JP2009142959A - カムシャフトの加工方法 - Google Patents

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秀明 高橋
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Abstract

【課題】 コストを削減し、カム駒とジャーナル部に同時に加工を行うことのできるカムシャフトの加工方法を提供する。
【解決手段】 カムシャフトを回転させてカム駒の外周面を研削部材により研削加工する時に、ジャーナル部の外周面に当接するジャーナル当接部を有するジャーナル仕上げ部材でジャーナル部を支持するカムシャフトの製造方法において、ジャーナル仕上げ部材のジャーナル当接部は研磨部材より成り、ジャーナル仕上げ部材は、研削部材とカムシャフトを挟んで対向する側に配置され、カム駒の外周面に研削部材で研削加工を施すことによりジャーナル部にも荷重が付与され、ジャーナル仕上げ部材のジャーナル当接部にジャーナル部が回転しながら押しつけられジャーナル部の外周面に仕上げ加工を施す。
【選択図】図3

Description

本発明は、自動車等のエンジンに使用されるカムシャフトの加工方法に関する。
一般に使用されているカムシャフトとしては、図1に示される如きものがある。このカムシャフト91は、図1に示される如く軸線方向に延びるシャフト部94と、シャフト部94上に設けられる複数のカム駒93及びジャーナル部92とより構成される。カム駒93は円周状のベース部97とベース部97から突出するノーズ部96とを有する非円形形状である。またジャーナル部92は、その外周がシャフト部94より大径で同心の円形形状である。
このようなカムシャフト91は、予め鋳造によりカムシャフト素材を成形し、ジャーナル部92に研削加工を施した後、カム駒93に研削加工が行われる。更にジャーナル部92に高い面粗度が求められる場合には、カム駒93の研削加工に続いて、ジャーナル部92にラッピング加工などの仕上げ加工が施される。この場合、カム駒93研削後に更に別工程でジャーナル部92に加工を行うため、加工工数が増加するという問題があった。またラッピング加工用の設備が必要となり、広いスペースが必要となるという問題があった。
そこで、カム駒93に研削加工を施すと同時に、ジャーナル部92に仕上げ加工を施すことが考えられる。特許文献1には、カム駒に研削加工を施すと同時にジャーナル部にラッピング加工を施すカムシャフトの加工方法が開示されている。また、特許文献2には、カムシャフトのカム駒研削加工時に、カムシャフトを支持するためにワークレスト等の支持部材が使用されることが開示されている。
特許文献1のカムシャフトの加工装置は、カムシャフトを保持するワーク支持ユニットと、カム駒を研削する研削部材を有するカム研削ユニットと、ジャーナル部にラッピング加工を施す研磨部材を有するジャーナル研磨ユニットとを備えている。カム駒に研削部材で研削加工を施すと同時にジャーナル部に研磨部材でラッピング加工を行っている。なお、特許文献1にはカムシャフトの支持部材について記載されていないが、特許文献2に記載される如く、支持部材が使用されることは一般的である。
特開2006−15432号 特開平10−225856号
しかし上記の如きカムシャフトの加工方法においては、カムシャフトの加工装置が、カムシャフトを保持するワーク支持ユニットと、カム駒を研削する研削部材を有するカム研削ユニットと、ジャーナル部にラッピング加工を施す研磨部材を有するジャーナル研磨ユニットと、カムシャフトを支持する支持部材とを備え、カム駒の研削加工を行うカム研削ユニットとジャーナル部にラッピング加工を施すジャーナル研磨ユニットとはそれぞれ独立した加工装置であり、各装置がカム駒及びジャーナル部に加工を施すため、複数の装置が必要であるので、カム駒の研削とジャーナル部の仕上げ加工とを別々に行う場合と比べてコストの削減に対する寄与度が低いという問題があった。
従って、本発明は上述の如き課題を解決し、コストを削減し、カム駒とジャーナル部に同時に加工を行うことのできるカムシャフトの加工方法を提供することを目的とする。
本発明のカムシャフトの加工方法は、非円形のカム駒と円形のジャーナル部とを有するカムシャフトの加工方法であって、カムシャフトを回転させてカム駒の外周面を研削部材により研削加工する時に、ジャーナル部の外周面に当接するジャーナル当接部を有するジャーナル仕上げ部材でジャーナル部を支持するカムシャフトの加工方法において、ジャーナル仕上げ部材のジャーナル当接部は研磨部材より成り、ジャーナル仕上げ部材は、研削部材とカムシャフトを挟んで対向する側に配置され、カム駒の外周面に研削部材で研削加工を施すことによりジャーナル部にも荷重が付与され、支持部材のジャーナル当接部にジャーナル部が回転しながら押しつけられジャーナル部の外周面に仕上げ加工を施すことを第一の特徴とする。
本発明のカムシャフトの加工方法は、ジャーナル仕上げ部材のジャーナル当接部は、ジャーナル部の軸方向幅と全面に亘って当接する長さの幅を有することを第二の特徴とする。
本発明のカムシャフトの加工方法は、ジャーナル仕上げ部材のジャーナル当接部は、ジャーナル部の軸方向幅より狭く、ジャーナル部の外周面を軸方向に移動しながら加工することを第三の特徴とする。
本発明の特徴によるカムシャフトの成形方法によれば、カムシャフトを回転させてカム駒の外周面を研削部材により研削加工する時に、ジャーナル部の外周面に当接するジャーナル当接部を有するジャーナル仕上げ部材でジャーナル部を支持するカムシャフトの製造方法において、ジャーナル仕上げ部材のジャーナル当接部は研磨部材より成り、ジャーナル仕上げ部材は、研削部材とカムシャフトを挟んで対向する側に配置され、カム駒の外周面に研削部材で研削加工を施すことによりジャーナル部にも荷重が付与され、ジャーナル仕上げ部材のジャーナル当接部にジャーナル部が回転しながら押しつけられジャーナル部の外周面に仕上げ加工を施すので、カム駒の外周面に施される研削加工によりカムシャフトに付与される荷重を利用してジャーナル部を支持するジャーナル仕上げ部材によりジャーナル部に仕上げ加工を施すことができるため、従来はカム駒の研削とジャーナル部の仕上げ加工を同時に行う場合には、カムシャフトを保持するワーク支持ユニットと、カム駒の研削装置、ジャーナル部の仕上げ装置、カムシャフトを支持するための支持部材が必要であったが、ジャーナル部の仕上げ装置がカムシャフトを支持する機能も備えるので、コストを削減して、カム駒に研削加工を施すと同時にジャーナル部の仕上げ加工を行うことが可能となる。また、ジャーナル部はジャーナル当接部が押しつけられることにより仕上げ加工されるので、仕上げ加工を行う前の研削加工時にジャーナル部の外周面に生じた微細な凹凸部が平坦になり、高い面粗度を得ることができる。
また、ジャーナル仕上げ部材のジャーナル当接部は、ジャーナル部の軸方向幅と全面に亘って当接する長さの幅を有すると、ジャーナル当接部がジャーナル部の全面に当接して仕上げ加工を施すことができるので、ジャーナル部を全周に亘って仕上げ加工できる。
また、ジャーナル仕上げ部材のジャーナル当接部は、ジャーナル部の軸方向幅より狭く、ジャーナル部の外周面を軸方向に移動しながら加工すると、支持部材が小型でよいので設備の費用が抑制される。またジャーナル当接部は、継続使用により微小ではあるが摩耗が生じる。その摩耗した部分がジャーナル部の同じ部分に当接し続けると、その部分の加工精度は他の部分と比較して悪くなり、ジャーナル部の真直度が低くなるということがある。そこでジャーナル当接部のジャーナル部への当接位置が変化すると、ジャーナル当接部の摩耗した部分がジャーナル部の同じ位置に当接し続けることはないので、ジャーナル部に均一な加工を行うことができるため、ジャーナル部の真直度が高くなる。
本発明の実施の形態を、添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。
図は本発明の実施例によるカムシャフトの加工方法を表すもので、図1はカムシャフトの平面図、図2は本発明の実施例によるカムシャフトの加工装置の平面図、図3は本発明の実施例によるカム駒及びジャーナル部の加工状態を表す部分断面側面図、図4は本発明の実施例によるジャーナル部の加工状態を表す要部拡大図、図5は他の実施例によるカムシャフトの加工装置の平面図、図6は他の実施例によるジャーナル仕上げユニットの部分断面側面図、図7は本発明の他の実施例によるジャーナル部の加工状態を表す要部拡大図である。
本発明の実施例によるカムシャフトの加工方法について、図1乃至図4に基づいて説明する。
図1に示されるのは本発明の実施例によるカムシャフトの加工装置で加工されるカムシャフト91である。このカムシャフト91は軸線方向に延びるシャフト部94と、シャフト部94上に設けられる複数のカム駒93、ジャーナル部92及びシャフト部94の一方端部に設けられるスラスト95から構成される。ジャーナル部92はその外周がシャフト部94より大径で同心の円形状である。カム駒93は、円周状のベース部97とベース部97から突出するノーズ部96とを有する非円形状である。
このようなカムシャフト91は、予め鋳造によりカムシャフト素材を成形した後、ジャーナル部92に研削加工を行い、ついでカム駒93に研削加工と、ジャーナル部92に仕上げ加工を行い、製造される。
まず、カムシャフトの加工装置51について図2に基づいて説明する。カムシャフトの加工装置51は、カムシャフト91を保持するワーク支持ユニット41と、カム駒93に研削加工を施すカム研削ユニット21と、ジャーナル部92を支持するとともにジャーナル部92に仕上げ加工を施すジャーナル仕上げユニット1とからなる。
ワーク支持ユニット41は、テーブル61上に配置され、カムシャフト91の一端端部を支持するセンター治具45と、他端端部を支持する主軸台42とからなり、主軸台42は第一レール上をセンター治具45に対して接近、離反可能に取り付けられる。主軸台42に主軸が支承され、この主軸の外端に連結して、それを回転駆動する第1伝動モータ44が主軸台42にとりつけられ、主軸の内端にはチャック43が付設される。センター治具45は、主軸台のチャック43と協働して、カムシャフト91を支持する。
カム研削ユニット21は、図示せぬ電動モータによりカムシャフト91の軸線垂直方向に移動可能な可動テーブル27を備え、可動テーブル27の側面には軸線方向に延びる第二レール26が形成されており、第二レール26に摺動可能にとりつけられる砥石台25には、第2電動モータ24が支承される。この第2電動モータ24には、砥石スピンドル23を介してカムシャフト91のカム駒93を順次研削する研削部材である砥石22が着脱可能に固着される。また砥石台25は、連結ブロック28により一体に連結されて、第二レール26上を摺動しうるようになっており、この連結ブロック28には、連結ブロック28を往復動させ得る連結ブロック駆動手段31が設けられる。この連結ブロック駆動手段31は、軸線方向に配置されて連結ブロックに螺合されるねじ軸29と、可動テーブル27にとりつけられてねじ軸29を正逆回転させ得る第3電動モータ30とから構成される。
ジャーナル仕上げユニット1は、図2及び図3に示す如く、ジャーナル部92を支持するワークレストとしての機能も有するジャーナル仕上げ部材10である。カム駒93の加工時には、カム駒93に砥石22から大きな荷重がかかり、長尺物であるカムシャフト91の一箇所に対して大きな荷重がかかることになるため、カムシャフト91が撓むことを防ぐためにジャーナル部92を支持するワークレストが一般的に使用されるが、ジャーナル仕上げ部材10は、ワークレストと同様にジャーナル部92を支持する。このジャーナル仕上げ部材10は、カムシャフト91を挟んでカム研削ユニット21の砥石22と対向する側に配置される。このジャーナル仕上げ部材10は、シュー2,3と、シュー2,3が固定ボルト4により固定される本体部6とより成る。シュー2,3は、カムシャフト91の軸線に対して下側の垂直方向からジャーナル部92を支持するロアーシュー3と、ロアーシュー3に対して直交するように配置され、カムシャフト91の軸線に対して水平方向からジャーナル部92を支持するアッパーシュー2とを有する。ロアーシュー3及びアッパーシュー2は、それぞれの位置を調整する調整ボルト5と連結し、この調整ボルト5により、カムシャフト91に対する距離が調整可能な状態になっている。また本体部6は、二つのシュー2,3が砥石側に配置される状態で、一方下端8がボルト9によりテーブル61に固定されている。また本体部6の上部にはクーラントノズル7が備えられ、クーラントノズル7は図示せぬチューブを経てクーラントタンクに繋がっている。このジャーナル仕上げ部材10は、カムシャフト91のジャーナル部92の個数や配置によって任意の位置にテーブル61にとりつけられるようになっており、本実施例では、四個のジャーナル仕上げ部材10が使用されている。
ジャーナル仕上げ部材10のシュー2,3は、金属製の基部2a,3aの端部にジャーナル部92に直接当接するジャーナル当接部2b,3bが接合されている。このジャーナル当接部2b,3bは、直接ジャーナル部92に当接する部分がジャーナル部92の曲率より大きい曲率で形成される円弧形状である。またジャーナル当接部2b,3bは、ダイヤモンドコンパックスや超硬合金等の耐摩耗性が高い素材から成り、基部2a,3aにロー付けされている。このジャーナル当接部2b,3bは、図4に示す如くジャーナル部92の軸方向幅l1よりやや長い幅l2を有し、ジャーナル部92に当接するときはジャーナル部92の全面に亘って当接する。
次に、上記カムシャフト加工装置51を使用してカムシャフト91を加工する方法について説明する。このカムシャフト加工装置51に投入されるのは、鋳造で成形されたカムシャフト素材で、ジャーナル部92は研削加工済みのカムシャフト91である。このジャーナル部92の表面には研削加工により微小な凹凸である研削筋が形成されている。
カム駒93の研削方法及びジャーナル部92の仕上げ加工方法について説明する。まず、カム駒93の研削及びジャーナル部92の仕上げ加工を実施する前に予めカムシャフト加工装置51を所定の状態に設定する。予めカム研削ユニット21の砥石22を退避させた状態で、ジャーナル仕上げ部材10をジャーナル部92の位置に合わせて配置し、テーブル61に固定ネジ9により固定する。このときシュー2,3を、調整ボルト5によりジャーナル部92に押しつけられる状態に調整する。続いてカムシャフト91の一端端部を主軸台42のチャック43で支持し、ついでカムシャフト91の全てのジャーナル部92をジャーナル仕上げ部材10のロアーシュー3及びアッパーシュー2に当接するようにジャーナル仕上げ部材10上に配置する。続いてセンター治具45がカムシャフト91の他端端部に向かって移動し、センター軸45がカムシャフト91の他端端部を支持し、カムシャフト91が固定される。
カムシャフト91が固定された後、砥石22はカムシャフト91の一端端部側のカム駒93aに対向する位置に移動される。主軸台42によりカムシャフト91が回転されると共に砥石スピンドル23が回転されて、これと一体的に砥石22が回転される。砥石22の回転と同時に図示せぬノズルからクーラントがカム駒93に向かって噴射された状態で、砥石22がカム駒93に当接してカム駒93の研削が行われる。カム駒93の研削が開始されると同時にジャーナル部92の仕上げ加工も開始される。ロアーシュー3及びアッパーシュー2のそれぞれのジャーナル当接部2b,3bがジャーナル部92に当接した状態でカム駒93の加工が開始されると、カム駒93が砥石22から受ける荷重がカムシャフト91全体にかかり、ジャーナル部92も砥石22から受ける荷重によりロアーシュー3及びアッパーシュー2に押しつけられる。このときクーラントノズル7からジャーナル部92とジャーナル当接部2b,3bが当接する箇所にクーラントが噴射される。このようにジャーナル当接部2b,3bにジャーナル部92が押しつけられると、反力によりジャーナル当接部2b,3bがジャーナル部92を押すことになり、ジャーナル当接部92がジャーナル部93の表面に形成された微小な凹凸を均し、バニッシュ仕上げを行う。このときシュー2,3のジャーナル当接部2b,3bのカムシャフト軸方向幅はジャーナル部93のカムシャフト軸方向幅より長く、ジャーナル部92の全面に亘ってジャーナル当接部2b,3bが当接しているので、ジャーナル部92は回転しながらジャーナル当接部2b,3bに全周にわたって仕上げられる。
カム駒93aに所定量の研削が行われると、砥石22は一端端部側のカム駒93aから退避し、続いて次のカム駒93bに対向する位置に移動する。この状態から砥石22がカム駒93bに接近し、当接すると同時に二番目のカム駒93bの研削が開始される。その後、順次、隣接するカム駒93に対し研削加工が施され、カムシャフト91の他端端部側の最後のカム駒93cに研削加工が施されると、カム駒93の加工は終了する。また、ジャーナル部92においては、カム駒93が砥石22から受ける荷重は、カムシャフト91全体にかかるので、カム駒93が研削加工される度にジャーナル部92もジャーナル当接部2b,3bにより加工が施されることになり、カム駒93の研削加工が終わると同時に、ジャーナル部92の仕上げ加工も終了する。
よって本発明のカムシャフトの加工方法によれば、カムシャフト91を回転させてカム駒93の外周面を研削部材22により研削加工する時に、ジャーナル部92の外周面に当接するジャーナル当接部2b,3bを有するジャーナル仕上げ部材10でジャーナル部92を支持するカムシャフトの加工方法において、ジャーナル仕上げ部材10のジャーナル当接部2b,3bは研磨部材より成り、ジャーナル仕上げ部材10は前記研削部材22と対向する位置に配置され、カム駒93の外周面に研削部材22で研削加工を施すことによりジャーナル部92にも荷重が付与され、ジャーナル仕上げ部材10のジャーナル当接部2b,3bにジャーナル部93が回転しながら押しつけられることによりジャーナル部93の外周面に仕上げ加工を施すので、ジャーナル仕上げ部材10によりジャーナル部93の仕上げ加工ができる。
次に本発明の他の実施例によるカムシャフトの加工方法について説明する。
他の実施例においては、前の実施例と異なる部分のみを説明する。他の実施例におけるジャーナル仕上げユニット71は、図5及び図6に示す如く、ジャーナル仕上げ部材80及びジャーナル仕上げ部材80をカムシャフト91の軸方向に移動可能にする移動手段72とからなる。ジャーナル仕上げ部材80は、図7に示す如く、シュー82,83におけるジャーナル当接部82b,83bのカムシャフト91の軸方向幅l4がジャーナル部92の軸方向幅l3より狭く形成されている。また移動手段72は、スライド73と第4テーブル74と第4電動モータ75とからなる。ジャーナル仕上げ部材80は、カムシャフト91の軸方向に移動可能であるスライド73上に固定されている。スライド73は、図6に示す如く、断面T字状でカムシャフト91の軸方向に対し水平に延びるレール部73aと、レール部73aと嵌合するスライドベース73bとからなり、スライドベース73bがレール部73a上を移動する。このスライド73は、テーブル61上に配置される第4テーブル74上に固定されている。このスライド73には第4電動モータ75が接続され、第4電動モータ75によりスライド73の動きが制御される。
上記ジャーナル仕上げユニット71を使用してジャーナル部92に仕上げ加工を施す場合、ジャーナル仕上げ部材80のシュー82,83は、ジャーナル部92の軸方向幅より狭いので、カム駒93加工前において、シュー82,83のジャーナル当接部82b,83bは、図7に示す如くジャーナル部92の外周面の一部にしか当接していない。このようにジャーナル当接部82b,83bがジャーナル部92に一部しか当接していない状態で、砥石22によるカム駒93の研削加工が開始される。同時に、第4電動モータ74の制御によりスライドベース73aがレール部73b上をカムシャフト91の軸方向に移動を開始する。このときスライドベース73aは、少なくともジャーナル部92の軸方向幅l3の範囲を往復する。すると、砥石22からカムシャフト91が受ける荷重でジャーナル部92がジャーナル当接部82b,83bに押しつけられてジャーナル部93に対してバニッシュ加工が行われるのと同時に、シュー82,83のジャーナル当接部82b,83bはジャーナル部92の外周面を平行に移動し、ジャーナル部92の全面に亘ってトラバース加工を行い、ジャーナル部92に仕上げ加工を行う。
よって本発明の他のカムシャフトの加工方法によれば、ジャーナル仕上げ部材80のジャーナル当接部82b,83bは、ジャーナル部92の軸方向幅より狭く、ジャーナル部92の外周面を軸方向に移動しながら加工すると、ジャーナル当接部82b,83bのジャーナル部92への当接位置が変化するため、ジャーナル当接部82b,83bに微小な摩耗が発生しても、ジャーナル部92に影響を与えず均一な加工を行うことができるため、ジャーナル部92の真直度が高くなる。
なお、実施例ではシューの数をロアーシューとアッパーシューの二つとして説明したが、シューの数は限定されるものではない。カムシャフトの軸線に対して垂直方向の上側からジャーナル部に当接するクランプシューを備えること等も考えられる。
また、実施例では鋳造カムシャフトに対しての加工を説明したが、鋳造カムシャフトに限定されるわけではない。組み立てカムシャフトにおいても、本発明の加工装置を使用することは可能である。
更に、実施例ではカムシャフト加工装置にカムシャフトを取り付ける場合、カムシャフトの一端端部を主軸台で支持し、ついでカムシャフトの全てのジャーナル部をジャーナル仕上げ部材上に配置した後、センター軸がカムシャフトの他端端部を支持してカムシャフトが固定する、と説明したがこの方法に限定されるわけではない。カムシャフトをジャーナル仕上げ部材上に配置した後、チャックとセンターによりカムシャフトの両端を支持する方法等も考えられる。
カムシャフトの平面図である。 本発明の実施例によるカムシャフトの加工装置の平面図である。 本発明の実施例によるカム駒及びジャーナル部の加工状態を表す部分断面側面図である。 本発明の実施例によるジャーナル部の加工状態を表す要部拡大図である。 本発明の他の実施例によるカムシャフトの加工装置の平面図である。 本発明の他の実施例によるジャーナル仕上げユニットの部分断面側面図である。 本発明の他の実施例によるジャーナル部の加工状態を表す要部拡大図である。
符号の説明
2b ジャーナル当接部
3b ジャーナル当接部
10 ジャーナル仕上げ部材
22 研削部材
91 カムシャフト
92 ジャーナル部
93 カム駒
l1 ジャーナル部の幅
l2 ジャーナル当接部の幅
l3 ジャーナル部の幅
l4 ジャーナル当接部の幅

Claims (3)

  1. 非円形のカム駒(93)と円形のジャーナル部(92)とを有するカムシャフト(91)の加工方法であって、カムシャフト(91)を回転させてカム駒(93)の外周面を研削部材(22)により研削加工する時に、ジャーナル部(92)の外周面に当接するジャーナル当接部(2b,3b)を有するジャーナル仕上げ部材(10)でジャーナル部(92)を支持するカムシャフトの加工方法において、前記ジャーナル仕上げ部材(10)のジャーナル当接部(2b,3b)は研磨部材より成り、前記ジャーナル仕上げ部材(10)は、前記研削部材(22)と前記カムシャフト(91)を挟んで対向する側に配置され、前記カム駒(93)の外周面に前記研削部材(22)で研削加工を施すことにより前記ジャーナル部(92)にも荷重が付与され、前記ジャーナル仕上げ部材(10)のジャーナル当接部(2b,3b)に前記ジャーナル部(92)が回転しながら押しつけられ前記ジャーナル部(92)の外周面に仕上げ加工を施すことを特徴とするカムシャフトの加工方法。
  2. 前記ジャーナル仕上げ部材(10)のジャーナル当接部(2b,3b)は、前記ジャーナル部(92)の軸方向幅(l1)と全面に亘って当接する長さの幅(l2)を有することを特徴とする請求項1記載のカムシャフトの加工方法。
  3. 前記ジャーナル仕上げ部材(80)のジャーナル当接部(82b,83b)は、前記ジャーナル部(92)の軸方向幅(l3)より狭く、前記ジャーナル部(92)の外周面を軸方向に移動しながら加工することを特徴とする請求項1記載のカムシャフトの加工方法。
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