CN105246649B - 珩磨方法和珩磨工具 - Google Patents

Abstract

在用于在珩磨操作期间借助于至少一次珩磨操作对工件中的钻孔的内表面进行加工的珩磨方法中，可扩张珩磨工具在钻孔内上下运动以便在钻孔的轴向方向上产生往复运动，并且在同时进行选择以便产生与往复运动组合的旋转运动。在该过程中，产生瓶状钻孔，所述钻孔在钻孔进口之后具有第一直径的第一钻孔部、远离钻孔进口的具有大于第一直径的第二直径的第二钻孔部以及在第一和第二钻孔部之间具有从第一至直径的连续过渡的过渡部，其中，工件已被使用根据本发明的珩磨工具进行加工。在至少一次珩磨操作期间，在这里使用环形工具（200），其具有至少一个环形切削组（220），该环形切削组具有多个可径向进给切削材料体，其围绕着工具主体的周向分布并被设计为珩磨段，该珩磨段在周向方向上是宽的且在轴向方向上是窄的，其中，如在轴向方向上测量的珩磨段的轴向长度小于在周向方向上测量的宽度，并且配备有切削材料体的切削区域的轴向长度小于珩磨工具的有效外直径。该方法特别适合于在用于往复活塞式发动机的汽缸体或汽缸衬套的生产期间对汽缸面进行珩磨。

Description

珩磨方法和珩磨工具

背景技术

本发明涉及一种用于借助于根据权利要求1的前序部分所述的至少一次珩磨操作对工件中的钻孔的内表面进行加工的珩磨方法以及根据权利要求6的前序部分的可用于执行该珩磨方法的珩磨工具。优选使用领域是用于往复活塞式发动机的汽缸体或汽缸衬套的生产期间的汽缸面的珩磨。

内燃发动机或其它往复活塞式发动机的汽缸体（汽缸曲轴箱）或汽缸衬套中的汽缸面在操作期间经受严重的摩擦应力。在汽缸体或汽缸衬套的生产期间，因此必须以这样的方式对所述汽缸面进行加工，即随后在所有操作条件下确保借助于润滑膜的充分润滑，并且相对于彼此运动的零件之间的摩擦阻力保持尽可能低。

此类摩擦可承载内表面的质量确定精加工一般地用适当的珩磨方法进行，其通常包括多个连续的珩磨操作。珩磨是使用几何未限定切削边缘的切削过程。在珩磨操作期间，可扩展珩磨工具在要加工的钻孔内上下或来回运动以便以往复的频率在钻孔的轴向方向上产生往复运动，并且在同时旋转以便产生旋转运动，其被与往复运动组合，具有一定旋转频率。被附接到珩磨工具的切削材料主体通过进给系统按压要加工的内表面，该进给系统具有相对于工具轴线径向地作用的进给力。在珩磨期间，在内表面上产生横向磨削图案，其珩磨加工典型的，并且具有交叉精加工标记，其也称为“珩磨凹槽”。

随着对发动机的经济性和环境友好性的要求增加，活塞/活塞环、汽缸面的摩擦系统的优化特别重要，以便实现低水平的摩擦、低水平的磨损和低油耗。活塞组的摩擦部分可以达到35%，并且因此期望此区域中的摩擦的减少。

追求用于减少发动机的机械损耗的不同方法。这些特别地包括使用热喷镀汽缸面、使用有涂层活塞环、产生特别优化珩磨表面等。

获得用于减少摩擦和磨损的增加重要性的技术是避免或减少组装期间和/或操作期间的发动机组（汽缸曲轴箱）的汽缸扭曲或变形。在常规珩磨加工之后，钻孔通常意图具有尽可能少地偏离理想圆形汽缸形状（例如最大几微米）的钻孔形状。然而，在发动机的组装或操作期间，可能发生总计达到几百毫米的显著的形状误差，并且可降低发动机的性能。扭曲或变形的原因不同。其可涉及到静态或实际上静态热和/或机械载荷或动态载荷。汽缸体的构造和设计也对变形趋势有影响。活塞环组合件的密封功能通常由于此类变形而恶化，其可能难以控制，作为其结果，渗漏、油耗以及摩擦可增加。

为了减少由于组装期间或在某些操作状态下的扭曲而引起的问题，例如在DE 2810 322 C2中已经提出使用张紧设备来使用于珩磨加工的发动机组变形，其方式为用汽缸盖来模拟后续变形。在对应于随后在组装之后存在的状态的撑牢状态，进行珩磨加工，以便产生然后还意图在组装之后被再次固定的圆柱形钻孔形状。

通过在加工期间使汽缸扭曲反转（误差的负形的产生）意图在组装之后或者在发动机的操作状态下确保或近似理想形状的产生的另一技术是所谓的形状珩磨。在这里，借助于珩磨在未撑牢工件上产生以定义方式偏离圆柱形状的钻孔形状，例如苜蓿叶形状。此类钻孔形状一般地是不对称的，因为汽缸体的变形一般地也是不对称的。在操作状态下，意图产生尽可能理想的圆柱形状，使得活塞环组合件可以在钻孔的整个周向上提供良好的密封。例如在EP 1 790 435 B1中和本文所述的现有技术中描述了形状珩磨的各种变体。

发明内容

本发明的问题是提供正在讨论中的类型的珩磨方法和可用于执行所述珩磨方法的珩磨工具，所述珩磨方法和珩磨工具使得可以产生往复活塞式发动机，其在摩擦损耗、油耗和渗漏方面具有改善的性质。

为了解决此问题，本发明提供了具有权利要求1的特征的珩磨方法。此外，提供了具有权利要求6的特征的珩磨工具，其可以在所述珩磨方法的范围内使用。

在从属权利要求中指定了有利发展。所有权利要求中的措辞是通过参考本描述的内容而提供的。

在珩磨方法中，产生瓶状钻孔，即具有瓶子形状的钻孔。“瓶状钻孔”直接地在钻孔进口之后具有具有第一直径的第一钻孔部、远离钻孔进口的具有大于第一直径的第二直径的第二钻孔部以及在第一和第二钻孔部之间具有从第一至直径的连续过渡的过渡部，第一钻孔部和第二钻孔部一般地具有圆柱形基本形状并相对于彼此处于同轴状态。过渡部可以部分地成圆锥形地形成，并且可在末端面积外钻孔部的其末端处合并到相邻钻孔部中，在每种情况下具有适当的半径。

给定瓶状宏观形状的适当构造，相对于摩擦的减少、减少的渗漏和减少的油耗而言可以获得显著的优点。此外，可以产生活塞环组合件的耐磨性方面的改善和对操作期间的噪声产生的正面影响。内燃发动机中的燃烧的相当一部分是在钻孔进口附近的相对窄的第一钻孔部中、即在“瓶颈”中发生的。此部中的油的可能高量提供可以导致排放和油耗问题。在此较窄的第一钻孔部中，活塞环的环形组合件由于相对高的边缘应力而可以容易地执行其常规功能（特别是针对燃烧气体的密封和返回运动中的油膜的刮掉）。借助于燃烧的压力波，活塞在第一钻孔部中被加速，并且到达具有逐渐增加直径的过渡部。在过渡部中，通过增加直径来减小活塞环张力。然而，由于在这里存在相当大的活塞速度，并且减小了汽缸空间中的内部压力，所以渗漏、油耗值和发动机噪声发射并未受到不利影响。借助于过渡部与相邻的第一和第二钻孔部之前的适当半径，可以在过渡部处实现活塞环的温和进入和退出，并且因此可以避免活塞环磨损或发动机咬死。在向下运动中，环形组合件在通过过渡部之后在进入第二钻孔部时达到其最大张力，并且因此在活塞达到其最大速度时自动地减少了摩擦损耗。

在导致具有最适合于使用的表面结构的瓶状钻孔的珩磨方法的背景下，在至少一次珩磨操作期间，进行珩磨工具的使用，其特别是适合于此目的，并且在这里还由于其造而将其称为“环形工具”。在此应用背景内的“环形工具”具有至少一个环形切削组，其具有三个或更多可径向进给切削材料体，其分布在珩磨工具的工具主体的周向周围，并被构造为珩磨段，该珩磨段在珩磨工具的周向方向上是相对宽的，并且在珩磨工具的轴向方向上是相对窄的。如在轴向方向上测量的珩磨段的轴向长度在这里小于在周向方向上测量的宽度，并且配备有切削材料体的切削区域的轴向长度小于珩磨工具的有效外直径。

如果提供了至少三个珩磨段，则可以容易地在珩磨工具的整个有效外直径区域（其由于径向进给而可用）上且相对均匀地在周向上分布加工力。例如，可以在切削组中提供相同或不同周向宽度的精确地三个、精确地四个、精确地五个或者精确地六个珩磨段。虽然可以有切削组内的超过六个珩磨段，但这些使得构造更加复杂，并且一般地并不要求。在某些情况下，可选地如果珩磨工具具有仅两个珩磨段则可足够。

用可径向进给性（珩磨段在进给期间在径向方向上的移位）可以实现的效果切削材料体与钻孔内部表面之间的卡合实际上仍是恒定的，无论直径设定如何。通过避免切削材料体在径向进给期间的倾斜，可以避免不均匀磨损。

该措施可以单独地或者组合地对可以实现的表面质量具有正面影响，特别是在不同钻孔部上的表面质量的均匀性方面。

珩磨段的轴向长度可以例如小于珩磨工具的有效外直径的30%，特别地可以在所述外直径的10%和20%之间。在用于加工用于小客车或卡车的发动机本体中的典型汽钻孔的环形工具的情况下，轴向长度可以例如在5mm至20mm的范围内。基于要加工的钻孔的钻孔长度，轴向长度通常小于所述钻孔长度的10%。如果明显地超过上限，则一般地遭受用于断面的轴向跟随或断面的产生的可能性。另外，为了产生用于加工的充足表面压力，小的轴向长度是有利的。另一方面，为了允许用于加工钻孔末端的珩磨越程且为了限制珩磨工具倾斜的趋势，轴向方向上的最小长度是有利的。

此类环形工具构成珩磨工具的构造的常规概念的反转，其基于这样的事实，即为了获得珩磨钻孔中的小的形状误差，应使用具有在轴向方向上相对长但在周向方向上相对窄的珩磨磨石的珩磨工具。环形工具特别容易适合于瓶状钻孔形状或者一般地具有在轴向方向上明显改变的钻孔直径的钻孔形状的加工。在环形切削组中，切削材料（适当粒径、密度和硬度的结合切削颗粒）集中在轴向相对窄的环中，其中，环形切削组的通常超过一半的周向被切削装置占用，并且因此有效地促进了材料的去除。

与珩磨工具的有效外直径相比，一个或多个环形切削组位于其中的切削区在轴向方向上是短或窄的，因此，可能有在轴向方向上行进的断面的产生和/或跟随。

与常规珩磨磨石相比，环形切削组的区别在于在切削材料体与被环形切削组覆盖的轴向部中的钻孔内表面之间存在比在常规珩磨工具的相对窄的轴向部中基本上更多的接触表面。在某些实施例中，用环形切削组，珩磨工具的周向的超过60%、周向的可能甚至超过70%或者超过80%被切削装置占用。

切削组优选地被布置在工具主体的心轴远端附近，其方式为切削组独有地位于工具主体的心轴远离一半处。如果提供了多个环形切削组，则此条件可以适用于所有切削组。在心轴远端附近的布置特别地允许经由非常小的珩磨越程的加工操作。

在珩磨加工中，可以使用钻孔内的珩磨工具的冲程位置作为命令变量，以便以高局部分辨率确定与环形切削位置的冲程位置有关的压上压力或进给力。结果，借助于可进给环形切削组，可以产生具有轴向可变断面的钻孔，或者在没有非期望接触压力峰值的情况下遵循先前产生的轴向变化断面。当使用环形工具时，可以以基本上相同的重叠在钻孔的所有轴向区域中执行操作，使得当出现需要时，可以产生高度均匀的粗糙度图像或表面结构。当使用环形工具时，还可以可选地在钻孔的轴向末端处以非常小的珩磨越程来执行操作而不发生切削主体的不均匀磨损的问题。

优选地用机电切削组进给系统来执行操作。与液压扩张相比，从而可以进行进给行进的精确预定（行进控制），因此，可以以特定的方式产生轴向断面和/或可以精确地跟随预定轴向断面。

可以在珩磨工具上面布置直径测量系统的一个或多个传感器，并且因此可以进行过程中直径测量。例如，在每种情况下可以将气动直径测量系统的测量喷嘴在相邻珩磨部之间附接到工具主体。用这种手段，可以改善可以实现的钻孔断面的精度。

借助于环形工具的使用，在环形切削组的整个表面寿命内确保切削材料体的均匀磨损和钻孔的非常好的形状值和均与表面粗糙度。

可以有环形工具的不同构造，在其之间可以根据要执行的加工任务来选择用户。

在某些实施例中，环形工具具有单个环形切削组，其珩磨段可以经由单个公共进给系统被径向地送入或拉回。环形切削组通常具有均匀地或者不均匀地分布在珩磨工具的周向上的三个或更多、一般地不超过六个珩磨段。优选地将单个环形切削组布置在工具主体的心轴远自由端的附近，例如与心轴远端侧齐平。此类构造特别容易适合于以减少的珩磨越程来加工钻孔。例如在盲孔钻孔的情况下或者在用于整体发动机或V形发动机的发动机本体中的钻孔的情况下出现加工方面的此类限制。

还可以使环形切削组具有两组珩磨段，其可相互独立地进给，其中，各组的珩磨段在周向方向上以交替方式布置。用这种手段可以将单个环形切削组的优点（例如相对于局域短珩磨越程的钻孔的加工）与相互独立的两组珩磨段的双重进给的优点组合。用此类工具，可以在没有工具的中间改变的情况下用不同的切削材料来执行两个连续珩磨操作。一组珩磨段中的珩磨段正常地具有相同切削层，而各组具有相互不同的切削层，例如不同粒径的金刚石层。

还可以使环形工具具有第一环形切削组和至少一个第二环形切削组，其以相对于第一环形切削组轴向偏移的方式布置，并且可以独立于第一环形切削组而进给。用这种手段，也可以在没有工具的中间改变的情况下用不同的切削材料进行两个连续珩磨操作。由于不同的切削材料被分布到相对于彼此轴向偏移且每个可以覆盖珩磨头的周向的一大部分的所述至少两个环形切削组，所以在这里在两个珩磨操作中可以实现特别高的去除能力或相对短的珩磨时间。此类环形工具可以用于允许充分珩磨越程的所有钻孔。用两个或更多环形切削组，还可以以特定简单的方式进行任何类型的脉动窗口或横向钻孔的桥接或钻孔中断。此类环形工具优选地具有精确地两个环形切削组，因此尽管构造简单也可实现灵活的使用。

在优选实施例中，在工具主体上提供集成的多轴向可动接头，例如球窝接头或万向接头。从而可以在不改变钻孔位置的情况下补偿机器的位置误差和/或钻孔的芯偏移。还可以实现没有接头的示例性实施例。此类环形工具可以被刚性地耦接到珩磨心轴或被刚性地耦接到珩磨心轴的驱动杆。

可以用任何适当的碎屑去除加工方法来产生钻孔的瓶子形状，例如通过精确转弯（精确心轴），即借助于具有几何确定切削边缘的加工方法或借助于珩磨。这后面可以是一个或多个珩磨操作，以便得出具有适当表面结构的最终期望钻孔几何机构。

优选地通过精确转弯或珩磨来产生具有圆柱形钻孔形状的钻孔，并且然后在瓶子珩磨操作中，通过具有轴向变化珩磨去除的珩磨来产生瓶状钻孔形状。与精确转弯相比，可以借助于珩磨在没有外围标记的情况下以特别均匀的表面质量产生表面。切削材料体的自动磨锐效应也促进表面质量的均匀性。在珩磨的情况下，可以实现连续的过程监视。

在方法变体中，在瓶子珩磨操作期间，进行具有至少一个环形切削组的可扩张珩磨工具、即环形工具的使用。在这里，切削组的珩磨段根据冲程位置依照瓶子形状在下行冲程中在这里以行进和/或力控制方式被径向向外进给，并且在上行冲程期间径向地缩回。借助于此加工变体，从在特别难以加工的过渡部中的开端产生相对平滑的断面轮廓。

替换地，还可能的是在瓶子珩磨操作期间，进行具有珩磨磨石的可扩张珩磨工具的使用，其长度大于钻孔的长度的50%。珩磨磨石的长度可以例如在钻孔的长度的50%与80%之间。在瓶子珩磨操作期间，在第一阶段中，然后使珩磨工具在第一冲程位置上在上和下回动点之间上下或来回运动，以便使钻孔在其整个长度上成为圆柱形状。然后，在第二阶段中，在下回动点的方向上逐渐地、即用多个冲程改变上回动点，并且因此逐渐地减小冲程长度。结果，冲程位置在位于第二钻孔部的区域中的第二冲程位置的方向上移位。在第三阶段中，珩磨工具然后在第二冲程位置上来回运动。在这种方法变体中，在冲程位置的铸件移位和冲程高度减小的第二阶段期间基本上产生过渡区的基本形状，其中，还同时地且在第三阶段中产生第二钻孔部中的直径的增加。

如果借助于具有相对长的珩磨磨石的珩磨工具来执行瓶子珩磨操作，则在过渡部中可以产生具有类似于锯形轮廓的轮廓的相对粗糙的表面结构。还为了在过渡部中获得期望的均匀表面结构，因此优选地在瓶子珩磨操作之后执行使过渡区中的钻孔轮廓平滑化的平滑化珩磨操作，其中，在平滑化珩磨操作中使用环形工具，即具有至少一个环形切削组的可扩张珩磨工具。借助于该环形工具，可以消除过渡部中的凹槽或毛刺，并且可以使过渡部的半径成圆形。

已证明如果在平滑化珩磨操作期间用恒定进给力将环形切削组的切削材料体按压到钻孔的内表面上是有利的。这在某些方法变体中实现，因为使用具有用于环形工具的液压进给系统的珩磨机。在这里，由环形工具的珩磨段进行的瓶状钻孔的断面的跟随在这里是从液压扩张的设计引发的灵活性产生的。

本发明还涉及特别适合于执行珩磨方法但还可以在并非根据本发明的其它珩磨方法中使用的珩磨工具。

本发明还涉及具有至少一个钻孔的工件，该钻孔具有珩磨内表面，其中，钻孔是瓶状钻孔，其在钻孔进口之后具有具有第一直径的第一钻孔部、远离钻孔进口的具有大于第一直径的第二直径的第二钻孔部以及在第一和第二钻孔部之间具有从第一至直径的连续过渡的过渡部，其中，工件已被使用根据本发明的珩磨工具进行加工。

特别地，工件可以是用于往复活塞式机器的汽缸体或汽缸衬套。往复活塞式机器可以是例如内燃发动机（内燃机）或压缩机。

附图说明

图1示出了通过发动机本体中的瓶状钻孔的示意性纵截面；

图2在图2A中示出了通过具有单个环形切削组的单扩张的环形工具的实施例的纵截面，并且在图2B中示出了通过切削组的横截面；

图3A在图3A中示出了通过具有单个环形切削组的双扩张的环形工具的实施例的纵截面，并且在图3B中示出了通过切削组的横截面；

图4A在图3A中示出了通过具有被相互上下地布置的两个环形切削组的双扩张的环形工具的实施例的纵截面，并且在图4B中示出了通过切削组中的一个的横截面；

图5示意性地示出了通过借助于具有相对长的珩磨磨石的珩磨工具加工的钻孔的纵截面；

图6示意性地示出了与瓶子珩磨操作期间的珩磨时间t有关的具有长珩磨磨石的珩磨工具的冲程位置；

图7示出了使用环形工具之后的瓶状汽缸的圆形轮廓的测量图；

图8示出了第二示例性实施例中的与珩磨时间t有关的冲程位置HP（实线）和扩张位置AP（短划线）的相关性的示意图。

具体实施方式

下面描述了可以在本发明的实施例的背景内在工件的材料去除加工中使用的珩磨方法和珩磨工具的示例性实施例的描述，所述工件具有一个或多个钻孔，其在结束加工状态下意图具有瓶子的宏观形状。

图1示出了通过用于内燃发动机的发动机本地（汽缸曲轴箱）形式的工件100中的一个此类瓶状钻孔110的示意性纵截面。钻孔相对于其钻孔轴112是旋转对称的，并且在钻孔长度L上从在安装状态下面对汽缸盖的钻孔进口114一直延伸到在相对末端处的钻孔出口116。可以将钻孔划分成不同功能的三个相互邻近部，其以在彼此中滑动的方式合并，即没有台阶或边缘的形成。

进口侧末端处的第一钻孔部120具有第一直径D1和第一长度L1。在相对的出口侧末端处，第二钻孔部130在第二长度L2上延伸，其内直径（第二直径）D2大于第一直径D1。其中发生从第一直径至第二直径的连续过渡的部分圆锥形过渡部140位于第二钻孔部120与第二钻孔部130之间。在过渡部的基本上圆锥形中心部分与第一钻孔部之间形成第一半径R1，而在过渡部与第二钻孔部之间形成第二半径R2。半径R1和R2可以是基本上相同的，但是还可以使第一半径小于或大于第二半径。

在典型钻孔几何结构的情况下，第一长度L1可以例如在钻孔长度L的15%和40%之间。第二长度L2通常大于第一长度且常常在钻孔长度L的40%和60%之间。过渡部正常地相对于邻接钻孔部而言是相对短的。典型第三长度L3可以在钻孔长度L的5%至20%范围内。还可以有与所述几何比的偏差。

第一直径D1与第二直径D2之间的直径差显著地位于对于珩磨加工而言典型的公差外面，并且对于圆柱形状而言，位于最大10µm的数量级内（基于直径）。在70mm与150mm之间的数量级中的内直径的绝对值的情况下，直径差可以位于例如20µm与90µm之间。

可以以这样的方式来优化半径R1、R2、外钻孔部和过渡部的长度和钻孔轴与过渡部的切线之间的切线角T，即在发动机的典型操作状态下产生低渗漏、低油耗以及活塞环的低磨损。

钻孔的瓶子形状导致钻孔在进口附近的区域中是相对窄的，并且因此在钻孔中运动的活塞的活塞环在高边缘应力下抵靠着钻孔内表面118运动。结果，在其中主要地进行燃烧并发生高压的位置处实现可靠密封，并且油墨在下行冲程中被刮掉。由于燃烧而加速的活塞然后在钻孔出口的方向上运动，活塞环首先（部分地）穿过具有连续加宽内直径的过渡部，并且随后穿过第二钻孔部。活塞环可以在过渡部中逐渐地放松，密封在充分的程度上保持，因为压力差在活塞环处下降。在第二钻孔部开始时，环组合件达到其最低应力，并且因此由于减小的边缘应力而精确地在最大活塞速度区域中减少了摩擦损耗。在上行冲程期间，边缘应力然后在活塞环达到过渡部的出口侧半径并在第一钻孔部的方向上传过后者时再次地立即增加。

可以相对于宏观形状（瓶子形状）且相对于摩擦承压钻孔内表面的表面结构以高质量经济地产生此类钻孔的精密加工过程在本发明的实施例中包括至少一次珩磨操作，其中使用在本申请中称为“环形工具”的特定构造的珩磨工具。环形工具具有至少一个切削组，其被环形地附接到工具主体，并且具有围绕着工具主体的周向分布的切削材料体，并且可以借助于关联进给系统在径向方向上进给或者缩回。切削材料体被设计为珩磨段，其宽度在周向方向上明显大于其在轴向方向上的长度。负责从工件去除材料的切削材料体集中于轴向相对窄的区域（切削组的环）中，并且占据珩磨工具的周向的相对大的部分。结果，可以以相对高的材料去除能力产生其中不同直径的钻孔部在轴向方向上相互邻近的钻孔形状。

图2在图2A中示出了通过具有单个环形切削组220和单扩张的环形工具200的实施例的纵截面。图2B示出了通过切削组的横截面。环形工具200具有工具主体210，其定义在珩磨加工期间同时地是环形工具的旋转轴的工具轴线212。用于将环形工具耦接到珩磨机或具有工作心轴的另一加工机器的驱动杆的耦接结构（并未具体地示出）位于环形工具的心轴侧末端处（在图2A中的顶部），所述工作心轴可绕着心轴线旋转，并且还可平行于心轴线以震荡方式来回运动。

环形切削组220位于工具主体的心轴远端处（在图2A的底部处），其具有均匀地分布在工具主体的周向上并可以借组与切削材料体进给系统相对于工具轴线212径向地向外进给以便用定义接触压力或抵靠着要加工钻孔的内表面的压上力按压切削材料的摩擦作用外侧的多个（在本示例的情况下三个）切削材料体220－1、220－2、220－3。拱形地弯曲的三个切削材料体中的每一个被设计为珩磨段，其在周向方向上非常宽但在轴向方向上是窄的，并且其覆盖在115°和120°之间的周向角区域。珩磨段被从工具主体解耦，并且相对于工具轴线212可径向地相对于后者移位。由珩磨段形成的环在远离心轴侧结束，与工具主体齐平，使得环完全座在工具主体的心轴远离一半内，在环形工具的心轴远端处。

珩磨段的轴向长度LHS小于钻孔长度L的15%，特别地小于其10%。珩磨段的高度为约4mm至35mm，特别地约为10mm（在轴向方向上），其在本示例的情况下对应于切削组的有效外直径的5%和30%之间，特别是10%和20%之间。轴向长度LHS在这里同时地对应于珩磨工具整个切削区的轴向长度。

每个切削材料体被通过焊接而紧固到关联钢制成的支撑钢带244－1、224－2的外侧。替换地，还可以通过粘合剂结合或借助于螺钉将切削材料主体紧固，因此可以进行更容易的替换。每个支撑带的内侧具有倾斜表面，其与轴向可移位进给圆锥体232的圆锥形外表面相交互，其方式为当借助于机器侧进给设备在与复位弹簧234、226、228的力相反的环形工具的心轴远端的方向上按压进给圆锥体时，支撑带连同由其承载的切削材料体一起被径向向外进给。在相反的进给运动的情况下，借助于外围恢复弹簧226、228使支撑带与珩磨段一起径向向内恢复。结果，经由进给圆锥体232的轴向位置以无运动方式控制切削材料体的径向位置。

此工具概念特别适合于具有减少的珩磨越程、例如具有最大5mm的珩磨越程的加工钻孔。此类几何结构通常在盲孔钻孔的情况下或者在整体发动机或V形发动机中发生。

图3示出了环形工具300的示例性实施例，其同样地具有被布置在工具主体310的心轴远端侧末端处的单个环形切削组320。图3A示出了通过环形工具的纵截面，图3B示出了通过切削组的横截面。然而，与图2的示例性实施例相反，涉及到具有双扩张的珩磨工具。环形切削组320具有两组珩磨段，其可相互独立地进给，其中，各组的珩磨段每个在周向方向上以相对于彼此交替的方式布置。第一组珩磨段具有在每种情况下相对于彼此周向地偏移120°的三个第一珩磨段320－1。第二组珩磨段的三个第二珩磨段320－2在每种情况下被布置在其之间。第一组具有带有相对粗的切削层的切削材料体，而第二组具有带有相对更细的切削层的切削材料体。轴向导带326在每种情况下被布置在直接相邻的珩磨段中。在工具主体310与耦接结构340之间提供了球窝接头350，其是为了将珩磨工具耦接到工作心轴等而提供的，并且因此珩磨工具可相对于珩磨心轴在多个轴中运动至有限的程度。

第一珩磨段可以借助于第一进给系统径向地进给。后者是第一进给杆332－I，其在工具主体上在中心行进，并且在心轴远端处，具有圆锥形部，其与第一组珩磨段的支撑带的倾斜表面相交互。第二进给系统用于对第二组珩磨段进行进给，并且具有管状进给元件332－A，其包围进给杆332－I，并且在其心轴远端处具有圆锥形外表面，其与第二珩磨段的支撑带上的倾斜表面相交互。

可以借助于第一进给系统使第一组珩磨段中的三个珩磨段扩张，以便执行某个珩磨操作，例如平滑化珩磨操作或结构珩磨操作。如果替代地具有不同类型的切削层的另一组珩磨段被进给，则可以执行不同的珩磨操作，例如去毛刺珩磨操作或平顶珩磨操作。借助于具有双扩张的环形工具，可以连续地执行两个不同的珩磨操作而并不同时地执行工具的改变或者使用不同的珩磨心轴进行加工。

图4在4A中示出了通过具有双扩张的环形工具400的实施例的示意性纵截面，与图3的示例性实施例相反，其具有在工具主体410的远离心轴部分中被以相对于彼此轴向偏移的方式附接的两个环形切削组420－1和420－2。每个环形切削组（图4B中的横截面）具有三个公共可进给珩磨段，其每个覆盖周向的约110°和115°之间。相反地，珩磨段的轴向长度是小的，并且通常小于钻孔长度的10%和/或在切削材料体的区域中的珩磨工具的有效外直径的10%和20%之间。气动直径测量系统的测量喷嘴440在每种情况下被附接到相邻珩磨段之间的工具主体。切削组在轴向上相互接近地定位，使得两个环形切削组位于其中的珩磨工具的切削区域在轴向方向上基本上比珩磨工具的有效外直径更短。

在某些实施例中，相对于工具主体以弹性柔软的方式来安装切削材料体。结果，可选地可以改善在轴向运动期间跟随断面的能力。例如，可以在载体元件与切削材料体之间连接弹簧元件（例如，板簧、螺旋压缩弹簧等）。还可以将载体元件设计成本身是弹性柔软的，例如通过在结构上在适当点处提供的狭槽形式的载体材料横截面的弱化。

存在用于通过使用在本申请中所述类型的一个或多个环形工具来产生具有钻孔内表面的期望表面结构的瓶状钻孔的各种可能性。结合图5和6来描述第一示例性实施例。

在本方法变体的情况下，首先使用常规珩磨工具，其具有轴向相对长的窄珩磨磨石，以便从例如用精确钻孔进行预加工的钻孔开始产生具有圆柱形状的珩磨钻孔。轴向磨石长度I在这里为整个钻孔长度L的约1/2或2/3。在第一珩磨操作中（初步珩磨），使用D107型的金刚石磨石来执行操作，并且以细粒径（粒径D54）来执行后续中间珩磨操作。结果，产生具有与理想形状的很小偏差且具有相对光滑表面（R_Z＜8 µm）的基本上圆柱形钻孔形状。进口侧和出口侧珩磨越程S在这里为磨石长度的约1/3，与在常规方法中类似。可以在V形或整体发动机的加工中减少珩磨越程。

后续第三珩磨操作被设计为瓶子珩磨操作。借助于瓶子珩磨操作，通过使用几何未限定切削变换来轴向地改变材料的去除而产生瓶状钻孔。在第三珩磨操作（瓶子珩磨操作）中，同样地用具有磨石长度I＝2/3 L的相对长的珩磨磨石和参考图6所解释的特殊冲程控制来执行操作。图6示意性地示出了与瓶子珩磨操作期间的珩磨时间t有关的珩磨工具的冲程位置HP。在插入珩磨工具之后，汽缸面的加工最初从第一时间t₁前进至第二时间t₂，具有与在圆柱形钻孔的加工的情况下相同的第一冲程位置上的冲程长度。术语“冲程位置”在这里指代往复运动的上回动点UP与下回动点UU之间的区域。回动点的每次移位因此也改变冲程位置。

从定义的第二时间t₂开始，珩磨机自动地至冲程位置中的递增变化，并且在每个冲程之后，在下回动点UU的方向上递增地改变上回动点UO。可以例如经由一定数目的冲程或经由预定珩磨时间或经由预定的材料去除或另一触发参数来定义第二时间t₂的时间位置。可以同样地根据需要来调整上回动点在两个连续冲程之间改变的递增IN的程度。在冲程移位阶段已在第三时间t₃结束之后，在到达新的第三冲程位置的情况下对钻孔进行珩磨直至第二钻孔部到达期望的直径并产生瓶子形状（比较图1）为止。

根据冲程移位的递增变化和冲程移位的时间序列被如何预定，在过渡部中产生不同的半径和切线角。因此可以经由冲程移位的参数来预定这些参数。用珩磨磨石便利地执行瓶子珩磨操作，其切削材料颗粒比用于初步珩磨或中间珩磨的那些更细。例如，可以用在D35范围内的金刚石颗粒来执行操作，以便获得具有相对细的表面结构的瓶子形状。

在借助于相对长的珩磨带和递增冲程移位来产生瓶子形状期间，可在过渡区中产生具有类似于锯轮廓的小台阶的相对粗的表面结构。此类结构一般地是非期望的。为了在包括过渡区和邻接半径的钻孔的整个内表面上均匀地获得期望的表面结构，在这里所述的方法中，在瓶子珩磨操作之后，因此借助于环形工具来执行半径的成圆形和表面的平滑化。可以用甚至更细的切削装置来执行这里的操作，例如在D10至D15范围内，特别是D12。适当环形工具的选择（例如，单扩张、具有布置在公共环中的两个切削组的双扩张或者具有布置成两个轴向偏移环形切削组的两个切削组的双扩张）特别地取决于汽缸体的设计。可以将工具选择定向成例如可能珩磨越程的程度和/或横向钻孔的位置和尺寸。如果例如汽缸曲轴箱具有大的横向钻孔，则使用具有单扩张的环形工具（比较例如图2）来执行操作一般地是便利的。在示例性过程中，使用具有环形切削组的此类环形工具以便使在瓶子珩磨操作的加工期间出现在过渡区中的凹槽或毛刺平滑化。借助于环形工具，过渡区的半径也可以是圆形的，并且以这样的方式来改变表面值，即其与邻近的第一和第三钻孔部中的表面值基本上相同。

为此，图7示出了在这里所示的过程中使用具有单扩张的环形工具之后的瓶状汽缸的圆形轮廓的测量图。在图的x轴（平行于钻孔轴）上的标度是按照所示的测量单位是5mm，并且在y轴上（在钻孔的径向方向上）是10 µm的测量单位。

环形工具的使用在这里不仅提供了关于在轴向方向上的钻孔断面的平滑无边缘轮廓的优点。由于在这里所述类型的环形工具的情况下环形切削组的切削材料体占用珩磨工具的周向的一大部分（例如70%和80%之前），还在珩磨期间在所有轴向位置上产生已加工钻孔内表面的非常均匀的重叠。术语“重叠”在这里在质量方面指代珩磨凹槽在整个钻孔长度和周向上的分布的均匀性。如果使用具有轴向相对长的珩磨磨石的常规珩磨工具，在某些情况下，可以在钻孔中产生不均匀粗糙度或波纹。根据本体的设计，此问题在例如必须用较短的珩磨工具出口来加工发动机本体的情况下可能甚至更加尖锐地发生。在长度仅仅几个毫米的珩磨工具出口的情况下，可能发生长珩磨磨石的不均匀磨损，并且因此钻孔可获得下回动点上的比在上回动点上更小的直径。虽然通过在使用常规珩磨工具（具有长珩磨磨石）时应通过适当珩磨参数的选择来避免此类问题，但相应珩磨过程的构造是相对时间和成本密集的。必须频繁地执行多次测试直至优化珩磨过程构造使得避免具有长磨石的不均匀加工为止。当使用环形工具时，可以避免许多常规发生的问题。环形工具的优点特别地包括：

1. 由于在环形切削组的区域中的珩磨工具的周向的一大部分被切削材料体占用，所以借助于环形工具可以比借助于磨石工具更加快速地对钻孔内表面进行结构化。结果，可以可选地减少循环时间。

2. 如果调整冲程长度以便例如对形状进行修正，则当使用环形工具时不会出现粗糙度分布方面的烦人的不均匀性，因为即使当冲程长度改变时也保持重叠。

3. 环形切削组基本上均匀地磨损，并且当使用环形工具时，可以特别是在下回动点的区域中避免非期望圆锥度。

4. 与使用常规磨石珩磨工具相比，当使用环形工具时，用于新珩磨过程的珩磨机的安装可以更加简单且快速地进行。由于该工具构造，重叠在要求的范围将是充分均匀的。

如果作为具有单扩张的环形工具的替代而使用具有用于结构化的的单切削群环和双扩张（比较例如图3）的环形工具，则与具有单扩张的环形工具的使用相比一般地将要求增加冲程数，以便确保均匀的重叠。然而，保持了环形工具的优点，并且用于钻孔内表面的均匀结构化的所需冲程数始终低于在具有长珩磨磨石的常规珩磨工具的使用期间的相应冲程数。

当使用环形工具时，可以借助于液压扩张来方便地施加进给力，并且因此可以基本上用恒定的力来加工表面。然后可以由于液压扩张的柔性而仅仅借助于该设计来产生在轴向方向上改变的断面的跟随。

在借助于环形工具的钻孔内表面平滑化和半径成圆之后，可以随后执行一个或多个其它珩磨操作以便在瓶状钻孔上产生最终期望表面结构。

在这里以示例的方式描述的过程首先邻接第五珩磨操作，其在这里称为“用环形工具的螺旋结构珩磨”。在此珩磨操作中，珩磨工具的轴向速度和旋转速度以产生例如140°数量级的相对大的珩磨角度的方式相互协调。当然，在其它方法变体中，还可以产生其它珩磨角度和/或粗糙度分布。在本示例的情况下，以这样的方式构造螺旋结构珩磨，即实际上不再获得全局的材料去除，而是借助于具有低切削颗粒密度的相对粗粒的切削材料体仅仅在在成圆操作之后非常平滑的表面中产生适当深度和分布的凹槽。例如，可以使用具有按体积计1.25至15%的切削剂颗粒密度和/或35至200 µm的粒径的切削材料体（比较例如DE10 2005 018 277 A1）。

随后，在第六和最后的珩磨操作中，还对先前结构化表面进行去毛刺（去毛刺珩磨）。出于此目的，优选地同样地使用具有细切削剂的环形工具，例如也被用于第三珩磨操作（半径的成圆和平滑珩磨）的同一环形工具。可以用不同的扩张类型来执行这里的操作。可以以液压/液压方式、液压/机械方式或机械/机械方式来构造扩张类型。在机械扩张的情况下，可以例如经由伺服机械扩张（类似于液压）以力控制方式或者以位置和力控制方式来执行运动。

在替换方法变体中，在瓶子珩磨操作中、即当从先前仍为圆柱形的钻孔形状产生瓶状钻孔形状时使用可扩张环形工具。出于此目的，提供的是用于珩磨段的径向进给的扩张系统的控制被耦接到冲程位置的控制，使得环形工具可以精确地产生具有变化直径的过渡部，并且还在圆柱形第一和第二钻孔部中以适当的接触压力操作（比较图8）。可以在初步珩磨之后立即提供瓶子珩磨操作为第二珩磨操作，并且在这方面其可以替换第一示例性实施例的第二至第四珩磨操作。扩张的冲程相关控制以这样的方式进行，即切削组的珩磨段根据冲程位置依照瓶子形状在下行冲程期间以行进和力控制方式径向向外进给，并且根据冲程位置依照瓶子形状在上行冲程期间在过渡部的区域中再次地径向缩回。因此可以从开始在过渡部中实现平滑断面轮廓。

这可以通过这样的事实在珩磨机处实现，即在控制程序中输入对应于第一至第三钻孔部的某些冲程范围，并且因此切削组借助于行进和力控制扩张在下行冲程期间从第一钻孔部的末端开始扩张。在上行冲程期间，切削组的扩张然后从第三钻孔部的末端缩回，使得产生期望的计划瓶状汽缸。出于此目的，图8以示例的方式示出了示出与在使用环形工具的瓶子珩磨期间的珩磨时间t有关的轴向冲程位置HP（实线）和径向扩张位置AP（短划线）的相关性的示意图。

在这里所述类型的环形工具不仅可以用于产生或加工瓶状钻孔，而且可以在具有不同几何结构的钻孔的加工期间甚至在没有修改的情况下提供相当大的优点。例如，可以以与图3的示例性实施例相同或类似的方式使用具有双扩张和单切削组环的环形工具以便在钻孔上产生具有非圆形钻孔横截面的自由形状。这习惯上称为形状珩磨。例如，可以借助于环形工具来产生具有苜蓿叶形状或椭圆形状的截面的钻孔部。出于此目的，珩磨机必须具有同时地控制第一进给系统和第二进给系统的可能性，其中，在每种情况下根据切削组相对于钻孔的冲程位置和角位置，必须以不同的力/位置来控制扩张，使得可以出现自由形状。

还可以使用环形工具来产生和/或加工具有截头圆锥形钻孔部（圆锥形部）的钻孔形状，其在没有另一钻孔部的连接的情况下相对突然地或者以一定的过渡半径合并到相邻的圆柱形钻孔部中。结果，例如，可以产生具有漏斗形状的钻孔，其具有具有第一直径的输入侧圆柱形第一钻孔部，其在相邻的第二钻孔部中超过钻孔底座成圆锥形地增加直至最大直径。圆柱形第一钻孔部与圆锥形第二钻孔部中的最大直径之间的直径差可以例如在约20µm与约90 µm之间。圆柱形第一钻孔部的轴向长度可以例如在整个钻孔长度的20%与80%之间。

此外，可以借助于环形工具在钻孔中产生桶状钻孔部，即否则基本上圆柱形钻孔中的凸出部分。该突出部分可以位于钻孔末端中的一个的近似中心或者在其附近。

当使用环形工具时，还可以相对成本有效地加工汽缸面，其方式为在上死点的区域中和/或在下死点的区域中，与在最高活塞速度的中心区域中相比存在具有不同表面结构的窄带。此变体在这里称为“带珩磨”。例如在中描述了适合于此目的的常规方法和相应地修改的珩磨工具。除用长珩磨磨石对珩磨工具的整个轴向长度进行加工的珩磨加工之外，在这里借助于短珩磨磨石来执行短冲程珩磨加工，其中，此珩磨加工仅覆盖上死点和/或下死点的区域。

当使用具有双扩张和两个轴向偏移切削组的环形工具时（比较例如图4），同样地可以实现相应的表面加工。例如，用第一环形切削组，可以在那之前执行整个钻孔长度的长冲程加工，例如用第二切削组，在上死点的区域中执行短冲程加工以便在上死点的区域中产生特定结构。

在工作心轴的冲程频率与旋转频率之间的比的相应可变控制的情况下，还可以以简单的方式实现可以在不同轴向钻孔部中用不同珩磨角度执行此类带珩磨的效果（比较例如来自DE 10 2007 032 370 A1的图4）。

Claims (24)

1.一种珩磨方法，所述方法用于借助于至少一次珩磨操作来对工件中的钻孔的内表面进行机加工，其中，在珩磨操作期间，可扩张珩磨工具在所述钻孔内上下运动以便产生在所述钻孔的轴向方向上的往复运动并且同时进行旋转以便产生与所述往复运动组合的旋转运动，

其中，产生偏离圆柱形状的钻孔形状，

其特征在于

产生瓶状钻孔，所述钻孔在钻孔进口之后具有带有第一直径的第一钻孔部、远离所述钻孔进口的具有大于所述第一直径的第二直径的第二钻孔部以及在所述第一钻孔部和所述第二钻孔部之间具有从所述第一直径至所述第二直径的连续过渡的过渡部，

其中，在至少一次珩磨操作期间使用环形工具（200、300、400），其具有至少一个环形切削组（220、320、420），该环形切削组具有多个可径向进给的切削材料体，其围绕工具主体的周向分布并被设计为在所述周向方向上宽且在所述轴向方向上窄的珩磨段，其中，在所述轴向方向上测量的所述珩磨段的轴向长度小于在所述周向方向上测量的宽度，并且配备有切削材料体的切削区域的所述轴向长度小于所述珩磨工具的有效外直径。

2.如权利要求1中所述的珩磨方法，其特征在于，首先产生具有圆柱形钻孔形状的钻孔，然后在瓶子珩磨操作中，通过具有轴向变化珩磨去除的珩磨来产生瓶状钻孔形状。

3.如权利要求2所述的珩磨方法，其特征在于，在所述瓶子珩磨操作期间使用具有至少一个环形切削组的可扩张珩磨工具，其中，所述环形切削组的珩磨段根据冲程位置依照所述瓶子形状而在下行冲程期间被径向地进给，并根据所述冲程位置依照所述瓶子形状在上行冲程期间径向地缩回。

4.如权利要求2所述的珩磨方法，其特征在于，在所述瓶子珩磨操作期间使用具有珩磨磨石的可扩张珩磨工具，其长度比所述钻孔的长度大50%，其中，在第一阶段中，所述珩磨工具在第一冲程位置中在上回动点和下回动点之间上下运动，然后在第二阶段中，所述上回动点在所述下回动点的方向上逐渐地改变，使得所述冲程位置在所述第二钻孔部的区域中在第二冲程位置的方向上从所述第一冲程位置移位，并且然后在第三阶段中，所述珩磨工具在所述第二冲程位置中上下运动。

5.如权利要求4所述的珩磨方法，其特征在于，在所述瓶子珩磨操作之后，执行用于使所述过渡部中的钻孔轮廓平滑化的平滑化珩磨操作，其中，在所述平滑化珩磨操作期间使用可扩张珩磨工具，其具有至少一个环形切削组。

6.如权利要求5所述的珩磨方法，其特征在于，在所述平滑化珩磨操作期间，所述切削材料体被以恒定的进给力按压到所述钻孔的所述内表面上。

7.如权利要求1中所述的珩磨方法，其特征在于，所述方法用于在往复活塞式发动机的汽缸体或汽缸衬套的生产期间对汽缸面进行珩磨。

8.一种珩磨工具，其具有工具主体（210、310、410）、至少一个切削组（220、320、420）以及切削组进给系统，所述工具主体限定工具轴线，所述至少一个切削组被附接到所述工具主体并具有用于对钻孔的内表面进行材料去除机加工的切削材料体，所述切削组进给系统被分配给所述切削组，用于在所述切削组的所述切削材料体上施加相对于所述工具轴线沿径向作用的进给力，

其特征在于

所述珩磨工具（200、300、400）被设计为环形工具并具有至少一个环形切削组（220、320、420），其具有三个或更多可径向进给切削材料体（220－1、220－2、220－3），其分布在所述工具主体的周向周围，并被设计为在周向方向上宽且在轴向方向上窄的珩磨段，其中，如在轴向方向上测量的所述珩磨段的轴向长度小于在周向方向上测量的宽度，并且配备有所述切削材料体的切削区域的轴向长度小于所述珩磨工具的有效外直径。

9.如权利要求8所述的珩磨工具，其特征在于，所述珩磨段的轴向长度小于所述珩磨工具的有效外直径的30%，和/或其特征在于，所述珩磨段的轴向长度落在5mm至20mm的范围内，和/或其特征在于，珩磨段的轴向长度小于要珩磨的钻孔的钻孔长度的10%。

10.如权利要求8所述的珩磨工具，其特征在于，环形切削组（220、320、420）的周向的超过一半被切削材料体占用。

11.如权利要求8所述的珩磨工具，其特征在于，切削组由三个、四个、五个或六个珩磨段构成。

12.如权利要求8所述的珩磨工具，其特征在于，所述切削组（220、320、420）被布置在所述工具主体的心轴远端附近，其方式为所述切削组独有地位于所述工具主体的心轴远离一半处。

13.如权利要求8所述的珩磨工具，其特征在于，所述环形工具（200、300）具有单个环形切削组（220、320）。

14.如权利要求13所述的珩磨工具，其特征在于，所述单个环形切削组（220、320）被布置在所述工具主体（210、310）的自由端处。

15.如权利要求8所述的珩磨工具，其特征在于，环形切削组（320）具有两组珩磨段（320－1、320－2），其能够相互独立地进给，其中，所述珩磨段被以交替方式布置在周向方向上。

16.如权利要求8所述的珩磨工具，其特征在于，所述环形工具（400）具有第一环形切削组（420－1）和至少一个第二环形切削组（420－2），其被相对于所述第一环形切削组轴向偏移地布置，并且可独立于所述第一环形切削组进给。

17.如权利要求16所述的珩磨工具，其特征在于，所述环形工具精确地具有两个环形切削组。

18.如权利要求8所述的珩磨工具，其特征在于，气动直径测量系统的一个或多个传感器被布置在所述珩磨工具上。

19.如权利要求18所述的珩磨工具，其特征在于，气动直径测量系统的测量喷嘴（440）在每个情况下在相邻珩磨段之间被附接到所述工具主体。

20.如权利要求8所述的珩磨工具，其特征在于，在所述工具主体上提供集成的多轴向可动接头。

21.如权利要求8所述的珩磨工具，其特征在于，所述珩磨工具用于执行如权利要求1至7中的任一项所述的珩磨方法。

22.如权利要求8所述的珩磨工具，其特征在于，所述珩磨段的轴向长度在所述珩磨工具的有效外直径的10%与20%之间。

23.如权利要求10所述的珩磨工具，其特征在于，环形切削组（220、320、420）的超过所述周向的70%被切削材料体占用。

24.如权利要求20所述的珩磨工具，其特征在于，所述集成的多轴向可动接头是球窝接头（350）。