JP2010089225A - カム面の研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カムの外周面に形成された凹状部及び凸状部を有するカム面を、正確に研削することができるカム面の研削方法を提供する。
【解決手段】外周面にカム面Ｆを形成するとともに、そのカム面Ｆに凹状部Ｆｂ１〜Ｆｂ３及び凸状部Ｆａ１〜Ｆａ３を設けたカムＣを、その回転軸線Ｌ１を中心に回転させながら、回転砥石２４をカム面Ｆに接触させて、そのカム面Ｆを研削する。このカム面Ｆの研削時には、回転砥石２４の回転軸線Ｌ２をカムＣの回転軸線Ｌ１に対して傾斜させた状態で、回転砥石２４をカムＣの回転軸線Ｌ１と交差する方向（Ｘ軸方向）へ進退移動させるとともに、その進退移動方向と直交する方向（Ｙ軸方向）へ往復移動させる。カム面Ｆの凹状部Ｆｂ１〜Ｆｂ３を研削する際のカムＣの回転方向を、同カム面Ｆの凸状部Ｆａ１〜Ｆａ３を研削する際の回転方向に対して逆転させる。
【選択図】図３

Description

この発明は、カムの外周面に形成されたカム面を研削するカム面の研削方法に関し、特に凹状部及び凸状部を有するカム面の研削方法に関するものである。

一般に、カムの回転軸線と平行な軸線上で回転される回転砥石により、カムの外周のカム面を研削する場合には、カムをその回転軸線を中心に回転させながら、回転砥石をカムの回転軸線と交差する方向、すなわちカムの半径方向に進退移動させる。このようなカム面の研削方法において、カム面上に凸状部と凹状部が形成されている場合には、凹状部に一箇所で接触可能な小径の回転砥石、すなわち外周面の曲率が凹状部の曲率以下の回転砥石を用いる必要がある。逆に、外周面の曲率が凹状部の曲率を越える大径の回転砥石を用いた場合は、凹状部と回転砥石との接触部が２箇所になって、研削を行い得ない。

しかしながら、小径の回転砥石を用いた場合、その回転砥石の軸線がカム側に接近する。回転砥石を駆動するためのモータや回転砥石を支持する砥石台等がカムを支持する軸等と干渉するおそれがあった。また、複数のカムが軸線方向に間隔をおいてワーク上に形成されている場合は前記砥石台等が研削中のカム以外の他のカムと干渉するおそれがあった。

このような問題を解決するために、特許文献１においては、テーパ状の研削面を有する回転砥石を用いるとともに、その回転砥石の軸線をカムの軸線に対して傾斜させる研削方法が開示されている。この研削方法によれば、回転砥石の軸線をカムの軸線から遠ざけることができるため、前述した干渉の問題を回避できる。しかしながら、この研削方法においては、回転砥石の外周面がテーパ状をなしているため、その回転砥石をカム面の凹凸に従って進退させるのみでは、正確な研削は期待し得ない。つまり、カム面の非円形部分は、そのカム面が回転砥石の研削面に対して斜め方向から接触することになるが、回転砥石の研削面がテーパ状をなしているため、その研削面のカムと接触する稜線はカムの軸線と平行な線ではない。

このような問題に対処するため、例えば特許文献２に開示されるようなカム面の研削方法が従来から提案されている。この従来方法においては、前記のようにテーパ状の研削面を有する回転砥石を用いるとともに、回転砥石の回転軸線をカムの回転軸線に対して所定の角度に傾斜させた状態で、回転砥石をカムのカム面の凹凸に従って進退移動させるようにしている。

そして、この特許文献２の従来方法においては、回転砥石の進退移動位置に関連して、回転砥石を進退移動方向と直交する方向へ往復移動させている。このため、前記稜線の位置が回転砥石を進退移動方向と直交する方向へ移動されて、研削ムラや研削残りが発生するのを抑制しようとしている。
特開平８−２４３９０６号公報 特表２０００−５１０７７１号公報

ところが、前記特許文献２には、カムの回転位置及び回転砥石の進退移動位置に調和するように、回転砥石を進退移動方向と直交する方向へ往復移動させることについて記載されているのみで、それ以上の詳細な動作の開示がなされていない。ちなみに、この発明の発明者が、前述した特許文献２の研削方法について、実際に研削動作の試験を行ったところ、カムを一方向へ連続的に回転させたり、進退方向と直交する方向に移動させたりするのみでは、凹状部及び凸状部を有するカム面の研削を行うのが困難であることが判明した。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、凹状部及び凸状部を有するカム面を、正確に研削することができるカム面の研削方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は、外周面のカム面に凹状部及び凸状部が形成されたカムを、その回転軸線を中心に回転させながら、回転砥石の外周の研削面を前記カム面に一箇所で接触させて、そのカム面を研削するようにしたカム面の研削方法において、前記回転砥石として前記研削面をテーパ状にしたものを用い、前記カムの回転軸線を通る第１の平面内において、前記回転砥石の回転軸線を前記研削面の傾斜角度と同一の傾斜角度となるようにカムの回転軸線に対して傾斜させ、その傾斜状態で、回転砥石を前記第１の平面内においてカムの回転軸線と交差する方向へ進退移動させるとともに、その第１の平面と直交する第２の面内においてカムの回転軸線と直交する方向に往復移動させ、カム面の凹状部を研削する際のカムの回転方向及び第２の面内における回転砥石の移動方向を同カム面の凸状部を研削する際の回転方向及び移動方向に対してそれぞれ逆方向にすることを特徴としている。

従って、この発明においては、回転砥石の回転軸線がカムの軸線に対して傾斜するため、回転砥石を支持する砥石台等がカムを支持する主軸等に干渉することなく、凹状部及び凸状部を有するカム面を容易に研削することができる。しかも、カム面上の凹状部と凸状部との間において、カムの回転方向が反転されるとともに、回転砥石の往復移動方向が転換されるので、カム面を適切に研削できる。

以上のように、この発明によれば、凹状部及び凸状部を有するカム面を、正確に研削することができるという効果を発揮する。

以下に、この発明を具体化したカム面研削装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、基台１１の上面にはワーク支持台１２が左右方向（Ｚ軸方向）に移動可能に配置されている。ワーク支持台１２の一側上面には主軸台１３が配置され、その主軸台１３には主軸１４が回転可能に支持されている。主軸台１３に対応するように、ワーク支持台１２の他側上面には心押し台１５が配置されている。そして、この主軸台１３の主軸１４と心押し台１５との間に、Ｚ軸上に位置するようにカムシャフト等のワークＷが着脱可能に支持される。

図１及び図２に示すように、前記ワークＷには、複数（単数でもよい）のカムＣが軸線方向に間隔をおいて一体に形成されている。図３に示すように、各カムＣの外周面には、カム面Ｆが形成されている。カムＣのカム面Ｆには、各３箇所の凸状部Ｆａ１，Ｆａ２，Ｆａ３及び凹状部Ｆｂ１，Ｆｂ２，Ｆｂ３が所定間隔おきに交互に位置するように形成されている。

図１及び図２に示すように、前記主軸台１３には、正逆回転可能なワーク回転用モータ１６が装着されている。そして、主軸台１３の主軸１４と心押し台１５との間にワークＷが支持された状態で、このモータ１６にて主軸１４が回転されることにより、複数のカムＣを備えたワークＷがＺ軸方向に延びる回転軸線Ｌ１を中心に低速度で回転される。モータ１６の外端部には、そのモータ１６の回転角度、すなわち回転位置を検出するためのエンコーダ１７が取り付けられている。

図１及び図２に示すように、前記ワーク支持台１２に対応して、基台１１上には移動台１８が一対のガイドレール１９を介して、ワークＷの回転軸線Ｌ１と直交する前後方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に配置されている。移動台１８の上面には、コラム２０がワークＷの回転軸線Ｌ１に対して所定角度に傾斜した状態で立設されている。コラム２０の前面には砥石台２１が一対のガイドレール２２を介して移動台１８の移動方向と直交する上下方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に支持されている。

図１及び図２に示すように、前記砥石台２１には、砥石軸２３がワークＷの回転軸線を通る第１の平面内においてワークＷの回転軸線Ｌ１（Ｚ軸方向）に対して所定の角度αで傾斜した回転軸線Ｌ２を中心に回転可能に支持されている。砥石軸２３の端部には回転砥石２４が取り付けられ、その回転砥石２４の外周面にはテーパ面よりなる研削面２４ａが形成されている。この研削面２４ａのテーパ面の角度、すなわち研削面２４ａの角度は、砥石軸２３の回転軸線Ｌ２に対して前記角度αと同角度で傾斜している。砥石台２１には、砥石回転用モータ２５が装着されている。そして、このモータ２５にて砥石軸２３が回転されることにより、回転砥石２４が一方向に高速度で回転される。

図１に示すように、前記基台１１の後部には、正逆回転可能なサーボモータ等よりなる砥石Ｘ軸方向移動用モータ２６が装着されている。そして、このモータ２６により送りネジ２７を介して移動台１８が前記第１の平面内において移動されることで、回転砥石２４がワークＷ上のカムＣの回転軸線Ｌ１と交差する方向（Ｘ軸方向）、すなわちカムＣの半径方向へ進退移動される。モータ２６の外端部には、そのモータ２６の回転角度を検出するためのエンコーダ２８が取り付けられている。

図１及び図２に示すように、前記コラム２０の後部には、正逆回転可能なサーボモータ等よりなる砥石Ｙ軸方向移動用モータ２９が装着されている。そして、このモータ２９により送りネジ３０を介して砥石台２１が移動されることで、回転砥石２４が前記第１平面と直交する第２の平面内において前記進退移動方向と直交する上下方向（Ｙ軸方向）へ往復移動される。モータ２９の外端部には、そのモータ２９の回転角度を検出するためのエンコーダ３１が取り付けられている。

次に、前記のように構成されたカム面研削装置の回路構成について説明する。
図４に示すように、制御装置３５は、カム面研削装置全体の動作を制御するための制御手段を構成している。記憶部３６は、カム面研削装置の各部の動作を制御するための制御プログラム、各種カムのカム面を加工するための加工プログラム、及びその加工プログラムの実行に必要な各種データ等を記憶している。

前記制御装置３５には、前記各モータ用のエンコーダ１７，２８，３１から検出信号が入力されるとともに、操作部３７から操作信号が入力される。操作部３７は、カム面研削装置の動作を指示するための各種操作スイッチや、加工データを入力するための操作キー等を備えた操作盤から構成されている。また、制御装置３５からは、前記各モータ１６，２５，２６，２９に対して作動及び停止信号が出力されるとともに、表示部３８に対して表示信号が出力される。表示部３８は、加工データの入力時やカム面の研削加工時において、加工データ等を表示するためのディスプレイから構成されている。

前記制御装置３５は、記憶部３６に記憶された加工プログラムに従って、カムＣのカム面Ｆを研削する際に、各エンコーダ１７，２８，３１からの検出信号に基づいて、各モータ１６，２６，２９を作動させて、カムＣの回転、カム面Ｆの凹凸形状に従う回転砥石２４のＸ軸方向への進退移動、及び回転砥石２４のＹ軸方向への往復移動を制御する。なお、回転砥石２４の回転用のモータ２６は、少なくともカムＣのカム面Ｆの研削時には連続回転される。

そして、図３に示すように、カム面Ｆに凸状部Ｆａ１〜Ｆａ３及び凹状部Ｆｂ１〜Ｆｂ３を有するカムＣの研削加工時には、制御装置３５は、回転砥石２４を一方向に高速回転させるとともに、カムＣを後述する所定のタイミングで一方向または他方向に低速回転させる。そして、カムＣの回転に伴うカム面Ｆの形状変化に応じて、すなわち、カム面Ｆの凹凸に従って後述するように回転砥石２４を前記第１の平面内においてカムＣの回転軸線Ｌ１と交差するＸ軸方向、すなわちカムＣの半径方向へ進退移動させる。それとともに、回転砥石２４を前記第２の平面内において前記進退移動方向と直交するＹ軸方向に往復移動させる。

次に、前記のように構成されたカム面研削装置により、カム面を研削する方法について説明する。
図１及び図２に示すように、ワークＷが主軸台１３の主軸１４と心押し台１５との間に装着された状態で、装置の運転が開始されると、ワーク回転用モータ１６により、カムＣが回転軸線Ｌ１を中心にして低速回転される。それとともに、砥石回転用モータ２５により、回転砥石２４がカムＣの回転軸線Ｌ１に対して所定角度αで傾斜した回転軸線Ｌ２を中心に一方向へ高速回転される。そして、砥石Ｘ軸方向移動用モータ２６により、回転砥石２４がＸ軸方向に沿ってカムＣのカム面Ｆに向かい接近移動されて、図５に示すように、回転砥石２４の外周研削面２４ａがカム面Ｆ上の研削開始位置Ｐ１に接触される。

なお、以下の動作説明においては、カム面Ｆ上の研削開始位置Ｐ１が、カム面Ｆの第１の凸状部Ｆａ１と第３の凹状部Ｆｂ３との境界部に設定されて、その研削開始位置Ｐ１から第１の凸状部Ｆａ１側に向かって、カム面Ｆの研削加工が進行するものとして記載する。ただし、カム面Ｆ上の研削開始位置はどこでもよいが、カムＣの研削はそのカムＣが１回転すると終了される。

さて、カム面Ｆの研削開始位置Ｐ１から第１の凸状部Ｆａ１側への研削時には、図５に示すように、カムＣがＤ１方向に回転される。また、回転砥石２４が砥石Ｘ軸方向移動用モータ２６によりＸ軸方向に沿ってカムＣの軸線Ｌ１から離間するＸ１方向に後退移動されるとともに、砥石Ｙ軸方向移動用モータ２９によりＸ軸方向と直交するＹ軸方向に沿ってＹ１方向に上昇移動される。これにより、カム面Ｆの第１の凸状部Ｆａ１が研削開始位置Ｐ１から順に研削される。

その後、図６に示すように、第１の凸状部Ｆａ１の研削が第１の凸状部Ｆａ１の頂点位置Ｐ２まで進行すると、回転砥石２４のＹ１方向への移動が継続された状態で、その回転砥石２４のＸ軸方向への移動が転換されて、回転砥石２４がカムＣの軸線Ｌ１に接近するＸ２方向に前進移動される。これにより、第１の凸状部Ｆａ１の残りの部分の研削が行われる。そして、図７に示すように、第１の凸状部Ｆａ１と第１の凹状部Ｆｂ１の境界位置Ｐ３まで研削が進行したとき、第１の凸状部Ｆａ１の研削が終了する。つまり、カムＣが図５に示す角度位置から図７に示す角度位置までＤ１方向へ回転角度Ｒ１だけ回転される間に、第１の凸状部Ｆａ１の研削が終了する。

続いて、第７図に示す状態において、カムＣの回転方向が反転されて、カムＣが前記第１の凸状部Ｆａ１の回転方向Ｄ１とは逆のＤ２方向に回転される。それとともに、回転砥石２４のＹ軸方向への移動が転換されて、回転砥石２４がＹ２方向に下降移動される。これにより、第１の凸状部Ｆａ１と第１の凹状部Ｆｂ１の境界位置Ｐ３から、第１の凹状部Ｆｂ１が順に研削される。

その後、図８に示すように、第１の凹状部Ｆｂ１の研削が第１の凹状部Ｆｂ１の中間位置Ｐ４まで進行すると、回転砥石２４のＹ２方向への移動が継続された状態で、その回転砥石２４のＸ軸方向への移動が転換されて、回転砥石２４がＸ１方向に後退移動される。これにより、第１の凹状部Ｆｂ１の残りの部分の研削が行われる。そして、図９に示すように、第１の凹状部Ｆｂ１と第２の凸状部Ｆａ２の境界位置Ｐ５まで研削が進行したとき、第１の凹状部Ｆｂ１の研削が終了する。つまり、カムＣが図７に示す角度位置から図９に示す角度位置までＤ２方向へ回転角度Ｒ２だけ回転される間に、第１の凹状部Ｆｂ１の研削が終了する。

この場合、前記第１の凸状部Ｆａ１の研削時における回転角度Ｒ１が第１の凹状部Ｆｂ１の研削時における回転角度Ｒ２よりも大きい。このため、連続する第１の凸状部Ｆａ１と第１の凹状部Ｆｂ１とが研削される間に、カムＣはトータルとして回転角度Ｒ１−Ｒ２分だけＤ１方向に回転されることになる。

そして、図９に示す状態において、カムＣの回転方向が反転されて、カムＣが前記第１の凹状部Ｆｂ１の回転方向Ｄ２とは逆のＤ１方向に回転される。それとともに、回転砥石２４のＹ軸方向への移動が転換されて、回転砥石２４がＹ１方向に上昇移動される。これにより、第１の凹状部Ｆｂ１と第２の凸状部Ｆａ２の境界位置Ｐ５から、第２の凸状部Ｆａ２が順に研削される。

その後、カム面Ｆ上の位置Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９において、前述した図５〜図９に示すカム面Ｆ上の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５と同様の動作が行われて、第２の凸状部Ｆａ２及び第２の凹状部Ｆｂ２の研削が順に行われる。さらに、第３の凸状部Ｆａ３及び第３の凹状部Ｆｂ３についても、同様に研削が行われる。そして、カムＣが最初の状態から１回転して、図５に示すように、第３の凹状部Ｆｂ３と第１の凸状部Ｆａ１との境界位置、つまり研削開始位置Ｐ１まで研削が進行したとき、カム面Ｆ全体の研削が完了する。

以上のように動作されるこの実施形態のカム面の研削方法においては、以下の効果がある。
（１） 凸状部Ｆａ１〜Ｆａ３及び凹状部Ｆｂ１〜Ｆｂ３を有するカム面Ｆの研削に際して、回転砥石２４の回転軸線Ｌ２をカムＣの回転軸線Ｌ１に対して傾斜させている。従って、回転砥石２４の砥石軸２３が研削していないカムＣ等の他の部材と干渉することを防止できる。

（２） 前記のように凸状部Ｆａ１〜Ｆａ３及び凹状部Ｆｂ１〜Ｆｂ３を有するカム面Ｆの研削に際して、回転砥石２４の回転軸線Ｌ２をカムＣの回転軸線Ｌ１に対して傾斜させた状態で、回転砥石２４をカムＣの回転軸線Ｌ１と交差する方向（Ｘ軸方向）に進退移動させるとともに、その進退移動方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に往復移動させている。従って、カム面Ｆと接触する回転砥石２４の外周研削面２４ａの稜線がカムＣの回転軸線Ｌ１方向と平行でなくても、外周研削面２４ａを回転軸線Ｌ１を中心とした面となるように研削できる。

（３） カム面Ｆの凹状部Ｆｂ１〜Ｆｂ３を研削する際と、凸状部Ｆａ１〜Ｆａ３を研削する際とでは、つまり、カム面Ｆの凹凸方向が異なる際には、カムＣの回転方向を逆転させるようにしている。従って、カム面の凹凸形状に従ってそのカム面Ｆの研削を正確に行うことができる。

（４） カム面Ｆの研削において、カムＣの回転と同時に回転砥石２４をＸ方向及びＹ方向に移動させるのみで、カム面Ｆを正確に研削でき、回転砥石としてその軸方向寸法が短いものを使用できる。ちなみに、カム面Ｆを正確に研削するためには、研削に際して回転砥石２４をカムＣの軸方向に移動させることも考えられるが、このようにすれば、回転砥石がカム面Ｆからその軸方向の外側へ外れないように軸方向寸法が長いものを使用する必要がある。回転砥石として、その軸方向寸法がカム面Ｆより短いものを使用すれば、カムＣを２回転以上回転させる必要があり、研削に要する時間が長くなる。

（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記実施形態においては、各３個の凸状部Ｆａ１〜Ｆａ３及び凹状部Ｆｂ１〜Ｆｂ３を設けたカム面Ｆの研削について実施しているが、カム面に各１個、各２個または各４個以上の複数個の凸状部及び凹状部を設けたカム面の研削に実施すること。

・ 回転砥石２４として、その研削面２４ａの曲率がカム面Ｆの凹状部Ｆｂ１〜Ｆｂ３の曲率と等しいものを用いること。

この発明を具体化したカム面研削装置の一実施形態を示す平面図。 図１のカム面研削装置の要部正面図。 図２の３−３線における部分拡大断面図。 カム面研削装置の回路構成を示すブロック図。 同カム面研削装置によるカム面の研削動作状態を示す図。 同カム面の研削動作状態を図５に続いて示す図。 同カム面の研削動作状態を図６に続いて示す図。 同カム面の研削動作状態を図７に続いて示す図。 同カム面の研削動作状態を図８に続いて示す図。

符号の説明

１３…主軸台、１４…主軸、１５…心押し台、１６…ワーク回転用モータ、１８…移動台、２１…砥石台、２３…砥石軸、２４…回転砥石、２４ａ…外周研削面、２５…砥石回転用モータ、２６…砥石Ｘ軸方向移動用モータ、２９…砥石Ｙ軸方向移動用モータ、３５…制御装置、３６…記憶部、Ｗ…ワーク、Ｃ…カム、Ｆ…カム面、Ｆａ１〜Ｆａ３…凸状部、Ｆｂ１〜Ｆｂ３…凹状部、Ｌ１…カムの回転軸線、Ｌ２…回転砥石の回転軸線、α…傾斜角度、Ｄ１，Ｄ２…カムの回転方向。

Claims (1)

1. 外周面のカム面に凹状部及び凸状部が形成されたカムを、その回転軸線を中心に回転させながら、回転砥石の外周の研削面を前記カム面に一箇所で接触させて、そのカム面を研削するようにしたカム面の研削方法において、
   前記回転砥石として前記研削面をテーパ状にしたものを用い、
   前記カムの回転軸線を通る第１の平面内において、前記回転砥石の回転軸線を前記研削面の傾斜角度と同一の傾斜角度となるようにカムの回転軸線に対して傾斜させ、
   その傾斜状態で、回転砥石を前記第１の平面内においてカムの回転軸線と交差する方向へ進退移動させるとともに、その第１の平面と直交する第２の面内においてカムの回転軸線と直交する方向に往復移動させ、
   カム面の凹状部を研削する際のカムの回転方向及び第２の面内における回転砥石の移動方向を同カム面の凸状部を研削する際の回転方向及び移動方向に対してそれぞれ逆方向にすることを特徴とするカム面の研削方法。

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