JP2002500573A - 湾曲した内側と外側の輪郭をもつ物を加工する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、回転するようにスピンドルに搭載された円錐または円錐台状のツール（４）を用いて、湾曲した輪郭をもつ物を加工する方法と装置に関する。スピンドル軸（７）は加工材軸（２）に対して所定の角度を設けて設置され、該加工材軸上に前記輪郭をもつ加工材（１）が位置する。一つ以上の第一の回転軸（８）がスピンドル軸（７）からずれた位置に備わり、研削時にツール（４）がこの第一の回転軸（８）の周囲を回転する。あるいは、加工材（１）に相応の動作を行わせて、ツール（４）を同一位置に固定しておくこともできる。また、本質的に重要であるのはツールと加工材との相対動作であるため、ツールと加工材の双方に相応の動作を行わせてもよい。さらに、本発明により前記方法を実行する装置が開示される。

Description

【発明の詳細な説明】 湾曲した内側と外側の輪郭をもつ物を加工する方法と装置 ［技術分野］ この発明は、カム形状などの、非円形の内側と外側の輪郭をもつ物を切削加工 する方法と装置に関する。 ［背景技術］ この種の加工方法として、円錐状の研削ホイールを用いたものが知られており 、この方法において前記研削ホイールは加工材に対して所定の角度を有したスピ ンドルに搭載される。この方法には、特にカムシャフトなどの長尺の加工材の場 合に、研削スピンドルを短く、すなわち剛性の高い構造で作製できるという利点 がある。しかしながら、円錐または円錐台状の研削ホイールを用いた場合、加工 材に当接するホイールの研削面の表面ラインを所望の表面に対して平行にしてお く必要があり、さもないと所望の表面が形成されず、表面に歪みが生じる。 動的に平衡が保たれる（円形の）研削面の場合は、研削ホイールを加工材に合 わせて配置しておけばよく、問題は生じない。しかしながら、動的に平衡が保た れない（非円形の）研削面の場合は、研削ホイールを加工材に合わせた状態で固 定しておくことは不可能である。 このため、ドイツ国特許公開公報ＤＥ １９６ ２０ ８１３ Ａ１および国 際公開公報ＷＯ ９７／４４１５に提示されたカムの研削方法では、円錐台状の 研削ホイールが加工材のＹ軸上を上下に動いて、加工材との相応の位置合わせが 可能なようにされている。これについて、上記各文書の図４を参照して説明する 。 図に示されたカムの加工時に、研削ホイールを破線の位置で固定すると、非円 形のカム外形の影響によって、研削ホイールの研削ゾーンは点Ａ,Ｂの間を移動 する。軸の上方と下方の各点において（すなわち点Ａ，Ｂ上においても）研削面 の表面ラインは所望の面に平行でないため、好ましくない研削面の歪みがこの領 域に生じる。 この歪みを防ぐために、前述の文書では、研削ホイールをＹ軸に沿って動かし て、例えば破線で示した位置に移すことが提案されている。これにより歪みは防 止されるが、明らかにこの方法では輪郭形状によっては十分な研削結果が得られ ない。 本発明は、優れた加工品質が得られる、非円形の内側と外側の輪郭をもつ物を 切削加工する方法と装置を開発することを目的とする。 ［発明の開示］ 上記目的は、請求項１と２あるいは請求項１３と１４の特徴をもつ方法および 装置により達成される。 本発明の趣旨は、ツールと加工材との連続的な相対動作を用いて上記目的を達 成し、十分な加工結果を得る、ということである。検討の過程で、発明者らは、 旋回動作を利用することで最適な結果が得られることを見いだした。この理由は 、ツールまたは加工材を旋回させることで揺動が生じ、この揺動が高品質の加工 結果をもたらすためである。 前記高品質の加工結果が得られる理由は、揺動によって加工跡が生じなくなる ことによる。さらに、加工作業によっては、この方法で加工材に対して実質的に 好適な機械力の付与と適当なツール送りとを行うことができる。 本発明により、カム等の非円形の輪郭をもつ物を切削加工する新規な方法が提 供される。この方法では、回転するスピンドルに設置された円錐または円錐台状 のツール（例えば研削ホイール）が使用され、前記スピンドルは加工材軸に対し て所定の角度を設けて配置され、該加工材軸上には前記輪郭をもつ加工材が位置 し、さらに加工時にツールがスピンドル軸と異なる一つ以上の第一の旋回軸の周 囲を旋回する。 当然のことであるが、本質的に重要な因子はツールと加工材との相対動作であ るため、ツールの代わりに加工材に相応の動きをさせてもよい。この場合、ツー ルは、加工時に加工材軸と異なる一つ以上の第一の旋回軸の周囲を旋回する。 第一の旋回軸は、スピンドル軸または加工材軸に対して所定の距離を置いて平 行に配置することが好ましい。また、加工時にツールまたは加工材がさらに第二 の旋回軸の周囲をも旋回するようにすると、より良好な加工結果が得られる。こ の場合も、本質的に重要な因子はツールと加工材との相対動作であるため、ある 一つの軸の周囲をツールが旋回し、別の軸の周囲を加工材が旋回するようにして もよい。 原理的には、各旋回軸の向きを大きく違えることで、所望の効果が得られると 共にツールの当接ラインを所望の表面に対して平行に保つことができると考えら れる。検討の結果、第一の旋回軸の向きをスピンドル軸または加工材軸に対して 垂直にし、さらに第二の旋回軸がスピンドル軸または加工材軸および第一の旋回 軸に対して垂直にすることが有効であることがわかった。 第一の旋回軸の位置は、ツールまたは加工を受ける外形部の領域が好ましい。 また、第二の旋回軸を、スピンドル軸上でかつ加工物の方からみて第一の旋回軸 の後方に設置することが有効であることがわかった。 加工の機能を増すために、例えば線形軸受け内でツールがスピンドル軸上を摺 動できるように、ツールを配置することもできる。実際の加工作業、あるいは加 工に用いた特定のツール（例えば円錐形の研削ホイールの円錐角）に機械が適合 するように、加工材軸に対するスピンドル軸の角度を調整できるようにしてもよ い。 さらに、加工材を取り付けた状態で、該加工材を二つ以上のツールを用いて加 工すると効果的であることがわかった。つまり、カムシャフトの研削等において 、比較的大径の研削ディスクで予備研削を行い、次いで小径の研削ホイールで仕 上げ研削を行うことなどである。このために、スピンドルが設置されたスピンド ルヘッドを旋回させて、該ヘッド上に設置された別のツールが加工材に当接でき るようにする。 カムシャフトについては、例えば傾斜した外形すなわち王冠状の外形のカムが 好ましい。この外形は、該形状の表面ラインをツールに設けることで得られる。 必要に応じて、研削ホイールなどのツールがこの外形に合わせて形状を整えられ る。以下、代表的な二つの態様を参照して本発明をより詳細に説明する。 ［図面の簡単な説明］ 図１は、本発明の第一の代表的態様を示す図である。 図２は、本発明の第二の代表的態様を示す図である。 図３は、カムシャフトのカムに当接した、円錐台状の研削ホイールを示す図で ある。 図４は、カムおよび円錐台状の研削ホイールの断面図である。 ［発明を実施するための最良の形態］ 図３，４を参照する。図３，４は基本的な加工の仕組みを、円錐台状の研削ホ イールで研削されるカムを有したカムシャフトを例にして示すものである。カム シャフト１は加工材軸２上に位置し、図に示す研削ホイール４によって研削され るカム３をもつ。所望のカム外形を得るために（この場合は、カム表面を断面方 向で加工材軸２に平行にするために）、研削ホイール４外面の当接ライン５を加 工材軸２に平行に揃える必要がある。この位置関係は、研削ホイール４のスピン ドル軸７を角度ａ’傾斜させることで得られる。図３に示す研削ホイール４の配 置では、カムの上部においては歪みのない研削を行うことができるが、下部にお いては歪みのない研削を行うことはできない。このことは次のように説明される 。図４に示すようにカム３は非円形の外形をもつ。研削時に、カム３下部の同心 円状の部分では、当接ライン５は軸６上に保持される。しかしながら、カム３上 部の非円形すなわち非同心円状の断面をもつ部分が研削される場合は、研削ホイ ール４の配置が変わらないとすると、当接ライン５は先ず上方に距離Ｂ動いて５ Ｂの位置に移り、次に軸６の下方に距離Ａ動いて５Ａの位置に移る。位置５Ａお よび５Ｂにおいては、円錐台状の研削ホイール４の当接ライン５は所望のカム表 面に対して平行でない。このため、角度のずれすなわちカム表面の歪みが生じる 。この歪みは、研削ホイール４の円錐角が大きいほど増加する。 この問題を解決するために、ドイツ国特許公開公報ＤＥ １９６ ２０ ８１ ３ Ａ１および国際公開公報ＷＯ ９７／４４１５では、位置５Ａと５Ｂ内の帰 点間で研削ホイール４をＹ軸沿いに動かし、それによって当接ライン５を常に軸 ６上に保持することが提案されている。 本発明によれば、研削ホイール４またはスピンドル軸７が、研削時にカムシャ フト１に対して角度の付いた状態で第一の旋回軸８の周囲を旋回する。スピンド ル軸７がこのように旋回することで、例えば研削ホイール４の当接ライン５は常 に加工材軸２に平行に保たれる。当然のことながら、相応の旋回動作を意図的に 非平行の構造に適用して、必要に応じてカム表面の所定部分を角度を付けて研削 することもできる。 第二の代表的態様によれば、上記効果は、スピンドル軸７を二つの軸の周囲で 旋回させることによって得られる。この場合、第一の旋回軸９をスピンドル軸７ に対して垂直にし、かつ第二の旋回軸１０がスピンドル軸７および第一の旋回軸 ９に対して垂直になるようにする。図に示すように、第二の旋回軸１０は他の各 軸から所定の距離を設けて設置される。 一般に図２の構成においては、第一の旋回軸９が加工面またはツールのいずれ かの領域内に位置する場合に効果が高い。最適な旋回軸の構造は、加工作業およ び加工ツールの種類によって異なる。最適な軸の選択によって、ある特定の加工 作業に応じた、加工材とツールとの適当な相対動作が得られ、さらにこれによっ て所定の機械力が得られる。原理的に、加工材に対して大幅なツール送りを行う ことなく、でき得る限り連続的に加工することが望ましい。このため最適な旋回 軸の選択は加工作業毎に異なる。しかしながら、上記効果を得るための運動方程 式を用いた最適化設計は該分野の専門家が用いる手段であり、詳細な説明は必要 ない。 前記態様では、研削ホイールが加工材に対して動く形態を示した。本質的に重 要な因子はツールと加工材との相対動作であるため、加工材をツールに対して動 かしてもよい。あるいは両方の部品を動かすことで相応の相対動作を得ることも できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 回転するスピンドルに設置された円錐または円錐台状のツール（４）を用 いた、非円形の輪郭をもつ物の切削加工方法であって、前記スピンドルは加工材 軸（２）に対して所定の角度を設けて配置され、前記加工材軸（２）上に前記輪 郭をもつ加工材（１）が位置するものである方法が、加工時にツール（４）が、 スピンドル軸（７）と異なる一つ以上の第一の旋回軸（８，９）の周囲を旋回す ることを特徴とする切削加工方法。 ２． 回転するスピンドルに設置された円錐または円錐台状のツール（４）を用 いた、非円形の輪郭をもつ物の切削加工方法であって、前記スピンドルは加工材 軸（２）に対して所定の角度を設けて配置され、前記加工材軸（２）上に前記輪 郭をもつ加工材（１）が位置するものである方法が、加工時に加工材（１）が、 加工材軸（２）と異なる一つ以上の第一の旋回軸の周囲を旋回することを特徴と する切削加工方法。 ３． 請求項１または２の方法において、第一の旋回軸（８）がスピンドル軸（ ７）あるいは加工材軸（２）に対して所定の距離を置いて平行に配置されること を特徴とする方法。 ４． 請求項１または２の方法において、加工時にツール（４）または加工材（ １）が、さらに第二の旋回軸（１０）の周囲をも旋回することを特徴とする方法 。 ５． 請求項３の方法において、第一の旋回軸（９）がスピンドル軸（７）また は加工材軸（２）に対して垂直であり、第二の旋回軸（１０）がスピンドル軸（ ７）または加工材軸（２）および第一の旋回軸（９）に対して垂直であることを 特徴とする方法。 ６． 請求項３〜５のいずれかの方法において、第一の旋回軸（９）がツール（ ４）または加工を受ける外形部の領域内に延びることを特徴とする方法。 ７． 請求項３〜６のいずれかの方法において、第二の旋回軸（１０）がスピン ドル軸（７）上で、かつ加工材（１）の方から見て第一の旋回軸（９）の後方に 位置することを特徴とする方法。 ８． 請求項１〜７のいずれかの方法において、ツール（４）がスピンドル軸（ ７）上を摺動することができることを特徴とする方法。 ９． 請求項１〜８のいずれかの方法において、加工材軸（２）に対するスピン ドル軸（７）の角度を調整することができることを特徴とする方法。 １０． 請求項１〜９のいずれかの方法において、スピンドルが設置されるスピ ンドルヘッドを旋回させて、スピンドルヘッド上に設置された付加的なツール（ ４）が加工材（１）に当接できるようにすることを特徴とする方法。 １１． 請求項１〜１０のいずれかの方法において、傾斜した外形すなわち王冠 状の外形を得るために、加工材（１）に該形状の表面ラインを設けることを特徴 とする方法。 １２． 請求項１〜１１のいずれかの方法において、一つ以上の研削ホイールを カムシャフトの加工ツール（４）として用いることを特徴とする方法。 １３． 請求項１〜１２のいずれかの方法を実行する装置であって、加工材の設 置手段およびツール（４）が設置されるスピンドルヘッドをもつ装置が、加工時 にスピンドルヘッドが、スピンドル軸（７）と異なる第一の旋回軸（８，９）の 周囲を旋回することを特徴とする装置。 １４． 請求項１〜１２のいずれかの方法を実行する装置であって、加工材の担 持手段およびツール（４）が設置されるスピンドルヘッドをもつ装置が、加工時 に加工材（１）が、加工材軸（２）と異なる第一の旋回軸（８，９）の周囲を旋 回することを特徴とする装置。 １５． 請求項１３または１４の装置において、第一の旋回軸（８）が、スピン ドル軸（７）あるいは加工材軸（２）に対して所定の距離を置いて平行に配置さ れることを特徴とする装置。 １６． 請求項１３〜１５のいずれかの装置において、第二の旋回軸（１０）が 備わり、加工時にこの旋回軸の周囲をツール（４）または加工材（１）が旋回す ることを特徴とする装置。 １７． 請求項１６の装置において、第一の旋回軸（９）がスピンドル軸（７） または加工材軸（２）に垂直であり、第二の旋回軸（１０）がスピンドル軸（７ ）または加工材軸（２）および第一の旋回軸に垂直であることを特徴とする装置 。 １８． 請求項１６または１７の装置において、第一の旋回軸（９）がツール（ ４）または加工を受ける外形部の領域に備わることを特徴とする装置。 １９． 請求項１３〜１８のいずれかの装置において、第二の旋回軸（１０）が 、スピンドル軸（７）上で、かつ加工材（１）の方から見て第一の旋回軸（９） の後方に位置することを特徴とする装置。 ２０． 請求項１３〜１９のいずれかの装置が、線形軸受けを備え、この軸受け 内でツール（４）がスピンドル軸（７）に沿って摺動することができることを特 徴とする装置。 ２１． 請求項１３〜２０のいずれかの装置が、調整装置を備え、この調整装置 を用いて加工材軸（２）に対するスピンドル軸（７）の角度を調整することがで きることを特徴とする装置。 ２２． 請求項１３〜２１のいずれかの装置において、スピンドルが設置される スピンドルヘッドが旋回し、それによってスピンドルヘッドに設置された別のツ ール（４）が加工材（１）に当接できるようにすることを特徴とする装置。 ２３． 請求項２２の装置において、スピンドルヘッドが、予備加工用の大径の ツール（４）と仕上げ加工用の小径のツール（４）とを保持することができるこ とを特徴とする装置。 ２４． 請求項１３〜２３のいずれかの装置において、カムシャフトの研削装置 が、ツール（４）としての研削ホイールを更新することができることを特徴とす る装置。