DE112007000560B4

DE112007000560B4 - Werkzeugkopf, Werkzeugmaschine und Bohrverfahren zum Bohren eines Zylinderblocks unter Verwendung der Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE112007000560B4
Application number: DE112007000560.2T
Authority: DE
Inventors: Hideki Sadaoka; Hiromi Oshima; Shinji Nogami; Minoru Suzuki; Makoto Ouchi; Masanori Kikuchi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2027-03-13
Also published as: US20090129879A1; WO2007119334A1; GB2450445B; US8287214B2; GB2450445A; CN103128554A; DE112007000560T5; CN103128554B; GB0818163D0

Abstract

Werkzeugmaschine, umfassend: einen Werkzeugkopf (30), der einen Bohrschneider (100) und ein Schleifwerkzeug (102, 104) aufweist; Drehmittel (44) zum Drehen des Werkzeugkopfs (30); eine hohle Hauptwelle (32), die die Drehmittel (44) mit dem Werkzeugkopf (30) verbindet und von den Drehmitteln (44) zum Werkzeugkopf (30) Drehkraft überträgt; eine Halterung (34, 36), wobei sich die Hauptwelle (32) durch die Halterung (34, 36) axial erstreckt und in der Halterung (34, 36) drehbar gehalten ist; und Bewegungsmittel (58) zum Bewegen der Halterung (34, 36) in einer bezüglich der Hauptwelle (32) axialen Richtung; einen Stab (33), der in der Hauptwelle (32) aufgenommen und axial bewegbar ist, wobei der Durchmesser der Hauptwelle (32) unverändert bleibt, während sie mittels der Drehmittel (44) gedreht wird, und zwar sowohl während eines Bohrvorgangs, bei welchem der Werkzeugkopf (30) während des Bohrens eines Werkstücks mittels des Bohrschneiders (100) gedreht und in Richtung des Werkstücks bewegt wird, als auch während eines Schleifvorgangs, bei welchem der Werkzeugkopf (30) während des Schleifens des Werkstücks mittels des Schleifwerkzeugs (102, 104) gedreht und hin- und herbewegt wird, wobei die Werkzeugmaschine den Bohrvorgang und den Schleifvorgang mittels der radialen Expansion des Bohrschneiders (100) und des Schleifwerkzeugs (102, 104) durchführt, ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen ein Schleifwerkzeug aufweisenden Werkzeugkopf, auf eine ein Bohrwerkzeug und ein Schleifwerkzeug aufweisende Werkzeugmaschine und auf ein Verfahren zum Bohren eines Zylinderblocks unter Verwendung einer solchen Werkzeugmaschine.
STAND DER TECHNIK
Bearbeitungsvorgänge zum Bohren von Zylinderblöcken, die Bestandteile von Motoren bilden, schließen einen Bohrvorgang (einen Feinbohrvorgang oder dergleichen) zum Bilden einer Bohrung mit einem vorbestimmten Durchmesser in einem Zylinderblock und einen Schleifvorgang (einen Honvorgang oder dergleichen) zum anschließenden Schleifen der Bohrungsfläche ein. Wenn die Bohr- und Schleifvorgänge nacheinander auf einer einzigen Hauptwelle einer Werkzeugmaschine durchgeführt werden können, dann gerät der Zylinderblock bezüglich der Werkzeuge nicht außer Ausrichtung, was andernfalls passieren könnte, falls man den Zylinderblock zwischen verschiedenen Werkzeugmaschinen bewegen und dann wieder einspannen würde. Daher kann der Zylinderblock ordnungsgemäß und effizient bearbeitet werden. Für die nachfolgende Durchführung eines Bohrvorgangs und einen Schleifvorgangs schließt die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 60-052883 offenbarte Werkzeugmaschine einen in einer Hauptwelle enthaltenen Mechanismus ein, um es einem Bohrwerkzeug und einem Schleifwerkzeug zu ermöglichen, von der Hauptwelle abwechselnd und radial nach außen vorzuspringen.
Das japanische Patent Nr 3270683 offenbart eine Werkzeugmaschine, die eine erste Halterungseinheit und eine zweite Halterungseinheit zum Haltern einer Hauptwelle aufweist, damit ein Oszillierungsmechanismus zum Ändern der Hauptwellenbetätigungsvorgänge zwischen einem Bohrvorgang und einem Schleifvorgang weggelassen werden kann. Während des Bohrvorgangs werden die erste Halterungseinheit und eine zweite Halterungseinheit zum Erhöhen der Steifigkeit gegeneinander gedrückt. Während des Schleifvorgangs wird die zweite Halterungseinheit von der ersten Halterungseinheit beabstandet, wodurch die Hin- und Herbewegung durch eine Gewichtsverringerung erleichtert wird.
Bei der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 60-052883 offenbarten Werkzeugmaschine ist ein Ausgleichsgewicht, welches im Wesentlichen das gleiche Gewicht wie eine Halterungseinheit aufweist, mittels eines Drahts mit der Halterungseinheit verbunden, um das Gewicht der Halterungseinheit auszugleichen. Dies führt indes dazu, dass die Werkzeugmaschine größer ist und ein erhöhtes Gewicht aufweist.
Die vorliegende Anmelderin hat im japanischen Patent Nr. 3735487 eine Erfindung vorgeschlagen, die sich auf einen Honrvorgang bezieht, gemäß welchem ein Honkopf, der ein Werkzeug sowie auf einer äußeren Umfangsfläche des Werkzeugs montierte Schleifsteine umfasst, in einem zylindrischen Loch gedreht und hin- und zurückbewegt wird. Falls sich die Überlaufabmessungen des Werkzeugkopfs an dem einen Ende und dem anderen Ende des Lochs voneinander unterscheiden, wird gemäß der offenbarten Erfindung in einen Zeitplan zum Hin- und Zurückbewegen des Werkzeugkopfs in Abhängigkeit vom Unterschied zwischen den Überlaufabmessungen des Werkzeugkopfs an den jeweiligen Enden dann ein Zeitplan zum Ausgleichen des Unterschieds zwischen den Überlaufabmessungen des Werkzeugkopfs an den jeweiligen Enden eingefügt. Obgleich die Schleifsteine in dem Honvorgangmechanismus überlaufen, ist gemäß einem solchen, durch die Überlaufabmessungen ausgeglichenen Zeitplan der Betrag pro Zeiteinheit, in welcher die Schleifsteine das Schleifen nicht durchführen, groß, und zwar wenn am Abschnitt des Lochs im Werkstück zwischen seinen jeweiligen Enden geschliffen wird, das heißt, dass der Abschnitt zwischen den jeweiligen Enden des Lochs, wo ein Betrag pro Zeiteinheit, in welcher die Schleifsteine das Schleifen durchführen, klein ist, geschliffen wird. Gemäß dem Honvorgang ist es wünschenswert, den Werkzeugkopf mit hoher Genauigkeit anzuordnen.
In der im japanischen Patent Nr. 3270683 offenbarten Werkzeugmaschine wird die zweite Halterungseinheit während des Honvorgangs bezüglich der ersten Halterungseinheit beabstandet hin- und herbewegt. Dies bewirkt, dass die träge Masse des sich bewegenden Körpers verringert wird und dass der sich bewegende Körper unter einer konstanten Antriebskraft rasch beschleunigt wird, so dass der sich bewegende Körper eine gewünschte hohe Geschwindigkeit erreichen kann, wenn er hin- und herbewegt wird.
Obgleich der sich bewegende Körper bei dem offenbarten Mechanismus leichtgewichtig ist, neigt er dazu, sich zu biegen, da die nur von der ersten Halterungseinheit erzielte Steifigkeit klein ist. Der sich bewegende Körper erreicht einen Resonanzpunkt in einer kleinen Anzahl von Hin- und Herbewegungszyklen (Hz) pro Zeiteinheit, und hat Schwierigkeiten damit, sich mit hoher Geschwindigkeit hin- und herzubewegen. Obgleich der sich bewegende Körper aufgrund seines leichten Gewichts rasch beschleunigt werden kann, wird die Hauptwelle während des Honvorgangs mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit hin- und herbewegt, was eine längere Bearbeitungszeit zur Folge hat. Der sich bewegende Körper schließt die Hauptwelle, einen Mechanismus zum Haltern der Hauptwelle und einen Mechanismus zum Drehen der Hauptwelle ein.
Darüber hinaus wird im Honvorgang eine komplizierte Struktur zum Trennen der ersten Halterungseinheit von der zweiten Halterungseinheit benötigt. Zudem ist der sich bewegende Teil schwer, was es schwierig macht, die Hauptwelle mit hoher Geschwindigkeit zu drehen. Da sich die Hauptwelle während des Bohrvorgangs mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit dreht, wird die Bearbeitungszeit tendenziell lang.
Die für den Bohrvorgang und den Schleifvorgang verwendete Werkzeugmaschine kann dazu verwendet werden, eine Bohrung in einem Zylinderblock, der ein Werkstück bildet, bis zu einem nahezu vollkommen kreisförmigen Finish zu bearbeiten.
Selbst wenn eine Bohrung in einem Zylinderblock eines Kraftfahrzeugmotors für sich selbst genommen bis zu einem nahezu vollkommen kreisförmigen Finish bearbeitet werden kann, wird die Bohrung indes verformt, wenn ein Zylinderkopf und ein Kurbelgehäuse in einem nachfolgenden Produktionsvorgang auf dem Zylinderblock montiert werden. Die Verformung der Bohrung neigt dazu, den Gleitwiderstand zwischen der Bohrung und dem Kolben im Gebrauch des Motors zu erhöhen, was möglicherweise dazu führt, dass der Motor eine gewünschte Abgabeleistung möglicherweise nicht erzeugen kann.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 51-025523 offenbart, dass ein Dummy-Kopf, der ein Loch mit einem größeren Durchmesser als eine Bohrung in einem Zylinderblock und eine ähnlichen Steifigkeit wie ein Zylinderkopf aufweist, auf dem Zylinderblock montiert wird. Nachdem der Zylinderblock unter den gleichen Bedingungen angeordnet worden ist, wie wenn der Zylinderkopf am Zylinderblock befestigt ist, wird die Bohrung dann aus einem Loch von größerem Durchmesser im Zylinderblock ausgebildet. Ferner sind bezüglich des Dummy-Kopfs verschiedene Vorschläge zum Bearbeiten der Bohrung mit größerer Genauigkeit unterbreitet worden, die beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-052228 gezeigt werden.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 61-057121 offenbart einen Zylinderblock, der gebohrt wird, während sein Zylinderumfang durch eine Drückvorrichtung anstatt durch einen Dummy-Kopf gedrückt wird.
Jedes Mal, wenn in einem Produktionsvorgang ein Zylinderkörper gebohrt wird, muss gemäß dem vorstehenden Stand der Technik ein Dummy-Kopf oder dergleichen befestigt und wieder abgenommen werden. Daher wird die Produktivität gemindert. Zudem ist es für das Dummy-Teil schwierig, die gleichen Bedingungen zu reproduzieren wie ein vollständig zusammengesetztes Produkt.
Dementsprechend bestand für das Bohren von Zylinderköpfen eine Nachfrage nach einem hoch produktiven Bearbeitungsvorgang, der in der Lage ist, einen Zustand zu reproduzieren, der einem Zustand eines zusammengesetzten Produkts näher ist. Um einen solchen Bearbeitungsvorgang zu verwirklichen, besteht ein Bedarf nach einer Werkzeugmaschine, die in der Lage ist, einen präziseren Bohrvorgang durchzuführen.
Die vorliegende Anmelderin hat im japanischen Patent Nr. 3270683 eine Verbund-Werkzeugmaschine vorgeschlagen, die in der Lage ist, einen Bohrvorgang und einen Honvorgang in einer gemischten Art und Weise durchzuführen. Bei der Verbund-Werkzeugmaschine entfällt der ansonsten im Honvorgang verwendete Oszillierungsmechanismus, wodurch entlang der Produktionslinie Platz gespart wird, die Vorrichtungen vereinfacht und die zum Herstellen von bearbeiteten Teilen erforderlichen Kosten gesenkt werden. Die Verbund-Werkzeugmaschine kann Werkstücke mit einer erhöhten Wellensteifigkeit bearbeiten, wobei der Bohrvorgang auch unter höheren Bearbeitungsbelastungen mit hoher Präzision durchgeführt wird.
Bei der vorstehenden Werkzeugmaschine übt das Bohrwerkzeug radiale Expansionskräfte aus und wird es unter hydraulischem Druck bezüglich seiner radialen Stellung gesteuert. Infolgedessen ist es schwierig, die Expansionskräfte und die expandierte Stellung zu steuern (d. h. fein einzustellen), wodurch die Bemühungen, präzisere Bohrvorgänge durchzuführen, begrenzt werden.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 60-052883 offenbart bezüglich einer solchen Werkzeugmaschine einen Honwerkzeugkopf, der dazu angepasst ist, zum Honen eines Werkstücks dem Werkstück zugewandt auf der Hauptwelle eines Honwerkzeugs montiert zu werden. Der Honwerkzeugkopf ist derart ausgebildet, dass er Grobschleifsteine und Feinschleifsteine aufweist.
33 der begleitenden Zeichnungen zeigt eine Seitenansicht eines solchen Werkzeugkopfs 500. Der Werkzeugkopf 500 weist Grobschleifsteine 502 und Feinschleifsteine 504 auf, die abwechselnd in Löcher 505 eingesetzt sind, die im Werkzeugkopf in gleichen Abständen radial festgelegt sind.
Wie in 34 der begleitenden Zeichnungen gezeigt, weist der Werkzeugkopf 500 drei Grobschleifsteine 502 bzw. drei Feinschleifsteine 504 auf, die auf Grobschleifsteinbasen 506 bzw. Feinschleifsteinbasen 508 befestigt sind. Die Grobschleifsteine 502 und Feinschleifsteine 504 sind in die mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen radial bewegbar, d. h. radial expandierbar und kontrahierbar, wobei sie mittels der Löcher 505 auf dem Werkzeugkopf 500 in den gleichen Stellungen axial geführt werden.
Der Werkzeugkopf 500 weist außerdem einen sich verjüngenden Konus 510 (Konuswelle) zum Grobschleifen und einen sich verjüngenden Konus 512 (Konuswelle) zum Feinschleifen auf, die zum Expandieren und Kontrahieren der Grobschleifsteinbasen 506 und der Feinschleifsteinbasen 508 in diesem einzeln verschiebbar eingesetzt sind.
Wie in den 34 und 35 der begleitenden Zeichnungen gezeigt, weist der sich verjüngende Konus 510 zum Grobschleifen Verjüngungen 510a, 510b auf, die sich verjüngende Flächen einschließen, gegen welche die Grobschleifsteinbasen 506 in Gleitanlage gehalten sind. Wie in den 34 und 36 der begleitenden Zeichnungen gezeigt, weist gleichermaßen der sich verjüngende Konus 512 zum Feinschleifen Verjüngungen 512a, 512b auf, die sich verjüngende Flächen einschließen, gegen welche die Feinschleifsteinbasen 508 in Gleitanlage gehalten sind.
Der sich verjüngende Konus 510 zum Grobschleifen weist einen distalen Endabschnitt auf, der in drei Arme unterteilt ist, zwischen welchen Zwischenräume 514 festgelegt sind. Die Verjüngungen 512a, 512b des sich verjüngenden Konus 512 zum Feinschleifen sind in die Zwischenräumen 514 eingesetzt.
Nachstehend wird der Betrieb des Werkzeugkopfs 500 beschrieben, bei welchem die Grobschleifsteine 502 und die Feinschleifsteine 504 dann, wenn der Werkzeugkopf 500 einen Honvorgang durchführt, radial expandiert und kontrahiert werden.
Zum Expandieren der Grobschleifsteine 502 wird der sich verjüngende Konus 510 zum Grobschleifen in der mittels des Pfeils A1 in 37A der begleitenden Zeichnungen angezeigten Richtung angehoben. Die Verjüngungen 510a, 510b drücken gegen nach innen geneigte Flächen 506a, 506b der Grobschleifsteinbasen 506. Daher werden die Grobschleifsteine 502 in die mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen radial (radial nach außen) expandiert. Zum Kontrahieren der Grobschleifsteine 502 aus der expandierten Stellung wird der sich verjüngende Konus 510 zum Grobschleifen in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung nach unten gedrückt und werden die Grobschleifsteine 502 in bezüglich den mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen entgegengesetzte Richtungen (radial nach innen) kontrahiert.
Gleichermaßen wird der sich verjüngende Konus 512 zum Feinschleifen zum Expandieren der Feinschleifsteine 504 in der mittels des Pfeils A1 in 37A der begleitenden Zeichnungen angezeigten Richtung angehoben. Die Verjüngungen 512a, 512b drücken gegen nach innen geneigte Flächen 508a, 508b der Feinschleifsteinbasen 508. Daher werden die Feinschleifsteine 504 in die mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen radial nach außen expandiert. Zum Kontrahieren der Feinschleifsteine 504 aus der expandierten Stellung wird der sich verjüngende Konus 512 zum Feinschleifen in der mittels des Pfeils A2 angezeigten Richtung nach unten gedrückt und werden die Feinschleifsteine 504 in den mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen entgegengesetzte Richtungen (radial nach innen) kontrahiert.
Der Honvorgang schließt einen Vorgang ein, in welchem die Grobschleifsteine 502 und die Feinschleifsteine 504 einfach expandiert oder nicht-expandiert werden und die Grobschleifsteine 502 und die Feinschleifsteine 504 eine innere Fläche des Werkstücks bearbeiten. Ferner schließt der Honvorgang einen Vorgang ein, in welchem ein Innendurchmesser des Werkstücks mittels einer Luftmikrometer-Innendurchmessermessvorrichtung (nicht gezeigt) gemessen wird und in welchem in Abhängigkeit von einer verstrichenen Bearbeitungszeit und einer Änderung des Innendurchmessers Kräfte zum Anheben des sich verjüngenden Konus 510 zum Grobschleifen und des sich verjüngenden Konus 512 zum Feinschleifen eingestellt werden, wodurch das Werkstück mittels der Grobschleifsteine 502 und der Feinschleifsteine 504 bearbeitet wird, wobei Kräfte zum Expandieren der Grobschleifsteine 502 und der Feinschleifsteine 504 variiert werden. Der letztgenannte Vorgang macht es möglich, das Werkstück mit äußerst hoher Genauigkeit zu bearbeiten.
Mit Bezug auf den letztgenannten Vorgang hat es sich indes bestätigt, dass selbst dann, wenn die Kräfte zum Anheben des sich verjüngenden Konus 510 zum Grobschleifen und des sich verjüngenden Konus 512 zum Feinschleifen erhöht werden, Kräfte zum Expandieren der Grobschleifsteine 502 und der Feinschleifsteine 504 nur langsam verändert werden können oder in Wirklichkeit überhaupt nicht viel verändert werden können, d. h. dass die Grobschleifsteine 502 und die Feinschleifsteine 504 nicht rasch expandiert werden können.
Das vorstehende Problem wird durch das Vorhandensein von Reaktionskräften F1 (d. h. von Kräften, die in bezüglich der mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen entgegengesetzte Richtungen wirken) verursacht, die dann vom Werkstück aus wirken, wenn der sich verjüngende Konus 510 zum Grobschleifen in der mittels des Pfeils A1 in 38 der begleitenden Zeichnungen angezeigten Richtung derart angehoben wird, dass die Grobschleifsteine 502 in den mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen radial expandiert werden. Wenn die Zwischenräume 514 im sich verjüngenden Konus 510 zum Grobschleifen unter den Reaktionskräften F1 radial nach innen verringert werden, wie in den 38 und 39 der begleitenden Zeichnungen gezeigt, biegt sich der sich verjüngende Konus 510 zum Grobschleifen, wodurch er dazu neigt, zwischen dem sich verjüngenden Konus 510 zum Grobschleifen und dem sich verjüngenden Konus 512 zum Feinschleifen Reibungskräfte F2 zu erzeugen (siehe 37A, 38A).
Die aufgrund der Biegung des sich verjüngenden Konus 510 zum Grobschleifen zwischen dem sich verjüngenden Konus 510 zum Grobschleifen und dem sich verjüngenden Konus 512 zum Feinschleifen erzeugten Reibungskräfte F2 haben einen Unterschied (Übertragungsverlust) zwischen den Kräften, die den sich verjüngenden Konus 510 zum Grobschleifen und den sich verjüngenden Konus 512 zum Feinschleifen anheben, und den Kräften zur Folge, die zum Expandieren der Grobschleifsteine 502 und der Feinschleifsteine 504 dienen. Dieser Unterschied ist der Hauptfaktor, der für die oben erwähnten Probleme verantwortlich ist.
Die Druckschrift DE 103 59 347 B3 betrifft eine Vorrichtung umfassend ein Honwerkzeug und ein Feindrehwerkzeug zur Bearbeitung der Oberfläche einer zylindrischen Höhlung eines Werkstücks. Die Vorrichtung dieser Druckschrift weist keine radiale Expansion des Honwerkzeugs auf.
JP S61-30343 A betrifft eine Vorrichtung, wobei die Kolbenmäntel durch einen hydraulischen Druck in eine axiale Richtung versetzt werden, um durch die Hohlwellen einer Grobbearbeitungswelle und einer Endbearbeitungswelle in einer axialen Richtung zu bewegen. Ein Motor wird bereitgestellt, um einen Hubverstellstab zur Anpassung des Hubwegs der Grobbearbeitungswelle zu versetzen.
DE 198 30 903 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung der Bohrungen, die Schneiden und Honleisten aufweist. Die Druckschriften DE 42 15 988 A1 und JP H10-058305 A , die ebenfalls Hon- und Schleifwerkzeug betreffen, werden erwähnt.
EP 1 321 229 A1 betrifft ein Verfahren zum Bohren eines Zylinderblocks, wobei hinsichtlich der Formtestmessungen durch eine einmalige Korrektur der Daten bezüglich einer Sollform eine Ausgangsform ermittelt wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugmaschine vorzusehen, die in der Lage ist, eine Hauptwelle in einem Bohrvorgang mit hohen Geschwindigkeiten zu drehen und die Hauptwelle in einem Honvorgang mit hohen Geschwindigkeiten und gleichzeitig einer Anordnungsgenauigkeit eines Werkzeugkopfs hin- und herzubewegen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Werkzeugmaschine vorzusehen, die in der Lage ist, beispielsweise beim Bohren eines Zylinderblocks einen präziseren Bohrvorgang durchzuführen.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Bohren eines Zylinderblocks vorzusehen und gleichzeitig einen dem Zustand des zusammengesetzten Produkts näher stehenden Zustand zu reproduzieren, wodurch die Produktivität gesteigert wird.
Diese Aufgaben werden durch die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, das Verfahren gemäß Anspruch 3, das Verfahren gemäß Anspruch 4 und die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispielen werden gemäß Ansprüche 2, 5, 6, 8 und 9 festgelegt.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Werkzeugkopf vorzusehen, der wenigstens zwei Typen von Grobschleifsteine und Feinschleifsteine einschließenden Honschleifsteinen aufweist, wobei der Werkzeugkopf in der Lage ist, die Kräfte einzustellen, die bewirken, dass die Schleifsteine in Abhängigkeit von den zum Anheben der Konuswellen ausgeübten Kräfte expandiert werden.
In einem Bohrvorgang und einem Schleif- oder Honvorgang, die mittels der Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1 vorgenommen werden, wird die Hauptwelle gedreht, wobei der Durchmesser der Hauptwelle unverändert bleibt. Die zweite Halterungseinheit muss nicht zwingend von der ersten Halterungseinheit getrennt hin- und herbewegt werden und kann die Hauptwelle während des Honvorgangs mit hohen Geschwindigkeiten hin- und herbewegen. Da die Hauptwelle während des Bohrvorgangs gedreht wird, wobei ihr Durchmesser unverändert bleibt, ist kein komplizierter Mechanismus notwendig, um zwischen der ersten Halterungseinheit und der zweiten Halterungseinheit eine Verbindung herzustellen, wodurch das Drehen der Hauptwelle mit hohen Geschwindigkeiten möglich gemacht wird. Daher können die zum Bearbeiten des Werkstücks während sowohl des Bohrvorgangs als auch des Honvorgangs erforderlichen Zeiträume verkürzt werden. Da der Mechanismus der Hauptwelle während des Bohrvorgangs und des Honvorgangs nicht geändert werden muss, weist die Werkzeugmaschine eine einfache Struktur auf, wobei sie sehr langlebig und kostengünstig herzustellen ist und keine Zeit zum Ändern des Mechanismus der Hauptwelle benötigt wird. Infolgedessen kann die zum Bearbeiten des Werkstücks erforderliche Gesamtzeit verringert werden.
Da ein Linearmotor keine sich drehenden Teile aufweist und er die Halterung direkt linear bewegen kann, ohne dass die Richtung, in welcher Kraft übertragen wird, dabei umgewandelt werden muss, ist die Handhabung eines solchen Linearmotors einfach und kann er effizient betrieben werden. Selbst wenn die Halterung eine relativ große Masse aufweist, kann sie mittels des Linearmotors rasch und zuverlässig bewegt werden.
Die Hauptwelle schließt einen sich axial erstreckenden Stab ein, wobei der Werkzeugkopf mittels des Stabs axial bewegt wird. Der Werkzeugkopf kann in sich ferner Konuswellen einschließen, um den Bohrschneider und das Schleifwerkzeug radial zu bewegen.
Die Bewegungsmittel können eine Mehrzahl von Linearmotoren einschließen, die einander gegenüberliegend über der Hauptwelle angeordnet sind.
Die Hauptwelle kann in einem ersten Rahmen aufgenommen und darin mittels eines Halterungsmechanismus gehaltert sein, wodurch die ersten Bewegungsmittel den ersten Rahmen betätigen. Die ersten Bewegungsmittel können mittels eines bezüglich der ersten Bewegungsmittel und des ersten Rahmens umgebend angeordneten, zweiten Rahmens gehaltert sein, wodurch die zweiten Bewegungsmittel den zweiten Rahmen betätigen.
Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4 können deren Expansionskräfte und Expansionsstellungen mit hoher Genauigkeit leicht gesteuert werden, wenn die Bohrwerkzeuge und die Honschleifsteine radial expandiert werden.
Ferner kann ein Zylinderblock mit Bohrungen von vollkommen kreisförmiger Querschnittsgestalt hergestellt werden, ohne dass ein Dummy-Kopf auf dem Zylinderblock montiert werden muss. Auf diese Weise können Zylinderblöcke mit einer gesteigerten Produktivität gefertigt werden.
Ein Werkzeugkopf gemäß Anspruch 7 verringert wirkungsvoll das Biegen der ersten Konuswelle, welches von Reaktionskräften hervorgerufen wird, die erzeugt werden, wenn die erste Konuswelle zum radialen Expandieren einer ersten Werkzeugbasis mittels eines sich bewegenden Glieds angehoben wird. Zwischen der ersten Konuswelle und der zweiten Konuswelle erzeugte Reibungskräfte werden stark verringert, wodurch ein Verlust der von dem sich bewegenden Glied zu den ersten und zweiten Werkzeugbasen übertragenen Expansionskräfte stark verringert werden.
Die erste Konuswelle weist in sich ein Langloch auf, welches mittels eines auf der ersten Konuswelle montierten Deckelglieds festgelegt ist. Wenn das Deckelglied abgenommen wird, kann die zweite Konuswelle leicht in die erste Konuswelle eingesetzt werden. Danach wird das Deckelglied auf der ersten Konuswelle montiert. Daher kann der Werkzeugkopf leicht zusammengesetzt und demontiert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht einer Verbund-Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine teilweise im Schnitt gehaltene, von der Seite gesehene Aufrissansicht eines Hauptwellenaktuatoraufbaus der in 1 gezeigten Werkzeugmaschine;
3 ist eine geschnittene, von vorne gesehene Aufrissansicht einer ersten Halterungseinheit des in 2 gezeigten Hauptwellenaktuatoraufbaus;
4 ist eine teilweise im Schnitt gehaltene Draufsicht des in 2 gezeigten Hauptwellenaktuatoraufbaus;
5 ist eine geschnittene Draufsicht eines Werkzeugkopfs der in 1 gezeigten Werkzeugmaschine;
6 ist eine teilweise im Schnitt gehaltene Draufsicht einer Abwandlung des in 2 gezeigten Hauptwellenaktuatoraufbaus;.
7 ist eine teilweise im Schnitt gehaltene Draufsicht des in 6 gezeigten, abgewandelten Hauptwellenaktuatoraufbaus;
8 ist eine teilweise im Schnitt gehaltene, von der Seite gesehene Aufrissansicht einer Verbund-Werkzeugmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Perspektivansicht eines Werkzeugkopfs der in 8 gezeigten Werkzeugmaschine;
10 ist eine Perspektivansicht, die eine Innenstruktur des in 9 gezeigten Werkzeugkopfs zeigt;
11 ist eine Perspektivansicht mit teilweise weggelassener Darstellung eines sich verjüngenden Konus zum Grobschleifen des in 10 gezeigten Werkzeugkopfs;
12 ist eine Perspektivansicht mit teilweise weggelassener Darstellung eines sich verjüngenden Konus zum Feinschleifen des in 10 gezeigten Werkzeugkopfs;
13 ist eine entlang der Linie XIII-XIII von 10 genommene Schnittansicht;
14 ist eine entlang der Linie XIV-XIV von 10 genommene Schnittansicht;
15 ist eine Schnittansicht, die ein expandiertes Bohrwerkzeug des in 10 gezeigten Werkzeugkopfs zeigt;
16 ist eine Schnittansicht, die einen expandierten Grobschleifstein des in 10 gezeigten Werkzeugkopfs zeigt;
17 ist eine Schnittansicht, die einen expandierten Feinschleifstein des in 10 gezeigten Werkzeugkopfs zeigt;
18 ist eine Schnittansicht eines ersten Zahnradsatzes und eines zweiten Zahnradsatzes der in 8 gezeigten Werkzeugmaschine;
19 ist eine entlang der Linie XIX-XIX von 18 genommene Schnittansicht;
20 ist eine perspektivische Teilansicht, welche die Art und Weise zeigt, in der die Zahnräder des in 18 gezeigten, ersten Zahnradsatzes miteinander in Kämmung gehalten sind;
21 ist ein Flussdiagramm einer Folge eines Bohrvorgangs und eines Honvorgangs, die von der in 8 gezeigten Werkzeugmaschine durchgeführt werden;
22A ist eine im Schnitt gehaltene Teilansicht, die einen auf einem Zylinderblock montierten Dummy-Kopf zeigt;
22B ist eine im Schnitt gehaltene Teilansicht, die den Zylinderblock nach dessen Bearbeitung mit dem darauf montierten Dummy-Kopf zeigt;
22C ist eine im Schnitt gehaltene Teilansicht, die einen auf einem Zylinderblock montierten Produktzylinderkopf zeigt;
22D ist eine im Schnitt gehaltene Teilansicht, die einen Zylinderblock zeigt, nachdem er gebohrt worden ist, wobei auf diesem kein Dummy-Kopf montiert ist;
22E ist eine im Schnitt gehaltene Teilansicht, die einen Produktzylinderkopf zeigt, der auf dem Zylinderblock montiert, nachdem dieser gebohrt worden ist, wobei darauf kein Dummy-Kopf montiert ist;
23 ist eine teilweise im Schnitt gehaltene, von der Seite gesehene Aufrissansicht einer Werkzeugmaschine, die einen Werkzeugkopf gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
24 ist eine Perspektivansicht des in 23 gezeigten Werkzeugkopfs;
25 ist eine Perspektivansicht von Expansions-/Kontraktionsmitteln, die in dem in 23 gezeigten Werkzeugkopf eingeschlossen sind;
26 ist eine Perspektivansicht des in 23 gezeigten Werkzeugkopfs, wobei auf einem sich verjüngenden Konus zum Grobschleifen Grobschleifsteine angeordnet sind;
27 ist eine Perspektivansicht des in 23 gezeigten Werkzeugkopfs, wobei auf einem sich verjüngenden Konus zum Feinschleifen Feinschleifsteine angeordnet sind;
28 ist eine Perspektivansicht des in 26 gezeigten, sich verjüngenden Konus zum Grobschleifen;
29 ist eine Draufsicht des in 26 gezeigten, sich verjüngenden Konus zum Grobschleifen;
30 ist eine entlang der Linie XXX-XXX von 25 genommene Schnittansicht;
31 ist eine Grafik, die verschiedene Expansionsdrücke zeigt, die auf Grobschleifsteine ausgeübt werden, wenn ein Werkstück mittels eines herkömmlichen Werkzeugkopfs gehont wird;
32 ist eine Grafik, die verschiedene Expansionsdrücke zeigt, die auf Grobschleifsteine ausgeübt werden, wenn ein Werkstück mittels eines Werkzeugkopfs gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehont wird;
33 ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen Werkzeugkopfs;
34 ist eine Perspektivansicht von in einem herkömmlichen Werkzeugkopf eingeschlossenen Expansions-/Kontraktionsmitteln;
35 ist eine Perspektivansicht des herkömmlichen Werkzeugkopfs, wobei auf einem sich verjüngenden Konus zum Grobschleifen Grobschleifsteine angeordnet sind;
36 ist eine Perspektivansicht des herkömmlichen Werkzeugkopfs, wobei auf einem sich verjüngenden Konus zum Feinschleifen Feinschleifsteine angeordnet sind;
37A ist eine entlang der Linie XXXVII-XXXVII von 34 genommene, im Schnitt gehaltene Teilansicht, welche die Art und Weise zeigt, in der im herkömmlichen Werkzeugkopf sowohl die Grobschleifsteine als auch die Feinschleifsteine expandiert werden;
37B ist eine entlang der Linie XXXVII-XXXVII von 34 genommene, im Schnitt gehaltene Teilansicht, welche die Art und Weise zeigt, in der im herkömmlichen Werkzeugkopf die Feinschleifsteine expandiert werden;
38 ist eine entlang der Linie XXXVIII-XXXVIII von 34 genommene, im Schnitt gehaltene Teilansicht; und
39 ist eine Draufsicht des sich verjüngenden Konus zum Grobschleifen des herkömmlichen Werkzeugkopfs.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen werden nachstehend Werkzeugmaschinen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Verbund-Werkzeugmaschine 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Bearbeitungslinie angeordnet, um einen ein Werkstück W1 bildenden Zylinder beispielsweise eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zu bearbeiten. Die Werkzeugmaschine 10 weist einen Hauptwellenaktuatoraufbau 11 zum tatsächlichen Bohren und Honen (Schleifen) des Werkstücks W1 auf, einen Werkstückzufuhrmechanismus 14, der zwischen einem sich vor der Werkzeugmaschine befindenden Werkstücklader und einem unteren Abschnitt des Hauptwellenaktuatoraufbaus 11 hin- und herbewegbar ist, um eine Palette 12 zuzuführen, auf welcher ein geladenes Werkstück angeordnet und fest montiert ist, sowie eine Überwachungssteuerungskonsole 16, um den Hauptwellenaktuatoraufbau 11 und den Werkstückzufuhrmechanismus 14 elektrisch zu steuern. Die Werkzeugmaschine 10 ist als System in der Bearbeitungslinie angeordnet. Der Hauptwellenaktuatoraufbau 11 ist auf einer Fläche 20a einer Stütze 20 montiert, die auf der oberen Fläche einer horizontalen Basis 18 in der Nähe des Werkstückzufuhrmechanismus 14, d. h. nahe der vorderen Seite der Werkzeugmaschine 10, vertikal aufgerichtet ist.
Wie in den 2 bis 4 gezeigt, umfasst der Hauptwellenaktuatoraufbau 11 eine Hauptwelle 32 (Spindel), die auf ihrem unteren distalen Ende einen Werkzeugkopf 30 (Bearbeitungskopf) aufweist, eine erste Halterungseinheit 34 (Halterung), mittels welcher die Hauptwelle 32 drehbar gehaltert ist, eine zweite Halterungseinheit 36 (Halterung), mittels welcher die erste Halterungseinheit 34 vertikal verschiebbar gehaltert ist, sowie einen Stützenschiebemechanismus 38, mittels welchem die zweite Halterungseinheit 36 auf der Stütze 20 vertikal verschiebbar gehaltert ist. In der Hauptwelle 32 ist ein sich vertikal erstreckender Stab 33 eingesetzt.
Die erste Halterungseinheit 34 umfasst einen ersten Rahmen 40 in der Form eines vertikal länglichen, prismatischen Rohrs, einen in einem oberen Abschnitt des ersten Rahmens 40 angeordneten Aktuator 42 zum Drehen der Hauptwelle 32 um ihre eigene Achse, einen zwischen der Hauptwelle 32 und dem Aktuator 42 angeordneten Wellenmotor 44 sowie eine Mehrzahl von Lagern 46 (Lagermechanismus), welche die Hauptwelle 32 im ersten Rahmen 40 drehbar haltern. Der Werkzeugkopf 30 auf der Hauptwelle 32 springt unter dem ersten Rahmen 40 nach unten vor. Der Aktuator 42 ist mit dem oberen Ende des Stabs 33 verbunden und betätigt den Werkzeugkopf 30 durch den Stab 33. Insbesondere wird der im Innern der Hauptwelle 32 eingesetzte Stab 33 mittels des Aktuators 42 vertikal bewegt.
Die zweite Halterungseinheit 36 umfasst einen zweiten Rahmen 50 in der Form eines vertikal länglichen, prismatischen Rohrs, eine am zweiten Rahmen 50 befestigte, hintere Platte 52, einen die erste Halterungseinheit 34 halternden Zwischenrahmen-Gleitmechanismus 54, zwei mit dem oberen Ende der ersten Halterungseinheit 34 verbundene Ausgleichszylinder 56, ein Paar von seitlich voneinander beabstandeten Linearmotoren 58 zum vertikalen Verschieben der ersten Halterungseinheit 34, eine Mutter 60, die von der hinteren Platte 52 nach hinten vorspringt und mit dem Stützenschiebemechanismus 38 in Eingriff tritt, sowie einen Bremsmechanismus 61 zum Bremsen der ersten Halterungseinheit 34.
Der zweite Rahmen 50 umgibt den ersten Rahmen 40 horizontal und ist vertikal länger als der erste Rahmen 40. Die hintere Platte 52 weist einen oberen Abschnitt auf, der über den zweiten Rahmen 50 nach oben vorspringt, wodurch die beiden Ausgleichszylinder 56 mittels Halter 63 am vorspringenden, oberen Abschnitt der hinteren Platte 52 befestigt sind. Der Zwischenrahmen-Gleitmechanismus 54 weist zwei erste Schienen 62 auf, die sich vertikal erstrecken und auf einer vorderen Fläche der hinteren Platte 52 montiert sind, sowie eine Mehrzahl von Schiebern 64, die mit den ersten Schienen 62 in Gleiteingriff treten. Die Schieber 64 sind auf einer hinteren Fläche des ersten Rahmens 40 fest montiert, um die erste Halterungseinheit 34 auf der hinteren Platte 52 verschiebbar zu haltern.
Die Linearmotoren 58 umfassen jeweilige Magnete 58a, die an jeweils gegenüberliegenden Außenseitenflächen des ersten Rahmens 40 befestigt sind, und jeweilige Statoren 58b, die den jeweiligen Magneten 58a zugewandt auf jeweils gegenüberliegenden Innenseitenflächen des zweiten Rahmens 50 befestigt sind. Wenn von den Statoren 58b erzeugte Magnetfelder mittels einer Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) bewegt werden, werden die Magnete 58a bewegt, was bewirkt, dass sich die erste Halterungseinheit 34 bezüglich der zweiten Halterungseinheit 36 entlang der ersten Schienen 62 vertikal verschiebt.
Da die Linearmotoren 58 einander gegenüberstehend über der Hauptwelle 32 angeordnet sind, heben sich Anziehungskräfte und Abstoßungskräfte zwischen den Magneten 58a und den Statoren 58b während der von den Statoren 58b erzeugten Bewegung der Magnetfelder auf. Daher kann die erste Halterungseinheit 34 bezüglich der zweiten Halterungseinheit 36 reibungslos bewegt werden.
Da die Kugelschrauben Drehung übertragen, benötigen Linearbetätigungsmittel in der Form von Kugelschrauben zum Betätigen des Werkstücks zusätzliche Mechanismen, einschließlich Gliedern, die mit einem Außengewinde bzw. einem Innengewinde versehen sind (Schrauben und Muttern), Lagern, die das mit einem Außengewinde versehene Glied haltern, sowie einer Kopplung, die eine Kraftquelle und das mit einem Außengewinde versehene Glied miteinander verbindet. Da diese Mechanismen zur Erzeugung von Torsion und Rückschlag neigen, sind Linearbetätigungsmittel in der Form von Kugelschrauben dafür verantwortlich, dass zwischen einer Zielposition und einer tatsächlichen Position Fehler verursacht werden.
Im Gegensatz dazu sind die Linearmotoren 58 der Werkzeugmaschine 10 frei von solchen Mechanismen und sind solchen Fehlern zwischen einer Zielposition und einer tatsächlichen Position weniger ausgesetzt als die Linearbetätigungsmittel. Die Linearmotoren 58 schließen eine Linearkodiervorrichtung (nicht gezeigt) ein, die eine Skala und einen auf einem sich bewegenden Körper befestigten Kopf umfassen. Die Linearmotoren 58 machen es möglich, den sich bewegenden Körper mit einer Genauigkeit im Bereich von ±0,5 μm bis 1,0 μm anzuordnen, was ungefähr 1/10 des Genauigkeitsbereichs entspricht, der mittels Linearbetätigungsmitteln in der Form von Kugelschrauben erreicht werden kann.
Die Verbund-Werkzeugmaschine 10 ist zur Verwendung in einem Honvorgang geeignet, in welchem die Genauigkeit des Anordnens eines Werkzeugkopfs wichtig ist, wie beispielsweise in dem im japanischen Patent Nr. 3735487 offenbarten Honvorgang.
Die Linearmotoren 58 sind in der Lage, den sich bewegenden Körper unter Beibehaltung der Anordnungsgenauigkeit mit höheren Geschwindigkeiten zu bewegen als Linearbetätigungsmittel in der Form von Kugelschrauben. Obgleich die Linearbetätigungsmittel in der Form von Kugelschrauben den sich bewegenden Körper mit hohen Geschwindigkeiten bewegen können, benötigen solche Betätigungsmittel die Kugelschraube, um eine erhöhte Führungsneigung zu erhalten, wobei die Auflösung und die Anordnungsgenauigkeit indes vernachlässigt werden.
Da die Anordnungsgenauigkeit der Linearmotoren 58 lediglich von der Auflösung der Linearkodiervorrichtungen gesteuert wird, wird die Anordnungsgenauigkeit selbst dann nicht verringert, wenn die Linearmotoren 58 den sich bewegenden Körper mit höheren Geschwindigkeiten bewegen. Daher sind Linearmotoren 58 für den Honvorgang geeignet.
Die Ausgleichszylinder 56 weisen jeweilige, sich nach unten erstreckende Stangen 56a auf, die mit dem oberen Ende der ersten Halterungseinheit 34 verbunden sind. Die Ausgleichszylinder 56 gleichen das Gewicht der ersten Halterungseinheit 34 unter dem Druck der Druckluft teilweise oder vollständig aus (d. h. heben dieses auf). Daher beträgt das scheinbare Gewicht der ersten Halterungseinheit 34 im Wesentlichen Null, wodurch es den Linearmotoren 58 erlaubt ist, die erste Halterungseinheit 34 unter Verwendung von kleinen Kräften zu bewegen bzw. zu halten.
Die Ausgleichszylinder 56 sind klein, wobei sie dennoch in der Lage sind, mittels der Druckluft genügend Kraft zu erzeugen. Daher lassen es die Ausgleichszylinder 56 zu, dass der Hauptwellenaktuatoraufbau 11 leichter und kompakter ist als eine herkömmliche Gewichtsausgleichsvorrichtung in Form eines Ausgleichsgewichts.
Falls eine herkömmliche Gewichtsausgleichsvorrichtung in Form eines Ausgleichsgewichts verwendet würde, wobei die erste Halterungseinheit 34 als sich bewegender Körper dient, würde man zum Bewegen des sich bewegenden Körpers, da die träge Masse der ersten Halterungseinheit 34 gleich der Masse des Ausgleichsgewichts wäre, dann eine größere Kraft benötigen.
Da die träge Masse des sich bewegenden Körpers nur gleich der Masse der ersten Halterungseinheit 34 ist, sind die Ausgleichszylinder 56 bei der die Ausgleichszylinder 56 verwendenden, Verbund-Werkzeugmaschine 10 indes in der Lage, den sich bewegenden Körper zu höheren Geschwindigkeiten zu beschleunigen als die herkömmliche Gewichtsausgleichsvorrichtung in Form eines Ausgleichsgewichts.
Außerdem kann sich das Gewicht der Verbund-Werkzeugmaschine 10 in Abhängigkeit von der Beschleunigung des sich bewegenden Körpers verändern und kann in Echtzeit ausgeglichen werden. Zum Erhöhen oder Verringern des auszugleichenden Gewichts oder zum Aufwärts-Beschleunigen des sich bewegenden Körpers kann der Luftdruck in einem der Ausgleichszylinder 56 insbesondere aktiv erhöht werden, um beim Aufwärts-Beschleunigen des sich bewegenden Körpers mitzuwirken. Zum Abwärts-Beschleunigen des sich bewegenden Körpers kann der Luftdruck im anderen Ausgleichszylinder 56 ferner aktiv verringert werden, um beim Abwärts-Beschleunigen des sich bewegenden Körpers mitzuwirken.
Der Bremsmechanismus 61 umfasst eine Bremsplatte 66, die sich vertikal erstreckt und an der hinteren Fläche der ersten Halterungseinheit 34 befestigt ist, sowie zwei Bremsbacken 68, um die Bremsplatte 66 dazwischen zu ergreifen. Die Bremsbacken 68 sind auf der vorderen Fläche der hinteren Platte 52 montiert und können mittels einer Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) auf einander zu verschoben werden, um die Bremsplatte 66 zu ergreifen. Der Bremsmechanismus 61 ist in der Lage, die erste Halterungseinheit 34 ohne Einschalten der Linearmotoren 58 auf der hinteren Platte 52 sicher in Position zu halten, wobei die erste Halterungseinheit 34 durch die Schieber 64 auf den ersten Schienen 62, die auf der hinteren Platte 52 angeordnet sind, die im zweiten Rahmen 50 der zweiten Halterungseinheit 36 befestigt ist, verschiebbar gehaltert ist.
Der Stützenschiebemechanismus 38 umfasst einen Schiebemotor 70, der auf einem oberen Abschnitt der Stütze 20 angeordnet ist und dessen Motorwelle 70a nach unten weist, eine mittels einer Wellenkopplung 72 an die Motorwelle 70a gekoppelte Kugelschraube 74, Lager, nicht gezeigt, zwei zweite Schienen 76, die sich vertikal erstrecken und auf der Fläche 20a der Stütze 20 montiert sind, sowie eine Mehrzahl von Schiebern 78, die mit den zweiten Schienen 76 in Gleiteingriff treten. Die Schieber 78 sind auf der hinteren Fläche der hinteren Platte 52 fest montiert, um die zweite Halterungseinheit 36 auf der Stütze 20 verschiebbar zu haltern.
Die Mutter 60 ist über die Kugelschraube 74 geschraubt. Wenn der Schiebemotor 70 eingeschaltet wird, bewegt sich die Mutter 60 auf und entlang der sich drehenden Kugelschraube 74, was bewirkt, dass sich die zweite Halterungseinheit 36 entlang der zweiten Schienen 76 bezüglich der Stütze 20 vertikal verschiebt.
Der Werkzeugkopf 30 schließt an seinem unteren, distalen Ende angeordnete Bohrwerkzeuge 100 (Bohrschneider), eine Mehrzahl von Grobschleifsteinen 102 (Schleifwerkzeuge oder Grobschleifsteine zum Honen) sowie eine Mehrzahl von Feinschleifsteinen 104 (Schleifwerkzeuge oder Feinschleifsteine zum Honen) ein, die auf einem Schaft angeordnet sind.
Wie in 5 gezeigt, weist der Werkzeugkopf 30 drei Grobschleifsteine 102 und drei Feinschleifsteine 104 auf. Die Grobschleifsteine 102 sind um gleiche Winkelabstände von 120° voneinander winkelbeabstandet und sind jeweils auf Schleifsteinbasen 106 (Schleifsteinschuhen) fest montiert. Die Feinschleifsteine 104 sind ebenfalls um gleiche Winkelabstände von 120° voneinander winkelbeabstandet und sind jeweils auf Schleifsteinbasen 108 (Schleifsteinschuhen) fest montiert. Jeder der Feinschleifsteine 104 ist zwischen zwei der Grobschleifsteine 102 diesen benachbart angeordnet. Jeder der Grobschleifsteine 102 und ein benachbarter der Feinschleifsteine 104 sind um 60° voneinander winkelbeabstandet.
Die Schleifsteinbasen 106 und 108 sind in jeweiligen Führungslöchern 110 radial verschiebbar geführt. Der Werkzeugkopf 30 weist einen mittleren Hohlraum auf, in welchem Konuswellen 112, 114 (expandierende Konuswellen) aufgenommen sind, um die Schleifsteinbasen 106 und 108 radial hin- und zurückzubewegen. Obgleich es nicht gezeigt ist, weist die Konuswelle 112 auf sich geneigte Flächen auf, um die Schleifsteinbasis 106 mittels einer Nockentätigkeit zu bewegen. Wenn die Konuswelle 112 axial bewegt wird, bewegen ihre geneigten Flächen die Schleifsteinbasis 106 radial hin und zurück. Gleichermaßen weist die Konuswelle 114 auf sich geneigte Flächen auf, um die Schleifsteinbasis 108 mittels einer Nockentätigkeit zu bewegen. Wenn die Konuswelle 114 axial bewegt wird, bewegen ihre geneigten Flächen die Schleifsteinbasis 108 radial hin und zurück. Die Konuswellen 112, 114 werden mittels des Aktuators 42 durch den Stab 33 axial bewegt.
Die Bohrwerkzeuge 100 sind an jeweiligen Werkzeugbasen, nicht gezeigt, befestigt. Die Bohrwerkzeuge 100 sind in jeweiligen Führungslöchern (nicht gezeigt) geführt, um in radialen Richtungen expandiert bzw. kontrahiert zu werden. Die Bohrwerkzeuge 100 können mittels der Konuswelle 112 oder der Konuswelle 114 mittels einer Nockentätigkeit radial hin- und zurückbewegt werden.
Der Werkzeugkopf 30 weist ein Paar Luftdüsen 120 auf, die Druckluft ausstoßen, um auf Grundlage des Drucks oder der Rate der ausgestoßenen Druckluft den Durchmesser eines Lochs H (siehe 1) im Werkstück W1 zu messen.
Nachstehend wird jetzt der Betrieb der Werkzeugmaschine 10 zum Bearbeiten eines Lochs H im Werkstück W1 beschrieben (siehe 1).
Zuerst wird der Werkstückzufuhrmechanismus 14 eingeschaltet, um das Werkstück W1 derart zuzuführen und zu befestigen, dass ein Loch H1 (eine Zylinderbohrung oder dergleichen) im Werkstück W1 direkt unter dem Werkzeugkopf 30 angeordnet ist. Die Bremsplatte 66 wird von den Bremsbacken 68 des Bremsmechanismus 61 ergriffen, um die erste Halterungseinheit 34 bezüglich der zweiten Halterungseinheit 36 zu befestigen. Zu diesem Zeitpunkt werden die Grobschleifsteine 102 und die Feinschleifsteine 104 in die Führungslöcher 110 zurückgezogen.
Dann dreht der Hauptwellenmotor 44 die Hauptwelle 32 und den Werkzeugkopf 30 und dreht der Schiebemotor 70 die Kugelschraube 74 derart, dass die zweite Halterungseinheit 36 und die erste Halterungseinheit 34 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit nach unten bewegt werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Bohrwerkzeuge 100 ein Loch H von vorbestimmtem Durchmesser in das Werkstück W1 bohren. Zu diesem Zeitpunkt kann das Loch H rasch gebohrt werden, da die Hauptwelle 32 einen Durchmesser aufweist, der die Hauptwelle 32 genügend steif macht, und kann die Hauptwelle 32 aufgrund ihrer hohlen Struktur, in welcher kein Trennmechanismus oder Verbindungsmechanismus vorhanden ist (siehe 2), ferner mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht werden.
Während die Bohrwerkzeuge 100 das Loch H in das Werkstück W1 bohren, müssen die Linearmotoren 58 nicht zwingend eingeschaltet sein, da die erste Halterungseinheit 34 mittels des Bremsmechanismus 61 befestigt ist (siehe 3).
Nachdem das Loch H bis zu einer vorbestimmten Tiefe in das Werkstück W1 gebohrt worden ist, wird der Schiebemotor 70 zum Anheben der ersten Halterungseinheit 34 und der zweiten Halterungseinheit 36 umgeschaltet, woraufhin der Hauptwellenmotor 44 ausgeschaltet wird.
Dann wird die Konuswelle 112 axial bewegt, um zu bewirken, dass die Grobschleifsteine 102 um einen geeigneten Abstand radial vorspringen, und werden die Bremsbacken 68 des Bremsmechanismus 61 geöffnet, um die Bremsplatte 66 derart freizugeben, dass die erste Halterungseinheit 34 angehoben oder gesenkt werden kann.
Dann wird das Loch H im Werkstück W1 grob gehont. Der Hauptwellenmotor 44 wird wieder eingeschaltet, und die Linearmotoren 58 werden eingeschaltet, um die erste Halterungseinheit 34 hin- und herzubewegen (siehe 4). Da der Schiebemotor 70 ausgeschaltet ist, bleibt die zweite Halterungseinheit 36 bezüglich der Stütze 20 zu diesem Zeitpunkt befestigt und wird die erste Halterungseinheit 34 bezüglich der Stütze 20 und der zweiten Halterungseinheit 36 hin- und herbewegt. Die Grobschleifsteine 102 werden in Kontakt mit dem Werkstück W1 gedreht, wobei sie bezüglich der inneren Fläche des Lochs H im Werkstück W1 angehoben und gesenkt werden, wodurch die innere Fläche des Lochs H grob gehont wird.
Sofern das Gewicht der ersten Halterungseinheit 34 mittels der Ausgleichszylinder 56 ausgeglichen wird, wird auf die Linearmotoren 58 keine übarmäßige Last ausgeübt. Daher können die Linearmotoren 58 die erste Halterungseinheit 34 unter Verbrauch von lediglich einer kleinen Menge elektrischer Energie anheben und senken. Wenn die erste Halterungseinheit 34 angehoben und gesenkt wird, wirkt diese als Linearsystem ausgeglichener Lasten, und daher kann die erste Halterungseinheit 34 mit erhöhter Steuerbarkeit betrieben werden.
Da die erste Halterungseinheit 34 und die Hauptwelle 32 genügend steif sind, neigen sie nicht zum Biegen und können sie mit hohen Geschwindigkeiten angehoben und gesenkt werden, wodurch das Werkstück W1 in einem kürzeren Zeitraum bearbeitet werden kann. Da die Linearmotoren 58 keine drehenden Teile aufweisen und die Bewegungsrichtungen nicht verändern müssen, können sie die erste Halterungseinheit 34 direkt linear bewegen. Daher weisen die Linearmotoren 58 eine einfache Struktur und einen effizienten Betrieb auf und können die erste Halterungseinheit 34 selbst dann zuverlässig betreiben, wenn die erste Halterungseinheit 34 eine relativ große Masse aufweist.
Nach Beendigung des Grobhonvorgangs werden der Hauptwellenmotor 44 und die Linearmotoren 58 ausgeschaltet. Die Grobschleifsteine 102 werden zurückgezogen, wodurch sich deren Durchmesser verringert, und die Feinschleifsteine 104 werden radial nach außen expandiert, wodurch sich deren Durchmesser erhöht. Insbesondere wird die Konuswelle 112 axial bewegt, um die Grobschleifsteine 102 in die Führungslöcher 110 zurückzuziehen, wohingegen die Konuswelle 114 axial bewegt wird, um zu bewirken, dass die Feinschleifsteine 104 um einen geeigneten Abstand radial nach außen vorspringen.
Dann wird das Loch H im Werkstück W1 fein gehont. Der Hauptwellenmotor 44 wird wieder eingeschaltet und die Linearmotoren 58 werden eingeschaltet, um die erste Halterungseinheit 34 hin- und herzubewegen. Während die Feinschleifsteine 104 mit dem Werkstück W1 in Kontakt stehen, werden sie bezüglich der inneren Fläche des Lochs H im Werkstück W1 gedreht sowie angehoben und gesenkt, wodurch die innere Fläche des Lochs H fein gehont wird. Wie der Grobhonvorgang kann der Feinhonvorgang in einem kurzen Zeitraum einfach und effizient durchgeführt werden.
Danach werden der Hauptwellenmotor 44 und die Linearmotoren 58 ausgeschaltet. Dann wird ein nachfolgender Vorgang durchgeführt, um den Durchmesser des Lochs H im Werkstück W1 mittels der Luftdüsen 120 zu messen und zu bestätigen. Der Bremsmechanismus 61 verriegelt die erste Halterungseinheit 34, und der Schiebemotor 70 wird eingeschaltet, um die erste Halterungseinheit 34 und die zweite Halterungseinheit 36 anzuheben. Auf diese Weise wird die Hauptwelle 32 aus dem Loch H im Werkstück W1 entfernt, wodurch der Bearbeitungsvorgang an dem Loch H im Werkstück W1 zu Ende gebracht wird. Ferner kann das Messen und Bestätigen des Durchmessers des Lochs H im Werkstück W1 mittels der Luftdüsen 120 entweder nach Beendigung des Grobhonvorgangs oder während des Grobhonvorgangs oder sogar während des Feinhonvorgangs durchgeführt werden.
In der im japanischen Patent Nr. 3270683 offenbarten Werkzeugmaschine werden die Honhauptwelle und der Werkzeugkopf, die für den Bohrvorgang in die Hauptwelle eingeführt sind, während des Honvorgangs als ein sich bewegender Körper hin- und herbewegt. Das heißt, dass die Honhauptwelle und der Werkzeugkopf für den Bohrvorgang einen kleineren Durchmesser aufweisen müssen als die Hauptwelle, da diese zum Durchführen des Bohrvorgangs in die Hauptwelle eingesetzt sind. Daher sind die Honhauptwelle und der Werkzeugkopf nicht genügend steif und neigen bei einer gegebenen Anzahl (Häufigkeit) von Hin- und Herbewegungen pro Zeiteinheit zum Mitschwingen.
Bei der Verbund-Werkzeugmaschine 10 gemäß der ersten Ausführungsform wird die Hauptwelle 32 eines Durchmessers indes sowohl während des Bohrvorgangs als auch während des Honvorgangs gedreht. Da die Hauptwelle 32 sowohl im Bohrvorgang als auch im Honvorgang mechanisch als ein Mechanismus angesehen werden kann, ist kein Mechanismus zum Wechseln des Durchmessers der Hauptwelle 32 erforderlich. Die Hauptwelle 32 kann während des Bohrvorgangs mit hohen Geschwindigkeiten gedreht werden und kann während des Honvorgangs mit hohen Geschwindigkeiten hin- und herbewegt werden.
Da der die Hauptwelle 32 halternde, erste Rahmen 40 bei der Durchführung des Bohrvorgangs (die Hauptwelle 32) um die Hauptwelle angeordnet ist, wirken während des Honvorgangs lediglich der erste Rahmen 40 und die Hauptwelle 32 als sich bewegende Körper. Die Querschnittsfläche des sich bewegenden Körpers ist größer als die Querschnittsfläche der bohrenden Hauptwelle 32, und daher ist eine ausreichende Steifigkeit vorgesehen, um das Mitschwingen des sich bewegenden Körpers selbst dann zu verhindern, wenn er mit hohen Geschwindigkeiten hin- und herbewegt wird.
Obgleich das Gewicht des sich bewegenden Körpers groß ist, wird es von den Ausgleichszylindern 56 ausgeglichen. Da die träge Masse des sich bewegenden Körpers kleiner ist als die herkömmliche Gewichtsausgleichsvorrichtung in Form eines Ausgleichsgewichts, kann der sich bewegende Körper mit genügend hohen Geschwindigkeiten hin- und herbewegt werden, wodurch die Bearbeitungszeit verringert werden kann.
Die Linearmotoren 58 sind in der Lage, den sich bewegenden Körper mit hohen Geschwindigkeiten zu bewegen, wobei die gewünschte Anordnungsgenauigkeit beibehalten bleibt, und daher sind die Linearmotoren 58 für den Honvorgang geeignet. Im Gegensatz dazu sind in der im japanischen Patent Nr. 3270683 offenbarten Werkzeugmaschine die Hauptwelle für den Bohrvorgang und die Hauptwelle für den Honvorgang derart kombiniert, dass sie während des Bohrvorgangs ordnungsgemäß arbeiten. Diese jeweiligen Hauptwellen müssen zum Arbeiten während des Bohrvorgangs kombiniert werden, um den sich drehenden Körper genügend steif zu machen, da der Schneidwiderstand im Bohrvorgang größer ist als im Honvorgang.
Bei der Verbund-Werkzeugmaschine 10 gemäß der ersten Ausführungsform weist die Hauptwelle für den Bohrvorgang für die erforderliche Steifigkeit im Bohrvorgang den gleichen Durchmesser auf wie vorher und braucht sie für die Verwendung im Honvorgang keinen Trennmechanismus. Daher ist die träge Masse des sich drehenden Körpers verringert, wodurch es dem Körper erlaubt ist, mit hohen Geschwindigkeiten gedreht werden, wodurch die Bearbeitungszeit verringert werden kann.
Da die Hauptwelle der Verbund-Werkzeugmaschine 10 während der Bohr- und Honvorgänge keinerlei Änderung bezüglich des Mechanismus benötigt, weist die Werkzeugmaschine 10 eine einfache Struktur auf und ist sie sehr langlebig und kostengünstig in der Herstellung. Ferner wird keine Zeit zum Ändern des Mechanismus der Hauptwelle benötigt, was einen kürzeren Zeitraum zum Bearbeiten des Werkstücks W1 mit sich bringt.
Bei dem vorstehenden Hauptwellenaktuatoraufbau 11 ist die Hauptwelle 32 mittels der ersten Halterungseinheit 34, der zweiten Halterungseinheit 36 und des Stützenschiebemechanismus 38 auf der Stütze 20 montiert. Die 6 und 7 zeigen einen abgewandelten Hauptwellenaktuatoraufbau 11a, der eine einfachere Struktur aufweist. Der abgewandelte Hauptwellenaktuatoraufbau 11a wird nachstehend mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben. Teile des abgewandelten Hauptwellenaktuatoraufbaus 11a, die bezüglich jenen des Hauptwellenaktuatoraufbaus 11 der Werkzeugmaschine 10 identisch sind, werden mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und werden nachstehend nicht ausführlich beschrieben.
Wie in den 6 und 7 gezeigt, ist die Hauptwelle 32 des abgewandelten Hauptwellenaktuatoraufbaus 11a mittels der ersten Halterungseinheit 34 auf der Stütze 20 gehaltert. Der abgewandelte Hauptwellenaktuatoraufbau 11a weist die zweite Halterungseinheit 36 und den Stützenschiebemechanismus 38 der Verbund-Werkzeugmaschine 10 nicht auf.
Die ersten Schienen 62 sind auf der Fläche 20a der Stütze 20 montiert, und die erste Halterungseinheit 34 ist auf den ersten Schienen 62 vertikal bewegbar gehaltert. Die Stütze 20 haltert auf sich einen zweiten Rahmen 50a, der im Wesentlichen die gleiche Gestalt aufweist wie der zweite Rahmen 50. Der zweite Rahmen 50a ist bezüglich der ersten Halterungseinheit 34 umgebend angeordnet. Die Linearmotoren 58 sind auf den Innenseitenflächen des zweiten Rahmens 50a und auf den Außenseitenflächen des ersten Rahmens 40 angeordnet, um die erste Halterungseinheit 34 bezüglich der Stütze 20 anzuheben und zu senken. Die Bremsbacken 68 des Bremsmechanismus 61 sind auf der Stütze 20 montiert, um die erste Halterungseinheit 34 auf der Stütze 20 in Position zu verriegeln.
Wenn der Hauptwellenaktuatoraufbau 11a die Hauptwelle 32 während des Bohrvorgangs nach unten senkt und die Hauptwelle 32 während des Grobhonvorgangs und des Feinhonvorgangs anhebt und senkt, bewegen die Linearmotoren 58 die erste Halterungseinheit 34 derart, dass die Hauptwelle 32 bewegt wird. Da die Hauptwelle 32 während des Bohrens und Honens des Lochs H in das Werkstück W1 gänzlich von den Linearmotoren 58 angehoben und gesenkt wird, fallen die zweite Halterungseinheit 36 und der Stützenschiebemechanismus 38 weg und kann der Hauptwellenaktuatoraufbau 11a daher eine einfachere Struktur aufweisen.
Wie bei der Verbund-Werkzeugmaschine 10 weist der Hauptwellenaktuatoraufbau 11a eine einfache Struktur und einen effizienten Betrieb auf und lässt außerdem die Bearbeitung des Werkstücks W1 in kürzerem Zeitraum zu. Da die Linearmotoren 58 des Hauptwellenaktuatoraufbaus 11a sowohl während des Bohrvorgangs als auch während des Honvorgangs derart betrieben werden, dass die Linearmotoren 58 des Hauptwellenaktuatoraufbaus 11a genügend Druckkräfte erzeugen können, die während des Bohrvorgangs erforderlich sind, sollten die Linearmotoren 58 von einem Typ sein, der eine größere Ausgangsleistung aufweist als die Linearmotoren 58 der Verbund-Werkzeugmaschine 10, die nur während des Honvorgangs eingeschaltet sind.
Nachstehend wird eine Verbund-Werkzeugmaschine 210 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 8 gezeigt, führt eine Verbund-Werkzeugmaschine 210 gemäß der zweiten Ausführungsform einen Werkzeugkopf 212 in ein Werkstück W2, z. B. eine Bohrung in einem Zylinderblock eines Kraftfahrzeugmotors, ein und bohrt und hont das Werkstück W2.
Die Verbund-Werkzeugmaschine 210 umfasst einen in das Werkstück W2 eingesetzten Werkzeugkopf 212 (Bearbeitungskopf), wobei der Werkzeugkopf 212 eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist, die bezüglich des Durchmessers expandiert oder kontrahiert werden kann. Die Verbund-Werkzeugmaschine 210 umfasst ferner einen ersten Zahnradsatz 216 und einen zweiten Zahnradsatz 218, einen ersten Servomotor 220 bzw. einen zweiten Servomotor 222 zum Drehen des ersten Zahnradsatzes 216 bzw. des zweiten Zahnradsatzes 218, eine Hauptwelle 224 (Spindel), mit welcher der Werkzeugkopf 212 verbunden ist, sowie einen Bewegungsmechanismus 226 (Bewegungsmittel), um die Hauptwelle 224 in den mittels des Pfeils A angezeigten Richtungen axial hin- und zurückzubewegen. Die Funktion des ersten Zahnradsatzes 216 und des zweiten Zahnradsatzes 218 besteht darin, Antriebskräfte vom ersten Servomotor 220 und dem zweiten Servomotor 222 zum Werkzeugkopf 212 zu übertragen, wobei die Antriebskräfte als Expansionskräfte für den Werkzeugkopf 212 arbeiten. Der erste Zahnradsatz 216, der zweite Zahnradsatz 218, der erste Servomotor 220, der zweite Servomotor 222 und die Hauptwelle 224 sind in einem Gehäuse 228 (Halterung) aufgenommen.
Die Hauptwelle 224 ist mittels Lagern (nicht gezeigt) auf dem Gehäuse 228 drehbar gehaltert. Die Hauptwelle 224 wird mittels eines Hauptwellenmotors 221 (Drehmittel) durch ein auf der äußeren Fläche der Hauptwelle 224 vorhandenes Zahnrad 223 und ein anderes, mit dem Zahnrad 223 kämmendes und an die Antriebswelle des Hauptwellenmotors 221 gekoppeltes Zahnrad 225 um ihre eigene Achse gedreht. Alternativ kann die Hauptwelle 224 durch einen Riemen- und Scheibenmechanismus mittels des Hauptwellenmotors 221 gedreht werden.
Der Bewegungsmechanismus 226 umfasst eine Schiene 227 zum Führen von Führungen 228a, 228b auf dem Gehäuse 228 und eine Kugelschraube 229, die sich bezüglich der Schiene 227 parallel erstreckt und durch einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 228c (Mutter) des Gehäuses 228 gewunden ist. Wenn die Kugelschraube 229 mittels eines an die Kugelschraube 229 gekoppelten Servomotors 231 um ihre eigene Achse gedreht wird, bewegt sich die Hauptwelle 224 in den mittels des Pfeils A angezeigten Richtungen hin und zurück.
Die Verbund-Werkzeugmaschine 210 umfasst eine Steuerungsvorrichtung 230 (Überwachungssteuerungskonsole) zum Steuern der Kräfte, die zum Expandieren des Werkzeugkopfs 212 arbeiten, d. h. zum Steuern des Einschaltens des ersten Servomotors 220 und des zweiten Servomotors 222 sowie des Einschaltens des Servomotors 231. In der Steuerungsvorrichtung 230 sind verschiedene NC-Daten (numerische Steuerungsdaten) zum Bearbeiten des Werkstücks W2 erfasst.
Wie in 9 gezeigt, umfasst der Werkzeugkopf 212 einen im Wesentlichen die Form eines hohlen Zylinders aufweisenden Hauptkörper 232, eine Mehrzahl von Grobschleifsteinen 236 (Schleifwerkzeuge oder Grobhonschleifsteine) und eine Mehrzahl von Feinschleifsteinen 238 (Schleifwerkzeuge oder Feinhonschleifsteine), die in Löchern 234 (Führungsrillen) abwechselnd eingesetzt sind, die in der Umfangswand des Hauptkörpers 232 voneinander winkelbeabstandet radial festgelegt sind. Ein Werkzeug 242 (Bohrwerkzeug, ein FB-Werkzeug oder ein Feinbohrwerkzeug) ist in ein in der Umfangswand des Hauptkörpers 232 festgelegtes Loch 240 eingesetzt. Auf der Umfangswand des Hauptkörpers 232, und zwar zwischen den Grobschleifsteinen 236 und den Feinschleifsteinen 238, ist eine Mehrzahl (z. B. vier) von Luftmikrometer-Detektiermitteln 244 radial angeordnet. Durch einen Luftdurchgang (nicht gezeigt) in den Werkzeugkopf 212 zugeführte Luft wird von den Luftmikrometer-Detektiermitteln 244 aus ihren jeweiligen Düsen 244a ausgestoßen, um den Durchmesser einer Bohrung im Werkstück W2 zu messen.
Der Werkzeugkopf 212 weist Werkzeughalter 246 mit Wegwerfspitzen (nicht gezeigt) auf, die auf seiner äußeren Umfangsfläche in der Nähe seines distalen Endes montiert sind. Die Werkzeughalter 246 können durch andere Werkzeughalter ersetzt werden, wenn die Bolzen 246a gelöst sind. Die Werkzeughalter 246 sind an Expansionsmittel (nicht gezeigt) gekoppelt, die den nachher zu beschreibenden Expansionsmitteln (Konuswellen, sich verjüngenden Konen) ähnlich sind, durch welche die Werkzeughalter 246 radial bewegt (expandiert) werden können.
Wie in 10 gezeigt, weist der Werkzeugkopf 212 drei Grobschleifsteine 236 und drei Feinschleifsteine 238 auf. Die Grobschleifsteine 236 bzw. die Feinschleifsteine 238 sind auf Grobschleifsteinbasen 248 (Schleifsteinbasen oder Grobschleifsteinschuhen) bzw. Feinschleifsteinbasen 250 (Schleifsteinbasen oder Feinschleifsteinschuhen) fest montiert. Das Werkzeug 242 ist mit einem distalen Ende von einer der Feinschleifsteinbasen 250 verbunden. Das Werkzeug 242 ist an einer Kartusche 254 in der Form eines nachgebenden Glieds befestigt, wie beispielsweise einer Blattfeder oder dergleichen. Ein an der Kartusche 254 befestigter Bolzen 252 ist in ein mit einem Innengewinde versehenes Loch (nicht gezeigt) gewunden, welches im Hauptkörper 232 festgelegt ist. Das Werkzeug 242 ist mittels der Kartusche 254 an einem Stift 256 befestigt. Die Grobschleifsteine 236 und die Feinschleifsteine 238 sind in mittels der Pfeile B angezeigte Richtungen radial bewegbar, d. h. radial expandierbar und kontrahierbar, wobei sie von den Löchern 234 in den gleichen axialen Stellungen auf dem Werkzeugkopf 211 geführt werden.
Im Werkzeugkopf 212 ist ein sich verjüngender Konus 258 zum Grobschleifen (Expansionskonuswelle oder Konuswelle) verschiebbar angeordnet, um die Grobschleifsteinbasen 248 radial zu expandieren. In den sich verjüngenden Konus 258 zum Grobschleifen ist ein sich verjüngender Konus 260 zum Feinschleifen (Expansionskonuswelle oder Konuswelle) eingesetzt, um die Feinschleifsteinbasen 250 radial zu expandieren. Der sich verjüngende Konus 260 zum Feinschleifen ist vom sich verjüngenden Konus 258 zum Grobschleifen gesondert verschiebbar. Wie in den 10 und 11 gezeigt, weist der sich verjüngende Konus 258 zum Grobschleifen Verjüngungen 258a, 258b auf, die sich verjüngende Flächen einschließen. Nach innen geneigte Flächen 248a, 248b der Grobschleifsteinbasen 248 sind gegen die sich verjüngenden Flächen der Verjüngungen 258a, 258b in Gleitanlage gehalten. Wie in den 10 und 12 gezeigt, weist gleichermaßen der sich verjüngende Konus 260 zum Feinschleifen Verjüngungen 260a, 260b auf, die sich verjüngende Flächen einschließen. Nach innen geneigte Flächen 250a, 250b der Feinschleifsteinbasen 250 sind gegen die sich verjüngenden Flächen der Verjüngungen 260a, 260b in Gleitanlage gehalten. Wie in den 10 und 12 gezeigt, weist der sich verjüngende Konus 260 zum Feinschleifen an seinem distalen Endabschnitt in der Nähe einer der Verjüngungen 260a eine Werkzeugverjüngung 262 auf, um den Stift 256, d. h. das Werkzeug 242, radial zu expandieren.
Wie in 11 gezeigt, weist der sich verjüngende Konus 258 zum Grobschleifen einen distalen Endabschnitt auf, der in drei Arme unterteilt ist, zwischen welchen Zwischenräume 264 festgelegt sind, wobei die Verjüngungen 260a, 260b des sich verjüngenden Konus 260 zum Feinschleifen in die Zwischenräumen 264 eingesetzt sind (siehe 10). Der distale Endabschnitt des sich verjüngenden Konus 260 zum Feinschleifen, der die Werkzeugverjüngung 262 einschließt, springt vom distalen Ende des sich verjüngenden Konus 258 zum Grobschleifen vor.
Wie in den 13 und 14 gezeigt, sind der sich verjüngende Konus 258 zum Grobschleifen und der sich verjüngende Konus 260 zum Feinschleifen dann, wenn der Werkzeugkopf 212 mit der Hauptwelle 224 verbunden ist, mit jeweiligen Wellen 266, 268 verbunden. Die Wellen 266, 268 weisen eine hohle zylindrische Gestalt auf, wobei die Welle 268 in der Welle 266 koaxial angeordnet ist.
Um das Werkzeug 242 radial zu expandieren, wird die Welle 268 derart axial nach vorne bewegt, dass der sich verjüngende Konus 260 zum Feinschleifen in die mittels des Pfeils A2 angezeigte Richtung geschoben wird, was bewirkt, dass die Werkzeugverjüngung 262 den Stift 256 radial nach außen drückt (siehe 15). Die Kartusche 254 wird um den am Hauptkörper 232 befestigten Bolzen 252 elastisch verformt (d. h. verworfen), wodurch das Werkzeug 242 in die mittels des Pfeils B angezeigte Richtung radial nach außen verlagert wird, wobei das Werkzeug 242 mittels des Lochs 240 im Hauptkörper 232 geführt wird.
Um die Grobschleifsteine 236 zu expandieren, wird die Welle 266 derart axial nach hinten bewegt, dass der sich verjüngende Konus 258 zum Grobschleifen in die mittels des Pfeils A1 angezeigte Richtung gezogen wird, was bewirkt, dass die Verjüngungen 258a, 258b gegen die nach innen geneigten Flächen 248a, 248b der Grobschleifsteinbasen 248 drücken (siehe 16). Auf diese Weise werden die Grobschleifsteine 236 in die mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen radial nach außen expandiert, wobei die Grobschleifsteine 236 mittels der Löcher 234 im Hauptkörper 232 geführt werden. Um die Grobschleifsteine 236 aus der expandierten Stellung zu kontrahieren, wird die Welle 266 derart axial nach vorne bewegt, dass der sich verjüngende Konus 258 zum Grobschleifen in die mittels des Pfeils A2 angezeigte Richtung geschoben wird. Auf diese Weise werden die Grobschleifsteine 236 in bezüglich den mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen entgegengesetzte Richtungen radial nach innen kontrahiert, wobei die Grobschleifsteine 236 mittels der Löcher 234 im Hauptkörper 232 geführt werden.
Um die Feinschleifsteine 238 zu expandieren, wird die Welle 268 derart axial nach hinten bewegt, dass der sich verjüngende Konus 260 zum Feinschleifen in die mittels des Pfeils A1 angezeigte Richtung gezogen wird, was bewirkt, dass die Verjüngungen 260a, 260b gegen die nach innen geneigten Flächen 250a, 250b der Feinschleifsteinbasen 250 drücken (siehe 17). Auf diese Weise werden die Feinschleifsteine 238 in die mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen radial nach außen expandiert, wobei die Feinschleifsteine 238 mittels der Löcher 234 im Hauptkörper 232 geführt werden. Um die Feinschleifsteine 238 aus der expandierten Stellung zu kontrahieren, wird die Welle 268 derart axial nach vorne bewegt, dass der sich verjüngende Konus 260 zum Feinschleifen in die mittels des Pfeils A2 angezeigte Richtung geschoben wird. Auf diese Weise werden die Feinschleifsteine 238 in bezüglich den mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen entgegengesetzte Richtungen radial nach innen kontrahiert, wobei die Feinschleifsteine 238 mittels der Löcher 234 im Hauptkörper 232 geführt werden.
Bei dem Werkzeugkopf 212 der Verbund-Werkzeugmaschine 210 gemäß der zweiten Ausführungsform funktionieren die Grobschleifsteinbasen 248, die Feinschleifsteinbasen 250, der sich verjüngende Konus 258 zum Grobschleifen und der sich verjüngende Konus 260 zum Feinschleifen daher gemeinsam als Expansionsglieder (Kontraktionsglieder) zum Expandieren (Kontrahieren) der Grobschleifsteine 236 und der Feinschleifsteine 238.
Wie in 8 gezeigt, ist der Werkzeugkopf 212 an die Hauptwelle 224 gekoppelt. Wenn die Hauptwelle 224 um ihre Achse gedreht wird, dreht sich der Werkzeugkopf 212 infolgedessen ebenfalls um seine Achse.
Wie in den 8 und 18 gezeigt, sind die Wellen 266, 268 in der eine hohle zylindrische Gestalt aufweisenden Hauptwelle 224 koaxial angeordnet, in welcher die Wellen 266, 268 in den mittels des Pfeils A angezeigten Richtungen bewegbar sind. Eine innere Umfangsfläche der Hauptwelle 224 und eine äußere Umfangsfläche der Welle 266 sind mittels Keilverzahnungen miteinander in Eingriff gehalten. Ferner sind eine innere Umfangsfläche der Welle 266 und eine äußere Umfangsfläche der Weile 268 mittels Keilverzahnungen miteinander in Eingriff gehalten (siehe 19). Daher sind die Wellen 266, 268 in der Hauptwelle 224 in mittels des Pfeils A angezeigte Richtungen einzeln oder gleichzeitig bewegbar (d. h. verschiebbar) und sind zudem im Einklang mit der Hauptwelle 224 um ihre Achsen drehbar.
Die Wellen 266, 268 weisen jeweilige, den vorderen Enden gegenüberliegende, hintere Enden auf, die mit dem sich verjüngenden Konus 258 zum Grobschleifen und dem sich verjüngenden Konus 260 zum Feinschleifen verbunden sind und die an den zweiten Zahnradsatz 218 bzw. den ersten Zahnradsatz 216 gekoppelt sind. Wenn der erste Zahnradsatz 216 mittels des ersten Servomotors 220 in Betrieb gesetzt wird, wird die Welle 268 axial hin- und zurückbewegt. Wenn der zweite Zahnradsatz 218 mittels des zweiten Servomotors 222 in Betrieb gesetzt wird, wird die Welle 266 axial hin- und zurückbewegt.
Mit Bezug auf die 18 und 20 werden nachstehend Einzelheiten bezüglich der Strukturen des ersten Zahnradsatzes 216 und des zweiten Zahnradsatz 218 beschrieben. 20 zeigt in perspektivischer Teilansicht die Art und Weise, in welcher die Zahnräder des ersten Zahnradsatzes 216 miteinander in Kämmeingriff gehalten sind. Die Zahnräder des zweiten Zahnradsatzes 218 stehen im Wesentlichen in gleicher Art und Weise miteinander in Kämmeingriff wie die in 20 gezeigten Zahnräder des ersten Zahnradsatzes 216.
Der erste Zahnradsatz 216 umfasst ein an die Antriebswelle 220a des ersten Servomotors 220 gekoppeltes Ritzelzahnrad 270, ein rohrförmiges Ringzahnrad 272, welches ein mit dem Ritzelzahnrad 270 in Kämmeingriff gehaltenes, äußeres Geradstirnrad 272a und außerdem eine mit einem Innengewinde versehene, innere Umfangsfläche 272b aufweist, sowie eine rohrförmige Kugelschraube 274, die eine mit einem Außengewinde versehene, äußere Umfangsfläche 274a aufweist, die über die mit einem Innengewinde versehene, innere Umfangsfläche 272b des Ringzahnrads 272 gewunden ist. Der erste Zahnradsatz 216 schließt zudem zwei nebeneinander liegende Lager 276 ein, von welchen jedes eine über die Welle 268 gepasste, innere Laufbahn 276a und eine in die Kugelschraube 274 gepasste, äußere Laufbahn 276b sowie Wälzkörper 276c umfasst, die zwischen der inneren Laufbahn 276a und der äußeren Laufbahn 276b wälzend angeordnet sind. Das Ritzelzahnrad 270 ist mittels Lagern 278, 280 im Gehäuse 228 drehbar gehaltert. Das Ringzahnrad 272 ist mittels Drucklagern 282, 284 im Gehäuse 228 drehbar gehaltert. Die inneren Laufbahnen 276a können mit der äußeren Umfangsfläche der Welle 268 integral sein, und die äußeren Laufbahnen 276b können mit der inneren Umfangsfläche der Kugelschraube 274 integral sein.
Der zweite Zahnradsatz 218 umfasst ein an die Antriebswelle 222a des zweiten Servomotors 222 gekoppeltes Ritzelzahnrad 286, ein rohrförmiges Ringzahnrad 288, welches ein mit dem Ritzelzahnrad 286 in Kämmeingriff gehaltenes, äußeres Geradstirnrad 288a und außerdem eine mit einem Innengewinde versehene, innere Umfangsfläche 288b aufweist, sowie eine rohrförmige Kugelschraube 290, die eine mit einem Außengewinde versehene, äußere Umfangsfläche 290a aufweist, die über die mit einem Innengewinde versehene, innere Umfangsfläche 288b des Ringzahnrads 288 gewunden ist. Der zweite Zahnradsatz 218 schließt zudem zwei nebeneinander liegende Lager 292 ein, von welchen jedes eine über die Welle 266 gepasste, innere Laufbahn 292a und eine in die Kugelschraube 290 gepasste, äußere Laufbahn 292b sowie Wälzkörper 292c umfasst, die zwischen der inneren Laufbahn 292a und der äußeren Laufbahn 292b wälzend angeordnet sind. Das Ritzelzahnrad 286 ist mittels Lagern 294, 296 im Gehäuse 228 drehbar gehaltert. Das Ringzahnrad 288 ist mittels Lagern 298, 300 im Gehäuse 228 drehbar gehaltert. Die inneren Laufbahnen 292a können mit der äußeren Umfangsfläche der Welle 266 integral sein, und die äußeren Laufbahnen 292b können mit der inneren Umfangsfläche der Kugelschraube 290 integral sein.
Wenn der erste Servomotor 220 unter der Steuerung der Steuerungsvorrichtung 230 gedreht wird, wird in dem ersten Zahnradsatz 216 das Ritzelzahnrad 270 gedreht. In Abhängigkeit von der Drehrichtung des Ritzelzahnrads 270 wird die Kugelschraube 274 in die mittels des Pfeils A angezeigte Richtung axial hin- oder zurückbewegt. Da die Kugelschraube 274 und die Welle 268 mittels der Lager 276 aneinander gekoppelt sind, bewegt sich auch die Welle 268 im Einklang mit der Kugelschraube 274 axial.
Das Ritzelzahnrad 270 ist drehbar und kann mittels des ersten Servomotors 220 in einer gewünschten Winkelposition (d. h. einer gewünschten Phase) festgehalten werden. Daher ist die Welle 268 axial hin- und zurückbewegbar und kann an einer gewünschten Position entlang der mittels des Pfeils A angezeigten Richtung festgehalten werden. Gleichermaßen ist der an die Welle 268 gekoppelte, sich verjüngende Konus 260 zum Feinschleifen axial hin- und zurückbewegbar und kann an einer gewünschten Position festgehalten werden. Infolgedessen sind das Werkzeug 242 und die Feinschleifsteine 238 expandierbar und kontrahierbar und können an einer gewünschten Position entlang der mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen festgehalten werden.
Bei dem zweiten Zahnradsatz 218 ist das Ritzelzahnrad 270 drehbar und kann mittels des ersten Servomotors 220 unter der Steuerung der Steuerungsvorrichtung 230 in einer gewünschten Winkelposition (d. h. einer gewünschten Phase) festgehalten werden. Daher ist die Welle 266 axial hin- und zurückbewegbar und kann an einer gewünschten Position entlang der mittels des Pfeils A angezeigten Richtung festgehalten werden. Gleichermaßen ist der an die Welle 266 gekoppelte, sich verjüngende Konus 258 zum Grobschleifen axial hin- und zurückbewegbar und kann an einer gewünschten Position festgehalten werden. Infolgedessen sind die Grobschleifsteine 236 expandierbar und kontrahierbar und können an einer gewünschten Position entlang der mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen festgehalten werden.
Bei der Verbund-Werkzeugmaschine 210 funktionieren der erste Servomotor 220, der zweite Servomotor 222, die Ritzelzahnräder 270, 286, die Ringzahnräder 272, 288, die Kugelschrauben 274, 290 und die Lager 276, 292 gemeinsam als Expansionsglieder (Kontraktionsglieder) zum Expandieren (Kontrahieren) des Werkzeugs 242, der Grobschleifsteine 236 und der Feinschleifsteine 238.
Wie in den 8 und 18 gezeigt, weisen der erste Servomotor 220 und der zweite Servomotor 222 in einander entgegengesetzte Richtungen und sind zueinander parallel angeordnet, und zwar jeweils einer auf jeder Seite der Wellen 266, 268. Die Ringzahnräder 272, 288, die Kugelschrauben 274, 290 und die Lager 276, 292 sind zueinander koaxial angeordnet. Daher ist die Verbund-Werkzeugmaschine 210 klein und insgesamt kompakt.
Mit Bezug auf das in 21 gezeigte Flussdiagramm wird nachstehend ein Bohrvorgang und ein Schleifvorgang (Honvorgang) beschrieben, die mittels der Verbund-Werkzeugmaschine 210 an einer Bohrung in einem Zylinderblock eines Kraftfahrzeugmotors durchgeführt werden.
In Schritt S1 von 21 wird ein Dummy-Kopf 304 (siehe 22A) mittels Bolzen 304a an einem Zylinderblock 302a als Zylinderblockrohling befestigt. Der Dummy-Kopf 304 weist eine Gestalt auf und ist aus einem Material gebildet, die jenen des Produktzylinderkopfs ähnlich sind. Der Dummy-Kopf 304 weist ein darin festgelegtes Loch 304b auf, welches einen größeren Durchmesser aufweist als eine im Zylinderblock 302a ausgebildete Bohrung 303.
Sobald der Zylinderblock 302a an einer gegebenen Position angeordnet worden ist, wird der Werkzeugkopf 212 (die Hauptwelle 224) in Schritt S2 mittels des Bewegungsmechanismus 226 unter der Steuerung der Steuerungsvorrichtung 230 in der mittels des Pfeils A1 angezeigten Richtung axial auf die Bohrung 303 zu bewegt.
In Schritt S3 wird der erste Servomotor 220 unter der Steuerung der Steuerungsvorrichtung 230 eingeschaltet, wodurch ermöglicht wird, dass der erste Zahnradsatz 216 die Welle 268 in die mittels des Pfeils A2 angezeigte Richtung bewegt. Da der sich verjüngende Konus 260 zum Feinschleifen mittels der Welle 268 nach vorne bewegt wird, drückt die Werkzeugverjüngung 262 den Stift 256 zu diesem Zeitpunkt in die mittels des Pfeils B angezeigte Richtung radial nach außen, um das Werkzeug 242 radial nach außen zu verlagern.
In Schritt S4 bohrt das Werkzeug 242 die Bohrung 303 in den Zylinderblock 302a. Zu diesem Zeitpunkt werden der Servomotor 231 und der erste Servomotor 220 mittels der Steuerungsvorrichtung 230 gesteuert. Die Steuerungsvorrichtung 230 steuert insbesondere die axiale Position des Werkzeugkopfs 212, die radiale Position des Werkzeugs 242 sowie die Kraft zum radialen Expandieren des Werkzeugs 242. In der Folge wird die Bohrung 303 mittels des Werkzeugs 242 bis zu einem gewünschten, vollkommen kreisförmigen Finish (Gestalt) bearbeitet.
In Schritt S5 wird der Durchmesser der Bohrung 303 mittels einer optischen oder einer mechanischen Messvorrichtung (nicht gezeigt) unter der Steuerung der Steuerungsvorrichtung 230 an jeder axialen Position (entlang der mittels des Pfeils A angezeigten Richtung) im gebohrten Zylinderblock 302a gemessen. Die gemessenen Daten werden beispielsweise als erste Durchmesserdaten D1 in der Steuerungsvorrichtung 230 gespeichert. Der Durchmesser der Bohrung 303 kann insbesondere mittels Luftmikrometer-Detektiermitteln 244 gemessen werden.
Die ersten Durchmesserdaten D1 werden erhalten, um eine mittels des Bohrvorgangs auf der Bohrung 303 erzeugte Wärmewirkung zu messen. Da die Bohrung 303 durch den Schneidwiderstand während des Bohrvorgangs unter Wärmeeinwirkung steht (d. h. expandiert wird), schrumpft die Bohrung 303 üblicherweise, wenn sie nach dem Gebohrt-Werden normalen Temperaturen ausgesetzt wird. Ein solches Schrumpfen der Bohrung 303 ist je nach der axialen Position verschieden und ist an axialen Positionen, an welchen die Bohrung 303 in größerem Maße unter Wärmeeinwirkung steht (d. h. expandiert wird), größer.
In Schritt S6 wird der Dummy-Kopf 304 vom gebohrten Zylinderblock 302a entfernt, nachdem der Durchmesser der Bohrung 303 gemessen worden ist. Wenn der Dummy-Kopf 304 entfernt wird, wie in 22B gezeigt, wird die innere Fläche der im Zylinderblock 302a vorhandenen Bohrung 303 bezüglich des Zustands der Bohrung 303 in den Schritten S4 und S5 leicht verformt. Mit anderen Worten verformt sich die innere Fläche der Bohrung 303 unter Drücken, die beim Montieren des Produktzylinderkopfs 306 (siehe 22C) auf den Zylinderblock 302a ausgeübt werden. Drücke, die beim Montieren des Dummy-Kopfs 304 auf den Zylinderblock 302a ausgeübt werden, werden bezüglich den Drücken, die beim Montieren des Produktzylinderkopfs 306 auf den Zylinderblock 302a ausgeübt werden, als äquivalent betrachtet. Wenn der Dummy-Kopf 304 entfernt wird, wird die innere Fläche der im Zylinderblock 302a vorhandenen Bohrung 303, da solche Drücke ebenfalls entfernt worden sind, bezüglich des Zustands der Bohrung 303 in den Schritten S4 und S5 leicht verformt. Die Bohrung 303 im Zustand der Schritte S4 und S5 weist eine im Wesentlichen vollkommen kreisförmige Gestalt auf, da sie von der Verbund-Werkzeugmaschine 210 gebohrt worden ist, die den Werkzeugkopf 212 und die Expansionsmittel aufweist.
Nachdem der Dummy-Kopf 304 entfernt worden ist, wird in Schritt S7 der Durchmesser der Bohrung 303 in der gleichen Art und Weise wie in Schritt S5 an jeder axialen Position im Zylinderblock 302a erneut gemessen. Die gemessenen Daten werden beispielsweise als zweite Durchmesserdaten D2 in der Steuerungsvorrichtung 230 gespeichert. Da die Drücke vom Zylinderblock 302a entfernt worden sind, ist die Bohrung 303 in Schritt S7 im Vergleich zu der im Wesentlichen vollkommen kreisförmigen Gestalt, die sie in den Schritten S4 und S5 aufwies, leicht verformt. Somit weist die Bohrung 303 keine vollkommen kreisförmige Gestalt auf.
In Schritt S8 werden die in Schritt S5 erhaltenen, ersten Durchmesserdaten D1 als Korrekturdaten verwendet, um die in Schritt S7 erhaltenen, zweiten Durchmesserdaten D2 zu berichtigen, wodurch NC-Daten DN (numerische Steuerungsdaten) erzeugt werden. Die erzeugten NC-Daten DN sind Daten, die erzeugt werden, um zu bewirken, dass die Bohrung 303 im Zylinderblock 302a eine vollkommen kreisförmige Querschnittsgestalt erhält, wobei ein Fall angenommen wird, in welchem der Zylinderblockrohling gebohrt wird, ohne dass darauf ein Dummy-Kopf montiert ist, und in welchem der Dummy-Kopf 304 danach auf dem Zylinderblock montiert wird.
In Schritt S9 werden die in Schritt S8 erzeugten NC-Daten DN in die Steuerungsvorrichtung 230 der Verbund-Werkzeugmaschine 210 eingegeben.
In Schritt 10 wird ein Zylinderblock 302b, der ein von dem in Schritt S4 gebohrten Zylinderblock 302a verschiedener, neuer Zylinderblockrohling ist, an der gegebenen Position angeordnet. Dann wird der Zylinderblock 302b unter der Steuerung der Steuerungsvorrichtung 230 und auf Grundlage der eingegebenen NC-Daten DN mittels der Verbund-Werkzeugmaschine 210 gebohrt.
In Schritt S11 wird der Produktzylinderkopf 306 mittels Bolzen 306a (siehe 22C) am gebohrten Zylinderblock 302b befestigt. Der Produktzylinderkopf 306 ist vom Dummy-Kopf 304 verschieden und ist ein Zylinderkopf, der als tatsächliches Produkt zu verwenden ist.
Bei dem auf dem Zylinderblock 302b montierten Produktzylinderkopf 306 wird der Durchmesser der Bohrung in der gleichen Art und Weise wie in Schritt S5 an jeder analen Position im Zylinderblock 302b gemessen. Die gemessenen Daten werden beispielsweise als dritte Durchmesserdaten D3 in der Steuerungsvorrichtung 230 gespeichert. Eine Messvorrichtung zum Messen des Durchmessers der Bohrung kann durch ein bereits im Produktzylinderkopf 306 festgelegtes Zündkerzen-Einsetzloch 306b eingeführt werden, da der Produktzylinderkopf 306 nicht speziell bearbeitet werden muss, damit das Einsetzen der Messvorrichtung möglich wird.
Wenn die dritten Durchmesserdaten D3 erhalten worden sind, kann der gebohrte Zylinderblock 302b auf eine Temperatur erwärmt werden, welche die Bohrung 310 in einem Zylinderblock 308 erreichen wird, wenn sich ein tatsächlicher Kraftfahrzeugmotor im Betrieb befindet. Falls der gebohrte Zylinderblock 302b auf diese Weise erwärmt wird, dienen die in Schritt S12 erzeugten Daten dann als Daten, die generiert werden, damit die Bohrung im Zylinder eine vollkommen kreisförmige Querschnittsgestalt erhält, die dann gewünscht ist, wenn die Temperatur des Zylinderblocks zu dem Zeitpunkt ansteigt, wenn der Kraftfahrzeugmotor tatsächlich in einem Kraftfahrzeug montiert und in Betrieb gesetzt wird. Der Zylinderblock 302b kann unter Verwendung eines in der Bohrung des Zylinderblocks 302b angeordneten, elektromagnetischen Induktionsheizgeräts (nicht gezeigt) einfach und rasch erwärmt werden.
In Schritt S12 werden die in Schritt S11 erhaltenen, dritten Durchmesserdaten D3 als Korrekturdaten für die in Schritt S8 erzeugten NC-Daten verwendet, um die NC-Daten zu berichtigen und dabei die berichtigten NC-Daten DN' zu erzeugen. Die erzeugten, berichtigten NC-Daten DN' werden erzeugt, damit die Bohrung im Zylinder eine vollkommen kreisförmige Querschnittsgestalt erhält, wobei angenommen wird, dass der Zylinderblockrohling gebohrt wird, ohne dass darauf ein Dummy-Kopf montiert ist, und dass der Produktzylinderkopf 306 danach auf dem Zylinderblock montiert wird.
Bei dem Verfahren des Bohrens eines Zylinderblocks gemäß der zweiten Ausführungsform werden die erzeugten, berichtigten NC-Daten DN' somit in einem Produktionsvorgang zum Bohren von Zylinderblockrohlingen verwendet, um dadurch Bohrungen im Zylinderblock in einer gewünschten, vollkommen kreisförmigen Querschnittsgestalt auszubilden, ohne dass der Dummy-Kopf 304 dabei benötigt wird.
Insbesondere werden die in Schritt S12 erzeugten, berichtigten NC-Daten DN' in Schritt S13 in die Steuerungsvorrichtung 230 der Verbund-Werkzeugmaschine 210 eingegeben.
In Schritt S14 wird ein Zylinderblock 308, der ein neuer Zylinderblockrohling ist, an einer gegebenen Position in der Verbund-Werkzeugmaschine 210 angeordnet. Dann wird der Zylinderblock 308 auf Grundlage der berichtigten NC-Daten DN' mittels der Verbund-Werkzeugmaschine 210 unter der Steuerung der Steuerungsvorrichtung 230 gebohrt.
Wenn der Zylinderblock 308 auf Grundlage der berichtigten NC-Daten DN' gebohrt wird, wird die Bohrung 310 im Zylinderblock 308 bearbeitet, wobei die nach dem Montieren des Produktzylinderkopfs 306 verursachte Verformung berücksichtigt wird (siehe 22D). Insbesondere, wenn ein Produktzylinderkopf 306 auf dem auf Grundlage der berichtigten NC-Daten DN' bearbeiteten Zylinderblock 308 montiert wird, weist die Bohrung 310 im Zylinderblock 308 eine bei Zylinderblockprodukten geforderte, vollkommen kreisförmige Querschnittsgestalt auf.
Nach Beendigung des auf Grundlage der berichtigten NC-Daten DN' am Zylinderblock 308 durchgeführten Bohrvorgangs wird die innere Fläche der Bohrung 310 gehont, um eine gewünschte Oberflächenrauigkeit zu erreichen.
In Schritt S15 wird der Zylinderblock 308 zuerst mittels der Grobschleifsteine 236 und dann mittels der Feinschleifsteine 238 gehont. Insbesondere betätigt der erste Servomotor 220 oder der zweite Servomotor 222 den ersten Zahnradsatz 216 oder den zweiten Zahnradsatz 218 unter der Steuerung der Steuerungsvorrichtung 230. Die Welle 266 (der sich verjüngende Konus 258 zum Grobschleifen) oder die Welle 268 (der sich verjüngende Konus 260 zum Feinschleifen) werden in der mittels des Pfeils A angezeigten Richtung zu einer vorbestimmtem Position axial hin- oder zurückbewegt, um auf die Grobschleifsteine 236 und die Feinschleifsteine 238 Expansionskräfte oder Kontraktionskräfte auszuüben. Zu diesem Zeitpunkt wird die Hauptwelle 224 mittels des Hauptwellenmotors 221 gedreht, wobei die Hauptwelle 224 mittels des Bewegungsmechanismus 226 axial hin- oder zurückbewegt wird. Daher werden die Grobschleifsteine 236 und die Feinschleifsteine 238 zum Honen des Zylinderblocks 308 selektiv in Betrieb gesetzt.
Da der das Werkstück bildende Zylinderblock 308 gemäß der vorliegenden Erfindung mittels des Werkzeugkopfs 212 der Verbund-Werkzeugmaschine 210 bearbeitet wird, kann der Zylinderblock 308 gehont werden, ohne dass der Zylinderblock 308 in einem Spannvorgang festgeklemmt, der Zylinderblock 308 gebohrt und der Zylinderblock 308 anschließend losgelöst werden muss. Infolgedessen können durch den Spannvorgang hervorgerufene, nachteilige Auswirkungen auf den Zylinderblock 308 verringert werden und kann der Zylinderblock 308 mit hoher Genauigkeit gehont werden. Falls der Zylinderblock 308 häufiger eingespannt wird, treten insbesondere bei der Anordnungsgenauigkeit tendenziell größere Fehler auf. In der Folge neigt man dazu, vom Zylinderblockrohling mehr Material wegzuarbeiten. Falls die pro Bearbeitungszeiteinheit entfernte Materialmenge ansteigt, wird der Zylinderblock 308 dann zu stark geschliffen und wird der Bearbeitungsvorgang tendenziell ungenauer.
Um die Genauigkeit des Bearbeitungsvorgangs zu erhöhen, kann eine Änderung bezüglich des Durchmessers der Bohrung 310 mittels Luftmikrometer-Detektiermitteln 244 detektiert werden, wodurch der erste Servomotor 220 und der zweite Servomotor 222 im Betrieb gesteuert werden, während die Steuerungsvorrichtung 230 die verstrichene Bearbeitungszeit misst. Die Verbund-Werkzeugmaschine 210 kann einen hoch präzisen Honvorgang durchführen, indem die auf die Grobschleifsteine 236 und die Feinschleifsteine 238 ausgeübten Expansionskräfte (Kontraktionskräfte) hoch präzise variiert werden.
Wie vorstehend beschrieben, erzeugt die Verbund-Werkzeugmaschine 210 berichtigte NC-Daten DN', die während des an der Bohrung im Zylinderblock durchgeführten Bohrvorgangs verwendet werden, um einen Zylinderblock zu fertigen, der eine Bohrung mit einer vollkommen kreisförmigen Querschnittsgestalt aufweist, und zwar ohne dass bei einer Massenproduktion von Zylinderblöcken ein Dummy-Kopf 304 montiert werden muss. Daher erhöht die Verbund-Werkzeugmaschine 210 die Produktivität wirkungsvoll.
Das Werkzeug 242, die Grobschleifsteine 236 und die Feinschleifsteine 238 werden mittels des ersten Servomotors 220 bzw. des zweiten Servomotors 222 durch den ersten Zahnradsatz 216 bzw. den zweiten Zahnradsatz 218 radial nach außen expandiert oder kontrahiert. Dementsprechend können die auf das Werkzeug 242, die Grobschleifsteine 236 und die Feinschleifsteine 238 ausgeübten Expansionskräfte und Kontraktionskräfte einfach und hoch präzise gesteuert werden.
Die bezüglich des Werkzeugs 242 koaxial angeordneten, Grobschleifsteine 236 und Feinschleifsteine 238 führen den Honvorgang unmittelbar nach dem Bohrvorgang durch, und dadurch ist die Bearbeitungsgenauigkeit hoch. In den Bohr- und Honvorgängen behält die Hauptwelle 224 den gleichen Durchmesser bei und dreht sich weiter. Mit anderen Worten wird die Hauptwelle 224 sowohl während des Bohrvorgangs als auch des Honvorgangs mechanisch als ein Mechanismus behandelt und wird für das Ändern ihres Durchmessers kein Hilfsmechanismus benötigt. Daher kann die Hauptwelle 224 während des Bohrvorgangs mit hohen Geschwindigkeiten gedreht werden und kann sie während des Honvorgangs mit hohen Geschwindigkeiten hin- und herbewegt werden.
Wenn die Bohrung 310 im Zylinderblock 308 auf Grundlage der berichtigten NC-Daten DN' in eine gewünschte Gestalt bearbeitet wird, ist es bei einer Expansion der Bohrwerkzeuge unter hydraulischen Drücken gemäß des Stands der Technik dann nicht möglich, solche auf die Bohrwerkzeuge wirkenden Expansionskräfte sowie die expandierten Stellungen der Werkzeugzeuge fein zu steuern. Falls das Verfahren des Bohrens des Zylinderblocks gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer herkömmlichen Werkzeugmaschine durchgeführt würde, wäre ein Versagen wahrscheinlich.
Bei der Verbund-Werkzeugmaschine 210 gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Welle 268 indes mittels des ersten Servomotors 220 und des ersten Zahnradsatzes 216 gesteuert, d. h. wird das Werkzeug 242 mittels des ersten Servomotors 220 und des ersten Zahnradsatzes 216 radial nach außen expandiert oder verlagert. Auf diese Weise kann die Verbund-Werkzeugmaschine 210 den Bohrvorgang präziser durchführen als die herkömmliche Werkzeugmaschine und kann sie das Bohrverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf Grundlage der berichtigten NC-Daten DN' ausführen.
Nachstehend werden Vorteile des Bohrvorgangs beschrieben, die mittels des ersten Servomotors 220 und des ersten Zahnradsatzes 216 in der Verbund-Werkzeugmaschine 210 vorgesehen werden.
Wie vorstehend beschrieben, weist der erste Zahnradsatz 216 ein zwischen dem an die Antriebswelle 220a des ersten Servomotors 220 gekoppelten Ritzelzahnrad 270 und der Kugelschraube 274 angeordnetes Ringzahnrad 272 auf, welches die Welle 268 tatsächlich bewegt. Das Ritzelzahnrad 270 und die Kugelschraube 274 kämmen nicht direkt durch die Zähne und die Kugeln miteinander.
Wenn das Ringzahnrad 272 nicht zwischen dem Ritzelzahnrad 270 und der Kugelschraube 274 angeordnet wäre und das Ritzelzahnrad 270 und die Kugelschraube 274 stattdessen direkt durch die Zähne und die Kugeln miteinander kämmen würden, und zwar dann, wenn der erste Servomotor 220 intermittierend eingeschaltet ist oder er die Antriebswelle 220a beim Starten oder Stoppen des Betriebs des ersten Zahnradsatzes 216 in jeweiligen Richtungen dreht, wird das vom Ritzelzahnrad 270 übertragene Drehmoment dann mit unregelmäßigen Variationen, d. h. instabil und schleppend, an die Kugelschraube 274 übertragen. Daher wird die Welle 268 unregelmäßig oder mit schlechtem Ansprechverhalten axial hin- oder zurückbewegt. Anders gesagt, wird das vom Ritzelzahnrad 270 übertragene Drehmoment dann, wenn der erste Servomotor 220 intermittierend eingeschaltet ist oder er die Antriebswelle 220a in jeweiligen Richtungen dreht, mit unregelmäßigen Variationen an die Kugelschraube 274 übertragen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ritzelzahnrad 270 unter den Reaktionskräften von der Kugelschraube 274 in die mittels des Pfeils A angezeigten Richtungen axial in Vibration versetzt. Dementsprechend wird der erste Servomotor 220 ebenfalls in Vibration versetzt.
Im Gegensatz dazu ist das sich drehende Ritzelzahnrad 270 gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Ringzahnrad 272 betriebsmäßig an die Kugelschraube 274 gekoppelt. Daher werden die vom Ritzelzahnrad 270 übertragenen Drehmomentvariationen dann, wenn der erste Servomotor 220 intermittierend eingeschaltet ist oder er die Antriebswelle 220a in jeweilige Richtungen dreht, zuerst an das Ringzahnrad 272 übertragen. Da das Ringzahnrad 272 mittels der Drucklager 282, 284 gehaltert ist, wird das Ringzahnrad 272 mittels des ersten Servomotors 220 gedreht, wobei es den auf dasselbe ausgeübten, unregelmäßigen Drehmomentvariationen ausgesetzt ist. Das Ringzahnrad 272 und die Kugelschraube 274 sind durch die Zähne und die Kugeln miteinander in Kämmeingriff gehalten. Wenn die Drehung des Ringzahnrads 272 zu der Kugelschraube 274 übertragen wird, wobei das Ringzahnrad 272 solchen unregelmäßigen Drehmomentvariationen ausgesetzt ist, neigt das Ringzahnrad 272 dazu, unter den Reaktionskräften von den Kugelschrauben 274 in die mittels des Pfeils A angezeigten Richtungen axial zu vibrieren. Das Ringzahnrad 272 vibriert indes nicht axial, da es mittels der Drucklager 282, 284 gehaltert ist (siehe 18 und 20).
Falls das Ringzahnrad 272 axial vibriert, werden darüber hinaus, da das Ringzahnrad 272 und das Ritzelzahnrad 270 als Geradstirnräder miteinander in Kämmeingriff gehalten sind, axiale Vibrationen des Ringzahnrads 272 nicht an das Ritzelzahnrad 270 übertragen. Das Ringzahnrad 272 bewirkt somit, dass Vibrationen im ersten Zahnradsatz 216 blockiert werden. Selbst wenn Vibrationen des Werkzeugs 242 aufgrund von Flächenunregelmäßigkeiten der gerade bearbeiteten (geschliffenen) Fläche oder aufgrund von von der gerade bearbeiteten Fläche herrührenden Schleifwiderständen an die Welle 268 übertragen werden, werden solche Vibrationen folglich mittels des Ringzahnrads 272 blockiert und wird deren Übertragung an den ersten Servomotor 220 verhindert.
Die vorstehenden, unregelmäßigen Drehmomentvariationen, die dann erzeugt werden, wenn der erste Servomotor 220 intermittierend eingeschaltet ist oder die Antriebswelle 220a in jeweilige Richtungen dreht, können unter elektrischer Steuerung beseitigt werden. Daher beeinträchtigen solche unregelmäßigen Drehmomentvariationen die Genauigkeit der Phasensteuerung des ersten Servomotor 220 nicht. Das Ringzahnrad 272 ist in der Lage, Vibrationen vom Werkzeug 242 zu blockieren, und der erste Servomotor 220 an sich wird nicht in Vibration versetzt. Daher wirken sich die Vibrationen nicht nachteilig auf die radiale Auswärtsbewegung des Werkzeugs 242 aus.
Die Vibrationsblockierfunktion des Ringzahnrads 272 des ersten Zahnradsatzes 216 wird auch während des Honvorgangs durchgeführt. Da der zweite Zahnradsatz 218 eine Struktur aufweist, die bezüglich des ersten Zahnradsatzes 216 im Wesentlichen identisch ist, blockiert das Ringzahnrad 288 des zweiten Zahnradsatzes 218 Vibrationen auch während des Honvorgangs (des Grobhonvorgangs), der unter Verwendung des zweiten Zahnradsatzes 218 durchgeführt wird. Dementsprechend funktionieren die Ringzahnräder 272, 288 in der Verbund-Werkzeugmaschine 210 als Vibrationsblockiermechanismen. Der erste Zahnradsatz 216 und der zweite Zahnradsatz 218 funktionieren als Kraftumwandlungsmittel, um Drehkraft vom ersten Servomotor 220 und dem zweiten Servomotor 222 in auf die Wellen 266, 268 ausgeübte Linearkraft umzuwandeln.
Bei dem Werkzeugkopf 212 kann das Werkzeug 242 auf den sich verjüngenden Konus 258 zum Grobschleifen montiert werden. Der Werkzeugkopf 212 kann eine Mehrzahl von Werkzeugen 242 verschiedener Gestalten aufweisen.
Der distale Endabschnitt des sich verjüngenden Konus 258 zum Grobschleifen ist nicht auf eine Unterteilung in drei Arme beschränkt, sondern kann auch in zwei Arme oder in vier oder mehr Arme unterteilt sein, was die Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Grobschleifsteinen 236 und einer unterschiedlichen Anzahl von Feinschleifsteinen 238 erlaubt.
Mit Bezug auf das in 21 gezeigte Flussdiagramm sind vorstehend der Bohrvorgang und der Honvorgang beschrieben worden, die mittels der Verbund-Werkzeugmaschine 210 durchgeführt werden. Der Bohrvorgang und der Honvorgang sind indes nicht notwendigerweise auf die in 21 gezeigte Abfolge beschränkt.
Ein Werkzeugkopf 410 (Honwerkzeugkopf oder Bearbeitungskopf) (siehe 23), der bei den Verbund-Werkzeugmaschinen 10, 210 verwendet werden kann, wird nachstehend in Bezug auf eine Werkzeugmaschine 412 (Honwerkzeugmaschine) beschrieben, die den Werkzeugkopf 410 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließt.
Wie in 23 gezeigt, führt die Werkzeugmaschine 412 den Werkzeugkopf 410 in ein Werkstück W3, z. B. eine Bohrung in einem Zylinderblock eines Kraftfahrzeugmotors, ein und hont eine innere Umfangswandfläche 414a des Werkstücks W3 mit dem Werkzeugkopf 410.
Die Werkzeugmaschine 412 umfasst einen in das Werkstück W3 eingesetzten Werkzeugkopf 410, wobei der Werkzeugkopf 410 eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist, wobei der Durchmesser des Werkzeugkopfs 410 expandiert oder kontrahiert werden kann. Die Werkzeugmaschine 412 umfasst ferner einen ersten hydraulischen Zylinder 416 und einen zweiten hydraulischen Zylinder 418 zum Ausüben von Expansionskräften auf den Werkzeugkopf 410, einen Steuerungskreis 420 (Steuerungsmittel, Steuerungsvorrichtung, Überwachungssteuerungskonsole) zum Steuern der Expansionskräfte, eine Hauptwelle 422 (Drehwelle), in welcher der erste hydraulische Zylinder 416 und der zweite hydraulische Zylinder 418 aufgenommen sind, sowie einen hydraulischen Hebe-/Senkzylinder 423 (Bewegungsmittel) zum Anheben und Senken der Hauptwelle 422.
Der Werkzeugkopf 410 umfasst einen im Wesentlichen die Form eines hohlen Zylinders aufweisenden Hauptkörper 424, eine Mehrzahl von Grobschleifsteinen 426 (erste Schleifwerkzeuge oder Grobhonschleifsteine) und Mehrzahl von Feinschleifsteinen 428 (zweite Schleifwerkzeuge oder Feinhonschleifsteine), die abwechselnd in Löcher 425 (Führungsrillen) eingesetzt sind, die in der Umfangswand des Hauptkörpers 424 radial voneinander winkelbeabstandet festgelegt sind. Auf der Umfangswand des Hauptkörpers 424, und zwar zwischen den Grobschleifsteinen 426 und den Feinschleifsteinen 428, ist eine Mehrzahl (z. B. vier) von Luftmikrometer-Detektiermitteln 431 radial angeordnet. Durch einen Luftdurchgang (nicht gezeigt) in den Werkzeugkopf 410 zugeführte Luft wird von den Luftmikrometer-Detektiermitteln 431 aus jeweiligen Düsen 431a (siehe 24) ausgestoßen, um den Durchmesser der inneren Umfangswandfläche 414a des Werkstücks W3 zu messen.
Wie in 24 gezeigt, weist der Werkzeugkopf 410 Werkzeughalter 439 mit Wegwerfspitzen (nicht gezeigt) auf, die auf seiner äußeren Umfangsfläche in der Nähe seines distalen Endes montiert sind. Die Werkzeughalter 439 können durch andere Werkzeughalter ersetzt werden, wenn die Bolzen 439a gelöst sind. Die Werkzeughalter 439 sind an Expansions- und Kontraktionsmittel (nicht gezeigt) gekoppelt, die den nachher zu beschreibenden Endverarbeitungs-Expansionsmitteln und Endverarbeitungs-Kontraktionsmitteln ähnlich sind, durch welche die Werkzeughalter 439 radial bewegt (expandiert) werden können.
Wie in 25 gezeigt, weist der Werkzeugkopf 410 drei Grobschleifsteine 426 und drei Feinschleifsteine 428 auf. Die Grobschleifsteine 426 bzw. die Feinschleifsteine 428 sind auf Grobschleifsteinbasen 432 (Schleifsteinbasen oder Grobschleifsteinschuhen) bzw. Feinschleifsteinbasen 434 (Schleifsteinbasen oder Feinschleifsteinschuhen) fest montiert. Die Grobschleifsteine 426 und die Feinschleifsteine 428 sind in die mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen radial bewegbar, d. h. radial expandierbar und kontrahierbar, wobei sie von den Löchern 425 in den gleichen axialen Positionen an dem Werkzeugkopf 211 geführt werden.
Im Werkzeugkopf 410 ist ein sich verjüngender Konus 436 zum Grobschleifen (erste Konuswelle) verschiebbar angeordnet, um die Grobschleifsteinbasen 432 radial zu expandieren. In den sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen ist ein sich verjüngender Konus 438 zum Feinschleifen (zweite Konuswelle) eingesetzt, um die Feinschleifsteinbasen 434 radial zu expandieren. Der sich verjüngende Konus 438 zum Feinschleifen ist vom sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen getrennt verschiebbar. Wie in den 25 und 26 gezeigt, weist der sich verjüngende Konus 436 zum Grobschleifen Verjüngungen 436a, 436b auf, die sich verjüngende Flächen einschließen, gegen welche nach innen geneigte Flächen 432a, 432b der Grobschleifsteinbasen 432 in Gleitanlage gehalten sind. Wie in den 25 und 27 gezeigt, weist gleichermaßen der sich verjüngende Konus 438 zum Feinschleifen Verjüngungen 438a, 438b auf, die sich verjüngende Flächen einschließen, gegen welche nach innen geneigte Flächen 434a, 434b der Feinschleifsteinbasen 434 in Gleitanlage gehalten sind.
Wie in den 26 und 28 gezeigt, weist der sich verjüngende Konus 436 zum Grobschleifen einen distalen Endabschnitt auf, der in drei Arme unterteilt ist, zwischen welchen Zwischenräume 440 festgelegt sind. Die Verjüngungen 438a, 438b des sich verjüngenden Konus 438 zum Feinschleifen sind in die Zwischenräume 440 eingesetzt (siehe 25 und 27). Ein Ring 444 (Deckelglied) mit einem darin festgelegten Loch 443 ist in einer Ausnehmung 442 montiert, die im sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen derart festgelegt ist, dass sie von den distalen Enden der drei Arme des sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen leicht nach hinten versetzt ist. Daher werden die drei Arme mittels des Rings 444 miteinander verbunden, d. h. werden die Öffnungen der Zwischenräume 440 mittels des Rings 444 verschlossen. Zum Beispiel ist eine Innenseitenfläche der Ausnehmung 442 mit einem Innengewinde versehen und ist eine Außenseitenfläche des Rings 444 mit einem Außengewinde versehen. Diese mit einem Innengewinde und einem Außengewinde versehenen Flächen stehen miteinander in Gewindeeingriff, um den Ring 444 abnehmbar in der Ausnehmung 442 zu halten. Der Ring 444 kann indes mittels jedweder anderer verschiedener Verfahren an Ort und Stelle befestigt sein, z. B. kann der Ring 444 mittels Bolzen am Boden der Ausnehmung 442 befestigt sein, kann er in die Ausnehmung 442 pressgepasst oder gebördelt sein oder kann er mittels Haftbonden oder Schweißen in der Ausnehmung 442 befestigt sein.
Daher ist das distale Ende des sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen bei dem Werkzeugkopf 410 in drei Arme unterteilt, zwischen welchen Zwischenräume 440 festgelegt sind, die mittels des Rings 444 verschlossen sind. In der Folge weist der sich verjüngende Konus 436 zum Grobschleifen darin festgelegte, gleichmäßig voneinander beabstandete, radiale Langlöcher 446 auf (siehe 28 und 29). Die Verjüngungen 438a, 438b des sich verjüngenden Konus 438 zum Feinschleifen springen den Feinschleifsteinschuhen 434 zugewandt durch die Langlöcher 446 vor. Der distale Endabschnitt des sich verjüngenden Konus 438 zum Feinschleifen ist durch das Loch 443 im Ring 444 verschiebbar eingesetzt (siehe 25).
Wie in 30 gezeigt, ist der sich verjüngende Konus 436 zum Grobschleifen bzw. der sich verjüngende Konus 438 zum Feinschleifen mit einer Zugstange 448 bzw. 450 (Bewegungsgliedern, Wellen) verbunden.
Zum Expandieren der Grobschleifsteine 426 wird die Zugstange 448 derart nach oben gezogen, dass der sich verjüngende Konus 436 zum Grobschleifen in die mittels des Pfeils A1 angezeigte Richtung gezogen wird. Die Verjüngungen 436a, 436b drücken gegen die nach innen geneigten Flächen 432a, 432b der Grobschleifsteinbasen 432. Daher werden die Grobschleifsteine 426 expandiert, d. h. werden in die mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen radial nach außen verlagert, wobei sie in den im Hauptkörper 424 vorgesehenen Löchern 425 geführt werden. Zum Kontrahieren der Grobschleifsteine 426 aus der expandierten Stellung wird die Zugstange 448 nach unten geschoben, wodurch der sich verjüngende Konus 436 zum Grobschleifen in die mittels des Pfeils A2 angezeigte Richtung gesenkt wird und die Grobschleifsteine 426 in bezüglich den mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen entgegengesetzte Richtungen (radial nach innen) kontrahiert werden, wobei sie in den im Hauptkörper 424 vorgesehenen Löchern 425 geführt werden.
Zum Expandieren der Feinschleifsteine 428 wird gleichermaßen die Zugstange 450 derart nach oben gezogen, dass der sich verjüngende Konus 438 zum Feinschleifen in die mittels des Pfeils A1 angezeigte Richtung gezogen wird. Die Verjüngungen 438a, 438b drücken gegen die nach innen geneigten Flächen 434a, 434b der Feinschleifsteinbasen 434. Daher werden die Feinschleifsteine 428 expandiert, d. h. werden in die mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen radial nach außen verlagert, wobei sie in den im Hauptkörper 424 vorgesehenen Löchern 425 geführt werden. Zum Kontrahieren der Feinschleifsteine 428 aus der expandierten Stellung wird die Zugstange 450 nach unten geschoben, wodurch der sich verjüngende Konus 438 zum Feinschleifen in die mittels des Pfeils A2 angezeigte Richtung gesenkt wird und die Feinschleifsteine 428 in bezüglich den mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen entgegengesetzte Richtungen (radial nach innen) kontrahiert werden, wobei sie in den im Hauptkörper 424 vorgesehenen Löchern 425 geführt werden.
Bei dem Werkzeugkopf 410 gemäß der vorliegenden Erfindung wirken die Grobschleifsteinbasen 432, die Feinschleifsteinbasen 434, der sich verjüngende Konus 436 zum Grobschleifen und der sich verjüngende Konus 438 zum Feinschleifen daher gemeinsam als Expansions- und Kontraktionsmittel zum Expandieren und Kontrahieren der Grobschleifsteine 426 und der Feinschleifsteine 428.
Wie in 23 gezeigt, ist der Werkzeugkopf 410 an die Hauptwelle 422 gekoppelt. Wenn die Hauptwelle 442 um ihre Achse gedreht wird, dreht sich der Werkzeugkopf 410 infolgedessen ebenfalls um seine Achse.
Der hydraulische Hebe-/Senkzylinder 423 ist auf einem Halterungsglied 452 (Halterung) gehaltert und weist eine Kolbenstange 423a auf, die an die Hauptwelle 422 gekoppelt ist. Ein Drehzahländerungszahnrad 454 ist über die Kolbenstange 423a gepasst und mit einem Zahnrad 457 in Kämmeingriff gehalten, welches über die Antriebswelle eines als Drehmittel dienenden Hauptwellenmotors 455 gepasst ist.
Der im hydraulischen Hebe-/Senkzylinder 423 wirkende, hydraulische Druck wird mittels eines Hydraulikdruckreglers 460 (Druckminderungsventils) erhöht oder verringert, der als Expansions-/Kontraktionssteuerungsmittel dient, die mit den hydraulischen Durchgängen 458a, 458b verbunden sind, die den hydraulischen Hebe-/Senkzylinder 423 mit einer Ölquelle 456 verbinden. Der Hydraulikdruckregler 460 wird mittels eines Steuerungskreises 420 gesteuert, um den hydraulischen Druck im hydraulischen Hebe-/Senkzylinder 423 zu erhöhen oder zu verringern, wodurch die Kolbenstange 423a in einer der mittels des Pfeils A angezeigten Richtungen angehoben oder gesenkt wird.
Der sich verjüngende Konus 436 zum Grobschleifen bzw. sich verjüngende Konus 438 zum Feinschleifen ist an eine Zugstange 448 bzw. 450 gekoppelt (siehe 30). Die Zugstange 448 bzw. 450 ist an eine Kolbenstange 416a des ersten hydraulischen Zylinders 416 bzw. eine Kolbenstange 418a des zweiten hydraulischen Zylinders 418 gekoppelt.
Wenn auf den ersten hydraulischen Zylinder 416 hydraulischer Druck ausgeübt wird, wird die Kolbenstange 416a verlagert, um die Zugstange 448 und somit den sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen nach oben zu ziehen. Infolgedessen werden die Grobschleifsteine 426 in die mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen expandiert oder radial nach außen verlagert. Wenn gleichermaßen auf den zweiten hydraulischen Zylinder 418 hydraulischer Druck ausgeübt wird, wird die Kolbenstange 418a verlagert, um die Zugstange 450 und somit den sich verjüngenden Konus 438 zum Feinschleifen nach oben zu ziehen. Infolgedessen werden die Feinschleifsteine 428 in die mittels der Pfeile B angezeigten Richtungen expandiert oder radial nach außen verlagert. Die Grobschleifsteine 426 und die Feinschleifsteine 428 können einzeln oder gleichzeitig expandiert werden.
Der im ersten hydraulischen Zylinder 416 wirkende, hydraulische Druck wird mittels eines Hydraulikdruckreglers 468 (Druckminderungsventils) erhöht oder verringert, der als Expansions-/Kontraktionssteuerungsmittel dient, die mit einem hydraulischen Durchgang 466 verbunden sind, der den ersten hydraulischen Zylinder 416 mit einer Ölquelle 464 verbindet. Gleichermaßen wird der im zweiten hydraulischen Zylinder 418 wirkende, hydraulische Druck mittels eines Hydraulikdruckreglers 474 (Druckminderungsventils) erhöht oder verringert, der als Expansions-/Kontraktionssteuerungsmittel dient, die mit einem hydraulischen Durchgang 472 verbunden sind, der den zweiten hydraulischen Zylinder 418 mit einer Ölquelle 470 verbindet. Die Hydraulikdruckregler 468, 474 werden zum Erhöhen und Verringern des hydraulischen Drucks in den ersten und zweiten hydraulischen Zylindern 416, 418 mittels Befehlen aus dem Steuerungskreis 420 gesteuert.
Infolgedessen können die Grobschleifsteine 426 und/oder die Feinschleifsteine 428 mittels des ersten hydraulischen Zylinders 416 und des zweiten hydraulischen Zylinders 418 unter geeigneten Expansionskräften gegen die innere Umfangswandfläche 414a des Werkstücks W3 gedrückt werden.
Nachstehend wird der Betrieb der den Werkzeugkopf 410 gemäß der dritten Ausführungsform einschließenden Werkzeugmaschine 412 zum Durchführen eines Schleifvorgangs (Honvorgangs) am Werkstück W3 beschrieben.
Zuerst wird das Werkstück W3 an einer gegebenen Position angeordnet, woraufhin der hydraulische Hebe-/Senkzylinder 423 zum Senken der Kolbenstange 423a betätigt wird. Wenn die Kolbenstange 423a gesenkt wird, wird die Hauptwelle 422 ebenfalls gesenkt, um den Werkzeugkopf 410 in das Werkstück W3 einzuführen.
Dann wird die innere Umfangswandfläche 414a des Werkstücks W3 mittels der Grobschleifsteine 426 und der Feinschleifsteine 428 bis zu einem gewünschten Durchmesser und einer gewünschten Oberflächenrauigkeit bearbeitet. Der Steuerungskreis 420 steuert insbesondere die Hydraulikdruckregler 468, 474, um den auf den ersten hydraulischen Zylinder 416 und den zweiten hydraulischen Zylinder 418 ausgeübten, hydraulischen Druck zu erhöhen oder zu verringern. Die Zugstangen 448, 450 heben oder senken den sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen und den sich verjüngenden Konus 438 zum Feinschleifen derart, dass die Grobschleifsteine 426 und die Feinschleifsteine 428 expandiert oder kontrahiert werden. Daher werden die Grobschleifsteine 426 und die Feinschleifsteine 428 zum Schleifen des Werkstücks W3 selektiv betrieben.
Um die Bearbeitungsgenauigkeit zu erhöhen, detektieren die Luftmikrometer-Detektiermittel 431 eine Änderung bezüglich des Durchmessers der inneren Umfangswandfläche 414a des Werkstücks W3. Gleichzeitig misst der Steuerungskreis 420 eine verstrichene Bearbeitungszeit und steuert die Hydraulikdruckregler 468, 474, um die auf die Grobschleifsteine 426 und die Feinschleifsteine 428 ausgeübten Expansions- oder Kontraktionskräfte zu ändern. Auf diese Weise schleifen die Grobschleifsteine 426 und die Feinschleifsteine 428 die innere Umfangswandfläche 414a des Werkstücks W3 mit hoher Genauigkeit.
Wenn die innere Umfangswandfläche 414a unter Verwendung des herkömmlichen Werkzeugkopfs mittels der Grobschleifsteine 426 und der Feinschleifsteine 428 bearbeitet wird, wobei die auf die Grobschleifsteine 426 und die Feinschleifsteine 428 ausgeübten Expansions- oder Kontraktionskräfte gesteuert werden, wie in den 37A und 37B gezeigt, hat bei dem herkömmlichen Werkzeugkopf das Problem bestanden, dass zwischen den auf den sich verjüngenden Konus 510 zum Grobschleifen und den sich verjüngenden Konus 512 zum Feinschleifen ausgeübten Hebe- und Senkkräften und den auf die Grobschleifsteine 502 und die Feinschleifsteine 504 ausgeübten Expansions- oder Kontraktionskräften ein Unterschied aufgetreten ist, da aufgrund des Biegens des sich verjüngenden Konus 510 zum Grobschleifen zwischen dem sich verjüngenden Konus 510 zum Grobschleifen und dem sich verjüngenden Konus 512 zum Feinschleifen Reibungskräfte F2 erzeugt worden sind.
Bei dem Werkzeugkopf 410 gemäß der dritten Ausführungsform werden Öffnungen der Zwischenräume 440 zwischen den drei Armen des distalen Endabschnitts des sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen indes mittels des Rings 444 verschlossen und weist der sich verjüngende Konus 436 zum Grobschleifen ferner in sich ausgebildete Langlöcher 446 (siehe 29) auf. Die Verjüngungen 438a, 438b des sich verjüngenden Konus 438 zum Feinschleifen springen den Feinschleifsteinschuhen 434 zugewandt durch die Langlöcher 446 vor (siehe 25).
Selbst wenn die Reaktionskräfte F1 auf den sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen wirken, wenn das Werkstück W3 mittels der Grobschleifsteine 426 geschliffen wird, wie in den 29 und 30 gezeigt, wird aufgrund dessen, dass die Öffnungen des sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen mittels des Rings 444 verschlossen sind, in der Folge verhindert, dass der sich verjüngende Konus 436 zum Grabschleifen, wie in den 29 und 30 gezeigt, beim Drücken des sich verjüngenden Konus 438 zum Feinschleifen übermäßig gebogen wird.
Mit anderen Worten ist der Werkzeugkopf 410 in der Lage, die mittels der Reaktionskräfte F1 erzeugten Reibungskräfte F2 stark zu verringern. Selbst wenn das Werkstück W3 mittels der Grobschleifsteine 426 und der Feinschleifsteine 428 geschliffen wird, wobei die auf die Grobschleifsteine 426 und die Feinschleifsteine 428 ausgeübten Expansions- oder Kontraktionskräfte gesteuert werden, können Zugkräfte der Zugstangen 448, 450 auf die Grobschleifsteine 426 und die Feinschleifsteine 428 linear als Expansions- oder Kontraktionskräfte wirken.
Die Werkzeugmaschine 412 gemäß der dritten Ausführungsform ist somit in der Lage, den Honvorgang mit dem in der Werkzeugmaschine 412 eingeschlossenen Werkzeugkopf 410 effizient und hoch präzise durchzuführen.
31 ist eine Graphik, die verschiedene Expansionsdrücke zeigt, die auf die Grobschleifsteine 502 ausgeübt werden, wenn ein Werkstück unter Verwendung des herkömmlichen Werkzeugkopfs 500 gehont wird. 32 ist eine Graphik, die verschiedene Expansionsdrücke zeigt, die auf die Grobschleifsteine 426 ausgeübt werden, wenn ein Werkstück unter Verwendung des Werkzeugkopfs 410 gemäß der dritten Ausführungsform gehont wird.
Ein Vergleich zwischen den 31 und 32 macht deutlich, dass die verschiedenen Expansionsdrücke der Grobschleifsteine 426 des Werkzeugkopfs 410 gemäß der dritten Ausführungsform im Vergleich zu den Expansionsdrücken der Grobschleifsteine des herkömmlichen Werkzeugkopfs weit geringer sind. Zudem ist der mittlere Expansionsdruck der Grobschleifsteine 426 des Werkzeugkopfs 410 im Vergleich zum mittleren Expansionsdruck der Grobschleifsteine des herkömmlichen Werkzeugkopfs ebenfalls niedriger. (Man beachte, dass die Breite der numerischen Werte in den jeweiligen Häufigkeitsgraphiken für beide Graphiken gleich ist.) Insbesondere lässt der Werkzeugkopf 410 zu, dass die Grobschleifsteine 426 einwandfrei arbeiten, da der zum Expandieren der Grobschleifsteine 426 erforderliche Expansionsdruck niedriger ist, und außerdem sind die verschiedenen Expansionsdrücke auf die Grobschleifsteine 426 geringer, wodurch ermöglicht wird, dass die Grobschleifsteine 426 mit größerer Genauigkeit expandiert und kontrahiert werden.
Bei dem Werkzeugkopf 410 gemäß der dritten Ausführungsform sowie bei der den Werkzeugkopf 410 einschließenden, vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine 412 ist im distalen Ende des sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen ein als Deckelglied dienender Ring 444 montiert, wodurch Langlöcher 446 vorgesehen werden, um zu verhindern, dass sich der sich verjüngende Konus 436 zum Grobschleifen unter Reaktionskräften F1 biegt, wenn der sich verjüngende Konus 436 zum Grobschleifen zum Expandieren der Grobschleifsteine 426 angehoben wird. Daher können Verluste bei den Expansionskräften, die beim Anheben des sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen an die Grobschleifsteine 426 übertragen werden, stark reduziert werden. Außerdem wird verhindert, dass sich der sich verjüngende Konus 436 zum Grobschleifen unter den Reaktionskräften F1 biegt, wodurch die Reibungskräfte F2 zwischen den Gleitflächen des sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen und des sich verjüngenden Konus 438 zum Feinschleifen verringert werden. Gleichermaßen können auch die Expansionskräfte auf die Feinschleifsteine 428 ordnungsgemäß gesteuert werden.
Die Verjüngungen 438a, 438b des sich verjüngenden Konus 438 zum Feinschleifen werden in den im sich verjüngenden Konus 438 zum Feinschleifen festgelegten Langlöchern 446 angeordnet. Auf diese Weise können die Verjüngungen 438a, 438b einfach zusammengesetzt und demontiert werden.
Das Loch 443 in dem als Deckelglied dienenden Ring 444 ist nicht notwendigerweise erforderlich. Falls das Loch 443 weggelassen wird, kann der Spitzenendabschnitt des sich verjüngenden Konus 438 zum Feinschleifen im sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen verschoben werden.
Der distale Endabschnitt des sich verjüngenden Konus 436 zum Grobschleifen ist nicht auf eine Unterteilung in drei Arme beschränkt. Der distale Endabschnitt kann auch in zwei Arme oder in vier oder mehr Arme unterteilt sein, was die Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Grobschleifsteinen 426 und einer unterschiedlichen Anzahl von Feinschleifsteinen 428 darauf erlaubt.
Die den Werkzeugkopf 410 einschließende Werkzeugmaschine 412 ist nicht streng auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt, und die Werkzeugmaschine kann auf verschiedene Arten abgewandelt werden. Anstelle des ersten hydraulischen Zylinders 416, des zweiten hydraulischen Zylinders 418 und des hydraulischen Hebe-/Senkzylinders 423 kann ein Elektroaktuatormechanismus verwendet werden. Falls Elektroaktuatormechanismen verwendet werden, können anstelle sowohl des Hydraulikdruckreglers 460 als auch des Hydraulikdruckreglers 468 als auch des Hydraulikdruckreglers 474 als Expansions-/Kontraktionssteuerungsmittel ein Drehmoment-steuerungsfähiger Motor, ein Kugelschraubenmechanismus zum Umwandeln der Drehbewegung des Motors in eine Linearbewegung und zum Übertragen einer solchen Linearbewegung auf eine Zugstange sowie Drehmomentsteuerungsmittel zum Steuern des Drehmoments des Motors verwendet werden.
Der Werkzeugkopf 410 kann auf den Werkzeugmaschinen 10, 210 installiert werden. Wie in 1 gezeigt, kann eine Werkzeugmaschine 10a insbesondere den Werkzeugkopf 410 einschließen. Wie in 8 gezeigt, kann eine Werkzeugmaschine 210a ferner einen Werkzeugkopf 232a einschließen, der den Ring 444 des Werkzeugkopfs 410 aufweist.
Die Grobschleifsteine und die Feinschleifsteine können Metall- gebundene Diamantschleifsteine, keramisch gebundene Schleifsteine oder dergleichen umfassen. Typischerweise sind die Grobschleifsteine rauer als die Feinschleifsteine. Die Grobschleifsteine und die Feinschleifsteine können indes vom gleichen Typ sein oder können bezüglich einander sogar identisch sein.
Obgleich bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich gezeigt und beschrieben worden sind, sollte es sich verstehen, dass an der Ausführungsform verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne dass von dem in den beigefügten Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung abgewichen wird.

Claims

Werkzeugmaschine, umfassend: einen Werkzeugkopf (30), der einen Bohrschneider (100) und ein Schleifwerkzeug (102, 104) aufweist; Drehmittel (44) zum Drehen des Werkzeugkopfs (30); eine hohle Hauptwelle (32), die die Drehmittel (44) mit dem Werkzeugkopf (30) verbindet und von den Drehmitteln (44) zum Werkzeugkopf (30) Drehkraft überträgt; eine Halterung (34, 36), wobei sich die Hauptwelle (32) durch die Halterung (34, 36) axial erstreckt und in der Halterung (34, 36) drehbar gehalten ist; und Bewegungsmittel (58) zum Bewegen der Halterung (34, 36) in einer bezüglich der Hauptwelle (32) axialen Richtung; einen Stab (33), der in der Hauptwelle (32) aufgenommen und axial bewegbar ist, wobei der Durchmesser der Hauptwelle (32) unverändert bleibt, während sie mittels der Drehmittel (44) gedreht wird, und zwar sowohl während eines Bohrvorgangs, bei welchem der Werkzeugkopf (30) während des Bohrens eines Werkstücks mittels des Bohrschneiders (100) gedreht und in Richtung des Werkstücks bewegt wird, als auch während eines Schleifvorgangs, bei welchem der Werkzeugkopf (30) während des Schleifens des Werkstücks mittels des Schleifwerkzeugs (102, 104) gedreht und hin- und herbewegt wird, wobei die Werkzeugmaschine den Bohrvorgang und den Schleifvorgang mittels der radialen Expansion des Bohrschneiders (100) und des Schleifwerkzeugs (102, 104) durchführt, wobei die Halterung eine erste Halterungseinheit (34) zur drehbaren Halterung der Hauptwelle (32) und eine zweite Halterungseinheit (36) zur bewegbaren Halterung der ersten Halterungseinheit (34) in der axialen Richtung der Hauptwelle (32) umfasst, und wobei die Bewegungsmittel ein von einem Linearmoter gebildetes erstes Bewegungsmittel (58) zum Bewegen der ersten Halterungseinheit in der axialen Richtung und ein zweites Bewegungsmittel (70) zum Bewegen der zweiten Halterungseinheit in der axialen Richtung umfasst.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, bei welcher das erste Bewegungsmittel (58) die Halterung während des Schleifvorgangs bewegt; und das zweite Bewegungsmittel (70) die Halterung während des Bohrvorgangs bewegt.
Verfahren zum Bohren eines Zylinderblocks mit einer Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine umfasst: eine hohle Hauptwelle (224), die mittels Drehmitteln (221) um ihre Achse drehbar ist; eine Halterung (228), die die Hauptwelle (224) innen und drehbar haltert; eine Welle (266, 268), die in der Hauptwelle (224) aufgenommen und an der Hauptwelle (224) axial bewegbar keilverzahnt ist; und einen Werkzeugkopf (212), der an ein distales Ende der Hauptwelle (224) gekoppelt ist und einen Bohrschneider (242) und ein Schleifwerkzeug (236, 238) aufweist, die radial expandierbar und kontrahierbar gehaltert sind; wobei der Werkzeugkopf (212) Expansionsmittel (216, 218) aufweist, um den Bohrschneider (242) und das Schleifwerkzeug (236, 238) in Antwort auf eine axiale Bewegung der Welle (266, 268) unter vorbestimmten Expansionskräften und an einer vorbestimmten Position radial zu expandieren; wobei die Werkzeugmaschine den Bohrvorgang und den Schleifvorgang mittels der radialen Expansion des Bohrschneiders (242) und des Schleifwerkzeugs (236, 238) durchführt, wobei die Expansionsmittel (216, 218) umfassen: einen fest auf der Halterung (228) montierten Servomotor (220, 222); ein mittels des Servomotors (220, 222) in Phase drehbares oder befestigbares Ritzelzahnrad (270, 286); ein rohrförmiges Ringzahnrad (272, 288), welches am Außenumfang angeordnete Zähne aufweist, die mit dem Ritzelzahnrad (270, 286) kämmen, sowie eine mit einem Innengewinde versehene, innere Fläche (272b, 288b), wobei das Ringzahnrad (272, 288) auf der Halterung (228) drehbar gehaltert ist; eine rohrförmige Kugelschraube (274, 290), die am Außenumfang angeordnete Zähne (272b, 288b) aufweist, die mit der mit einem Innengewinde versehenen, inneren Fläche (272b, 288b) des Ringzahnrads (272, 288) kämmen, wobei die Kugelschraube (274, 290) in Antwort auf die Drehung der Welle (266, 268) in axialer Richtung derselben bewegbar ist; und ein Lager (276, 292), welches eine über die Welle (266, 268) gepasste, innere Laufbahn (276a, 292a) und eine in die Kugelschraube (274, 290) gepasste, äußere Laufbahn (276b, 292b) aufweist, wodurch es der Welle (266, 268) erlaubt ist, sich im Einklang mit der Kugelschraube (274, 290) axial zu bewegen, wobei das Verfahren zum Bohren eines Zylinderblocks die Schritte umfasst: einen ersten Schritt des Anordnens eines einem Produktzylinderkopf ähnlichen Dummy-Kopfs (304) auf einem Zylinderblockrohling (302a), wobei der Dummy-Kopf (304) eine darin festgelegte Öffnung aufweist, die es dem Werkzeugkopf (212) erlaubt, dahindurch eingesetzt zu werden, des Bohrens des Zylinderblockrohlings (302a) mittels des Bohrschneiders (242), um einen Zylinderblock mit einer darin festgelegten Bohrung (303) zu erzeugen, des Messens eines Durchmessers der Bohrung (303) und des Erhaltens von ersten Durchmesserdaten, die den gemessenen Durchmesser repräsentieren; einen auf den ersten Schritt folgenden, zweiten Schritt des Entfernens des Dummy-Kopfs (304) vom Zylinderblock, des Messens eines Durchmessers der Bohrung (303) darin an jeder axialen Position und Erhalten von zweiten Durchmesserdaten, die den gemessenen Durchmesser repräsentieren; einen auf den zweiten Schritt folgenden, dritten Schritt des Verwendens der ersten Durchmesserdaten als Korrekturdaten für die zweiten Durchmesserdaten zum Erzeugen von NC-Daten, damit die Querschnittsgestalt der Bohrung (303) vollkommen kreisförmig ist, wenn der Dummy-Kopf (304) auf dem Zylinderblock montiert ist, nachdem der Zylinderblockrohling (302a) ohne den darauf montierten Dummy-Kopf (304) gebohrt worden ist; einen auf den dritten Schritt folgenden, vierten Schritt des Eingebens der NC-Daten in die Werkzeugmaschine, des Bohrens eines neuen Zylinderblockrohlings (302b) auf Grundlage der NC-Daten, um einen Zylinderblock mit einer darin festgelegten Bohrung (303) zu fertigen, des Anordnens eines Produktzylinderkopfs (306) auf dem Zylinderblock, des Messens eines Durchmessers der Bohrung (303) darin an jeder axialen Position und des Erhaltens von dritten Durchmesserdaten, die den gemessenen Durchmesser repräsentieren; und einen auf den vierten Schritt folgenden, fünften Schritt des Verwendens der dritten Durchmesserdaten als Korrekturdaten zum Berichtigen der NC-Daten und Erzeugen von berichtigten NC-Daten, damit die Querschnittsgestalt der Bohrung (303) vollkommen kreisförmig ist, wenn der Produktzylinderkopf (306) auf dem Zylinderblock montiert ist, nachdem der neue Zylinderblockrohling ohne den darauf montierten Dummy-Kopf (304) gebohrt worden ist.
Verfahren zum Bohren eines Zylinderblocks mit einer Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine umfasst: einen Werkzeugkopf (212), der einen Bohrschneider (242) und ein Schleifwerkzeug (236, 238) aufweist; Drehmittel (221) zum Drehen des Werkzeugkopfs (212); eine hohle Hauptwelle (224), die die Drehmittel (221) mit dem Werkzeugkopf (212) verbindet und von den Drehmitteln (221) zum Werkzeugkopf (212) Drehkraft überträgt; eine Halterung (228), wobei sich die Hauptwelle (224) durch die Halterung (228) axial erstreckt und in der Halterung (228) drehbar gehalten ist; und Bewegungsmittel (226) zum Bewegen der Halterung (228) in einer bezüglich der Hauptwelle (224) axialen Richtung; und eine Welle (266, 268), die in der Hauptwelle (224) aufgenommen und an der Hauptwelle (224) axial bewegbar keilverzahnt ist, wobei der Werkzeugkopf Expansionsmittel (216, 218) umfasst, um den Bohrschneider (242) und das Schleifwerkzeug (236, 238) in Antwort auf eine axiale Bewegung der Welle (266, 268) unter vorbestimmten Expansionskräften und an einer vorbestimmten Position radial zu expandieren, wobei die Expansionsmittel (216, 218) eine Antriebsquelle (220, 222) einschließen, die auf der Halterung (228) fest montiert ist, wobei der Durchmesser der Hauptwelle (224) unverändert bleibt, während sie mittels der Drehmittel (221) gedreht wird, und zwar sowohl während eines Bohrvorgangs, bei welchem der Werkzeugkopf (212) während des Bohrens eines Werkstücks mittels des Bohrschneiders (242) gedreht und in Richtung des Werkstücks bewegt wird, als auch während eines Schleifvorgangs, bei welchem der Werkzeugkopf (212) während des Schleifens des Werkstücks mittels des Schleifwerkzeugs (236, 238) gedreht und hin- und herbewegt wird, und wobei die Werkzeugmaschine den Bohrvorgang und den Schleifvorgang mittels der radialen Expansion des Bohrschneiders (242) und des Schleifwerkzeugs (236, 238) durchführt, wobei der Bohrschneider (242) sowie das Schleifwerkzeug (236, 238) bezüglich des Werkzeugkopfs (212) radial expandierbar und kontrahierbar sind, und wobei die Expansionsmittel (216, 218) umfassen: Kraftumwandlungsmittel (216, 218) zum Umwandeln einer Drehkraft in eine Linearkraft, um es der Welle (266, 268) dadurch zu erlauben, sich in Antwort auf die Drehkraft axial zu bewegen, wobei die Kraftumwandlungsmittel (216, 218) ferner einen Vibrationsblockiermechanismus (272, 288) aufweisen, wobei das Verfahren zum Bohren eines Zylinderblocks die Schritte umfasst: einen ersten Schritt des Anordnens eines einem Produktzylinderkopf ähnlichen Dummy-Kopfs (304) auf einem Zylinderblockrohling (302a), wobei der Dummy-Kopf (304) eine darin festgelegte Öffnung aufweist, die es dem Werkzeugkopf (212) erlaubt, dahindurch eingesetzt zu werden, des Bohrens des Zylinderblockrohlings (302a) mittels des Bohrschneiders (242), um einen Zylinderblock mit einer darin festgelegten Bohrung (303) zu erzeugen, des Messens eines Durchmessers der Bohrung (303) und des Erhaltens von ersten Durchmesserdaten, die den gemessenen Durchmesser repräsentieren; einen auf den ersten Schritt folgenden, zweiten Schritt des Entfernens des Dummy-Kopfs (304) vom Zylinderblock, des Messens eines Durchmessers der Bohrung (303) darin an jeder axialen Position und Erhalten von zweiten Durchmesserdaten, die den gemessenen Durchmesser repräsentieren; einen auf den zweiten Schritt folgenden, dritten Schritt des Verwendens der ersten Durchmesserdaten als Korrekturdaten für die zweiten Durchmesserdaten zum Erzeugen von NC-Daten, damit die Querschnittsgestalt der Bohrung (303) vollkommen kreisförmig ist, wenn der Dummy-Kopf (304) auf dem Zylinderblock montiert ist, nachdem der Zylinderblockrohling (302a) ohne den darauf montierten Dummy-Kopf (304) gebohrt worden ist; einen auf den dritten Schritt folgenden, vierten Schritt des Eingebens der NC-Daten in die Werkzeugmaschine, des Bohrens eines neuen Zylinderblockrohlings (302b) auf Grundlage der NC-Daten, um einen Zylinderblock mit einer darin festgelegten Bohrung (303) zu fertigen, des Anordnens eines Produktzylinderkopfs (306) auf dem Zylinderblock, des Messens eines Durchmessers der Bohrung (303) darin an jeder axialen Position und des Erhaltens von dritten Durchmesserdaten, die den gemessenen Durchmesser repräsentieren; und einen auf den vierten Schritt folgenden, fünften Schritt des Verwendens der dritten Durchmesserdaten als Korrekturdaten zum Berichtigen der NC-Daten und Erzeugen von berichtigten NC-Daten, damit die Querschnittsgestalt der Bohrung (303) vollkommen kreisförmig ist, wenn der Produktzylinderkopf (306) auf dem Zylinderblock montiert ist, nachdem der neue Zylinderblockrohling ohne den darauf montierten Dummy-Kopf (304) gebohrt worden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, in welchem im vierten Schritt durch ein im Produktzylinderkopf (306) festgelegtes Zündkerzen-Einsetzloch (306b) eine Messvorrichtung zum Messen des Durchmessers der Bohrung eingesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, in welchem im vierten Schritt durch ein im Produktzylinderkopf (306) festgelegtes Zündkerzen-Einsetzloch (306b) eine Messvorrichtung zum Messen des Durchmessers der Bohrung eingesetzt wird.
Werkzeugmaschine umfassend einen Werkzeugkopf (410), bei welcher der Werkzeugkopf (410) umfasst: eine Mehrzahl von Schleifwerkzeugen (426, 428); einen Hauptkörper (424), der die Schleifwerkzeuge (426, 428) haltert; und im Hauptkörper (424) angeordnete Expansions- und Kontraktionsmittel, um die ersten und zweiten Schleifwerkzeuge (426, 428) in bezüglich einer Achse des Hauptkörpers (424) quer verlaufenden Richtungen radial zu expandieren oder zu kontrahieren; wobei die Expansions- und Kontraktionsmittel umfassen: eine erste Werkzeugbasis (432), wobei das erste Schleifwerkzeug (426) auf einer äußeren Fläche der ersten Werkzeugbasis (432) montiert ist; eine gegen eine Innenseitenfläche der ersten Werkzeugbasis (432) gehaltene, erste Konuswelle (436) zum Drücken der ersten Werkzeugbasis (432); eine zweite Werkzeugbasis (434), die gleichzeitig mit oder unabhängig von der ersten Werkzeugbasis (432) radial expandierbar oder kontrahierbar ist, wobei das zweite Schleifwerkzeug (428) auf einer äußeren Fläche der zweiten Werkzeugbasis (434) montiert ist; eine gegen eine Innenseitenfläche der zweiten Werkzeugbasis (434) gehaltene, zweite Konuswelle (438) zum Drücken der zweiten Werkzeugbasis (434), wobei die zweite Konuswelle (438) in die erste Konuswelle (436) eingesetzt ist und gegen die erste Konuswelle (436) verschiebbar ist; und ein Bewegungsglied (448, 450), um die erste Konuswelle (436) und die zweite Konuswelle (438) gleichzeitig oder einzeln axial zu bewegen; wobei die erste Konuswelle (436) ein darin festgelegtes Langloch (446) aufweist, und das Langloch (446) ein verschlossenes distales Ende aufweist; und wobei die zweite Konuswelle (438) einen durch das Langloch (446) gegen die Innenseitenfläche der zweiten Werkzeugbasis (434) gehaltenen Abschnitt aufweist.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 7, bei welchem das Langloch (446), mittels eines auf der ersten Konuswelle (436) montierten Deckelglieds (444) in der ersten Konuswelle (436) festgelegt ist.
Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 7, die ferner Steuerungsmittel (420) zum Steuern der Bewegung der Bewegungsglieder (448, 450) umfasst.