EP3164244A1 - Honing tool and honing method - Google Patents

Honing tool and honing method

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Publication number
EP3164244A1
EP3164244A1 EP15730796.8A EP15730796A EP3164244A1 EP 3164244 A1 EP3164244 A1 EP 3164244A1 EP 15730796 A EP15730796 A EP 15730796A EP 3164244 A1 EP3164244 A1 EP 3164244A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
honing
bore
cutting
tool
group
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
EP15730796.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3164244B1 (en
Inventor
Fabio Antonio XAVIER
Florian KRANICHSFELD
Joachim Weiblen
Oliver Bachmann
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.)
Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Original Assignee
Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG filed Critical Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Publication of EP3164244A1 publication Critical patent/EP3164244A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3164244B1 publication Critical patent/EP3164244B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B33/00Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/02Honing machines or devices; Accessories therefor designed for working internal surfaces of revolution, e.g. of cylindrical or conical shapes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B33/00Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/02Honing machines or devices; Accessories therefor designed for working internal surfaces of revolution, e.g. of cylindrical or conical shapes
    • B24B33/025Internal surface of conical shape
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B33/00Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/10Accessories
    • B24B33/105Honing spindles; Devices for expanding the honing elements

Definitions

  • the invention relates to a honing tool according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a honing method according to the preamble of claim 10. A preferred application is the honing of cylinder surfaces in the manufacture of cylinder blocks or cylinder liners for reciprocating engines.
  • cylinder surfaces in cylinder blocks (cylinder crankcases) or cylinder liners of internal combustion engines or other reciprocating engines are exposed during operation of a strong tribological stress. Therefore, it is important in the production of cylinder blocks or cylinder liners to edit these cylinder surfaces so that later in all operating conditions sufficient lubrication is ensured by a lubricant film and the frictional resistance between relatively moving parts is minimized.
  • Honing is a machining process with geometrically indeterminate cutting edges.
  • an expandable honing tool is moved within the bore to be machined to generate a stroke in the axial direction of the bore with a stroke frequency up and down or back and forth and simultaneously rotated to produce a lifting movement superimposed rotary motion at a rotational frequency.
  • the cutting material bodies attached to the honing tool are pressed against the inner surface to be machined via a cutting material body feed system with a feed force acting radially to the tool axis.
  • a cross-cut pattern typical for honing is usually produced on the inner surface with intersecting machining marks, which are also referred to as "honing marks".
  • the friction ratio of the piston group can be up to 35%, so that friction reduction in this area is desirable.
  • Different approaches are used to reduce the mechanical losses of an actuator. These include the use of thermally-molded cylinder surfaces, the use of coated piston rings, the development of particularly optimized honing surfaces, etc.
  • a technology that is becoming increasingly important for the reduction of friction and wear is the avoidance or reduction of cylinder distortions or deformations of the engine block (cylinder crankcase) during assembly and / or operation.
  • a cylinder burr should typically have a bore shape that is as small as possible, e.g. a few micrometers, deviates from an ideal circular cylinder shape.
  • the causes of distortions or deformations are different. It may be static or quasi-static thermal and / or mechanical loads or dynamic loads.
  • the construction and design of cylinder blocks also influence the tendency to deform.
  • the sealing function of the piston ring package is typically degraded by such hard-to-control deformations, which can increase blow-by, oil consumption and also friction.
  • Formhonen Another technology that is intended to ensure or approximate the formation of an ideal shape after assembly or in the operating state of the engine by an inversion of the cylinder distortions (generation of a negative shape of the error) is the so-called Formhonen.
  • a defined from the circular cylindrical shape bore shape is generated on the unstrained workpiece by honing, for example, a cloverleaf.
  • honing for example, a cloverleaf.
  • Such bore shapes are usually asymmetrical, because the deformations of the cylinder block usually not symmetrical are.
  • the most ideal circular cylindrical shape should result, so that the piston ring package can seal well over the entire circumference of the bore.
  • Various variants of the mold honing are described, for example, in EP 1 790 435 B1 and in the prior art mentioned therein.
  • the invention provides a honing tool having the features of claim 1. Furthermore, a honing method with the features of claim 10 is provided. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.
  • the honing tool has an annular cutting group, preferably exactly one single annular cutting group.
  • An annular cutting group is characterized in comparison to conventional honing stones, inter alia, that in the covered by the annular cutting group substantially more contact surface between the cutting material body and bore inner surface exists as in a comparatively narrow axial portion of a conventional honing tool with relatively narrow honing stones.
  • more than 60% of the circumference of the annular cutting group is coated with cutting means, more preferably even more than 70% or more than 80% of the circumference of the cutting group.
  • the axial length of the cutting material body can be, for example, less than 30% of the effective outer diameter of the honing tool, in particular between 10% and 20% of this outer diameter.
  • the axial length may be in the range of 5 mm to 20 mm.
  • the axial length may be less than 20% or less than 10% of that bore length.
  • the cutting material bodies are designed as wide in the circumferential direction and narrow in the axial direction Honsegmente, wherein measured in the axial direction axial length of the Honsegmente is smaller than a measured width in the circumferential direction.
  • a hearing segment is usually rigid in itself, so that the entire hearing segment as a whole is moved during delivery.
  • a hearing segment may define an uninterrupted cutting surface, but the cutting surface may possibly also be interrupted once or several times.
  • the machining forces can be distributed well and relatively evenly over the circumference of the cutting group over the entire effective outer diameter of the honing tool available through expansion.
  • the cutting group exactly three, exactly four, exactly five or exactly six honing segments of the same or different circumferential width can be provided.
  • more than six honing segments within a cutting group are possible, they make the design more complicated and are generally not required. In some cases, it may also be sufficient if the honing tool only has two honing segments.
  • the axially narrow design of the cutting group can also help that at relatively low pressure forces large cutting performance can be achieved and that the paths for the removal of abraded material, ie from abrasion, are relatively short. Thereby clogging of the abrasive cutting surfaces of the cutting body can be avoided by abrasion and the cutting body remain permanently schneidfreudig. Due to the short design, a better cooling lubricant supply than with longer honing stones is possible, which in turn creates the opportunity to operate the honing tool for material removal at relatively high speeds, so that more removal can be achieved at lower cutting forces.
  • the honing tool is preferably designed such that the cutting material bodies can be delivered radially, so that the cutting material bodies are delivered radially (perpendicular to the tool axis), for example, during expansion of the cutting group. Due to the radial Zu bis- speed, ie a displacement of the Honsegmente in the radial direction during the delivery, it can be achieved that the engagement conditions between cutting material body and bore inner surface remain practically constant. By avoiding cutting material body tilting during rend the radial feed uneven removal in the bore can be avoided.
  • the cutting material bodies are elastically yielded with respect to the tool body. This can possibly improve the ability to trace the contour during axial movement.
  • spring elements e.g., leaf springs, spiral compression springs of the like
  • the support elements may be interposed between the support members and the cutting material bodies. It is also possible to make the support elements elastically yielding, e.g. in that weakenings of the carrier material cross-section in the form of slots or the like are constructively provided at suitable locations.
  • the honing tool has an expandable guide group with a plurality of circumferentially distributed around the tool body guide rails - viewed in the axial direction - partially or completely disposed between the annular cutting group and a spindle-side coupling structure of the honing tool on the tool body and by means of a mecanics phenomenon delivery system regardless of the cutting material radially are deliverable.
  • the honing tool can be supported within the bore in a suitable circular cylindrical bore portion so that the axial movement of the honing tool is guided within the bore.
  • an axial length of the guide rails is more than twice as large as the axial length of the cutting group. In most cases, it is favorable if the axial length of the guide strips is at least four times as large as the axial length of the cutting group. In particular, an aspect ratio between the axial length of the guide rails and the axial length of the cutting group may be in the range of 5 to 20.
  • a large guide length improves the axial stroke guiding properties and provides relatively low surface pressure in the area of the guide rails so that the bore surface can be spared.
  • the guide rails can be arranged at an axial distance from the cutting group or, viewed in the axial direction, connect to it. Then, the cutting region defined by the cutting group and the guide region defined by the guide strips are separated from each other in the axial direction. It is also possible that the guide rails protrude with a spindle distant portion in the axial region of the annular cutting group and there seen with this section in the circumferential direction between the cutting material bodies of the annular Cutting group are arranged. In this case, the guide area and the cutting area overlap, if necessary so far that the cutting group lies completely within the guide area.
  • the guide strips have a width of at least 3 mm in the circumferential direction.
  • the circumferential width may e.g. lie between 3 mm and 20 mm and / or in the range of 10% to 40% of the effective circumference in the region of the guide rails, possibly even less than 10% of this circumference.
  • the number of guide bars can be adapted to the processing task; it can be even or odd.
  • three, four, five or six guide rails are provided, which are preferably distributed uniformly around the circumference in order to achieve all-round uniform guidance.
  • the guide rails are formed as non-cutting guide rails. In this case, they can not change the shape or the diameter despite contact with the bore inner surface and the surface structure can be largely retained.
  • the guide strips at least in the region of an outer surface to be turned on the inside of the bore consist of a material selected from the group: polycrystalline diamond (PKO), monocrystalline diamond (MKO), silicon-infiltrated diamond (SCO), hard metal and hard plastic , a bore-friendly guidance with a very long service life is possible.
  • the honing tool can be used for different honing processes, also for machining circular cylindrical holes.
  • a bore shape deviating from the circular cylindrical shape is produced, which has a first bore-cylindrical first bore portion adjacent to a bore entry and a second bore portion remote from the bore entry and at least partially having a second diameter larger than the first bore Diameter is.
  • the bore thus widens in the direction of the bore end lying opposite the inlet side and has a somewhat narrower "neck.”
  • the (larger in diameter) second bore section can likewise be circular-cylindrical and coaxial with the first bore section, so that the bore as a whole is rotationally symmetrical
  • Between the first and the second bore portion may be a transition portion with a continuous transition from the first to the second diameter, so that a bottle shape results.
  • Other contours are possible, such as a cone shape in the second bore section.
  • the honing tool can be used with particular advantage by machining the second bore section by means of the annular cutting group in at least one processing phase and at the same time the guide rails are applied to the inner surface of the bore in the first bore section such that an axial movement of the honing tool by the guide rails in the first hole section is guided secured against tilting.
  • the honing tool can be used permanently or in phases even with retracted guide rails, so that only the cutting material body of the annular cutting group are in engagement or in contact with the bore inner wall.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through such a bottle-shaped bore in a workpiece in the form of an engine block for an internal combustion engine.
  • Fig. 2 shows an embodiment of a honing tool, wherein Fig. 2A shows a longitudinal section and Fig. 2B shows an axial view of the honing tool from the side of the spindle-side coupling structure;
  • FIG. 3 shows a processing situation in which a bottle-shaped bore is machined by means of a honing tool according to an embodiment
  • Fig. 4 shows another embodiment of a honing tool, wherein Fig. 4A shows a longitudinal section and Fig. 4B shows an axial view of the honing tool from the side of the spindle-side coupling structure.
  • honing methods and honing tools are described that can be used in the context of embodiments of the invention in the material-removing machining of workpieces having one or more holes, which should have the macro-shape of a bottle in the finished state.
  • Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through such a bottle-shaped bore 1 10 in a workpiece 100 in the form of an engine block (cylinder crankcase) for an internal combustion engine.
  • the bore is rotationally symmetrical with respect to its bore axis 1 12 and extends over a bore length L from a bore entry 1 14 facing the cylinder head in the installed state to the bore exit 16 at the opposite end.
  • the bore may be subdivided into three contiguous sections of different function, which may be slidable, i. without formation of steps or edges, merge into each other.
  • a first bore portion 120 at the entrance end has a first diameter D1 and a first length L1.
  • a second bore portion 130 whose inner diameter (second diameter) D2 is greater than the first diameter D1.
  • a partially conical transition section 140 in which there is a continuous transition from the first diameter to the second diameter.
  • a first radius R1 is formed, while a second radius R2 is formed between the transition section and the second bore section.
  • the radii R1 and R2 may be substantially equal, but it is also possible that the first radius is smaller or larger than the second radius.
  • the first length L1 may be between 10% and 60% of the bore length L.
  • the second length L2 is typically greater than the first length and is often between 30% and 80% of the bore length L.
  • the transition section is normally relatively short to the adjacent bore sections.
  • Typical third lengths L3 may range from 5% to 20% of the bore length L. Even deviations from these geometrical conditions are possible.
  • the difference in diameter between the first diameter D1 and the second diameter D2 is well outside the tolerances typical for the honing processing, which for a cylindrical shape in the order of a maximum of 10 ⁇ (based on the diameter) lie.
  • the difference in diameter may for example be between 20 ⁇ and 90 ⁇ .
  • the radii R1, R2, the lengths of the outer bore portions and the transition portion, and the tangent angle T between the bore axis and a tangent to the transition portion may be optimized to provide low blow-by, low oil consumption, and low wear in typical engine operating conditions Give piston rings.
  • the bottle shape of the bore causes the bore in the near-entry region is relatively narrow, so that the piston rings of the piston running in the bore are pressed under high hoop stress to the bore inner surface 1 18.
  • the piston accelerated by the combustion then moves in the direction of the bore exit, whereby the piston rings first pass (partially) through the transition section with the continuously enlarged inner diameter and then the second bore section. In the transition section, the piston rings can gradually relax, with the seal remaining sufficient because the pressure difference across the piston rings decreases.
  • the ring package At the beginning of the second bore section, the ring package reaches its lowest tension, so that friction losses are reduced by reduced ring tension, especially in the range of maximum piston speed.
  • the hoop tension then increases again as soon as the piston rings reach the exit-side radius of the transition section and pass through it in the direction of the first bore section.
  • a finishing process that can economically produce such a well in both high quality with respect to the macro-shape (bottle shape) and the surface structure of the tribologically stressed bore inner surface includes in embodiments of the invention at least one honing operation using a honing tool of particular construction, which is incorporated herein by reference An embodiment is shown in Fig. 2.
  • Fig. 2A shows a longitudinal section
  • Fig. 2B shows an axial view of the honing tool from the side of the spindle-side coupling structure (not shown in the figure) ,
  • the honing tool has a cutting group attached annularly to the tool body with cutting material bodies distributed around the circumference of the tool body, which are delivered or returned in the radial direction by means of an associated cutting material body feed system. can be withdrawn.
  • the cutting material bodies are designed as Honsegmente whose width in the circumferential direction is significantly greater than their length in the axial direction.
  • the cutting material bodies responsible for material removal on the workpiece are concentrated in an axially relatively narrow zone (a ring of the cutting group) and occupy a relatively large portion of the circumference of the honing tool.
  • bore shapes can be produced with a relatively high material removal rate, in which bore sections of different diameters adjoin one another in the axial direction.
  • the honing tool 200 has a single annular cutting group 220 and a guide group 300 disposed between it and the spindle-side coupling structure.
  • the honing tool 200 has a tool body 210 defining a tool axis 212 which is also the axis of rotation of the honing tool during honing.
  • a coupling structure not shown for coupling the honing tool to a drive rod of a honing machine or other machine tool, which has a work spindle, which is both about the spindle axis rotatable and parallel to the spindle axis oscillating is movable back and forth.
  • the honing tool is hinged to the honing spindle to allow limited movement of the honing tool relative to the honing spindle.
  • a multiaxial joint is formed at the spindle-side end of the honing tool, e.g. a gimbal joint or a ball joint (see Fig. 3 or 4).
  • annular cutting group 220 At the spindle end facing away from the tool body (in Fig. 2A below) is the annular cutting group 220, which has several (in the example, three) evenly distributed over the circumference of the tool body Schneidstoff Sci 220-1, 220-2, 220-3, which by means of a Cutting material body delivery system radially to the tool axis 212 can be delivered to the outside to press the abrasive outer sides of the Schneidstoffköpers with a defined pressure force or contact force against the inner surface of a bore to be machined.
  • Each of the three curved cutting material body is designed as a very wide in the circumferential direction, in contrast, in the axial direction against narrow Honsegment which covers a circumferential angle range between 90 ° and 1 10 °.
  • the honing segments are decoupled from the tool body and displaceable radially relative to the tool axis 212.
  • the ring formed by the hearing segments closes on the side facing away from the spindle almost flush or flush with the tool body.
  • the ring sits completely within the spindle facing away quarter of the tool body at the spindle end facing away from the ring tool.
  • the axial length of the cutting material body defines here the axial length of the cutting area.
  • the axial length LHS of the heel segments is less than 20%, in particular less than 10% of the bore length.
  • the honing segments are about 5 mm to 30 mm, in particular about 10 mm high (in the axial direction), which in the example between 5% and 30%, in particular between 10% and 20% of the effective outer diameter of the cutting group (with completely retracted cutting bodies) equivalent.
  • the axial length LHS corresponds here simultaneously to the axial length of the entire cutting region of the honing tool.
  • Each cutting material body is fixed to an outside of an associated support bar 224-1, 224-2 made of steel by soldering. Alternatively, the cutting material body can also be attached by gluing or by screws, whereby an easier replacement is possible.
  • Each support bar has on its inner side an inclined surface which cooperates with a conical outer surface of an axially displaceable, tubular or inside hollow feed cone 232 in such a way that the support bars are delivered with the cutting material carried therefrom radially outward when the Zustellkonus means of a machine side Zustellvorrich- against the force of (not shown) return springs in the direction of the spindle facing away end of the ring tool is pressed.
  • the carrying strips with the honing segments are brought back radially inward with the help of circulating return springs.
  • the radial position of the cutting material body is thereby controlled without play on the axial position of the Zustellkonus 232.
  • the guide assembly 300 has three identical guide rails 320-1, 320-2, 320-3 distributed evenly around the circumference of the tool body with a circumferential angular separation of 120 °.
  • Each guide rail sits at a small axial distance in the middle above an underlying Honsegments.
  • the guide rails can also be located elsewhere, e.g. sit above the transitions between adjacent hearing segments. It can also be provided more than three guide rails, for example, four or six.
  • the axial length of the guide rails defined here the axial length of the guide portion, which is here at an axial distance from the cutting area and does not overlap with this.
  • radially deliverable guide rails also have fixed measuring strips that carry components of a diameter measuring system, e.g. Measuring nozzles of a pneumatic measuring system (see Fig. 4).
  • each guide rail is fastened on a guide rail support body 324-2, etc., which at its radial inner side has two obliquely arranged one above the other at an axial distance. has surfaces which cooperate with corresponding inclined surfaces of an axially displaceable feed cone 332 of a guide group feed system in the manner of a wedge drive, so that an axial displacement of the feed cone 332 to the distal end causes a radial displacement of the guide rails to the outside (and vice versa).
  • the feed cone 332 of the guide group feed system sits radially backlash-free, but axially movable in the interior of the tubular delivery cone 232 of the cutting group feed system.
  • the guide rails can be withdrawn radially inward to the extent that they are radially surmounted by the cutting bodies, so that they are e.g. when working a circular cylindrical bore with distance to the working bore inner wall and do not touch.
  • the guide rails should have exclusively leading function in this embodiment and cause no material removal. They are therefore made of a hard metal and have on their the bore inside facing outer surface on a smooth polished surface, which is slightly curved cylindrically, to produce the largest possible contact when pressed against the bore inner surface. In other variants, the guide rails are made at least in the area of the outside of PCD, a ceramic or a hard plastic.
  • the circumferential width of the guide rails can be many times less than the circumferential width of the cutting material body, but should not fall below 3 mm to 10 mm usually so that the radial pressure to the outside surface pressure on the bore inner surface remains as low as possible.
  • the honing tool can be operated with any processing machine which has two separately controllable feed drives for the two delivery systems.
  • Honing machines for honing tools with double widening are known per se and can be used for this purpose.
  • contour bores e.g., bottle-shaped bores or conical-section bores or cone-shaped bores
  • contour bores e.g., bottle-shaped bores or conical-section bores or cone-shaped bores
  • a conventional honing tool with axially relatively long, narrow honing stones was first used in order to produce a honed bore with a circular cylindrical form starting from, for example, a pre-machined hole by precision boring.
  • the axial strip length was about 1/2 to 2/3 of the total bore length.
  • a first peration (pre-honing) was carried out with diamond strips of the type D107, a subsequent Eisenhonoperation was carried out with fine grain size (grain size D54).
  • a substantially circular-cylindrical bore shape with little deviation from the ideal shape and with a relatively smooth surface (R z ⁇ 8 ⁇ m) was produced.
  • the inlet-side and outlet-side honing overflow was about 1/3 of the strip length, similar to conventional methods. The honing overflow can be shortened when machining V or monoblock motors.
  • an expandable ring tool WZ with guide strips FL in the contour honing operation, e.g. used in the production of a bottle-shaped bore shape from a previously still circular cylindrical bore shape, an expandable ring tool WZ with guide strips FL.
  • the control of the expansion system for the radial delivery of Honsegmente ie the cutting group delivery system
  • the contour honing operation may be provided as a second honing operation immediately after prehone.
  • the Hubbone control of expansion then takes place so that the Honsegmente HS of the cutting group SG delivered in a downward stroke corresponding to the bottle shape in response to the stroke position and force controlled radially outwards and in an upstroke according to the bottle shape as a function of the stroke position in the Transition section radially retracted again.
  • a smooth contour in the transition section can be achieved.
  • the engagement length can essentially correspond to that length over which the first bore section BA1 has a uniform diameter or circular cylindrical shape.
  • the guide rails FL within the first bore section BA1 guide the axial movement by producing, without material removal, along the bore inside.
  • the guide rails FL are dimensioned such that they are also in engagement with the bore over the entire length of the first bore section BA1, when the annular cutting group SG has arrived at the entry-distant bore bottom or at the entry-distant reversal point.
  • the guide rails should therefore be longer than the axial length of the larger diameter second bore portion BA2. The guide is maintained even during the upward movement of the honing tool.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a honing tool 400, with which a workpiece 600 (eg cylinder liner) is processed, which has a rotationally symmetrical bore 615, which has a circular cylindrical first bore portion 620 at the hole entrance, which is slightly below the center of the bore in a conical second section 630 merges, in which the diameter of the bore to the entry-distal end is continuously expanding.
  • 4B shows an axial plan view of the processing situation, FIG. 4A a longitudinal section along the line A-A in FIG. 4B.
  • the honing tool has a tool body 410 which is coupled via a ball joint 450 to a spindle-side coupling structure 460 which serves the tool connection to the work spindle.
  • the honing tool thus has an integrated joint.
  • the tool body and the components carried thereby are limited by the work spindle in several axes movable.
  • the tool body carries at the distal end of the spindle a single annular cutting group 420, which can be seen only in the plan view Fig. 4B.
  • the axial dimensions are similar to those of the embodiment of FIG. 2. More than 30% to 50% of the circumference of the annular cutting group is occupied by cutting means.
  • the axial length of the cutting material body is less than 30% of the effective outer diameter of the cutting group and / or in the range of 5 mm to 30 mm and / or less than 20% of the bore length of the bore.
  • the annular cutting group has here six radially deliverable Honsegmente 420-1 etc., which can be delivered radially together analogous to the embodiment of FIG. 2 via a cutting group delivery system.
  • the cutting group has six identical honing segments, each covering a circumferential angular range of approximately 45 °.
  • the inherently rigid Honsegmente carry on their outer sides each cutting material body with axial longitudinal grooves, so that the radially extending cutting surface is interrupted in the circumferential direction many times. It is also possible to fasten relatively narrow honing stones to the outer side of the rigid cutting-material-body carrier element that is curved in the circumferential direction in the circumferential direction, which have a circumferential distance from each other, so that groove-like intermediate spaces are formed between the honing stones. By running in the axial direction (or at an acute angle) grooves or gaps a very efficient removal of abrasion by means of the cooling lubricant is possible.
  • a radially expandable guide group 500 with four circumferentially distributed around the circumference of the tool body, radially deliverable guide rails 520 is provided on the tool body, which can be delivered radially independently of the cutting material bodies using a guide group delivery system.
  • three axially spaced sections are provided with inclined surfaces in this embodiment on the inner sides of the guide rail support, which cooperate with three axially spaced cone sections of the Zustollkonus 532.
  • the guide rails are arranged in pairs diametrically opposite each other in two axial planes offset by 60 °. Between those circumferentially adjacent guide rails, which enclose a circumferential angle of about 120 °, undetectable, so permanently mounted measuring strips 550 are attached to the tool body. Each of the measuring strips carries a measuring nozzle of a pneumatic diameter measuring system of the honing tool. Since such measuring systems are known per se, a detailed description is omitted here.
  • the axially elongate guide strips 520-1, 520-2, etc. extend into the axial area of the annular cutting group 420, so that the spindle distal sections of the guide strips are arranged between adjacent cutting bodies resp are.
  • the axially relatively long guide region covered by the guide strips here completely overlaps with the axially relatively short cutting region defined by the annular cutting group.
  • a larger length portion of the guide rails eg more than 50% or more than 60% or more than 70% of the total length of the guide rails, extends in the range between the annular cutting group and the spindle-side coupling structure of the honing tool.
  • the honing tool can also be guided by means of the guide rails in the first bore section 620 close to the inlet, when the spindle-distal cutting group processes the bore in the region of the conical bore section 630.
  • Honing tools or ring tools of the type described here can be used not only for the production or processing of bottle-shaped holes, but can bring significant benefits without modification in the processing of holes with different geometry.
  • a Bohrungsform having a frusto-conical bore portion (cone section), which merges relatively abrupt or with transition radius in an adjacent cylindrical bore portion, without another hole section adjoins.
  • a bore of funnel shape having an input cylindrical first bore portion having a first diameter which increases conically in an adjacent second bore portion to the bore bottom to a maximum diameter (see Fig. 4A).
  • the difference in diameter between the cylindrical first bore portion and the maximum diameter in the conical second bore portion may be less than 200 ⁇ and e.g. between about 20 ⁇ and about 90 ⁇ lie.
  • the axial length of the cylindrical first bore portion may be e.g. between 20% and 80% of the total bore length.
  • a ring tool with guide rails in a bore a barrel-shaped bore portion, i. to create a bulge in an otherwise largely cylindrical bore.
  • the bulge may e.g. in the middle or close to one of the bore ends. It is also possible to machine holes with a circular cylindrical shape by means of such honing tools.

Abstract

A honing tool for machining an inner surface of a bore in a workpiece with the aid of at least one honing operation comprises a tool body (210) which defines a tool axis (212), an expandable annular cutting group (220) having a plurality of cutting material bodies distributed around the circumference of the tool body, the axial length of said cutting material bodies, measured in the axial direction, being less than an effective outside diameter of the cutting group with the cutting material bodies fully retracted, wherein the cutting material bodies are arranged in an end region, remote from the spindle, of the tool body and are infeedable radially with respect to the tool axis by means of a cutting group infeed system assigned to the cutting group; and an expandable guiding group (300) having a plurality of guiding strips (320) distributed around the circumference of the tool body, said guiding strips (320) being arranged on the tool body partially or fully between the annular cutting group (220) and a spindle-side coupling structure of the honing tool and being radially infeedable independently of the cutting material bodies by means of a guiding group infeed system. The honing tool can be used in particular for honing cylinder surfaces in the production of cylinder blocks or cylinder liners for reciprocating piston engines.

Description

Honwerkzeug und Honverfahren  Honing tool and honing method
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK AREA OF APPLICATION AND PRIOR ART
Die Erfindung betrifft ein Honwerkzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 . Weiterhin betrifft die Erfindung ein Honverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist das Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen. The invention relates to a honing tool according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a honing method according to the preamble of claim 10. A preferred application is the honing of cylinder surfaces in the manufacture of cylinder blocks or cylinder liners for reciprocating engines.
Die Zylinderlaufflächen in Zylinderblöcken (Zylinderkurbelgehäusen) oder Zylinderlaufbuchsen von Brennkraftmaschinen oder anderen Hubkolbenmaschinen sind im Betrieb einer starken tribologischen Beanspruchung ausgesetzt. Daher kommt es bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen darauf an, diese Zylinderlaufflächen so zu bearbeiten, dass später bei allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Schmierung durch einen Schmiermittelfilm gewährleistet ist und der Reibwiderstand zwischen sich relativ zueinander bewegenden Teilen möglichst gering gehalten wird. The cylinder surfaces in cylinder blocks (cylinder crankcases) or cylinder liners of internal combustion engines or other reciprocating engines are exposed during operation of a strong tribological stress. Therefore, it is important in the production of cylinder blocks or cylinder liners to edit these cylinder surfaces so that later in all operating conditions sufficient lubrication is ensured by a lubricant film and the frictional resistance between relatively moving parts is minimized.
Die qualitätsbestimmende Endbearbeitung solcher tribologisch beanspruchbarer Innenflächen erfolgt in der Regel mit geeigneten Honverfahren, die typischer Weise mehrere aufeinanderfolgende Honoperationen umfassen. Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden. Bei einer Honoperation wird ein aufweitbares Honwerkzeug innerhalb der zu bearbeitenden Bohrung zur Erzeugung einer Hubbewegung in Axialrichtung der Bohrung mit einer Hubfrequenz auf und ab bzw. hin- und her bewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung mit einer Umdrehungsfrequenz gedreht. Die am Honwerkzeug angebrachten Schneidstoffkörper werden über ein Schneidstoffkörper-Zustellsystem mit einer radial zur Werkzeugachse wirkenden Zustellkraft an die zu bearbeitende Innenfläche angedrückt. Beim Honen entsteht in der Regel an der Innenfläche ein für die Honbearbeitung typisches Kreuzschliffmuster mit sich überkreuzenden Bearbeitungsspuren, die auch als„Honriefen" bezeichnet werden. The quality-determining finishing of such tribologically stressable inner surfaces is usually carried out with suitable honing methods, which typically comprise several successive honing operations. Honing is a machining process with geometrically indeterminate cutting edges. In a honing operation an expandable honing tool is moved within the bore to be machined to generate a stroke in the axial direction of the bore with a stroke frequency up and down or back and forth and simultaneously rotated to produce a lifting movement superimposed rotary motion at a rotational frequency. The cutting material bodies attached to the honing tool are pressed against the inner surface to be machined via a cutting material body feed system with a feed force acting radially to the tool axis. During honing, a cross-cut pattern typical for honing is usually produced on the inner surface with intersecting machining marks, which are also referred to as "honing marks".
Mit steigenden Anforderungen an die Sparsamkeit und Umweltfreundlichkeit von Motoren ist die Optimierung des tribologischen Systems Kolben/Kolbenringe/Zylinder- lauffläche von besonderer Bedeutung, um geringe Reibung, geringen Verschleiß und geringen Ölverbrauch zu erreichen. Der Reibungsanteil der Kolbengruppe kann bis zu 35% betragen, so dass Reibungsreduzierung in diesem Bereich wünschenswert ist. Es werden unterschiedliche Ansätze verfolgt, um die mechanischen Verluste eines Ivb- tors zu reduzieren. Hierzu gehören u.a. die Nutzung thermisch gesprtzter Zylinderlaufflächen, die Verwendung beschichteter Kolbenringe, die Entwicklung besonders optimierter Honoberflächen etc.. With increasing demands on the economy and environmental friendliness of engines, the optimization of the tribological system piston / piston rings / cylinder surface is of particular importance in order to achieve low friction, low wear and low oil consumption. The friction ratio of the piston group can be up to 35%, so that friction reduction in this area is desirable. Different approaches are used to reduce the mechanical losses of an actuator. These include the use of thermally-molded cylinder surfaces, the use of coated piston rings, the development of particularly optimized honing surfaces, etc.
Eine Technologie, die für die Reduzierung der Reibung und des Verschleißes immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die Vermeidung bzw. Reduzierung von Zylinderverzügen bzw. Deformationen des Motorblocks (Zylinderkurbelgehäuses) bei der Montage und/oder im Betrieb. Nach einer konventionellen Honbearbeitung soll eine Zylinderbch- rung typischerweise eine Bohrungsform haben, die möglichst wenig, z.B. maximal wenige Mikrometer, von einer idealen Kreiszylinderform abweicht. Während der Montage oder des Betriebs des Motors kann es jedoch zu deutlichen Formfehlern kommen, die bis zu mehreren Hundertsteln Millimeter betragen und die Performance des Motors verringern können. Die Ursachen von Verzügen bzw. Deformationen sind unterschiedlich. Es kann sich um statische oder quasi statische thermische und/oder mechanische Belastungen handeln oder um dynamische Belastungen. Auch die Konstruktion und das Design von Zylinderblöcken haben Einfluss auf die Neigung zu Deformationen . Die Dichtfunktion des Kolbenringpakets wird durch solche schwer kontrollierbaren Deformationen typischerweise verschlechtert, wodurch sich Blow-by, Ölverbrauch und auch Reibung erhöhen können. A technology that is becoming increasingly important for the reduction of friction and wear is the avoidance or reduction of cylinder distortions or deformations of the engine block (cylinder crankcase) during assembly and / or operation. After conventional honing, a cylinder burr should typically have a bore shape that is as small as possible, e.g. a few micrometers, deviates from an ideal circular cylinder shape. During assembly or operation of the engine, however, it can lead to significant form errors, which can be up to several hundredths of a millimeter and reduce the performance of the engine. The causes of distortions or deformations are different. It may be static or quasi-static thermal and / or mechanical loads or dynamic loads. The construction and design of cylinder blocks also influence the tendency to deform. The sealing function of the piston ring package is typically degraded by such hard-to-control deformations, which can increase blow-by, oil consumption and also friction.
Um Probleme aufgrund von Verzügen bei der Montage oder in bestimmten Betriebszu- ständen zu verringern, wurde beispielsweise in der DE 28 10 322 C2 vorgeschlagen, den Motorblock für die Honbearbeitung mit Hilfe einer Spanneinrichtung derart zu deformieren, dass die spätere Deformation durch den Zylinderkopf simuliert wird. In dem verspannten Zustand, der dem später nach der Montage vorliegenden Zustand entspricht, findet die Honbearbeitung zur Erzeugung einer kreiszylindrischen Bohrungsform statt, die sich dann auch nach der Montage wieder einstellen sollte. In order to reduce problems due to distortion during assembly or in certain operating states, it has been proposed for example in DE 28 10 322 C2 to deform the engine block for honing machining with the aid of a tensioning device in such a way that the later deformation is simulated by the cylinder head , In the clamped state, which corresponds to the state present after assembly later, the honing takes place to produce a circular cylindrical bore shape, which should then be set again after assembly.
Eine andere Technologie, welche durch eine Invertierung der Zylinderverzüge (Erzeugung einer Negativform des Fehlers) bei der Bearbeitung die Entstehung einer Idealform nach der Montage oder im Betriebszustand des Motors gewährleisten oder annähern soll, ist das sogenannte Formhonen. Dabei wird am unverspannten Werkstück mittels Honen eine von der Kreiszylinderform definiert abweichende Bohrungsform erzeugt, z.B. eine Kleeblattform. Solche Bohrungsformen sind in der Regel unsymmetrisch, weil auch die Deformationen der Zylinderblocks in der Regel nicht symmetrisch sind. Im Betriebszustand soll sich dabei eine möglichst ideale Kreiszylinderform ergeben, so dass das Kolbenringpaket über den gesamten Bohrungsumfang gut abdichten kann. Verschiedene Varianten des Formhonens werden beispielsweise in der EP 1 790 435 B1 und in dem darin genannten Stand der Technik beschrieben. Another technology that is intended to ensure or approximate the formation of an ideal shape after assembly or in the operating state of the engine by an inversion of the cylinder distortions (generation of a negative shape of the error) is the so-called Formhonen. In this case, a defined from the circular cylindrical shape bore shape is generated on the unstrained workpiece by honing, for example, a cloverleaf. Such bore shapes are usually asymmetrical, because the deformations of the cylinder block usually not symmetrical are. In the operating state, the most ideal circular cylindrical shape should result, so that the piston ring package can seal well over the entire circumference of the bore. Various variants of the mold honing are described, for example, in EP 1 790 435 B1 and in the prior art mentioned therein.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, rotationssymmetrische Bohrungsformen zu erzeugen, die Bohrungsabschnitte unterschiedlicher Durchmesser aufweisen. Die entsprechenden Honverfahren werden gelegentlich als„Konturhonen" bezeichnet. Dabei können z.B. Bohrungen mit Flaschenform, Konusform oder Tonnenform bearbeitet und/oder erzeugt werden. It has also been proposed to produce rotationally symmetrical bore shapes having bore portions of different diameters. The corresponding honing methods are sometimes referred to as "contour honing." For example, holes having a bottle shape, cone shape, or barrel shape can be machined and / or produced.
AUFGABE UND LÖSUNG TASK AND SOLUTION
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Honwerkzeug und ein unter Verwendung des Honwerkzeugs durchführbares Honverfahren bereitzustellen, die es erlauben, Hubkolbenmaschinen herzustellen, die verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Reibungsverlusten, Ölverbrauch und Blow-by haben. It is an object of the present invention to provide a generic honing tool and a honing method practicable using the honing tool which make it possible to produce reciprocating engines having improved friction loss, oil consumption and blow-by characteristics.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Honwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein Honverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 10 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. To solve this problem, the invention provides a honing tool having the features of claim 1. Furthermore, a honing method with the features of claim 10 is provided. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.
Das Honwerkzeug hat eine ringförmige Schneidgruppe, und zwar vorzugsweise genau eine einzige ringförmige Schneidgruppe. Eine ringförmige Schneidgruppe zeichnet sich im Vergleich zu konventionellen Honleisten unter anderem dadurch aus, dass in dem von der ringförmigen Schneidgruppe abgedeckten axialen Abschnitt wesentlich mehr Kontaktfläche zwischen Schneidstoff körpern und Bohrungsinnenfläche existiert als in einem vergleichbar schmalen axialen Abschnitt eines konventionellen Honwerkzeugs mit relativ schmalen Honleisten. Bei manchen Ausführungsformen sind an der ringförmigen Schneidgruppe mehr als 60% des Umfangs mit Schneidmittel belegt, insbesondere sogar mehr als 70% oder mehr als 80% des Umfangs der Schneidgruppe. The honing tool has an annular cutting group, preferably exactly one single annular cutting group. An annular cutting group is characterized in comparison to conventional honing stones, inter alia, that in the covered by the annular cutting group substantially more contact surface between the cutting material body and bore inner surface exists as in a comparatively narrow axial portion of a conventional honing tool with relatively narrow honing stones. In some embodiments, more than 60% of the circumference of the annular cutting group is coated with cutting means, more preferably even more than 70% or more than 80% of the circumference of the cutting group.
Die axiale Länge der Schneidstoffkörper kann beispielsweise bei weniger als 30% des wirksamen Außendurchmessers des Honwerkzeugs liegen, insbesondere zwischen 10% und 20% dieses Außendurchmessers. Bei Honwerkzeugen für die Bearbeitung typischer Zylinderbohrun- gen in Motorblöcken für PKW oder LKW kann die axiale Länge zum Beispiel im Bereich von 5 mm bis 20 mm liegen. Bezogen auf die Bohrungslänge einer zu bearbeitenden Bohrung kann die axiale Länge beispielsweise bei weniger als 20% oder weniger als 10% dieser Bohrungslänge liegen. The axial length of the cutting material body can be, for example, less than 30% of the effective outer diameter of the honing tool, in particular between 10% and 20% of this outer diameter. For honing tools for machining typical cylinder bores For example, in engine blocks for cars or trucks, the axial length may be in the range of 5 mm to 20 mm. For example, based on the bore length of a bore to be machined, the axial length may be less than 20% or less than 10% of that bore length.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schneidstoffkörper als in Umfangsrichtung breite und in Axialrichtung schmale Honsegmente gestaltet sind, wobei eine in Axialrichtung gemessene axiale Länge der Honsegmente kleiner als eine in Umfangsrichtung gemessene Breite ist. Ein Honsegment ist in der Regel in sich starr, so dass das gesamte Honsegment als Ganzes beim Zustellen bewegt wird. Ein Honsegment kann eine ununterbrochene Schneidfläche definieren, die Schneidfläche kann ggf. aber auch einmal oder mehrfach unterbrochen sein. It is preferably provided that the cutting material bodies are designed as wide in the circumferential direction and narrow in the axial direction Honsegmente, wherein measured in the axial direction axial length of the Honsegmente is smaller than a measured width in the circumferential direction. A hearing segment is usually rigid in itself, so that the entire hearing segment as a whole is moved during delivery. A hearing segment may define an uninterrupted cutting surface, but the cutting surface may possibly also be interrupted once or several times.
Wenn mindestens drei Honsegmente vorgesehen sind, so können die Bearbeitungskräfte über den gesamten durch Expandierung verfügbaren wirksamen Außendurchmesser des Honwerkzeugs gut und relativ gleichmäßig über den Umfang der Schneidgruppe verteilt werden. Es können zum Beispiel in der Schneidgruppe genau drei, genau vier, genau fünf oder genau sechs Honsegmente gleicher oder unterschiedlicher Umfangsbreite vorgesehen sein. Mehr als sechs Honsegmente innerhalb einer Schneidgruppe sind zwar möglich, machen die Konstruktion aber komplizierter und sind in der Regel nicht erforderlich. In manchen Fällen kann es gegebenenfalls auch ausreichen, wenn das Honwerkzeug nur zwei Honsegmente hat. If at least three honing segments are provided, the machining forces can be distributed well and relatively evenly over the circumference of the cutting group over the entire effective outer diameter of the honing tool available through expansion. For example, in the cutting group exactly three, exactly four, exactly five or exactly six honing segments of the same or different circumferential width can be provided. Although more than six honing segments within a cutting group are possible, they make the design more complicated and are generally not required. In some cases, it may also be sufficient if the honing tool only has two honing segments.
Die axial schmale Gestaltung der Schneidgruppe, also ihre relativ zum Außendurchmesser kurze axiale Ausdehnung, kann auch dazu beitragen, dass bei relativ geringen Andruckkräften große Schneidleistungen erzielt werden können und dass die Wege für die Abfuhr von abgetragenem Material, also von Abrieb, relativ kurz sind. Dadurch kann ein Zusetzen der abrasiven Schneidflächen der Schneidkörper durch Abrieb vermieden werden und die Schneidkörper bleiben dauerhaft schneidfreudig. Durch die kurze Bauweise ist auch eine bessere Kühlschmierstoffversorgung als bei längeren Honleisten möglich, wodurch wiederum die Möglichkeit geschaffen wird, das Honwerkzeug für den Materialabtrag mit relativ hohen Drehzahlen zu betreiben, so dass mehr Abtrag bei geringeren Schnittkräften erzielt werden kann. The axially narrow design of the cutting group, so its relative to the outer diameter short axial extent, can also help that at relatively low pressure forces large cutting performance can be achieved and that the paths for the removal of abraded material, ie from abrasion, are relatively short. Thereby clogging of the abrasive cutting surfaces of the cutting body can be avoided by abrasion and the cutting body remain permanently schneidfreudig. Due to the short design, a better cooling lubricant supply than with longer honing stones is possible, which in turn creates the opportunity to operate the honing tool for material removal at relatively high speeds, so that more removal can be achieved at lower cutting forces.
Vorzugsweise ist das Honwerkzeug so konstruiert, dass die Schneidstoffkörper radial zugestellt werden können, so dass die Schneidstoffkörper beispielsweise beim Expandieren der Schneidgruppe radial (senkrecht zur Werkzeugachse) zugestellt werden. Durch die radiale Zustellbar- keit, d.h. eine Verschiebung der Honsegmente in Radialrichtung bei der Zustellung, kann erreicht werden, dass die Eingriffsbedingungen zwischen Schneidstoffkörper und Bohrungsinnenfläche praktisch konstant bleiben. Durch Vermeidung von Schneidstoffkörper-Verkippung wäh- rend der radialen Zustellung kann ein ungleichmäßiger Abtrag in der Bohrung vermieden werden. The honing tool is preferably designed such that the cutting material bodies can be delivered radially, so that the cutting material bodies are delivered radially (perpendicular to the tool axis), for example, during expansion of the cutting group. Due to the radial Zustellbar- speed, ie a displacement of the Honsegmente in the radial direction during the delivery, it can be achieved that the engagement conditions between cutting material body and bore inner surface remain practically constant. By avoiding cutting material body tilting during rend the radial feed uneven removal in the bore can be avoided.
Bei manchen Ausführungsformen sind die Schneidstoffkörper in Bezug auf den Werkzeugkörper elastisch nachgiebig gelagert. Dadurch kann ggf. die Fähigkeit zur Konturverfolgung bei Axialbewegung verbessert werden. Beispielsweise können zwischen den Trägerelementen und den Schneidstoffkörpern Federelemente (z.B. Blattfedern, Spiraldruckfedern der dergleichen) zwischengeschaltet sein. Es ist auch möglich, die Trägerelemente in sich elastisch nachgiebig zu gestalten, z.B. indem an geeigneten Stellen Schwächungen des Trägermaterialquerschnitts in Form von Schlitzen oder dergleichen konstruktiv vorgesehen sind. In some embodiments, the cutting material bodies are elastically yielded with respect to the tool body. This can possibly improve the ability to trace the contour during axial movement. For example, spring elements (e.g., leaf springs, spiral compression springs of the like) may be interposed between the support members and the cutting material bodies. It is also possible to make the support elements elastically yielding, e.g. in that weakenings of the carrier material cross-section in the form of slots or the like are constructively provided at suitable locations.
Die erheblichen Vorteile der axial schmalen Gestalt der ringförmigen Schneidgruppe können besonders gut genutzt werden, wenn das Honwerkzeug so konstruiert ist, dass bei Bedarf der Gefahr einer Verkippung des Honwerkzeugs in der Bohrung entgegengewirkt werden kann. Hierzu hat das Honwerkzeug eine aufweitbare Führungsgruppe mit mehreren um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten Führungsleisten, die - in Axialrichtung betrachtet - teilweise oder vollständig zwischen der ringförmige Schneidgruppe und einer spindelseitigen Kupplungsstruktur des Honwerkzeugs am Werkzeugkörper angeordnet und mittels eines Führungsgruppen-Zustellsystems unabhängig von den Schneidstoffkörpern radial zustellbar sind. Mithilfe der bei Bedarf zustellbaren Führungsleisten kann sich das Honwerkzeug innerhalb der Bohrung in einem geeigneten kreiszylindrischen Bohrungsabschnitt so abstützen, dass die axiale Bewegung des Honwerkzeugs innerhalb der Bohrung geführt wird. The considerable advantages of the axially narrow shape of the annular cutting group can be used particularly well when the honing tool is designed so that, if necessary, the risk of tilting of the honing tool in the bore can be counteracted. For this purpose, the honing tool has an expandable guide group with a plurality of circumferentially distributed around the tool body guide rails - viewed in the axial direction - partially or completely disposed between the annular cutting group and a spindle-side coupling structure of the honing tool on the tool body and by means of a Führungsgruppen delivery system regardless of the cutting material radially are deliverable. By means of the deliverable if necessary guide rails, the honing tool can be supported within the bore in a suitable circular cylindrical bore portion so that the axial movement of the honing tool is guided within the bore.
Vorzugsweise ist eine axiale Länge der Führungsleisten mehr als doppelt so groß wie die axiale Länge der Schneidgruppe. Meist ist es günstig, wenn die axiale Länge der Führungsleisten mindestens viermal so groß ist wie die axiale Länge der Schneidgruppe. Insbesondere kann ein Längenverhältnis zwischen der axialen Länge der Führungsleisten und der axialen Länge der Schneidgruppe im Bereich von 5 bis 20 liegen. Eine große Führungslänge verbessert die Führungseigenschaften beim axialen Hub und sorgt für relativ geringen Flächendruck im Bereich der Führungsleisten, so dass die Bohrungsoberfläche geschont werden kann. Preferably, an axial length of the guide rails is more than twice as large as the axial length of the cutting group. In most cases, it is favorable if the axial length of the guide strips is at least four times as large as the axial length of the cutting group. In particular, an aspect ratio between the axial length of the guide rails and the axial length of the cutting group may be in the range of 5 to 20. A large guide length improves the axial stroke guiding properties and provides relatively low surface pressure in the area of the guide rails so that the bore surface can be spared.
Die Führungsleisten können mit axialem Abstand zur Schneidgruppe angeordnet sein oder in Axialrichtung gesehen an diese anschließen. Dann sind der von der Schneidgruppe definierte Schneidbereich und der durch die Führungsleisten definierte Führungsbereich in Axialrichtung voneinander separiert. Es ist auch möglich, dass die Führungsleisten mit einem spindelfernen Abschnitt in den axialen Bereich der ringförmigen Schneidgruppe hineinragen und dort mit diesem Abschnitt in Umfangsrichtung gesehen zwischen Schneidstoff körpern der ringförmigen Schneidgruppe angeordnet sind. In diesem Fall überlappen sich der Führungsbereich und der Schneidbereich, ggf. so weit, dass die Schneidgruppe vollständig innerhalb des Führungsbereichs liegt. The guide rails can be arranged at an axial distance from the cutting group or, viewed in the axial direction, connect to it. Then, the cutting region defined by the cutting group and the guide region defined by the guide strips are separated from each other in the axial direction. It is also possible that the guide rails protrude with a spindle distant portion in the axial region of the annular cutting group and there seen with this section in the circumferential direction between the cutting material bodies of the annular Cutting group are arranged. In this case, the guide area and the cutting area overlap, if necessary so far that the cutting group lies completely within the guide area.
Um Anpressdruckspitzen zu vermeiden, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Führungsleisten in Umfangsrichtung eine Breite von mindestens 3 mm haben. Die Umfangsbreite kann z.B. zwischen 3 mm und 20 mm liegen und/oder im Bereich von 10% bis 40% des wirksamen Umfangs im Bereich der Führungsleisten, ggf. auch bei weniger als 10% dieses Umfangs. To avoid contact pressure peaks, it is preferably provided that the guide strips have a width of at least 3 mm in the circumferential direction. The circumferential width may e.g. lie between 3 mm and 20 mm and / or in the range of 10% to 40% of the effective circumference in the region of the guide rails, possibly even less than 10% of this circumference.
Die Anzahl von Führungsleisten kann der Bearbeitungsaufgabe angepasst sein, sie kann gerade oder ungerade sein. Vorzugsweise sind drei, vier, fünf oder sechs Führungsleisten vorgesehen, die vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang verteilt sind, um allseitige gleichmäßige Führung zu erreichen. The number of guide bars can be adapted to the processing task; it can be even or odd. Preferably, three, four, five or six guide rails are provided, which are preferably distributed uniformly around the circumference in order to achieve all-round uniform guidance.
Obwohl die Außenseite der Führungsleisten z.B. mit feinkörnigen Schneidkörnern, z.B. Diamantschneidkörnern, belegt sein kann, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Führungsleisten als nicht-schneidende Führungsleisten ausgebildet sind. In diesem Fall können sie trotz Berührungskontakt mit der Bohrungsinnenfläche die Form bzw. den Durchmesser nicht verändern und die Oberflächenstruktur kann weitgehend erhalten bleiben. Insbesondere wenn die Führungsleisten mindestens im Bereich einer der Innenseite der Bohrung zuzuwendenden Außenfläche aus einen Material bestehen, das aus der Gruppe: Polykristalliner Diamant (PKO), Monokristalliner Diamant (MKO), Siliziuminfiltrierter Diamant (SCO), Hartmetall und Hart- Kunststoff, ausgewählt ist, ist eine bohrungsschonende Führung bei sehr langer Lebensdauer möglich. Although the outside of the guide rails e.g. with fine-grained cutting grains, e.g. Diamond cutting, can be occupied, it is preferably provided that the guide rails are formed as non-cutting guide rails. In this case, they can not change the shape or the diameter despite contact with the bore inner surface and the surface structure can be largely retained. In particular, when the guide strips at least in the region of an outer surface to be turned on the inside of the bore consist of a material selected from the group: polycrystalline diamond (PKO), monocrystalline diamond (MKO), silicon-infiltrated diamond (SCO), hard metal and hard plastic , a bore-friendly guidance with a very long service life is possible.
Das Honwerkzeug kann für unterschiedliche Honverfahren verwendet werden, auch zur Bearbeitung von Bohrungen mit Kreiszylinderform. Bei einer Variante eines Honverfahren wird eine von der Kreiszylinderform abweichende Bohrungsform erzeugt, die anschließend an einen Bohrungseintritt einen kreiszylindrischen ersten Bohrungsabschnitt mit einem ersten Durchmesser und entfernt von dem Bohrungseintritt einen zweiten Bohrungsabschnitt aufweist, der mindestens abschnittsweise einen zweiten Durchmesser aufweist, welcher größer als der erste Durchmesser ist. Die Bohrung erweitert sich also in Richtung des der Eintrittsseite gegenüber liegenden Bohrungsendes und hat an der Eintrittsseite einen etwas engeren „Hals". Der (im Durchmesser größere) zweite Bohrungsabschnitt kann ebenfalls kreiszylindrisch sein und koaxial zum ersten Bohrungsabschnitt liegen, so dass die Bohrung insgesamt rotationssymmetrisch ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Bohrungsabschnitt kann einen Übergangsabschnitt mit einem kontinuierlichen Übergang vom ersten zum zweiten Durchmesser liegen, so dass sich eine Flaschenform ergibt. Auch andere Konturen sind möglich, z.B. eine Konusform im zweiten Bohrungsabschnitt. The honing tool can be used for different honing processes, also for machining circular cylindrical holes. In a variant of a honing process, a bore shape deviating from the circular cylindrical shape is produced, which has a first bore-cylindrical first bore portion adjacent to a bore entry and a second bore portion remote from the bore entry and at least partially having a second diameter larger than the first bore Diameter is. The bore thus widens in the direction of the bore end lying opposite the inlet side and has a somewhat narrower "neck." The (larger in diameter) second bore section can likewise be circular-cylindrical and coaxial with the first bore section, so that the bore as a whole is rotationally symmetrical Between the first and the second bore portion may be a transition portion with a continuous transition from the first to the second diameter, so that a bottle shape results. Other contours are possible, such as a cone shape in the second bore section.
Hier kann das Honwerkzeug mit besonderem Vorteil verwendet werden, indem in mindestens einer Bearbeitungsphase der zweite Bohrungsabschnitt mittels der ringförmigen Schneidgruppe bearbeitet wird und gleichzeitig die Führungsleisten an die Innenfläche der Bohrung im ersten Bohrungsabschnitt derart angelegt werden, dass eine axiale Bewegung des Honwerkzeug durch die Führungsleisten in dem ersten Bohrungsabschnitt gegen Verkippung gesichert geführt wird. Trotz der geringen axialen Abmessungen der Schneidstöffkörper und/oder einer ggf. vorhandenen Labilität der Geometrie der zu honenden Bauteile ist dadurch eine reine Axialbewegung (ohne Kippanteile) sichergestellt, wodurch systematisch Oberflächen mit hoher Güte erzielt werden können. Das Honwerkzeug kann dauerhaft oder phasenweise auch mit zurückgezogenen Führungsleisten genutzt werden, so dass nur die Schneidstoffkörper der ringförmigen Schneidgruppe in Eingriff bzw. in Berührungskontakt mit der Bohrungsinnenwand stehen. Here, the honing tool can be used with particular advantage by machining the second bore section by means of the annular cutting group in at least one processing phase and at the same time the guide rails are applied to the inner surface of the bore in the first bore section such that an axial movement of the honing tool by the guide rails in the first hole section is guided secured against tilting. Despite the small axial dimensions of the Schneidstöffkörper and / or any existing lability of the geometry of the components to be honed thereby a pure axial movement is ensured (without tilting parts), which systematically surfaces can be achieved with high quality. The honing tool can be used permanently or in phases even with retracted guide rails, so that only the cutting material body of the annular cutting group are in engagement or in contact with the bore inner wall.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen: Further advantages and aspects of the invention will become apparent from the claims and from the following description of preferred embodiments of the invention, which are explained below with reference to the figures. Showing:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine solche flaschenförmige Bohrung in einem Werkstück in Form eines Motorblocks für eine Brennkraftmaschine; 1 shows a schematic longitudinal section through such a bottle-shaped bore in a workpiece in the form of an engine block for an internal combustion engine.
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Honwerkzeugs, wobei Fig. 2A eine Längsschnitt und Fig. 2B eine axiale Ansicht des Honwerkzeugs von der Seite der spindelseitigen Kupplungsstruktur zeigt; Fig. 2 shows an embodiment of a honing tool, wherein Fig. 2A shows a longitudinal section and Fig. 2B shows an axial view of the honing tool from the side of the spindle-side coupling structure;
Fig. 3 eine Bearbeitungssituation, in welcher eine flaschenförmige Bohrung mittels eines Honwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform bearbeitet wird; 3 shows a processing situation in which a bottle-shaped bore is machined by means of a honing tool according to an embodiment;
Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Honwerkzeugs, wobei Fig. 4A eine Längsschnitt und Fig. 4B eine axiale Ansicht des Honwerkzeugs von der Seite der spindelseitigen Kupplungsstruktur zeigt. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE Fig. 4 shows another embodiment of a honing tool, wherein Fig. 4A shows a longitudinal section and Fig. 4B shows an axial view of the honing tool from the side of the spindle-side coupling structure. DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele von Honverfahren und Honwerkzeugen beschrieben, die im Rahmen von Ausführungsformen der Erfindung bei der materialabtragenden Bearbeitung von Werkstücken verwendet werden können, die eine oder mehrere Bohrungen aufweisen, welche im fertig bearbeiteten Zustand die Makroform einer Flasche haben sollen. In the following, embodiments of honing methods and honing tools are described that can be used in the context of embodiments of the invention in the material-removing machining of workpieces having one or more holes, which should have the macro-shape of a bottle in the finished state.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine solche flaschenförmige Bohrung 1 10 in einem Werkstück 100 in Form eines Motorblocks (Zylinderkurbelgehäuses) für eine Brennkraftmaschine. Die Bohrung ist in Bezug auf ihre Bohrungsachse 1 12 rotationssymmetrisch und erstreckt sich über eine Bohrungslänge L von einem im Einbauzustand dem Zylinderkopf zugewandten Bohrungseintritt 1 14 bis zum Bohrungsaustritt 1 16 an gegenüberliegenden Ende. Die Bohrung kann in drei aneinander angrenzende Abschnitte unterschiedlicher Funktion unterteilt werden, die gleitend, d.h. ohne Bildung von Stufen oder Kanten, ineinander übergehen. Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through such a bottle-shaped bore 1 10 in a workpiece 100 in the form of an engine block (cylinder crankcase) for an internal combustion engine. The bore is rotationally symmetrical with respect to its bore axis 1 12 and extends over a bore length L from a bore entry 1 14 facing the cylinder head in the installed state to the bore exit 16 at the opposite end. The bore may be subdivided into three contiguous sections of different function, which may be slidable, i. without formation of steps or edges, merge into each other.
Ein erster Bohrungsabschnitt 120 am eintrittsseitigen Ende hat einen ersten Durchmesser D1 und eine erste Länge L1. Am gegenüberliegenden austrittsseitigen Ende erstreckt sich über eine zweite Länge L2 ein zweiter Bohrungsabschnitt 130, dessen Innendurchmesser (zweiter Durchmesser) D2 größer als der erste Durchmesser D1 ist. Zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt 120 und dem zweiten Bohrungsabschnitt 130 befindet sich ein teilweise konischer Übergangsabschnitt 140, in dem ein kontinuierlicher Übergang vom ersten Durchmesser zum zweiten Durchmesser erfolgt. Zwischen dem mittleren, im Wesentlichen konischen Teil des Übergangsabschnitts und dem ersten Bohrungsabschnitt wird ein erster Radius R1 gebildet, während zwischen dem Übergangsabschnitt und dem zweiten Bohrungsabschnitt ein zweiter Radius R2 gebildet wird. Die Radien R1 und R2 können im Wesentlichen gleich sein, es ist jedoch auch möglich, dass der erste Radius kleiner oder größer als der zweite Radius ist. A first bore portion 120 at the entrance end has a first diameter D1 and a first length L1. At the opposite exit-side end extends over a second length L2, a second bore portion 130 whose inner diameter (second diameter) D2 is greater than the first diameter D1. Between the first bore section 120 and the second bore section 130 there is a partially conical transition section 140 in which there is a continuous transition from the first diameter to the second diameter. Between the central, substantially conical part of the transition section and the first bore section, a first radius R1 is formed, while a second radius R2 is formed between the transition section and the second bore section. The radii R1 and R2 may be substantially equal, but it is also possible that the first radius is smaller or larger than the second radius.
Bei typischen Bohrungsgeometrien kann die erste Länge L1 beispielsweise zwischen 10% und 60% der Bohrungslänge L betragen. Die zweite Länge L2 ist typischerweise größer als die erste Länge und liegt häufig zwischen 30% und 80% der Bohrungslänge L. Der Übergangsabschnitt ist gegenüber den daran angrenzenden Bohrungsabschnitten normalerweise relativ kurz. Typische dritte Längen L3 können im Bereich von 5% bis 20% der Bohrungslänge L liegen. Auch Abweichungen von diesen geometrischen Verhältnissen sind möglich. For example, in typical bore geometries, the first length L1 may be between 10% and 60% of the bore length L. The second length L2 is typically greater than the first length and is often between 30% and 80% of the bore length L. The transition section is normally relatively short to the adjacent bore sections. Typical third lengths L3 may range from 5% to 20% of the bore length L. Even deviations from these geometrical conditions are possible.
Der Durchmesserunterschied zwischen dem ersten Durchmesser D1 und dem zweiten Durchmesser D2 liegt deutlich außerhalb der für die Honbearbeitung typischen Toleranzen, die für eine Zylinderform in der Größenordnung von maximal 10 μηι (bezogen auf den Durchmesser) liegen. Bei einem Absolutwert des Innendurchmessers in der Größenordnung zwischen 70 mm und 150 mm kann der Durchmesserunterschied beispielsweise zwischen 20 μηη und 90 μηη liegen. The difference in diameter between the first diameter D1 and the second diameter D2 is well outside the tolerances typical for the honing processing, which for a cylindrical shape in the order of a maximum of 10 μηι (based on the diameter) lie. With an absolute value of the inner diameter in the order of between 70 mm and 150 mm, the difference in diameter may for example be between 20 μηη and 90 μηη.
Die Radien R1 , R2, die Längen der äußeren Bohrungsabschnitte und des Übergangsabschnitts und der Tangentenwinkel T zwischen der Bohrungsachse und einer Tangente an den Übergangsabschnitt können so optimiert sein, dass sich in typischen Betriebszuständen des Motors geringer Blow-by, geringer Ölverbrauch und geringer Verschleiß der Kolbenringe ergeben. The radii R1, R2, the lengths of the outer bore portions and the transition portion, and the tangent angle T between the bore axis and a tangent to the transition portion may be optimized to provide low blow-by, low oil consumption, and low wear in typical engine operating conditions Give piston rings.
Die Flaschenform der Bohrung führt dazu, dass die Bohrung im eintrittsnahen Bereich vergleichsweise eng ist, so dass die Kolbenringe des in der Bohrung laufenden Kolbens unter hoher Ringspannung an die Bohrungsinnenfläche 1 18 gedrückt werden. Dadurch wird dort, wo die Verbrennung hauptsächlich erfolgt und hohe Drücke auftreten, eine zuverlässige Abdichtung erreicht und der Ölfilm wird im Abwärtshub abgestreift. Der durch die Verbrennung beschleunigte Kolben bewegt sich dann Richtung Bohrungsaustritt, wobei die Kolbenringe zunächst den Übergangsabschnitt mit dem sich kontinuierlich erweiterten Innendurchmesser und anschließend den zweiten Bohrungsabschnitt (teilweise) durchlaufen. Im Übergangsabschnitt können sich die Kolbenringe allmählich entspannen, wobei die Abdichtung ausreichend bleibt, weil die Druckdifferenz an den Kolbenringen sinkt. Zu Beginn des zweiten Bohrungsabschnitts erreicht das Ringpaket seine niedrigste Spannung, so dass gerade im Bereich maximale Kolbengeschwindigkeit Reibungsverluste durch verringerte Ringspannung reduziert werden. Beim Aufwärtshub nimmt die Ringspannung dann wieder zu, sobald die Kolbenringe den austrittsseitigen Radius des Übergangsabschnitts erreichen und diesen in Richtung des ersten Bohrungsabschnitts durchlaufen. The bottle shape of the bore causes the bore in the near-entry region is relatively narrow, so that the piston rings of the piston running in the bore are pressed under high hoop stress to the bore inner surface 1 18. As a result, where the combustion takes place mainly and high pressures occur, a reliable seal is achieved and the oil film is stripped in the downstroke. The piston accelerated by the combustion then moves in the direction of the bore exit, whereby the piston rings first pass (partially) through the transition section with the continuously enlarged inner diameter and then the second bore section. In the transition section, the piston rings can gradually relax, with the seal remaining sufficient because the pressure difference across the piston rings decreases. At the beginning of the second bore section, the ring package reaches its lowest tension, so that friction losses are reduced by reduced ring tension, especially in the range of maximum piston speed. During the upward stroke, the hoop tension then increases again as soon as the piston rings reach the exit-side radius of the transition section and pass through it in the direction of the first bore section.
Ein Feinbearbeitungsprozess, der eine solche Bohrung sowohl hinsichtlich der Makroform (Flaschenform) als auch hinsichtlich der Oberflächenstruktur der tribologisch beanspruchten Bohrungsinnenfläche in hoher Qualität wirtschaftlich erzeugen kann, umfasst bei Ausführungsformen der Erfindung mindestens eine Honoperation, bei welcher ein Honwerkzeug besonderer Konstruktion verwendet wird, welches in dieser Anmeldung auch als„Ringwerkzeug mit Führungsleisten" bezeichnet wird. Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 gezeigt. Dabei zeigt Fig. 2A eine Längsschnitt und Fig. 2B eine axiale Ansicht des Honwerkzeugs von der Seite der (in der Figur nicht dargestellten) spindelseitigen Kupplungsstruktur. A finishing process that can economically produce such a well in both high quality with respect to the macro-shape (bottle shape) and the surface structure of the tribologically stressed bore inner surface includes in embodiments of the invention at least one honing operation using a honing tool of particular construction, which is incorporated herein by reference An embodiment is shown in Fig. 2. Here, Fig. 2A shows a longitudinal section and Fig. 2B shows an axial view of the honing tool from the side of the spindle-side coupling structure (not shown in the figure) ,
Das Honwerkzeug hat eine ringförmig am Werkzeugkörper angebrachte Schneidgruppe mit um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten Schneidstoffkörpern, die mittels eines zugeordneten Schneidstoffkörper-Zustellsystems in Radialrichtung zugestellt beziehungsweise zurückge- zogen werden können. Die Schneidstoffkörper sind als Honsegmente gestaltet, deren Breite in Umfangsrichtung deutlich größer ist als ihre Länge in Axialrichtung. Die für den Materialabtrag an Werkstück zuständigen Schneidstoffkörper sind in einer axial relativ schmalen Zone (einem Ring der Schneidgruppe) konzentriert und nehmen einen relativ großen Anteil des Umfangs des Honwerkzeugs ein. Dadurch können mit relativ hoher Materialabtragsleistung Bohrungsformen erzeugt werden, bei denen in Axialrichtung Bohrungsabschnitte unterschiedlicher Durchmesser aneinander angrenzen. The honing tool has a cutting group attached annularly to the tool body with cutting material bodies distributed around the circumference of the tool body, which are delivered or returned in the radial direction by means of an associated cutting material body feed system. can be withdrawn. The cutting material bodies are designed as Honsegmente whose width in the circumferential direction is significantly greater than their length in the axial direction. The cutting material bodies responsible for material removal on the workpiece are concentrated in an axially relatively narrow zone (a ring of the cutting group) and occupy a relatively large portion of the circumference of the honing tool. As a result, bore shapes can be produced with a relatively high material removal rate, in which bore sections of different diameters adjoin one another in the axial direction.
Das Honwerkzeug 200 hat eine einzige ringförmige Schneidgruppe 220 und eine zwischen dieser und der spindelseitigen Kupplungsstruktur angeordnete Führungsgruppe 300. Das Honwerkzeug 200 hat einen Werkzeugkörper 210, der eine Werkzeugachse 212 definiert, die gleichzeitig die Rotationsachse des Honwerkzeugs während der Honbearbeitung ist. Am spindelseitigen Ende des Honwerkzeuges (in Fig. 2A oben) befindet sich eine nicht näher dargestellte Kupplungsstruktur zum Ankoppeln des Honwerkzeuges an eine Antriebsstange einer Honmaschine oder einer anderen Bearbeitungsmaschine, welche eine Arbeitsspindel hat, die sowohl um die Spindelachse drehbar als auch parallel zur Spindelachse oszillierend hin- und her bewegbar ist. The honing tool 200 has a single annular cutting group 220 and a guide group 300 disposed between it and the spindle-side coupling structure. The honing tool 200 has a tool body 210 defining a tool axis 212 which is also the axis of rotation of the honing tool during honing. At the spindle-side end of the honing tool (in Fig. 2A above) is a coupling structure not shown for coupling the honing tool to a drive rod of a honing machine or other machine tool, which has a work spindle, which is both about the spindle axis rotatable and parallel to the spindle axis oscillating is movable back and forth.
Das Honwerkzeug wird gelenkig an die Honspindel angekoppelt, um eine begrenzte Beweglichkeit des Honwerkzeugs gegenüber der Honspindel zuzulassen. Hierzu ist am spindelseitigen Ende des Honwerkzeugs ein mehrachsiges Gelenk ausgebildet, z.B. ein kardanisches Gelenk oder ein Kugelgelenk (vgl. Fig. 3 oder 4). The honing tool is hinged to the honing spindle to allow limited movement of the honing tool relative to the honing spindle. For this purpose, a multiaxial joint is formed at the spindle-side end of the honing tool, e.g. a gimbal joint or a ball joint (see Fig. 3 or 4).
Am spindelabgewandten Ende des Werkzeugkörpers (in Fig. 2A unten) befindet sich die ringförmige Schneidgruppe 220, die mehrere (im Beispielsfall drei) gleichmäßig über den Umfang des Werkzeugkörpers verteilte Schneidstoffkörper 220-1 , 220-2, 220-3 aufweist, welche mithilfe eines Schneidstoffkörper-Zustellsystems radial zur Werkzeugachse 212 nach außen zugestellt werden können, um die abrasiv wirkenden Außenseiten des Schneidstoffköpers mit einer definierten Andrückkraft bzw. Anpresskraft an die Innenfläche einer zu bearbeitenden Bohrung anzudrücken. Jeder der drei bogenförmig gekrümmten Schneidstoffkörper ist als ein in Umfangsrichtung sehr breites, in Axialrichtung dagegen schmales Honsegment gestaltet, welches ein Umfangswinkelbereich zwischen 90° und 1 10° abdeckt. Die Honsegmente sind vom Werkzeugkörper entkoppelt und relativ zu diesem radial zur Werkzeugachse 212 verschiebbar. Der durch die Honsegmente gebildete Ring schließt an der spindelabgewandten Seite fast bündig oder bündig mit dem Werkzeugkörper ab. Der Ring sitzt vollständig innerhalb der spindelabgewandten Viertels des Werkzeugkörpers am spindelabgewandten Ende des Ringwerkzeugs. Die axiale Länge der Schneidstoff körper definiert hier die axiale Länge des Schneidbereichs. Die axiale Länge LHS der Honsegmente liegt bei weniger als 20%, insbesondere bei weniger als 10% der Bohrungslänge. Die Honsegmente sind ca. 5 mm bis 30 mm, insbesondere ca. 10 mm hoch (in Axialrichtung), was im Beispielsfall zwischen 5% und 30%, insbesondere zwischen 10% und 20% des wirksamen Außendurchmessers der Schneidgruppe (bei vollständig zurückgezogenen Schneidstoffkörpern) entspricht. Die axiale Länge LHS entspricht hier gleichzeitig der axialen Länge des gesamten Schneidbereichs des Honwerkzeugs. At the spindle end facing away from the tool body (in Fig. 2A below) is the annular cutting group 220, which has several (in the example, three) evenly distributed over the circumference of the tool body Schneidstoffkörper 220-1, 220-2, 220-3, which by means of a Cutting material body delivery system radially to the tool axis 212 can be delivered to the outside to press the abrasive outer sides of the Schneidstoffköpers with a defined pressure force or contact force against the inner surface of a bore to be machined. Each of the three curved cutting material body is designed as a very wide in the circumferential direction, in contrast, in the axial direction against narrow Honsegment which covers a circumferential angle range between 90 ° and 1 10 °. The honing segments are decoupled from the tool body and displaceable radially relative to the tool axis 212. The ring formed by the hearing segments closes on the side facing away from the spindle almost flush or flush with the tool body. The ring sits completely within the spindle facing away quarter of the tool body at the spindle end facing away from the ring tool. The axial length of the cutting material body defines here the axial length of the cutting area. The axial length LHS of the heel segments is less than 20%, in particular less than 10% of the bore length. The honing segments are about 5 mm to 30 mm, in particular about 10 mm high (in the axial direction), which in the example between 5% and 30%, in particular between 10% and 20% of the effective outer diameter of the cutting group (with completely retracted cutting bodies) equivalent. The axial length LHS corresponds here simultaneously to the axial length of the entire cutting region of the honing tool.
Jeder Schneidstoffkörper ist an einer Außenseite einer zugeordneten Tragleiste 224-1 , 224-2 aus Stahl durch Löten befestigt. Alternativ kann der Schneidstoffkörper auch durch Kleben oder mittels Schrauben befestigt werden, wodurch eine leichtere Auswechslung möglich ist. Jede Tragleiste hat an ihrer Innenseite eine Schrägfläche, die mit einer konischen Außenfläche eines axial verschiebbaren, rohrförmigen bzw. innen hohlen Zustellkonus 232 in der Weise zusammenwirkt, dass die Tragleisten mit den davon getragenen Schneidstoffkörpern nach radial außen zugestellt werden, wenn der Zustellkonus mittels einer maschinenseitigen Zustellvorrich- tung gegen die Kraft von (nicht dargestellten) Rückholfedern in Richtung des spindelabgewand- ten Endes des Ringwerkzeugs gedrückt wird. Bei entgegengesetzter Zustellbewegung werden die Tragleisten mit den Honsegmenten mit Hilfe umlaufender Rückholfedern nach radial innen zurückgeholt. Die radiale Position der Schneidstoffkörper wird dadurch spielfrei über die axiale Position des Zustellkonus 232 gesteuert. Each cutting material body is fixed to an outside of an associated support bar 224-1, 224-2 made of steel by soldering. Alternatively, the cutting material body can also be attached by gluing or by screws, whereby an easier replacement is possible. Each support bar has on its inner side an inclined surface which cooperates with a conical outer surface of an axially displaceable, tubular or inside hollow feed cone 232 in such a way that the support bars are delivered with the cutting material carried therefrom radially outward when the Zustellkonus means of a machine side Zustellvorrich- against the force of (not shown) return springs in the direction of the spindle facing away end of the ring tool is pressed. In the case of an opposing feed movement, the carrying strips with the honing segments are brought back radially inward with the help of circulating return springs. The radial position of the cutting material body is thereby controlled without play on the axial position of the Zustellkonus 232.
Die Führungsgruppe 300 hat drei identische Führungsleisten 320-1 , 320-2, 320-3, die mit einem Umfangswinkelabstand von 120° gleichmäßig über den Umfang des Werkzeugkörpers verteilt sind. Jede Führungsleiste sitzt mit geringem axialen Abstand mittig oberhalb eines darunterliegenden Honsegments. Die Führungsleisten können aber auch an anderer Stelle, z.B. oberhalb der Übergänge zwischen benachbarten Honsegmenten sitzen. Es können auch mehr als drei Führungsleisten vorgesehen sein, beispielsweise vier oder sechs. Die axiale Länge der Führungsleisten definiert hier die axiale Länge des Führungsbereichs, der hier mit axialem Abstand zum Schneidbereich liegt und nicht mit diesem überlappt. The guide assembly 300 has three identical guide rails 320-1, 320-2, 320-3 distributed evenly around the circumference of the tool body with a circumferential angular separation of 120 °. Each guide rail sits at a small axial distance in the middle above an underlying Honsegments. However, the guide rails can also be located elsewhere, e.g. sit above the transitions between adjacent hearing segments. It can also be provided more than three guide rails, for example, four or six. The axial length of the guide rails defined here the axial length of the guide portion, which is here at an axial distance from the cutting area and does not overlap with this.
Eine andere Variante kann zusätzlich zu radial zustellbaren Führungsleisten auch noch feste Messleisten aufweisen, die Komponenten eines Durchmesser-Messsystems tragen, z.B. Messdüsen eines pneumatischen Messsystems (vgl. Fig. 4). Another variant, in addition to radially deliverable guide rails also have fixed measuring strips that carry components of a diameter measuring system, e.g. Measuring nozzles of a pneumatic measuring system (see Fig. 4).
Die Führungsleisten der radial aufweitbaren Führungsgruppe 300 können unabhängig von den Schneidstoffkörpern der radial aufweitbaren ringförmigen Schneidgruppe radial zugestellt werden. Hierzu ist jede Führungsleiste auf einem Führungsleisten-Tragkörper 324-2 etc. befestigt, der an seiner radialen Innenseite zwei mit axialem Abstand übereinander angeordnete Schräg- flächen hat, die mit entsprechenden Schrägflächen eines axial verschiebbaren Zustellkonus 332 eines Führungsgruppen-Zustellsystems nach Art eines Keilantriebs zusammenwirken, so dass eine axiale Verschiebung des Zustellkonus 332 zum spindelfernen Ende eine radiale Verschiebung der Führungsleisten nach außen bewirkt (und umgekehrt). Der Zustellkonus 332 des Führungsgruppen-Zustellsystems sitzt radial spielfrei, aber axial beweglich im Innern des rohrförmi- gen Zustellkonus 232 des Schneidgruppen-Zustellsystems. The guide strips of the radially expandable guide group 300 can be delivered radially independently of the cutting material bodies of the radially expandable annular cutting group. For this purpose, each guide rail is fastened on a guide rail support body 324-2, etc., which at its radial inner side has two obliquely arranged one above the other at an axial distance. has surfaces which cooperate with corresponding inclined surfaces of an axially displaceable feed cone 332 of a guide group feed system in the manner of a wedge drive, so that an axial displacement of the feed cone 332 to the distal end causes a radial displacement of the guide rails to the outside (and vice versa). The feed cone 332 of the guide group feed system sits radially backlash-free, but axially movable in the interior of the tubular delivery cone 232 of the cutting group feed system.
Die Führungsleisten können so weit radial nach innen zurückgezogen werden, dass sie von den Schneidstoffkörpern radial überragt werden, so dass sie z.B. bei der Bearbeitung einer kreiszylindrischen Bohrung mit Abstand zur bearbeitenden Bohrungsinnenwand liegen und diese nicht berühren. The guide rails can be withdrawn radially inward to the extent that they are radially surmounted by the cutting bodies, so that they are e.g. when working a circular cylindrical bore with distance to the working bore inner wall and do not touch.
Die Führungsleisten sollen in diesem Ausführungsbeispiel ausschließlich führende Funktion haben und keinen Materialabtrag bewirken. Sie sind daher aus einem Hartmetall gefertigt und weisen an ihrer der Bohrungsinnenseite zugewandten Außenfläche eine glatt polierte Oberfläche auf, die leicht zylindrisch gekrümmt ist, um beim Andrücken an die Bohrungsinnenfläche einen möglichst großflächigen Kontakt zu erzeugen. Bei anderen Varianten sind die Führungsleisten mindestens im Bereich der Außenseite aus PKD, einer Keramik oder einem Hartkunststoff gefertigt. Die Umfangsbreite der Führungsleisten kann um ein Vielfaches geringer sein als die Umfangsbreite der Schneidstoffkörper, sollte jedoch in der Regel 3 mm bis 10 mm nicht unterschreiten, damit bei der radialen Zustellung nach außen der Flächendruck an der Bohrungsinnenfläche möglichst gering bleibt. The guide rails should have exclusively leading function in this embodiment and cause no material removal. They are therefore made of a hard metal and have on their the bore inside facing outer surface on a smooth polished surface, which is slightly curved cylindrically, to produce the largest possible contact when pressed against the bore inner surface. In other variants, the guide rails are made at least in the area of the outside of PCD, a ceramic or a hard plastic. The circumferential width of the guide rails can be many times less than the circumferential width of the cutting material body, but should not fall below 3 mm to 10 mm usually so that the radial pressure to the outside surface pressure on the bore inner surface remains as low as possible.
Das Honwerkzeug kann mit jeder Bearbeitungsmaschine betrieben werden, welches zwei separat ansteuerbare Zustellantriebe für die beiden Zustellsysteme hat. Honmaschinen für Honwerkzeuge mit Doppelaufweitung sind an sich bekannt und können hierfür benutzt werden. The honing tool can be operated with any processing machine which has two separately controllable feed drives for the two delivery systems. Honing machines for honing tools with double widening are known per se and can be used for this purpose.
Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, unter Verwendung von einem oder mehreren Honwerkzeugen der in dieser Anmeldung beschriebenen Art Kontur-Bohrungen (z.B. flaschenformige Bohrungen oder Bohrungen mit konischen Abschnitten oder Konusform) mit einer gewünschten Oberflächenstruktur der Bohrungsinnenfläche herzustellen. Eine Variante wird anhand von Fig. 3 näher erläutert. There are various ways of making contour bores (e.g., bottle-shaped bores or conical-section bores or cone-shaped bores) having a desired surface texture of the bore inner surface using one or more of the honing tools of the type described in this application. A variant will be explained in more detail with reference to FIG.
Bei der Verfahrensvariante wurde zunächst ein konventionelles Honwerkzeug mit axial relativ langen, schmalen Honleisten verwendet, um ausgehend von einer z.B. durch Feinbohren vorbearbeiteten Bohrung eine gehonte Bohrung mit Kreiszylinderform zu erzeugen. Die axiale Leistenlänge betrug dabei ca. 1/2 bis 2/3 der gesamten Bohrungslänge. Bei einer ersten Hono- peration (Vorhonen) wurde mit Diamantleisten vom Typ D107 gearbeitet, eine anschließende Zwischenhonoperation wurde mit feiner Körnung (Körnung D54) durchgeführt. Dadurch wurde eine im Wesentlichen kreiszylindrische Bohrungsform mit geringer Abweichung zur Idealform und mit einer relativ glatten Oberfläche (Rz < 8 μηη) hergestellt. Der eintrittsseitige und austritts- seitige Honüberlauf betrug dabei ähnlich wie bei konventionellen Verfahren ca. 1/3 der Leistenlänge. Der Honüberlauf kann bei der Bearbeitung von V- oder Monoblockmotoren verkürzt werden. In the variant of the method, a conventional honing tool with axially relatively long, narrow honing stones was first used in order to produce a honed bore with a circular cylindrical form starting from, for example, a pre-machined hole by precision boring. The axial strip length was about 1/2 to 2/3 of the total bore length. At a first peration (pre-honing) was carried out with diamond strips of the type D107, a subsequent Zwischenhonoperation was carried out with fine grain size (grain size D54). As a result, a substantially circular-cylindrical bore shape with little deviation from the ideal shape and with a relatively smooth surface (R z <8 μm) was produced. The inlet-side and outlet-side honing overflow was about 1/3 of the strip length, similar to conventional methods. The honing overflow can be shortened when machining V or monoblock motors.
Bei einer Verfahrensvariante wird danach bei der Konturhonoperation, z.B. bei der Erzeugung einer flaschenförmigen Bohrungsform aus einer vorher noch kreiszylindrischen Bohrungsform, ein aufweitbares Ringwerkzeug WZ mit Führungsleisten FL verwendet. Hierzu ist vorgesehen, dass die Steuerung des Aufweitsystems für die radiale Zustellung der Honsegmente (also des Schneidgruppen-Zustellsystems) mit der Steuerung für die Hubposition gekoppelt wird, damit das Ringwerkzeug den Übergangsabschnitt mit dem sich verändernden Durchmesser genau generieren kann und auch im zylindrischen ersten und zweiten Bohrungsabschnitt mit geeigneter Anlegekraft arbeitet. Die Konturhonoperation kann als zweite Honoperation unmittelbar nach dem Vorhonen vorgesehen sein. In a variant of the method, in the contour honing operation, e.g. used in the production of a bottle-shaped bore shape from a previously still circular cylindrical bore shape, an expandable ring tool WZ with guide strips FL. For this purpose, it is provided that the control of the expansion system for the radial delivery of Honsegmente (ie the cutting group delivery system) is coupled to the control for the stroke position so that the ring tool can generate the transition section with the changing diameter accurately and in the cylindrical first and second bore section operates with a suitable contact force. The contour honing operation may be provided as a second honing operation immediately after prehone.
Die hubabhängige Steuerung der Aufweitung erfolgt dann so, dass die Honsegmente HS der Schneidgruppe SG bei einem Abwärtshub entsprechend der Flaschenform in Abhängigkeit von der Hubposition weg- und kraftgesteuert radial nach außen zugestellt und bei einem Aufwärtshub entsprechend der Flaschenform in Abhängigkeit von der Hubposition im Bereich des Übergangsabschnitts wieder radial zurückgezogen werden. So kann von Anfang an ein glatter Konturverlauf im Übergangsabschnitt erreicht werden. The Hubabhängige control of expansion then takes place so that the Honsegmente HS of the cutting group SG delivered in a downward stroke corresponding to the bottle shape in response to the stroke position and force controlled radially outwards and in an upstroke according to the bottle shape as a function of the stroke position in the Transition section radially retracted again. Thus, from the beginning, a smooth contour in the transition section can be achieved.
An der Honmaschine kann dies dadurch erreicht werden, dass bestimmte Hubbereiche entsprechend den ersten bis dritten Bohrungsabschnitten im Steuerprogramm eingegeben werden, so dass die Schneidgruppe durch weg- und kraftgesteuerte Aufweitung beim Abwärtshub ab Ende des ersten Bohrungsabschnitts aufweitet. Beim Aufwärtshub fährt die Aufweitung der Schneidgruppe dann ab Ende des dritten Bohrungsabschnitts zurück, so dass der erwünschte programmierte flaschenförmige Zylinder generiert wird. On the honing machine, this can be achieved by inputting certain stroke ranges corresponding to the first to third bore sections in the control program, so that the cutting group expands by way and away widening during the downward stroke from the end of the first bore section. On the upstroke, the widening of the cutting group then travels back from the end of the third bore section to generate the desired programmed bottle-shaped cylinder.
Aufgrund der gelenkigen Ankopplung des Werkzeugkörpers WK über ein Gelenk G an die Arbeitsspindel kann es nicht immer ausgeschlossen werden, dass insbesondere beim Übergang der Bearbeitung von einem engerem Bohrungsbereich zu einem weiteren Bohrungsbereich das Honwerkzeug dazu neigt, bedingt durch das Bauteildesign, leicht aus der zur Arbeitsspindel koaxialen Lage herauszukippen. Jegliche Kippneigung wird bei dem Honwerkzeug dadurch verhindert, dass die im Vergleich zur Schneidgruppe axial sehr langen Führungsleisten FL mit Hilfe des Führungsleisten-Zustellsystems jederzeit mit geeigneter Anlegekraft an die Innenseite der Bohrung im eintrittsnahen ersten Bohrungsabschnitt BA1 angelegt werden. Die Eingriffslänge kann dabei im Wesentlichen derjenigen Länge entsprechen, über die der erste Bohrungsabschnitt BA1 einen einheitlichen Durchmesser bzw. Kreiszylinderform hat. Sobald bei einem Abwärtshub die ringförmige Schneidgruppe aus dem ersten Bohrungsabschnitt in den darunterliegenden, sich erweiternden Übergangsbereich fährt und allmählich nach radial außen zugestellt wird, übernehmen die Führungsleisten FL innerhalb des ersten Bohrungsabschnitts BA1 die Führung der axialen Bewegung, indem sie, ohne Materialabtrag zu erzeugen, an der Bohrungsinnenseite entlanggleiten. Die Führungsleisten FL sind derart dimensioniert, dass sie auch dann über die gesamte Länge des ersten Bohrungsabschnitts BA1 in Eingriff mit der Bohrung stehen, wenn die ringförmige Schneidgruppe SG am eintrittsfernen Bohrungsgrund bzw. am eintrittsfernen Umkehrpunkt angekommen ist.. Die Führungsleisten sollten daher länger sein als die axiale Länge des im Durchmesser größeren zweiten Bohrungsabschnitts BA2. Die Führung bleibt auch bei der Aufwärtsbewegung des Honwerkzeugs erhalten. Due to the articulated coupling of the tool body WK via a joint G to the work spindle, it can not always be ruled out that, especially at the transition of machining from a narrower bore area to another bore area, the honing tool tends, due to the component design, easily from the work spindle herauszukippen coaxial position. Any tilting tendency is the honing tool thereby Prevents that compared to the cutting group axially very long guide strips FL by means of the guide bar delivery system at any time with a suitable application force to the inside of the hole in the near-first bore portion BA1 are created. The engagement length can essentially correspond to that length over which the first bore section BA1 has a uniform diameter or circular cylindrical shape. As soon as, on a downward stroke, the annular cutting group moves from the first bore section into the underlying, widening transition area and is gradually delivered radially outward, the guide rails FL within the first bore section BA1 guide the axial movement by producing, without material removal, along the bore inside. The guide rails FL are dimensioned such that they are also in engagement with the bore over the entire length of the first bore section BA1, when the annular cutting group SG has arrived at the entry-distant bore bottom or at the entry-distant reversal point. The guide rails should therefore be longer than the axial length of the larger diameter second bore portion BA2. The guide is maintained even during the upward movement of the honing tool.
Anhand von Fig. 4 wird ein Ausführungsbeispiel eines Honwerkzeugs 400 erläutert, mit welchem ein Werkstück 600 (z.B. Zylinderlaufbuchse) bearbeitet wird, das eine rotationssymmetrische Bohrung 615 aufweist, die am Bohrungseintritt einen kreiszylindrischen ersten Bohrungsabschnitt 620 hat, der etwas unterhalb der Mitte der Bohrung in einen konischen zweiten Abschnitt 630 übergeht, in welchem sich der Durchmesser der Bohrung zum eintrittsfernen Ende kontinuierlich erweitert. Fig. 4B zeigt eine axiale Draufsicht auf die Bearbeitungssituation, Fig. 4A einen Längsschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 4B. Referring to Fig. 4, an embodiment of a honing tool 400 is explained, with which a workpiece 600 (eg cylinder liner) is processed, which has a rotationally symmetrical bore 615, which has a circular cylindrical first bore portion 620 at the hole entrance, which is slightly below the center of the bore in a conical second section 630 merges, in which the diameter of the bore to the entry-distal end is continuously expanding. 4B shows an axial plan view of the processing situation, FIG. 4A a longitudinal section along the line A-A in FIG. 4B.
Das Honwerkzeug hat einen Werkzeugkörper 410, der über ein Kugelgelenk 450 mit einer spindelseitigen Kupplungsstruktur 460 gekoppelt ist, die dem Werkzeuganschluss an die Arbeitsspindel dient. Das Honwerkzeug hat also ein integriertes Gelenk. Der Werkzeugkörper und die davon getragenen Komponenten sind dadurch begrenzt gegenüber der Arbeitsspindel in mehreren Achsen beweglich. The honing tool has a tool body 410 which is coupled via a ball joint 450 to a spindle-side coupling structure 460 which serves the tool connection to the work spindle. The honing tool thus has an integrated joint. The tool body and the components carried thereby are limited by the work spindle in several axes movable.
Der Werkzeugkörper trägt am spindelfernen Ende eine einzige ringförmige Schneidgruppe 420, die nur in der Draufsicht Fig. 4B zu erkennen ist. Die axialen Dimensionen sind ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2. An der ringförmigen Schneidgruppe sind mehr als 30% bis 50% des Umfangs mit Schneidmittel belegt. Die axiale Länge der Schneidstoffkörper liegt bei weniger als 30% des wirksamen Außendurchmessers der Schneidgruppe und/oder im Bereich von 5 mm bis 30 mm und/oder sie beträgt weniger als 20% der Bohrungslänge der Bohrung. Die ringförmige Schneidgruppe hat hier sechs radial zustellbare Honsegmente 420-1 etc., die analog zum Ausführungsbeispiel von Fig. 2 gemeinsam über ein Schneidgruppen-Zustellsystem radial zugestellt werden können. Die Schneidgruppe hat sechs identische Honsegmente, die jeweils einen Umfangswinkelbereich von ca. 45° abdecken. Die in sich starren Honsegmente tragen an ihren Außenseiten jeweils Schneidstoffkörper mit axialen Längsnuten, so dass die radial ausliegende Schneidfläche in Umfangsrichtung vielfach unterbrochen ist. Es ist auch möglich, an der in Umfangsrichtung kreisbogenförmig gebogenen Außenseite des starren Schneidstoffkörper-Trägerelements relativ schmale Honleisten zu befestigen, die einen Um- fangsabstand zueinander haben, so dass sich zwischen den Honleisten nut-artige Zwischenräume bilden. Durch die in Axialrichtung (oder in spitzem Winkel dazu) verlaufenden Nuten oder Zwischenräume ist eine sehr effiziente Abfuhr von Abrieb mittels des Kühlschmierstoffs möglich. The tool body carries at the distal end of the spindle a single annular cutting group 420, which can be seen only in the plan view Fig. 4B. The axial dimensions are similar to those of the embodiment of FIG. 2. More than 30% to 50% of the circumference of the annular cutting group is occupied by cutting means. The axial length of the cutting material body is less than 30% of the effective outer diameter of the cutting group and / or in the range of 5 mm to 30 mm and / or less than 20% of the bore length of the bore. The annular cutting group has here six radially deliverable Honsegmente 420-1 etc., which can be delivered radially together analogous to the embodiment of FIG. 2 via a cutting group delivery system. The cutting group has six identical honing segments, each covering a circumferential angular range of approximately 45 °. The inherently rigid Honsegmente carry on their outer sides each cutting material body with axial longitudinal grooves, so that the radially extending cutting surface is interrupted in the circumferential direction many times. It is also possible to fasten relatively narrow honing stones to the outer side of the rigid cutting-material-body carrier element that is curved in the circumferential direction in the circumferential direction, which have a circumferential distance from each other, so that groove-like intermediate spaces are formed between the honing stones. By running in the axial direction (or at an acute angle) grooves or gaps a very efficient removal of abrasion by means of the cooling lubricant is possible.
Weiterhin ist am Werkzeugkörper eine radial aufweitbare Führungsgruppe 500 mit vier um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten, radial zustellbaren Führungsleisten 520 vorgesehen, die mit Hilfe eines Führungsgruppen-Zustellsystems unabhängig von den Schneidstoffkörpern radial zugestellt werden können. Um trotz der großen axialen Länge der Führungsleisten eine radiale Zustellung ohne Gefahr der Verkippung zu gewährleisten, sind bei diesem Ausführungsbeispiel an den Innenseiten der Führungsleistenträger drei axial beabstandete Abschnitte mit Schrägflächen vorgesehen, die mit drei axial beabstandeten Konusabschnitten des Zustellkonus 532 zusammenwirken. Furthermore, a radially expandable guide group 500 with four circumferentially distributed around the circumference of the tool body, radially deliverable guide rails 520 is provided on the tool body, which can be delivered radially independently of the cutting material bodies using a guide group delivery system. In order to ensure a radial delivery without risk of tilting in spite of the large axial length of the guide rails, three axially spaced sections are provided with inclined surfaces in this embodiment on the inner sides of the guide rail support, which cooperate with three axially spaced cone sections of the Zustollkonus 532.
Die Führungsleisten sind paarweise diametral gegenüberliegend in zwei um 60° gegeneinander versetzten Axialebenen angeordnet. Zwischen denjenigen in Umfangsrichtung benachbarten Führungsleisten, die einen Umfangswinkel von ca. 120° einschließen, sind am Werkzeugkörper nicht-zustellbare, also fest montierte Messleisten 550 befestigt. Jede der Messleisten trägt eine Messdüse eines pneumatischen Durchmesser-Messsystems des Honwerkzeugs. Da derartige Messsysteme an sich bekannt sind, wird hier auf eine eingehende Beschreibung verzichtet. The guide rails are arranged in pairs diametrically opposite each other in two axial planes offset by 60 °. Between those circumferentially adjacent guide rails, which enclose a circumferential angle of about 120 °, undetectable, so permanently mounted measuring strips 550 are attached to the tool body. Each of the measuring strips carries a measuring nozzle of a pneumatic diameter measuring system of the honing tool. Since such measuring systems are known per se, a detailed description is omitted here.
Anders als im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 erstrecken sich die axial langgestreckten Führungsleisten 520-1 , 520-2 etc. bis in den Axialbereich der ringförmigen Schneidgruppe 420 hinein, so dass die spindelfernen Abschnitte der Führungsleisten in Umfangsrichtung gesehen zwischen benachbarten Schneidstoffkörpern bzw. Honsegmenten angeordnet sind. Der durch die Führungsleisten abgedeckte, axial relativ lange Führungsbereich überlappt hier vollständig mit dem durch die ringförmige Schneidgruppe definierten, axial relativ kurzen Schneidbereich. Ein größerer Längenanteil der Führungsleisten, z.B. mehr als 50 % oder mehr als 60% odre mehr als 70% der Gesamtlänge der Führungsleisten, erstreckt sich jedoch im Bereich zwischen der ringförmigen Schneidgruppe und der spindelseitigen Kupplungsstruktur des Honwerkzeugs. Dadurch kann das Honwerkzeug auch dann mittels der Führungsleisten im eintrittsnahen ersten Bohrungsabschnitt 620 geführt werden, wenn die spindelferne Schneidgruppe die Bohrung im Bereich des konischen Bohrungsabschnitts 630 bearbeitet. Andererseits ist es durch die Überlappung von Führungsbereich und Schneidbereich möglich, das Honwerkzeug im ersten Bohrungsabschnitt zu führen, wenn die Schneidgruppe das eintrittsseitige Ende bearbeitet oder sogar beim Honüberlauf im oberen Umkehrpunkt teilweise in den Bereich außerhalb der Bohrung ragt. Unlike in the embodiment of FIG. 2, the axially elongate guide strips 520-1, 520-2, etc., extend into the axial area of the annular cutting group 420, so that the spindle distal sections of the guide strips are arranged between adjacent cutting bodies resp are. The axially relatively long guide region covered by the guide strips here completely overlaps with the axially relatively short cutting region defined by the annular cutting group. However, a larger length portion of the guide rails, eg more than 50% or more than 60% or more than 70% of the total length of the guide rails, extends in the range between the annular cutting group and the spindle-side coupling structure of the honing tool. As a result, the honing tool can also be guided by means of the guide rails in the first bore section 620 close to the inlet, when the spindle-distal cutting group processes the bore in the region of the conical bore section 630. On the other hand, it is possible by the overlap of the guide area and cutting area, to guide the honing tool in the first bore section, when the cutting group machined the inlet end or even partially protrudes into the area outside of the bore at honing overflow at the upper reversal point.
Honwerkzeuge bzw. Ringwerkzeuge der hier beschriebenen Art können nicht nur zur Erzeugung bzw. Bearbeitung von flaschenförmigen Bohrungen verwendet werden, sondern können auch ohne Modifikation bei der Bearbeitung von Bohrungen mit anderer Geometrie erhebliche Vorteile bringen. Honing tools or ring tools of the type described here can be used not only for the production or processing of bottle-shaped holes, but can bring significant benefits without modification in the processing of holes with different geometry.
Es ist z.B. möglich, mit einem Ringwerkzeug mit Führungsleisten eine Bohrungsform zu erzeugen und/oder zu bearbeiten, die einen kegelstumpfförmigen Bohrungsabschnitt (Konusabschnitt) aufweist, der relativ abrupt oder mit Übergangsradius in einen angrenzenden zylindrischen Bohrungsabschnitt übergeht, ohne dass sich ein weiterer Bohrungsabschnitt anschließt. Dadurch kann z.B. eine Bohrung mit Trichterform erzeugt werden, die einen eingangsseitigen zylindrischen ersten Bohrungsabschnitt mit einem ersten Durchmesser hat, der sich in einem angrenzenden zweiten Bohrungsabschnitt zum Bohrungsgrund hin konisch bis zu einem Maximaldurchmesser vergrößert (vgl. Fig. 4A). Der Durchmesserunterschied zwischen dem zylindrischen ersten Bohrungsabschnitt und dem Maximaldurchmesser im konischen zweiten Bohrungsabschnitt kann kleiner als 200 μηη sein und z.B. zwischen ca. 20 μηη und ca. 90 μηη liegen. Die axiale Länge des zylindrischen ersten Bohrungsabschnitts kann z.B. zwischen 20% und 80% der gesamten Bohrungslänge liegen. It is e.g. possible to produce and / or work with a ring tool with guide rails a Bohrungsform having a frusto-conical bore portion (cone section), which merges relatively abrupt or with transition radius in an adjacent cylindrical bore portion, without another hole section adjoins. Thereby, e.g. a bore of funnel shape having an input cylindrical first bore portion having a first diameter which increases conically in an adjacent second bore portion to the bore bottom to a maximum diameter (see Fig. 4A). The difference in diameter between the cylindrical first bore portion and the maximum diameter in the conical second bore portion may be less than 200 μηη and e.g. between about 20 μηη and about 90 μηη lie. The axial length of the cylindrical first bore portion may be e.g. between 20% and 80% of the total bore length.
Weiterhin ist es möglich, mithilfe eines Ringwerkzeugs mit Führungsleisten in einer Bohrung einen tonnenförmigen Bohrungsabschnitt, d.h. eine Ausbauchung in einer ansonsten weitgehend zylindrischen Bohrung zu erzeugen. Die Ausbauchung kann z.B. mittig oder aber in der Nähe eines der Bohrungsenden liegen. Es ist auch möglich, Bohrungen mit Kreiszylinderform mittels derartiger Honwerkzeuge zu bearbeiten. Furthermore, it is possible to use a ring tool with guide rails in a bore a barrel-shaped bore portion, i. to create a bulge in an otherwise largely cylindrical bore. The bulge may e.g. in the middle or close to one of the bore ends. It is also possible to machine holes with a circular cylindrical shape by means of such honing tools.

Claims

Patentansprüche claims
1. Honwerkzeug zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück mit- hilfe mindestens einer Honoperation, insbesondere zum Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen, umfassend: 1. Honing tool for machining an inner surface of a bore in a workpiece by means of at least one honing operation, in particular for honing cylinder running surfaces in the manufacture of cylinder blocks or cylinder liners for reciprocating engines, comprising:
einen Werkzeugkörper (210), der eine Werkzeugachse (212) definiert; a tool body (210) defining a tool axis (212);
eine aufweitbare ringförmige Schneidgruppe (220, 420, SG) mit mehreren um den Umfang des Werkzeug körpers verteilten Schneidstoffkörpern, deren in Axialrichtung gemessene axiale Länge kleiner als ein wirksamer Außendurchmesser der Schneidgruppe bei vollständig zurückgezogenen Schneidstoff körpern ist, wobei die Schneidstoffkörper in einem spindelfernen Endbereich des Werkzeug körpers angeordnet und mittels eines der Schneidgruppe zugeordneten Schneidgruppen-Zustellsystem radial zur Werkzeugachse zustellbar sind; und an expandable annular cutting group (220, 420, SG) with a plurality of circumferentially distributed around the circumference of the tool body, whose axially measured axial length is smaller than an effective outer diameter of the cutting group with fully retracted cutting material bodies, the cutting material body in a distal end of the spindle Tool body arranged and by means of one of the cutting group associated cutting group delivery system are deliverable radially to the tool axis; and
eine aufweitbare Führungsgruppe (300, 500) mit mehreren um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten Führungsleisten (320, 520, FL), die teilweise oder vollständig zwischen der ringförmige Schneidgruppe (220, 420, SG) und einer spindelseitigen Kupplungsstruktur (460) des Honwerkzeugs am Werkzeug körper angeordnet und mittels eines Führungsgruppen-Zustellsystems unabhängig von den Schneidstoff körpern radial zustellbar sind. an expandable guide assembly (300, 500) having a plurality of guide rails (320, 520, FL) distributed about the circumference of the tool body partially or entirely between the annular cutting assembly (220, 420, SG) and a spindle-side coupling structure (460) of the honing tool Tool body arranged and bodies are radially deliverable by means of a guide group delivery system regardless of the cutting material.
2. Honwerkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Honwerkzeug mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweist: 2. Honing tool according to claim 1, characterized in that the honing tool has at least one of the following properties:
(i) an der ringförmigen Schneidgruppe (220) sind mehr als 60% des Umfangs mit Schneidmittel belegt, insbesondere mehr als 70% oder mehr als 80% des Umfangs der Schneidgruppe;  (i) at the annular cutting group (220) more than 60% of the circumference is occupied by cutting means, in particular more than 70% or more than 80% of the circumference of the cutting group;
(ii) die axiale Länge (LHS) der Schneidstoffkörper liegt bei weniger als 30% des wirksamen Außendurchmessers der Schneidgruppe, insbesondere zwischen 10% und 20% dieses Außendurchmessers;  (ii) the axial length (LHS) of the cutting material bodies is less than 30% of the effective outside diameter of the cutting group, in particular between 10% and 20% of this outside diameter;
(iii) die axiale Länge (LHS) der Schneidstoffkörper liegt im Bereich von 5 mm bis 30 mm;  (iii) the axial length (LHS) of the cutting bodies is in the range of 5 mm to 30 mm;
(iv) die axiale Länge (LHS) der Schneidstoffkörper beträgt weniger als 20% der Bohrungslänge der Bohrung.  (iv) the axial length (LHS) of the cutting bodies is less than 20% of the bore length of the bore.
3. Honwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidstoffkörper als in Umfangsrichtung breite und in Axialrichtung schmale Hon- segmente (220-1 , 220-2, 220-3) gestaltet sind, wobei die axiale Länge der Honsegmente kleiner als eine in Umfangsrichtung gemessene Breite ist. 3. honing tool according to claim 1 or 2, characterized in that the cutting material body as wide in the circumferential direction and narrow in the axial direction honing segment (220-1, 220-2, 220-3) are designed, wherein the axial length of the Honsegmente is smaller than a measured width in the circumferential direction.
4. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidgruppe (220) mindestens drei Honsegmente (220-1 , 220-2, 220-3) aufweist, wobei vorzugsweise drei, vier, fünf oder sechs Honsegmente gleicher oder unterschiedlicher Umfangsbreite vorgesehen sind. 4. Honing tool according to one of the preceding claims, characterized in that the cutting group (220) has at least three Honsegmente (220-1, 220-2, 220-3), wherein preferably three, four, five or six Honsegmente same or different circumferential width are provided.
5. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge der Führungsleisten (320, FL) mehr als doppelt so groß ist wie die axiale Länge der Schneidgruppe, wobei vorzugsweise ein Längenverhältnis zwischen der axialen Länge der Führungsleisten und der axialen Länge der Schneidgruppe im Bereich von 5 bis 20 liegt. 5. honing tool according to one of the preceding claims, characterized in that an axial length of the guide strips (320, FL) is more than twice as large as the axial length of the cutting group, wherein preferably a length ratio between the axial length of the guide rails and the axial length the cutting group is in the range of 5 to 20.
6. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsleisten (320, 520, FL) in Umfangsrichtung eine Breite von mindestens 3 mm haben. 6. honing tool according to one of the preceding claims, characterized in that the guide strips (320, 520, FL) in the circumferential direction have a width of at least 3 mm.
7. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei, vier, fünf oder sechs Führungsleisten (320, 520, FL) vorgesehen sind. 7. honing tool according to one of the preceding claims, characterized in that three, four, five or six guide rails (320, 520, FL) are provided.
8. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsleisten (320, 520, FL) als nicht-schneidende Führungsleisten ausgebildet sind. 8. honing tool according to one of the preceding claims, characterized in that the guide strips (320, 520, FL) are formed as non-cutting guide rails.
9. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsleisten mindestens im Bereich einer der Innenseite der Bohrung zuzuwendenden Außenfläche (322-2) aus einen Material bestehen, das ausgewählt ist aus der Gruppe: Polykristalliner Diamant, Monokristalliner Diamant, Siliziuminfiltrierter Diamant, Hartmetall und Hart- Kunststoff. 9. honing tool according to one of the preceding claims, characterized in that the guide strips at least in the region of the inside of the bore zuwendenenden outer surface (322-2) consist of a material which is selected from the group: polycrystalline diamond, monocrystalline diamond, silicon infiltrated diamond , Carbide and hard plastic.
10. Honverfahren zur Bearbeitung der Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück mithilfe mindestens einer Honoperation, insbesondere zum Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen, wobei während einer Honoperation ein aufweitbares Honwerkzeug innerhalb der Bohrung zur Erzeugung einer Hubbewegung in Axialrichtung der Bohrung auf und ab bewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung gedreht wird, 10. Honing method for machining the inner surface of a bore in a workpiece by means of at least one honing operation, in particular for honing cylinder surfaces in the manufacture of cylinder blocks or cylinder liners for reciprocating engines, wherein, during a honing operation, an expandable honing tool is moved up and down within the bore to produce a stroke movement in the axial direction of the bore and at the same time rotated to produce a rotational movement superimposed on the lifting movement,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
ein Honwerkzeug (200, 400, WZ) mit den Merkmalen von mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird. a honing tool (200, 400, WZ) having the features of at least one of the preceding claims is used.
1 1 . Honverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Kreiszylinderform abweichende Bohrungsform erzeugt wird, die anschließend an einen Bohrungseintritt einen kreiszylindrischen ersten Bohrungsabschnitt (120, 620, BA1 ) mit einem ersten Durchmesser (D1 ) und entfernt von dem Bohrungseintritt einen zweiten Bohrungsabschnitt (130, 630, BA2) aufweist, der mindestens abschnittsweise einen zweiten Durchmesser (D2) aufweist, welcher größer als der erste Durchmesser ist. 1 1. Honing method according to claim 10, characterized in that a different from the circular cylindrical shape bore shape is produced, which subsequent to a hole entry a circular cylindrical first bore portion (120, 620, BA1) with a first diameter (D1) and remote from the bore entry a second bore portion ( 130, 630, BA2), which at least in sections has a second diameter (D2) which is greater than the first diameter.
12. Honverfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dassder zweite Bohrungsabschnitt (130) kreiszylindrisch ist und zwischen dem ersten und dem zweiten Bohrungsabschnitt ein Übergangsabschnitt (140) mit einem kontinuierlichen Übergang vom ersten Durchmesser zum zweiten Durchmesser liegt. The honing method of claim 1 1, characterized in that the second bore portion (130) is circular cylindrical and between the first and second bore portions is a transition portion (140) having a continuous transition from the first diameter to the second diameter.
13. Honverfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Bearbeitungsphase der zweite Bohrungsabschnitt (BA2) mittels der ringförmigen Schneidgruppe (SG) bearbeitet wird und gleichzeitig die Führungsleisten (FL) an die Innenfläche der Bohrung im ersten Bohrungsabschnitt (BA1 ) derart angelegt werden, dass eine axiale Bewegung des Honwerkzeug (WZ) durch die Führungsleisten in dem ersten Bohrungsabschnitt (BA1 ) geführt wird. 13. honing method according to claim 1 1 or 12, characterized in that in at least one processing phase, the second bore portion (BA2) by means of the annular cutting group (SG) is processed and at the same time the guide strips (FL) to the inner surface of the bore in the first bore portion (BA1 ) are applied so that an axial movement of the honing tool (WZ) is guided by the guide rails in the first bore portion (BA1).
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