.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das Werkstück ein Pleuel, ein Kurbelgehäuse oder eine Buchse ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die
Werkzeugeinstellung des Feinbohrkopfs (6) auch in Abhängigkeit vom Aufweitmaß beim Feinstbearbeiten erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das
Feinstbearbeiten durch Rollieren oder Glätten erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine weitere Messung im Zeitraum nach dem Feinbohren und vor dem Feinstbearbeiten der Bohrung durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei nach dem Feinbohren oder Rollieren die Oberflächenqualität wiedergebende Parameter, wie bei- spielsweise die Rauheit (Ra, Rz, Wt) gemessen wird und die Korrektur in Abhängigkeit vom Messergebnis erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei beim Messschritt zur Überprüfung der Maßhaltigkeit der Bohrung eine Messeinrichtung verwendet wird, über die axiale und radiale Abweichungen der Bohrung von einem Sollmaß oder einer Sollgeometrie erfasst werden und die Ansteuerung des Feinbohrwerkzeugs in Abhängigkeit von diesen Abweichungen erfolgt.
9. Werkzeugmaschineneinheit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Zentriereinrichtung, einer Feinbohreinrichtung, einer Einrichtung zum Feinstbearbeiten und einer integrierten oder externen Messeinheit zur Vermessung des Werkstückes und einer Steuerung, die so ausgelegt ist, dass die Feinbohreinrichtung in Abhängigkeit vom Messergebnis dieser Post-Prozess-Messung einstellbar ist.
10. Werkzeugmaschineneinheit nach Patentanspruch 9, wobei die Steuerung ausgelegt ist, um die Einstellung der Feinbohreinrichtung in Abhängigkeit vom Aufweitmaß beim Feinstbearbeiten durchzuführen.
1 1 . Werkzeugmaschineneinheit nach Patentanspruch 9 oder 10, wobei die Einrichtung zum Feinstbearbeiten ein Rollierwerkzeug hat.
12. Werkzeugmaschineneinheit nach einem der Patentansprüche 9 bis 1 1 , wobei diese als Invers-Maschine (4) ausgeführt ist.
13. Werkzeugmaschineneinheit nach einem der Patentansprüche 9 bis 12, mit einer Messeinrichtung zum Erfassen der Oberflächenqualität und/oder einer Messeinrichtung zum Erfassen von axialen und radialen Abweichungen der Bohrung von einem Sollwert.
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