JP2004009211A - カムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法 - Google Patents
カムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルにおける加工能率向上および加工精度向上を可能にする加工方法を提供する。
【解決手段】カムシャフト（１１）またはクランクシャフト（１２）をそれぞれの軸であるＣ軸回りに等速度で回転させ、Ｃ軸回転に同期させて、Ｃ軸と平行な軸回りにそれぞれ回転自在で、かつ、Ｃ軸に直角のＸ軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタ（３２，３２）を使用し、カムシャフトのカム（１１ａ，１１ａ）またはクランクシャフトのピンジャーナル（１２ａ，１２ａ）を切削中に、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように、前記それぞれのカッタの切削回転速度を制御して、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルをそれぞれの前記カッタで同時に加工する。
【選択図】 図１
【解決手段】カムシャフト（１１）またはクランクシャフト（１２）をそれぞれの軸であるＣ軸回りに等速度で回転させ、Ｃ軸回転に同期させて、Ｃ軸と平行な軸回りにそれぞれ回転自在で、かつ、Ｃ軸に直角のＸ軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタ（３２，３２）を使用し、カムシャフトのカム（１１ａ，１１ａ）またはクランクシャフトのピンジャーナル（１２ａ，１２ａ）を切削中に、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように、前記それぞれのカッタの切削回転速度を制御して、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルをそれぞれの前記カッタで同時に加工する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カムシャフトのカム、またはクランクシャフトのピンジャーナルにおける、加工能率向上および加工精度の向上を可能にする加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カムシャフトの加工精度を向上させる技術としては、例えば特開平４−１７１１０９号公報に記載されたカムシャフトの等負荷切削方法が知られている。そしてこの技術は、カムシャフトの回転速度と一定回転させたカッタの切り込み量とをＮＣプログラムにより同期制御することにより、カムシャフトのカム面を切削加工するカムシャフトの加工方法であって、カムのリフトデータと取代からＮＣ指令１ブロック毎に切削面積を数値解析し、各１ブロックでの単位時間当りの切削面積が全周に亘ってほぼ同一となるようにカムシャフトの回転速度を制御することを特徴としている。この結果、切削中の負荷が均一化され、負荷変動による加工精度の低下を防止できるとしている。
【０００３】
また従来、クランクシャフトのピンジャーナル外径加工の加工精度において、その真円度に関しては、機械自体の剛性を上げても、加工時にワーク自体が切削負荷によって撓み、かつその撓み量もワークの回転位相方向で異なるため、機械側を操作して加工精度を上げるのが困難とされている。かかる不具合を改善するため、例えば特開昭５４−５７２８５号公報、特許番号第２６９１８９４号公報などの従来例がある。
【０００４】
そして、前者の特開昭５４−５７２８５号公報では、真円度補正をしながらピンジャーナル外径を加工する、クランクシャフトミラーの制御装置が提案されている。この公報の技術は、その両端を固定されたワーク（クランクシャフト）の周囲へカッタを回転させてワークのピンジャーナルおよびメインジャーナル外径を加工するクランクシャフトミラーにおいて、倣い方式でワークの回転角を基準としてＹ軸におけるカッタの送り量を制御することによりワークを加工するようにしたものである。そして、その制御過程において、予め同一条件でピンジャーナルおよびメインジャーナル外径を切削し、その切削部分を真円度測定機で測定し、その測定結果からある角度毎の真円度誤差を算出し、所定角度位置毎の真円度補正量を作成してこれをメモリに記憶した後、この真円度補正量を基にＹ軸サーボモータを制御して、ワークの加工を行うようにしている。
【０００５】
また、前者の特開昭５４−５７２８５号公報のクランクシャフトの加工技術に対し、真円度補正サブプログラムのデータが短時間で精度良く入力できるように改善した技術として、後者の特許番号第２６９１８９４号に記載されたピンジャーナル外径の真円度補正技術がある。この技術は、固定されたワーク（クランクシャフト）の周囲へカッタを回転させてワークのピンジャーナルおよびメインジャーナル外径を加工するクランクシャフトミラーの技術に関するものである。その技術の主旨は、Ｙ軸送りモータによりＹ軸方向へ往復自在なスライドに、スイングモータにより回転中心を中心に揺動自在なスイングドラムを設け、このスイングドラムの回転中心よりＹ軸方向へ偏芯した位置にワークを切削加工する回転カッタを回転自在に設けたクランクシャフトミラーにおいて、次の４つの制御手段を備えている。記憶された加工データに基づいてワークの加工を制御する第１の制御手段。第１の制御手段を制御するための加工データ及び真円度補正データを入力、記憶および出力する第２の制御手段。加工済ワークの加工個所の真円度を所定角度毎に測定して、得られた測定値を入力する手段を有し、かつ入力された測定値から所定角度毎の真円度補正データを作成する第３の制御手段。上記所定角度毎の真円度補正データから、所定角度より小さい設定角度毎の真円度補正データに比例配分して、回転カッタの加工分割角度毎のデータに変換する第４の制御手段。
そして、得られた効果として、メーカ側で真円度補正サブプログラム（第３の制御手段）を予め作成しておくことにより、機械を使用するユーザはメインプログラム（第１の制御手段）に加工するワークのデータを入力するだけでワークの加工が可能になると共に、加工プログラムをメインプログラムとサブプログラムに分割することにより、プログラムの取扱いも容易となるとしている。
【０００６】
次に従来、カムシャフトのカムを効率良く加工する技術として、カッタを２基同時に使用し、同一カムシャフトの２つのカムを同時に加工する、いわゆる２頭のカッタヘッドを有したカムミラーが一般的に採用されてはいるが、この場合、同一のワーク軸上にある２つのカムの回転速度を個別に変えられないことから、ワークを所定の等速切削回転送りで回転させ、ミーリングカッタを、切削時の最大負荷の条件を考慮して安全側に定めた一定の回転速度で回して、２つのカムを同時に加工している。
【０００７】
さらに、クランクシャフトのピンジャーナル加工においても、その効率を上げるための技術として従来は、上記カム加工の場合と同様に、カッタを２基同時に使用し、同一クランクシャフトの２つのピンジャーナルを同時に加工する、いわゆる２頭のカッタヘッドを有したクランクシャフトミラーが一般的に採用されている。この場合、ワーク等速回転方式のクランクシャフトミラーにおいては、安全側に低く抑えられた一定の回転速度で回転するミーリングカッタでピンジャーナルを加工しているのが常である。この理由は、ワークを等速回転させても、（後述するように）ワークの回転位相により切削送りに変動が生じるため、切削負荷が変動し、ピンジャーナルの加工誤差として真円度が悪くなる恐れから、その送り変動が最も速くなり、その切削負荷が最も大きくなる最も不利な切削加工条件を考慮して、安全側に低くとった一定のカッタの回転速度としているからである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、特開平４−１７１１０９号公報に記載された、カムシャフトの等負荷切削方法の従来技術においては、以下のような問題がある。
最近、カムシャフトのカム加工の生産効率向上が要望され、その解決策として、カッタを２基同時に採用し、同一カムシャフトの２つのカムを同時に加工する、いわゆる２頭のカッタヘッドを有したカムミラーの要求がある。
しかし、同一カムシャフトの２つのカムを同時に加工する場合、２つのカムはたとえそのプロフィル（カム形状）が同じであっても、それぞれカムシャフト軸回りの位相が異なっているのが常であり、本従来技術の様に、カムのリフトデータと取代からＮＣ指令１ブロック毎に切削面積を数値解析し、各１ブロックにおける切削回転速度のＮＣ指令値を、各１ブロックでの単位時間当りの切削面積が全周に亘ってほぼ同一となるようにカムシャフトの回転速度を制御する技術では、同一軸上にある異位相の２つのカムを、それぞれ個別にその回転速度を制御できないことから、同時に等負荷切削することはできない。
よって、上記の従来技術では、カッタヘッドを２頭化して加工能率を上げ、かつ等負荷切削を行うことによりカムプロフィルの加工精度を良くすることは不可能であった。
【０００９】
次に、クランクシャフトのピンジャーナルを効率良く加工するために、２頭のカッタヘッドを有したクランクシャフトミラーが一般的に採用されているのは先に述べたが、この場合、ミーリングカッタを、所定の一定の回転速度で回してピンジャーナルを加工しているため、ワークの回転位相により生じる送り変動（後述する）に比例して切削負荷が変動する。この送り変動が生じると、送りの速い部分は切削負荷が大きくなり、ワークが変位（曲り）してその径方向のワーク（加工部位）の逃げ量が多くなるため、加工径が大きくなり、また送りの遅い部分は切削負荷が小さくなることから加工径は小さくなり、その結果としてピンジャーナルの真円度が悪くなる。このため、カッタの回転速度はその送り変動が最も速く、その切削負荷が最も多い、最も不利な切削加工条件に合わせて安全側に低く抑えた回転速度としている。即ち、この従来技術では、なるほど２頭のカッタヘッドを採用し、加工能率を上げてはいるものの、カッタの回転速度を安全側に低く設定している以上、その加工効率においても未だ改善の余地があると言えた。
【００１０】
また従来、クランクシャフトのピンジャーナル外径加工の加工精度向上において、特にその真円度に関しては、機械自体の剛性を上げても、加工時にワーク自体が切削負荷によって撓み、かつその撓み量もワークの回転位相方向で異なるため、機械側を操作して、加工精度を上げるのが困難とされている点、また、ワークを一定回転速度で回転させ、かつカッタを等速度回転させて切削した場合、ピンジャーナル外径におけるカッタの切削位置における送り速度は、回転位相角度の違いにより変動が生じ、これによる切削負荷の変化が生じるため、切削の高速送り（ワークの回転数を上げること）ができず生産性を向上できない点、また上記２つの要因によってピンジャーナル外径加工の高い真円度が得られ難いとされている点などの問題があった。
かかる問題点において、その加工精度を改善するため、例えば特開昭５４−５７２８５号公報、特許番号第２６９１８９４号公報などの従来例があるのは前述の通りであるが、これらの技術は何れも、誤差を生じないような積極的な加工制御技術ではなく、加工時に上記理由で生じた真円度の誤差をただ単に補正しているに過ぎない。従って、その加工精度の向上に限界があるのは否めなかった。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルにおける加工能率向上および加工精度向上を可能にする加工方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１発明は、カムシャフトまたはクランクシャフトをそれぞれの軸であるＣ軸回りに等速度で回転させ、前記Ｃ軸回転に同期させて、Ｃ軸と平行な軸回りにそれぞれ回転自在で、かつ、Ｃ軸に直角のＸ軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタを使用し、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルを切削中に、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように、前記それぞれのカッタの切削回転速度を制御して、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルをそれぞれの前記カッタで同時に加工することを特徴とするカムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法としている。
【００１３】
第１発明によると、上記加工方法としたので、２基のカッタを使用してカムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルをそれぞれの前記カッタで同時に加工できるため、加工効率が上げられる。さらに、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように前記それぞれのカッタの切削回転速度を制御することから、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルのそれぞれの等負荷切削が可能となり、負荷変動による機械系またはワークの振動、刃先のチッピングなどが発生することがなく、極めて安定した切削加工ができるので、カム形状の加工精度またはピンジャーナルの真円度が格段に良くなると共に、加工個所毎に最適な加工条件で同時に、等負荷切削が行われる結果、加工時間が短縮でき、加工効率が良くなる。
さらに、等負荷切削を行うことから、従来のカッタ２頭式の機械の場合に発生していた負荷変動による工具刃先への悪影響がなく、極めて安定した切削加工ができるので、工具寿命の延長が図れ、またこれにより工具交換インターバルが長く取れることから、機械の稼働率の改善が期待できる。
【００１４】
また第２発明は、カムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法において、カムシャフトまたはクランクシャフトをそれぞれの軸であるＣ軸回りに等速度で回転させ、前記Ｃ軸回転に同期させて、Ｃ軸と平行な軸回りにそれぞれ回転自在で、かつ、Ｃ軸に直角のＸ軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタを使用し、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルを切削中に、それぞれの負荷の大きく変動する部分のみ、前記それぞれのカッタの切削回転速度を上げる制御を行って、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルをそれぞれの前記カッタで同時に加工する方法としている。
【００１５】
第２発明によると、上記加工方法としたので、特にカムシャフトのカム切削の場合のように、ワークの等速回転中に特定の回転位相部分にのみ切削負荷の最大値が存在するような加工条件の場合、その部分のみカッタの切削回転速度を上げて切削負荷を軽減するといった、極めて簡易な制御方法で、前記第１発明による効果と同様な加工能率の改善および加工精度向上ができる。
【００１６】
また第３発明は、第１発明または第２発明において、前記カッタは、切刃をその外周面上に配した円盤型のフライスカッタを使用してフライス加工を行うことを特徴とするカムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法としている。
【００１７】
第３発明によると、カッタにフライスカッタを使用してフライス加工を行うので、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルの加工に際し、これらワーク素材が鍛造または鋳物の黒皮状態での荒加工から、研削仕上げ加工前の中仕上げ加工まで、一気に加工でき、生産性を高くできる。
【００１８】
また第４発明は、第１発明または第２発明において、前記カッタは、円盤型の研削砥石を使用して研削加工を行うことを特徴とするカムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法としている。
【００１９】
第４発明によると、カッタに研削砥石を使用して研削加工を行うので、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルの加工に際し、カムプロフィルの形状加工精度またはピンジャーナルの真円度を改善できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
先ず、図１により、本発明に係るカムシャフトまたはクランクシャフトの加工機の概略構成を説明する。図１は本発明に係るカムシャフトまたはクランクシャフト加工機の斜視図である。
本機は、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルなどのワーク１を加工するミーリング加工機である。
ベッド６０上の前面の左右両端部には、加工すべきワーク１（カムシャフトまたはクランクシャフト）の両端部を支持し、回転駆動モータ２３，２３により回転駆動させる２基の回転駆動装置２０，２０が設けられており、これら両回転駆動装置２０，２０には、その対向面に位置するチャック２１ａ，２１ａ、および該チャック２１ａ，２１ａを駆動するクランプシリンダ２１ｂ，２１ｂよりなる、ワーク１の両端部を支持するための支持装置２１，２１がそれぞれ設けられている。２基の回転駆動装置２０，２０は、左右の支持装置２１，２１の間隔をワーク１の軸方向長さに合わせるため、図示しないレール上をワーク軸と平行な方向に移動自在に構成されている。
【００２２】
また、両支持装置２１，２１の間には補助サポータ２４を設けており、この補助サポータ２４には、前記レール上をワーク軸方向に移動自在とされ、ワーク１の中央部近傍の所定メインジャーナル位置に位置決め自在とされた補助サポータ本体２４ａと、この補助サポータ本体２４ａの上部に具備され、図示しない求心クランプにより前記所定のメインジャーナル部をワーク１の回転に対しぶれを生じさせることなくサポートする補助サポータ爪２４ｂとを備えている。
【００２３】
そして、両支持装置２１，２１およびワーク１の後方には、２基のカッタ駆動ユニット３０，３０が設置されており、これら２基のカッタ駆動ユニット３０，３０は、Ｚ軸駆動モータ４２ａ，４２ａとＸ軸駆動モータ４１ａ，４１ａとにより、ワーク１の軸方向（Ｚ軸）と軸直角方向（Ｘ軸）とにそれぞれ移動自在な、Ｚ軸スライド４２，４２とＸ軸スライド４１，４１とで構成された左右１対のサドル４０，４０上にそれぞれ載置されている。
【００２４】
また、２基のカッタ駆動ユニット３０，３０のＺ軸方向の対向面側には、カッタ３２，３２としてそれぞれ、刃具３１，３１をその外周部に着脱可能に装着したフライスカッタ３２ａ，３２ａが回転自在に設けられている。
そして、このフライスカッタ３２ａ，３２ａは、歯車箱３７，３７内の減速歯車（図示せず）を介して、速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３により、前記Ｃ軸に平行に設けられた、その軸心であるＢ軸回りに、回転速度変換自在にＮＣ駆動される構成としている。
【００２５】
なお、本実施例においては、本機をカムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルを加工するミーリング加工機として、そのカッタ３２は外周面上に切刃を配した円盤型のフライスカッタ３２ａを採用したが、本機を研削機として採用し、そのカッタ３２が外周面上に砥粒を切刃として配した円盤型の研削砥石３２ｂであってもよい。
【００２６】
以上、本発明に係るカムシャフトまたはクランクシャフトの加工機は、ワーク１の支持装置２１を、ワーク１の両端を支持する両端支持、および両端駆動としたが、これをワーク１の一端側支持および片側駆動とし、他端側をテールストックによるセンタ支持とする方式としてもよい。
また、軸方向長さが短いワーク１の場合、一端側片持支持および片側駆動のみの方式も考えられる。
【００２７】
さらに本機には、Ｃ軸回転駆動モータ２３によりワーク１（カムシャフトまたはクランクシャフト）を、Ｃ軸回りに等速度で回転させるＣ軸回転駆動装置２０と、このワーク回転に同期して、前記Ｃ軸と平行なＢ軸回りにそれぞれ速度変換自在に回転させ、かつＸ軸駆動モータ４１ａにより前記Ｃ軸に直角のＸ軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタ３２，３２とを使用し、ワーク１（カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナル）を切削中に、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるようにカッタ３２，３２の切削回転速度を変換する制御、または、それぞれの負荷の大きく変動する部分のみで前記それぞれのカッタ３２，３２の切削回転速度を上げる制御を行って、ワーク１を、それぞれの前記カッタ３２，３２で同時に加工するための制御装置（図示せず）を備えている。
【００２８】
また、この制御装置は、左右のＣ軸回転駆動モータ２３、２３によるワーク１の回転の際に、ワーク１にトルク変動によるねじり変位が生じないよう、左右のＣ軸回転駆動モータ２３、２３を同期回転させるため、回転同期制御機能を備えている。
【００２９】
次に、図１〜図３により、第１実施形態の加工機によるカム１１ａの加工方法を説明する。図２は本発明の第１実施形態に係るカムシャフトのカムの切削状態を示す図であり、図３は第１実施形態に係るカムシャフトのカムにおける切削面積の変化を示す図である。
【００３０】
（１）先ず、カム１１ａを加工する前に、本機の制御装置に、カムシャフト１１の諸元、例えば、カムシャフト１１の全長、カム１１ａのプロフィル、カム１１ａの長手方向位置（Ｚ軸位置）、カム１１ａの位相、およびカッタ３２ａ，３２ａの半径（カッタ中心から刃具３１の刃先位置までの距離）などの値を入力設定する。
また、他の事前設定として、２基のＣ軸回転駆動装置２０，２０をレールの上を移動させることにより、支持装置２１，２１の間隔をカムシャフト１１の長さに合わせておく。
さらに、これら両支持装置２１，２１の間に設けた補助サポータ２４を、レール上を移動させて、カムシャフト１１の中央部近傍で所定のメインジャーナルの位置に移動し、補助サポータ爪２４ｂのクランプ準備をしておく。
【００３１】
（２）次に、加工対象カムシャフト１１を、本機の両側の支持装置２１，２１内に搬入し、それぞれの図示しないチャック三つ爪で、カムシャフト１１の両端のメインジャーナル部を把持すると共に、カムシャフト１１のＣ軸の回転角度位相（θ角度）を、Ｃ軸回転駆動装置２０で所定の位相原点に位置決めする。そして、切削負荷に抗するワークの曲げ剛性を上げるため、補助サポータ２４の補助サポータ爪２４ｂでカムシャフト１１の中央部近傍のメインジャーナルをカムシャフト１１の回転に対し回転自在に把持して補助サポートする。
【００３２】
（３）続いて、カム１１ａの切削工程に入るが、まずカムシャフト１１のカム１１ａにおけるカム面形状（プロフィル）の加工方法を図２，図３により説明する。図２において、カムシャフト１１はＣ軸回転駆動モータ２３によりそのカム１１ａの中心Ｏ１（Ｃ軸）回りに、切削送りのための所定低速で等速度回転される。一方、フライスカッタ３２ａ，３２ａは、その中心Ｏ２（Ｂ軸）の回りに回転される。
【００３３】
通常、カム１１ａの加工取代は、カムシャフト１１を一定速度で回転させて切削加工した場合、例えば図２に示すように、Ｃ軸を所定の角度で小分割した１ブロック毎の切削面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…は、カム面１１ｂの形状（プロフィル）に従って、カム１１ａの回転位相により変化（増減）する。また、この回転位相角度に対する切削面積の変化をグラフで表わすと図３に示すようになり、切削面積が大きく変化しているのがわかる。従って、フライスカッタ３２ａ，３２ａをその中心Ｏ２の回りに、従来のように等速回転させた場合、その加工切削負荷は切削面積の増分に比例して、増加することになる。この結果、切削面積が大きく変化するのに伴い加工誤差が大きくなる。このため、従来は、この加工誤差をあるレベルに維持するため、最大負荷時のフライスカッタ３２ａ，３２ａの１刃当りの取代を安全側に小さくとり、カムシャフト１１の一定の回転速度を低く押さえることで、カム加工の生産性を犠牲にしていた。
【００３４】
そこで、本発明の第１実施形態に係るカムシャフトのカム加工方法においては、カムシャフト１１をその軸であるＣ軸回りに等速度で回転させ、このＣ軸回転に同期させて、２基のフライスカッタ３２ａ，３２ａをこのＣ軸と平行なＢ軸回りにそれぞれ回転速度変化自在で、かつ前記Ｃ軸に直角のＸ軸方向にそれぞれ移動自在とした。そして、カムシャフト１１のカム面１１ｂ，１１ｂを切削中に、カムのリフトデータと取代とから、Ｃ軸を小分割し、所定の算式（例えば前述の従来例の特開平４−１７１１０９号公報に記載された算式）を用いて数値解析し求めた１ブロック毎の切削面積の変動値から、変動する切削負荷を求め、この変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一（すなわち、カッタの１刃当たりの、カム面上の送り長さが略均一）となるように、左右の速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３で前記それぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を、ＮＣプログラム指示により最適制御して、カムシャフト１１の２つのカム１１ａ，１１ａを、それぞれの前記フライスカッタ３２ａ，３２ａで同時に加工するようにした。
そしてこの加工方法によった結果、上記の問題点が大幅に改善された。
【００３５】
次に実際の加工を説明すると、先ず、カッタ駆動ユニット３０をＺ軸移動させてフライスカッタ３２ａ，３２ａを、カムシャフト１１のいずれか所定の２つのカム１１ａ，１１ａの加工位置にそれぞれ位置決めし、前記のようにそれぞれ速度可変型モータ３３，３３によりフライスカッタ３２ａ，３２ａの回転速度を制御しながら、これらのカム１１ａ，１１ａをそれぞれ独立に同時加工する。そしてこの加工後に、順次続けて、カッタ駆動ユニット３０をＺ軸移動させてフライスカッタ３２ａ，３２ａを、他の２つのカム１１ａ，１１ａの加工位置にそれぞれ位置決めし、これらのカム１１ａ，１１ａを２個づつ順次同時加工し、すべてのカム１１ａ，１１ａを加工して、カムシャフト１１の加工を完了する。
【００３６】
（４）次いで、カッタ駆動ユニット３０をＸ軸およびＺ軸方向に移動させてフライスカッタ３２ａ，３２ａをカムシャフト１１から離してそれらの原点位置に後退させると共に、カムシャフト１１のＣ軸の回転角度位相（θ角度）を、Ｃ軸回転駆動装置２０で所定の位相原点に位置決めし、チャック２１ａをアンクランプしてカムシャフト１１の両端メインジャーナル部の把持を開放する。
そして、カム加工の完了したカムシャフト１１をチャック２１ａ内から取り出し、カムシャフト加工の全行程を完了する。
【００３７】
なお、上記の第１実施形態のカム加工方法においては、カム面１１ｂ，１１ｂを切削するのに、変動する切削負荷を求め、この変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一（カッタの１刃当たりの、カム面上の送り長さが略均一）となるように、フライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を、ＮＣプログラム指示により最適制御して、２つのカム１１ａ，１１ａを同時に加工する方法としたが、次のような別の加工方法によってもよい。
即ち、カムシャフト１１のカム面１１ｂ，１１ｂを切削中に、カムのリフトデータと取代とから、Ｃ軸を小分割し、所定の算式を用いて数値解析し求めた１ブロック毎の切削面積の変動値から、それぞれの切削負荷（すなわち切削面積）の大きく変動する部分のみ、前記速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３でそれぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を上げる制御をＮＣプログラム指示により行って、カムシャフト１１の２つのカム１１ａ，１１ａをそれぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａで同時に加工する方法である。
【００３８】
さらに、上記の第１実施形態のカム加工方法においては、Ｃ軸を小分割し、この小分割ブロック毎の切削負荷を負荷検出手段により（例えば、速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３の電流値などに基づき）検出し、この変動する検出切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一（カッタの１刃当たりの、カム面上の送り長さが略均一）となるように、それぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度をそれぞれ速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３により最適制御するか、またはそれぞれの検出負荷の大きく変動した部分のみ、それぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を上げる制御を行って、２つのカム１１ａ，１１ａを同時に加工する方法としてもよい。
【００３９】
以上の、第１実施形態によるカムシャフト１１のカム１１ａの加工方法においては、そのカッタ３２をフライスカッタ３２ａとし、これを使用したミーリング加工方式として説明したが、これに限定されず、前記カッタ３２として円盤型の研削砥石３２ｂを採用し、研削加工方式としたカムシャフト１１のカム１１ａの加工方法としてもよい。
【００４０】
次に、図１，図４，図５および図６により、第２実施形態に係るクランクシャフト１２のピンジャーナル１２ａの加工方法を説明する。ここに、図４は本発明の第２実施形態に係るクランクシャフトのピンジャーナルにおける切削状態を示す図であり、図５は第２実施形態に係るクランクシャフトのピンジャーナルにおける切削送り速度の変化の説明図である。また、図６は第２実施形態に係るクランクシャフトのピンジャーナルにおける切削送り速度の変化を示す図である。
【００４１】
（１）先ず、ピンジャーナル１２ａの加工開始前に、本機の制御装置に、クランクシャフト１２の諸元、例えば、クランクシャフト１２の全長、ピンジャーナル１２ａの、長手方向位置（Ｚ軸位置）、１／２ストローク（Ｃ軸中心Ｏ３からピンジャーナル中心Ｏ４までの寸法、図４中のＥ寸法）、半径、位相、およびフライスカッタ３２ａの半径（カッタ３２中心Ｏ２から刃具３１の刃先位置までの距離）などの値を入力設定する。
【００４２】
また、他の事前設定として、２基のＣ軸回転駆動装置２０，２０をレールの上を移動させることにより、左右の支持装置２１，２１の間隔をクランクシャフト１２の軸方向長さに合わせておく。
さらに、これら両支持装置２１，２１の間に設けた補助サポータ２４を、レール上を移動させて、クランクシャフト１２の中央部近傍の所定メインジャーナルの位置に移動し、補助サポータ爪２４ｂのクランプ準備をしておく。
【００４３】
（２）次に、加工対象のクランクシャフト１２を、本機の両側の支持装置２１，２１内に搬入し、それぞれの図示しないチャック三つ爪で、クランクシャフト１２の両端のメインジャーナル部を把持すると共に、クランクシャフト１２のＣ軸の回転角度位相（θ角度）を、Ｃ軸回転駆動装置２０で所定の位相原点に位置決めする。そして、切削負荷に抗するワークの曲げ剛性を上げるため、補助サポータ２４の補助サポータ爪２４ｂでクランクシャフト１２の中央部近傍のメインジャーナルをクランクシャフト１２の回転に対し回転自在に把持して補助サポートする。
【００４４】
（３）続いて、ピンジャーナル１２ａの切削工程に入るが、まず、この加工方法を図４，図５により説明する。
図４において、クランクシャフト１２はＣ軸回転駆動モータ２３によりその図示しないメインジャーナルの中心Ｏ３（Ｃ軸）回りに、切削送りのための所定低速で等速回転され、加工対象であるピンジャーナル１２ａはその中心Ｏ４がＣ軸中心から偏芯量Ｅ隔たった状態で、Ｃ軸を中心に回転される。一方、フライスカッタ３２ａ，３２ａは、その中心Ｏ２（Ｂ軸）の回りに回転される。
通常、クランクシャフト１２のピンジャーナル１２ａの外周における平均送り速度Ｆは、Ｃ軸回転角度をα、Ｃ軸回転角度αに対する加工範囲をβ、カッタ３２ａのワーク（ここではクランクシャフト１２）への接触角度をγとし、Ｃ軸回転角度αの角速度を一定とした場合、図４および図５に示すように、α＝βではないので、変動する（図４に示す角度位置ではピンジャーナル１２ａの外周における送り速度は、Ｃ軸回りの回転速度より速い）。
【００４５】
ここで、ピンジャーナル１２ａの外周における送り速度Ｆが変化する様子を、図５により詳しく説明する。
クランクシャフト１２は、そのメインジャーナルの中心Ｏ３（Ｃ軸）回りに、加工対象であるピンジャーナル１２ａはその中心Ｏ４がＣ軸から偏芯量Ｅだけ隔たった状態で、所定速度で等速回転している。図５（ａ）は、ピンジャーナル１２ａのフライスカッタ３２ａによるクランクシャフト１２の加工開始状態を示している。このとき、ピンジャーナル１２ａとフライスカッタ３２ａとの接点をＡ点とする。
次に図５（ｂ）において、クランクシャフト１２は、そのメインジャーナルの中心Ｏ３回り（Ｃ軸時計回り）に９０°旋回し、ピンジャーナル１２ａとフライスカッタ３２ａとの接点はＢ点まで移動している。図中斜線を施した部分が加工済みのピンジャーナル１２ａ外径部で、この部分は（９０°−γ）の範囲が加工され、その送りは遅くなっている。
続いて図５（ｃ）において、クランクシャフト１２は、そのメインジャーナルの中心Ｏ３（Ｃ軸）回りにさらに９０°旋回し、ピンジャーナル１２ａとフライスカッタ３２ａとの接点はＣ点まで移動している。この斜線部分はＢ点からＣ点までの加工済みのピンジャーナル１２ａ外径部で、（９０°＋γ）の範囲が加工されており、その送りは先の（９０°−γ）の範囲よりも速くなっている。
【００４６】
以上述べた、ピンジャーナル１２ａの外周における送り速度の変化状態を、横軸にワーク１のＣ軸回転角度を、縦軸に所定角度位置での送り速度と平均送り速度との速度比をそれぞれとって表わすと、図６のようになる。即ち、送り速度はＣ軸１回転当たり１回の周期で増減しているのが解る。
【００４７】
また、このピンジャーナル１２ａの外周における平均送り速度Ｆ０（ｍｍ／ｍｉｎ）は、カッタ回転数をｎ（１／ｍｉｎ）、カッタ外周の刃間隔をｆ０（ｍｍ／刃）、カッタの刃数をＫ（刃）とした場合、
Ｆ０＝ｎｆ０Ｋ …（１）
式で表わされる。しかし、実際は、ピンジャーナル１２ａの外周における送り速度Ｆが変動するので、カッタ回転数ｎを一定とした従来の加工方法では、カッタ外周の刃間隔が同一であるのにもかかわらず、ピンジャーナル１２ａの外周における１刃当りの送り長さｆ（即ち切削負荷に相当）はＦ値に比例して変動することになる。
Ｆ＝ｎｆＫ …（２）
【００４８】
以上の理由で、従来技術で述べたように、クランクシャフト１２を等速回転させて加工した場合、上述の送り変動による切削負荷変動が生じるが、この変動に伴い加工誤差も大きくなるので、従来は、この加工誤差をあるレベルに維持するために、フライスカッタ３２ａ，３２ａの一定の回転速度を低く押さえることで対応し、クランクシャフト加工の生産性をある程度犠牲にしていたのは否めなかった。
【００４９】
そこで、本発明の第２実施形態においては、この改善対応策として、創意工夫して下記の加工方法を発明し、この問題を解決した。
即ち、図４において、クランクシャフト１２をその軸であるＣ軸回りに、Ｃ軸駆動モータ２３により、切削送りのための低速で等速度回転させ、このＣ軸回転に同期させて、２基のフライスカッタ３２ａ，３２ａをこのＣ軸と平行なＢ軸回りにそれぞれ回転速度変化自在で、かつ前記Ｃ軸に直角方向のＸ軸にそれぞれ移動自在とした。そして、クランクシャフト１２のピンジャーナル１２ａ，１２ａを切削中に、Ｃ軸を小分割し、かつ所定の算式を用いて数値解析し求めた１ブロック毎の切削面積の変動値から、変動する切削負荷を求め、この変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一（カッタの１刃当たりのピンジャーナル１２ａの外周における送り長さが略均一）となるように、左右の速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３で前記それぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を、ＮＣプログラム指示により最適制御して、クランクシャフト１２の２つのピンジャーナル１２ａ，１２ａを、それぞれの前記フライスカッタ３２ａ，３２ａで同時に加工するようにした。
そしてこの加工方法によった結果、上記の問題点が大幅に改善された。
【００５０】
次に実際の加工を説明すると、先ず、カッタ駆動ユニット３０をＺ軸移動させてフライスカッタ３２ａ，３２ａを、クランクシャフト１２のいずれか所定の２つのピンジャーナル１２ａ，１２ａの加工位置にそれぞれ位置決めし、前記のようにそれぞれ速度可変型モータ３３，３３によりフライスカッタ３２ａ，３２ａの回転速度を制御しながら、これらのピンジャーナル１２ａ，１２ａをそれぞれ独立に同時加工する。そしてこの加工後に、続いて、カッタ駆動ユニット３０をＺ軸移動させてフライスカッタ３２ａ，３２ａを、他の２つのピンジャーナル１２ａ，１２ａの加工位置にそれぞれ位置決めし、これらのピンジャーナル１２ａ，１２ａを２個づつ順次同時加工し、すべてのピンジャーナル１２ａ，１２ａを加工して、クランクシャフト１２の加工を完了する。
【００５１】
（４）次いで、カッタ駆動ユニット３０をＸ軸およびＺ軸方向に移動させてフライスカッタ３２ａ，３２ａをクランクシャフト１２から離してそれらの原点位置に後退させると共に、クランクシャフト１２のＣ軸の回転角度位相（θ角度）を、Ｃ軸回転駆動装置２０で所定の位相原点に位置決めし、チャック２１ａをアンクランプしてクランクシャフト１２の両端メインジャーナル部の把持を開放する。
そして、ピンジャーナル１２ａの加工完了したクランクシャフト１２をチャック２１ａ内から取り出し、クランクシャフト加工の全行程を完了する。
【００５２】
なお、上記の第２実施形態のクランクシャフト加工方法においては、ピンジャーナル１２ａ，１２ａを切削するのに、変動する切削負荷を求め、この変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように、フライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を、それぞれ速度可変型モータ３３，３３へのＮＣプログラム指示により最適制御して、２つのピンジャーナル１２ａ，１２ａを同時に加工する方法としたが、次のような別の加工方法によってもよい。
即ち、クランクシャフト１２のピンジャーナル１２ａ，１２ａを切削中に、Ｃ軸を小分割し、所定の算式を用いて数値解析し求めた１ブロック毎の切削面積の変動値から、それぞれの切削負荷（すなわち切削面積）の大きく変動する部分のみ、前記速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３でそれぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を上げる制御をＮＣプログラム指示により行って、クランクシャフト１２の２つのピンジャーナル１２ａ，１２ａをそれぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａで同時に加工する方法である。
【００５３】
さらに、上記の第２実施形態のクランクシャフト加工方法においては、Ｃ軸を小分割し、この小分割ブロック毎の切削負荷を負荷検出手段により（例えば、速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３の電流値などに基づき）検出し、この変動する検出切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一（カッタの１刃当たりの、ピンジャーナル１２ａの外周における送り長さが略均一）となるように、それぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度をそれぞれ速度可変型モータ３３，３３により最適制御するか、またはそれぞれの検出負荷の大きく変動した部分のみ、それぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を上げる制御を行って、２つのピンジャーナル１２ａ，１２ａを同時に加工する方法をとってもよい。
【００５４】
以上の、第２実施形態によるクランクシャフト１２のピンジャーナル１２ａの加工方法においては、そのカッタ３２をフライスカッタ３２ａとし、これを使用したミーリング加工方式として説明したが、これに限定されず、前記カッタ３２として円盤型の研削砥石３２ｂを採用し、研削加工方式としたクランクシャフト１２のピンジャーナル１２ａの加工方法としてもよい。
【００５５】
本発明は、上記実施形態のカムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法により、次の特有の効果が得られる。
（１）本発明によると、カムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法において、ワークをその軸回りに等速度で回転させ、このワーク回転に同期させて、このワーク軸と平行な軸回りに回転速度変化自在で、かつ、前記ワーク軸に直角の軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタを使用し、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルを切削中に、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように、前記それぞれのカッタの切削回転速度を制御して、カムシャフトの２つのカム、またはクランクシャフトの２つのピンジャーナルを、それぞれの前記カッタで同時に加工する方法としたので、２基のカッタを使用して、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルをそれぞれの前記カッタで同時に加工でき、加工効率が上げられると共に、変動する切削負荷に対応して、加工個所毎に該切削負荷が略均一となるように、前記それぞれのカッタの切削回転速度を制御し、切削加工条件の最適な制御を行うことから、その結果としてさらに加工能率の向上が図れる。
【００５６】
また、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように、前記それぞれのカッタの切削回転速度を制御して、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルにおいて、それぞれの等負荷切削が可能となり、負荷変動による機械系またはワークの振動、刃先のチッピングなどが発生することなく、極めて安定した切削加工ができるので、カム形状の加工精度が格段に良くし、ピンジャーナル１２ａの真円度が格段に良くなる。
さらに、等負荷切削を行うことから、従来のカッタ２頭式による機械の場合に発生していた負荷変動による工具刃先への悪影響がなく、極めて安定した切削加工ができるので、工具寿命の延長がはかれる。またこれにより、工具交換インターバルが長く取れることから、機械の稼働率の改善が期待できる。
【００５７】
（２）また本発明によると、カムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法において、ワークをその軸回りに等速度で回転させ、このワーク回転に同期させて、このワーク軸と平行な軸回りに回転自在で、かつ、前記ワーク軸に直角の軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタを使用し、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルを切削中に、それぞれの負荷の大きく変動した部分のみ、前記それぞれのカッタの切削回転速度を上げる制御を行って、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルをそれぞれの前記カッタで同時に加工する方法としたので、特にカムシャフトのカム切削の場合のように、ワーク等速回転中に特定の位相部分にのみ切削負荷の最大値が存在するような加工条件の場合、その部分のみカッタの切削回転速度を上げて切削負荷を軽減するといった、極めて簡易な制御方法で、上記（１）記載の効果と同様な、加工能率の改善および加工精度向上が得られる。
【００５８】
（３）また本発明によると、カッタにフライスカッタを採用することにより、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルの加工に際し、これらワーク素材が鍛造または鋳物の黒皮状態の荒加工から、研削仕上げ加工前の中仕上げ加工まで一気に加工でき、その生産性を高くできる。
【００５９】
（４）さらに本発明によると、カッタとして研削砥石を採用することにより、カムシャフトのカムにおける研削加工に際し、カムプロフィルの形状加工精度を向上でき、またクランクシャフトにおけるピンジャーナルの研削加工に際し、ピンジャーナルの真円度を大幅に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカムシャフトまたはクランクシャフト加工機の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るカムシャフトのカムの切削状態を示す図である。
【図３】第１実施形態に係るカムシャフトのカムの切削面積の変化を示す図である。
【図４】第２実施形態に係るクランクシャフトのピンジャーナルの切削状態を示す図である。
【図５】クランクシャフトのピンジャーナルの切削送り速度の変化の説明図である。
【図６】クランクシャフトのピンジャーナルの切削送り速度の変化を示す図である。
【符号の説明】
１…ワーク（カムシャフトまたはクランクシャフト）、１１…カムシャフト、１１ａ…カム、１１ｂ…カム面、１２…クランクシャフト、１２ａ…ピンジャーナル、２０…Ｃ軸回転駆動装置、２１…支持装置、２１ａ…チャック、２１ｂ…クランプシリンダ、２３…Ｃ軸回転駆動モータ、２４…補助サポータ、２４ａ…補助サポータ本体、２４ｂ…補助サポータ爪、３０…カッタ駆動ユニット、３１…刃具、３２…カッタ、３２ａ…フライスカッタ、３２ｂ…研削砥石、３３…速度可変型カッタ主軸モータ、３７…主軸歯車箱、４０…サドル、４１…Ｘ軸スライド、４１ａ…Ｘ軸駆動モータ、４２…Ｚ軸スライド、４２ａ…Ｚ軸駆動モータ、６０…ベッド。
【発明の属する技術分野】
本発明は、カムシャフトのカム、またはクランクシャフトのピンジャーナルにおける、加工能率向上および加工精度の向上を可能にする加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カムシャフトの加工精度を向上させる技術としては、例えば特開平４−１７１１０９号公報に記載されたカムシャフトの等負荷切削方法が知られている。そしてこの技術は、カムシャフトの回転速度と一定回転させたカッタの切り込み量とをＮＣプログラムにより同期制御することにより、カムシャフトのカム面を切削加工するカムシャフトの加工方法であって、カムのリフトデータと取代からＮＣ指令１ブロック毎に切削面積を数値解析し、各１ブロックでの単位時間当りの切削面積が全周に亘ってほぼ同一となるようにカムシャフトの回転速度を制御することを特徴としている。この結果、切削中の負荷が均一化され、負荷変動による加工精度の低下を防止できるとしている。
【０００３】
また従来、クランクシャフトのピンジャーナル外径加工の加工精度において、その真円度に関しては、機械自体の剛性を上げても、加工時にワーク自体が切削負荷によって撓み、かつその撓み量もワークの回転位相方向で異なるため、機械側を操作して加工精度を上げるのが困難とされている。かかる不具合を改善するため、例えば特開昭５４−５７２８５号公報、特許番号第２６９１８９４号公報などの従来例がある。
【０００４】
そして、前者の特開昭５４−５７２８５号公報では、真円度補正をしながらピンジャーナル外径を加工する、クランクシャフトミラーの制御装置が提案されている。この公報の技術は、その両端を固定されたワーク（クランクシャフト）の周囲へカッタを回転させてワークのピンジャーナルおよびメインジャーナル外径を加工するクランクシャフトミラーにおいて、倣い方式でワークの回転角を基準としてＹ軸におけるカッタの送り量を制御することによりワークを加工するようにしたものである。そして、その制御過程において、予め同一条件でピンジャーナルおよびメインジャーナル外径を切削し、その切削部分を真円度測定機で測定し、その測定結果からある角度毎の真円度誤差を算出し、所定角度位置毎の真円度補正量を作成してこれをメモリに記憶した後、この真円度補正量を基にＹ軸サーボモータを制御して、ワークの加工を行うようにしている。
【０００５】
また、前者の特開昭５４−５７２８５号公報のクランクシャフトの加工技術に対し、真円度補正サブプログラムのデータが短時間で精度良く入力できるように改善した技術として、後者の特許番号第２６９１８９４号に記載されたピンジャーナル外径の真円度補正技術がある。この技術は、固定されたワーク（クランクシャフト）の周囲へカッタを回転させてワークのピンジャーナルおよびメインジャーナル外径を加工するクランクシャフトミラーの技術に関するものである。その技術の主旨は、Ｙ軸送りモータによりＹ軸方向へ往復自在なスライドに、スイングモータにより回転中心を中心に揺動自在なスイングドラムを設け、このスイングドラムの回転中心よりＹ軸方向へ偏芯した位置にワークを切削加工する回転カッタを回転自在に設けたクランクシャフトミラーにおいて、次の４つの制御手段を備えている。記憶された加工データに基づいてワークの加工を制御する第１の制御手段。第１の制御手段を制御するための加工データ及び真円度補正データを入力、記憶および出力する第２の制御手段。加工済ワークの加工個所の真円度を所定角度毎に測定して、得られた測定値を入力する手段を有し、かつ入力された測定値から所定角度毎の真円度補正データを作成する第３の制御手段。上記所定角度毎の真円度補正データから、所定角度より小さい設定角度毎の真円度補正データに比例配分して、回転カッタの加工分割角度毎のデータに変換する第４の制御手段。
そして、得られた効果として、メーカ側で真円度補正サブプログラム（第３の制御手段）を予め作成しておくことにより、機械を使用するユーザはメインプログラム（第１の制御手段）に加工するワークのデータを入力するだけでワークの加工が可能になると共に、加工プログラムをメインプログラムとサブプログラムに分割することにより、プログラムの取扱いも容易となるとしている。
【０００６】
次に従来、カムシャフトのカムを効率良く加工する技術として、カッタを２基同時に使用し、同一カムシャフトの２つのカムを同時に加工する、いわゆる２頭のカッタヘッドを有したカムミラーが一般的に採用されてはいるが、この場合、同一のワーク軸上にある２つのカムの回転速度を個別に変えられないことから、ワークを所定の等速切削回転送りで回転させ、ミーリングカッタを、切削時の最大負荷の条件を考慮して安全側に定めた一定の回転速度で回して、２つのカムを同時に加工している。
【０００７】
さらに、クランクシャフトのピンジャーナル加工においても、その効率を上げるための技術として従来は、上記カム加工の場合と同様に、カッタを２基同時に使用し、同一クランクシャフトの２つのピンジャーナルを同時に加工する、いわゆる２頭のカッタヘッドを有したクランクシャフトミラーが一般的に採用されている。この場合、ワーク等速回転方式のクランクシャフトミラーにおいては、安全側に低く抑えられた一定の回転速度で回転するミーリングカッタでピンジャーナルを加工しているのが常である。この理由は、ワークを等速回転させても、（後述するように）ワークの回転位相により切削送りに変動が生じるため、切削負荷が変動し、ピンジャーナルの加工誤差として真円度が悪くなる恐れから、その送り変動が最も速くなり、その切削負荷が最も大きくなる最も不利な切削加工条件を考慮して、安全側に低くとった一定のカッタの回転速度としているからである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、特開平４−１７１１０９号公報に記載された、カムシャフトの等負荷切削方法の従来技術においては、以下のような問題がある。
最近、カムシャフトのカム加工の生産効率向上が要望され、その解決策として、カッタを２基同時に採用し、同一カムシャフトの２つのカムを同時に加工する、いわゆる２頭のカッタヘッドを有したカムミラーの要求がある。
しかし、同一カムシャフトの２つのカムを同時に加工する場合、２つのカムはたとえそのプロフィル（カム形状）が同じであっても、それぞれカムシャフト軸回りの位相が異なっているのが常であり、本従来技術の様に、カムのリフトデータと取代からＮＣ指令１ブロック毎に切削面積を数値解析し、各１ブロックにおける切削回転速度のＮＣ指令値を、各１ブロックでの単位時間当りの切削面積が全周に亘ってほぼ同一となるようにカムシャフトの回転速度を制御する技術では、同一軸上にある異位相の２つのカムを、それぞれ個別にその回転速度を制御できないことから、同時に等負荷切削することはできない。
よって、上記の従来技術では、カッタヘッドを２頭化して加工能率を上げ、かつ等負荷切削を行うことによりカムプロフィルの加工精度を良くすることは不可能であった。
【０００９】
次に、クランクシャフトのピンジャーナルを効率良く加工するために、２頭のカッタヘッドを有したクランクシャフトミラーが一般的に採用されているのは先に述べたが、この場合、ミーリングカッタを、所定の一定の回転速度で回してピンジャーナルを加工しているため、ワークの回転位相により生じる送り変動（後述する）に比例して切削負荷が変動する。この送り変動が生じると、送りの速い部分は切削負荷が大きくなり、ワークが変位（曲り）してその径方向のワーク（加工部位）の逃げ量が多くなるため、加工径が大きくなり、また送りの遅い部分は切削負荷が小さくなることから加工径は小さくなり、その結果としてピンジャーナルの真円度が悪くなる。このため、カッタの回転速度はその送り変動が最も速く、その切削負荷が最も多い、最も不利な切削加工条件に合わせて安全側に低く抑えた回転速度としている。即ち、この従来技術では、なるほど２頭のカッタヘッドを採用し、加工能率を上げてはいるものの、カッタの回転速度を安全側に低く設定している以上、その加工効率においても未だ改善の余地があると言えた。
【００１０】
また従来、クランクシャフトのピンジャーナル外径加工の加工精度向上において、特にその真円度に関しては、機械自体の剛性を上げても、加工時にワーク自体が切削負荷によって撓み、かつその撓み量もワークの回転位相方向で異なるため、機械側を操作して、加工精度を上げるのが困難とされている点、また、ワークを一定回転速度で回転させ、かつカッタを等速度回転させて切削した場合、ピンジャーナル外径におけるカッタの切削位置における送り速度は、回転位相角度の違いにより変動が生じ、これによる切削負荷の変化が生じるため、切削の高速送り（ワークの回転数を上げること）ができず生産性を向上できない点、また上記２つの要因によってピンジャーナル外径加工の高い真円度が得られ難いとされている点などの問題があった。
かかる問題点において、その加工精度を改善するため、例えば特開昭５４−５７２８５号公報、特許番号第２６９１８９４号公報などの従来例があるのは前述の通りであるが、これらの技術は何れも、誤差を生じないような積極的な加工制御技術ではなく、加工時に上記理由で生じた真円度の誤差をただ単に補正しているに過ぎない。従って、その加工精度の向上に限界があるのは否めなかった。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルにおける加工能率向上および加工精度向上を可能にする加工方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１発明は、カムシャフトまたはクランクシャフトをそれぞれの軸であるＣ軸回りに等速度で回転させ、前記Ｃ軸回転に同期させて、Ｃ軸と平行な軸回りにそれぞれ回転自在で、かつ、Ｃ軸に直角のＸ軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタを使用し、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルを切削中に、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように、前記それぞれのカッタの切削回転速度を制御して、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルをそれぞれの前記カッタで同時に加工することを特徴とするカムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法としている。
【００１３】
第１発明によると、上記加工方法としたので、２基のカッタを使用してカムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルをそれぞれの前記カッタで同時に加工できるため、加工効率が上げられる。さらに、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように前記それぞれのカッタの切削回転速度を制御することから、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルのそれぞれの等負荷切削が可能となり、負荷変動による機械系またはワークの振動、刃先のチッピングなどが発生することがなく、極めて安定した切削加工ができるので、カム形状の加工精度またはピンジャーナルの真円度が格段に良くなると共に、加工個所毎に最適な加工条件で同時に、等負荷切削が行われる結果、加工時間が短縮でき、加工効率が良くなる。
さらに、等負荷切削を行うことから、従来のカッタ２頭式の機械の場合に発生していた負荷変動による工具刃先への悪影響がなく、極めて安定した切削加工ができるので、工具寿命の延長が図れ、またこれにより工具交換インターバルが長く取れることから、機械の稼働率の改善が期待できる。
【００１４】
また第２発明は、カムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法において、カムシャフトまたはクランクシャフトをそれぞれの軸であるＣ軸回りに等速度で回転させ、前記Ｃ軸回転に同期させて、Ｃ軸と平行な軸回りにそれぞれ回転自在で、かつ、Ｃ軸に直角のＸ軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタを使用し、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルを切削中に、それぞれの負荷の大きく変動する部分のみ、前記それぞれのカッタの切削回転速度を上げる制御を行って、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルをそれぞれの前記カッタで同時に加工する方法としている。
【００１５】
第２発明によると、上記加工方法としたので、特にカムシャフトのカム切削の場合のように、ワークの等速回転中に特定の回転位相部分にのみ切削負荷の最大値が存在するような加工条件の場合、その部分のみカッタの切削回転速度を上げて切削負荷を軽減するといった、極めて簡易な制御方法で、前記第１発明による効果と同様な加工能率の改善および加工精度向上ができる。
【００１６】
また第３発明は、第１発明または第２発明において、前記カッタは、切刃をその外周面上に配した円盤型のフライスカッタを使用してフライス加工を行うことを特徴とするカムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法としている。
【００１７】
第３発明によると、カッタにフライスカッタを使用してフライス加工を行うので、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルの加工に際し、これらワーク素材が鍛造または鋳物の黒皮状態での荒加工から、研削仕上げ加工前の中仕上げ加工まで、一気に加工でき、生産性を高くできる。
【００１８】
また第４発明は、第１発明または第２発明において、前記カッタは、円盤型の研削砥石を使用して研削加工を行うことを特徴とするカムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法としている。
【００１９】
第４発明によると、カッタに研削砥石を使用して研削加工を行うので、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルの加工に際し、カムプロフィルの形状加工精度またはピンジャーナルの真円度を改善できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
先ず、図１により、本発明に係るカムシャフトまたはクランクシャフトの加工機の概略構成を説明する。図１は本発明に係るカムシャフトまたはクランクシャフト加工機の斜視図である。
本機は、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルなどのワーク１を加工するミーリング加工機である。
ベッド６０上の前面の左右両端部には、加工すべきワーク１（カムシャフトまたはクランクシャフト）の両端部を支持し、回転駆動モータ２３，２３により回転駆動させる２基の回転駆動装置２０，２０が設けられており、これら両回転駆動装置２０，２０には、その対向面に位置するチャック２１ａ，２１ａ、および該チャック２１ａ，２１ａを駆動するクランプシリンダ２１ｂ，２１ｂよりなる、ワーク１の両端部を支持するための支持装置２１，２１がそれぞれ設けられている。２基の回転駆動装置２０，２０は、左右の支持装置２１，２１の間隔をワーク１の軸方向長さに合わせるため、図示しないレール上をワーク軸と平行な方向に移動自在に構成されている。
【００２２】
また、両支持装置２１，２１の間には補助サポータ２４を設けており、この補助サポータ２４には、前記レール上をワーク軸方向に移動自在とされ、ワーク１の中央部近傍の所定メインジャーナル位置に位置決め自在とされた補助サポータ本体２４ａと、この補助サポータ本体２４ａの上部に具備され、図示しない求心クランプにより前記所定のメインジャーナル部をワーク１の回転に対しぶれを生じさせることなくサポートする補助サポータ爪２４ｂとを備えている。
【００２３】
そして、両支持装置２１，２１およびワーク１の後方には、２基のカッタ駆動ユニット３０，３０が設置されており、これら２基のカッタ駆動ユニット３０，３０は、Ｚ軸駆動モータ４２ａ，４２ａとＸ軸駆動モータ４１ａ，４１ａとにより、ワーク１の軸方向（Ｚ軸）と軸直角方向（Ｘ軸）とにそれぞれ移動自在な、Ｚ軸スライド４２，４２とＸ軸スライド４１，４１とで構成された左右１対のサドル４０，４０上にそれぞれ載置されている。
【００２４】
また、２基のカッタ駆動ユニット３０，３０のＺ軸方向の対向面側には、カッタ３２，３２としてそれぞれ、刃具３１，３１をその外周部に着脱可能に装着したフライスカッタ３２ａ，３２ａが回転自在に設けられている。
そして、このフライスカッタ３２ａ，３２ａは、歯車箱３７，３７内の減速歯車（図示せず）を介して、速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３により、前記Ｃ軸に平行に設けられた、その軸心であるＢ軸回りに、回転速度変換自在にＮＣ駆動される構成としている。
【００２５】
なお、本実施例においては、本機をカムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルを加工するミーリング加工機として、そのカッタ３２は外周面上に切刃を配した円盤型のフライスカッタ３２ａを採用したが、本機を研削機として採用し、そのカッタ３２が外周面上に砥粒を切刃として配した円盤型の研削砥石３２ｂであってもよい。
【００２６】
以上、本発明に係るカムシャフトまたはクランクシャフトの加工機は、ワーク１の支持装置２１を、ワーク１の両端を支持する両端支持、および両端駆動としたが、これをワーク１の一端側支持および片側駆動とし、他端側をテールストックによるセンタ支持とする方式としてもよい。
また、軸方向長さが短いワーク１の場合、一端側片持支持および片側駆動のみの方式も考えられる。
【００２７】
さらに本機には、Ｃ軸回転駆動モータ２３によりワーク１（カムシャフトまたはクランクシャフト）を、Ｃ軸回りに等速度で回転させるＣ軸回転駆動装置２０と、このワーク回転に同期して、前記Ｃ軸と平行なＢ軸回りにそれぞれ速度変換自在に回転させ、かつＸ軸駆動モータ４１ａにより前記Ｃ軸に直角のＸ軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタ３２，３２とを使用し、ワーク１（カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナル）を切削中に、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるようにカッタ３２，３２の切削回転速度を変換する制御、または、それぞれの負荷の大きく変動する部分のみで前記それぞれのカッタ３２，３２の切削回転速度を上げる制御を行って、ワーク１を、それぞれの前記カッタ３２，３２で同時に加工するための制御装置（図示せず）を備えている。
【００２８】
また、この制御装置は、左右のＣ軸回転駆動モータ２３、２３によるワーク１の回転の際に、ワーク１にトルク変動によるねじり変位が生じないよう、左右のＣ軸回転駆動モータ２３、２３を同期回転させるため、回転同期制御機能を備えている。
【００２９】
次に、図１〜図３により、第１実施形態の加工機によるカム１１ａの加工方法を説明する。図２は本発明の第１実施形態に係るカムシャフトのカムの切削状態を示す図であり、図３は第１実施形態に係るカムシャフトのカムにおける切削面積の変化を示す図である。
【００３０】
（１）先ず、カム１１ａを加工する前に、本機の制御装置に、カムシャフト１１の諸元、例えば、カムシャフト１１の全長、カム１１ａのプロフィル、カム１１ａの長手方向位置（Ｚ軸位置）、カム１１ａの位相、およびカッタ３２ａ，３２ａの半径（カッタ中心から刃具３１の刃先位置までの距離）などの値を入力設定する。
また、他の事前設定として、２基のＣ軸回転駆動装置２０，２０をレールの上を移動させることにより、支持装置２１，２１の間隔をカムシャフト１１の長さに合わせておく。
さらに、これら両支持装置２１，２１の間に設けた補助サポータ２４を、レール上を移動させて、カムシャフト１１の中央部近傍で所定のメインジャーナルの位置に移動し、補助サポータ爪２４ｂのクランプ準備をしておく。
【００３１】
（２）次に、加工対象カムシャフト１１を、本機の両側の支持装置２１，２１内に搬入し、それぞれの図示しないチャック三つ爪で、カムシャフト１１の両端のメインジャーナル部を把持すると共に、カムシャフト１１のＣ軸の回転角度位相（θ角度）を、Ｃ軸回転駆動装置２０で所定の位相原点に位置決めする。そして、切削負荷に抗するワークの曲げ剛性を上げるため、補助サポータ２４の補助サポータ爪２４ｂでカムシャフト１１の中央部近傍のメインジャーナルをカムシャフト１１の回転に対し回転自在に把持して補助サポートする。
【００３２】
（３）続いて、カム１１ａの切削工程に入るが、まずカムシャフト１１のカム１１ａにおけるカム面形状（プロフィル）の加工方法を図２，図３により説明する。図２において、カムシャフト１１はＣ軸回転駆動モータ２３によりそのカム１１ａの中心Ｏ１（Ｃ軸）回りに、切削送りのための所定低速で等速度回転される。一方、フライスカッタ３２ａ，３２ａは、その中心Ｏ２（Ｂ軸）の回りに回転される。
【００３３】
通常、カム１１ａの加工取代は、カムシャフト１１を一定速度で回転させて切削加工した場合、例えば図２に示すように、Ｃ軸を所定の角度で小分割した１ブロック毎の切削面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…は、カム面１１ｂの形状（プロフィル）に従って、カム１１ａの回転位相により変化（増減）する。また、この回転位相角度に対する切削面積の変化をグラフで表わすと図３に示すようになり、切削面積が大きく変化しているのがわかる。従って、フライスカッタ３２ａ，３２ａをその中心Ｏ２の回りに、従来のように等速回転させた場合、その加工切削負荷は切削面積の増分に比例して、増加することになる。この結果、切削面積が大きく変化するのに伴い加工誤差が大きくなる。このため、従来は、この加工誤差をあるレベルに維持するため、最大負荷時のフライスカッタ３２ａ，３２ａの１刃当りの取代を安全側に小さくとり、カムシャフト１１の一定の回転速度を低く押さえることで、カム加工の生産性を犠牲にしていた。
【００３４】
そこで、本発明の第１実施形態に係るカムシャフトのカム加工方法においては、カムシャフト１１をその軸であるＣ軸回りに等速度で回転させ、このＣ軸回転に同期させて、２基のフライスカッタ３２ａ，３２ａをこのＣ軸と平行なＢ軸回りにそれぞれ回転速度変化自在で、かつ前記Ｃ軸に直角のＸ軸方向にそれぞれ移動自在とした。そして、カムシャフト１１のカム面１１ｂ，１１ｂを切削中に、カムのリフトデータと取代とから、Ｃ軸を小分割し、所定の算式（例えば前述の従来例の特開平４−１７１１０９号公報に記載された算式）を用いて数値解析し求めた１ブロック毎の切削面積の変動値から、変動する切削負荷を求め、この変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一（すなわち、カッタの１刃当たりの、カム面上の送り長さが略均一）となるように、左右の速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３で前記それぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を、ＮＣプログラム指示により最適制御して、カムシャフト１１の２つのカム１１ａ，１１ａを、それぞれの前記フライスカッタ３２ａ，３２ａで同時に加工するようにした。
そしてこの加工方法によった結果、上記の問題点が大幅に改善された。
【００３５】
次に実際の加工を説明すると、先ず、カッタ駆動ユニット３０をＺ軸移動させてフライスカッタ３２ａ，３２ａを、カムシャフト１１のいずれか所定の２つのカム１１ａ，１１ａの加工位置にそれぞれ位置決めし、前記のようにそれぞれ速度可変型モータ３３，３３によりフライスカッタ３２ａ，３２ａの回転速度を制御しながら、これらのカム１１ａ，１１ａをそれぞれ独立に同時加工する。そしてこの加工後に、順次続けて、カッタ駆動ユニット３０をＺ軸移動させてフライスカッタ３２ａ，３２ａを、他の２つのカム１１ａ，１１ａの加工位置にそれぞれ位置決めし、これらのカム１１ａ，１１ａを２個づつ順次同時加工し、すべてのカム１１ａ，１１ａを加工して、カムシャフト１１の加工を完了する。
【００３６】
（４）次いで、カッタ駆動ユニット３０をＸ軸およびＺ軸方向に移動させてフライスカッタ３２ａ，３２ａをカムシャフト１１から離してそれらの原点位置に後退させると共に、カムシャフト１１のＣ軸の回転角度位相（θ角度）を、Ｃ軸回転駆動装置２０で所定の位相原点に位置決めし、チャック２１ａをアンクランプしてカムシャフト１１の両端メインジャーナル部の把持を開放する。
そして、カム加工の完了したカムシャフト１１をチャック２１ａ内から取り出し、カムシャフト加工の全行程を完了する。
【００３７】
なお、上記の第１実施形態のカム加工方法においては、カム面１１ｂ，１１ｂを切削するのに、変動する切削負荷を求め、この変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一（カッタの１刃当たりの、カム面上の送り長さが略均一）となるように、フライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を、ＮＣプログラム指示により最適制御して、２つのカム１１ａ，１１ａを同時に加工する方法としたが、次のような別の加工方法によってもよい。
即ち、カムシャフト１１のカム面１１ｂ，１１ｂを切削中に、カムのリフトデータと取代とから、Ｃ軸を小分割し、所定の算式を用いて数値解析し求めた１ブロック毎の切削面積の変動値から、それぞれの切削負荷（すなわち切削面積）の大きく変動する部分のみ、前記速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３でそれぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を上げる制御をＮＣプログラム指示により行って、カムシャフト１１の２つのカム１１ａ，１１ａをそれぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａで同時に加工する方法である。
【００３８】
さらに、上記の第１実施形態のカム加工方法においては、Ｃ軸を小分割し、この小分割ブロック毎の切削負荷を負荷検出手段により（例えば、速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３の電流値などに基づき）検出し、この変動する検出切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一（カッタの１刃当たりの、カム面上の送り長さが略均一）となるように、それぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度をそれぞれ速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３により最適制御するか、またはそれぞれの検出負荷の大きく変動した部分のみ、それぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を上げる制御を行って、２つのカム１１ａ，１１ａを同時に加工する方法としてもよい。
【００３９】
以上の、第１実施形態によるカムシャフト１１のカム１１ａの加工方法においては、そのカッタ３２をフライスカッタ３２ａとし、これを使用したミーリング加工方式として説明したが、これに限定されず、前記カッタ３２として円盤型の研削砥石３２ｂを採用し、研削加工方式としたカムシャフト１１のカム１１ａの加工方法としてもよい。
【００４０】
次に、図１，図４，図５および図６により、第２実施形態に係るクランクシャフト１２のピンジャーナル１２ａの加工方法を説明する。ここに、図４は本発明の第２実施形態に係るクランクシャフトのピンジャーナルにおける切削状態を示す図であり、図５は第２実施形態に係るクランクシャフトのピンジャーナルにおける切削送り速度の変化の説明図である。また、図６は第２実施形態に係るクランクシャフトのピンジャーナルにおける切削送り速度の変化を示す図である。
【００４１】
（１）先ず、ピンジャーナル１２ａの加工開始前に、本機の制御装置に、クランクシャフト１２の諸元、例えば、クランクシャフト１２の全長、ピンジャーナル１２ａの、長手方向位置（Ｚ軸位置）、１／２ストローク（Ｃ軸中心Ｏ３からピンジャーナル中心Ｏ４までの寸法、図４中のＥ寸法）、半径、位相、およびフライスカッタ３２ａの半径（カッタ３２中心Ｏ２から刃具３１の刃先位置までの距離）などの値を入力設定する。
【００４２】
また、他の事前設定として、２基のＣ軸回転駆動装置２０，２０をレールの上を移動させることにより、左右の支持装置２１，２１の間隔をクランクシャフト１２の軸方向長さに合わせておく。
さらに、これら両支持装置２１，２１の間に設けた補助サポータ２４を、レール上を移動させて、クランクシャフト１２の中央部近傍の所定メインジャーナルの位置に移動し、補助サポータ爪２４ｂのクランプ準備をしておく。
【００４３】
（２）次に、加工対象のクランクシャフト１２を、本機の両側の支持装置２１，２１内に搬入し、それぞれの図示しないチャック三つ爪で、クランクシャフト１２の両端のメインジャーナル部を把持すると共に、クランクシャフト１２のＣ軸の回転角度位相（θ角度）を、Ｃ軸回転駆動装置２０で所定の位相原点に位置決めする。そして、切削負荷に抗するワークの曲げ剛性を上げるため、補助サポータ２４の補助サポータ爪２４ｂでクランクシャフト１２の中央部近傍のメインジャーナルをクランクシャフト１２の回転に対し回転自在に把持して補助サポートする。
【００４４】
（３）続いて、ピンジャーナル１２ａの切削工程に入るが、まず、この加工方法を図４，図５により説明する。
図４において、クランクシャフト１２はＣ軸回転駆動モータ２３によりその図示しないメインジャーナルの中心Ｏ３（Ｃ軸）回りに、切削送りのための所定低速で等速回転され、加工対象であるピンジャーナル１２ａはその中心Ｏ４がＣ軸中心から偏芯量Ｅ隔たった状態で、Ｃ軸を中心に回転される。一方、フライスカッタ３２ａ，３２ａは、その中心Ｏ２（Ｂ軸）の回りに回転される。
通常、クランクシャフト１２のピンジャーナル１２ａの外周における平均送り速度Ｆは、Ｃ軸回転角度をα、Ｃ軸回転角度αに対する加工範囲をβ、カッタ３２ａのワーク（ここではクランクシャフト１２）への接触角度をγとし、Ｃ軸回転角度αの角速度を一定とした場合、図４および図５に示すように、α＝βではないので、変動する（図４に示す角度位置ではピンジャーナル１２ａの外周における送り速度は、Ｃ軸回りの回転速度より速い）。
【００４５】
ここで、ピンジャーナル１２ａの外周における送り速度Ｆが変化する様子を、図５により詳しく説明する。
クランクシャフト１２は、そのメインジャーナルの中心Ｏ３（Ｃ軸）回りに、加工対象であるピンジャーナル１２ａはその中心Ｏ４がＣ軸から偏芯量Ｅだけ隔たった状態で、所定速度で等速回転している。図５（ａ）は、ピンジャーナル１２ａのフライスカッタ３２ａによるクランクシャフト１２の加工開始状態を示している。このとき、ピンジャーナル１２ａとフライスカッタ３２ａとの接点をＡ点とする。
次に図５（ｂ）において、クランクシャフト１２は、そのメインジャーナルの中心Ｏ３回り（Ｃ軸時計回り）に９０°旋回し、ピンジャーナル１２ａとフライスカッタ３２ａとの接点はＢ点まで移動している。図中斜線を施した部分が加工済みのピンジャーナル１２ａ外径部で、この部分は（９０°−γ）の範囲が加工され、その送りは遅くなっている。
続いて図５（ｃ）において、クランクシャフト１２は、そのメインジャーナルの中心Ｏ３（Ｃ軸）回りにさらに９０°旋回し、ピンジャーナル１２ａとフライスカッタ３２ａとの接点はＣ点まで移動している。この斜線部分はＢ点からＣ点までの加工済みのピンジャーナル１２ａ外径部で、（９０°＋γ）の範囲が加工されており、その送りは先の（９０°−γ）の範囲よりも速くなっている。
【００４６】
以上述べた、ピンジャーナル１２ａの外周における送り速度の変化状態を、横軸にワーク１のＣ軸回転角度を、縦軸に所定角度位置での送り速度と平均送り速度との速度比をそれぞれとって表わすと、図６のようになる。即ち、送り速度はＣ軸１回転当たり１回の周期で増減しているのが解る。
【００４７】
また、このピンジャーナル１２ａの外周における平均送り速度Ｆ０（ｍｍ／ｍｉｎ）は、カッタ回転数をｎ（１／ｍｉｎ）、カッタ外周の刃間隔をｆ０（ｍｍ／刃）、カッタの刃数をＫ（刃）とした場合、
Ｆ０＝ｎｆ０Ｋ …（１）
式で表わされる。しかし、実際は、ピンジャーナル１２ａの外周における送り速度Ｆが変動するので、カッタ回転数ｎを一定とした従来の加工方法では、カッタ外周の刃間隔が同一であるのにもかかわらず、ピンジャーナル１２ａの外周における１刃当りの送り長さｆ（即ち切削負荷に相当）はＦ値に比例して変動することになる。
Ｆ＝ｎｆＫ …（２）
【００４８】
以上の理由で、従来技術で述べたように、クランクシャフト１２を等速回転させて加工した場合、上述の送り変動による切削負荷変動が生じるが、この変動に伴い加工誤差も大きくなるので、従来は、この加工誤差をあるレベルに維持するために、フライスカッタ３２ａ，３２ａの一定の回転速度を低く押さえることで対応し、クランクシャフト加工の生産性をある程度犠牲にしていたのは否めなかった。
【００４９】
そこで、本発明の第２実施形態においては、この改善対応策として、創意工夫して下記の加工方法を発明し、この問題を解決した。
即ち、図４において、クランクシャフト１２をその軸であるＣ軸回りに、Ｃ軸駆動モータ２３により、切削送りのための低速で等速度回転させ、このＣ軸回転に同期させて、２基のフライスカッタ３２ａ，３２ａをこのＣ軸と平行なＢ軸回りにそれぞれ回転速度変化自在で、かつ前記Ｃ軸に直角方向のＸ軸にそれぞれ移動自在とした。そして、クランクシャフト１２のピンジャーナル１２ａ，１２ａを切削中に、Ｃ軸を小分割し、かつ所定の算式を用いて数値解析し求めた１ブロック毎の切削面積の変動値から、変動する切削負荷を求め、この変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一（カッタの１刃当たりのピンジャーナル１２ａの外周における送り長さが略均一）となるように、左右の速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３で前記それぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を、ＮＣプログラム指示により最適制御して、クランクシャフト１２の２つのピンジャーナル１２ａ，１２ａを、それぞれの前記フライスカッタ３２ａ，３２ａで同時に加工するようにした。
そしてこの加工方法によった結果、上記の問題点が大幅に改善された。
【００５０】
次に実際の加工を説明すると、先ず、カッタ駆動ユニット３０をＺ軸移動させてフライスカッタ３２ａ，３２ａを、クランクシャフト１２のいずれか所定の２つのピンジャーナル１２ａ，１２ａの加工位置にそれぞれ位置決めし、前記のようにそれぞれ速度可変型モータ３３，３３によりフライスカッタ３２ａ，３２ａの回転速度を制御しながら、これらのピンジャーナル１２ａ，１２ａをそれぞれ独立に同時加工する。そしてこの加工後に、続いて、カッタ駆動ユニット３０をＺ軸移動させてフライスカッタ３２ａ，３２ａを、他の２つのピンジャーナル１２ａ，１２ａの加工位置にそれぞれ位置決めし、これらのピンジャーナル１２ａ，１２ａを２個づつ順次同時加工し、すべてのピンジャーナル１２ａ，１２ａを加工して、クランクシャフト１２の加工を完了する。
【００５１】
（４）次いで、カッタ駆動ユニット３０をＸ軸およびＺ軸方向に移動させてフライスカッタ３２ａ，３２ａをクランクシャフト１２から離してそれらの原点位置に後退させると共に、クランクシャフト１２のＣ軸の回転角度位相（θ角度）を、Ｃ軸回転駆動装置２０で所定の位相原点に位置決めし、チャック２１ａをアンクランプしてクランクシャフト１２の両端メインジャーナル部の把持を開放する。
そして、ピンジャーナル１２ａの加工完了したクランクシャフト１２をチャック２１ａ内から取り出し、クランクシャフト加工の全行程を完了する。
【００５２】
なお、上記の第２実施形態のクランクシャフト加工方法においては、ピンジャーナル１２ａ，１２ａを切削するのに、変動する切削負荷を求め、この変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように、フライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を、それぞれ速度可変型モータ３３，３３へのＮＣプログラム指示により最適制御して、２つのピンジャーナル１２ａ，１２ａを同時に加工する方法としたが、次のような別の加工方法によってもよい。
即ち、クランクシャフト１２のピンジャーナル１２ａ，１２ａを切削中に、Ｃ軸を小分割し、所定の算式を用いて数値解析し求めた１ブロック毎の切削面積の変動値から、それぞれの切削負荷（すなわち切削面積）の大きく変動する部分のみ、前記速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３でそれぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を上げる制御をＮＣプログラム指示により行って、クランクシャフト１２の２つのピンジャーナル１２ａ，１２ａをそれぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａで同時に加工する方法である。
【００５３】
さらに、上記の第２実施形態のクランクシャフト加工方法においては、Ｃ軸を小分割し、この小分割ブロック毎の切削負荷を負荷検出手段により（例えば、速度可変型カッタ主軸モータ３３，３３の電流値などに基づき）検出し、この変動する検出切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一（カッタの１刃当たりの、ピンジャーナル１２ａの外周における送り長さが略均一）となるように、それぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度をそれぞれ速度可変型モータ３３，３３により最適制御するか、またはそれぞれの検出負荷の大きく変動した部分のみ、それぞれのフライスカッタ３２ａ，３２ａの切削回転速度を上げる制御を行って、２つのピンジャーナル１２ａ，１２ａを同時に加工する方法をとってもよい。
【００５４】
以上の、第２実施形態によるクランクシャフト１２のピンジャーナル１２ａの加工方法においては、そのカッタ３２をフライスカッタ３２ａとし、これを使用したミーリング加工方式として説明したが、これに限定されず、前記カッタ３２として円盤型の研削砥石３２ｂを採用し、研削加工方式としたクランクシャフト１２のピンジャーナル１２ａの加工方法としてもよい。
【００５５】
本発明は、上記実施形態のカムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法により、次の特有の効果が得られる。
（１）本発明によると、カムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法において、ワークをその軸回りに等速度で回転させ、このワーク回転に同期させて、このワーク軸と平行な軸回りに回転速度変化自在で、かつ、前記ワーク軸に直角の軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタを使用し、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルを切削中に、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように、前記それぞれのカッタの切削回転速度を制御して、カムシャフトの２つのカム、またはクランクシャフトの２つのピンジャーナルを、それぞれの前記カッタで同時に加工する方法としたので、２基のカッタを使用して、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルをそれぞれの前記カッタで同時に加工でき、加工効率が上げられると共に、変動する切削負荷に対応して、加工個所毎に該切削負荷が略均一となるように、前記それぞれのカッタの切削回転速度を制御し、切削加工条件の最適な制御を行うことから、その結果としてさらに加工能率の向上が図れる。
【００５６】
また、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように、前記それぞれのカッタの切削回転速度を制御して、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルにおいて、それぞれの等負荷切削が可能となり、負荷変動による機械系またはワークの振動、刃先のチッピングなどが発生することなく、極めて安定した切削加工ができるので、カム形状の加工精度が格段に良くし、ピンジャーナル１２ａの真円度が格段に良くなる。
さらに、等負荷切削を行うことから、従来のカッタ２頭式による機械の場合に発生していた負荷変動による工具刃先への悪影響がなく、極めて安定した切削加工ができるので、工具寿命の延長がはかれる。またこれにより、工具交換インターバルが長く取れることから、機械の稼働率の改善が期待できる。
【００５７】
（２）また本発明によると、カムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法において、ワークをその軸回りに等速度で回転させ、このワーク回転に同期させて、このワーク軸と平行な軸回りに回転自在で、かつ、前記ワーク軸に直角の軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタを使用し、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルを切削中に、それぞれの負荷の大きく変動した部分のみ、前記それぞれのカッタの切削回転速度を上げる制御を行って、カムシャフトの２つのカムまたはクランクシャフトの２つのピンジャーナルをそれぞれの前記カッタで同時に加工する方法としたので、特にカムシャフトのカム切削の場合のように、ワーク等速回転中に特定の位相部分にのみ切削負荷の最大値が存在するような加工条件の場合、その部分のみカッタの切削回転速度を上げて切削負荷を軽減するといった、極めて簡易な制御方法で、上記（１）記載の効果と同様な、加工能率の改善および加工精度向上が得られる。
【００５８】
（３）また本発明によると、カッタにフライスカッタを採用することにより、カムシャフトのカムまたはクランクシャフトのピンジャーナルの加工に際し、これらワーク素材が鍛造または鋳物の黒皮状態の荒加工から、研削仕上げ加工前の中仕上げ加工まで一気に加工でき、その生産性を高くできる。
【００５９】
（４）さらに本発明によると、カッタとして研削砥石を採用することにより、カムシャフトのカムにおける研削加工に際し、カムプロフィルの形状加工精度を向上でき、またクランクシャフトにおけるピンジャーナルの研削加工に際し、ピンジャーナルの真円度を大幅に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカムシャフトまたはクランクシャフト加工機の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るカムシャフトのカムの切削状態を示す図である。
【図３】第１実施形態に係るカムシャフトのカムの切削面積の変化を示す図である。
【図４】第２実施形態に係るクランクシャフトのピンジャーナルの切削状態を示す図である。
【図５】クランクシャフトのピンジャーナルの切削送り速度の変化の説明図である。
【図６】クランクシャフトのピンジャーナルの切削送り速度の変化を示す図である。
【符号の説明】
１…ワーク（カムシャフトまたはクランクシャフト）、１１…カムシャフト、１１ａ…カム、１１ｂ…カム面、１２…クランクシャフト、１２ａ…ピンジャーナル、２０…Ｃ軸回転駆動装置、２１…支持装置、２１ａ…チャック、２１ｂ…クランプシリンダ、２３…Ｃ軸回転駆動モータ、２４…補助サポータ、２４ａ…補助サポータ本体、２４ｂ…補助サポータ爪、３０…カッタ駆動ユニット、３１…刃具、３２…カッタ、３２ａ…フライスカッタ、３２ｂ…研削砥石、３３…速度可変型カッタ主軸モータ、３７…主軸歯車箱、４０…サドル、４１…Ｘ軸スライド、４１ａ…Ｘ軸駆動モータ、４２…Ｚ軸スライド、４２ａ…Ｚ軸駆動モータ、６０…ベッド。
Claims (4)
- カムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法において、カムシャフト（１１）またはクランクシャフト（１２）をそれぞれの軸であるＣ軸回りに等速度で回転させ、
前記Ｃ軸回転に同期させて、Ｃ軸と平行な軸回りにそれぞれ回転自在で、かつ、Ｃ軸に直角のＸ軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタ（３２，３２）を使用し、カムシャフト（１１）のカム（１１ａ，１１ａ）またはクランクシャフト（１２）のピンジャーナル（１２ａ，１２ａ）を切削中に、変動する切削負荷に対応して、該切削負荷が略均一となるように、前記それぞれのカッタ（３２，３２）の切削回転速度を制御して、カムシャフト（１１）の２つのカム（１１ａ，１１ａ）またはクランクシャフト（１２）の２つのピンジャーナル（１２ａ，１２ａ）をそれぞれの前記カッタ（３２，３２）で同時に加工する
ことを特徴とするカムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法。 - カムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法において、カムシャフト（１１）またはクランクシャフト（１２）をそれぞれの軸であるＣ軸回りに等速度で回転させ、
前記Ｃ軸回転に同期させて、Ｃ軸と平行な軸回りにそれぞれ回転自在で、かつ、Ｃ軸に直角のＸ軸方向にそれぞれ移動自在とした２基のカッタ（３２，３２）を使用し、カムシャフト（１１）のカム（１１ａ，１１ａ）またはクランクシャフト（１２）のピンジャーナル（１２ａ，１２ａ）を切削中に、それぞれの負荷の大きく変動する部分のみ、前記それぞれのカッタ（３２，３２）の切削回転速度を上げる制御を行って、カムシャフト（１１）の２つのカム（１１ａ，１１ａ）またはクランクシャフト（１２）の２つのピンジャーナル（１２ａ，１２ａ）をそれぞれの前記カッタ（３２，３２）で同時に加工する
ことを特徴とするカムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法。 - 前記カッタ（３２，３２）は、切刃をその外周面上に配した円盤型のフライスカッタ（３２ａ，３２ａ）を使用してフライス加工を行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のカムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法。 - 前記カッタ（３２，３２）は、円盤型の研削砥石（３２ｂ，３２ｂ）を使用して研削加工を行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のカムシャフトまたはクランクシャフトの加工方法。
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