Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Honen von Bohrungen am Bohrungsende, beispielsweise von Sacklochbohrungen.
Zum Honen von Sacklochbohrungen sind Honwerkzeuge bekannt, bei denen kurze Honsteine am unteren Ende des Werkzeugkörpers angeordnet sind (DE-PS 30 39 467 oder EP-A-0 219 825). Sie dienen zur Vorbearbeitung der Bohrung im Bereich des Bohrungsgrundes. Ohne diese Vorbearbeitung würde die Bohrung bei der Bearbeitung mit Honleisten normaler Länge in diesem unteren Bereich enger bleiben, weil das Honwerkzeug während seiner Axialbewegung dort nicht, wie am anderen Bohrungsende, mit einem Teil seiner Länge aus der Bohrung ausfahren kann. Für die Bearbeitung der Sacklochbohrungen unter Verwendung von kurzen Honsteinen für das innere Bohrungsende bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten: die kurzen Honsteine können gleichzeitig mit längeren Honleisten, die dann ebenfalls am Werkzeugkörper angeordnet sind, für den Materialabtrag an der Bohrungswandung eingesetzt werden, oder die Bearbeitung geschieht in zwei aufeinanderfolgenden Schritten, wobei zunächst die Bohrung am inneren Ende mittels der kurzen Honsteine aufgeweitet und anschließend die Bohrungswandung über ihre ganze Länge mittels der Honleisten bearbeitet wird, die in diesem Fall an einem zweiten Werkzeug angeordnet sein können. Die gleichzeitige Bearbeitung mit den kurzen Honsteinen und den längeren Honleisten erfordert eine komplizierte Steuerung, so daß die Bearbeitung in aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten einfacher ist. Dafür ist zwar ein Werkzeugwechsel notwendig, wobei also das Werkzeug mit den kurzen Honsteinen gegen ein Werkzeug mit Honleisten ausgewechselt wird, oder aber eine Umsetzung des Werkstückes an eine andere Arbeitsspindel; jedoch ist die Steuerung einfacher und das Bearbeitungsergebnis in vielen Fällen besser.
Bei der Vorbearbeitung des inneren Bohrungsendes mittels des Honwerkzeugs mit kurzen Honsteinen können Bearbeitungsfehler auftreten, weil das Werkzeug keine genügende Führung in der Bohrung hat und daher zu Taumelbewegungen neigt. Der bearbeitete Bereich der Bohrung ist dann nicht mehr genau koaxial zur Bohrungsachse.
Beim Honen von Bohrungen treten auch Probleme auf, wenn die Bohrung in bezug auf eine Stirnfläche des Werkstückes schräg verläuft, also die obere Begrenzung der Bohrung in einer Ebene liegt, die schräg zur Bohrungsachse verläuft. Da das Honwerkzeug koaxial zur Bohrungsachse in die Bohrung eingefahren werden und in ihr arbeiten muß, werden die Honsteine oder Honleisten durch radial ungleichen Gegendruck belastet, so daß das Honwerkzeug aus seiner zur Bohrungsachse koaxialen Lage in Richtung auf die geringer belastete Seite auswandert. Die Bohrung erhält dadurch am oberen Ende eine Krümmung und entspricht dann nicht mehr hohen Anforderungen an die Formgenauigkeit.
Ein ähnliches Problem tritt auf, wenn das obere Bohrungsende Verengungen mit ungleichmäßigem Verlauf über den Bohrungsumfang aufweist. Auch in diesem Fall wird das Honwerkzeug durch radial ungleichen Gegendruck belastet und weicht dann aus der zur Bohrungsachse koaxialen Lage nach einer Seite aus.
Die geschilderten Probleme waren bisher ungelöst. Es ist zwar bekannt, ein Honwerkzeug zur Stabilisierung seiner Lage in der Bohrung mit Führungsleisten zu versehen (US-A-4 065 881), jedoch kann mit diesem Werkzeug keine Sacklochbohrung bearbeitet werden, weil sich die Führungsleisten bis in die Bereiche oberhalb und unterhalb der Honsteine und über die ganze Länge des Werkzeuges erstrecken. Auch werden bei dem bekannten Honwerkzeug die Honleisten und die Führungsleisten von einer gemeinsamen Zustellvorrichtung derart beaufschlagt, daß sich die Führungsleisten unter Federdruck an die Bohrungswandung anlegen und die Honleisten danach weiter radial nach außen bewegt werden. Die Führungsleisten bilden daher eine federnd nachgiebige Abstützung des Honwerkzeuges an der Bohrungswandung, so daß sie ein Ausweichen des Werkzeuges bei einseitiger Belastung nicht wirksam verhindern können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zum Honen von Bohrungen die Bearbeitungsgenauigkeit am Bohrungsende zu verbessern.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt eine zusätzliche Führung und unnachgiebige Abstützung des Werkzeugs in der Bohrung vor allem in dem Bereich, in dem die Honsteine selbst für die Führung nicht oder nicht genügend wirksam sind, also im mittleren Bereich der Bohrung und bei Sacklochbohrungen im Bereich des oberen Bohrungsendes sowie bei Anordnung der Honsteine am oberen Ende des Werkzeuges auch im unteren Bohrungsbereich. Die radial starre Abstützung des Honwerkzeuges mittels Führungsleisten kann nur in diesem außerhalb des Arbeitsbereiches der Honsteine befindlichen Bereich vorgesehen sein, wobei die Führungsleisten des verwendeten Honwerkzeugs eine größere Länge haben sollen als die Honsteine. Zweckmäßig erstrecken sie sich über die überwiegende Länge des Werkzeugkörpers, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Honsteinen ein Ende einer der Führungsleisten liegt. Die Honsteine werden wie üblich mittels einer Zustellvorrichtung in Richtung auf die Bohrungswandung zugestellt, beispielsweise in an sich bekannter Weise mittels Schwenkleisten, die an ihrem einen Ende schwenkbar gelagert sind und an ihrem anderen Ende jeweils einen der Honsteine tragen. In diesem Fall ist die Zustellbewegung der über den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten Honsteine konisch, wodurch sich eine für die Bearbeitung günstige Verteilung des Zustelldruckes ergibt. Die Honsteine können aber auch bei der Zustellung in Parallellage zur Werkzeugachse radial verschoben werden. In diesem Fall könnten die Führungsleisten oberhalb bzw. unterhalb der Honsteine und mit ihnen fluchtend angeordnet sein, so daß am Werkzeugkörper außerdem noch zustellbare Honleisten angeordnet sein könnten, die sich dann jeweils zwisehen zwei Führungsleisten bzw. Honsteinen erstrecken würden. Vorgesehen ist erfindungsgemäß eine von der Zustellung der Honsteine unabhängige radiale Verschiebbarkeit oder Schwenkbarkeit der Führungsleisten, so daß der Anlagedruck dieser Leisten an der Bohrungswandung nach Bedarf gewählt und gesteuert werden kann.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele des verwendeten Honwerkzeuges dargestellt sind. Es zeigen
Fig. 1 zeigt im Teilschnitt ein Werkstück 1 mit einer zylindrischen Sackbohrung 2, an deren innerem Ende eine schmale Ausdrehung 3 vorgesehen ist, die unmittelbar an den Bohrungsgrund 4 angrenzt. Eine solche Ausdrehung ist bei Sacklochbohrungen häufig, aber nicht immer vorhanden. In dieser Bohrung 2 soll zunächst in der Nähe des Bohrungsgrundes Material von der Bohrungswandung abgetragen werden, so daß eine Aufweitung 5 entsteht.
Das Honwerkzeug nach Fig. 2 hat einen zu seiner Werkzeugachse 11 im wesentlichen rotationssymmetrischen, hohlzylindrischen Werkzeugkörper 10, der an seinem oberen Ende zu einem Zapfen 12 kleineren Durchmessers verlängert ist. In den Zapfen sind radial ausgerichtete und über den Zapfenumfang vorspringende Stifte 13 eingesetzt, mit denen das Werkzeug nach Art einer Bajonettverbindung in eine schematisch angedeutete Werkzeugspindel 14 eingesetzt wird, die zu der - nicht dargestellten - Honmaschine gehört und das Werkzeug antreibt.
An dem Werkzeugkörper 10 sind mehrere, im Ausführungsbeispiel sechs Schwenkleisten 15 gelagert, die über den Umfang des Werkzeugkörpers gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Schwenkleisten 15 tragen an ihrem unteren, dem unteren Werkzeugende 16 benachbarten Ende je einen kurzen Honstein 17, der sehr verschleißfest sein soll. Beispielsweise werden Diamant-Honsteine vorgesehen. Die Schwenkleisten 15 sind wesentlich länger als die Honsteine 17 und in Nuten 18 des Werkzeugkörpers 10 geführt. Sie sind an ihrem oberen Ende mittels je eines Bolzens 19 schwenkbar gelagert. Innerhalb einer zentralen Längsbohrung 21 des Werkzeugkörpers 10 befindet sich eine Zustellvorrichtung 22, die einen kegelförmigen Körper 23 aufweist, der mittels eines Querstiftes an einer zentralen Druckstange 24 befestigt ist. Der kegelförmige Körper 23 liegt mit seiner Mantelfläche an einer mit gleicher Neigung ausgebildeten Fläche eines Ansatzes 20 der zugehörigen Schwenkleiste 15 an. Durch axiale Bewegung der Druckstange 24 in Richtung auf das untere Werkzeugende 16 werden die Schwenkleisten 15 radial nach außen geschwenkt, so daß die Honsteine 17 radial und leicht schräg in Richtung auf die Bohrungswandung geschwenkt werden. Daher ist der Anpreßdruck der Honsteine 17 am unteren Bohrungsende am größten.
Jeweils zwischen zwei Schwenkleisten 15 ist eine Führungsleiste 25 angeordnet, so daß also im dargestellten Ausführungsbeispiel sechs Führungsleisten vorhanden sind. Zur Aufnahme und Führung der Führungsleisten sind im Werkzeugkörper 10 Nuten 26 vorhanden. Die Führungsleisten tragen über ihre ganze axiale Länge einen verschleißfesten, nicht schneidenden Gleitbelag 27, der aus Hartmetall, Grauguß, Kunststoff oder einem anderen geeigneten Gleitmaterial bestehen kann.
Die Führungsleisten 25 sind radial verstellbar. Sie haben zu diesem Zweck zwei konische Ansätze 28, die mit einer zweiten Zustellvorrichtung 29 zusammenwirken. Diese zweite Zustellvorrichtung 29 befindet sich ebenfalls in der zentralen Längsbohrung 21 des Werkzeugkörpers 10 und besteht im wesentlichen aus einer hohlen Druckstange 31, welche die Druckstange 24 der Honstein-Zustellvorrichtung 22 koaxial umgibt und zwei kegelförmige Ansätze 30 aufweist. Die Stange 31 hat zwischen den beiden kegelförmigen Ansätzen 30 eine Querbohrung 32, die von dem Querstift des kegelförmigen Körpers 23 der Zustellvorrichtung 22 durchsetzt ist und eine axiale Erstreckung hat, welche die Axialbewegung der Druckstange 24 unabhängig von der hohlen Druckstange 31 erlaubt. Die beiden kegelförmigen Ansätze 30 liegen an den konischen Flächen der Ansätze 28 der Führungsleisten 25 an, so daß eine Axialbewegung der Druckstange 31 in eine Radialbewegung der Führungsleisten 25 umgesetzt wird, wobei die Führungsleisten parallel zur Werkzeugachse 11 ausgerichtet bleiben.
Die Länge der Honsteine 17 ist so bemessen, daß sie etwa der dreifachen axialen Länge der Ausdrehung 3 entspricht. Bei der Bearbeitung wird das Werkzeug um seine Achse 11 rotierend angetrieben und zugleich axial in kurzen Hüben aufwärts und abwärts bewegt, so daß die Aufweitung 5 entsteht. Dabei erlaubt die Ausdrehung 3 einen überlauf der Honsteine 17 über die innere Kante der Bohrungswandung hinaus nach unten. Während der Bearbeitung ist das Honwerkzeug mittels der Führungsleisten 25 ständig in der Bohrung 2 geführt. Durch radiales Verstellen mittels der zweiten Zustellvorrichtung 29 wird ein vorgebbarer Anlagedruck der Führungsleisten 25 an der Bohrungswandung erzeugt, so daß eine ständige gleitende Führung sichergestellt ist.
Die Länge der Führungsleisten 25 soll ein Mehrfaches, mindestens das Dreifache der Länge der Honsteine 17 betragen. Die Führungsleisten 25 sollen dabei derart angeordnet sein, daß das Honwerkzeug auch im oberen Bereich der Bohrung 2 geführt ist.
Das Honen mittels der Honsteine 17 kann in bekannter Weise meßgesteuert werden, wofür eine oder mehrere Meßstellen vorzusehen sind, die mit einer Meßeinrichtung in Verbindung stehen, welche die Maß- und Formfehler der Werkstückbohrung erfaßt und ggf. eine Korrektursteuerung auslöst.
Wenn die Bearbeitung der Aufweitung 5 beendet ist, wird die Bohrung 2 über ihre ganze Länge mit entsprechend langen Honleisten weiterbearbeitet, die wie üblich radial und rechtwinklig zur Werkzeugachse 11 zustellbar sind. Für diesen zweiten Bearbeitungsschritt kann das Werkzeug gegen ein Werkzeug mit Honleisten ausgewechselt werden, oder es kann das Werkstück zu einer weiteren Werkzeugspindel der Maschine transportiert werden, wo ein entsprechend ausgebildetes Honwerkzeug vorhanden ist. Das Werkzeug kann aber auch so ausgebildet sein, daß die Führungsleisten 25 gegen Honleisten auswechselbar sind, so daß nach Beendigung der Vorbearbeitung lediglich Honleisten anstelle der Führungsleisten eingesetzt werden müssen und die Bearbeitung dann mit demselben Werkzeug fortgesetzt werden kann.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Werkstück mit zu seiner Stirnseite schräg verlaufender Bohrung 6, wobei also die Bohrungsachse 11A, wie auch aus Fig. 4 ersichtlich, schräg zu der Ebene 8 verläuft, in der die obere Begrenzung der Bohrung 6 liegt.
Diese Bohrung wird mit dem Honwerkzeug nach Fig. 5 bearbeitet, das im Aufbau weitgehend dem Werkzeug nach Fig. 1 entspricht. Das Werkzeug hat ebenfalls Schwenkleisten 15A, die jedoch am unteren Ende des Werkzeugkörpers 10A schwenkbar gelagert sind und an ihrem oberen Ende jeweils einen Honstein 33 tragen. Da die Honsteine am oberen Bohrungsende mit Überlauf arbeiten müssen, also bei jedem aufwärts gerichteten Hub des Werkzeuges mit etwa einem Drittel ihrer Länge aus der Bohrung ausfahren, können sie sich selbst nicht gleichmäßig an der Bohrungswandung abstützen; wie Fig. 5 zeigt, ist die Bohrungswandung auf der dem dargestellten Honstein 33 gegenüberliegenden Seite kürzer, so daß die dort vorhandenen (nicht dargestellten) Honsteine wesentlich weiter aus der Bohrung ausfahren müssen als der dargestellte Honstein 33. Diese Arbeitsweise ergibt sich selbstverständlich auch bei der üblichen Bearbeitung mit langen Honleisten, mit denen die Bohrung über ihre ganze Länge bearbeitet wird. Das erfindungsgemäße Honwerkzeug dient zum Vorhonen des oberen Bohrungsendes und ist darum mit den kurzen Honsteinen 33 versehen, was bei der Bearbeitung von Bohrungen im oberen Endbereich bisher nicht üblich war. Das Werkzeug wird in seiner zur Bohrungsachse koaxialen Lage mittels der Führungsleisten 25 gehalten, die sich im Ausführungsbeispiel über annähernd die ganze Länge des Werkzeugkörpers 10A bis zu dessen unterem Ende erstrecken.
Das Werkzeug nach Fig. 5 wird zur Bearbeitung der Bohrung 6 eingesetzt, die durch Vorbearbeitung wie beispielsweise Feinbohren den Durchmesser d1 hat. Nach dem Einfahren des Werkzeuges in die Bohrung werden zunächst die Führungsleisten 25 hydraulisch zugestellt, wobei also die ZustellVorrichtung 29 mit den beiden Kegeln 30 unter Beaufschlagung mit hydraulischem Druck nach unten verstellt wird. Sobald die Führungsleisten 25 mit Druck an der Bohrungswandung anliegen, werden die Honsteine 33 zugestellt, wofür die Zustellvorrichtung 22A ebenfalls nach unten bewegt wird. Diese Zustellung kann ebenfalls hydraulisch, aber auch mechanisch ausgeführt werden, wobei eine übliche Schrittzustellung vorgesehen sein kann. Die Bohrung wird dann am oberen Ende mit kurzen Hüben bearbeitet, wobei infolge der Anordnung der Honsteine 33 an den Schwenkleisten 15A eine konische Erweiterung am oberen Bohrungsende entsteht, wie in Fig. 4 strichliert angedeutet ist. Diese Bearbeitung wird ausgeführt, bis das obere Bohrungsende das Maß d2 erhalten hat, das annähernd dem Fertigmaß d3 entspricht. Nach Werkzeugwechsel oder Umsetzen des Werkstückes an eine andere Spindel wird dann die Bohrung mit üblichen Honleisten auf das Fertigmaß d3 gehont. Das Maß d2 soll an der unteren Toleranzgrenze des Fertigmaßes d3 liegen.
Fig. 6 zeigt das obere Ende einer Bohrung 7, die dort ungleichmäßig verengt ist. Die Darstellung ist zur Verdeutlichung in den relativen Maßen übertrieben. Derartige ungleiche Verengungen können dadurch entstehen, daß das Bohrungsende zur Erfüllung besonderer Anforderungen gehärtet oder beschichtet wurde.
Fig. 7 zeigt ein Honwerkzeug, das zur Bearbeitung der Bohrung nach Fig. 6 bestimmt ist. Dieses Werkzeug ist in einer Sacklochbohrung 7 gezeigt, wobei am unteren Ende des Werkzeugkörpers 10B ebenfalls Honsteine 17 entsprechend der Ausführung nach Fig. 1 vorgesehen sind, die hier jedoch parallel zur Werkzeugachse 11B radial zustellbar sind. Eine solche Kombination ist jedoch nicht erforderlich, vielmehr kann das Werkzeug auch so ausgebildet sein, daß lediglich das obere Bohrungsende bearbeitet wird.
Das Honwerkzeug nach Fig. 7 hat eine kombinierte Zustellvorrichtung 37, 38 entsprechend dem Werkzeug nach Fig. 1, jedoch werden hier die Honsteinträger 36 von den beiden Kegeln der Zustellvorrichtung 38 verstellt, während der Kegel der mittleren Zustellvorrichtung 37 Führungsleisten 35 zugeordnet ist. Diese Führungsleisten 35 haben ebenfalls einen Gleitbelag 35A. Sie erstrecken sich nach oben bis etwa an den Arbeitsbereich der oberen kurzen Honsteine 34. Die Führungsleisten sind daher im Bereich unterhalb des Bohrungsendes wirksam, das die ungleichmäßige Verengung aufweist. Nach dem Einfahren des Werkzeuges in die Bohrung 7 werden zunächst die Führungsleisten 35 zugestellt, so daß das Werkzeug im mittleren und unteren Teil der Bohrung koaxial zur Bohrungsachse abgestützt ist. Danach werden die Honsteinleisten 36 zugestellt, und die Honsteine 34 können mit kurzen Hüben das obere Bohrungsende bearbeiten, bis der Bohrungsdurchmesser dort annähernd das Fertigmaß erreicht hat. Anschließend wird die Bohrung mittels eines üblichen Honwerkzeuges auf Fertigmaß gehont.
Bei dem kombinierten Werkzeug, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, wird mit den Kurzhüben zugleich das untere Bohrungsende mittels der Honsteine 17 vorbearbeitet, entsprechend der Arbeitsweise des Werkzeuges nach Fig. 1. Diese Vorbearbeitung mit Parallelverschiebung der Honsteine 17 zur Werkzeugachse 11B führt ebenfalls zu einem guten Ergebnis des Vorhonens in der Nähe des Bodens 4 der Sacklochbohrung.
Eine derartige Parallelzustellung ist auch für das Werkzeug nach Fig. 5 geeignet.
Für die Zustellung der Führungsleisten und der die Honsteine tragenden Leisten ist jede Art von Doppelzustellung geeignet. Solche Zustellungen sind im Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen bekannt. Insbesondere kann die Doppel-Zustellvorrichtung 37, 38 nach Fig. 7 so ausgeführt sein, daß den Führungsleisten 35 nicht nur ein Kegelkörper zugeordnet ist, sondern - in gleicher Weise wie für die Leisten 36 - zwei Kegelkörper für die Zustellvorrichtung 37 vorgesehen sind, um eine genaue Parallelausrichtung der Führungsleisten 35 zur Werkzeugachse 11B zu gewährleisten.
Die Verteilung der Honsteine und der Führungsleisten über den Umfang des Honwerkzeuges entspricht auch bei den Ausführungen nach den Fig. 5 und 7 der Darstellung in Fig. 2. Ebenso ist bei allen Ausführungsformen des Honwerkzeugs eine starre Abstützung der Führungsleisten an der Bohrungswandung vorgesehen, beispielsweise durch Beaufschlagen der Zustellvorrichtung mit einem hydraulischen Medium.