JP3830703B2

JP3830703B2 - カム研削装置

Info

Publication number: JP3830703B2
Application number: JP34018599A
Authority: JP
Inventors: 雄一斎藤; 茂柳原
Original assignee: 株式会社日平トヤマ
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2001157962A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カム研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カム研削盤においては、位置決め，粗研削，仕上げ，早戻しの順序に従ってカムシャフトのカムに対して加工がなされる。具体的には、先ず、カムシャフトの回転を停止させた状態で、回転状態の砥石車をその研削面がカムに接触する手前の位置まで砥石台を位置決めする。次いで、カムシャフトを回転させるとともに、砥石車がカムの輪郭の出入りに従って往復動するようにカムシャフトの回転と砥石台の進退移動とを同期制御する。この同期制御においては、砥石台が位置決めが終了した位置からカムに対して予め指定した切り込み速度にて接近移動し、研削加工が行われる。
【０００３】
砥石車を空転させながら、砥石台をカムに近接させて、接触させる工程は、エアーカットと称され、このエアーカットは全体的な加工時間に与える影響が大きい。つまり、エアーカットの途中で、砥石車が高速の位置決め速度から低速の研削送りに切り替えられるため、研削送りの距離が大きくなると、実際に加工しない研削送り時間が長くなり結果的に加工時間が長くなる。特に、カム素材は鋳造品であることが多く、その外周面には比較的大きな凹凸が形成されている。従って、その凹凸を見越して、研削送りへの切り替え点を手前側に設定すると、エアーカット時間が著しく長くなることになる。このため、エアーカットに要する時間を短縮するようにした提案が各種なされている。
【０００４】
すなわち、特開平７−１８６０４２号公報には、砥石の接触検知装置が提案されている。この砥石の接触検知装置は、静電容量測定装置により砥石とワークとの距離に応じた静電容量値を測定し、得られた静電容量値により砥石とワークとの距離及び接触の有無を検知する。
【０００５】
また、特開平６−１１４６９３号公報の接触検知装置のように砥石車に接触するセンサを設けて砥石とワークとの接触を検出する接触検知装置も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の構成においては、砥石及びワークに対して電気的な接続を確保する必要があるため、構成が複雑となる。しかも、外乱要因により静電容量が変動するため、精度良く砥石とワークとの接触を検出することができない問題点を有する。また、後者の接触検知装置においては、センサが早期に摩耗して耐久性に乏しい問題点がある。
【０００７】
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。その目的とするところは、簡単な構成で確実に砥石とカムシャフトのカムとの接触を検出して加工時間を短縮することができるとともに、同径部とリフト部からなるカムの前記同径部のカム素材表面の凸部をすばやく検出でき、接触開始時における研削送り速度の切換えをすばやく行うことができるカム研削装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、同径部とリフト部とからなるカムを備えたカムシャフトを回転可能に支持するワーク支持台と、そのワーク支持台に支持されたカムシャフトに対して近接離間可能な砥石車と、前記砥石車を備えた砥石台の研削送りを行わせる送り手段と、前記カムシャフト及び砥石車から離隔した位置に配置され、前記カムと砥石車との接触による状態変化を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に応じて砥石台の研削送り速度が変更されて砥石台が位置決め速度から研削送り速度に移行するように前記送り手段の動作を制御するとともに、カムシャフトの回転と砥石台の送り方向とが同期するように制御する制御手段とを備えたカム研削装置において、前記制御手段は、前記検出手段による検出前において前記カムの同径部が砥石車に対向した状態でカムが一定角度内を往復回転するように制御することを要旨とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明のカム研削装置の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１及び図２に示すように、ワーク支持台１は基台２の一側上面に図示しない水平方向（図中矢印Ｚにて示す）へ移動可能に支持されている。主軸台３は、ワーク支持台１の上面に配設され、カムシャフトＷの一端を着脱可能に支持するためのための主軸４及び主軸４を回転させるためのサーボモータよりなる主軸用モータ５を備えている。カムシャフトＷには複数の非円形カムＷａが軸線方向へ所定の間隔で形成され、これらカムＷａの外周面が被研削面Ｗｂとなっている。
【００１５】
心押台６は、主軸４との間隔を調整自在にワーク支持台１の上面に配設され、カムシャフトＷが主軸４とこの心押台６との間においてＺ方向へ延びるように回転可能にかつ着脱可能に支持される。そして、カムシャフトＷは、この支持状態で主軸用モータ５の駆動に伴い、所定の方向に回転される。エンコーダ７は、主軸用モータ５に取り付けられ、このエンコーダ７において発生した検出信号が後述する制御装置１８に供給される。
【００１６】
砥石台８は、基台２上にカムシャフトＷの軸線と直交する水平方向（図中矢印Ｘにて示す）へ移動可能に支持されている。送り手段としてのサーボモータよりなる移動用モータ９は、基台２の側部に取り付けられ、この移動用モータ９によりボールスクリュー１０が回転されて、砥石台８がカムシャフトＷと近接または離間する方向へ移動される。エンコーダ１１は、移動用モータ９に取り付けられ、このエンコーダ１１において発生した検出信号が後述する制御装置１８に供給される。
【００１７】
砥石車１２は、カムシャフトＷと対向するように砥石台８の一端に支軸１３により回転可能に支持されている。砥石回転用モータ１４は、砥石台８上に配設され、この砥石回転用モータ１４によりプーリ１５，１６およびベルト１７を介して砥石車１２が一方向に回転される。なお、砥石台８には、図示しない研削液の供給機構が配設されており、カムシャフトＷの被研削面Ｗｂ及び砥石車１２の研削面に対して研削液が供給される。
【００１８】
カムシャフトＷおよび砥石車１２から離隔するとともに、研削液がかからない位置において、砥石台８の上面には、検出手段としての振動センサ１９が取り付けられている。この振動センサ１９としては，砥石車１２とカムＷａとの接触にともなうアコースティックエミッションを砥石台８を介して検出するＡＥセンサが用いられる。振動センサ１９からの出力信号が後述する制御装置１８に入力される。なお、振動センサ１９を図２において（１９）で示すように主軸台３側に取り付けるようにしても良い。
【００１９】
図３は、装置全体を制御するための制御手段としての制御装置１８の構成を示す。なお、図３において図１、図２と対応する部分には、同一の参照符号が付されている。図３に示すように制御装置１８は、フィルタ回路２１、検出回路２２、制御部２３及び主軸用モータ５、移動用モータ９、砥石回転用モータ１４に対応して設けられた３個の駆動回路２４，２５，２６を有している。
【００２０】
振動センサ１９の出力信号が図示しないアンプにより増幅され、フィルタ回路２１に供給される。フィルタ回路２１は、例えば、通過帯域がそれぞれ異なる複数のバンドパスフィルタにより構成されている。図６（ａ）は、振動センサ１９により検出された振動周波数の推移を示す。そして、同図（ｂ）は、フィルタ回路２１でスクリーンされた振動周波数データの推移を示す。複数のバンドパスフィルタのそれぞれの出力が検出回路２２に供給される。検出回路２２は、バンドパスフィルタからの出力を検波し、得られた各周波数帯域の検波出力を所定のしきい値と比較する。このことにより、砥石車１２と研削液との接触を無視し、カムＷａと砥石車１２との接触検出情報を生成する。検出回路２２において生成された検出情報が制御部２３に供給される。
【００２１】
制御部２３は、例えば、マイクロコンピュータおよびメモリ等を中心に構成されている。メモリには、予めカムシャフトＷのカムＷａの形状に応じた主軸４の回転角度と回転速度との関係を規定する速度制御データ及び主軸４の回転角度と砥石台８の送り量との関係を規定する位置制御データ等が格納されている。制御部２３は、検出回路２２からの検出情報と、２個のエンコーダ７，１１からの検出信号と、メモリに格納されている制御データとに基づいて３個の駆動回路２４，２５，２６をそれぞれに制御する制御信号を生成する。制御部２３において生成された制御信号が駆動回路２４，２５，２６のそれぞれに供給され、駆動回路２４，２５，２６のそれぞれにおいてモータ駆動出力が生成される。
【００２２】
駆動回路２４において生成された駆動出力が主軸用モータ５に、駆動回路２５において生成された駆動出力が移動用モータ９に、駆動回路２６において生成された駆動出力が砥石回転用モータ１４に供給される。その結果、研削加工時には、主軸４がその回転角度に応じた適切な速度で回転されるとともに、砥石台８が主軸４の回転角度に応じて進退移動されて、主軸４に装着されたカムシャフトＷのカムＷａが所定形状に研削される。
【００２３】
このように構成されたカム研削盤により実際にカムシャフトＷに対して加工を実施する場合には、位置決め，粗研削，仕上げ，早戻しの順序で動作が実行される。具体的には、先ず、カムシャフトＷの回転を停止させて、砥石車１２を回転させた状態で、砥石台８をその砥石車１２の研削面がカムシャフトＷの被研削面Ｗｂに接触するまで前進させる。そして、図６に示すように、エアーカットなしで、砥石車１２がカムシャフトＷの被研削面Ｗｂに接触すると振動周波数は急変する。そして、それが振動センサ１９により、アコースティックエミッションの変化として検出されると、砥石台８の移動が位置決め速度から粗研削送り速度となるように切り換えられる。なお、砥石車１２と被研削面Ｗｂ上の研削液とが接触すると、アコースティックエミッションが若干変化するが（図６の（エアーカット）の部分）、その変化はフィルタ回路２１のスクリーン作用により無視される。
【００２４】
この切り替えと同時に、カムシャフトＷを一方向に回転させてカムシャフトＷの回転と砥石台８の進退移動とを同期制御する。なお、砥石車１２が被研削面Ｗｂに向かって前進するのに先だって、研削液が図示しないノズルからカムシャフトＷにかけられ、砥石車１２は被研削面Ｗｂ上の研削液の膜に接触する。そして、この接触によって発生するアコースティックエミッション状の音響が振動センサ１９により検出されるが、これは、フィルタ回路２１や制御部２３の作用により無視される。
【００２５】
図４（ａ）〜（ｄ）は、同期制御された際のカムＷａと、砥石車１２の位置関係を模式的に示す。なお、図４（ａ）〜（ｄ）において、３１で示される点がカムＷａの回転中心であり、３２で示される点が砥石車１２の回転中心である。
【００２６】
まず、図４（ａ）に示すように、カムＷａの同径部（回転軸３１を中心として同径となる部分）の中央に砥石車１２が接触する。図４（ｂ）は図４（ａ）の状態を基準にした主軸４の回転角度９０度における状態を示しており、カムＷａの同径部の一端部に砥石車１２が接触している。図４（ｃ）は、図４（ａ）の状態を基準にした主軸４の回転角度１８０度における状態を示しており、カムＷａのトップ部の中央に砥石車１２が接触している。図４（ｄ）は、図４（ａ）の状態を基準にした主軸４の回転角度２７０度における状態を示しており、カムＷａの同径部の他端部に砥石車１２が接触している。
【００２７】
つまり、図４（ａ）に示すように、カムＷａの同径部が砥石車１２に対向している状態においては、砥石台８は進退移動を行わず、同径部からリフト部に移行するタイミングで砥石台８が後退を開始する。そして、カムＷａのトップ部の中央が砥石車１２と接触する状態において、距離Ｌだけ後退する。この状態が研削時における後退量最大となる位置であり、カムＷａのトップ部の中央を境界にして砥石台８が前進を開始する。そして、リフト部から同径部に移行するタイミングで砥石台８の前進を停止する。
【００２８】
図４のように、砥石車１２とカムシャフトＷとが接触した時に、その接触が振動センサ１９により検出され、カムシャフトＷの回転が開始される。このため、カムシャフトＷの回転と砥石台８の進退移動とを同期制御した状態で、予め指定した粗研削送り速度にて砥石台８を所定量送り込むことにより粗研削がなされる。なお、粗研削送り速度にて砥石台８を所定量送り込んで粗研削が完了すると、従来と同様に仕上げ加工に移行し、仕上げの各工程がなされる。そして、仕上げ工程が完了し、砥石台８が早戻し後退され、原点位置に復帰する。
【００２９】
このように、この実施形態においては、砥石車１２とカムシャフトＷとの接触にともなう音響変化を捉えて、砥石台８の送り速度が制御される。従って、送り速度の切り替えを確実に行うことができるとともに、砥石車１２やカムシャフトＷに対して電気的な接続を取る必要がなくて、構成が簡単である。しかも、振動センサ１９は砥石車１２をはじめとする可動部に摺動状態で接触しているのではないため、耐久性に優れる。
次に、この発明の要部について説明する。
この実施形態では、カムＷａの同径部と砥石車１２とが対向する状態（図４（ａ），（ｂ），（ｄ）参照）で、カムＷａが一定角度内において正逆回転を繰り返すように制御しながら砥石台８を位置決めするようにしている。
従って、カムＷａに対する砥石車１２の接触開始がカムＷａの同径部からされることになり、カムＷａの同径部のカム素材表面の凸部をすばやく検出でき、接触開始時における研削送り速度の切換えをすばやく行うことができる。
【００３０】
（他の実施の形態）
この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体化してもよい。これらの実施形態においても前記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００３１】
・第１の実施形態においては、振動センサ１９としてＡＥセンサを用いて砥石車１２とカムシャフトＷの被研削面Ｗｂとの接触を砥石台８による振動を介して検出した。これに代えて、マイクロホンによる通常の音響を検出するようにした音響センサを用いるようにすること。
【００３２】
・第１の実施形態においては、砥石車１２とカムシャフトＷの被研削面Ｗｂとの接触を検出したタイミングで、位置決め速度からただちに粗研削送り速度に切り換えるようにした。これに代えて砥石車１２とカムシャフトＷの被研削面Ｗｂとの接触を検出したタイミングから徐々に所定の速度まで減速して粗研削送り速度に切り換えるようにすること。このように構成すれば、切り込み量の多い粗研削中に速度切り替えにともなう砥石台８の送り時間の短縮ができ、しかも加工時間が短縮できる。
【００３３】
・第１の実施形態においては、砥石車１２とカムシャフトＷの被研削面Ｗｂとの接触を検出したタイミングで、位置決め速度から粗研削送り速度に切り換える場合について説明した。
【００３４】
なお、被研削面Ｗｂ上の研削液の膜はきわめて厚いため、送り速度が切り替えられるタイミングは砥石車１２が研削液に接触した時点にならないよう、実際に砥石車１２がワークに接触した時に速度切り替えが開始されるようにするため、研削液との接触を無視するフィルタを設けた。
【００３５】
・振動センサ１９の検出後に、カムシャフトＷの回転、砥石台８の送り等を同期制御するようにした。これに代えて、振動センサ１９の検出前に前記の同期制御を行うように構成すること。
【００３６】
・振動センサ１９を用いることなく、モータの駆動電流を監視することで、砥石車１２とカムシャフトＷの被研削面Ｗｂとの接触によるモータ負荷電流の変化を検出するように構成すること。
【００３７】
すなわち、図５に示すように、駆動回路２６と、砥石回転用モータ１４との間に電流検出回路２７が設けられている。
電流検出回路２７は、砥石回転用モータ１４に供給される駆動電流を監視する。そして、砥石回転用モータ１４への駆動電流値と所定の値とを比較することにより、砥石車１２とカムシャフトＷの被研削面Ｗｂとの接触を検出して検出情報を生成する。この電流検出回路２２において生成された検出情報が制御部２３に入力される。
【００３８】
そして砥石車１２がカムシャフトＷに接触した際における負荷トルクの急激変動による砥石回転用モータの駆動電流の増加が検出される。この検出に基づき、砥石車１２とカムシャフトＷの被研削面Ｗｂとの接触のタイミングで位置決め速度から粗研削送り速度となるように切り換えるとともに、カムシャフトＷの回転と砥石台８の進退移動とを同期制御する。
【００３９】
・主軸用モータ５、もしくは、移動用モータ９の駆動電流を監視して砥石車１２とカムシャフトＷの被研削面Ｗｂとの接触を検出すること。また、複数のモータにより駆動電流を監視するようにすること。
【００４１】
・砥石車１２とカムシャフトＷのカムＷａとの接触を検出するセンサとして、加速度ピックアップを用いること。従って、この加速度ピックアップにより砥石車１２とカムＷａとの接触に基づく装置振動を直接検知して前記接触を検出できる。なお、この加速度ピックアップは、前記実施形態と同様に、砥石車１２やカムシャフトから離隔した位置に配置される。
【００４３】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているため、次のような効果を奏する。カムシャフトのカムと砥石車との接触による状態変化を砥石車に直接接触することなく離隔した位置で検出する検出手段が所定位置に設けられるため、検出手段の摩耗がなくカムと砥石車との接触を確実に検出することができ、エアーカットに要する時間を短縮し加工時間の短縮化を図ることができる。しかも、複雑な電気配線が不要で、構成が簡単であり、検出手段の摩耗等のおそれがなく、耐久性にも優れる。
【００４７】
又、本発明によれば、カムシャフトのカムと砥石車との接触が検出される前の段階においてカムの同径部が砥石車に対向した状態で正逆回転を繰り返すように制御されるため、前記カムに対する砥石車の接触開始が、同径部からされることになり、カムの同径部の素材表面の凸部をすばやく検出でき、接触開始時における研削送り速度の切換えをすばやく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の構成を示す一部破断側面図。
【図２】第１の実施形態の構成を示す平面図。
【図３】第１の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図。
【図４】第１の実施形態の動作説明に用いる説明図。
【図５】他の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図。
【図６】（ａ）は振動センサにより検出された振動周波数を示すグラフ、（ｂ）はフィルタによりスクリーンされた振動周波数のデータを示すグラフ。
【符号の説明】
５…主軸用モータ、８…砥石台、９…移動用モータ、１２…砥石車、１４…砥石回転用モータ、１９…振動センサ、２１…フィルタ回路、２２…検出回路、２３…制御部、２４，２５，２６…駆動回路

Claims

同径部とリフト部とからなるカムを備えたカムシャフトを回転可能に支持するワーク支持台と、
そのワーク支持台に支持されたカムシャフトに対して近接離間可能な砥石車と、
前記砥石車を備えた砥石台の研削送りを行わせる送り手段と、
前記カムシャフト及び砥石車から離隔した位置に配置され、前記カムと砥石車との接触による状態変化を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に応じて砥石台の研削送り速度が変更されて砥石台が位置決め速度から研削送り速度に移行するように前記送り手段の動作を制御するとともに、カムシャフトの回転と砥石台の送り方向とが同期するように制御する制御手段と、
を備えたカム研削装置において、
前記制御手段は、前記検出手段による検出前において前記カムの同径部が砥石車に対向した状態でカムが一定角度内を往復回転するように制御することを特徴とする研削装置。