JP5192268B2 - カムシャフトの研削加工装置及び研削加工方法 - Google Patents

カムシャフトの研削加工装置及び研削加工方法 Download PDF

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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、砥石車はX−Y平面に直交するZ軸に平行な砥石軸を介して砥石台に支承される一方、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砥石車に対面させて順次位置決めする位置決め手段と、位置決め手段の位置決め毎に、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、ワークと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、気筒毎の凹部研削後に、砥石台と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、砥石車は、カムの2箇所のイベント部に形成する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、砥石台は、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X−Y平面に移動させるようにした。
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、砥石車はX−Y平面に直交するZ軸に平行な砥石軸を介して砥石台に支承される一方、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砥石車に対面させて順次位置決めし、位置決め毎に、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、ワークと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、気筒毎のカムへの凹部研削後に、砥石台と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。
また、カムシャフトの研削加工装置は、砥石車として、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、砥石台は、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X−Y平面に移動させるため、対象とする加工部位が凹部のみであり、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。
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 (6)

  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
    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カムシャフトの研削加工装置。
  2. 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され、前記第1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、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、前記第1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第1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と共に、
    前記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され、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第2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る凹部創成制御手段と、
    前記気筒毎の凹部研削後に、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第2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、
    前記凹部を研削する第2砥石台は、前記カムプロフィールを研削する第1砥石台に対して、カムシャフトの軸心を挟んで互いが交差する位置に配置されていることを特徴とするカムシャフトの研削加工装置。
  3. 前記第2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2に記載のカムシャフトの研削加工装置。
  4. 前記第2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、
    前記凹部創成制御手段は、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2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砥石車を支承すると共にカムシャフトの軸心を挟んで第1砥石台に対して交差する位置に配置されている第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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