JP2009226558A - カムシャフトの研削加工装置及び研削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凹部を備えたカム研削に好適なカムシャフトの研削加工装置及び研削加工方法を提供する。
【解決手段】カムプロフィール研削された複数のカムＣＬを備えるカムシャフトＣＳを支持するワークテーブル２と第２砥石車２３を支承する第２砥石台２０とを、カムシャフトＣＳの軸心方向と平行なＹ軸方向およびそれと直角なＸ軸方向に相対移動可能にベッド１上に装架し、Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ軸に平行な第２砥石軸２４を介して第２砥石台２０に第２砥石車２３を支承させ、カムシャフトＣＳの軸心回りの割出し回転によりカムシャフトＣＳのカムプロフィールの２箇所のイベント部ＣＬ３の凹部形成部位を第２砥石車２３に対面させて順次位置決めし、位置決め毎に、第２砥石台２０のワークテーブル２に対するＸ軸方向の相対移動とＹ軸方向の往復相対移動とを同時２軸制御して、カムプロフィールのイベント部ＣＬ３に凹部Ｇの研削創成運動を行なわせる。
【選択図】図１

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研削加工装置及び研削加工方法に関し、特に、凹部を有するカムを研削するに好適なカムシャフトの研削加工装置及び研削加工方法に関するものである。

従来からカムシャフトのカム部を研削するカム研削盤として、ワークを回転させる主軸と、主軸と平行な軸回りに回転する砥石車を有する砥石台とを備え、ワークを主軸により回転させながら、主軸の回転に連動して砥石台を主軸と直交する方向に移動させて、カム部の外周を所望のカム形状に研削するものが一般的である。

ところで、エンジンの出力や燃費の向上を目的として、カムにより動作される吸排気バルブの開弁動作速度及び閉弁動作速度を増加させるべく、カムプロフィールのイベント部に凹部を形成して、所謂「ひょうたん形」に形成することが要求されている。しかし、上記の一般的なカム研削盤では、図８に示すように、砥石車の直径が大きく、凹部を研削することができない。

従来から、このような凹部を備えたカムを研削するために、小径砥石を使用し且つ砥石台とワーク等との干渉を避けるように、砥石台をワークの回転軸に対して斜めに配置する研削方法が提案されている（特許文献１，２参照）。
特開平８−２４３９０６号公報 特開２００６−３５３８７号公報

しかしながら、上記した従来例では、砥石車を凹部に接触できる小径のものとしているため、砥石車の周速が低く、その研削効率（サイクルタイム）を向上できず、また、小径であるがために砥石の寿命が短く、砥石交換が頻繁に発生し、しかも、小径の砥石であるがためにその支持軸も太くできずに砥石位置精度が低下して研削精度を向上できない、高負荷研削ができない等の課題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、凹部を備えたカム研削に好適なカムシャフトの研削加工装置及び研削加工方法を提供することを目的とする。

本発明は、各気筒に対するカムプロフィール研削された複数のカムを備えるカムシャフトを支持するワーク支持装置と砥石車を支承する砥石台とが、カムシャフトの軸心方向と平行なＹ軸方向およびＹ軸に直交するＸ軸方向に相対移動可能にベッド上に装架され、前記砥石車は前記Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ軸に平行な砥石軸を介して前記砥石台に支承される一方、前記ワーク支持装置によるカムシャフトの軸心回りの割出し回転によりカムシャフトの各気筒毎のカムプロフィールの２箇所のイベント部の凹部形成部位を前記砥石車に対面させて順次位置決めする位置決め手段と、前記位置決め手段の位置決め毎に、前記砥石台のワーク支持装置に対するＸ軸方向の相対移動とＹ軸方向の往復相対移動とを同時２軸制御して、前記ワークと前記砥石車との間でカムプロフィールのイベント部に凹部の研削創成運動を行なわせる凹部創成制御手段と、前記気筒毎のカムへの凹部研削後に、前記砥石台と前記ワーク支持装置との相対的なＹ軸方向位置をトラバース送りして砥石車を隣接する気筒のカムに対面させるトラバース送り制御手段と、を備えるようにした。

したがって、本発明では、各気筒に対するカムプロフィール研削された複数のカムを備えるカムシャフトを支持するワーク支持装置と砥石車を支承する砥石台とを、カムシャフトの軸心方向と平行なＹ軸方向およびＹ軸に直交するＸ軸方向に相対移動可能にベッド上に装架し、前記砥石車は前記Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ軸に平行な砥石軸を介して前記砥石台に支承される一方、前記ワーク支持装置によるカムシャフトの軸心回りの割出し回転によりカムシャフトの各気筒毎のカムプロフィールの２箇所のイベント部の凹部形成部位を前記砥石車に対面させて順次位置決めし、前記位置決め毎に、前記砥石台のワーク支持装置に対するＸ軸方向の相対移動とＹ軸方向の往復相対移動とを同時２軸制御して、前記ワークと前記砥石車との間でカムプロフィールのイベント部に凹部の研削創成運動を行なわせ、前記気筒毎のカムへの凹部研削後に、前記砥石台と前記ワーク支持装置との相対的なＹ軸方向位置をトラバース送りして砥石車を隣接する気筒のカムに対面させる構成を備えるため、カムの凹部の研削に、大きな砥石を使うことができ、砥石寿命を長くできる。また、大きな砥石によって、砥石周速度を上げることができ、理想的な研削条件の設定が可能となり、高能率研削加工が可能となる。また、カムシャフトを持ち替えることなく、一回のチャックでカムプロフィール部研削と凹部の研削を行うため、つなぎ目を精度良く滑らかにつなぐことができる。

以下、本発明のカムシャフトの研削加工装置及び研削加工方法を各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明を適用したカムシャフト研削加工装置及び研削加工方法の第１実施形態を示すカムシャフトの研削加工装置の平面図（Ａ）、左側面図（Ｂ）、および右側面図（Ｃ）である。

図１において、カムシャフト研削加工装置は、ベッド１上に、ワークＷを回転駆動可能に支持するワークテーブル２と、ワークテーブル２の後方に配置されてワークＷの外形プロフィールを研削する工具を支持する第１工具テーブル３と、ワークテーブル２の前方に配置されてワークＷの凹部Ｇを研削する工具を支持する第２工具テーブル４と、を備える。

前記ワークテーブル２上には、主軸６（Ｙ軸方向）を備える主軸台５が配置され、主軸６は図示しないサーボモータにより回転される。また、ワークテーブル２上の主軸台５と対向する部位には心押台７が、そのセンタを主軸６と同軸線上にして位置調整可能に固定配置されている。この心押台７のセンタと主軸６のセンタとにより、ワークＷとしての複数のカムＣＬ（カムロブ）を備えるカムシャフトＣＳが図示しないセンタ穴を介して挟持され、図示しない位置決めピンによりカムシャフトＣＳの回転位相と主軸６の回転位相とを一致させている。そして、図示しないサーボモータにより主軸６が回転駆動されてワークＷとしてのカムシャフトＣＳをＹ軸に平行なＣ軸回りに回転させる。なお、以下では、主軸６のセンタと心押台７のセンタとを結ぶ方向をＹ軸とし、このＹ軸に直交する水平方向をＸ軸とし、またＹ軸に直交する上下方向をＺ軸とする。

前記第１工具テーブル３は、ワークテーブル２に沿って平行（Ｙ軸方向）にサーボモータ１１により移動可能であり、また、第１工具テーブル３には工具送り軸（Ｘ軸）に沿って進退可能な第１砥石台１０が配置されている。この第１砥石台１０は、図示しないモータにより回転駆動される大径の第１砥石車１３が支持され、第１砥石台１０はサーボモータ１２により（Ｘ軸方向）前進または後退可能に駆動可能となっている。第１砥石車１３は、図１に示すように、主軸６と心押台７とを結んだ主軸６の軸線（Ｙ軸方向）に対し、平行な砥石軸１４を介して第１砥石台１０に支承され、この第１砥石台１０の前面よりワークＷ側に突出した外径の大径砥石となっている。また、第１砥石車１３の背面には、第１工具テーブル３上に支持して、第１砥石車１３を整形するツルーイング機能と第１砥石車１３を再生するドレッシング機能とを備えるツルーイング装置１５が配置されている。

前記第２工具テーブル４は、ワークテーブル２に沿って平行（Ｙ軸方向）にサーボモータ２１により移動可能であり、また、第２工具テーブル４には工具送り軸（Ｘ軸方向）に沿って進退可能な第２砥石台２０が配置されている。この第２砥石台２０には、図示しないモータにより回転駆動される２個の第２砥石車２３が支持され、第２砥石台２０はサーボモータ２２によりＸ軸方向に前進または後退可能となっている。２個の第２砥石車２３は、図１に示すように、主軸６と心押台７とを結んだ主軸６の軸線（Ｙ軸）に対し、直交する（Ｚ軸方向、上下方向軸）砥石軸２４を介して第２砥石台２０に支承され、この第２砥石台２０の前面よりワークＷ側に突出した、凹部研削創成時に隣接する気筒のカムＣＬと干渉しない程度の大径に形成された外径の大径砥石となっている。前記２個の第２砥石車２３は、砥石軸２４上にその軸方向（Ｚ軸方向、上下方向）でオフセットした位置に固定されている。

また、前記第２砥石台２０は、サーボモータ２６により前記主軸６の軸線（Ｙ軸）に対して直交する方向（Ｚ軸方向）に昇降移動可能に配置され、前記砥石軸２４にオフセットして配置している２個の第２砥石車２３のいずれか一方をワークＷの加工対象部位に応じて選択して前記主軸６の軸線と略一致する（Ｚ軸方向の）高さに移動させて、カムＣＬの凹部Ｇの研削加工を実施可能である。また、第２砥石車２３の背面には、第２工具テーブル４上に支持して、第２砥石車２３を整形するツルーイング機能と第２砥石車２３を再生するドレッシング機能とを備えるツルーイング装置２５が配置されている。

前記２個の第２砥石車２３は、図１（Ｂ）および図２に示すように、カムＣＬのイベント部ＣＬ３に形成する一対の凹部Ｇのそれぞれの形状に倣う総形の断面形状をそれぞれ周面に備えるよう構成している。従って、図１（Ｂ）に示すように、一方の凹部Ｇの研削創成時には、一方の第２砥石車２３ＡをＺ軸方向に移動させて実線図示のカムＣＬの一方の凹部加工部位に対面させ、Ｘ軸方向に前進させて研削創成可能としている。また、他方の凹部Ｇの研削創成時には、カムシャフトＣＳを主軸６により回転させて波線図示するカムＣＬの他方の凹部加工部位を第２砥石車２３に対面する位相に位置させ、第２砥石台２０をＺ方向に移動させることで他方の第２砥石車２３Ｂを他方の凹部加工部位に対面させ、他方の凹部Ｇに他方の第２砥石車２３ＢをＸ軸方向に前進させて研削創成可能としている。

数値制御装置３０には、ワークテーブル２の主軸６および第１工具テーブル３のＸ軸用の各サーボモータ１２を同時制御して回転させ、主軸６のＸ−Ｙ平面内でのＣ軸回りの回転位相に応じて第１砥石台１０をＸ方向に進退移動させ、ワークＷと第１砥石車１３との間でカムプロフィール創成運動を行わせるカムプロフィール創生ＮＣデータが創成制御手段として記憶されている。さらに、数値制御装置３０には、カムプロフィール創成運動に重畳して第１砥石台１０をワークテーブル２に向かってＸ軸方向に（プランジ）研削送りする（プランジ）研削送りプログラムが（プランジ）研削送り制御手段として記憶されている。また、第１砥石台１０をサーボモータ１１によりＹ軸方向にトラバース研削送りさせるトラバース研削プログラムがトラバース研削送り制御手段として数値制御装置３０に記憶されている。

また、数値制御装置３０には、ワークテーブル２の主軸６の図示しないサーボモータにより、各カムＣＬの各凹部Ｇを研削加工可能な位相に回転制御する凹部割出しデータが記憶されており、割出された凹部Ｇに対応する第２砥石車２３を第２砥石台２０をＺ軸方向のサーボモータ２６を制御して割出された凹部Ｇに対面させ、第２砥石台２０をＸ方向に進退移動させ、ワークＷと第２砥石車２３との間で凹部Ｇを創成する凹部創成ＮＣデータが凹部創成制御手段として記憶されている。また、第２砥石台２０による凹部創成運動は、第２砥石台２０をサーボモータ２１によりＹ軸方向に往復運動させて隣合う同じ気筒に対するカムＣＬに対して同時に凹部創成運動を実施する往復プログラムも含まれている。また、第２砥石台２０をサーボモータ２１によりＹ軸方向にトラバース研削送りして隣接する気筒に対する一対のカムＣＬへ移動させるトラバース研削プログラムがトラバース研削送り制御手段として数値制御装置３０に記憶されている。

次に、上記実施形態の作動について説明する。本実施形態で研削するカムシャフトＣＳは、例えば、各気筒に２個の吸気弁（および２個の排気弁）を備えるＶ形６気筒エンジンの片バンクに使用するカムシャフトＣＳを想定しており、気筒毎に同位相の２個のカムＣＬを隣合わせて備えている。

先ず、ワークＷを主軸６の図示しないチャックに回転方向の位相決めを行って把持し、後端部を心押台７のセンタで挟持して起動釦を押すと、数値制御装置３０は図３に示すプログラムを実行する。

サーボモータ１１が数値制御装置３０からの指令により回転駆動され、第１工具テーブル３がＹ軸方向に移動され、第１砥石車１３がワークＷの最初に研削するカムＣＬと対向する研削開始位置に割出される（ステップＳ１）。

次に主軸６のサーボモータ及び第１工具テーブル３のＸ軸サーボモータ１２がカムプロフィール創生ＮＣデータにより同時２軸制御されて回転され、主軸６のＹ‐Ｚ平面内でのＣ軸回りの回転位相に応じて第１砥石台１０がＸ方向に進退移動され、ワークＷと第１砥石車１３との間でカムプロフィール創成運動が行われる。これと同時に、主軸６の回転に連動してＸ軸サーボモータ１２が回転され、第１砥石台１０がワークテーブル２に向かって粗研削送り速度で粗研削完了位置までＸ方向に前進され、プロフィール創成運動に重畳して第１砥石車１３がワークＷに向かってＸ軸方向にプランジ粗研削送りされる（ステップＳ２）。

また、第１砥石台１０が粗研削完了位置まで粗研削送り速度で前進されプランジ粗研削が完了すると、第１砥石車１３がプロフィール創成運動に重畳してワークＷに向かって仕上げ研削送り速度で仕上げ研削完了位置までＸ軸方向にプランジ仕上げ研削送りされ、第１砥石車１３がカムＣＬをプランジ仕上げ研削する（ステップＳ２）。このプロフィール創成運動により、当該カムＣＬは、図４の鎖線を含む外形プロフィールに研削される。なお、図４において、カムプロフィールは弁リフトを伴わないベースサークル部ＣＬ１と、ベースサークル部ＣＬ１の両端に連なる弁リフト開始領域および弁閉領域を含むランプ部ＣＬ２と、弁開放途中および弁閉途中のイベント部ＣＬ３と、弁リフトが最大となるトップ部ＣＬ４とにより構成されている。

ステップＳ３により、続いて、第１砥石台１０をサーボモータ１１によりＹ軸方向にトラバース研削送りして隣接するカムＣＬのプロフィール研削が上記したステップＳ１〜Ｓ２により実施され、全てのカムＣＬのプロフィール研削が完了されるまで、上記したステップＳ１〜Ｓ３が繰返され、全てのカムＣＬのプロフィール研削が完了したと判定されると、ステップＳ４へ進み、第１砥石車１３がサーボモータ１２によりカムＣＬから離間され、Ｘ軸方向に後退される。

次いで、主軸６が図示しないサーボモータにより最初に創成する凹部Ｇを研削加工可能な位相に回転制御する（ステップＳ５）。次いで、割出された凹部Ｇに対応する第２砥石車２３を、第２砥石台２０をＺ軸方向のサーボモータを制御して割出された凹部ＧにＺ軸方向で対面させると共にＹ軸方向にサーボモータ２１により割出された凹部ＧにＹ軸上で対面するよう位置決めして、第２砥石台２０をサーボモータ２２によりＸ方向に前進移動させると共に往復プログラムにより第２砥石台２０をサーボモータ２１によりＹ軸方向に往復運動させて隣合う同じ気筒に対するカムＣＬに対して同時に、ワークＷと第２砥石車２３との間で凹部Ｇを粗創成する凹部粗研削が行なわれる（ステップＳ７）。

また、第２砥石台２０が粗研削完了位置まで粗研削送り速度で前進され凹部粗研削が完了すると、第２砥石車２３が凹部創成運動に重畳してワークＷに向かって仕上げ研削送り速度で仕上げ研削完了位置までＹ軸方向に往復運動しつつＸ軸方向に仕上げ研削送りされ、第２砥石車２３がカムＣＬの凹部Ｇを仕上げ研削する（ステップＳ７）。

この凹部研削運動により、各カムＣＬは、図４の鎖線を含む外形プロフィールからイベント部ＣＬ３に凹部Ｇが研削された実線に示す外形に一度の研削により凹部Ｇを仕上げ研削することができる。この凹部創成運動は、図５に示すように、カムシャフトＣＳの軸心と第２砥石車２３の厚さ方向中央面とが概略一致させると、第２砥石車２３による研削負荷がカムシャフトＣＳの軸心に作用するため、カムシャフトＣＳの研削負荷による曲げを最少とでき、研削歪みを最少とできるが、大きくずれると曲げ歪みに捩り歪みが加わり望ましくない。

ステップＳ８の判定により当該気筒の他方の凹部研削が成されていない場合には、続いて、主軸６が図示しないサーボモータにより次に創成する他方の凹部Ｇを研削加工可能な位相に回転制御する（ステップＳ５）。そして、同じ気筒のカムＣＬの他方の凹部研削が上記したステップＳ６〜Ｓ７により実施される。そして、ステップＳ８により当該気筒に対する一対のカムＣＬの一対の凹部研削が終了する毎に、第２砥石台２０をサーボモータ２１によりＹ軸方向にトラバース研削送りして隣接する気筒のカムＣＬの凹部研削が上記したステップＳ５〜Ｓ７により実施される。全ての気筒のカムＣＬの凹部研削が完了されるまで、上記したステップＳ５〜Ｓ７が繰返され、全ての気筒のカムＣＬの凹部研削が完了したと判定されると、ステップＳ８からステップＳ９へ進み、第２砥石車２３がサーボモータ２２によりカム部から離間され、Ｘ軸方向に後退される。

本実施形態では、第１工具テーブル３を備える既存のカム研削盤をベースに、カムプロフィール研削用の第１砥石軸１４に対して軸が直交配置されている凹部研削用の第２砥石軸２４を備える凹部研削手段を組込むことにより、複合研削盤とし、カムプロフィール研削用の大径の第１砥石車１３でカムＣＬのプロフィール外周を研削し、その後、凹部研削用の第２砥石車２３でカムＣＬの凹部Ｇの研削を行うようにしている。このため、カムＣＬの凹部Ｇの研削に、大きな砥石を使うことができ、砥石寿命を長くできる。また、大きな砥石によって、砥石周速度を上げることができ、理想的な研削条件の設定が可能となり、高能率研削加工が可能となる。また、カムシャフトＣＳを持ち替えることなく、一回のチャックでカムプロフィール部研削と凹部Ｇの研削を行うため、つなぎ目を精度良く滑らかにつなぐことができる。

なお、比較例として、砥石断面形状がカムプロフィールの凹部Ｇの最小半径よりも小さい半径の砥石車で、カムプロフィールの全面を一周して加工することも凹部Ｇを有するカムＣＬの一つの研削方法であるが、砥石車とカムプロフィール面は点接触となり、面粗度が悪くなる。また、研削能率が悪くなり、加工時間が非常に長くなる。また、面粗度を良くするには、砥石車の送りを小さくする必要があり、加工時間が大幅にのびてサイクルタイムが長くなる。また、砥石車とカムプロフィール面は点接触となるため、砥石車をカムＣＬの厚み方向（カムシャフトＣＳの長手方向）に往復移動させて、何周も繰り返して加工を行う必要があり、プロフィール全面を加工するのに膨大な時間を要し、量産工法としては、不向きなものとなってしまう。

また、外周プロフィール面の研削加工と凹部Ｇの研削とをそれぞれ別の研削盤で加工する場合には、２つの研削盤間でワーク位置決め誤差等が生じ、外周プロフィール面と凹部Ｇを精度良くつなぐことが難しくなる不具合が発生する。

しかしながら、本実施形態では、カムプロフィール研削用の大径の第１砥石車１３でカムＣＬのプロフィール外周を研削し、その後、凹部研削用の第２砥石車２３でカムＣＬの凹部Ｇの研削を行うようにしているため、カムＣＬのプロフィールの外周研削は既存のカム研削盤と同様に能率的に実施することができる一方、プロフィール研削されたカムＣＬに対して第２砥石車２３により凹部Ｇのみを凹部研削により実施すればよく、外周プロフィール面と凹部Ｇを精度良くつなぐことができ、面精度を維持しつつ研削能率を向上でき、加工時間を短縮することができる。

また、第２砥石車２３は凹部Ｇと対応する総形形状を備えて線接触となり、砥石をカムＣＬの厚み方向（カムシャフトＣＳの長手方向）に往復移動させて加工を行う必要があるが、対象とする加工部位が凹部Ｇのみであり、プロフィール全面を加工するのに対して、最少の時間でよく、量産工法として最適である。

また、カムＣＬの凹部Ｇの研削加工は、気筒毎に配置される一対のカムＣＬに対して、凹部Ｇに対応する総形形状の第２砥石車２３によりカムシャフトＣＳの軸方向に往復移動させながら、同時に粗研削−仕上げ研削（若しくは、粗研削−中研削−仕上げ研削）を実施するため、研削効率を向上させることができる。

上記実施形態では、ワークテーブル２をベッド１上に固定し、ベッド１上にＹ軸方向に移動可能に載置された第１、２工具テーブル３，４に第１、２砥石台１０、２０をＸ軸方向に移動可能に載置し、第１、２砥石台１０、２０がＹ軸およびＸ軸方向に移動するようにしているが、ワークＷを支持するワークテーブル２をベッド１上にＹ軸方向に移動可能に載置し、第１，２砥石車１３，２３を支承する第１、２砥石台１０，２０を第１，２工具テーブル３，４によりベッド１上にＸ軸方向に移動可能に載置してもよい。

また、凹部研削用の第２砥石軸２４は、カムプロフィール研削用の第１砥石軸１４と１８０度反対側に設けるものについて説明したが、カムシャフトＣＳの軸心を中心として９０度だけ回転移動させて、カムシャフトＣＳの上方に配置するようにしてもよい。この場合には、凹部研削する第２工具テーブル４のＸ軸とＺ軸とが入れ替るが、凹部研削用の第２砥石台２０が占めていた平面上のスペースを節約でき、研削盤の床面積を小さくできる特徴がある。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）各気筒に対するカムプロフィール研削された複数のカムＣＬを備えるカムシャフトＣＳを支持するワーク支持装置（ワークテーブル２）と第２砥石車２３を支承する第２砥石台２０とを、カムシャフトＣＳの軸心方向と平行なＹ軸方向およびＹ軸に直交するＸ軸方向に相対移動可能にベッド１上に装架し、前記第２砥石車２３は前記Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ軸に平行な第２砥石軸２４を介して前記第２砥石台２０に支承される一方、前記ワーク支持装置（２）によるカムシャフトＣＳの軸心回りの割出し回転によりカムシャフトＣＳの各気筒毎のカムプロフィールの２箇所のイベント部ＣＬ３の凹部形成部位を前記第２砥石車２３に対面させて順次位置決めし、前記位置決め毎に、前記第２砥石台２０のワーク支持装置（２）に対するＸ軸方向の相対移動とＹ軸方向の往復相対移動とを同時２軸制御して、前記ワークＷと前記第２砥石車２３との間でカムプロフィールのイベント部ＣＬ３に凹部Ｇの研削創成運動を行なわせ、前記気筒毎のカムＣＬへの凹部研削後に、前記第２砥石台２０と前記ワーク支持装置（２）との相対的なＹ軸方向位置をトラバース送りして第２砥石車２３を隣接する気筒のカムＣＬに対面させる構成を備えるため、カムＣＬの凹部Ｇの研削に、大きな砥石を使うことができ、砥石寿命を長くできる。また、大きな砥石によって、砥石周速度を上げることができ、理想的な研削条件の設定が可能となり、高能率研削加工が可能となる。また、カムシャフトＣＳを持ち替えることなく、一回のチャックでカムプロフィール部研削と凹部Ｇの研削を行うため、つなぎ目を精度良く滑らかにつなぐことができる。

また、カムＣＬのプロフィールの外周研削は既存のカム研削盤と同様に能率的に実施することができる一方、プロフィール研削されたカムＣＬに対して第２砥石車２３により凹部Ｇのみを凹部研削により実施すればよく、外周プロフィール面と凹部Ｇを精度良くつなぐことができ、面精度を維持しつつ研削能率を向上でき、加工時間を短縮することができる。また、第２砥石車２３は凹部Ｇと対応する総形形状を備えて線接触となり、砥石をカムロブ厚み方向（カムシャフトＣＳの長手方向）に往復移動させて加工を行う必要があるが、対象とする加工部位が凹部Ｇのみであり、プロフィール全面を加工するのに対して、最少の時間でよく、量産工法として最適である。

（イ）第２砥石車２３は、前記カムＣＬの２箇所のイベント部ＣＬ３に形成する凹部Ｇの断面形状にそれぞれ対応した断面形状をそれぞれ備える２個の第２砥石車２３を前記Ｚ軸方向に延びる第２砥石軸２４に軸方向にオフセットして装着され、前記第２砥石台２０は、前記位置決め手段（主軸６の割出し）により位置決めされたイベント部ＣＬ３に対応して、Ｚ軸方向に移動して凹部研削に使用する第２砥石車２３を前記Ｘ−Ｙ平面に移動させるため、対象とする加工部位が凹部Ｇのみであり、プロフィール全面を加工するのに対して、最少の時間でよく、量産工法として最適である。

（ウ）凹部創成制御手段は、前記第２砥石台２０のワーク支持装置（２）に対するＸ軸方向の相対移動を第２砥石台２０のＸ方向への所定前進位置までは粗研削送りし、その後に仕上げ研削送りすることにより、研削効率を向上させることができる。

（エ）カムシャフトＣＳの研削加工装置は、ワーク支持装置（２）と第１砥石車１４を支承する第１砥石台１０とが直交するＹ軸およびＸ軸方向に相対移動可能にベッド１上に装架され、前記第１砥石車１３が装着される第１砥石軸１４が前記Ｙ軸に平行に軸承され、前記ワーク支持装置（２）によるカムシャフトＣＳの回転と、第１砥石台１０のワーク支持装置（２）に対するＸ軸方向の相対移動とを同時２軸制御して前記カムシャフトＣＳと前記第１砥石車１３との間でカムプロフィール創成運動を行わせるカムプロフィール創成制御手段と、前記気筒毎のカムＣＬへのプロフィール研削後に、前記第１砥石台１０と前記ワーク支持装置（２）との相対的なＹ軸方向位置をトラバース送りして第１砥石車１３を隣接する気筒のカムＣＬに対面させるトラバース送り制御手段と、から構成されたカムプロフィール研削手段を備えるため、カムＣＬのプロフィールの外周研削は既存のカム研削盤と同様に能率的に実施することができる一方、プロフィール研削されたカムＣＬに対して第２砥石車２３により凹部Ｇのみを凹部研削により実施すればよく、外周プロフィール面と凹部Ｇを精度良くつなぐことができ、面精度を維持しつつ研削能率を向上でき、加工時間を短縮することができる。

（オ）カムプロフィール研削されたイベント部ＣＬ３に凹部Ｇを研削する第２砥石台２０は、前記カムシャフトＣＳのカムプロフィールを研削する第１砥石台１０に対して、カムシャフトＣＳの軸心を挟んで互いが９０度の位置に配置されていることにより、凹部研削する第２工具テーブル４のＸ軸とＺ軸とが入れ替るが、凹部研削用の第２砥石台２０が占めていた平面上のスペースを節約でき、研削盤の床面積を小さくできる特徴がある。

（第２実施形態）
図６〜図７は、本発明を適用したカムシャフトの研削加工装置及び研削加工方法の第２実施形態を示し、図６はカムシャフトの研削加工装置を示すカムシャフトの研削加工装置の平面図（Ａ）、左側面図（Ｂ）、および右側面図（Ｃ）、図７は凹部研削用の第２砥石車の部分断面図である。本実施形態においては、カム部に設ける一対の凹部Ｇの左右の壁面形状が概略対称な形状を備える構成を第１実施形態に追加したものである。なお、第１実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

本実施形態では、凹部Ｇを構成している両壁面が概略対称な形状を備えて、左右イベント部ＣＬ３に形成されているカムＣＬを備えるカムシャフトＣＳに対する研削加工装置を提供するものである。このため、図６に示すカムシャフトＣＳの研削加工装置において、第２工具テーブル４の第２砥石台２０に設けられている第２砥石軸２４には、一個の第２砥石車２３が配置されており、この一個の第２砥石車２３によりカムＣＬの左右イベント部ＣＬ３に形成する一対の凹部Ｇの両者を共に研削創成するよう構成している。

従って、第２砥石車２３はＺ軸方向でカムシャフトＣＳの軸心と概略同一高さに固定配置され、第２砥石台２０によりワークＷに接近離反するＸ軸方向とワークＷの軸心に沿うＹ軸方向にサーボモータ２１により位置制御される。また、第２砥石車２３の周面の断面形状は、図７に示すように、左右で対称となる形状に形成されている。その他の構成は第１実施形態と同様に構成されている。また、図６では、各テーブル２〜４、サーボモータ１１、１２、２１、２２の図示を省略しているが、図１の実施形態と同様に備えるものである。

本実施形態においては、第１実施形態と同様に、第１工具テーブル３上の第１砥石台１０に保持した第１砥石車１３によりカムシャフトＣＳの全てのカムＣＬのプロフィール研削加工が完了した後に、主軸６が図示しないサーボモータにより最初に創成する凹部Ｇを研削加工可能な位相に回転制御する。次いで、割出された凹部Ｇに対応して第２砥石車２３を、第２砥石台２０をＹ軸方向にサーボモータ２１により割出された凹部Ｇに対面するよう位置決めして、第２砥石台２０をサーボモータ２２によりＸ方向に前進移動させると共に往復プログラムにより第２砥石台２０をサーボモータ２１によりＹ軸方向に往復運動させて隣合う同じ気筒に対するカムＣＬに対して同時に、ワークＷと第２砥石車２３との間で凹部Ｇを粗創成および仕上げ創成する凹部研削が行なわれる。第２砥石車２３の周面の断面形状は左右で対称となる形状に形成されて創成する凹部Ｇと同一断面形状とされているため、一度の凹部研削により凹部Ｇを仕上げ研削することができる。

次いで、主軸６が図示しないサーボモータにより次に創成する他方の凹部Ｇを研削加工可能な位相に回転制御する。そして、同じ気筒のカムＣＬの他方の凹部研削が上記した要領により実施される。そして、当該気筒に対する一対のカムＣＬの一対の凹部研削が終了する毎に、第２砥石台２０をサーボモータ２１によりＹ軸方向にトラバース研削送りして隣接する気筒のカムＣＬの凹部研削が実施され、順次全ての気筒のカムＣＬの凹部研削が同様に実行される。

本実施形態においても、第１工具テーブル３を備える既存のカム研削盤をベースに、カムプロフィール研削用の第１砥石軸２４に対して軸心が直交配置されている凹部研削用の第２砥石軸２４を備える凹部研削手段を組込むことにより、複合研削盤とし、カムプロフィール研削用の大径の第１砥石車１３でカムＣＬのプロフィール外周を研削し、その後、凹部研削用の第２砥石車２３でカムＣＬの凹部Ｇの研削を行うようにしている。このため、カムＣＬの凹部Ｇの研削に、大きな砥石を使うことができ、砥石寿命を長くできる。また、大きな砥石によって、砥石周速度を上げることができ、理想的な研削条件の設定が可能となり、高能率研削加工が可能となる。また、カムシャフトＣＳを持ち替えることなく、一回のチャックでカムプロフィール部研削と凹部Ｇの研削を行うため、つなぎ目を精度良く滑らかにつなぐことができる。

また、カムプロフィール研削用の大径の第１砥石車１３でカムＣＬのプロフィール外周を研削し、その後、凹部研削用の第２砥石車２３でカムＣＬの凹部Ｇの研削を行うようにしているため、カムＣＬのプロフィールの外周研削は既存のカム研削盤と同様に能率的に実施することができる一方、プロフィール研削されたカムＣＬに対して第２砥石車２３により凹部Ｇのみを凹部研削により実施すればよく、外周プロフィール面と凹部Ｇを精度良くつなぐことができ、面精度を維持しつつ研削能率を向上でき、加工時間を短縮することができる。

また、第２砥石車２３は凹部Ｇと対応する総形形状を備えて線接触となり、砥石をカムロブ厚み方向（カムシャフトＣＳの長手方向）に往復移動させて加工を行う必要があるが、対象とする加工部位が凹部Ｇのみであり、プロフィール全面を加工するのに対して、最少の時間でよく、量産工法として最適である。

また、カムＣＬの凹部Ｇの研削加工は、気筒毎に配置される一対のカムＣＬに対して、凹部Ｇに対応する総形形状の第２砥石車２３によりカムシャフトＣＳの軸方向に往復移動させながら、同時に粗研削−仕上げ研削（若しくは、粗研削−中研削−仕上げ研削）を実施するため、研削効率を向上させることができる。

さらに、凹部研削用の第２砥石軸２４のＺ軸（上下高さ方向）はカムシャフトＣＳの軸心と同じ高さで固定することができるため、第２砥石台２０の位置を制御するＮＣ軸を１軸減らすことができ、その分設備を安価にできる。

なお、上記実施形態では、研削する凹部Ｇの断面形状に沿う断面形状の周面を備える第２砥石車２３を用いるものについて説明したが、図示しないが、研削する凹部Ｇの断面形状より小さい曲率半径の断面形状をなした周面を備える第２砥石車２３を用いるものであってもよい。その場合の凹部研削においては、主軸６で凹部Ｇの開始位相および終了位相を割出し、主軸６を開始位相と終了位相との間で往復回転させながら、主軸６の回転位相角に応じて第２砥石車２３のＸ軸方向の送りを変化させてコンタリングさせつつＹ軸方向に往復移動させることで凹部Ｇを研削加工することができる。この場合にはコンタリング動作を伴うために、凹部研削の加工時間が長くなるが、凹部Ｇを加工する部分的な領域であるため、サイクルタイムが若干長くなるが、カムＣＬの全周をコンタリング加工する場合に比較して、大幅に短時間とすることができる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）、（ウ）〜（オ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（カ）第２砥石車２３は、前記カムＣＬの２箇所のイベント部ＣＬ３に形成する凹部Ｇの断面形状の両者に対応した断面形状を備える１個の第２砥石車２３を前記Ｚ軸方向に延びる第２砥石軸２４に前記Ｘ−Ｙ平面と交差する位置において装着されているため、凹部研削用の第２砥石軸２４のＺ軸（上下高さ方向）はカムシャフトＣＳの軸心と同じ高さで固定することができるため、第２砥石台２０の位置を制御するＮＣ軸を１軸減らすことができ、その分設備を安価にできる。

（キ）第２砥石車２３は、前記カムＣＬの２箇所のイベント部ＣＬ３に形成する凹部Ｇの断面形状より小さい曲率半径の断面形状をなした周面を備える１個の第２砥石車２３を前記Ｚ軸方向に延びる第２砥石軸２４に前記Ｘ−Ｙ平面と交差する位置において装着されており、前記位置決め手段（主軸６の位相割出し）は、凹部Ｇの研削開始位相および研削終了位相を割出し、カムシャフトＣＳを研削開始位相と研削終了位相との間で往復回転させ、前記凹部創成手段は、カムシャフトＣＳの回転位相角に応じて第２砥石車２３のＸ軸方向の送りを変化させてコンタリングさせつつＹ軸方向に往復移動させることで凹部Ｇを研削加工するため、サイクルタイムが若干長くなるが、カムＣＬの全周をコンタリング加工する場合に比較して、大幅に短時間とすることができる。

本発明の一実施形態を示すカムシャフト研削加工装置の平面図（Ａ）、左側面図（Ｂ）、および右側面図（Ｃ）。 第２砥石車の断面形状を示す要部断面図。 数値制御装置により実行されるプログラムを示すフローチャート。 カムシャフトのカム部のプロフィールを示す説明図。 凹部の第２砥石車による研削作動状態を示す説明図。 本発明の第２実施形態を示すカムシャフト研削加工装置の平面図（Ａ）、左側面図（Ｂ）、および右側面図（Ｃ）。 第２実施形態の第２砥石車の断面形状を示す要部断面図。 従来のカム研削盤によるカム研削状態を示す説明図。

符号の説明

Ｗ ワーク（ＣＳ カムシャフト）
１ ベッド
２ ワークテーブル
３ 第１工具テーブル
４ 第２工具テーブル
５ 主軸台
６ 主軸
７ 心押台
１０ 第１砥石台
１３ 第１砥石車
２０ 第２砥石台
２３ 第２砥石車

Claims (8)

1. 各気筒に対するカムプロフィール研削された複数のカムを備えるカムシャフトを支持するワーク支持装置と砥石車を支承する砥石台とが、カムシャフトの軸心方向と平行なＹ軸方向およびＹ軸に直交するＸ軸方向に相対移動可能にベッド上に装架され、前記砥石車は前記Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ軸に平行な砥石軸を介して前記砥石台に支承される一方、
   前記ワーク支持装置によるカムシャフトの軸心回りの割出し回転によりカムシャフトの各気筒毎のカムプロフィールの２箇所のイベント部の凹部形成部位を前記砥石車に対面させて順次位置決めする位置決め手段と、
   前記位置決め手段の位置決め毎に、前記砥石台のワーク支持装置に対するＸ軸方向の相対移動とＹ軸方向の往復相対移動とを同時２軸制御して、前記ワークと前記砥石車との間でカムプロフィールのイベント部に凹部の研削創成運動を行なわせる凹部創成制御手段と、
   前記気筒毎のカムへの凹部研削後に、前記砥石台と前記ワーク支持装置との相対的なＹ軸方向位置をトラバース送りして砥石車を隣接する気筒のカムに対面させるトラバース送り制御手段と、を備えることを特徴とするカムシャフトの研削加工装置。
2. 前記砥石車は、前記カムの２箇所のイベント部に形成する凹部の断面形状にそれぞれ対応した断面形状をそれぞれ備える２個の砥石車を前記Ｚ軸方向に延びる砥石軸に軸方向にオフセットして装着され、
   前記砥石台は、前記位置決め手段により位置決めされたイベント部に対応して、Ｚ軸方向に移動して凹部研削に使用する砥石車を前記Ｘ−Ｙ平面に移動させることを特徴とする請求項１に記載のカムシャフトの研削加工装置。
3. 前記砥石車は、前記カムの２箇所のイベント部に形成する凹部の断面形状の両者に対応した断面形状を備える１個の砥石車を前記Ｚ軸方向に延びる砥石軸に前記Ｘ−Ｙ平面と交差する位置において装着されていることを特徴とする請求項１に記載のカムシャフトの研削加工装置。
4. 前記砥石車は、前記カムの２箇所のイベント部に形成する凹部の断面形状より小さい曲率半径の断面形状をなした周面を備える１個の砥石車を前記Ｚ軸方向に延びる砥石軸に前記Ｘ−Ｙ平面と交差する位置において装着されており、
   前記位置決め手段は、凹部の研削開始位相および研削終了位相を割出し、カムシャフトを研削開始位相と研削終了位相との間で往復回転させ、
   前記凹部創成手段は、カムシャフトの回転位相角に応じて砥石車のＸ軸方向の送りを変化させてコンタリングさせつつＹ軸方向に往復移動させることで凹部を研削加工することを特徴とする請求項１に記載のカムシャフトの研削加工装置。
5. 前記凹部創成制御手段は、前記砥石台のワーク支持装置に対するＸ軸方向の相対移動を砥石台のＸ方向への所定前進位置までは粗研削送りし、その後に仕上げ研削送りすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカムシャフトの研削加工装置。
6. カムシャフトの研削加工装置は、前記ワーク支持装置と砥石車を支承する砥石台とが直交するＹ軸およびＸ軸方向に相対移動可能にベッド上に装架され、前記砥石車が装着される砥石軸が前記Ｙ軸に平行に軸承され、前記ワーク支持装置によるカムシャフトの回転と、砥石台のワーク支持装置に対するＸ軸方向の相対移動とを同時２軸制御して前記カムシャフトと前記砥石車との間でカムプロフィール創成運動を行わせるカムプロフィール創成制御手段と、
   前記気筒毎のカムへのプロフィール研削後に、前記砥石台と前記ワーク支持装置との相対的なＹ軸方向位置をトラバース送りして砥石車を隣接する気筒のカムに対面させるトラバース送り制御手段と、から構成されたカムプロフィール研削手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のカムシャフトの研削加工装置。
7. 前記カムプロフィール研削されたイベント部に凹部を研削する砥石台は、前記カムシャフトのカムプロフィールを研削する砥石台に対して、カムシャフトの軸心を挟んで互いが９０度の位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のカムシャフトの研削加工装置。
8. カムシャフトを支持するワーク支持装置と第１砥石車を支承する第１砥石台とが直交するＹ軸およびＸ軸方向に相対移動可能にベッド上に装架し、前記第１砥石車が装着される第１砥石軸が前記Ｙ軸に平行に軸承され、前記ワーク支持装置によるカムシャフトの回転と、第１砥石台のワーク支持装置に対するＸ軸方向の相対移動とを同時２軸制御して前記カムシャフトと前記第１砥石車との間でカムプロフィール創成運動を行わせてカムプロフィールを研削創成し、
   前記カムプロフィール研削された複数のカムを備えるカムシャフトを支持しているワーク支持装置と第２砥石車を支承する第２砥石台とが、カムシャフトの軸心方向と平行なＹ軸方向およびＹ軸に直交するＸ軸方向に相対移動可能にベッド上に装架し、前記第２砥石車は前記Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ軸に平行な第２砥石軸を介して前記第２砥石台に支承し、
   前記ワーク支持装置によるカムシャフトの軸心回りの割出し回転によりカムシャフトの各気筒毎のカムプロフィールの２箇所のイベント部の凹部形成部位を前記砥石車に対面させて順次位置決めし、
   前記位置決め毎に、前記第２砥石台のワーク支持装置に対するＸ軸方向の相対移動とＹ軸方向の往復相対移動とを同時２軸制御して、前記ワークと前記第２砥石車との間でカムプロフィールのイベント部に凹部の研削創成運動を行なわせ、
   前記気筒毎のカムへの凹部研削後に、前記第２砥石台と前記ワーク支持装置との相対的なＹ軸方向位置をトラバース送りして砥石車を隣接する気筒のカムに対面させるようにしたことを特徴とするカムシャフトの研削加工方法。

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