DE10348419B3 - Verfahren zum Schrupphonen der Mantelfläche einer Bohrung - Google Patents
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Abstract
Beim Verfahren zum Schrupphonen der Mantelfläche einer Bohrung wird ein Honwerkzeug in eine Bohrung eingeführt, wobei die Längsachse der Bohrung vor dem Schrupphonen einen Versatz zur fertig bearbeiteten Bohrung aufweist. Dieser Versatz wird während der Schrupphonoperation ausgeglichen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schrupphonen der Mantelfläche einer Bohrung. Aufgrund der möglichen Zerspanleistungen und Standmengen wurde bereits vorgeschlagen, das Feinspindeln durch Schrupphonen zu ersetzen. So können die Vorteile des Honverfahrens in größerem Umfang genutzt werden. Um jedoch hinsichtlich Winkeligkeit und Positioniergenauigkeit mit dem Feinspindeln vergleichbare Qualitätskorrekturen zu erreichen, können die üblichen Freiheitsgrade von Honwerkzeug und Werkstück nicht auf das Schrupphonen übertragen werden.
- Das Konzept, anstelle des Feinbohrens das Schrupphonen einzusetzen, sieht daher eine feste Anordnung der Werkzeugachse und ebenso eine feste Aufspannung des Werkstückes vor. Durch die Indexposition kann das Werkstück mit ausreichender Genauigkeit zur Werkzeugachse aufgenommen werden. Durch eine obere und untere Werkzeugführung erzielt man eine starre Anordnung des Werkzeugs auf Sollposition der Bohrung, so dass die angulare Achslage des Werkzeugs stabil ist. Der Lageunterschied in Position und Winkellage von Werkzeugachse zu vorbearbeiteter Bohrungsachse stellt das notwendige Korrekturpotential dar.
- Zu Beginn der Schrupphonbearbeitung bearbeiten die Honleisten die Bohrungsmantelfläche nur partiell. Mit fortschreitendem Abtrag weitet sich die Zerspannung vollflächig auf die gesamte Bohrung aus. Da am Umfang örtlich unterschiedlich viel Material abgetragen wird, entsteht ein neues Bohrungszentrum, welches mit dem Werkzeugzentrum identisch ist. Beim Anschnitt übertragen nur wenige Honleisten den Anpressdruck auf die Bohrungswandung. Dies erfordert daher eine formschlüssige Zustelleinrichtung, das heißt eine Schrittzustellung. Die Zustellfunktionen bestehen in der intermittierenden Zustellbewegung, bestehend aus dem Zustellschritt definierter Größe und der Zustellpause, in der sich der zuvor aufgebaute Zustelldruck abbaut.
- Dieses aus dem Artikel bekannte Verfahren zum Schrupphonen ist jedoch nur bei Werkstücken durchführbar, bei denen ganz bestimmte Voraussetzungen an die Zugänglichkeit der Bohrungen gegeben sind, so dass damit dem Anwendungsbereich erhebliche Grenzen gesetzt sind. Es ist für Durchgangsbohrungen einsetzbar, jedoch nicht für Sacklochbohrungen, die überwiegend bei z.B. Kolbenlaufbahnen anzutreffen sind.
- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schrupphonen der Mantelfläche einer Bohrung zu schaffen, das universeller anwendbar ist.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, auch Bohrungen an Werkstücken mittels Schrupphonen zu bearbeiten, die lediglich von einer Seite zugänglich sind. Dabei ist sowohl eine Korrektur der Bohrungsposition relativ zur Indexbohrung als auch eine Korrektur der Winkellage der Bohrungsachse möglich. Letzteres ist insbesondere bei Motorblöcken von erheblicher Bedeutung, da es auf die Winkelgenauigkeit, bezogen auf die Kurbelwellenachse, ankommt. Die Honbearbeitung in der Schrupphonoperation erfolgt zunächst im Partialschnitt, bei dem das Werkzeug noch nicht vollständig anliegt. Erst wenn die Bohrung überall flächendeckend bearbeitet wird und die Honleisten an beiden Seiten anliegen, ist der Vollschnitt erreicht.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest während der Bearbeitung des einer Schlitteneinheit abgewandt liegenden Abschnitts der Bohrung die Hubbewegung des Honwerkzeugs von einer Schlitteneinheit ausgeführt wird, so dass die Arbeitsspindel von der Schlitteneinheit alternierend bezüglich ihrer Längsachse bewegt wird. Die Schlitteneinheit bietet unabhängig von ihrer momentanen Position eine gleichbleibende Führungsstabilität der Spindel. Dabei befindet sich die Honspindel in ihrer oberen Endlage. Die verwendete Kombination von Schlitteneinheit mit aufgebauter Honspindel ermöglicht im Partialschnitt eine hohe Stabilität der Schlitteneinheit und im Vollschnitt hohe Hubgeschwindigkeiten, wie sie eine Honspindel ermöglicht. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann eine fliegend gelagerte Arbeitsspindel bezüglich ihrer Baulänge minimiert werden. Dabei ist als minimale Baulänge zu verstehen, dass bei Erreichen des unteren Hubumkehrpunktes des Werkzeugs bei maximal üblicher Überlauflänge die Werkzeuglagerung sich kurz vor der oberen Bohrungskante befindet. Dies entspricht der minimalen Baulänge, die nicht weiter unterschritten werden kann und durch die zu honende Bohrungslänge vorgegeben ist.
- Es wird als zweckmäßig angesehen, dass während eines zunächst erfolgenden Partialschnitts eine elektromechanische Zustellung der Honleisten mit definierten Pausenzeiten erfolgt. Das Umschalten von Partialschnitt auf Vollschnittparameter kann durch eine Überwachung der Leistungsaufnahme ausgelöst werden, da das Drehmoment mit vollflächigem Anlegen der Schneidleisten zunimmt. Dies kann auch das Signal zum Retirieren der Schlittenbewegung sein, so dass damit die Hubbewegung durch die Honspindel einsetzt und die alternierende Längsbewegung durch die Honspindel im Vollschnitt ausgeführt wird. Durch die Verwendung der Schlitteneinheit als Hubtrieb kann die Stabilität der Spindel wesentlich erhöht werden.
- Während des Vollschnitthonens erfolgt eine elektromechanische Schrittzustellung, wobei die Zustellkraft, die auf die Honleisten wirkt, überwacht wird. Es ergibt sich daraus eine Kombination von weg- und kraftgesteuerter Zustellung. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird während des Partialschnitts ein erster Honleistensatz beaufschlagt und der Vollschnitt wird mit einem zweiten Honleistensatz durchgeführt.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
-
1 Einen Schnitt durch einen Motorblock und ein darüber befindliches Honwerkzeug in schematischer Darstellung, -
2 einen Schnitt durch den Motorblock gemäß1 mit dem Honwerkzeug nahe dem Ende der Bearbeitung, -
3 einen radialen Schnitt durch eine Bohrung und das Honwerkzeug zu Beginn der Bearbeitung, -
4 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Bohrungswandung mit dem Übergang vom Drehprofil zum Honprofil, -
5 eine Abwicklung eines Ausschnitts der Bohrungswandung gemäß4 . - Die
1 zeigt ein Werkstück1 , bei dem es sich in dem Ausführungsbeispiel um einen Motorblock handelt. Dieses Werkstück1 umfasst mehrere Bohrungen2 , die als Zylinderbohrungen vorgesehen sind und eine Mantelfläche3 aufweisen, die zu bearbeiten ist. Jede Bohrung2 besitzt eine Längsachse MB. An dem Motorblock1 sind im unteren Bereich mehrere Kurbelwellenlager4 vorgesehen, die eine gemeinsame Achse besitzen, nämlich die Längsachse der Kurbelwelle MK. Der Motorblock1 ist auf einem Werkstückträger8 mittels Indexierstiften9 positionsgenau aufgenommen, so dass die relative Lage des Werkstücks1 exakt positioniert ist. - Ebenso bedeutet die Korrektur der Winkellage der Bohrungsachse eine winkelgerechte Aufnahme des Werkstücks. Es ist daher erforderlich, dass die Achsen MA und MK rechtwinklig zueinander ausrichtbar sind.
- Über dem Werkstück
1 ist ein Honwerkzeug5 dargestellt, das an einer fliegend gelagerten Arbeitsspindel6 angeordnet ist und mehrere Honleisten7 umfasst, die zur Bearbeitung der Mantelfläche3 der Bohrungen2 vorgesehen sind. Die Arbeitsspindel6 und somit auch das Honwerkzeug5 selbst besitzen eine Längsachse MA, wobei aus1 ersichtlich ist, dass vor der Bearbeitung mittels des Honwerkzeugs5 ein Versatz S zwischen der Längsachse der Arbeitsspindel MA und der Längsachse der Bohrung MB auftritt. Von wenigen Ausnahmen abgesehen ist ein derartiger Versatz der Achsen vorhanden, der bis zu 0,3 mm beträgt. - Durch den Arbeitsschritt des Schrupphonens kann ein entsprechender Materialabtrag bei gleichzeitiger Eliminierung des Versatzes S erfolgen und somit die Längsachse der Bohrung MB dahingehend verlagert werden, dass diese Achse der tatsächlich im Motorblock
1 benötigten Lage exakt entspricht und somit sich der Längsachse MA annähert. Damit wird gleichzeitig die hohe Winkelgenauigkeit der Längsachse MB der Bohrung2 der Längsachse der Kurbelwelle MK erreicht. - Sofern der Versatz S der Längsachse der Arbeitsspindel MA zur Längsachse der Bohrung MB in einer Größe liegt, durch die das freie Einführen des Honwerkzeugs
5 in die Bohrung2 nicht möglich ist, so wird die Längsachse der Arbeitsspindel MA in einem entsprechenden Winkel ausgelenkt, um auf diese Weise in die Bohrung2 zu gelangen und deren Mantelfläche3 zu bearbeiten. Während der Bearbeitung wird nicht nur der Versatz S der Längsachsen MA und MB zueinander eliminiert, sondern auch ein evtl. eingenommener Winkel der Längsachse MA der gegebenenfalls auch durch die Fertigungstoleranzen des Motorblocks1 bedingt sein kann. - Die
2 zeigt einen Schnitt durch den Motorblock1 gemäß1 , wobei jedoch das Honwerkzeug5 in der Bohrung2 befindlich ist und der Zustand nahe dem Ende der Bearbeitung dargestellt ist. Für gleiche Teile stimmen die Bezugszeichen mit demjenigen der1 überein. Es ist aus2 ersichtlich, dass die Arbeitsspindel6 in einer Schlitteneinheit10 geführt ist, wobei die Schlitteneinheit10 für einen bestimmten Abschnitt des Verfahrens (z.B. Arbeiten im Partialschnitt) mit der Arbeitsspindel6 in Längsrichtung der Arbeitsspindel6 bzw. der Längsachse MA arretierbar ist. Gemäß der Darstellung in2 ist die Bearbeitung des Schrupphonens bereits soweit fortgeschritten, dass die Längsachse der Arbeitsspindel MA mit der Längsachse der Bohrung MB koaxial liegt, so dass abschließend eine gleichmäßig gehonte Mantelfläche erzeugt wird. In diesem ersten Arbeitsabschnitt ist es von Vorteil, die Arbeitsspindel6 in Längsrichtung in der Schlitteneinheit10 zu arretieren und die Hubbewegung durch die Schlitteneinheit10 auszuführen, da auf diese Weise das freie, aus der Schlitteneinheit10 herausragende Ende der Arbeitsspindel6 möglichst kurz gehalten wird und damit eine hohe Biegesteifigkeit der Arbeitsspindel6 erreicht wird. Dementsprechend verbleibt die Arbeitsspindel 6 im ersten Abschnitt des Verfahrens in ihrer oberen Endlage in der Schlitteneinheit10 , so dass eine Stabilisierung gegen seitige Zerspankräfte gegeben ist. Dadurch wird auch eine größere Führungsgenauigkeit und eine höhere Normalkraftstabilität erreicht. - Erst im Vollschnitt verbleibt die Schlitteneinheit
10 in einer festen Position und die Arbeitsspindel6 führt relativ zur in Ruhe befindlichen Schlitteneinheit10 eine Hubbewegung aus. Hierbei können höhere Hubgeschwindigkeiten gefahren werden und das Schrupphonen im Vollschnitt in kurzen Bearbeitungszeiten ist somit möglich. - Die
3 zeigt einen radialen Schnitt durch eine Bohrung2 und das Honwerkzeug5 zu Beginn der Bearbeitung. Es ist daraus ersichtlich, dass die Längsachse MB der Bohrung2 einen Abstand bzw. einen Versatz S zu der Längsachse MA der Arbeitsspindel bzw. des Honwerkzeugs5 aufweist. In dem Honwerkzeug5 befindet sich zentrisch eine Zustellstange11 , die über Zustellkeile12 auf die Honleisten7 wirkt. Durch die Zustellstange11 können die Zustellkeile12 radial nach außen gedrückt werden, wodurch auch die Honleisten7 eine radial nach außen gerichtete Bewegung ausführen. - Wie die
3 zeigt; liegt zu Beginn der Bearbeitung lediglich ein Teil ein Teil des Honwerkzeugs5 an der Mantelfläche3 der Bohrung2 an, so dass bezüglich der Schrupphonoperation zunächst ein Partialschnitt erfolgt, bei dem das Honwerkzeug5 unvollständig anliegt. Der Abtrag des Materials lediglich einem Teil der Mantelfläche3 führt dazu, dass sich das Bohrungszentrum und somit die Längsachse der Bohrung MB verlagert, so dass sich die Längsachse der Arbeitsspindel MA und die Längsachse der Bohrung MB gegenseitig annähern. Erst wenn die Bohrung2 überall flächendeckend bearbeitet wird und damit der Versatz S zwischen den Achsen eliminiert ist, wird die Bohrung2 überall flächendeckend bearbeitet, so dass die Honleisten7 über den gesamten Umfang der Bohrung2 anliegen. Damit ist der Vollschnitt erreicht, mit dem dann die gleichmäßig gehonte Mantelfläche3 erzeugt wird. - Die
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Bohrungswandung bzw. der Mantelfläche3 der Zylinderbohrung2 . Dabei ist ein Abschnitt13 mit Drehprofil im linken Bereich der Bohrung2 zu sehen, während ein Abschnitt14 mit Honprofil im rechten Teil der Bohrung2 vorhanden ist. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass im zunächst folgenden Partialschnitt nur ein bestimmter Abschnitt der Mantelfläche3 durch Schrupphonen bearbeitet wird und ein Übergang vom Drehprofil zum Honprofil besteht. - Die
5 zeigt eine Abwicklung eines Ausschnitts der Bohrungswandung gemäß4 , aus der ebenfalls der Übergang vom Drehprofil zum Honprofil deutlich wird.
Claims (5)
- Verfahren zum Schrupphonen der Mantelfläche (
3 ) einer Bohrung (2 ) im Partialschnitt durch ein Honwerkzeug (5 ) mit Honleisten (7 ) an einer fliegend gelagerten Arbeitsspindel (6 ), deren Längsachse (MA) bei Versatz (S) zur Längsachse (MB) der Bohrung (2 ) vor dem Honen exzentrisch in die Bohrung (2 ) eingeführt wird und während der Honoperation der Materialabtrag in der Bohrung (2 ) derart ausgeführt wird, dass eine Verschiebung der Längsachse (MB) der Bohrung (2 ) erfolgt, bis die gegebenenfalls aufgetretene Auslenkung eliminiert ist und die Längsachse (MB) der fertigen Bohrung (2 ) mit der Längsachse (MA) der Arbeitsspindel (6 ) koaxial ist, wobei nachfolgend in der koaxialen Lage der Längsachsen (3 ) (MA, MB) die Mantelfläche durch Schrupphonen im Vollschnitt gleichmäßig gehont wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während der Bearbeitung des einer Schlitteneinheit (
10 ) abgewandt liegenden Abschnitts der Bohrung (2 ) die Hubbewegung des Honwerkzeugs (5 ) von der Schlitteneinheit (10 ) ausgeführt wird, so dass die Arbeitsspindel (6 ) von der Schlitteneinheit (10 ) alternierend bezüglich ihrer Längsachse (MA) bewegt wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrupphonens im Partialschnitt eine formschlüssige Schrittzustellung der Honleisten (
7 ) mit definierten Pausenzeiten erfolgt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrupphonens im Vollschnitt eine kraftschlüssige Schrittzustellung erfolgt, wobei die Zustellkraft, die auf die Honleisten (
7 ) wirkt, überwacht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrupphonens im Partialschnitt ein erster Honleistensatz beaufschlagt wird und das Schrupphonen im Vollschnitt mit einem zweiten Honleistensatz durchgeführt wird.
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