DE102011085189A1

DE102011085189A1 - Honverfahren, Honmaschine, Honwerkzeug und Fixierungseinrichtung

Info

Publication number: DE102011085189A1
Application number: DE102011085189A
Authority: DE
Inventors: Herbert Ludwig Rauscher; Dr. Günther Roth
Original assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Current assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-10-26
Also published as: DE102011085189B4

Abstract

Bei einem Honverfahren zum Honen von Innenflächen an Bohrungen, insbesondere zum Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken für Brennkraftmaschinen, wird eine Honmaschine eingesetzt, die mindestens eine Honeinheit mit einer Honspindel aufweist, die um eine Spindelachse drehbar, parallel zur Spindelache hin und her bewegbar und senkrecht zur Spindelachse verfahrbar ist. An die Honspindel ist eine Antriebsstange angekoppelt, die an ihrem spindelfernen Ende ein Honwerkzeug trägt, das gegenüber der Honspindel begrenzt beweglich ist. Die Honeinheit wird vor Beginn einer an einer Bohrung durchzuführenden Honoperation durch eine Verfahrbewegung senkrecht zur Spindelachse in eine Bearbeitungsposition im Wesentlichen koaxial zur Bohrung bewegt und das Honwerkzeug wird anschließend parallel zur Spindelachse in einer Einführbewegung in die Bohrung eingeführt. Das Honverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Antriebsstange und das daran angekoppelte Honwerkzeug während der Verfahrbewegung durch eine mit der Honeinheit verfahrbare externe Fixierungseinrichtung (250) in einer Ausrichtung im Wesentlichen parallel zur Spindelachse fixiert werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Honverfahren zum Honen von Innenflächen an Bohrungen, insbesondere zum Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken für Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Honmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4 sowie auf ein Honwerkzeug, das insbesondere bei der Durchführung des Honverfahrens und/oder in der Honmaschine verwendet werden kann. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Fixiereinrichtung.
Stand der Technik
Das klassische Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, bei dem ein vielschneidiges Honwerkzeug mit gebundenem Schneidmittel während einer Honoperation in der Bohrung eine aus zwei Komponenten bestehende Arbeitsbewegung ausführt, die zu einer charakteristischen Oberflächenstruktur der bearbeiteten Innenfläche führt, in der Regel mit überkreuzten Bearbeitungsspuren. Die von einer Honspindel einer Honmaschine auf das Honwerkzeug übertragene Arbeitsbewegung besteht daher in der Regel aus einer axial hin- und hergehenden Hubbewegung und einer dieser überlagerten Drehbewegung. Durch Honen sind endbearbeitete Oberflächen herstellbar, die extrem hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen sowie hinsichtlich der Oberflächenstruktur genügen. Dementsprechend werden beispielsweise beim Motorenbau Zylinderlaufflächen, d.h. Innenflächen von Zylinderbohrungen in einem Motorblock oder in einer in einen Motorblock einzubauenden Zylinderhülse, Lagerflächen für Wellen, z.B. Kurbelwellen, oder die zylindrischen Innenflächen in Pleuelaugen einer Honbearbeitung unterzogen. Auch Lagerflächen an Pleueln, Zahnrädern oder Bauteilen für andere Kraft- und Arbeitsmaschinen, beispielsweise Kompressoren, werden häufig mittels Honen bearbeitet.
Bei einer überwiegenden Zahl von Honverfahren ist eine Orientierung des Honwerkzeugs in der durch die Vorbearbeitung der Bohrung vom Werkstück vorgegebenen Bohrungsachse charakteristisch, um eine gleichachsige Bearbeitung zu erreichen, die zwar die Oberflächenstruktur verbessert und die gewünschten Maß- und Formwerte erzielt, die Position der Bohrungsachse aber praktisch nicht verändert. Eine Voraussetzung für eine gleichachsige Bearbeitung sind entsprechende Freiheitsgrade zwischen Werkstück und Honwerkzeug. Werkzeugseitig gibt es hierfür Honwerkzeuganordnungen, die dazu ausgelegt sind, geringe Abweichungen von der Achsparallelität zwischen Honspindel und Honwerkzeug zu ermöglichen, ohne dass durch resultierende Kräfte die Ergebnisse der Honoperation beeinträchtigt werden. Bekannt sind z.B. doppelgelenkige Anordnungen, die zum Ausgleich von Achsversatz zwischen Honspindel und Bohrung mit zwei Gelenken (z.B. oberes, werkzeugfernes Gelenk und unteres, werkzeugnahes oder werkzeuginternes Gelenk) ausgestattet sind. Auch die Verwendung von sogenannten Biegestangen ist bekannt, in der Regel in Verbindung mit einem werkzeugfernen oder einem werkzeugnahen Gelenk (vgl. z.B. EP 1 932 620 A1 ).
Die begrenzte Beweglichkeit des Honwerkzeugs gegenüber der Honspindel kann die Positionierung des Honwerkzeugs vor der Einführung in die nächste zu bearbeitende Bohrung und/oder bei einem ggf. vorgesehenen Werkzeugwechsel erschweren. Wird beispielsweise die Honspindel nach Ende der Bearbeitung einer ersten Bohrung zu einer anderen, danach zu bearbeitenden, zweiten Bohrung quer, d.h. senkrecht zur Spindelachse, verfahren und die Verfahrbewegung dann vor der zu bearbeitenden zweiten Bohrung abgebremst, kann es sein, dass das Honwerkzeug nicht exakt koaxial zur Bohrungsachse zum Stillstand kommt. Eine kollisionsfreie Einführung ist dann nicht ohne Weiteres möglich.
Um beim Absenken des Honwerkzeugs eine Kollision mit dem Werkstück zu vermeiden, werden häufig Einführhilfen in Form sogenannter Spülringe eingesetzt, die zentrisch zur Bohrung auf diese aufgesetzt werden und eingangsseitig schräge Einführflächen haben, die das Honwerkzeug beim Einführen zur Bohrung zentrieren. Die EP 1 616 665 A1 zeigt in 8 ein Beispiel eines verstellbaren Spülrings mit prismatischen Einführflächen. Entsprechende Positionierprobleme können auch beim automatischen Werkzeugwechsel auftreten. Die EP 1 616 665 A1 beschreibt diese Probleme und offenbart eine Vorrichtung, die dennoch einen schnellen störungsfreien Werkzeugwechsel erlaubt.
Es ist auch möglich, die Verfahrgeschwindigkeit bei der Querbewegung so gering zu halten, dass die beschriebenen Pendelbewegungen nicht in störendem Ausmaß auftreten. Dadurch werden jedoch die Taktzeiten erhöht.
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Honverfahren und eine zu seiner Durchführung geeignete Honmaschine bereitzustellen, die eine Bearbeitung von Werkstücken mit mehreren nacheinander zu bearbeitenden Bohrungen mit kürzeren Taktzeiten erlauben. Weiterhin soll ggf. ein schneller, störungsfreier Werkzeugwechsel ermöglicht werden. Es ist eine weitere Aufgabe, ein Honwerkzeug und eine Fixierungseinrichtung bereitzustellen, die daran angepasst sind, bei der Honmaschine bzw. zur Durchführung des Verfahrens verwendet zu werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Honverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie Honmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 4 bereit. Weiterhin werden ein Honwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 11 und eine Fixierungseinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 14 bereitgestellt.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Bei dem Honverfahren wird die Honeinheit vor Beginn einer an einer Bohrung durchzuführenden Honoperation durch eine Verfahrbewegung der Honeinheit senkrecht zur Spindelachse in eine Bearbeitungsposition im Wesentlichen koaxial zur Bohrung bewegt und das Honwerkzeug wird anschließend durch eine Bewegung der Honspindel parallel zur Spindelachse in einer Einführbewegung in die Bohrung eingeführt. Während der Verfahrbewegung werden die Antriebsstange und das daran angekoppelte Honwerkzeug durch eine mit der Honeinheit verfahrbare externe Fixierungseinrichtung in einer Ausrichtung im Wesentlichen parallel zur Spindelachse gehalten bzw. fixiert. Bei der Querbewegung senkrecht zur Spindelachse wird somit die gesamte in sich nachgiebige bzw. gelenkige Honwerkzeuganordnung, die normalerweise im Wesentlichen aus einer Antriebsstange und dem daran angekoppelten Honwerkzeug besteht, von außen gegen Auslenkung bzw. Pendelbewegungen parallel zur Verfahrrichtung stabilisiert. Dadurch ist es möglich, bei der Querbewegung mit höheren Verfahrgeschwindigkeiten als bisher zu arbeiten, ohne Probleme beim Einführen des Honwerkzeugs in die nächste zu bearbeitende Bohrung zu bekommen. Entsprechende Vorteile ergeben sich auch bei einem eventuellen Werkzeugwechsel, zu dem die Honeinheit mit der angekoppelten Honwerkzeuganordnung mit Hilfe des Positionierantriebs zu verfahren ist. Auf die Verwendung herkömmlicher Einführhilfen, die dem Werkstück zugeordnet sind, kann verzichtet werden.
Da die Fixierungseinrichtung von außen an der Honwerkzeuganordnung angreift, erfordert die konstruktive Umsetzung der Erfindung keinerlei Modifikationen herkömmlicher Antriebsstangen. Insbesondere müssen keine in die Antriebsstange integrierten Einrichtungen zur wahlweisen Festsetzung des Gelenks im Bereich der Schnittstelle zwischen Antriebsstange und Honwerkzeug vorgesehen sein.
Besonders vorteilhaft ist eine Verfahrensvariante, bei der das Honwerkzeug während der Einführbewegung nach Beginn des Eintauchens des Honwerkzeugs in die zu bearbeitende Bohrung, jedoch vor dem Ende der Einführbewegung, d.h. bevor das Honwerkzeug vollständig in die Bohrung eingetaucht ist, automatisch freigegeben wird. Der Begriff „Freigeben“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass beim Freigeben die für die Bearbeitung gewünschte Nachgiebigkeit bzw. Gelenkigkeit der Honwerkzeuganordnung wiederhergestellt wird. Die Freigabe wird vorzugsweise ausschließlich durch die axiale Einführbewegung der Honwerkzeuganordnung verursacht, so dass für die Freigabe keine gesonderte Betätigungseinrichtung notwendig ist. Die durch den Hubantrieb bewirkte Einführbewegung führt zu einem automatischen Wechsel zwischen einer fixierten Konfiguration und einer freigegebenen Konfiguration der Honwerzeuganordnung, wobei in der fixierten Konfiguration die Antriebsstange und das daran angekoppelte Honwerkzeug gegen Querbewegungen stabilisiert sind, während solche Querbewegungen in der freigegebenen Konfiguration in begrenztem Ausmaß möglich sind, damit das Honwerkzeug bei der Bearbeitung der Bohrung sich am Werkstück orientieren und in der Bohrung selbst zentrieren kann.
Eine zur Durchführung des Honverfahrens geeignete Honmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass eine mit der Honspindel senkrecht zur Spindelachse verfahrbare externe Fixierungseinrichtung vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass die Antriebsstange und das daran angekoppelte Honwerkzeug während der Verfahrbewegung durch die Fixierungseinrichtung von außen in einer Ausrichtung im Wesentlichen parallel zur Spindelachse gehalten werden.
Vorzugsweise ist die Fixierungseinrichtung so konstruiert, dass das Honwerkzeug nach Beginn des Eintauchens des Honwerkzeugs in die zu bearbeitende Bohrung, jedoch vor dem Ende der Einführbewegung, automatisch freigegeben wird, so dass die Gelenkigkeit bzw. Nachgiebigkeit der Honwerkzeuganordnung für die Bearbeitung uneingeschränkt zur Verfügung steht.
Bei bevorzugten Ausführungsformen weist die Fixierungseinrichtung ein Fixierungselement auf, welches die Antriebsstange zumindest an zwei in Verfahrrichtung gegenüberliegenden Seiten mit geringem Spiel umgreift. Dadurch kann die Schwenkbewegung der Antriebsstange beim Verfahren in Querrichtung weitestgehend verhindert werden, während eine Relativbewegung zwischen Antriebsstange und Fixierungselement in axialer Richtung nicht behindert wird.
Das Fixierungselement kann z.B. ein im Wesentlichen hülsenförmiges bzw. ringförmiges Element sein, welches die Antriebsstange allseitig mit geringem Spiel umgreift und dadurch Pendelbewegungen in alle Richtungen auf ein Minimum mechanisch begrenzen kann. Das Fixierungselement kann ein relativ einfach zu fertigendes, ggf. einstückiges Bauteil sein. Es wäre auch möglich, die Fixierungseinrichtung mit gegeneinander beweglichen Elementen auszustatten, z.B. mit Halbschalen, die nach Art einer Zange radial voneinander weg oder aufeinander zu verfahren werden können, um wahlweise die Antriebsstange gegen Querbewegungen zu fixieren oder für die Bearbeitung freizugeben.
Bei einer Ausführungsform ist eine mit der Honeinheit verfahrbare, parallel zur Spindelachse ausgerichtete Linearführungseinrichtung vorgesehen, die einen parallel zur Spindelachse verfahrbaren Schlitten trägt, an dem das Fixierungselement befestigt ist. Die Kombination aus Schlitten und Fixierungselement ist vorzugsweise als passive Einrichtung ohne Eigenantrieb ausgelegt, was die Konstruktion einfach und kostengünstig macht. Es ist jedoch auch möglich, diese Anordnung mit Hilfe eines Eigenantriebs aktiv verfahrbar auszugestalten.
Besonders günstig sind Varianten, bei denen das Fixierungselement so ausgelegt ist, dass das Fixierungselement im Bereich der Schnittstelle zwischen Antriebsstange und Honwerkzeug ein dort vorhandenes stangenseitiges oder werkzeugseitiges Gelenk ausschalten bzw. stillsetzen kann, so dass das Honwerkzeug dann in einer zur Antriebsstange koaxialen Stellung fixiert ist. Das Fixierungselement hat bei solchen Ausführungsformen eine Doppelfunktion, indem einerseits eine eventuelle Pendelbewegung der Antriebsstange verhindert wird und andererseits ein Gelenk im Bereich der Schnittstelle zwischen Antriebsstange und Honwerkzeug für die Einführbewegung fixiert werden kann.
Bei einer Ausführungsform hat das Fixierungselement an seinem dem Honwerkzeug zugewandten Ende einen ersten Fixierungsabschnitt zum formschlüssigen Angreifen an einem korrespondierenden zweiten Fixierungsabschnitt des Honwerkzeugs, wobei das Honwerkzeug gegenüber der Antriebsstange verschwenkbar ist, wenn die Fixierungsabschnitte außer Eingriff sind und in einer zur Antriebsstange koaxialen Stellung fixiert ist, wenn der erste Fixierungsabschnitt in formschlüssigem Eingriff mit dem zweiten Fixierungsabschnitt steht.
Der erste Fixierungsabschnitt am werkzeugseitigen Ende des Fixierungselements kann beispielsweise durch einen zum Honwerkzeug erweiterten Innenkonus gebildet sein, der mit einem zumindest partiell konischen Zentrierabschnitt am Werkzeugkörper des Honwerkzeugs zusammenwirkt. Der erste Fixierungsabschnitt kann alternativ auch ein oder mehrere andere Fixierungselemente aufweisen, vorzugsweise Fixierungselemente mit Schrägflächen, die mit korrespondierenden Schrägflächen am Honwerkzeug zusammenwirken, um bei einer axialen Aufschiebbewegung des Fixierungselementes auf das Honwerkzeug eine Ausrichtung des Honwerkzeugs koaxial zur Antriebsstange und danach eine Fixierung des Honwerkzeugs in der koaxialen Position zu erreichen. Hierzu können beispielsweise am Fixierungselement ein oder mehrere konische Stifte vorgesehen sein.
Um zu erreichen, dass das Honwerkzeug während der Einführbewegung nach Beginn des Eintauchens, aber vor Ende der Einführbewegung automatisch freigegeben werden kann, hat die Fixierungseinrichtung bei bevorzugten Ausführungsformen einen Anschlagsabschnitt, der mit einem an einer vorgebbaren Axialposition angeordneten oder anordenbaren Anschlag korrespondiert und bei der Einführbewegung des Honwerkzeugs in die Bohrung an dem Anschlag anschlägt, nachdem ein spindelferner Abschnitt des Honwerkzeugs in die Bohrung eingeführt ist und bevor das Honwerkzeug seine voll eingeführte Position erreicht. Die Fixierungseinrichtung wird dadurch bei der Einführbewegung zum richtigen Zeitpunkt bzw. in der richtigen axialen Position gefangen und das Honwerkzeug wird für die nachfolgende Honbearbeitung automatisch freigegeben.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Honwerkzeug, das besonders zur Durchführung des Verfahrens geeignet und für ein Zusammenspiel mit der Fixierungseinrichtung konstruiert ist. Das Honwerkzeug zeichnet sich gegenüber herkömmlichen gattungsgemäßen Honwerkzeugen dadurch aus, dass der Werkzeugkörper an der der Kupplungsstruktur zugewandten Seite einen mindestens partiell konischen Zentrierabschnitt aufweist, der sich zur Kupplungsstruktur verjüngt. Dieser Zentrierabschnitt, der im Folgenden als „konischer Zentrierabschnitt“ bezeichnet wird, bildet im Zusammenwirken mit Ausführungsformen des Fixierungselementes den zweiten Fixierungsabschnitt, der mit dem ersten Fixierungsabschnitt am Fixierungselement zusammenwirkt, um abhängig von der Axialposition des Fixierungselementes an der Honwerkzeuganordnung das Honwerkzeug wahlweise koaxial zur Antriebsstange zu fixieren (Zentrierabschnitte in formschlüssigem Eingriff miteinander) oder die Gelenkigkeit im Bereich der Schnittstelle Antriebsstange/Honwerkzeug freizugeben (Zentrierabschnitte außer Eingriff miteinander).
Um eine zuverlässige und gegen Querkräfte stabile Zentrierung des Honwerkzeugs an der Antriebsstange zu gewährleisten, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der konische Zentrierabschnitt bzw. konische oder allgemein schräg verlaufende Flächenabschnitte im Bereich des konischen Zentrierabschnitts einen relativ kleinen Konuswinkel bilden. Der Konuswinkel liegt vorzugsweise deutlich unterhalb von 45°, beispielsweise zwischen 5° und 30°, insbesondere zwischen 10° und 20°.
Alternativ oder zusätzlich wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Zentrierabschnitt eine relativ große axiale Länge hat, die bei bevorzugten Ausführungsformen zwischen ca. 5 % und ca. 30 %, insbesondere zwischen 10 % und 20 % des mittleren Durchmessers des Werkzeugkörpers in der Mitte des Zentrierabschnitts beträgt. Geeignete Zentrierabschnitte unterscheiden sich somit sowohl hinsichtlich des Konuswinkels als auch hinsichtlich ihrer axialen Länge deutlich von gelegentlich an Werkzeugkörpern vorgesehenen Fasen, die hauptsächlich zur Vermeidung von scharfen Kanten im Werkzeugkörper angebracht werden.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Art der Werkzeugzentrierung im Vergleich zu den konventionellen Spülringen besteht darin, dass die Vorrichtung in gewissen Grenzen unabhängig vom Wirkdurchmesser des Honwerkzeuges arbeitet, also vom Durchmesser des mit Schneidleisten besetzten expandierbaren Bereichs. Während bei Spülringen deren Innendurchmesser eng an den Außendurchmesser im Bereich der Schneidleisten angepasst sein muss, ist dies bei der vorliegenden vorgeschlagenen Fixierung nicht notwendig, da sich der werkzeugseitige Zentrierabschnitt am Werkzeugkörper befindet. Es kann also für unterschiedliche Werkzeuge über einen relativ großen Wirkdurchmesserbereich das gleiche Fixierungselement verwendet werden, solange am Werkzeugkörper ein konischer Zentrierabschnitt geeigneter Dimensionen angebracht werden kann.
Die Anbringung eines Zentrierabschnitts am Werkzeugkörper bietet weiterhin große Flexibilität bei der konstruktiven Realisierung der Gelenkigkeit im Bereich der Schnittstelle zwischen Antriebsstange und Honwerkzeug. Bei manchen Ausführungsformen ist zwischen dem Werkzeugkörper des Honwerkzeugs und der spindelseitigen Kupplungsstruktur des Honwerkzeugs ein vorzugsweise mehrachsiges Gelenk angeordnet (Honwerkzeug mit integriertem Gelenk). Alternativ kann ein vorzugsweise mehrachsiges Gelenk im werkzeugseitigen Endabschnitt der Antriebsstange vorgesehen sein. Dann benötigt das Honwerkzeug kein integriertes Gelenk, um eine begrenzte Beweglichkeit im Bereich der Schnittstelle zu erzielen. In beiden Fällen ist eine bedarfsweise Fixierung des Gelenks mit Hilfe des Fixierungselementes möglich.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Fixierungseinrichtung, die z.B. als Nachrüstsatz geliefert werden kann, um eine konventionelle Honmaschine in eine erfindungsgemäße Honmaschine umzurüsten. Im montierten Zustand ist die Fixierungseinrichtung mit der Honspindel der Honmaschine senkrecht zur Spindelachse verfahrbar. Die Fixierungseinrichtung ist derart ausgebildet ist, dass die Antriebsstange der Honmaschine und das daran angekoppelte Honwerkzeug während der Verfahrbewegung durch die Fixierungseinrichtung in einer Ausrichtung im Wesentlichen parallel zur Spindelachse gehalten werden.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils einer Honmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine Detailansicht des werkzeugseitigen Endabschnitts der Antriebsstange mit dem Honwerkzeug sowie eine Ausführungsform einer Fixierungseinrichtung;
3 zeigt in 3A bis 3D verschiedene Phasen bei Achsbewegungen der Honspindel vor und während der Einführung des Honwerkzeugs in eine zu bearbeitende Bohrung; und
4 zeigt eine Phase der Einführbewegung eines Honwerkzeugs bei einer anderen Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In 1 ist eine schematische Ansicht eines Teils einer Honmaschine 100 in Richtung parallel zur x-Richtung des Maschinenkoordinatensystems MKS gezeigt. Die Honmaschine hat mehrere in x-Richtung (Querrichtung) nebeneinander angeordnete und gleichzeitig betreibbare Honeinheiten, wovon in 1 eine Honeinheit 110 dargestellt ist. Die Honmaschine ist zum Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken für Brennkraftmaschinen eingerichtet. Ein aktuell zu bearbeitendes Werkstück 120 ist unterhalb der Honeinheit auf einer starren Werkstückhaltevorrichtung 125 fest aufgespannt. Das Werkstück ist im Beispielsfall ein Zylinderkurbelgehäuse eines 4-Zylinder-Reihenmotors mit vier achsparallelen Zylinderbohrungen. Die als nächstes zu bearbeitende Bohrung 122 ist zu erkennen, die anderen Bohrungen liegen in x-Richtung versetzt.
Auf die Deckfläche des Zylinderkurbelgehäuses ist eine Verspannungseinrichtung 128 in Form einer sogenannten „Honbrille“ aufgespannt, um das Werkstück für die Honbearbeitung in einen definierten Verspannungszustand zu bringen. Details zu hierfür verwendbaren Honbrillen finden sich z.B. in Patent DE 10 2007 015 153 B4 und dem darin genannten Stand der Technik.
Die Honeinheit 110 ist an der Vorderseite einer auf dem Maschinenbett der Honmaschine aufgebauten vertikalen Trägerkonstruktion 105 angebracht. Die Honeinheit umfasst einen Spindelkasten 112, der als Lagerung für die Honspindel 114 dient, die mit vertikaler Spindelachse 116 im Spindelkasten geführt ist. Die Drehung der Honspindel um die Spindelachse wird durch einen Drehantrieb 130 bewirkt, der am Spindelkasten angebracht ist und über einen Kettentrieb auf die Honspindel wirkt. Ein mit dem Spindelkasten 112 konstruktiv verbundener Hubantrieb 140 bewirkt die parallel zur Spindelachse 116 verlaufenden Vertikalbewegungen der Honspindel beim Einführen des später noch erläuterten Honwerkzeugs 200 in die zu bearbeitende Bohrung bzw. beim Herausziehen des Honwerkzeugs aus dieser Bohrung. Außerdem kann der Hubantrieb während der Honbearbeitung so angesteuert werden, dass das Honwerkzeug innerhalb der Bohrung des Werkstücks eine vertikale Hin- und Herbewegung entsprechend der gewünschten Honparameter ausführt.
Zur Aufnahme vertikal nach oben gerichteter Bearbeitungskräfte beim Honen ist eine mit dem Spindelkasten 112 verbundene und gemeinsam mit der Honspindel in Querrichtung verfahrbare Gegenhaltereinrichtung 190 vorgesehen. Diese hat ein horizontal ausgerichtetes, im Wesentlichen ringförmiges Gegenhalterelement 192 mit einer koaxial zur Spindelachse 116 verlaufenden Durchlassöffnung für die Honwerkzeuganordnung mit dem Honwerkzeug 200. Das Gegenhalterelement ist unabhängig von der Honspindel parallel zur Spindelachse, also in vertikaler Richtung, verfahrbar und kann für die Bearbeitung mit vorgebbarer Auflagekraft auf das Werkstück aufgesetzt werden, um dieses in Vertikalrichtung spielfrei zu halten (Andrückkraft nahe null) oder ggf. mit einer gewissen Andrückkraft niederzuhalten. Hierzu ist das Gegenhalterelement an einem vertikal verfahrbaren Schlitten 194 befestigt, der auf einer parallel zur Spindelachse ausgerichteten Linearführungseinrichtung 196 geführt ist, welche wiederum parallel zur x-Richtung horizontal gegenüber der Trägerkonstruktion 105 verfahrbar ist. Über einen elektromechanischen Verstellantrieb 198 kann die vertikale Position des Gegenhalterelements verstellt und ggf. die auf das Werkstück ausgeübte Auflagekraft eingestellt werden.
Abhängig vom Verfahren sind hier unterschiedliche Varianten möglich. Bei einer Variante steht das Gegenhalterelement in Kontakt mit dem Werkstück und übt eine endliche, normalerweise relativ geringe Kraft auf dieses aus. Diese Auflagekraft ist einstellbar. Bei einer anderen Variante wird das Werkstück mittels des Gegenhalterelements spielfrei gehalten. Hierzu wird Berührungskontakt zum Werkstück hergestellt, allerdings ohne dass eine Kraft auf das Werkstück ausgeübt wird (Auflagekraft =0). Bei einer anderen Variante bleibt ein geringer Abstand zwischen Werkstück und Gegenhalterelement. Dieses kann dann als Anschlag zur Begrenzung einer Aufwärtsbewegung des Werkstücks beim Honen dienen, z.B. um zu verhindern, dass das Werkstück bei der Aufwärtsbewegung des Honwerkzeugs von Indexeinrichtungen abgehoben wird.
Das in 2 besonders gut zu erkennende Honwerkzeug 200 hat zwei unabhängig voneinander zustellbare Schneidgruppen, ist also ein doppelt aufweitbares Honwerkzeug. Die Honeinheit hat ein entsprechendes Zustellsystem, das zwei unabhängig voneinander betätigbare Zustelleinrichtungen umfasst. Eine hydraulisch oder elektromechanisch betätigbare erste Zustelleinrichtung hat einen ersten Aufweitantrieb 152 (z.B mit einem Hydraulikzylinder oder einem Servomotor), der auf eine zentrisch durch die Honspindel hindurch laufende Druckstange wirkt und diese axial verschieben kann. Diese Druckstange ist innerhalb einer hohlen Druckstange koaxial mit dieser und relativ zu dieser beweglich angeordnet. Die hohle Druckstange gehört zu einer elektromechanischen zweiten Zustelleinrichtung mit einem elektromechanischen Zustellantrieb 154. Da der Aufbau von doppelt-aufweitenden Zustellsystemen an sich bekannt ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung hier verzichtet.
Die Honeinheit 110 mit der darin enthaltenen vertikalen Honspindel ist als Ganzes in horizontaler Richtung parallel zur x-Achse des Maschinenkoordinatensystems verfahrbar. Diese Richtung wird hier als „Querrichtung“ bezeichnet. Dadurch ist es möglich, ohne Verlagerung des Werkstücks an einem Werkstück zunächst eine erste Bohrung zu bearbeiten, die Honspindel dann zurückzuziehen, die Honeinheit als Ganzes in einer Querbewegung parallel zur x-Richtung zu verfahren und koaxial zu einer danach zu bearbeitenden zweiten Bohrung zu positionieren, um mit der gleichen Honeinheit die zweite Bohrung zu bearbeiten. Horizontale Querbewegungen können auch dazu benutzt werden, die Honeinheit zu einem in Linie mit der Querbewegung angeordneten Werkzeugwechsler zu verfahren. Um die horizontale Querbewegung zu ermöglichen, ist der Spindelkasten 112 auf einem horizontal verfahrbaren Schlitten 172 montiert, der auf zwei horizontalen Führungsschienen 174 an der dem Spindelkasten zugewandten Vorderseite der Trägerstruktur 105 linear geführt ist. Die Querbewegung wird durch einen Positionierantrieb 170 bewirkt, der zwischen der Trägerkonstruktion und dem Schlitten 172 angeordnet ist.
Die Honmaschine 100 ist für einen Honprozess eingerichtet, bei dem durch eine gleichachsige Bearbeitung die an den Zylinderlaufflächen gebildeten Oberflächenstruktur eingestellt und Maß- und Formtoleranzen gegenüber den vorgeschalteten Bearbeitungsstufen verbessert werden sollen. Die Position der Bohrungsachse soll durch die Honbearbeitung nicht verändert werden. Daher ist für das Honen eine gelenkige bzw. nachgiebige Kopplung zwischen der Honspindel und dem Honwerkzeug vorgesehen, damit das Honwerkzeug der hinsichtlich ihrer Position bereits vorgegebenen Bohrung folgen kann, ohne aktiv deren Position zu verändern.
Hierzu wird an die Honspindel 116 eine Antriebsstange 180 angekoppelt, an deren spindelfernem Ende das Honwerkzeug 200 angekoppelt wird. Die Antriebsstange und das angekoppelte Honwerkzeug bilden eine doppelgelenkige Honwerkzeuganordnung. Die Antriebsstange bildet dabei ein Verbindungselement zwischen Honspindel und Honwerkzeug und dient zur Übertragung von Bearbeitungskräften in Axialrichtung sowie von Drehmomenten.
Die Antriebsstange hat eine spindelseitige Kupplungsstruktur 182 zur Kupplung der Antriebsstange an die Honspindel bzw. an einen an der Honspindel angebrachten Antriebskopf 187, sowie eine werkzeugseitige Kupplungsstruktur 184, an die das Honwerkzeug angekoppelt werden kann, welches eine korrespondierende Kupplungsstruktur aufweist. Die spindelseitige Kupplungsstruktur 182 bildet einen Teil einer Bajonettkupplung mit L-förmigem Einschnitt, der mit einem korrespondierenden Radialstift an der korrespondierenden Kupplungsstruktur am Antriebskopf 187 zusammenwirkt. An die spindelseitige Kupplungsstruktur 182 schließt sich zum Mittelteil 186 der Antriebsstange ein Gelenk 183 an, welches die spindelseitige Kupplungsstruktur 182 gelenkig mit dem Mittelteil der Antriebsstange verbindet. Die werkzeugseitige Kupplungsstruktur 184 ist ebenfalls als Kupplungsteil einer Bajonettkupplung ausgebildet und hat ein stirnseitig offenes, L-förmiges Langloch, in welches beim Herstellen der Verbindung zum Honwerkzeug ein radialer Kupplungsstift an der spindelseitigen Kupplungsstruktur 214 des Honwerkzeugs eingreift (vgl. 2).
Das Honwerkzeug 200 hat einen Werkzeugkörper 210, der eine Werkzeugachse 212 definiert. An dem Werkzeugkörper ist eine spindelseitige Kupplungsstruktur 214 zur lösbaren Kopplung des Honwerkzeugs an der Antriebsstange vorgesehen. Das expandierbare Honwerkzeug trägt an seinem Umfang zwei unabhängig voneinander zustellbare Schneidgruppen mit leistenförmigen Schneidstoffkörpern 204 (Honsteinen) zum materialabtragenden Bearbeiten der Innenfläche der zu honenden Bohrung. Jeder der Schneidgruppen ist ein eigenes SchneidgruppenZustellsystem zugeordnet, um die Honleisten einer Schneidgruppe unabhängig von den Honleisten der anderen Schneidgruppe radial zustellen zu können und bei der Honbearbeitung einen radial zur Werkzeugachse wirkenden Anpressdruck zwischen Schneidkörper und Bohrungsinnenfläche zu erzeugen. Die Schneidgruppen werden machinenseitig über die hydraulische bzw. die elektromechanische Zustelleinrichtung betätigt.
Das Honwerkzeug 200 hat ein integriertes zweiachsiges Gelenk 220, das zwischen dem Werkzeugkörper 210 und der spindelseitigen Kupplungsstruktur 214 angeordnet ist. Dadurch ist der Werkzeugkörper mit den daran angebrachten Schneidgruppen relativ zur Antriebsstange begrenzt verschwenkbar.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform eines Honwerkzeugs ohne integriertes Gelenk ist die spindelseitige Kupplungsstruktur fest mit dem Werkzeugkörper verbunden. Um dort im Bereich der Schnittstelle zwischen Antriebsstange und Honwerkzeug eine Gelenkigkeit zu erzielen, ist die werkzeugseitige Kopplungsstruktur der Antriebsstange über ein Gelenk mit dem daran anschließenden Mittelteil der Antriebsstange verbunden.
Eine Besonderheit des Honwerkzeugs 200 besteht darin, dass der Werkzeugkörper 210 an seinem der Kupplungsstruktur 214 zugewandten oberen Ende unterhalb des Gelenks 220 einen wenigstens teilweise konischen Zentrierabschnitt 230 aufweist, der sich von der Seite der Schneidstoffkörper zur Kupplungsstruktur hin verjüngt. Der konische Zentrierabschnitt kann konische Segmente aufweisen oder durchgehend konisch mit Abflachungen gestaltet sein. Dadurch kann im Bereich des Zentrierabschnitts Kühlschmierstoff auch dann zum Bereich der Honleisten gelangen, wenn der konische Zentrierabschnitt in Eingriff mit dem konischen Fixierungsabschnitt des Fixierungselements steht.
Der Konuswinkel, also der Winkel zwischen der Werkzeugachse 212 und einer durch die Werkzeugachse gehenden Tangente an die Konusfläche, beträgt bei der Ausführungsform ca. 15°. Er sollte generell weniger als 45° betragen und kann beispielsweise zwischen 10° und 30° liegen. Bei Konuswinkeln von 10° oder mehr kann Selbsthemmung beim Eingriff der konischen Zentrierabschnitte zuverlässig vermieden werden.
Die axiale Länge des Zentrierabschnitts beträgt ein Vielfaches der typischen axialen Länge von Fasen, wie sie beispielsweise zur Brechung von Kanten an Werkstücken allgemein vorgesehen sein können. Die axiale Länge des Zentrierabschnitts beträgt im Beispielsfall zwischen 10% und 20% des Durchmessers des Zentrierabschnitts im Mittelbereich zwischen dem breiten Ende und dem verjüngten Ende und kann allgemein im Bereich zwischen 5% und 30% dieses mittleren Durchmesser liegen. Eine nicht zu geringe axiale Länge in Verbindung mit einem relativ spitzen Konuswinkel hat sich als nützlich für die unten noch näher beschriebene Fixierungsfunktion herausgestellt.
Die doppelt-gelenkige Anbindung des Honwerkzeugs 200 an die Honspindel 116 ermöglicht die gewünschte gleichachsige Honbearbeitung der Bohrungsinnenflächen. Die gelenkige bzw. nachgiebige Anbindung an die Honspindel kann sich jedoch nachteilig auswirken, wenn die Honeinheit mit heraufgefahrener Honspindel nach der Bearbeitung einer ersten Bohrung in Querrichtung zu einer zweiten, danach zu bearbeitenden Bohrung verfahren und dort das Honwerkzeug durch Absenken der Honspindel wieder in die zu bearbeitende Bohrung eingeführt werden soll. Zu Beginn der Querbewegung werden der gelenkig angebundene Teil der Antriebsstange und das daran angekoppelte Honwerkzeug der in Richtung der neu zu bearbeitenden Bohrung vorauseilenden Honspindel aufgrund von Trägheitskräften nacheilen. Wenn die Honspindel dann vor Erreichen der neuen Bohrung abbremst und an der Position der neuen Bohrung koaxial zu dieser stehen bleibt, kann es zu einer Pendelbewegung der Antriebsstange und des daran angebrachten Honwerkzeugs über die Bohrung hinaus kommen. In der Regel richtet sich die Antriebsstange aufgrund der Schwerkraft in gewissem Umfang relativ gut zur Bohrung aus, eine vollständig koaxiale Anordnung ist jedoch aufgrund der internen Reibungskräfte im System nur in Ausnahmefällen möglich.
Um die hiermit verbundenen Probleme der Zentrierung des Honwerkzeugs vor Einführung in eine neue Bohrung zu vermeiden, ist eine vollmechanisch arbeitende Konstruktion vorgesehen, die die problematische Pendelbewegung der gelenkigen Honwerkzeuganordnung von Anfang an auf ein unkritisches Minimum reduziert oder komplett eliminiert und die gleichzeitig als Zentrierhilfe bei der Einführung des Honwerkzeugs in die nächste zu bearbeitende Bohrung nach einem Verfahren in Querrichtung dient.
Die Honmaschine 100 hat eine Fixierungseinrichtung 250, die synchron mit der Honspindel 114 senkrecht zur Spindelachse 116 und parallel zur horizontalen x-Achse verfahrbar ist und die derart ausgebildet ist, dass die Antriebsstange 180 und das daran angekoppelte Honwerkzeug 200 während der horizontalen Verfahrbewegung der Honeinheit durch die Fixierungseinrichtung in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung, also in einer Ausrichtung im Wesentlichen parallel zur Spindelachse 116 gehalten werden. Die Fixierungseinrichtung weist hierzu ein mechanisches Fixierungselement 260 in Form einer weitgehend zylindrischen Hülse auf, die die Antriebsstange allseitig mit geringem radialen Spiel S umgreift. Das radiale Spiel S liegt beispielsweise in der Größenordnung von einem oder wenigen Zehntel Millimetern (im Radius), z.B. bei maximal 0.5 mm. Das Fixierungselement ist in Bezug auf die Honspindel so montiert, dass die Mittelachse des Fixierungselementes mit der Spindelachse 116 fluchtet. Die axiale Länge der Fixierungshülse ist im Beispielsfall größer als der Durchmesser der Antriebsstange und beträgt im Beispiel ca. das Doppelte dieses Durchmessers. Die axiale Länge kann auch deutlich kürzer oder länger sein. Das Fixierungselement bewirkt eine mechanische Begrenzung der Schwenkbewegung der Antriebsstange bei Bewegung in Querrichtung und auch in anderen Radialrichtungen. Eine Pendelbewegung ist nur im Ausmaß des zwischen dem Fixierungselement und der Antriebsstange vorliegenden Spiels S möglich, eine axiale Bewegung auf der Antriebsstange relativ zum Fixierungselement ist aufgrund des Spiels in keiner Weise behindert.
Das Fixierungselement 260 ist unabhängig von der Honspindel parallel zur Spindelachse, also in vertikaler Richtung, verfahrbar. Hierzu ist das Fixierungselement an einem vertikal verfahrbaren Schlitten 252 befestigt, der auf dem Vertikalschlitten 196 der Gegenhaltereinrichtung achsparallel zu dessen Bewegungsrichtung geführt ist. Das Fixierungselement ist ein passives Bauteil ohne eigenen Antrieb. Es wird durch sein Eigengewicht nach unten gegen einen Anschlag 256 am Schlitten 194 gedrückt, kann aber vom Anschlag weg nach oben verfahren werden.
Das Fixierungselement 260 hat eine rotationssymmetrische Innenkontur mit zwei aneinander angrenzenden Abschnitten unterschiedlicher Funktion. Der obere Teil bildet einen zylindrischen Abschnitt 262, dessen Innendurchmesser um ca. 0.2 mm bis 1 mm größer ist als der Außendurchmesser der Antriebsstange im werkzeugseitigen Endbereich. An diesen Abschnitt 262 schließt sich nach unten ein konischer Fixierungsabschnitt 264 an, der sich nach unten hin trichterförmig erweitert. Der Konuswinkel entspricht dem Konuswinkel des konischen Führungsabschnitts 230 am Werkzeugkörper, so dass der konische Fixierungsabschnitt des Fixierungselements 260 formschlüssig auf den Fixierungsabschnitt 230 am Werkzeugkörper des Honwerkzeugs passt. Um zu erreichen, dass der konische Zentrierabschnitt 230 des Honwerkzeugs mit dem Fixierungselement 260 zusammenwirken kann, das mit geringem Spiel axial gegenüber der Antriebsstange verschiebbar ist, hat der werkzeugseitige Zentrierabschnitt 230 an seinem breiten Ende einen Durchmesser, der größer als der Durchmesser eines werkzeugseitigen Endabschnitts der Antriebsstange ist.
Wenn sich das Fixierungselement in einer axialen Fixierungsposition befindet, in der der Innenkonus am Fixierungselement auf dem Außenkonus des Honwerkzeugs aufsitzt, dann ist die Werkzeugachse des Honwerkzeugs automatisch koaxial zur Längsachse der Antriebsstange bzw. zur Spindelachse ausgerichtet. Der Werkzeugkörper ist dann starr formschlüssig mit dem Fixierungselement 260 verbunden, welches wiederum im Wesentlichen koaxial zur Antriebsstange sitzt. Die Gelenkigkeit des Honwerkzeugs gegenüber der Antriebsstange ist damit aufgehoben. Diese formschlüssige Kopplung und Ausrichtung arbeitet selbst dann, wenn das Honwerkzeug zunächst eine Schrägstellung gegenüber der Antriebsstange einnimmt, da durch Ausgestaltung der korrespondierenden Konusflächen in jedem Fall sichergestellt ist, dass das Honwerkzeug durch das sich absenkende Fixierungselement in die koaxiale Stellung gedrückt wird.
Wenn das Fixierungselement 260 ausreichend weit vom Honwerkzeug abgehoben ist, ist die Gelenkigkeit im Bereich der Schnittstelle Antriebsstange/Honwerkzeug wieder hergestellt (Freigabekonfiguration).
Im Zusammenhang mit 3 wird nun ein mit der Honmaschine durchführbares Honverfahren beschrieben. Die 3A bis 3D zeigen hierbei unterschiedliche Phasen der Einführbewegung eines Honwerkzeugs in eine durch Honen zu bearbeitende Bohrung 122 des Werkstücks 120. Bevor die Honeinheit in die in 3A gezeigte Bearbeitungsposition gefahren wird, in der die Spindelachse der Honspindel mit der Bohrungsachse fluchtet, wurde mit Hilfe der gleichen Honeinheit eine andere Bohrung gehont, die sich in x-Richtung versetzt zur Bohrung 122 befindet.
Bei der Querbewegung von der vorher bearbeiteten Bohrung zu der danach zu bearbeitenden Bohrung wird die doppel-gelenkige Honwerkzeuganordnung durch die Fixiereinrichtung 250 mit Hilfe des Fixierelements 260 in der koaxial zur Spindelachse ausgerichteten Konfiguration gehalten, so dass eine Pendelbewegung der Honwerkzeuganordnung vermieden wird und das Honwerkzeug praktisch unmittelbar nach Erreichen der neuen Bearbeitungsposition in die Bohrung abgesenkt werden kann.
Ausgehend von der in 3A gezeigten Situation unmittelbar nach Abbremsen der Querbewegung wird zunächst die Gegenhalteeinrichtung 190 abgesenkt, bis es mit geringem Abstand oberhalb der Oberseite des Werkstücks positioniert ist. Die Honspindel befindet sich dabei noch in ihrer auch bei der Querbewegung eingenommen zurückgezogenen Stellung. Das Fixierungselement 260 sitzt mit seinem Eigengewicht auf dem Honwerkzeug 200 auf. Dabei ist der innenkonische Zentrierabschnitt des Fixierungselements auf den außenkonischen Zentrierabschnitt am Honwerkzeugkörper aufgestülpt, so dass das werkzeugseitige Gelenk still gesetzt ist.
Wenn die Gegenhalteeinrichtung ihre Halteposition eingenommen hat (3B) beginnt die Absenkbewegung der Honspindel in Richtung Werkstück. Dabei durchfährt das Honwerkzeug zunächst die Durchlassöffnung des Gegenhalteelements 192 und wird durch die Honbrille hindurch in Richtung der zu bearbeitenden Bohrung verfahren. Der kritische Moment bei dieser Absenkbewegung ist dann erreicht, wenn der mit Honleisten ausgestatte untere Bereich des Honwerkzeugs sich direkt am oberen Bohrungsende befindet. Bei Erreichen dieser Axialposition sitzt das Fixierungselement noch fest auf dem Werkzeugkörper auf und zentriert diesen sowie die Antriebsstange, so dass das Werkzeug ohne Kollision mit der Bohrungshaltung in die Bohrung eintauchen kann. Die Honspindel wird dabei kontinuierlich weiter abgesenkt, so dass das Honwerkzeug immer weiter in die Bohrung eintaucht.
Mit der Absenkbewegung der Honspindel senkt sich auch das auf dem Honwerkzeug aufsitzende Fixierungselement immer weiter nach unten ab bis in die 3C gezeigte Anschlagsposition, bei der ein seitlich am Fixierungselement 260 angebrachter Haltewinkel 254 auf eine Anschlagsfläche des Gegenhalteelements 192 aufsetzt. Dadurch wird die Absenkbewegung des Fixierungselements beendet, während die Honspindel das Honwerkzeug weiter in die Bohrung einführt. Durch die Absenkbewegung des Honwerkzeugs gegenüber dem still gesetzten Fixierungselement wird der formschlüssige Eingriff zwischen dem Innenkonus des Fixierungselements und dem Außenkonus am Werkzeugkörper aufgehoben, wodurch auch die Gelenkigkeit im Bereich der Schnittstelle zwischen Antriebsstange und Honwerkzeug wieder hergestellt ist. Radiale Bewegungen der Antriebsstange im Rahmen des zwischen Antriebsstange und Fixierungselement existierenden Spiels sind nun möglich. 3D zeigt das Honwerkzeug in einer axialen Position, in der es vollständig in die zu bearbeitende Bohrung eingetaucht ist und der Formschluss zwischen Honwerkzeug und Fixierelement aufgehoben ist.
Danach findet die Honbearbeitung der Bohrungsinnenfläche statt, wobei das Honwerkzeug axial hin und her bewegt, gleichzeitig um seine Achse gedreht und allmählich expandiert wird. Auch im oberen Totpunkt der Axialbewegung besteht ein ausreichender Abstand zum Zentrierelement, so dass Gelenkigkeit in allen Bearbeitungsphasen gegeben ist.
Nach Beendigung der Bearbeitung der Bohrung 122 wird das Honwerkzeug dann durch Herauffahren der Honspindel wieder aus dem Werkstück herausgezogen. Sobald der konische Zentrierschnitt am Werkzeugkörper im innenkonischen Zentrierabschnitt am Fixierungselement anschlägt, wird dieses beim weiteren Herausfahren der Honspindel von der Anschlagsposition nach oben abgehoben, liegt mit seinem Eigengewicht auf dem Honwerkzeug auf und fixiert dadurch das werkzeugseitige Gelenk und auch die Lage der Antriebsstange. Sobald das Honwerkzeug ausreichend weit hochgefahren ist und auch der Gegenhalter abgehoben ist, kann die Honeinheit zur Bearbeitung der nächsten Bohrung mit hoher Verfahrgeschwindigkeit in Querrichtung horizontal verfahren werden.
Die Ausführungsform gemäß 4 unterscheidet sich von der bisher beschriebenen Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass bei der Bearbeitung des Werkstücks keine Honbrille verwendet wird. In diesem Fall wird die Gegenhalteeinrichtung so weit abgesenkt, dass das Gegenhalterelement direkt auf der Deckfläche des Zylinderkurbelgehäuses aufsitzt. Über den zugeordneten Antrieb 198 kann eine vorbestimmbare Auflagekraft eingestellt werden, so dass das Gegenhalterelement als Niederhalter fungieren kann. 4 zeigt dabei ähnlich wie 3D die Honwerkzeuganordnung in einer Axialposition mit vollständig in die Bohrung eingetauchtem Honwerkzeug, das gegenüber dem Fixierungselement soweit abgesenkt ist, dass die Gelenkigkeit des Honwerkzeugs gegeben ist.
Wichtige Aspekte der Erfindung wurden anhand einiger Ausführungsbeispiele erläutert. Andere Ausgestaltungen sind möglich. Beispielsweise kann das Honwerkzeug ein einfach aufweitendes Honwerkzeug sein.
Der Begriff „Honen“ soll im Rahmen dieser Anmeldung nicht nur das klassische Honen umfassen, bei dem ein Materialabtrag über Schneidmittel mit geometrisch unbestimmten Schneiden erfolgt, sondern auch andere für die Herstellung definierter Oberflächeneigenschaften verwendete Endbearbeitungsverfahren, die sich bei Verwendung geeigneter Bearbeitungswerkzeuge mit Hilfe von Honmaschinen durchführen lassen. Hierzu gehört insbesondere die Oberflächenstrukturierung mit Hilfe von Laserstrahlung, die gegebenenfalls in Verbindung mit klassischen Honoperationen genutzt werden kann, das Bürsten von Oberflächen und/oder die Umwandlung oberflächennaher Bereiche mittels Laserstrahl, ebenfalls gegebenenfalls in Kombination mit einer oder mehreren klassischen Honoperationen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1932620 A1 [0003]
EP 1616665 A1 [0005, 0005]
DE 102007015153 B4 [0034]

Claims

Honverfahren zum Honen von Innenflächen an Bohrungen, insbesondere zum Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken für Brennkraftmaschinen, mit Hilfe einer Honmaschine, die mindestens eine Honeinheit mit einer Honspindel aufweist, die um eine Spindelachse drehbar, parallel zur Spindelache hin und her bewegbar und senkrecht zur Spindelachse verfahrbar ist, wobei an die Honspindel eine Antriebsstange angekoppelt ist, die an ihrem spindelfernen Ende ein Honwerkzeug trägt, das gegenüber der Honspindel begrenzt beweglich ist, wobei die Honeinheit vor Beginn einer an einer Bohrung durchzuführenden Honoperation durch eine Verfahrbewegung senkrecht zur Spindelachse in eine Bearbeitungsposition im Wesentlichen koaxial zur Bohrung bewegt und das Honwerkzeug anschließend parallel zur Spindelachse in einer Einführbewegung in die Bohrung eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsstange und das daran angekoppelte Honwerkzeug während der Verfahrbewegung durch eine mit der Honeinheit verfahrbare externe Fixierungseinrichtung in einer Ausrichtung im Wesentlichen parallel zur Spindelachse fixiert werden.
Honverfahren nach Anspruch 1, worin das Honwerkzeug während der Einführbewegung nach Beginn des Eintauchens des Honwerkzeugs in die zu bearbeitende Bohrung, jedoch vor dem Ende der Einführbewegung automatisch freigegeben wird, wobei die Freigabe vorzugsweise ausschließlich durch die axiale Einführbewegung der Antriebsstange und des daran angekoppelten Honwerkzeug verursacht wird.
Honverfahren nach Anspruch 2, worin die Fixierungseinrichtung einen Anschlagsabschnitt aufweist, der mit einem an einer vorgebbaren Axialposition angeordneten oder anordenbaren Anschlag korrespondiert und bei der Einführbewegung des Honwerkzeugs in die Bohrung an dem Anschlag anschlägt, nachdem ein spindelferner Abschnitt des Honwerkzeugs in die Bohrung eingeführt ist und bevor das Honwerkzeug seine voll eingeführte Position erreicht, wodurch die Fixierungseinrichtung in einer vorgegebenen axialen Position gefangen und das Honwerkzeug für die nachfolgende Honbearbeitung automatisch freigegeben wird.
Honmaschine zum Honen von Innenflächen an Bohrungen, insbesondere zum Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken für Brennkraftmaschinen, mit: mindestens eine Honeinheit (110), die eine Honspindel (114) aufweist, welche mittels eines Drehantriebs (130) um eine Spindelachse (116) drehbar, mittels eines Hubantriebs (140) parallel zur Spindelache hin und her bewegbar und mittels eines Positionierantriebs (170) senkrecht zur Spindelachse verfahrbar ist, wobei an die Honspindel eine Antriebsstange (180) angekoppelt oder ankoppelbar ist, die an ihrem spindelfernen Ende ein gegenüber der Honspindel begrenzt bewegliches Honwerkzeug (200) trägt, gekennzeichnet durch eine mit der Honspindel senkrecht zur Spindelachse verfahrbare Fixierungseinrichtung (250), die derart ausgebildet ist, dass die Antriebsstange (180) und das daran angekoppelte Honwerkzeug (200) während der Verfahrbewegung durch die Fixierungseinrichtung in einer Ausrichtung im Wesentlichen parallel zur Spindelachse gehalten werden.
Honmaschine nach Anspruch 4, worin die Fixierungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass das Honwerkzeug während der Einführbewegung nach Beginn des Eintauchens des Honwerkzeugs in die zu bearbeitende Bohrung, jedoch vor dem Ende der Einführbewegung automatisch freigegeben wird.
Honmaschine nach Anspruch 4 oder 5, worin die Fixierungseinrichtung (250) ein Fixierungselement (260) aufweist, das die Antriebsstange zumindest an zwei in Verfahrrichtung gegenüberliegenden Seiten mit geringem Spiel (S) umgreift, wobei das Fixierungselement vorzugsweise ein im Wesentlichen hülsenförmiges Element ist, welches die Antriebsstange allseitig mit geringem Spiel umgreift.
Honmaschine nach Anspruch 6, worin das Fixierungselement (260) an seinem dem Honwerkzeug (200) zugewandten Ende einen ersten Fixierungsabschnitt (264) zum formschlüssigen Angreifen an einem korrespondierenden zweiten Fixierungsabschnitt (230) des Honwerkzeugs aufweist, wobei ein Werkzeugkörper (210) des Honwerkzeug gegenüber der Antriebsstange (180) verschwenkbar ist, wenn die Fixierungsabschnitte (264, 230) außer Eingriff sind und in einer zur Antriebsstange koaxialen Stellung fixiert ist, wenn der erste Fixierungsabschnitt in formschlüssigem Eingriff mit dem zweiten Fixierungsabschnitt steht.
Honmaschine nach Anspruch 6 oder 7, worin das Fixierungselement an seiner Innenseite einen zylindrischen Führungsabschnitt (262) und einen daran angrenzenden konischen Fixierungsabschnitt (264) aufweist, wobei der zylindrischen Führungsabschnitt einen Innendurchmesser hat, der größer ist als der Außendurchmesser der Antriebsstange und wobei der konische Fixierungsabschnitt formschlüssig auf einen korrespondierenden Fixierungsabschnitt (230) am Werkzeugkörper (210) des Honwerkzeugs passt.
Honmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, worin die Honeinheit (110) eine parallel zur Spindelachse ausgerichtete Linearführungseinrichtung aufweist, die einen parallel zur Spindelachse verfahrbaren Schlitten (252) trägt, wobei das Fixierungselement an dem Schlitten (252) befestigt ist.
Honmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 9, worin die Fixierungseinrichtung einen Anschlagsabschnitt aufweist, der mit einem an einer vorgebbaren Axialposition angeordneten oder anordenbaren Anschlag korrespondiert und bei der Einführbewegung des Honwerkzeugs (200) in die Bohrung an dem Anschlag anschlägt, nachdem ein spindelferner Abschnitt des Honwerkzeugs in die Bohrung eingeführt ist und bevor das Honwerkzeug seine voll eingeführte Position erreicht.
Honwerkzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Werkzeugkörper (210), der eine Werkzeugachse (212) definiert, wobei dem Werkzeugkörper eine Kupplungsstruktur (214) zur Kupplung des Honwerkzeuges an eine Antriebsstange (180) zugeordnet ist, einer an dem Werkzeugkörper angebrachten Schneidgruppe mit mindestens einem Schneidstoffkörper (204) zum materialabtragenden Bearbeiten der Innenfläche einer Bohrun, und einem der Schneidgruppe zugeordneten Schneidgruppen-Zustellsystem zur Ausübung einer radial zur Werkzeugachse wirkenden Zustellkraft auf die Schneidstoffkörper der Schneidgruppe, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkörper (210) an der der Kupplungsstruktur (214) zugewandten Seite einen mindestens teilweise konischen Zentrierabschnitt (230) aufweist, der sich zur Kupplungsstruktur verjüngt.
Honwerkzeug nach Anspruch 11, worin ein Konuswinkel zwischen der Werkzeugachse (212) und einer Tangentenebene an den Zentrierabschnitt weniger als 45° beträgt, insbesondere zwischen 10° und 30° liegt und/oder worin der Zentrierabschnitt eine axiale Länge hat, die zwischen 5% und 30%, insbesondere zwischen 10% und 20% des mittleren Durchmessers des Zentrierabschnitts beträgt.
Honwerkzeug nach Anspruch 11 oder 12, worin zwischen dem Werkzeugkörper (210) und der Kupplungsstruktur (214) ein Gelenk angeordnet ist.
Fixierungseinrichtung zur Montage an einer Honmaschine zum Honen von Innenflächen an Bohrungen, insbesondere zum Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken für Brennkraftmaschinen, wobei die Honmaschine mindestens eine Honeinheit (110) hat, die eine Honspindel (114) aufweist, welche mittels eines Drehantriebs (130) um eine Spindelachse (116) drehbar, mittels eines Hubantriebs (140) parallel zur Spindelache hin und her bewegbar und mittels eines Positionierantriebs (170) senkrecht zur Spindelachse verfahrbar ist, wobei an die Honspindel eine Antriebsstange (180) angekoppelt oder ankoppelbar ist, die an ihrem spindelfernen Ende ein gegenüber der Honspindel begrenzt bewegliches Honwerkzeug (200) trägt, wobei die Fixierungseinrichtung im montierten Zustand mit der Honspindel senkrecht zur Spindelachse verfahrbar ist und derart ausgebildet ist, dass die Antriebsstange (180) und das daran angekoppelte Honwerkzeug (200) während der Verfahrbewegung durch die Fixierungseinrichtung in einer Ausrichtung im Wesentlichen parallel zur Spindelachse gehalten werden.
Fixiereinrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von mindestens einem der Ansprüche 5 bis 10.