JP4140574B2 - 凹面を有するカムを研削する方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、凹面を有するカムを砥石車により研削するカム研削方法および装置に関する。
従来、工作物支持装置に支持された工作物のＣ軸回りの回転と砥石車を支承する砥石台のＸ軸方向の送りとを数値制御装置により同時２軸制御して工作物にカムを研削する方法が知られている。近年、カムの形状はエンジンの高性能化に伴い、その形状への要求が複雑かつ高精度になり、図４に示すような凹面Ａを有するカムの需要が増大している。このような凹面Ａを有するカムを研削する場合、凹面Ａに接触可能な小径の砥石車を用いる必要がある。ところが、工作物の回転軸線と砥石車の回転軸線とを平行にした状態で砥石車の径を小さくすると、砥石台と工作物支持装置とが干渉する。これを防止するために、特許文献１に記載のカム研削盤においては、工作物を支持する工作物支持装置と砥石車を支承する砥石台とが直交するＺ軸およびＸ軸方向に移動可能にベッド上に装架され、砥石台に砥石軸がＸ‐Ｚ平面内でＸ軸と傾斜して軸承され、この砥石軸の先端にＸ軸と平行な母線を有するテーパ状の小径砥石車が装着されている。
特開平８−２４３９０６号公報（第３，５頁、第１，２，８図）
工作物のＣ軸回りの回転角度に応じて砥石車をＸ軸方向に進退移動させて工作物のカム部を所望カム形状に研削する場合、工作物の各回転位相において所定外径の砥石車が所望カム形状と接するように、工作物のＣ軸回りの回転と、砥石台のＸ軸方向の移動とをカムプロフィル創成ＮＣデータにより同時２軸制御してカムプロフィル創成運動を行なわせながら、砥石車を工作物に向かってＸ軸方向にプランジ研削送りさせている。カムプロフィル創成運動において、砥石車が所望カム形状と接する点は、この点での共通接線の傾斜角度に応じて、工作物の回転中心と砥石車の回転中心とを結ぶ線分に対して上下に変位する。このため、砥石車の直径がカムプロフィル創成ＮＣデータ作成時の直径と異なると研削加工したカムにプロフィル誤差が生じる。例えば、特許文献１におけるカム研削装置において、テーパ状砥石車の中央部分のＺ軸と直角な平面における見かけの砥石径を所定外径としてカムプロフィル創成ＮＣデータを作成し、創成運動させながらプランジ研削すると、砥石車の小径側と大径側では見かけの砥石径と所定外径との違いから研削加工したカム形状に図５に示すプロフィル誤差が生じる。
このようなプロフィル誤差をなくすために、特許文献１に記載のカム研削盤において、砥石軸軸線上に中心を有する小径の球状砥石車を砥石軸の先端に装着し、工作物と砥石台とをカムプロフィル創成運動させながら、砥石台を工作物支持装置に対してＺ軸方向にトラバース研削送りさせると、トラバース研削送り端で砥石車を工作物に向かってＸ軸方向に切込んでトラバース研削送りを複数回繰返す必要があり研削時間が長くなる。
本発明は、係る従来の不具合を解消するためになされたもので、凹面を有するカムを小径の砥石車により高精度に効率的に研削することができる方法および装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、工作物を支持する工作物支持装置と砥石車を支承する砥石台とを互いに直交するＺ軸およびＸ軸方向に相対移動可能にベッド上に装架し、前記砥石台に前記砥石車が装着される砥石軸をＸ‐Ｚ平面内でＸ軸と傾斜して軸承し、工作物のＸ‐Ｚ平面内でのＺ軸と平行なＣ軸回りの回転と、砥石台の工作物支持装置に対するＸ軸方向の相対移動との同時２軸制御によるカムプロフィル創成運動により前記工作物のカム部に凹面を有するカムを研削加工する方法において、前記砥石車を、Ｚ軸と平行な母線を有し前記砥石台側が大径となるテーパ部と、該テーパ部の最大外径部で前記母線と接する球状部とで構成し、前記砥石台を前記カムプロフィル創成運動とともに前記工作物支持装置に向かってＸ軸方向に相対的にプランジ研削送りして前記カム部を前記テーパ部によりプランジ研削し、プランジ研削後に前記砥石台を前記カムプロフィル創成運動とともに前記工作物支持装置に対して前記テーパ部の小径側を先行させてＺ軸方向にトラバース研削送りして前記カム部を前記球状部によりトラバース研削することである。
請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記カム部の幅が前記砥石車の幅より広い場合、前記砥石台を前記カムプロフィル創成運動とともに前記工作物支持装置に向かってＸ軸方向に相対的にプランジ研削送りして前記カム部を前記砥石車によりプランジ研削することを、前記工作物支持装置を前記砥石台に対して前記テーパ部の幅より小さい所定量だけＺ軸方向に相対的に移動させて繰返すことである。
請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、工作物を支持する工作物支持装置と砥石車を支承する砥石台とが直交するＺ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砥石台にＸ‐Ｚ平面内でＸ軸と傾斜して軸承され、前記工作物支持装置による工作物のＸ‐Ｚ平面内でのＺ軸と平行なＣ軸回りの回転と、砥石台の工作物支持装置に対するＸ軸方向の相対移動とを同時２軸制御して前記工作物と前記砥石車との間でカムプロフィル創成運動を行わせる創成制御手段を備えた、前記工作物のカム部に凹面を有するカムを研削加工する装置において、前記砥石車を、Ｚ軸と平行な母線を有し前記砥石台側が大径となるテーパ部と、該テーパ部の最大外径部で前記母線と接する球状部とで構成し、前記カム部を前記テーパ部によりプランジ研削するために、前記砥石台を前記創成制御手段による前記カムプロフィル創成運動とともに前記工作物支持装置に向かってＸ軸方向に相対的にプランジ研削送りさせるプランジ研削送り制御手段と、プランジ研削後に前記カム部を前記球状部によりトラバース研削するために、前記砥石台を前記創成制御手段による前記カムプロフィル創成運動とともに前記工作物支持装置に対して前記テーパ部の小径側を先行させてＺ軸方向にトラバース研削送りさせるトラバース研削送り制御手段を備えたことである。
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、工作物と砥石車が直交するＺ軸およびＸ軸方向に相対移動し、砥石車の回転軸線がＸ軸に対して傾斜し、砥石車はＺ軸と平行な母線を有するテーパ部と、該テーパ部の最大外径部で母線と接する球状部とを有している。砥石車はカムプロフィル創成運動とともに工作物に向かってＸ軸方向にプランジ研削送りされて工作物のカム部をプランジ研削し、その後に、カムプロフィル創成運動とともにＺ軸方向にトラバース研削送りされてトラバース研削する。これにより、工作物のカム部を砥石車のテーパ部により効率的にプランジ研削し、カム部を砥石車の球状部により砥石径の相違に基づくカムプロフィル誤差を生じることなくトラバース研削し、カムを高精度に効率的に研削加工することができる。
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、カム部の幅が砥石車の幅より広い場合、砥石台を所定量ずらしてカムプロフィル創成運動とともにプランジ研削送りを繰り返すので、幅の広いカム部を効率的に研削加工することができる。
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、工作物と砥石車が直交するＺ軸およびＸ軸方向に相対移動され、砥石車の回転軸線がＸ軸に対して傾斜され、砥石車はＺ軸と平行な母線を有するテーパ部と、該テーパ部の最大外径部で母線と接する球状部とで構成されている。砥石車はカムプロフィル創成運動とともに工作物に向かってＸ軸方向にプランジ研削送りされて工作物のカム部をテーパ部でプランジ研削し、その後に、カムプロフィル創成運動とともにＺ軸方向にテーパ部の小径側を先行させてトラバース研削送りされてカム部を球状部でトラバース研削する。これにより、工作物のカム部を砥石車のテーパ部により効率的にプランジ研削し、カム部を砥石車の球状部により砥石径の相違に基づくカムプロフィル誤差を生じることなくトラバース研削し、凹面を有するカムを高精度に効率的に研削可能な装置を提供することができる。
以下、本発明に係る凹面を有するカムを研削する方法および装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、数値制御カム研削盤１１のベッド１２上にはテーブル１３が摺動可能に載置され、ボールネジ１４を介してサーボモータ１５によりＺ軸方向に移動される。テーブル１３上には主軸台１６が固定され、主軸台１６には工作物Ｗの一端をチャック１７により把持する主軸１８が回転可能に軸承され、サーボモータ１９により回転駆動されて工作物ＷをＺ軸と平行なＣ軸回りに回転させる。テーブル１３上には、主軸台１６に対向して心押台２８が位置調整可能に固定され、この心押台２８に主軸１８と同軸線上に摺動可能に嵌合されたラム２９の先端に嵌着されたセンタが工作物Ｗの他端に穿設されたセンタ穴に嵌合して工作物Ｗの他端を支持している。テーブル１３、主軸台１６およびサーボモータ１９等によって、工作物Ｗを水平なＸ‐Ｚ平面内でＣ軸回りに回転駆動可能に支持する工作物支持装置３１が構成されている。
ベッド１２上には砥石台テーブル３０がＺ軸と直交するＸ軸方向に摺動可能に装架され、ボールネジ２１を介してサーボモータ２２によりＺ軸方向に移動される。砥石台テーブル３０には砥石台２０が傾斜して取付けられ、砥石台２０には砥石軸２３がＸ‐Ｚ平面内でＸ軸と傾斜して軸承され、ビルトインモータ２４により回転駆動される。砥石軸２３には、ＣＢＮ砥粒をビトリファイドボンドで結合した砥粒層がコア外周面に貼付けされた砥石車Ｇが装着されている。図２に示すように砥石車Ｇは、Ｚ軸と平行な母線Ｇｃを有し砥石台２０側が大径となるテーパ部Ｇａと、該テーパ部Ｇａの最大外径部Ｇｄで母線Ｇｃと接する球状部Ｇｂとで構成されている。球状部Ｇｂの中心は、Ｘ‐Ｚ平面においてテーパ部Ｇａの最大外径部ＧｄからＸ軸方向に引いた直線Ｌが砥石軸線と交差する交点Ｏと一致する。
主軸台１６の砥石台２０側にはツルーイングロール２５を回転駆動可能に支承するツルーイング装置２６が固定され、サーボモータ１５，２２が数値制御装置２７からの指令により同時２軸制御されてテーブル１３と砥石台２０とが相対移動されることにより、砥石車Ｇの外周面にテーパ部２０ａおよび球状部２０ｂがツルーイングロール２５によってツルーイングされる。
数値制御装置２７には、サーボモータ１９，２２を同時２軸制御して回転させ、主軸１８のＸ‐Ｚ平面内でのＣ軸回りの回転位相に応じて砥石台テーブル３０をＸ方向に進退移動させ、工作物Ｗと砥石車Ｇとの間でカムプロフィル創成運動を行わせるカムプロフィル創生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２７には、カムプロフィル創成運動に重畳して砥石台テーブル３０を工作物支持装置３１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。砥石台テーブル３０にカムプロフィル創成運動を行わせるとともに、テーブル１３をサーボモータ１５によりＺ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２７に記憶されている。
次に、上記実施の形態の作動について説明する。工作物Ｗを主軸１８のチャック１７に回転方向の位相決めを行って把持し後端部を心押台２８のセンタで挟持して起動釦を押すと、数値制御装置２７は図３に示すプログラムを実行する。サーボモータ１５が数値制御装置２７からの指令により回転駆動され、テーブル１３がボールネジ１４を介してＺ軸方向に移動され、砥石車Ｇのテーパ部Ｇａが工作物Ｗの最初に研削するカム部Ｗ１と対向する研削開始位置に割出される（ステップＳ１）。
次にサーボモータ１９，２２がカムプロフィル創生ＮＣデータにより同時２軸制御されて回転され、主軸１８のＸ‐Ｚ平面内でのＣ軸回りの回転位相に応じて砥石台テーブル３０がＸ方向に進退移動され、工作物Ｗと砥石車Ｇとの間でカムプロフィル創成運動が行われる。これと同時に、主軸１８の回転に連動してサーボモータ２２が回転され、砥石台テーブル３０が工作物支持装置３１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、プロフィル創成運動に重畳して砥石車Ｇが工作物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）。
砥石台テーブル３０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、砥石車Ｇがプロフィル創成運動に重畳して工作物Ｗに向かって精研削送り速度で精研削完了位置までＸ軸方向にプランジ精研削送りされ、砥石車Ｇのテーパ部Ｇｂがカム部Ｗ１をプランジ精研削する（ステップＳ３）。
ステップＳ２，Ｓ３が、工作物Ｗのカム部を砥石車Ｗのテーパ部Ｇａによりプランジ研削するために、砥石台２０をカムプロフィル創成ＮＣデータによるカムプロフィル創成運動とともに工作物支持装置３１に向かってＸ軸方向に相対的にプランジ研削送りさせるプランジ研削送り制御手段をなす。
プランジ精研削完了後、サーボモータ１９，２２によるカムプロフィル創成運動が行われるとともに、サーボモータ１５が回転され、工作物支持装置３１がＺ軸方向に右方にトラバース研削送りされ、カム部Ｗ１は砥石車Ｇの球状部Ｇｂによりトラバース精研削される（ステップＳ４）。トラバース精研削送りにおいて、カム部Ｗ１と砥石車Ｇとはカムプロフィル創成運動を行っているので、砥石車Ｇがカム部Ｗ１を研削する研削点は工作物Ｗの回転中心と砥石車Ｇの回転中心とを結ぶ線分に対して上下に変位する。しかしながら、砥石車Ｇの球状部Ｇｂは、カムプロフィル創成用データを作成するときに用いた砥石の所定外径と同じ外径２Ｒに形成されているので、研削点が、球状部Ｇｂの球中心Ｏを通りＺ軸と直角な平面内で上下に変位しても、カム部Ｗ１を研削する砥石車Ｇの外径は所定外径に維持され、砥石径の相違に基づくカムプロフィル誤差を生じることがない。そして、球状部Ｇｂはカム部Ｗ１の右端より右側に離れた位置からテーパ部Ｇａの小径側を先行させて工作物Ｗに対して左方にトラバース研削送りされるので、カム部Ｗ１の全幅が球状部Ｇｂにより砥石径の相違に基づくカムプロフィル誤差を生じることなく、効率的に高精度にトラバース精研削される。このステップＳ４が、プランジ研削送り後にトラバース研削するために、カムプロフィル創成運動とともに砥石台２０を工作物支持装置３１に対してＺ軸方向にテーパ部の小径側を先行させてトラバース研削送りさせるトラバース研削送り制御手段をなす。
トラバース精研削が完了すると、プロフィル創成運動に重畳して砥石車Ｇが工作物Ｗから後退端までＸ軸方向に後退され、砥石車Ｇがカム部Ｗ１から開離される（ステップＳ５）。続いてテーブル１３がＺ軸方向に移動され、砥石車Ｇのテーパ部Ｇａが工作物Ｗのカム部Ｗ１に隣接するカム部Ｗ２と対向する位置に割出され、ステップＳ１〜Ｓ５が実行されカム部Ｗ２が研削される。砥石車Ｇが装着される砥石軸２３はＸ‐Ｚ平面内でＸ軸と傾斜して軸承されているので、小径の砥石車Ｇが工作物Ｗに向かって前進されても、砥石台２０がカム部Ｗ１或いは心押台２８等と干渉することがない。
上記実施の形態では、プランジ精研削後に砥石車Ｇをテーパ部Ｇａの小径側を先行させてトラバース研削送りして工作物Ｗのカム部Ｗ１を球状部Ｇｂによりトラバース研削しているが、プランジ精研削完了後にプロフィル創成運動に重畳して砥石車Ｇを工作物ＷからＸ軸方向に僅かに後退させ、テーブル１３をサーボモータ１５によりＺ軸方向に左進させ、球状部Ｇｂの右端がカム部Ｗ１の左端から僅かに離脱するトラバース開始位置に割出し、砥石台テーブル３０をサーボモータ２２により最終仕上げ位置まで前進させ、砥石車Ｇをカムプロフィル創成運動とともに球状部Ｇｂを先行させてトラバース研削送りするようにしてもよい。
上記実施の形態では、工作物Ｗを支持する工作物支持装置３１をテーブル１３によりベッド１２上にＺ軸方向に移動可能に載置し、砥石車Ｇを支承する砥石台２０を砥石台テーブル３０によりベッド１２上にＸ軸方向に移動可能に載置しているが、工作物支持装置３１をベッド１２上に固定し、ベッド１２上にＺ軸方向に移動可能に載置されたサドル上に砥石台テーブル３０をＸ軸方向に移動可能に載置し、砥石台２０がＺ軸およびＸ軸方向に移動するようにしてもよい。
１１…数値制御カム研削盤、１２…ベッド、１３…テーブル、１４，２１…ボールネジ、１５，１９，２２…サーボモータ、１６…主軸台、１７…チャック、１８…主軸、２０…砥石台、２３…砥石軸、２４…ビルトインモータ、２５…ツルーイングロール、２６…ツルーイング装置、２７…数値制御装置、３０…砥石台テーブル、３１…工作物支持装置、Ｇ…砥石車、Ｇａ…テーパ部、Ｇｂ…球状部、Ｗ…工作物、Ｗ１，Ｗ２…カム部。
Claims (3)
- 工作物を支持する工作物支持装置と砥石車を支承する砥石台とを互いに直交するＺ軸およびＸ軸方向に相対移動可能にベッド上に装架し、前記砥石台に前記砥石車が装着される砥石軸をＸ‐Ｚ平面内でＸ軸と傾斜して軸承し、工作物のＸ‐Ｚ平面内でのＺ軸と平行なＣ軸回りの回転と、砥石台の工作物支持装置に対するＸ軸方向の相対移動との同時２軸制御によるカムプロフィル創成運動により前記工作物のカム部に凹面を有するカムを研削加工する方法において、
前記砥石車を、Ｚ軸と平行な母線を有し前記砥石台側が大径となるテーパ部と、該テーパ部の最大外径部で前記母線と接する球状部とで構成し、
前記砥石台を前記カムプロフィル創成運動とともに前記工作物支持装置に向かってＸ軸方向に相対的にプランジ研削送りして前記カム部を前記テーパ部によりプランジ研削し、
プランジ研削後に前記砥石台を前記カムプロフィル創成運動とともに前記工作物支持装置に対して前記テーパ部の小径側を先行させてＺ軸方向にトラバース研削送りして前記カム部を前記球状部によりトラバース研削することを特徴とする凹面を有するカムを研削する方法。 - 請求項１において、
前記カム部の幅が前記砥石車の幅より広い場合、前記砥石台を前記カムプロフィル創成運動とともに前記工作物支持装置に向かってＸ軸方向に相対的にプランジ研削送りして前記カム部を前記テーパ部によりプランジ研削することを、前記工作物支持装置を前記砥石台に対して前記テーパ部の幅より小さい所定量だけＺ軸方向に相対的に移動させて繰返すことを特徴とする凹面を有するカムを研削する方法。 - 工作物を支持する工作物支持装置と砥石車を支承する砥石台とが直交するＺ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砥石台にＸ‐Ｚ平面内でＸ軸と傾斜して軸承され、前記工作物支持装置による工作物のＸ‐Ｚ平面内でのＺ軸と平行なＣ軸回りの回転と、砥石台の工作物支持装置に対するＸ軸方向の相対移動とを同時２軸制御して前記工作物と前記砥石車との間でカムプロフィル創成運動を行わせる創成制御手段を備えた、前記工作物のカム部に凹面を有するカムを研削加工する装置において、
前記砥石車を、Ｚ軸と平行な母線を有し前記砥石台側が大径となるテーパ部と、該テーパ部の最大外径部で前記母線と接する球状部とで構成し、
前記カム部を前記テーパ部によりプランジ研削するために、前記砥石台を前記創成制御手段による前記カムプロフィル創成運動とともに前記工作物支持装置に向かってＸ軸方向に相対的にプランジ研削送りさせるプランジ研削送り制御手段と、
プランジ研削後に前記カム部を前記球状部によりトラバース研削するために、前記砥石台を前記創成制御手段による前記カムプロフィル創成運動とともに前記工作物支持装置に対して前記テーパ部の小径側を先行させてＺ軸方向にトラバース研削送りさせるトラバース研削送り制御手段を備えたことを特徴とする凹面を有するカムを研削する装置。
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