WO2020160983A1 - Honwerkzeug und feinbearbeitungsverfahren unter verwendung des honwerkzeugs - Google Patents

Abstract

Ein Honwerkzeug (100) zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück mithilfe mindestens einer Honoperation umfasst einen Werkzeugkörper (110), der eine Werkzeugachse (112) definiert; eine an dem Werkzeugkörper angebrachte erste Schneidgruppe (160-1) mit mehreren radial zustellbaren ersten Trägern (150-1), die mittels eines zugeordneten ersten Schneidgruppen-Zustellsystem (170-1) radial zur Werkzeugachse (112) zustellbar sind, wobei jeder erste Träger an seiner radialen Außenseite einen Umfangswinkelbereich von mindestens 20° abdeckt und an der Außenseite (154) einen einzigen in Umfangsrichtung breiten ersten Schneidstoffkörper oder mehrere schmale erste Schneidstoffkörper (140-1) trägt, die mit gegenseitigem Abstand zueinander angeordnet sind; und eine an dem Werkzeugkörper angebrachte zweite Schneidgruppe (160-2) mit mehreren radial zustellbaren zweiten Trägern (150-2), die mittels eines zugeordneten zweiten Schneidgruppen-Zustellsystem (170-2) unabhängig von den ersten Trägern (150-1) radial zur Werkzeugachse (112) zustellbar sind, wobei jeder zweite Träger (150-2) an seiner radialen Außenseite (154) einen einzelnen schmalen zweiten Schneidstoffkörper (140-1, 140-2) trägt. Alle Schneidstoffkörper (140-1, 140-2) der ersten und der zweiten Schneidgruppe sind in einem axial kurzen Schneidbereich (130) angeordnet, der eine in Axialrichtung gemessene Länge aufweist, die wesentlich kleiner ist als ein wirksamer Außendurchmesser der Schneidgruppen bei vollständig zurückgezogenen Schneidstoffkörpern.

Description

Honwerkzeug und Feinbearbeitungsverfahren unter Verwendung des Honwerkzeugs

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft ein Honwerkzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Feinbearbeitungsverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Feinbearbeitung von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen.

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.

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 auf und ab bzw. hin- und her bewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung gedreht. Die am Honwerkzeug angebrachten Schneidstoffkörper werden über ein Zustellsystem mit einer radial zur Werkzeugachse wirkenden Zustellkraft an die zu bearbeitende Innenfläche gedrückt. 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.

Mit steigenden Anforderungen an die Sparsamkeit und Umweltfreundlichkeit von Motoren ist die Optimierung des tribologischen Systems Kolben/Kolbenringe/Zylinderlauffläche von besonderer Bedeutung, um geringe Reibung, geringen Verschleiß und geringen Ölverbrauch zu erreichen. Der makroskopischen Gestalt (Makroform) der Bohrungen sowie der Oberflächenstruktur kommt dabei besondere Bedeutung zu. Bei manchen Feinbearbeitungsverfahren wird mittels Feinbohren und/oder Honen eine von der Kreiszylinderform definiert abweichende Bohrungsform erzeugt. Solche Bohrungsformen sind in der Regel in Axialrichtung und/oder in Umfangsrichtung unsymmetrisch, weil auch die Deformationen des Zylinderblocks in der Regel nicht symmetrisch sind. Im Betriebszustand soll sich meist eine möglichst ideale Kreiszylinderform ergeben, so dass das Kolbenringpaket über den gesamten Bohrungsumfang gut abdichten kann.

Die DE 10 2013 204 714 A1 offenbart Honwerkzeuge, die u.a. zur Bearbeitung, rotationssymmetrischer Bohrungen geeignet sind, die Bohrungsabschnitte unterschiedlicher Durchmesser und/oder Gestalt aufweisen. Damit können z.B. rotationssymmetrische Bohrungen mit Flaschenform, Konusform oder Tonnenform bearbeitet und/oder erzeugt werden. Das Honwerkzeug hat eine ringförmige aufweitbare Schneidgruppe mit mehreren um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten Schneidstoffkörpern, deren in Axialrichtung (parallel zur Werkzeugachse) gemessene axiale Länge kleiner als ein wirksamer Außendurchmesser der Schneidgruppe bei vollständig zurückgezogenen Schneidstoffkörpern ist. Die Schneidgruppe hat mehrere radial zustellbare Träger, die an ihren radialen Außenseiten Schneidstoffkörper in Form von Honsegmenten tragen, welche jeweils einen Umfangswinkelbereich abdecken, der größer ist als die axiale Länge der Schneidgruppe.

Aufgrund der relativ kurzen axialen Länge der Schneidgruppe sind derartige Honwerkzeuge besonders gut für die Erzeugung einer axialen Kontur und/oder zur Verfolgung einer schon existierenden axialen Kontur der Bohrung geeignet. Außerdem können geringe axiale Längen der Schneidgruppe vorteilhaft sein, um einen ausreichenden Flächendruck für die Bearbeitung zu erzeugen. Dadurch, dass die Schneidgruppe mehrere radial zustellbare Träger aufweist, die jeweils einen Umfangswinkelbereich abdecken, der größer ist als die axiale Länge der Schneidgruppe, kann unter anderem erreicht werden, dass beispielsweise Querbohrungen in der Wandung einer Zylinderlaufbahn beim Honen in Umfangsrichtung überbrückt werden können, so dass trotz axial kurzer Schneidstoffkörper nicht die Gefahr einer ungleichmäßigen Bearbeitung im Bereich von Querbohrungen auftritt. Bei Verwendung derartiger Honwerkzeuge kann außerdem mit einem sehr geringen Honüberlauf an den axialen Enden einer Bohrung gearbeitet werden, ohne dass Probleme mit ungleichmäßigem Schneidkörperverschleiß auftreten.

Die DE 10 2014 212 941 A1 der Anmelderin zeigt ähnliche Honwerkzeuge mit einer in Axialrichtung relativ kurzen ringförmigen Schneidgruppe, bei der ein großer Anteil des Umfangs mit Schneidmittel belegt ist. Zusätzlich ist eine Führungsgruppe mit zustellbaren Führungsleisten vorgesehen. Die ringförmige Schneidgruppe hat in Umfangsrichtung relativ breite Träger, die gemeinsam über ein Zustellsystem radial zugestellt werden können. Bei manchen Ausführungsbeispielen sind die Außenseiten der Träger mit einem schalenförmigen Vollbelag (Honsegment) belegt. Es kann auch sein, dass die Außenseiten jeweils Schneidstoffkörper mit axialen Längsnuten tragen, so dass die radial außen liegenden Schneidflächen in Umfangsrichtung mehrfach unterbrochen sind. Es sind auch Varianten beschrieben, bei denen an der in Umfangsrichtung kreisbogenförmig gebogenen Außenseite der starren Träger mehrere relativ schmale Honleisten befestigt sind, die einen Umfangsabstand zueinander haben, so dass sich zwischen den Honleisten nutartige Zwischenräume bilden. Durch die Nuten oder Zwischenräume ist eine effiziente Zufuhr und Abfuhr von Kühlschmierstoff sowie Abfuhr von Abrieb möglich.

Es wurde beobachtet, dass in gewissen Fällen bei der Bearbeitung von nicht-zylindrischen Bohrungen (z.B. rotationssymmetrischen Bohrungen mit Flaschenform, Konusform oder Tonnenform) lokal unterschiedliche Oberflächenstrukturen aufgrund von unterschiedlichen Schnitt-Tiefen erzeugt werden können. Diese können technische Nachteile verursachen. Bei unerwünschter zu hoher lokaler Rauheit können z.B. Ölverbrauch und Blow-By erhöht werden. Wird lokal ein zu geringer Materialabtrag erzeugt, kann aufgrund einer zu geringer Beseitigung von Materialschädigungen aus vorgelagerten Bearbeitungsstufen die Fressgefahr im Betrieb eines Verbrennungsmotors zunehmen. In der Nähe der axialen Enden einer Bohrung kann es zu Abweichungen des Schliffbilds vom Schliffbild im Rest der Bohrung kommen.

AUFGABE UND LÖSUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Honwerkzeug und ein damit durchführbares Feinbearbeitungsverfahren bereitzustellen, die es erlauben, Bohrungen unterschiedlicher Gestalt so zu bearbeiten, dass die bearbeiteten Bohrungsflächen über die gesamte Bohrungslänge eine gut definierte Oberflächenstruktur aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Honwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein Feinbearbeitungsverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 13 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Das Honwerkzeug hat einen Werkzeugkörper, der eine Werkzeugachse definiert. Richtungen parallel zur Werkzeugachse werden als„axiale Richtung“ oder„Axialrichtung“ bezeichnet. An dem Werkzeugkörper sind zwei unabhängig voneinander zustellbare Schneidgruppen angebracht, nämlich eine erste Schneidgruppe und eine zweite Schneidgruppe. Die erste Schneidgruppe hat mehrere erste Träger, die mittels eines zugeordneten ersten Zustellsystems radial zur Werkzeugachse zustellbar sind. Die ersten Träger decken jeweils an ihrer radialen Außenseite einen relativ breiten Umfangswinkelbereich von mindestens 20° ab.

Der von einem ersten Träger abgedeckte Umfangswinkelbereich kann z.B. 25° oder mehr oder 30° oder mehr betragen. Vorzugsweise liegt der Umfangswinkelbereich bei höchstens 120° oder höchstens 90°.

Die Anzahl der ersten Träger kann von Ausführungsform zu Ausführungsform variieren, z.B. abhängig von deren Umfangsbreite. Vorzugsweise sind drei oder mehr erste Träger vorgesehen, z.B. drei, vier, fünf oder sechs erste Träger, ggf. auch nur zwei erste Träger.

Die ersten Träger tragen an ihrer relativ breiten radialen Außenseiten entweder einen einzigen in Umfangsrichtung relativ breiten ersten Schneidstoffkörper, z.B. nach Art eines schalenförmigen Vollbelags mit durchgehender (ununterbrochener) oder durch Nuten unterbrochener Schneidfläche, oder mehrere schmale erste Schneidstoffkörper, die mit gegenseitigem Abstand (in Umfangsrichtung) zueinander angeordnet sind. Meist haben alle ersten Träger den gleichen Typ des ersten Schneidbelags (Vollbelag, ggf. mit Nuten oder Leistengruppe mit mehreren schmalen ersten Schneidstoffkörpern), was aber nicht zwingend ist.

Die ebenfalls an dem Werkzeugkörper angebrachte zweite Schneidgruppe weist mehrere zweite Träger auf, die mittels eines zugeordneten zweiten Zustellsystems radial zur Werkzeugachse zugestellt werden können. Jeder der zweiten Träger trägt an seiner radialen Außenseite jeweils nur einen einzelnen schmalen zweiten Schneidstoffkörper.

Der Begriff „Schneidstoffkörper“ beschreibt die abrasiven Elemente der Honwerkzeuge. Ein Schneidstoffkörper, der auch als Schneidbelag bezeichnet werden kann, besteht bei Honwerkzeugen im Wesentlichen aus irregulär geformten Schneidkörnern unterschiedlicher Gestalt und Größe, die innerhalb eines Bindungssystems gebunden sind. Durch die Auswahl der Art des Schneidbelags kann ein Honwerkzeug besonders präzise an die gewünschte Bearbeitungsaufgabe angepasst werden. Schneidkörner können beispielsweise Diamantkörner oder Körner aus kubischem Bornitrid (CBN) sein. Schneidkörner können auch aus Korund und/oder anderen Arten keramischer Materialien, wie z.B. SiC, bestehen. Die Bindung kann beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff oder aus Kunstharz bestehen. Auch metallische Bindungssysteme, z.B. galvanisch erzeugte Bindungen oder Sinterbindungen, sind möglich, gegebenenfalls auch Lötbindungen.

Der Begriff„schmal“ bedeutet im Zusammenhang mit Schneidstoffkörpern, dass die Breite der (schmalen) Schneidstoffkörper in Umfangsrichtung deutlich geringer ist als eine in Axialrichtung gemessene Länge. Ein Aspektverhältnis zwischen (axialer) Länge und (in Umfangsrichtung gemessener) Breite kann beispielsweise im Bereich von 5 oder mehr liegen, insbesondere im Bereich von 8 bis 25. Schmale Schneidstoffkörper werden häufig auch als Schneidleisten oder Honleisten bezeichnet. In Absolutwerten ausgedrückt können die schmalen ersten Schneidstoffkörper z.B. Umfangsbreiten im Bereich von 1 ,5 mm bis 5 mm aufweisen, ggf. auch darüber oder darunter.

Ein im Vergleich dazu in Umfangsrichtung relativ breiter erster Schneidstoffkörper, der z.B. nach Art eines schalenförmigen Vollbelags gestaltet sein kann, hat vorzugsweise ein deutlich kleineres Aspektverhältnis, das z.B. im Bereich von 3 oder weniger liegen kann, ggf. auch bei 1 oder darunter, so dass die Breite in Umfangsrichtung größer sein kann als die axiale Länge.

Die optimalen Maße der Schneidstoffkörper sind in der Regel abhängig vom effektiven Durchmesser des Honwerkzeugs bzw. vom Durchmesser der zu bearbeitenden Bohrung.

Die Schneidstoffkörper der ersten Schneidgruppe und der zweiten Schneidgruppe sind in einem axial relativ kurzen Schneidbereich angeordnet. Der Schneidbereich weist eine in Axialrichtung gemessene Länge auf, die wesentlich kleiner ist als ein wirksamer Außendurchmesser der Schneidgruppen bei vollständig zurückgezogenen Schneidstoffkörpern. „Wesentlich kleiner“ bedeutet hierbei, dass die axiale Länge bzw. Ausdehnung des Schneidbereichs höchstens 80% des wirksamen Außendurchmessers der Schneidgruppen liegt. Anders ausgedrückt bedeuten „wesentlich kleiner“ somit: um mindestens 20 % kleiner. Die axiale Länge kann z.B. weniger als halb so groß sein wie der wirksame Außendurchmessers. Die ersten Schneidstoffkörper und die zweiten Schneidstoffkörper sind also so angeordnet, dass sie alle vollständig innerhalb eines in Axialrichtung gesehen relativ kurzen Schneidbereichs liegen. Aufgrund der relativ kurzen axialen Länge des Schneidbereichs sind derartige Honwerkzeuge besonders gut für die Erzeugung von Bohrungsformen mit einer axialen Kontur, also in Axialrichtung unterschiedlichem Durchmesser geeignet. Sie können alternativ oder zusätzlich auch zur Verfolgung einer solchen schon existierenden axialen Kontur der Bohrung verwendet werden. Die axiale Länge bzw. Ausdehnung des Schneidbereichs kann z.B. bei weniger als 40% des wirksamen Außendurchmessers der Schneidgruppen und/oder bei weniger als 20% der Bohrungslänge der Bohrung liegen.

Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass die besondere Aufteilung von Schneidstoffkörpern auf den ersten und zweiten Trägern besondere Vorteile bietet. Jeder der ersten Träger deckt mit den daran angebrachten ersten Schneidstoffkörpern (z.B. ein breiter Vollbelag oder mehrere schmale, leistenförmige Schneidstoffkörper pro Träger) einen gewissen, relativ breiten Umfangsbereich ab. Es hat sich gezeigt, dass bei einer Honbearbeitung mithilfe der ersten Schneidgruppe u.a. besonders gute Rundheitswerte der erzeugten Bohrung erzielt werden können. Bei den Varianten mit mehreren schmalen Schneidstoffkörpern pro erstem Träger ergeben sich aufgrund der Vielzahl von ersten Schneidstoffkörpern, die gleichzeitig in Eingriff mit der Bohrungsinnenwand sind, auch bei stark materialabtragender Formgebung gute Standzeiten. Bei den Varianten mit relativ breiten ersten Schneidstoffkörpern ist ebenfalls ein relativ effizienter Materialabtrag bei geringem Verschleiß möglich.

Die zweite Schneidgruppe mit einzelnen, relativ schmalen Schneidstoffkörpern bietet nach den Erkenntnissen der Erfinder andere Vorteile. So wurde festgestellt, dass einzelne, individuell in unterschiedliche Radialrichtungen zustellbare zweite Schneidstoffkörper in der Tendenz satter (besserer, gleichmäßigerer Flächenkontakt) auf einer vorliegenden Oberfläche aufliegen können als erste Schneidstoffkörper, die nur gemeinsam bzw. gruppenweise pro zweitem Träger in einer gemeinsamen Radialrichtung an die Bohrungsinnenwand angedrückt werden können. Hierdurch sind besondere hohe Oberflächengüten erreichbar.

Die Gesamt-Schneidfläche der zweiten Schneidgruppe kann geringer sein als die Gesamt- Schneidfläche der ersten Schneidgruppe. Das kann insbesondere dann günstig sein, wenn mit der zweiten Schneidgruppe nur relativ wenig substantieller Materialabtrag erzielt werden soll, z.B. beim Plateauhonen oder beim Glätten einer vorher mit gröberem Schneidmittel bearbeiteten Oberfläche.

Die erste und die zweite Schneidgruppe können bezüglich Art und Dimensionierung der Schneidstoffkörper so aneinander und an den Honprozess angepasst sein, dass sie beim vorgesehenen Honprozess mehr oder weniger gleich stark bzw. gleich schnell verschleißen. Das ist u.a. günstig für eine wirtschaftliche Neubestückung. Bei vielen Ausführungsformen ist die Anzahl zweiter Schneidstoffkörper größer als die Anzahl erster Schneidstoffkörper, u.a. um vergleichbare Standzeiten und Überdeckungen zu erhalten.

Bei den Varianten mit mehreren schmalen Schneidstoffkörpern pro erstem Träger sind vorzugsweise an der radialen Außenseite eines ersten Trägers mehr als zwei erste Schneidstoffkörper angebracht, beispielsweise drei, vier, fünf, sechs, sieben oder mehr erste Schneidstoffkörper. Erfahrungsgemäß sind häufig zwischen drei und sieben erste Schneidstoffkörper pro T räger vorteilhaft.

Der gegenseitige Abstand zwischen unmittelbar benachbarten ersten Schneidstoffkörpern liegt bei manchen Ausführungsformen dieser Varianten in der Größenordnung der Umfangsbreite der Schneidstoffkörper oder darunter. Wenn der gegenseitige Abstand kleiner als die Umfangsbreite der ersten Schneidstoffkörper ist, kann in Umfangsrichtung betrachtet ein relativ hoher Flächenanteil des abrasiven Materials der ersten Schneidstoffkörper sichergestellt werden, so dass hoher Materialabtrag bei gleichzeitig geringem Verschleiß möglich ist. Abgetragene Materialspäne können durch die zwischen den ersten Schneidstoffkörpern liegenden Kanäle gut mittels Kühlschmierstoff abgeführt werden, so dass die Gefahr des Zusetzens der abrasiven Außenflächen der Schneidstoffkörper gering gehalten werden kann.

Vorzugsweise decken die von einem ersten Träger getragenen ersten Schneidstoffkörper mit ihren außen liegenden Schneidflächen insgesamt einen Umfangswinkelbereich ab, der mindestens 30% oder mindestens 50% der Umfangsbreite des Trägers entspricht, so dass bei der ersten Schneidgruppe in Umfangsrichtung betrachtet eine relativ große Gesamt- Schneidfläche genutzt und damit ggf. eine relativ hohe Abtragleistung bei hoher Standzeit erzielt werden kann.

Es kann ausreichen, wenn die zweite Schneidgruppe relativ wenige, in unterschiedliche Radialrichtungen zustellbare schmale zweite Schneidstoffkörper aufweist, beispielsweise vier, sechs, acht oder zehn zweite Schneidstoffkörper. Die zweiten Schneidstoffkörper können symmetrisch oder unsymmetrisch über den Umfang des Honwerkzeugs verteilt sein.

Erste Träger und zweite Träger und die zugehörigen Schneidstoffkörper sind bei manchen Ausführungsformen in Umfangsrichtung abwechselnd am Werkzeugkörper angeordnet. Die Verteilung in Umfangsrichtung kann variieren. Vorzugsweise ist zwischen in Umfangsrichtung benachbarten ersten Trägern wenigstens ein zweiter Träger angeordnet. Es kann sein, dass zwischen einem Paar unmittelbar benachbarter erster Träger genau ein zweiter Träger mit einem zugehörigen zweiten Schneidstoffkörper angeordnet ist. An anderer Stelle des Umfangs und/oder bei einer anderen Ausführungsform kann es so sein, dass zwischen unmittelbar benachbarten ersten Trägern zwei oder mehr zweite Träger angeordnet sind, so dass es zweite Träger gibt, die in Umfangsrichtung unmittelbar benachbart sind. Auf diese Weise kann die in Umfangsrichtung betrachtete Dichte der zweiten Träger und/oder der davon getragenen zweiten Schneidstoffkörper für jede Anwendung optimiert werden.

Eine in Umfangsrichtung betrachtet gleichmäßige Verteilung von ersten und zweiten Trägern ist möglich. Bei vielen Ausführungsformen sind jedoch die ersten Träger und die zweiten Träger in Umfangsrichtung ungleichmäßig verteilt angeordnet, insbesondere so, dass zwischenliegende Umfangswinkel variieren.

Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, dass jeweils Paare gleichartiger Träger und Schneidstoffkörper an diametral gegenüberliegenden Positionen des Umfangs angeordnet sind, so dass sich bei der Zustellung aufgrund dieser Symmetrie keine konstruktiv bedingten resultierenden Querkräfte ergeben, die zu einer ungewollten Auslenkung des Honwerkzeugs bei der Bearbeitung führen können.

Die ersten Schneidstoffkörper und die zweiten Schneidstoffkörper können in Axialrichtung die gleiche Länge haben. Wenn darüber hinaus alle im gleichen Axialabschnitt angeordnet sind, ergibt sich die axiale Länge des Schneidbereichs aus der axialen Länge der ersten und zweiten Schneidstoffkörper. Die ersten und zweiten Schneidstoffkörper können auch axial leicht gegeneinander versetzt sein, so dass die axiale Länge des Schneidbereichs etwas größer werden kann als die axiale Länge der längsten der Schneidstoffkörper.

Bei einer Ausführungsform sind die ersten Schneidstoffkörper in Axialrichtung kürzer als die zweiten Schneidstoffkörper. Die axiale Länge der ersten Schneidstoffkörper kann beispielsweise weniger als 80 % oder weniger als 70 % der axialen Länge der zweiten Schneidstoffkörper betragen, in der Regel aber nicht weniger als 50% dieser Länge. Damit kann erreicht werden, dass die erste Schneidgruppe im zugestellten Zustand, also bei Bearbeitung der Bohrungsinnenfläche, in einem effektiven ersten Schneidbereich wirkt, der kürzer als der Schneidbereich des Honwerkzeugs ist. Damit können z.B. Bohrungsabschnitte mit in Axialrichtung stärkerer Durchmesseränderung (kleine Radien) besonders gut bearbeitet werden. Es ist auch möglich, dass zweite Schneidstoffkörper in Axialrichtung kürzer sind als erste Schneidstoffkörper.

Bei manchen Ausführungsformen sind die zweiten Schneidstoffkörper in Bezug auf den Werkzeugkörper elastisch nachgiebig gelagert. Durch die elastisch nachgiebige Lagerung kann die Fähigkeit der zweiten Schneidstoffkörper zu einer Konturverfolgung ohne Anpressdruckspitzen verbessert werden, was sich positiv auf die Güte der erzielbaren Oberflächen auswirken kann. Die elastische Nachgiebigkeit kann auf unterschiedliche Weisen erreicht werden. Beispielsweise ist es möglich, innerhalb des zweiten Zustellsystems bis zum Träger ohne konstruktiv bedingte Nachgiebigkeit zu arbeiten und eine elastische Nachgiebigkeit zwischen Träger und getragenem Schneidstoffkörper vorzusehen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass in einem Zwischenraum zwischen einem Schneidstoffkörper und dem den Schneidstoffkörper tragenden Träger eine elastisch nachgiebige Zwischenschicht angeordnet ist, die beispielsweise durch eine Schicht aus einem Elastomer gebildet sein kann. Die Zwischenschicht kann den Zwischenraum vollständig ausfüllen, um das Eindringen von Schneidmittelresten oder Abrieb zu vermeiden. Bezüglich dieses Teilaspekts wird auf die DE 10 2017 202 573 A1 der Anmelderin verwiesen, die Realisierungsmöglichkeiten hierfür beschreibt. Der Offenbarungsgehalt dieses Dokuments wird insoweit durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Bei manchen Ausführungsformen wird die elastische Nachgiebigkeit dadurch erreicht, dass die zweiten Träger nahe an oder angrenzend an einen zweiten Schneidstoffkörper einen elastisch nachgiebigen Abschnitt mit (trägermaterial-freien) Aussparungen und einstückig mit dem Träger ausgebildeten Federelementen aufweist. Im Vergleich zu ebenfalls möglichen Konstruktionen mit gesonderten Federn innerhalb des Zustellsystems zeichnen sich derartige Varianten mit monolithisch integrierten Federelementen unter anderem dadurch aus, dass die Federkraft mit hoher Präzision bei der Fertigung der Träger vorgegeben werden kann. Diese Lösung ist außerdem äußert robust und langlebig.

Bei Varianten mit gesonderten Federn zur nachgiebigen Lagerung der zweiten Schneidstoffkörper und bei Varianten mit den Aussparungen im Trägermaterial kann es passieren, dass Abrieb in den Federbereich gerät und die Funktion beeinträchtigt. Das wird bei manchen Ausführungsformen dadurch verhindert, dass der von Federmaterial freie Bereich zwischen Federwindungen oder in den Aussparungen mit einem elastisch nachgiebigen Elastomermaterial oder einem anderen elastisch nachgiebigen Füllmaterial ausgefüllt ist. Dadurch bleibt die Federwirkung langfristig erhalten. Durch Auswahl geeigneter elastisch nachgiebiger Füllmaterialien kann die Federcharakteristik, z.B. die „Härte“ der Federung, präzise eingestellt werden. Es können einige der alle Freiräume im Federbereich ausgefüllt sein. Diese Maßnahmen können unabhängig von den sonstigen Merkmalen der Erfindung auch bei nicht-erfindungsgemäßen Honwerkzeugen mit elastischer Nachgiebigkeit im Honwerkzeug genutzt werden Bei manchen Ausführungsformen weist das Honwerkzeug eine Führungsgruppe mit mehreren um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten Führungsleisten auf. Diese können fest am Werkzeugkörper angebracht sein. Einzelne, mehrere oder alle Führungsleisten können sich wenigstens teilweise in axiale Bereiche außerhalb des Schneidbereichs erstrecken. Bei manchen Ausführungsformen sind die Führungsleisten ausschließlich innerhalb des Schneidbereichs angeordnet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass auch in Bohrungsabschnitten mit axial stark variierendem Durchmesser die Führungsleisten nicht in ungewollten Kontakt mit der Bohrungsinnenfläche kommen. Eine, mehrere oder alle Führungsleisten können unmittelbar neben einem zweiten Träger angeordnet sein, so dass die benachbarten zweiter Träger durch die unmittelbar benachbarte Führungsleiste geschützt werden.

Ein weiterer Beitrag zur Erzielung hoher Oberflächengüten wird bei manchen Ausführungsformen dadurch erreicht, dass das Honwerkzeug ein integriertes mehrachsiges Gelenk zum begrenzt beweglichen Ankoppeln des Werkzeugkörpers an ein Anschlussstück aufweist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein axialer Abstand zwischen dem Gelenk und dem mit Schneidstoffkörpern ausgestalteten Schneidbereich kleiner als der wirksame Außendurchmesser der Schneidgruppen bei vollständig zurückgezogenen Schneidstoffkörpern ist. Dadurch ergibt sich eine axial kompakte Bauweise. Außerdem können eventuelle Kippmomente beim Auftreten einer Schrägstellung der Werkzeugachse gegenüber der Rotationsachse der Antriebsspindel gering gehalten werden, was sich nach den Erfahrungen der Erfinder positiv auf die Oberflächenqualität der gehonten Bohrungsinnenfläche auswirken kann. Der axiale Abstand wird im Kontext dieser Anmeldung zwischen der Ebene des Gelenkpunktes und dem axialen Ende des Schneidbereichs gemessen.

Die Erfindung betrifft auch ein Feinbearbeitungsverfahren zur Bearbeitung der Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück, insbesondere zum Feinbearbeiten von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen. Das Feinbearbeitungsverfahren umfasst mindestens eine Honoperation, bei der ein aufweitbares Honwerkzeug innerhalb der Bohrung zur Erzeugung einer Hubbewegung in Axialrichtung der Bohrung hin- und her bewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung gedreht wird, wobei bei der Honoperation ein Honwerkzeug gemäß der beanspruchten Erfindung verwendet wird.

Gemäß einer Weiterbildung wird eine Honoperation als mehrstufige Honoperation durchgeführt, wobei in einer ersten Honstufe die erste Schneidgruppe an die Bohrungsinnenfläche angedrückt und mittels der ersten Schneidgruppe mittels axial ungleichmäßigen Materialabtrags ausgehend von einer Ausgangsform eine von der Kreiszylinderform abweichende, vorzugsweise rotationssymmetrische, Bohrungsform erzeugt wird, und wobei danach in einer zweiten Honstufe die zweite Schneidgruppe zugestellt und mittels der zweiten Schneidgruppe an der Bohrungsinnenfläche eine gewünschte Oberflächenstruktur im Wesentlichen ohne Veränderung der Makroform der Bohrung erzeugt wird. Das Honwerkzeug kann also hier ohne zwischengeschalteten Werkzeugwechsel einerseits zur Veränderung der Bohrungsform mittels axial ungleichmäßigen Materialabtrags genutzt werden (erste Honstufe) als auch, danach, bei zurückgezogener erster Schneidgruppe und zugestellter zweiter Schneidgruppe, zur Verbesserung der Oberflächenstruktur der Bohrungsinnenfläche, im Wesentlichen ohne weiteren Materialabtrag bzw. mit höchstens sehr geringem Materialabtrag.

Da auf einen Werkzeugwechsel zwischen den beiden Honstufen verzichtet werden kann, kann die Taktzeit gegenüber Verfahren mit Werkzeugwechsel erheblich reduziert werden. Außerdem können Ungenauigkeiten, die durch einen Werkzeugwechsel verursacht werden können, vermieden werden.

Vorzugsweise wird in der ersten Honstufe mit einer Wegsteuerung gearbeitet, um die angestrebte Bohrungsform mit hoher Genauigkeit zu erzielen. In der zweiten Honstufe wird vorzugsweise kraftgesteuert gehont. Dabei ist bei manchen Varianten vorgesehen, über die gesamte Länge der Bohrung mit im Wesentlichen konstanter Anpresskraft zu honen, um eine über die gesamte Länge weitgehend gleichmäßige Oberflächenstruktur zu erzielen.

Bei anderen Varianten wird die Bohrung steuerungstechnisch in mindestens zwei benachbarte axiale Bohrungsabschnitte (einen ersten Bohrungsabschnitt und mindestens einen zweiten Bohrungsabschnitt) unterteilt und die Steuerung erfolgt so, dass sich die Honparameter in den Bohrungsabschnitten unterscheiden, wobei z.B. in einem der Bohrungsabschnitte mit größerer Andrückkraft gehont wird als in einem anderen Bohrungsabschnitt. Die Oberflächen in den Bohrungsabschnitten können dadurch hinsichtlich unterschiedlicher Bedingungen während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs optimiert werden (z.B. Kolbengeschwindigkeit bei Hubkolbenmotoren).

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

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. Fig. 1 zeigt eine schrägperspektivische schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Honwerkzeugs gemäß der beanspruchten Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Honwerkzeugs aus Fig. 1 in Axialrichtung auf das spindelferne Ende;

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Honwerkzeugs aus Fig. 1 ;

Fig. 4 zeigt einen Schnitt in einer die Werkzugachse enthaltende Radialebene durch einzeln zustellbare zweite Schneidstoffkörper gemäß Linie IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 zeigt einen Schnitt in einer die Werkzugachse enthaltende Radialebene durch erste Träger gemäß Linie V-V in Fig. 2;

Fig. 6 zeigt einen Schnitt in einer die Werkzugachse enthaltende Radialebene durch erste Träger einer anderen Ausführungsform;

Fig. 7 bis 10 zeigen verschiedene Varianten von leistenförmigen zweiten Trägern, die im

Bereich nahe der Außenfläche zur Befestigung eines Schneidstoffkörpers durch ein Muster von Ausnehmungen und integrale Federelemente elastisch nachgiebig ausgestaltet sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Figur 1 zeigt eine schrägperspektivische Darstellung eines Honwerkzeugs 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Honwerkzeug dient zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück mittels Honen und ist im Beispielsfall dafür ausgelegt, Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen zu honen. Das Honwerkzeug ist besonders gut auch zur Bearbeitung von rotationssymmetrischen Bohrungen geeignet, die Bohrungsabschnitte unterschiedlicher Durchmesser und/oder unterschiedlicher Gestalt haben, beispielsweise flaschenförmigen Bohrungen, tonnenförmigen Bohrungen und/oder Bohrungen, die mindestens einen konusförmigen Bohrungsabschnitt mit axial kontinuierlich veränderlichem Durchmesser aufweisen. Das Honwerkzeug kann jedoch auch zur Bearbeitung von kreiszylindrischen Bohrungen, also rotationssymmetrischen Bohrungen ohne axialen Konturverlauf, genutzt werden. Das Honwerkzeug hat einen aus einem Stahlwerkstoff gefertigten Werkstoffkörper 110, der eine Werkzeugachse 112 definiert, die gleichzeitig die Rotationsachse des Honwerkzeugs während der Honbearbeitung ist. Am spindelseitigen Ende des Honwerkzeugs befindet sich eine Kupplungsstruktur 120 zum Ankoppeln des Honwerkzeugs an eine Antriebsstange oder eine Arbeitsspindel einer Honmaschine oder einer anderen Bearbeitungsmaschine, welche eine Arbeitsspindel aufweist, die sowohl um die Spindelachse drehbar als auch parallel zur Spindelachse oszillierend hin- und her bewegbar ist. In Fig. 1 ist die Kupplungsstruktur 120 als funktionaler Teil einer Bajonettverbindung ausgelegt. Bei Ausführungsbeispielen zur Verwendung an der Arbeitsspindel eines Bearbeitungszentrums kann z.B. eine Kupplungsstruktur nach Art eines Hohlschaftkegels oder eines anderen Kegels vorgesehen sein.

In dem der Kupplungsstruktur 120 bzw. der (nicht dargestellten) Arbeitsspindel abgewandten Endabschnitt des Werkzeugkörpers befindet sich der Schneidbereich 130 des Honwerkzeugs, in welchem alle abrasiven Schneidstoffkörper (generelles Bezugszeichen 140) angebracht sind. Innerhalb des Schneidbereichs 130 sind viele um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilte Schneidstoffkörper angeordnet, die in einer parallel zur Werkzeugachse verlaufenden Axialrichtung eine axiale Länge LS haben, welche um ein Mehrfaches kleiner ist als ein minimaler wirksamer Außendurchmesser AD des Honwerkzeugs in dem mit Schneidstoffkörpern bestückten Schneidbereich 130.

Bei dem Ausführungsbeispiel sind alle Schneidstoffkörper als in Umfangsrichtung schmale Schneidstoffleisten ausgebildet, deren in Umfangsrichtung gemessene Breite BS klein gegenüber der axialen Länge LS ist. Ein Aspektverhältnis zwischen Länge LS und Breite BS kann beispielsweise im Bereich von 4:1 bis 25:1 liegen.

Das Honwerkzeug hat nur einen einzigen Schneidbereich 130. Dieser ist mehr oder weniger bündig mit dem spindelfernen Ende des Werkzeugkörpers im spindelabgewandten Endabschnitt des Werkzeugkörpers angeordnet, so dass gegebenenfalls auch Sacklochbohrungen bis zum Bohrungsgrund bearbeitet werden können.

Bei dem Honwerkzeug 100 in Fig. 1 handelt es sich um ein Honwerkzeug mit Doppelaufweitung, welches sich dadurch auszeichnet, dass an dem Werkzeugkörper eine erste Schneidgruppe 160-1 und eine davon unabhängig zustellbare zweite Schneidgruppe 160-2 angeordnet ist. Die erste Schneidgruppe 160-1 weist mehrere (im Beispielsfall genau vier) erste Träger 150-1 auf, die mittels eines zugeordneten ersten Zustellsystems 170-1 in zugehörige Radialrichtungen radial zur Werkzeugachse 112 zugestellt werden können. Die zweite Schneidgruppe 160-2 weist mehrere (im Beispielsfall insgesamt acht) zweite Träger 150-2 auf, die unabhängig von den ersten Trägern 150-1 in zugehörige Radialrichtungen radial zur Werkzeugachse 112 zugestellt werden können, wozu ein zweites Zustellsystem 170-2 vorgesehen ist.

Bei den Trägern 150-1 , 150-2, die die jeweiligen Schneidstoffkörper 140-1 bzw. 140-2 tragen, handelt es sich jeweils um einstückige, aus Stahlwerkstoff hergestellte Bauteile, die in sich im Wesentlichen starr sind. Jeder der ersten Träger 150-1 hat einen in Umfangsrichtung relativ breiten Trägerabschnitt 152-1 mit einer generell zylindrisch gekrümmten Außenseite 154-1 und einer dem Werkzeugkörper zugewandten, im Wesentlichen ebenen Innenseite, an der ein plattenförmiger Zustellabschnitt 156-1 nach innen ragt. An der der Außenseite 154-1 abgewandten Innenseite des Zustellabschnitts befinden sich Schrägflächen, die mit einer korrespondierenden Schrägfläche eines axial verschiebbaren ersten Zustellkonus nach Art eines Keilantriebs zusammenwirkt, so dass eine axiale Bewegung des Zustellkonus im Inneren des Werkzeugkörpers zu einer radialen Bewegung des Trägers führt. Der Zustellabschnitt 156- 1 des Trägers 150-1 sitzt radial beweglich in einer im Wesentlichen rechteckförmigen Aussparung des Werkzeugkörpers, so dass eine Radialbewegung (radial zur Werkzeugachse 112) möglich ist, aber Kippbewegungen in Querrichtung dazu weitgehend vermieden werden. Die Träger werden mithilfe mehrerer umlaufender Schraubenfedern in die nach innen zurückgezogene Position vorgespannt, so dass die radiale Zustellung nach außen gegen die Kraft dieser Rückstellfedern erfolgt.

Die außenliegenden Trägerabschnitte 152-1 sind in Umfangsrichtung so breit, dass die ersten Träger jeweils einen Umfangsabschnitt von mehr als 20° Umfangsbreite abdecken, im Beispiel sind es mehr als 30°, nämlich ca. 35° Umfangsbreite. Bei einer Zustellung in Radialrichtung zur Werkstückachse wird nur der in Umfangsrichtung betrachtete mittlere Bereich dieses Trägerabschnitts exakt radial zur Werkzeugachse zugestellt. Die weiter außen liegenden Bereiche werden parallel zu dieser Mittel-Radialrichtung zugestellt, so dass sich zwischen der lokalen Radialrichtung und der tatsächlichen Zustelleinrichtung eine kleine Winkelabweichung ergibt. Daher ist bei vielen Ausführungsformen die Umfangsbreite nicht größer als 45° oder nicht größer als 60° oder nicht größer als 90°.

Die zweiten Träger 150-2 sind im Bereich ihrer radialen Außenseiten 154-2 deutlich schmaler als die breiten Trägerabschnitte 152-1. Sie decken im Beispielsfall jeweils einen Umfangswinkelbereich von weniger als 10° ab, wobei im Beispielsfall der Umfangwinkelbereich bei etwa 5° bis 7° liegt. Absolut gesehen können die Breiten z.B. im Bereich von 1 ,5 mm bis 4.0 mm liegen. Die zweiten Träger haben wie die ersten Träger einen plattenförmigen Zustellabschnitt, der nach innen ragt und an seiner verjüngten Innenseite Schrägflächen zum Zusammenwirken mit einem axial verschiebbaren Zustellkonus eines zweiten Zustellsystems 170-2 aufweist. Auch hier sitzen die Zustellabschnitte radial beweglich, in Querrichtung dazu aber im Wesentlichen unbeweglich in einer rechteckförmigen Aussparung des Werkzeugkörpers, so dass eine Radialverschiebung möglich und Verschiebungen quer dazu unterbunden sind.

Die ersten Träger 150-1 tragen an ihren radialen Außenseiten jeweils sechs relativ schmale erste Schneidstoffkörper 140-1 in Form von Schneidleisten, die mit gegenseitigem Umfangsabstand an der Außenseite des Trägerabschnitts z.B. durch Kleben, Löten, Schrauben o.dgl. befestigt sind. Zwischen den Schneidstoffkörpern sind nutartige, achsparallele Zwischenräume, deren Umfangsbreite kleiner ist als die Umfangsbreite der jeweils benachbarten Schneidstoffkörper. Die Schneidstoffkörper decken mit ihren außen liegenden Schneidflächen insgesamt einen Umfangswinkelbereich von etwa der Hälfte oder etwas mehr der Umfangsbreite des Trägerabschnitts ab, so dass in Umfangsrichtung eine relativ hohe Flächendichte von abrasiven Schneidflächen vorliegt, jedoch unterbrochen durch längs verlaufende Zwischenräume, die die Zufuhr und Abfuhr von Kühlschmierstoff und gegebenenfalls Abrieb begünstigen.

Jeder der zweiten Träger 150-2 trägt dagegen an seiner Außenseite nur einen einzigen relativ schmalen Schneidstoffkörper 140-2, dessen axiale Länge die axiale Länge des Schneidbereichs bestimmt. Die Umfangsbreite beträgt nur ca. 20 % der Länge, ist jedoch im Beispiel größer als die Umfangsbreite der vielen schmaleren ersten Schneidstoffkörper der ersten Schneidgruppe.

Die ersten Schneidstoffkörper 140-1 sind im Beispiel von Fig. 1 nur etwa halb so lang wie die zweiten Schneidstoffkörper (etwa zwischen 40% und 70% dieser Länge) und schließen an der der Spindel abgewandten Seite auf gleicher Höhe ab wie die zweiten Schneidstoffkörper 140-2. Die ersten Schneidstoffkörper definieren dadurch einen effektiven ersten Schneidbereich, der nur etwa halb so lang ist wie der Schneidbereich 130, dessen Länge durch die Länge der zweiten Schneidstoffkörper definiert ist.

Die kürzeren ersten Schneidstoffkörper können bei anderen Ausführungsformen auch etwa in der Mitte des Schneidbereichs oder am oberen, dem Kupplungsabschnitt zugewandten Ende des Schneidbereichs angeordnet sein. Die ersten Schneidstoffkörper sind sehr verschleißbeständig und weisen vorzugsweise Diamantschneidkörner in metallischer Bindung auf. Die zweiten Schneidstoffkörper können anders aufgebaut sein, z.B. mit keramischer Bindung oder Kunststoffbindung.

Das Honwerkzeug weist weiterhin eine Führungsgruppe mit mehreren um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten, nicht-schneidenden Führungsleisten 180 auf, die jeweils an vorgegebenen Positionen fest am Werkzeugkörper angebracht, also nicht zustellbar sind. Die parallel zur Werkzeugachse ausgerichteten Führungsleisten haben eine axiale Länge, die etwa der Länge des Schneidbereichs entspricht, und sind ausschließlich innerhalb des Schneidbereichs 130 angeordnet. Die z.B. aus Hartmetall gefertigten Führungsleisten sind axial nicht länger als die Schneidstoffkörper, so dass die Führung in Axialrichtung auf denjenigen Bereich beschränkt wird, in dem auch ein Materialabtrag stattfinden kann. Es gibt keine außerhalb des Schneidbereichs 130 angeordneten Führungsleisten. Die Führungsgruppe hat sechs Führungsleisten, die in 60°-Abständen gleichmäßig über den Umfang des Werkzeugkörpers 110 verteilt sind. Die Anordnung ist so getroffen, dass jede der Führungsleisten 180 unmittelbar neben einem einzelnen zweiten Schneidstoffkörper 140-2, also einem einzeln zustellbaren Schneidstoffkörper der zweiten Schneidgruppe, angeordnet ist. Der Abstand in Umfangsrichtung ist kleiner als die in Umfangsrichtung gemessene Führungsbreite der jeweiligen Führungsleisten.

Zwei diametral gegenüber liegende Führungsleisten 180-M sind als Messleisten ausgelegt. Sie weisen in ihrer Mitte, also auf halber Höhe des Schneidbereichs, Messdüsen 185 eines pneumatischen Durchmesser- Messsystems auf. Diese können abhängig vom Anwendungsfall auch oberhalb oder unterhalb der Mitte liegen.

Einige nicht von außen erkennbare Besonderheiten des Honwerkzeugs sind anhand der Schnittdarstellungen der Fig. 4 und 5 erkennbar. Dabei zeigt Fig. 4 einen Schnitt durch eine radiale Ebene, die durch Träger und Schneidleisten der zweiten Schneidgruppe (mit Einzelleisten) geht, während Fig. 5 einen Schnitt durch erste Träger 150-1 und erste Schneidleisten 140-1 der ersten Schneidgruppe zeigt.

Das erste Zustellsystem 170-1 hat ein axial im Werkzeugkörper verschiebbar gelagertes erstes Zustellelement 172-1 in Form eines Rohrs, welches am spindelabgewandten Ende zwei axial versetzt zueinander angeordnete konische Abschnitte aufweist. Die damit in Wirkverbindung stehenden ersten Träger 150-1 der ersten Schneidgruppe haben axial zueinander versetzt zwei Schrägflächen, die mit den konischen Abschnitten nach Art eines Keilantriebs Zusammenwirken. Dadurch stützt sich jeder erste Träger in zwei mit axialem Abstand zueinander liegenden Bereichen am zugehörigen Zustellelement ab, so dass Verkippungen der ersten Träger zuverlässig vermieden werden.

Analog ist die Zustellung bei der zweiten Schneidgruppe gelöst. Das zweite Zustellsystem hat ein zweites Zustellelement 172-2 in Form einer Stange, die im Inneren des Rohrs (erstes Zustellelement) relativ dazu beweglich axial verschiebbar geführt ist. Am Ende der Stange befinden sich in axialem Abstand zueinander zwei konische Abschnitte. Die zweiten Träger 150-2 haben korrespondierend dazu an ihrer radialen Innenseite zwei axial versetzte Schrägflächen, die mit den entsprechenden Konusflächen Zusammenwirken. Dadurch ist auch hier ein Verkippen der zweiten Träger bei der Zustellung insoweit zuverlässig vermieden.

Wie in Fig. 6 gezeigt, sind auch alternative Lösungen möglich, bei denen beispielsweise die ersten Träger an ihren radialen Innenseiten nur eine einzige Schrägfläche haben, die mit einem am Zustellelement angebrachten Konus zusammenwirkt. Entsprechendes ist auch für die zweiten Träger möglich.

Die Schnittdarstellungen der Fig. 4 bis 6 lassen auch eine weitere Besonderheit gut erkennen. Das Honwerkzeug 100 hat ein integriertes Gelenk 190, mit dessen Hilfe der Werkzeugkörper 110 begrenzt beweglich an dem Anschlussstück angekoppelt ist, welches zum Anschluss an die Arbeitsspindel der Bearbeitungsmaschine dient. Das Gelenk 190 ist im Beispielsfall als ein Kugelgelenk ausgebildet, bei dem die Gelenkkugel 192 am unteren Ende des Anschlussstücks ausgebildet ist, während die korrespondierenden Lagerelemente mit konkaven sphärischen Lagerflächen innerhalb des Werkzeugkörpers 110 angebracht sind. Hierdurch ist eine begrenzte Beweglichkeit des Werkzeugkörpers gegenüber dem Anschlussstück um eine unendliche Vielzahl von quer zur Werkzeugachse verlaufenden Richtungen möglich, wodurch das Honwerkzeug insbesondere bei der Nachbearbeitung von Bohrungsinnenflächen zur Verbesserung der Oberflächenqualität den Oberflächen besonders gut folgen kann. Der axiale Abstand AB zwischen dem Gelenkpunkt (im Zentrum der Gelenkkugel) bzw. der dadurch definierten Ebene orthogonal zur Werkzeugachse und dem spindelfernen Ende des mit Schneidstoffkörpern ausgestatteten Schneidbereichs 130 kleiner ist als der wirksame Außendurchmesser AD der Schneidgruppen bei vollständig zurückgezogenen Schneidstoffkörpern. Dadurch können die eventuell bei einem Versatz zwischen Spindelachse und Bohrungsachse auftretenden Kippmomente gegenüber konventionellen Konstruktionen mit größerem Abstand verringert werden, was sich positiv auf die Bearbeitungsqualität auswirkt.

Die zweiten Träger 150-2, die die einzelnen Schneidstoffkörper der zweiten Schneidgruppe tragen, können komplett als in sich starre Bauteile aus Vollmaterial, zum Beispiel aus Stahl, gefertigt werden. Insbesondere für die Nachverfolgung von nicht-kreiszylindrischen Bohrungsinnenflächen bei der Verbesserung der Oberflächenqualität mittels der zweiten Schneidgruppe kann es vorteilhaft sein, im Kraftfluss beim Andrücken der zweiten Schneidstoffkörper eine gewisse Nachgiebigkeit einzubauen, so dass Andrückkraftspitzen vermieden werden können.

Bei den Ausführungsbeispielen, die anhand der Fig. 7 bis 10 dargestellt werden, ist dies jeweils dadurch gelöst, dass die plattenförmigen, schmalen leistenförmigen zweiten Träger in der Nähe oder an der radialen Außenseite, die zum Tragen eines schmalen Schneidstoffkörpers vorgesehen ist, einen elastisch nachgiebigen Abschnitt 150-2E aufweisen. Die elastische Nachgiebigkeit wird bei diesen Ausführungsformen dadurch erreicht, dass in dem zunächst monolithischen Träger mittels Funkenerosion oder auf andere Weise Aussparungen A geeigneter Form, Größe und Verteilung ausgearbeitet werden in der Weise, dass das an die Aussparung angrenzende Material unter äußerer Belastung nach Art einer Feder elastisch wirkt, so dass der äußere Abschnitt 150-2E insgesamt in Radialrichtung des Trägers elastisch nachgiebig wird. Diese Lösung mit integral ausgebildeten Federelementen FE hat sich als besonders robust und langlebig erwiesen. Die Federkraft kann durch geeignete Dimensionierung der Aussparungen bzw. verbleibenden Federelemente eingestellt werden.

Eine Variante dieser Bauformen wird anhand Fig. 8 erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die trägermaterial-freien Aussparungen A nicht leer, sondern vollständig mit einem elastisch nachgiebigen Elastomermaterial EL gefüllt. Dadurch kann verhindert werden, dass Materialabrieb in die Aussparungen eindringt. Außerdem kann die Federcharakteristik durch geeignete Wahl des elastischen Füllmaterials (Elastomermaterial EL) genau eingestellt und eine Dämpfung eventueller Schwingungen erreicht werden. Es können, wie dargestellt, alle Aussparungen oder nur ein Teil der Aussparungen ausgefüllt werden.

Das Honwerkzeug kann für eine Vielzahl von Feinbearbeitungsverfahren zur Bearbeitung der Innenfläche einer Bohrung mit einem Werkstück verwendet werden. Bei einer Verfahrensvariante ist vorgesehen, das Honwerkzeug zum Feinbearbeiten von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen zu verwenden, bei denen ausgehend von einer Bohrung mit einer beispielsweise kreiszylindrischen Ausgangsform eine vorzugsweise rotationssymmetrische Bohrung mit einem axialen Konturverlauf hergestellt werden soll, also eine Bohrung, die in unterschiedlichen axialen Abschnitten unterschiedliche Durchmesser hat, welche mehr oder weniger kontinuierlich ineinander übergehen. Es kann sich beispielsweise um eine konische Bohrungsform oder um eine flaschenförmige Bohrungsform oder tonnenförmige Bohrungsform handeln.

Dazu wird das Honwerkzeug an die Arbeitsspindel einer Bearbeitungsmaschine angekoppelt. Die Ausgangsform sei im Beispielsfall kreiszylindrisch und kann mittels Honen oder auch mittels einer Feinbearbeitung mit definierter Schneide, beispielsweise Feindrehen, hergestellt sein. In einer ersten Honstufe wird die erste Schneidgruppe verwendet. Diese wird nach Einführen des Honwerkzeugs in die Bohrung mithilfe des ersten Zustellsystems an die Bohrungsinnenfläche angedrückt. Mittels der ersten Schneidgruppe wird dann ausgehend von der Ausgangsform durch axial ungleichmäßigen Materialabtrag eine von der Kreiszylinderform abweichende rotationssymmetrische Bohrungsform erzeugt. Dazu kann beispielsweise die Andrückkraft als Funktion der Hublage des Honwerkzeugs in der Bohrung mittels der Steuerung so variiert werden, dass in Bereichen mit höherer Andrückkraft mehr Material abgetragen wird, so dass größere Innendurchmesser entstehen als in anderen Bereichen. Alternativ oder zusätzlich kann durch Variation der Hublänge der Bearbeitungshübe ein axial ungleichmäßiger Materialabtrag erzeugt werden, beispielsweise durch Reduzierung der axialen Höhe des oberen Umkehrpunkts der Hubbewegung bei gleichbleibendem unterem Umkehrpunkt.

Wenn die gewünschte rotationssymmetrische Bohrungsform im Rahmen der für diese erste Honstufe vorgesehenen Spezifikation erreicht ist (kann z.B. mittels pneumatischer Durchmessermessung festgestellt werden), wird die erste Schneidgruppe zurückgezogen und die zweite Schneidgruppe zugestellt. Bei der dann folgenden zweiten Honstufe wird mithilfe der einzelnen in unterschiedlichen Radialrichtungen zugestellten Einzelleisten der zweiten Schneidgruppe nur noch ein geringer Materialabtrag oder fast kein Materialabtrag geleistet, so dass sich die Makroform der Bohrung nicht oder nicht wesentlich ändert, sondern lediglich die gewünschte Oberflächenstruktur entsteht.

In vielen Fällen wird das Feinbearbeitungsverfahren dazu genutzt, eine rotationssymmetrische Bohrungsform mit axialem Konturverlauf, also axial unterschiedlichen Durchmessern, zu erzeugen und daran ohne zwischenzeitlichen Werkzeugwechsel die geeigneten Oberflächenstruktur bzw. Oberflächenstrukturverteilung zu generieren. Prinzipiell ist es auch möglich, das Honwerkzeug zum Erzeugen und/oder zum Bearbeiten von Bohrungsformen zu verwenden, die im wenigsten einen Bohrungsabschnitt eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform haben. Eine Bohrung kann beispielsweise in wenigstens einem Abschnitt eine ovale Bohrungsform oder eine Kleeblatt-Form aufweisen. Hierfür geeignete Honwerkzeug- Ausführungsformen haben vorzugsweise in der ersten Schneidgruppe, also in derjenigen mit den in Umfangsrichtung relativ breiten ersten Trägern, nur ein einziges Paar von diametral gegenüberliegenden ersten Trägern mit entsprechenden ersten Schneidstoffkörpern (zum Beispiel Vollbelag oder mehrere Einzelleisten in Abstand zueinander). Die Umfangsbreite beträgt dabei vorzugsweise weniger als 90 oder weniger als 60°. Bei der Erzeugung dieser Bohrungsform kann z.B. die Andrückkraft in Abhängigkeit von der Rotationsstellung des Honwerkzeugs variiert werden, um durch phasenweise Steigerung des Anpressdrucks Bereich mit größerem Durchmesser und durch Verringerung des Anpressdrucks Bereiche mit kleinerem Durchmesser zu erzeugen. Gegebenenfalls können auch Verfahren gemäß EP 1 815 943 A1 unter Anwendung von Schwingungsbewegungen genutzt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Honwerkzeug (100) zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück mithilfe mindestens einer Honoperation, insbesondere zum Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen, umfassend:

einen Werkzeugkörper (110), der eine Werkzeugachse (112) definiert;

eine an dem Werkzeugkörper angebrachte erste Schneidgruppe (160-1) mit mehreren radial zustellbaren ersten Trägern (150-1), die mittels eines zugeordneten ersten Schneidgruppen-Zustellsystem (170-1) radial zur Werkzeugachse (112) zustellbar sind, wobei jeder erste Träger an seiner radialen Außenseite einen

Umfangswinkelbereich von mindestens 20° abdeckt und an der Außenseite (154, 454) einen einzigen in Umfangsrichtung breiten ersten Schneidstoffkörper oder mehrere schmale erste Schneidstoffkörper (140-1) trägt, die mit gegenseitigem Abstand zueinander angeordnet sind; und

eine an dem Werkzeugkörper angebrachte zweite Schneidgruppe (160-2) mit mehreren radial zustellbaren zweiten Trägern (150-2), die mittels eines zugeordneten zweiten Schneidgruppen-Zustellsystem (170-2) unabhängig von den ersten Trägern (150-1) radial zur Werkzeugachse (112, 412) zustellbar sind, wobei jeder zweite Träger an seiner radialen Außenseite (154, 454) einen einzelnen schmalen zweiten Schneidstoffkörper (140-2) trägt,

wobei alle Schneidstoffkörper (140-1 , 140-2) der ersten und der zweiten Schneidgruppe in einem axial kurzen Schneidbereich (130) angeordnet sind, der eine in Axialrichtung gemessene Länge aufweist, die wesentlich kleiner ist als ein wirksamer Außendurchmesser (AD) der Schneidgruppen bei vollständig zurückgezogenen Schneidstoffkörpern.

2. Honwerkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem in Umfangsrichtung breiten ersten Schneidstoffkörper ein Aspektverhältnis zwischen axialer Länge und in Umfangsrichtung gemessener Breite bei 3 oder weniger, insbesondere bei weniger als 1 liegt und/oder dass bei einem schmalen ersten Schneidstoffkörper (140-1) und/oder bei einem schmalen zweiten Schneidstoffkörper (140-2) ein Aspektverhältnis zwischen axialer Länge und in Umfangsrichtung gemessener Breite bei 5 oder mehr, insbesondere im Bereich von 8 bis 25, liegt.

3. Honwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an einem ersten Träger (150-1) angebrachten ersten Schneidstoffkörper (140-1) mit ihren außen liegenden Schneidflächen insgesamt einen Umfangswinkelbereich abdecken, der mindestens 30% oder mindestens 50% der Umfangsbreite der Außenseite (154-1) des ersten T rägers entspricht.

4. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder erste Träger (150-1) an seiner radialen Außenseite mehr als zwei erste Schneidstoffkörper (140-1) trägt, vorzugsweise drei, vier, fünf, sechs oder sieben erste Schneidstoffkörper (140-1), und/oder dass ein gegenseitiger Abstand zwischen unmittelbar benachbarten ersten Schneidstoffkörpern (140-1) in der Größenordnung der Umfangsbreite der ersten Schneidstoffkörper oder darunter liegt.

5. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen in Umfangsrichtung benachbarten ersten Trägern (150-1) wenigstens ein zweiter Träger (150-2) angeordnet ist.

6. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Träger (150-1) und die zweiten Träger (150-2) in Umfangsrichtung ungleichmäßig verteilt angeordnet sind.

7. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Schneidstoffkörper (140-1) in Axialrichtung kürzer sind als die zweiten Schneidstoffkörper (140-2), wobei vorzugsweise eine axiale Länge der ersten Schneidstoffkörper weniger als 80 % und/oder mehr als 50% oder axialen Länge der zweiten Schneidstoffkörper beträgt.

8. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Honwerkzeug ein integriertes Gelenk (190) zum begrenzt beweglichen Ankoppeln des Werkzeugkörpers (110) an ein Anschlussstück aufweist, wobei vorzugsweise ein axialer Abstand (AB) zwischen einem Gelenkpunkt des Gelenks (190) und einem spindelfernen Ende des Schneidbereichs (130) kleiner ist als der wirksame Außendurchmesser (AD) der Schneidgruppen bei vollständig zurückgezogenen Schneidstoffkörpern.

9. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Schneidstoffkörper (140-2) in Bezug auf den Werkzeugkörper (110) elastisch nachgiebig gelagert sind, wobei vorzugsweise die zweiten Träger (150-2) nahe an oder angrenzend an einen zweiten Schneidstoffkörper einen elastischen Abschnitt (150-2E) mit Aussparungen (A) und einstückig mit dem Träger ausgebildeten Federelementen (FE) aufweist.

10. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Führungsgruppe mit mehreren um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten Führungsleisten (180), wobei vorzugsweise die Führungsleisten (180) ausschließlich innerhalb des Schneidbereichs (130) angeordnet sind.

11. Honwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder alle Führungsleisten (180) unmittelbar neben einem zweiten Träger (150-2) angeordnet sind, wobei vorzugsweise ein Umfangsabstand zwischen einem zweiten Träger (150-2) und der Führungsleiste (180) geringer als Breite der Führungsleiste in Umfangsrichtung ist.

12. Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schneidgruppen-Zustellsystem (170-1) und/oder das zweite Schneidgruppen-Zustellsystem (170-2) ein axial verschiebbares Zustellelement aufweist, welches einen ersten konischen Abschnitt und axial versetzt dazu einen zweiten konischen Abschnitt aufweist, wobei die ersten Träger (150-1) und/oder die zweiten Träger (150-2) an ihrer radialen Innenseite zwei axial versetzte Schrägflächen aufweisen, die zum Zusammenwirken mit dem ersten und dem zweiten konischen Abschnitt ausgebildet sind.

13. Feinbearbeitungsverfahren zur Bearbeitung der Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück, insbesondere zum Feinbearbeiten von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen, wobei das Feinbearbeitungsverfahren mindestens eine Honoperation umfasst, bei der ein aufweitbares Honwerkzeug (100) innerhalb der Bohrung zur Erzeugung einer Hubbewegung in Axialrichtung der Bohrung hin und her bewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass

bei der Honoperation ein Honwerkzeug (100) mit den Merkmalen von mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.

14. Feinbearbeitungsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Honoperation als mehrstufige Honoperation durchgeführt wird, wobei in einer ersten Honstufe eine erste Schneidgruppe an die Bohrungsinnfläche angedrückt und mittels der ersten Schneidgruppe mittels axial ungleichmäßigen Materialabtrags ausgehend von einer Ausgangsform eine von einer Kreiszylinderform abweichende, vorzugsweise rotationssymmetrische Bohrungsform erzeugt wird und dass danach in einer zweiten Honstufe eine zweite Schneidgruppe zugestellt und mittels der zweiten Schneidgruppe an der Bohrungsinnenfläche eine gewünschte Oberflächenstruktur im Wesentlichen ohne Veränderung der Makroform der Bohrung erzeugt wird.

15. Feinbearbeitungsverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Honstufe mit einer Wegsteuerung und/oder in der zweiten Honstufe kraftgesteuert gehont wird.