Analyse und Modellbildung von Kräften beim Präzisionshonen von Bohrungen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einem Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide, dem Langhub-Innenrundhonen, das zur Bearbeitung von Bohrungen verwendet wird. Das Honen dient dabei der Erzeugung einer hohen Form-, Maß- und Oberflächengenauigkeit bei vorbearbeiteten Werkstücken und ist in der Regel der letzte Schritt in der Prozesskette. Betrachtet werden zunächst grundlegende Effekte beim Honen sowie Möglichkeiten zur optimierten Prozessführung durch eine Modellierung der Kräfte. Eingegangen wird dabei auf das weggeführte Honen, das in der Industrie derzeit weit verbreitet ist und eine Zustellung der Honleiste in festen Schritten zu festgelegten Zeitpunkten durchführt. Daneben wird auch die alternative Möglichkeit des kraftgeführten Honens vorgestellt. Dieses versucht während der gesamten Prozesszeit eine konstante Kraft zu erreichen und damit eine höhere Präzision und Wiederholgenauigkeit zu gewährleisten. Da die Kraft aber im Moment, insbesondere beim Honen von Präzisionsbohrungen mit einem Durchmesser unter 20mm, nur indirekt gemessen werden kann, ist sie fehlerbehaftet. Eine Modellierung der Kraftverhältnisse am Werkzeug soll hier Abhilfe schaffen. Dazu werden verschiedene Ansätze vorgestellt und auf ihre Eignung hin überprüft. Notwendige Modellparameter werden ermittelt, dann werden berechnete Verläufe mit gemessenen verglichen. Im Anschluss werden Anwendungsmöglichkeiten für die Modelle aufgezeigt.

This thesis deals with long-stroke internal honing – a manufacturing process with geometrically undefined cutting edge used for the machining of bores. Honing serves to generate high form-, dimension- and surface accuracy in pre-machined work pieces and constitutes generally the last step in the process chain. At first, basic effects during the honing process as well as possibilities for the optimized process control by modelling the forces are examined. In doing so, the author goes into the stroke-controlled honing which is at the moment widespread in the industry and which conducts a feed of the honing stone in fixed steps and at given points in time. In addition, also the alternative possibility of force-controlled honing is presented which tries to reach a constant force during the entire process time and to ensure with it a higher precision and repeatability. As it is at the moment only possible to indirectly measure the force, especially with regard to the honing of precision bores with a diameter below 20mm, it is subject to errors. A modelling of the force distributions at the tool is to find a remedy. For this purpose, different approaches are presented and their suitability is verified. Necessary model parameters are determined, and then calculated processes are compared with measured ones. Afterwards, possible applications for the models are shown.