Titel: Werkzeug zum Honen von Bohrungen mit absatzweise unterschiedlichem Durchmesser (Stufenbohrungen)
Besehreibung
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Honen von Stufenbohrungen. Das sind Bohrungen mit absatzweise unterschiedlichem Durchmesser, wie sie in Figur 1 dargestellt sind.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darrin, ein Werkzeug bereitzustellen, mit dem zwei in einem Werkstück vorgesehene koaxiale Abschnitte 11 und 12 einer sogenannten Stufenbohrung 10 gleichzeitig derart gehont werden können, dass damit gleichzeitig ihre Koaxialität verbessert wird, das heißt, dass eine unerwünschte Form, wie sie - allerdings stark übertrieben - in Figur 1 bei (a) dargestellt ist uncä bei der die beiden Achsen A und A' nicht koaxial verlaufen, in eine erwünschte Form, wie sie in Figur 1 bei (b) dargestellt ist, korrigiert wird, bei der die Achsen koax±al verlaufen, das heißt in ihrer Lage exakt über einstimmen. Neben der Koaxialität soll auch eine hohe Zylindrizität beider Bohrugen gewährleistet sein. Eine hohe Genauigkeit soll gewährleistet sein. Dabei soll das Werkzeug einfach aufgebaut sein.
Bei kleinen Stufenbohrungen ist zum Beispiel der - größere - Durchmesser des ersten Abschnitts 10 mm und der - kleinere - Durchmesser des zweiten Abschnitts 6 mm. Solche Bohrungen finden zum Beispiel in Pumpen Verwendung. Für solche Stufenbohrungen wird heute eine Koaxialität von unter 2,5 μ gefordert. Das bedeutet bei Beachtung der statistischen Toleranzgrenze eine unterste Genauigkeit von weniger als 1,6 μ.
Aus der Veröffentlichung "Das Honen von Sacklochbohrungen" von Ulrich Klink und Gerhard Flores in "TZ für praktische Metallbearbeitung", 71. Jahrgang 1977, Heft 1, S. 21 - 24 ist ein Werkzeug mit zwei getrennt zustellbaren Honleisten - einer parallel verschiebbaren Honleiste und einer um einen Schwenkpunkt schwenkbaren Honleiste - bekannt (Bild 7) . Mit der Parallelleiste wird die gesamte Bohrung eines Sacklochs und mit der Schwenkleiste lediglich das untere Ende des Sacklochs gehont.
Aus der EP 0 535 201 Bl ist ein Werkzeug bekannt, bei dem in einer vorbearbeiteten Bohrung getrennt einerseits eine Führungsleiste, andererseits eine Schwenkleiste zur Bearbeitung des unteren Abschnittes eines Sackloches vorgesehen sind.
Aus der EP 0 549 821 Bl ist ein Werkzeug zum Koaxialhonen zweier konzentrischer Bohrungen gleichen Durchmessers bekannt. Das Werkzeug ist so verstellbar, dass jeweils in der einen Bohrung das Werkzeug geführt wird, während die andere Bohrung gehont wird und umgekehrt.
Keine dieser Veröffentlichungen zeigt ein Honwerkzeug, mit dem gleichzeitig beide Abschnitte einer Stufenbohrung gehont werden können und eine Verbesserung der Koaxialität erreicht wird. Die aus den oben genannten Druckschriften bekannten DoppelZustellwerkzeuge mit zwei unabhängigen Leistensätzen sind zudem wegen der jeweils getrennten Zustellsysteme kompliziert und daher für kleine Bohrungen ungeeignet. Die oben genannten Veröffentlichungen enthalten außerdem keinerlei Hinweise auf die Verbesserung der Koaxialität von Stufenbohrungen und sind dazu auch nicht verwendbar.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der oben genannten Aufgabe dadurch, dass ein Werkzeug zum Honen von Bohrungen, die zwei
Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser aufweisen (Stufenbohrungen) , vorgesehen ist, welches mindestens eine erste mit einem Schneidbelag versehene Honleiste aufweist, die dem Abschnitt der Stufenbohrung mit dem größeren Durchmesser zugeordnet ist, und im axialen Abstand zu dieser mindestens eine zweite mit einem Schneidbelag versehene Honleiste, die dem Abschnitt der Stufenbohrung mit dem kleineren Durchmesser zugeordnet ist, in einem Werkzeugkörper vorgesehen und in radialer Richtung durch einen Zustellkörper an die Abschnitte der Stufenbohrung andrückbar sind, wobei der Zustellkörper im Werkzeugkörper mit diesem mitdrehend und diesem gegenüber axial verschiebbar angeordnet ist, und dass der Zustellkörper eine gegenüber seiner Achse schräg geneigte Zustellfläche aufweist, die die ersten Honleisten und die zweiten Honleisten radial verschiebt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug können gleichzeitig beide Abschnitte einer Stufenbohrung gehont und eine Koaxialität von weniger als 1 um erreicht werden. Die Honleisten, die jeweils in einem Abschnitt der Bohrung schneiden, dienen gleichzeitig der Führung der Honleisten in dem anderen Abschnitt der Bohrung. Damit wird die Koaxialität verbessert. Sie verwirklichen also ein Prinzip des gleichzeitigen Führens und Schneidens. Das Werkzeug ist außerdem sehr einfach aufgebaut.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel;
Figur 3 einen Zustellkörper 37 des Ausführungsbeispiels nach Figur 2 im Zusammenwirken mit Honleisten 30 und 31;
Figur 4 den Beginn einer Honoperation, bei der zunächst ein Anschneiden lediglich im unteren Abschnitt der Stufenbohrung erfolgt;
Figur 5 in Folge zeitlich nach dem in Figur 4 dargestellten Beginn das Anschneiden beider Abschnitte der Stufenbohrung;
Figur 6 ein zweites Ausführungsbeispiel;
Figur 7 ein drittes Ausführungsbeispiel;
Figur 8 ein viertes Ausführungsbeispiel;
Figur 9 ein fünftes Ausführungsbeispiel.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 - 5 weist einen Werkzeugkörper 20 auf. Dieser hat einen oberen Abschnitt 21 mit einem größeren Durchmesser und einen unteren Abschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser. Der obere Abschnitt 21 weist Durchbrüche 25, der untere Abschnitt 22 Durchbrüche 26 auf. In die oberen Durchbrüche 25 sind erste Honleisten 30, in die unteren Durchbrüche 26 zweite Honleisten 31 eingesetzt; die Honleisten weisen gegenüber der Achse A des Werkzeugkörpers 20 unter einem spitzen Winkel schräg geneigte Zustellflächen 30' beziehungsweise 31' auf. Die Honleisten 30 und 31 sind mit Schneidbelägen 30' ' beziehungsweise 31' ' versehen.
In der Bohrung 35 des Werkzeugkörpers 20 ist ein Zustellkörper 37 verschiebbar, der sich während der Honoperation mit dem Werkzeugkörper 20 mitdreht. Die axiale Verschiebung des Zustellkörpers gegenüber dem Werkzeugkörper
erfolgt mit Zustelleinrichtungen, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind und daher hier nicht dargestellt werden. Im Werkzeugkörper 20 sind entlang des Umfangs , je nach Anzahl der Honleisten am Umfang, in Figur 3 drei gleichmäßig voneinander beabstandete Nuten 38, 39, 40 zur Führung von Honleisten vorgesehen. Die Grundflächen 38', 39' der Nuten 38, 39 bilden eine (Zahlwort) Zustellfläche für die jeweils in ihnen angeordneten ersten Honleisten 30 und zweiten Honleisten 31 (die Grundfläche der Nut 40 ist aus Figur 3 nicht ersichtlich) . Diese als Zustellfläche dienenden Grundflächen der Nuten sind gegenüber der Achse des Werkzeugkörpers ebenfalls schräg geneigt und verlaufen eben.
Die Nuten 38, 39, 40 sind in eine im Übrigen vollzylindrische Fläche, eingebracht, mit der der Zustellkörper 37 in der Bohrung- 35 des Werkzeugkörpers 20 geführt wird. Die entlang des Umfanges vorgesehenen drei ersten Honleisten 30 bilden die erste Honleistengruppe; die drei zweiten Honleisten 31 bilden die zweite Honleistengruppe. Bei Verschiebung des Zustellkörpers 37 und mit diesem der nur einen ebenen Zustellfläche für je eine erste Honleiste 30 und eine zweite Honleiste 31 werden also jeweils eine erste und eine zweite Honleiste, die in der Nut miteinander in axialer Richtung fluchtend angeordnet sind, radial verschoben und damit an die Innenfläche des zugeordneten und zu bearbeitenden Abschnitts der Stu.fenbohrung gedrückt. Dies erfolgt während des Honens, bei dem. in bekannter Weise das Werkzeug gedreht und gleichzeitig auf- und abbewegt wird.
Durch die stets gleiche Neigung der geraden Zustellfläche, die durrch die Grundfläche einer Nut gebildet wird, ergeben sich bei einer bestimmten axialen Verschiebung des Zustellkörpers 37 stets gleiche Zustellwege der Honleisten 30 und 31 in radialer Richtung. Daher folgt nominell auch für die beiden Abschnitte 11 und 12 der Stufenbohrung 10 im Werkstück jeweils die gleiche Honzugabe, das heißt der
gleiche Materialsbtrag in dem zugeordneten Abschnitt der Stufenbohrung. Dies gilt jedoch nur theoretisch, da die Vorbearbeitungsdiαrchmesser der beiden Bohrungen immer etwas unterschiedlich sind. Es erfolgt also meist ein erstes Anschneiden der Honleiste 3 in nur einem Abschnitt der Bohrung, wie nach. Figur 4 der Honleiste 31 im Abschnitt 12. Erst wenn ein bestimmter Materialabtrag in radialer Richtung erfolgt ist, erfolgt bei der weiteren Zustellung des Zustellkörpers 37 in axialer Richtung auch ein Anschneiden der ersten Honleiste 30 der zu bearbeitenden Oberfläche des ersten Abschnittes 11 der Stufenbohrung 10, wie aus Figur 5 zu ersehen. Es erfolgt also meist zuerst ein Anschneiden in dem jeweils - in Abweichung vom Sollmaß - engeren Abschnitt der Stufenbohrung-, wobei nach wenigen Mikrometern dann auch ein Abtrag im zweiten Abschnitt der Stufenbohrung erfolgt, so dass dann beide Abschnitte gleichzeitig zerspant werden, während das Werkzeug in beiden Abschnitten geführt wird. Dabei erfolgt dann auch die Korrektur eines eventuell vorhandenen Koaxialitätsfehlers. Sie erfolgt dadurch, dass jeweils die an einem Bohrungsabschnitt 11 beziehungsweise 12 anliegenden Honleisten einer Honleistengruppe die axiale Lage des Werkzeugs insgesamt stabilisiert und damit auch die am anderen Bohrungsabschnitt anliegenden Honleisten führt. Führen und Schneiden erfolgt also gleichzeitig.
Infolge der unterschiedlichen Durchmesser der Bearbeitungsfläciien der Schneidbeläge 30' ' und 31' ' der Honleisten 30 und. 31 in den beiden Abschnitten der Stufenbohrung ergeben sich unterschiedliche Schnittgeschwindigkeiten und somit auch unterschiedliche Werkzeug-Verschleißraten. Durch entsprechende Gestaltung der Geometrie der Honleisten, zum Beispiel Länge und Breite, sowie Auswahl des Schneidbelages, zum Beispiel Bindungshärte, Konzentration und. Größe des Korns, wird erreicht, dass an beiden Abschnitten der Stufenbohrung der gleiche Abtrag pro
Zeiteinheit erfolgt, so dass die Schneidbeläge beider Honleistengruppen gleichmäßig verschleißen.
Figur 6 zeigt ein Honwerkzeug, bei dem zwischen den Honleisten 30 beziehungsweise 31 Führungsleisten 60 beziehungsweise 61 aus Hartmetall angeordnet sind. Sie stabilisieren das Werkzeug, indem sie den Werkzeugkörper aufgrund ihres größeren E—Moduls versteifen und somit eine höhere Biege- und Torsionsfestigkeit bewirken. Außerdem zentrieren die Führungsleisten das Werkzeug zu Beginn der Bearbeitung beim Einfahren in das Werkstück. Die Führungsleisten in Figur 6 sind fest mit dem Werkzeugkörper verbunden, das heißt nicht zustellbar. Während der Bearbeitung haben sie wenig Kontakt zur Bohrungswand. Im zugestellten Arbeitsdurchmesser sind die Schneidleisten gegenüber den Führungsleisten erhaben.
Figur 7 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel ein Werkzeug mit nur einer Honleiste 5O, die mit zwei Schneidbelägen 51 und 52 versehen ist, die unterschiedliche Durchmesser zur Bearbeitung der unterschiedlichen Abschnitte einer Stufenbohrung aufweisen. Die schräge Zustellfläche 50' der nur einen Honleiste 50 läiαft auf der schrägen Grundfläche 55 ' der Nut 55 im Zustellkörper 57. Den Schneidbelägen 51 und 52 gegenüberliegend sind Fühirungsleisten 58, 59 vorgesehen. Die Führungsleisten in Figur V üben eine Stützfunktion aus. Sie liegen an der Bohrungswancl an.
Die Ausführungsbeispiele nach Figur 8 und 9 ermöglichen die Berücksichtigung unterschiedlichen Verschleißverhaltens der Honleisten aufgrund ihrer unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten. Die stärker verschlissenen Honleisten können in radialer Richtung nachgestellt werden. Damit kann ein ungleicher Leistenverschleiß kompensiert werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 8 sind zwei der Länge nach entlang einer Fläche 70, in der auch die Achse A liegt, geteilte Zustellkörper 71 und 72 vorg-esehen, die sich zu einem kreisförmigen Querschnitt ergäazen. Der Zustellkörper 71 ist an seinem unteren Ende, das den Zustellkörper 72 in axialer Richtung überragt, mit einer Stütze 73 zur Abstützung an der Innenfläche des Werkzeugkörper-s 20 versehen. Der Zustellkörper 71 weist eine Nut 74 mi t einer Grundfläche 74 ' auf, in der die erste Honleiste 75 geführt ist. Der Zustellkörper 72 weist eine Nut 76 mit einer Grundfläche 76' auf, in der die zweite Honleiste 77 greführt ist. Gegenüber der Honleiste 75 ist eine Führungsleiste 78 angeordnet. Die beiden Stützkörper 71 und 72 sind gegeneinander um die eingezeichnete Länge X verstellbar. Die Verstellung erfolgt durch Stellschrauben oder dergleichen, (vergleiche auch Figur 9), die aber in Zusammenhang mit Figur 8 nicht weiter dargestellt sind. Auch ist eine automatische um den Betrag x verschiedene Zustellung der einzelnen. Zustellkörper möglich.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 9 sind ebenfalls zwei Zustellkörper, nämlich die Zustellköirper 81 und 82, vorgesehen, die in einer axialen Endstellung des Zustellkörpers 82 aneinander entlang der radialen Fläche 80 anliegen. Die Zeichnung zeigt rechts der Achse A in Figur 9 die obere Endstellung des Stellkörper^s 82; links der Achse A zeigt sie die untere Endstellung des Stellkörpers 82. Im Zustellkörper 81 sind Nuten 92 mit Gzrundflachen 92' vorgesehen, in deren erste Honleisten. 91 geführt sind. Im Zustellkörper 82 sind Nuten 94 mit Grundflächen 94' vorgesehen, in denen zweite Honleisten 93 geführt sind. Die beiden Zustellkörper 81 und 82 sind mit der mit einem Gewinde versehenen Stellschraube 83 gegeneinander verstellbar. Die Stellschraube 83 ist in einer Bohrung- 84 im Zustellkörper 82 geführt, die mit einem Innengewinde versehen ist. Der Zustellkörper weist eine Nut 85 auf, in die ein Stift 86 hineinragt, der den Zustellkörper 82 gegen Mitdrehen beim
Drehen der Stellschraube 83 sichert. Die Stellschraube ist an ihrem oberen Ende mit einem Bund 87 versehen, der in einer Ringnut 88 am Ende der Bohrung 89 im Zustellkörper 82 gegen axiale Verschiebung gesichert ist, so dass bei. Drehung der Stellschraube, die zu diesem Zweck mit einer InbusÖffnung 90 versehen ist, der Abstand zwischen den beiden Stellkörpern 81 und 82 geändert wird, um einem erhöhten Verschleiß der ersten Honleiste 91 Rechnung zu tragen, die in einer Nut 92 im Zustellkörper 81 angeordnet ist.
Bei der Bearbeitung von Bohrungen ist die gleichachsige Anordnung von Werkstück und Werkzeug von Bedeutung. Sie wird zum Beispiel erreicht durch den starren Anschluss des Werkzeuges an die Spindel einer Honmaschine und eine kardanische Aufnahme des Werkstückes. Außerdem ist eine hochgenaue Werkzeugaufnahme, eine Schrittzustellung (kraft- oder weggeführt) sowie eine Feedback-Steuerung- möglich.
Die Bearbeitungsreihenfolge sieht folgende Operationen vor: Zunächst ein Vorhonen in ein oder zwei Operationen zur Verbesserung der Koaxialität mit dem erfinduncjsgemäßen Werkzeug, danach ein Fertighonen der einzelnen Bohrungen zur Verbesserung der Oberflächen und der Form.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass anstelXe der Bildung der Zustellflächen durch die Grundfläche eineir Nut auch jeweils ein Konus vorgesehen werden kann, wenngleich die Anordnung der Honleisten in einer Nut zusätzlich eine verbesserte Führung derselben durch die Seitenflächen der Nut bewirkt.