JP6645145B2 - カム研削装置、およびカム研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、カム研削装置、およびカム研削方法に関する。詳細には、カムリフト量と位相角が異なる２つのカムが軸方向に隣接して配設される複合カムの研削装置、およびカム研削方法に関する。

内燃機関のシリンダへの吸入および排気は、バルブ（弁）の開弁作動により行われる。このバルブの開弁作動は回転するカムの作動により行われる。

バルブの開弁作動は、内燃機関の出力向上等の観点から、内燃機関の低速回転時と高速回転時とで異ならせる開弁作動制御が行われている。

その制御方法の一つとして、バルブを作動させるカムとして、低速用の第１カムと、高速用の第２カムとを設けて、内燃機関の回転数に応じて適宜第１カムと第２カムとを選択して、バルブの開弁制御を行うものがある。この場合、第１カムと第２カムとの切替え選択は、バルブのタペットと第１カムおよび第２カムとが相対的に軸方向に接触移動することにより行われる。

図１３〜図１５は低速用の第１カム１１２と、高速用の第２カム１１４の配置関係を示す概略図である。この概略図からも分かるように、一般的には、低速用の第１カム１１２の最大リフト高さは低くされており、高速用の第２カム１１４の最大リフト高さは第１カム１１２に比べ高くされている。また、両カム１１２，１１４の位相角は回転方向（図１３の矢印方向）に対して、高速用の第２カム１１４は低速用の第１カム１１２に比べ早い位相、すなわち、バルブの開弁作動が早く行われるようになっている。このため、図１３に示すように、高速用の第２カム１１４のリフト高さ方向のカム輪郭と、低速用の第１カム１１２のリフト高さ方向のカム輪郭とは、角度方向において相互にずれた位置にあり、カム軸方向から見た場合、相互にはみ出した位置関係にある。

図１４および図１５に示されるように、低速用の第１カム１１２と高速用の第２カム１１４は軸方向に隣接して配設されている。すなわち、両カムは複合カム１１０として配設されている。この場合、低速用の第１カム１１２および高速用の第２カム１１４とも、ベース円部はカム軸中心から一定の半径ｒで形成されている。両カムのベース円部が重なった一定の角度範囲が共通ベース円部Ｃとなっている。この共通のベース円部Ｃの範囲において、前述のタペットと第１カム１１２および第２カム１１４の間の相対的接触移動が行われる。

低速用の第１カム１１２と高速用の第２カム１１４からなる複合カム１１０のカム研削は、カム研削装置において砥石Ｔ（図１４および図１５参照）により通常行われる。この複合カム１１０の研削は、第１カム１１２と第２カム１１４の一方のカムをプランジ研削した後、他方のカムをプランジ研削する。

例えば、図１４と図１５の場合は、先に、低速用の第１カム１１２の研削が行われ、後で、高速用の第２カム１１４の研削が行われる場合である。この場合、第１カム１１２の研削は、砥石Ｔにより、予め設定された低速用の第１カム１１２のカムリフトデータに基づいて行われる。その後、砥石Ｔを高速用の第２カム１１４に対応する位置に移動させて、第２カム１１４を砥石Ｔにより、予め設定された低速用の第１カム１１２のカムリフトデータに基づいて行う。この様にして複合カム１１０の研削はカム研削装置により行われる。

独国特許発明第１０３３３９１６号明細書 特開平４−１３５６０号公報

上述した複合カム１１０のカム研削装置による砥石Ｔの研削においては、図１５に示すように、第１カム１１２と第２カム１１４の共通ベース円部の範囲における第１カム１１２と第２カム１１４との境界部に研削残しの研削残部Ｆが生じる問題がある。図１４および図１５に示す研削残部Ｆの図示は、理解を容易とするために誇張して図示されている。具体的には研削残部Ｆは数μｍ（ミクロン）のオーダである。

共通のベース円部Ｃの範囲における第１カム１１２と第２カム１１４との境界部に研削残部Ｆがあると、前述したタペットが第１カム１１２および第２カム１１４との間を相対移動する際、この研削残部Ｆを乗り越えて行われることになる。このため、その作動がスムースに行われなく、バルブの開弁制御に影響を及ぼすことになる。このため、砥石Ｔの成形頻度を早くする必要があった。

上述した研削残部Ｆが生じる問題を具体的に説明する。通常、図１４および図１５に示すように砥石Ｔの軸方向幅は、低速用の第１カム１１２および高速用の第２カム１１４の軸方向幅より幅広とされている。砥石Ｔの研削面側の両端Ｔａ，Ｔｂは、ワークであるカムの研削を行うことにより、いわゆる研磨ダレが生じる。すなわち、中央部に比べ両端Ｔａ，Ｔｂの摩耗の進行が早くダレが生じる。

このため、今、図１４に示すように低速用の第１カム１１２をプランジ研削を行う場合、砥石Ｔはその右端Ｔａを第１カム１１２と第２カム１１４の境界部に合わせて位置させる。このことから砥石Ｔの左端Ｔｂは、第１カム１１２の左側よりはみ出した位置状態となる。これにより、砥石Ｔの左端Ｔｂのダレは第１カム１１２の研削に影響を与えることはない。しかし、砥石Ｔの右端Ｔａのダレは第１カム１１２と第２カム１１４の境界部における第１カム側の研削に影響を与え、研削残部Ｆを残す。図１４において黒く塗り潰した箇所が研削残部Ｆである。なお、図１４および図１５において第１カム１１２および第２カム１１４の研削代を仮想線で示したが、これも理解を容易とするため誇張して図示されている。

次に、第１カム１１２の研削を終えた後、図１５に示すように、砥石Ｔを第２カム１１４の位置に相対的に移動させて、第２カム１１４を砥石Ｔによりプランジ研削する。このプランジ研削においては、砥石Ｔはその左端Ｔｂを第１カム１１２と第２カム１１４の境界部に合わせて位置させる。このことから砥石Ｔの右端Ｔａは、第２カム１１４の右側よりはみ出した位置状態となり、砥石Ｔの右側のダレは第２カム１１４の研削に影響を与えることはない。しかし、砥石Ｔの左端Ｔｂのダレは第１カム１１２と第２カム１１４の境界部における第２カム側の研削に影響を与え、研削残部Ｆを残す。この研削残部Ｆは、図１４の第１カム１１２の研削残部Ｆと共に、図１５において黒く塗り潰して示したが、第１カム１１２と第２カム１１４の境界部の位置に残る。

而して、本発明は上述した点に鑑みて創案されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、カムリフト高さが異なる複合カムの第１カムと第２カムにおける共通ベース円部の境界部に生じる研削残部を、第１カムと第２カムの輪郭を包含する仮想の中間カムを創生して、この中間カムの研削により削除することにある。

上記課題を解決するため、本発明は次の手段をとる。

請求項１に係る発明のカム研削装置は、複合カムは、軸中心から外周面までのリフト高さが一定の第１半径で形成される第１ベース円部と、前記軸中心から外周面までのリフト高さが変化する第１カム部と、を有する第１カムと、前記軸中心から外周面までのリフト高さが一定の前記第１半径で形成される第２ベース円部と、前記軸中心から外周面までのリフト高さが変化する第２カム部と、を有する第２カムと、を有し、前記第１カムと前記第２カムは、同軸となるように軸方向に隣接して配設されており、かつ、互いに異なる第１カムリフトデータと第２カムリフトデータとを有し、さらに、前記第１ベース円部の外周面の少なくとも一部と前記第２ベース円部の外周面の少なくとも一部とが同一面の共通ベース円部となっており、前記複合カムを研削する、カム研削装置である。

そして、当該カム研削装置は、ベースとなる基台と、前記基台上に載置され、前記複合カムを前記軸中心回りに回転可能に支持するワーク回転装置を備えた主軸装置と、前記基台上に載置され、回転する砥石を備えた砥石装置と、前記複合カムに対して前記砥石を相対的に前記軸方向に往復移動可能なトラバース移動装置と、前記複合カムに対して前記砥石を相対的に前記軸方向と交差する方向に移動可能なプランジ移動装置と、前記ワーク回転装置、前記トラバース移動装置、および前記プランジ移動装置を制御する制御装置と、を備える。

そして、更に、前記制御装置は、前記第１カムにおける回転角度に対するリフト量が設定された前記第１カムリフトデータと、前記第２カムにおける回転角度に対するリフト量が設定された前記第２カムリフトデータと、に基づいて、前記第１ベース円部の外周面の少なくとも一部と前記第２ベース円部の外周面の少なくとも一部が同一面となる共通ベース円部の角度範囲を求める、共通ベース円部設定部と、前記第１カムリフトデータと、前記第２カムリフトデータに基づいて、前記カム軸方向から見た前記第１カムの輪郭と前記第２カムの輪郭を包含し、前記共通ベース円部の角度範囲を含む仮想の中間カムの中間カムリフトデータを創生する中間カムリフトデータ創生部と、前記プランジ移動装置と前記トラバース移動装置を制御して、前記第１カムの外周面に対向する位置に前記砥石を移動させ、前期第１カムリフトデータに基づいて前記ワーク回転装置と前記プランジ移動装置を制御して、前記第１カムを研削する、第１カム研削部と、前記第１カム研削後、前記複合カムに対して前記砥石が後退した状態で、前記トラバース移動装置を制御して前記第２カムの外周面に対向する位置に前記砥石を移動させ、前記第２カムリフトデータに基づいて前記ワーク回転装置と前記プランジ移動装置を制御して前記第２カムを研削する、第２カム研削部と、前記第２カム研削後、前記複合カムに対し前記砥石が後退した状態で、前記トラバース移動装置を制御して、前記両カムの境界に対応する位置まで前記砥石を移動させ、前記中間カムリフトデータに基づいて前記ワーク回転装置と前記プランジ移動装置を制御して、前記両カムの境界にある前記仮想の中間カムを研削する中間カム研削部と、を有する。

上述した請求項１に係る発明によれば、複合カムの第１カムと第２カムの砥石による研削を第１カム研削部および第２カム研削部により行うと、前述の「本発明が解決しようとする課題」で説明したように、両カムの共通ベース円部の境界部には、研削残部が残る。当該本発明は、この研削残部を次のようにして削除する。

先ず、当該本発明は、第１カムの第１リフトデータと、第２カムの第２リフトデータとに基づいて、カム軸方向から見た前記第１カムの輪郭と第２カムの輪郭を包含する仮想の中間カムのリフトデータを創生する。したがって、この仮想の中間カムのリフトデータには、問題となる研削残部が残る第１カムと第２カムの共通ベース円部の角度範囲を含んでいる。

そして、第１カムと第２カムの研削を終了後、中間カムのリフトデータに基づいて、両カムの境界にある仮想の中間カムの研削を行うことにより、境界部の研削残部を削除する。

次に、請求項２に係る発明のカム研削装置は、前述の請求項１に記載のカム研削装置であって、前記第１カム研削部および前記第２カム研削部における前記第１カムの研削および第２カムの研削は、粗研削、精研削、スパークアウトからなっている。

上述した請求項２に係る発明によれば、カム研削時間の短縮化を図ることができると共に、カムの研削を精度良く行うことができる。

なお、前述した各請求項に係る発明のカム研削装置によれば、当該装置により下記する請求項３に係る発明のカム研削方法をとることができ、上述した本発明の課題を解決することができる。

先ず、請求項３に係る発明のカム研削方法は、複合カムは、軸中心から外周面までのリフト高さが一定の第１半径で形成される第１ベース円部と、前記軸中心から外周面までのリフト高さが変化する第１カム部と、を有する第１カムと、前記軸中心から外周面までのリフト高さが一定の前記第１半径で形成される第２ベース円部と、前記軸中心から外周面までのリフト高さが変化する第２カム部と、を有する第２カムと、を有し、前記第１カムと前記第２カムは、同軸となるように軸方向に隣接して配設されており、かつ、互いに異なる第１カムリフトデータと第２カムリフトデータを有し、さらに、前記第１ベース円部の外周面の少なくとも一部と前記第２ベース円部の外周面の少なくとも一部とが同一面の共通ベース円部となっており、前記複合カムを研削する、カム研削方法である。

そして、前記第１カムにおける回転角度に対するリフト量が設定された前記第１カムリフトデータと、前記第２カムにおける回転角度に対するリフト量が設定された前記第２カムリフトデータと、に基づいて、前記第１ベース円部の外周面の少なくとも一部と前記第２ベース円部の外周面の少なくとも一部が同一面となる共通ベース円部の角度範囲を求める、共通ベース円部設定工程と、前記第１カムリフトデータと、前記第２カムリフトデータに基づいて、前記カム軸方向から見た前記第１カムの輪郭と前記第２カムの輪郭を包含し、前記共通ベース円部の角度範囲を含む仮想の中間カムの中間カムリフトデータを創生する中間カムリフトデータ創生工程と、前記第１カムの外周面に対向する位置に前記砥石を移動させ、前記第１カムリフトデータに基づいて前記砥石により前記第１カムをプランジ研削する、第１カム研削工程と、前記第１カム研削後、前記複合カムに対して前記砥石が後退した状態で前記第２カムの外周面に対向する位置に前記砥石を移動させ、前記第２カムリフトデータに基づいて前記砥石により前記第２カムをプランジ研削する、第２カム研削工程と、前記第２カム研削後、前記複合カムに対し前記砥石が後退した状態で、前記両カムの境界に対応する位置まで前記砥石を移動させ、前記中間カムリフトデータに基づいて前記両カムの境界にある前記仮想の中間カムを研削する中間カム研削工程と、を有する。

上述した本発明のカム研削方法においても、前述したカム研削装置の場合と同様に、第１カムと第２カムの研削において、両者の境界部に生じる研削残部を削除することができる。

上述した装置の本発明によれば、カムリフト高さが異なる複合カムの第１カムと第２カムにおける共通ベース円部の境界部に生じる研削残部を、第１カムと第２カムの輪郭を包含する仮想の中間カムを創生して、この中間カムの研削により削除することができる。

さらに、第１カムのカム高さ方向のカム輪郭と、第２カム高さ方向のカム輪郭とは、角度方向に相互にずれた位置にあり、カム軸方向から見た場合、相互にはみ出した位置関係にあっても、研削残部を中間カムの研削により確実に研削できる。

本実施形態が対象とする複合カムをカム軸線方向から見た概略図である。 同複合カムを構成する第１カムと第２カムをカム軸線に直交する方向から見た側面図である。 複合カム図１４を選択的に制御するカム制御機構の一例を示す実施形態の斜視図である。 カム研削装置の平面図である。 カム研削装置の右側面図である。 制御装置の制御機能を示すブロック図である。 制御装置による本実施形態の工程フローである。 第１カム研削工程の詳細工程フローである。 第２カム研削工程の詳細工程フローである。 第1カム研削の説明図である。 第２カム研削の説明図である。 中間カム研削の説明図である。 従来技術を説明するための複合カムをカム軸線方向から見た概略図である。 同複合カムを構成する第１カムと第２カムをカム軸線に直交する方向から見た側面図であり、第１カムを研削する状態図である。 同第２カムを研削する状態図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

先ず、本実施形態が対象とする複合カム１０について説明する。図１は複合カム１０をカム軸線ｘ方向から見た概略図である。図２は複合カム１０を構成する第１カム１２と第２カム１４をカム軸線ｘに直交する方向から見た側面図で示し、それぞれ最大のリフト高さ位置で図示した図である。

本実施形態の複合カム１０は図２に示すように第１カム１２と第２カム１４とが軸方向に隣接して配設されて構成されている。本実施形態では、第１カム１２は低速用のカム、第２カム１４は高速用のカムとなっている。低速用の第１カム１２の最大リフト高さは、高速用の第２カム１４の最大リフト高さより低くなっている。なお、図２に示されるように、低速用の第１カム１２と高速用の第２カム１４の軸方向ｘの幅形成は同じとされている。すなわち、第１カム１２の幅Ｅ１と第２カムの幅Ｅ２は同じとされている。

図１に示されるように、低速用の第１カム１２と高速用の第２カム１４の位相角は異なっている。内燃機関の回転方向（図１の矢印方向）に対して、高速用の第２カム１４は低速用の第１カム１２より早い位相となっている。これにより、内燃機関のバルブの開弁作動は、第１カム１２より第２カム１４の方が早く行われる。なお、本実施形態では、高速用の第２カム１４のリフト高さ方向のカム輪郭と、低速用の第１カム１２のリフト高さ方向のカム輪郭とは、角度方向において相互にずれた位置にあり、カム軸線方向から見た場合、相互にはみ出した位置関係にある。なお、はみ出すことなく他方のカム輪郭が一方のカム輪郭内にある場合でも、最大カム高さ位置の位相が異なっていてもよい。

図１に示すように、第１カム１２と第２カム１４のそれぞれのカム外形形状は、カム軸心ｘから一定の第１半径ｒで形成される第１ベース円部と、この第１ベース円部以外のカム高さ変化輪郭部とからなっている。図１では第１カム１２の第１ベース円部をＣ１で示し、カム高さ変化輪郭部をＤ１で示した。同様に第２カム１４の第２ベース円部をＣ２で示し、カム高さ変化輪郭部をＤ２で示した。第１カム１２と第２カム１４はカム高さと位相角が異なっていることから、第１ベース円部Ｃ１と、第２ベース円部Ｃ２の範囲も異なっており、両カム１２，１４の第１ベース円部Ｃ１と，第２ベース円部Ｃ２が重なり合う同一面部分が共通ベース円部Ｃとして図１に示されている。

図３は上述した複合カム１０を備えたカム軸１８における第１カム１２と第２カム１４を選択的に制御するカム制御機構１６の一例を示す実施形態である。カム軸１８に第１カム１２と第２カム１４が配設されており、この第１カム１２と第２カム１４はそれぞれのバルブ（弁）２０に対して配設され互いに一体化して、複合カム１０を構成している。本実施形態の場合は、２組の複合カム１０がそれぞれカム軸１８に対して一体回転可能で、かつ軸方向に移動可能とされている。

バルブ２０はタペット２２の揺動運動により上下動させられる。タペット２２は第１カム１２あるいは第２カム１４との選択的接触により、当カム１２，１４により揺動させられる。詳細には、接触はタペット２２に備えられたタペットローラ２３とカム１２，１４の接触により行われる。このカム１２，１４とタペット２２との選択的接触は、電磁ソレノイド等のアクチュエータ２４のピン２６と、複合カム１０の側部に一体的に配設された螺旋溝形成体２８との係合により行われる。螺旋溝形成体２８には、その外周面に軸方向の螺旋溝が形成されており、この螺旋溝に前述のピン２６が係合して、カム軸１８、複合カム１０の回転により、２組の複合カム１０が軸方向に移動する。左右に配設される螺旋溝形成体２８の螺旋溝は同方向に形成されており、例えば、一方の螺旋溝形成体２８の螺旋溝へのピン２６の係合により右方向に移動する。また、他方の螺旋溝形成体２８の螺旋溝へのピン２６の係合により右方向に移動する。これによりタペット２２に接触するカムの位置が切替えられる。なお、アクチュエータ２４による切替え作動は、タペット２２と第１カム１２および第２カム１４との接触状態が、共通ベース円部Ｃのときに行われるようになっている。

次に、カム研削装置３０を図４および図５により説明する。図４は平面図、図５は右側面図を示す。なお、図５は図４における心押し装置５８の図示は省略されている。これらの図に記入されているＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交した状態を示している。Ｙ軸方向は鉛直上向きの方向を示している。Ｘ軸方向とＺ軸方向は互いに直交する水平方向を示している。

本実施形態のカム研削装置３０は、上述した複合カム１０を備えたワークＷとしてのカム軸１８を、回転支持して、円筒状の砥石Ｔにより研削するものである。カム研削装置３０は、図４に示すように、キーボード等の入力装置３２、モニタ等の表示装置３４、テープリーダ等のデータ読込装置３６、自動プログラミング装置３８、数値制御装置４０、ドライブユニット４２，４４，４６、４８、砥石装置５０、ワーク支持装置５２にて構成されている。

データ読込装置３６は、入力装置３２及び表示装置３４を用いた作業者からの操作に従って、各種のデータを読み込む。この場合、研削対象の複合カム１０の形状を特定するためのカムリフトデータと、砥石Ｔの径とを読み込む。本実施形態では、図１に示す位相とカムリフト高さが異なる２つのカムリフトデータが読み込まれる。すなわち、第１カム１２の第１カムリフトデータと、第２カム１４の第２カムリフトデータと、第１カム１２の基準位相からの最大リフト時の位相までの角度と、第２カム１４の基準位相からの最大リフト時の位相までの角度とが読み込まれている。第１カム１２の基準位相と第２カム１４の基準位相は同じ位相である。ここで、第１カムリフトデータと第２カムリフトデータは、円周方向に等間隔に設けられた複数の位相と複数のカムリフト高さを有する。

入力装置３２には、表示装置３４を見ながら作業者によって、詳細には、次のようなデータが入力される。すなわち、（ａ）第１カム１２の幅Ｅ１，（ｂ）第２カム１４の幅Ｅ２、（ｃ）砥石Ｔの幅Ｇ、径Ｈ、（ｄ）空研削時における砥石Ｔの回転数ｍ１、主軸７４の回転数ｎ１、砥石Ｔの切込み量Ｊ、（ｅ）粗研削時における砥石Ｔの回転数ｍ２、主軸７４の回転数ｎ２、砥石Ｔの切込み量Ｋ、（ｆ）精研削時における砥石Ｔの回転数ｍ３、主軸７４の回転数ｎ３、砥石Ｔの切込み量Ｍ、（ｇ）スパークアウト時における砥石Ｔの回転数ｍ４、主軸７４の回転数ｎ４、主軸７４の回転量、（ｈ）研削残部削除時における砥石Ｔの回転数ｍ５、主軸７４の回転数ｎ５、主軸７４の回転量、が入力される。なお、上記の（ｄ）〜（ｇ）のデータは、後述する第１カム研削工程、及び第２カム研削工程毎に入力され、自動プログラミング装置３８によって第１カム研削工程のプログラムと、第２カム研削工程のプログラムが自動的に作られる。

カム研削装置３０には、各種装置を載置するベースとなる基台５４を備える。この基台５４上には、ワークテーブル駆動装置６６によってＺ軸方向に往復移動可能なワークテーブル６５と、砥石台駆動装置６８にとってＸ軸方向に往復移動可能な砥石台７０が載置されている。この本実施形態におけるワークテーブル駆動装置６６が本発明のトラバース移動装置に相当し、砥石台駆動装置６８がプランジ移動装置に相当する。

ワークテーブル６５の上には、Ｚ軸と平行であり、センタ７２の中心を通る主軸回転軸線回りに回転する主軸７４を備えた主軸装置５６と、主軸回転軸線上に設けられたセンタ７３を備えた心押し装置５８とが載置されている。なお、主軸７４は主軸駆動装置７６によって回転可能となっている。この主軸駆動装置７６が本発明のワーク回転装置に相当する。また、複合カム１０を有するワークＷとしてのカム軸１８は、センタ７２とセンタ７３とで挟持される。なお、主軸７４にはワークＷとしてのカム軸１８の回転位相と主軸７４の回転位相を一致させるための位置決めピン７８が設けられており、ワークＷとしてのカム軸１８には前記位置決めピン７８が嵌合する嵌合部（図示省略）が形成されている。これにより、前記位置決めピン７８と前記嵌合部とが嵌合するようにカム軸１８が位置決めされて挟持される。

砥石台７０の上には、モータ等の砥石駆動装置８０によって回転する砥石Ｔが載置されている。本実施形態では、これらによって本発明の砥石装置５０が構成されている。

数値制御装置４０は、ドライブユニット４２，４４，４６，４８に制御信号を出し、各種の駆動装置６８，７６，６６，８０を駆動制御することにより各種装置を制御する。本実施形態の場合、数値制御装置４０は、ドライブユニット４２に制御信号を出し、砥石台駆動装置６８を駆動制御することにより砥石台７０のＸ軸方向の位置である砥石Ｔの進退位置を制御する。また、数値制御装置４０は、ドライブユニット４４に制御信号を出し、主軸駆動装置７６を駆動制御することにより主軸７４の主軸回転角度を制御する。また、数値制御装置４０は、ドライブユニット４６に制御信号を出し、ワークテーブル駆動装置６６を駆動制御することによりワークテーブル６５のＺ軸方向の位置を制御する。また、ドライブユニット４８に制御信号を出し、砥石駆動装置８０を駆動制御することにより砥石Ｔの回転数を制御する。

なお、ドライブユニット４４は主軸駆動装置７６のエンコーダ７６Ｅの検出信号から主軸７４の実際の主軸回転角度を取り込んでフィードバック制御する。また、ドライブユニット４２は砥石台駆動装置６８のエンコーダ６８Ｅの検出信号から砥石台７０の実際のＸ軸方向の位置を取り込んでフィードバック制御する。また、ドライブユニット４６はワークテーブル駆動装置６６のエンコーダ６６Ｅの検出信号からワークテーブル６５の実際のＺ軸方向の位置を取り込んでフィードバック制御する。

具体的には、ワークテーブル６５の移動量は、エンコーダ６６Ｅとドライブユニット４６によって検出される。また、砥石台７０のワークテーブル６５側の移動量は、エンコーダ６８Ｅとドライブユニット４２によって検出され、指令信号である制御信号の移動量と、エンコーダとドライブユニットによる実際の移動量が一致すると、完了信号が数値制御装置へ送信される。

また、図５に示すように、複合カム１０を有するカム軸１８自体の軸中心であるワーク回転軸線ＰＷが主軸７４の回転軸である主軸回転軸線と一致するように、ワークＷとしてのカム軸１８はセンタ７２とセンタ７３との間に挟持されている。

また、本実施形態にて説明するカム研削装置３０は、主軸回転軸線（図５の例ではワーク回転軸線ＰＷと一致）と砥石Ｔの回転軸である砥石回転軸線ＰＴは同一の水平面ＳＴＭ上にある。

次に、制御装置６４の制御内容について説明する。制御装置６４は図４に示す仮想線で囲む範囲内の構成要素により構成される。制御装置６４は第１カム１２および第２カム１４の研削を行う各駆動装置を制御する。すなわち、ワーク回転装置としての主軸駆動装置７６、トラバース移動装置としてのワークテーブル駆動装置６６、およびプランジ移動装置としての砥石台駆動装置６８を制御する。

制御装置６４には、図６に示すように、上記各駆動装置を制御するための各制御機能部を備える。すなわち、共通ベース円部設定部８２、中間カムリフトデータ創生部９０、第１カム研削部８４、第２カム研削部８６、中間カム研削部８８を備える。

共通ベース円部設定部８２は、第１カム１２と第２カム１４の共通ベース円部Ｃを、後述の制御工程フローにおける共通ベース円部設定工程のプログラムにより設定する機能部である。

中間カムリフトデータ創生部９０は、中間カムリフトデータの創生を、後述の制御工程フローにおける中間カムリフトデータ創生工程のプログラムにより設定する機能部である。

第１カム研削部８４は、第１カム１２の研削を後述の第１カム研削工程のプログラムにより行う機能部である。第２カム研削部８６は、第２カム１４の研削を、後述の第２カム研削工程のプログラムにより行う機能部である。

中間カム研削部８８は、前述により設定した仮想の中間カムの研削を、後述の中間カム研削工程のプログラムにより行う機能部である。

次に、上記各機能部を用いて上記各駆動装置を作動制御する制御工程フローの本実施形態を、図７により説明する。

本実施形態は、図７の制御工程フローに示すように、先ず、ステップＳ１０において、前述もしたように図１に示す第１カム１２の外形輪郭および第２カム１４の外形輪郭を表す第１カムリフトデータおよび第２カムリフトデータが読み込まれる。

次に、ステップＳ１１の共通ベース円部設定工程で、第１カム１２と第２カム１４との共通ベース円部Ｃを求める。これは図１に示す第１カム１２における位相に対するカムリフト高さ（リフト量）が設定された第１カムリフトデータと、第２カム１４における位相に対するカムリフト高さ（リフト量）が設定された第２カムリフトデータとから求められる。図１に示す第１カムの第１ベース円部Ｃ１の外周面と、第２カム１４の第２ベース円部Ｃ２の外周面において、半径ｒの共通面となる角度範囲を共通ベース円部Ｃとして求める。なお、このステップＳ１１の共通ベース円部設定工程は、次の中間カムリフトデータ創生工程の前に行う。

次に、ステップＳ１２の中間カムリフトデータ創生工程で、仮想の中間カム１５（図１参照）のカムリフトデータを創生する。この中間カム１５の創生は、前述した第１カムリフトデータと第２カムリフトデータに基づいて、カム軸方向から見た第１カムの輪郭と第２カムの輪郭を包含する仮想の中間カムの中間カムリフトデータを創生する。両カムリフトデータの基準位相を一致させた状態で、同位相の２つのカムリフト高さのうち大きい方を選択することにより、中間カム１５のカムリフトデータを創生する。このカムリフトデータを使って、スプライン曲線を作成し、スムーズ化した新たな位相とカムリフト高さからなるカムリフトデータを作成しても良い。中間カムリフトデータは、前述の共通ベース円部のカムリフトデータを含む。なお、このステップＳ１２の中間カムリフトデータ創生工程は、後述する第２カム研削工程の終了するまでに行えばよい。

次に、ステップＳ１３の第１カム研削工程で、第１カム１２の研削を行う。図１０は第１カム研削工程の研削状態の概略図を示す。砥石Ｔは、ワークテーブル駆動装置６６と砥石台駆動装置６８が制御装置６４の制御により、第１カム１２の外周面に対向する位置に移動させられる。そして、主軸駆動装置７６と砥石台駆動装置６８を制御装置６４により制御して第１カム１２をプランジ研削する。

図８は第１カム研削工程Ｓ１３の詳細工程フローを示す。図８に示されるように、第１カム１２の研削は、位置決めＳ３１、空研削Ｓ３２、粗研削Ｓ３３、精研削Ｓ３４、スパークアウトＳ３５、砥石台後退Ｓ３６の順に行われる。位置決めＳ３１は、図１０のトラバース方向（図１０で見て左右方向）において、第１カム１２の右端が砥石Ｔの右端と対応する位置となるようにワークテーブル６５を右進させる。そして、プランジ方向（図１０で見て上下方向）において、複合カム１０の軸線ｘから半径ｒ＋空研削の切込み量Ｊ＋粗研削の切込み量Ｋ＋精研削の切込み量Ｍだけ砥石台７０側へ離れた位置へ砥石Ｔが位置するよう砥石台７０を前進させる。

上記の位置決めＳ３１によって、図１０に示すトラバース方向（左右方向）において、第１カム１２の右端に砥石Ｔの右端が位置決めされる。また、プランジ方向（上下方向）において、第１カム１２に対して砥石Ｔが空研削の切込み量Ｊだけ離れた位置に位置決めされる。空研削によって、砥石Ｔは空研削の切込み量Ｊだけプランジ方向に移動し、砥石Ｔは第１カム１２の外周面と接触状態となる。この状態から、粗研削によって、砥石Ｔは粗研削の切込み量Ｋだけプランジ方向に前進し、粗研削を行う。更に、精研削によって、砥石Ｔは精研削の切込み量Ｍだけプランジ方向に前進し、精研削を行う。その後、主軸７４が所定の回転量に達するまでスパークアウトを行う。以上の研削が終わったら、次の第２カム研削工程Ｓ１５のため、プランジ方向において、切込み量Ｊ＋切込み量Ｋ＋切込み量Ｍで算出された値だけ砥石台７０を後退させる。

図７に戻り、上記の第１カム研削工程Ｓ１３の終了後、ステップＳ１４のトラバース移動が行われる。トラバース移動は、砥石Ｔを図１０の位置から図１１に示す位置への移動である。これは、トラバース方向において、砥石Ｔの幅Ｇだけワークテーブル６５を右進させる移動である。

その後、ステップＳ１５の第２カム研削工程が行われる。第２カム研削工程Ｓ１５は第２カム１４の研削を行う。図１１は第２カム研削工程Ｓ１５の研削状態を示す。砥石Ｔは、ワークテーブル駆動装置６６と砥石台駆動装置６８が制御装置６４の制御により、図１１に示す矢印の経路により、第２カム１４の外周面に対向する位置に移動させられる。そして、主軸駆動装置７６と砥石台駆動装置６８を制御装置６４により制御して第２カム１４をプランジ研削する。

図９は第２カム研削工程Ｓ１５の詳細工程フローを示す。図９に示されるように、第２カム１４の研削は、位置決めＳ４１、空研削Ｓ４２、粗研削Ｓ４３、精研削Ｓ４４、スパークアウトＳ４５の順に行われる。位置決めＳ４１は、前述のトラバース移動Ｓ１４により当該第２カム研削工程Ｓ１５の砥石Ｔの位置決めが行われる。この位置決めＳ４１によって、トラバース方向において、第２カム１４の左端に砥石Ｔの左端が位置する。また、プランジ方向において、第２カム１４に対して砥石Ｔが空研削の切込み量Ｊだけ離れた位置にある。空研削Ｓ４２によって、砥石Ｔは空研削の切込み量Ｊだけプランジ方向に前進させる。粗研削Ｓ４３によって、砥石Ｔは粗研削の切込み量Ｋだけプランジ方向に前進させる。精研削Ｓ４４によって、砥石Ｔは精研削の切込み量Ｍだけプランジ方向に前進させる。その後、スパークアウトＳ４５によって、主軸７４が所定の回転量に達するまでスパークアウトを行う。以上の研削が終わったら、砥石台後退Ｓ４６で切込み量Ｊだけ砥石台７０を後退させる。

なお、上記における第１カム研削工程Ｓ１３及び第２カム研削工程Ｓ１５における空研削時の切込み量Ｊは、次のとおりである。当該第空研削時の切込み量Ｊは、第１カム１２又は第２カム１４の最大リフト量より大きく、空研削前の砥石台７０の位置で、ワークテーブル６５をトラバースさせても、砥石Ｔと第１カム１２、第２カム１４が干渉しない量である。すなわち、最大リフト量＝リフトデータの最大値―リフトデータの最小値、である。また、リフトデータの最小値は、第１ベース円部Ｃ１、第２ベース円部Ｃ２の半径である。

また、第１カム研削工程Ｓ１３及び第２カム研削工程Ｓ１５における空研削、粗研削、精研削、スパークアウト時は、主軸７４の回転角に連動して第１カムリフトデータあるいは第２カムリフトデータに基づき砥石台７０を前進後退させる。この前進後退は、切込み量だけプランジ方向に前進させる動作と連動して行う。

なお、上述の第１カム研削工程Ｓ１３及び第２カム研削工程Ｓ１５のカム研削は、粗研削、精研削、スパークアウトの順で、３段階で行われる。これにより研削時間の短縮化を図ることができる。すなわち、精研削のみで行うこともできるが、研削時間がかかる。なお、スパークアウトはプランジ研削のような研削送りを有しない研削である。このスパークアウトを行う理由は、精研削において研削されたワークＷには、その加工時に撓み変形が生じていることから、そのたわみ変形分を研削送りのない状態で研削を行い、たわみ変形を取り除き、研削精度を向上させるものである。

上述の第１カム研削工程Ｓ１３および第２カム研削工程Ｓ１５における砥石Ｔによる第１カム１２および第２カム１４のプランジ研削においては、「発明が解決しようとする課題」で説明したように第１カム１２と第２カム１４の境界部に研削残部Ｆが残る。その研削残部Ｆを黒く塗り潰して示した。なお、研削残部Ｆおよび第１カム１２、第２カム１４の仮想線で示す研削代は理解を容易とするため誇張して図示されている。

次に、上記の第２カム研削工程Ｓ１５後、図７に示す中間カム研削工程Ｓ１６で、第１カム１２と第２カム１４の境界部に残った上記の研削残部Ｆの研削を行い、削除する。

図９は中間カム研削工程の研削状態の概略図を示す。本実施形態においては、中間カム１５の仮想の設定位置は、軸方向で見て、第１カム１２と第２カム１４との両者に跨る中間位置とする。この中間位置は、第１カム１２と第２カム１４との境界部に生じる研削残部Ｆ箇所を含む位置である。

ワークテーブル駆動装置６６を制御装置６４の制御により、砥石Ｔの位置を、中間カム１５の仮想の設定位置に対応する位置とする。そして、主軸駆動装置７６と砥石台駆動装置６８を制御して、砥石台７０を切込み量Ｊだけプランジ方向に前進させ、中間カム１５の中間カムリフトデータに基づき主軸７４の回転角に連動して砥石台７０を前進後退させる。中間カム１５の研削はスパークアウト研削として行う。このスパークアウト研削と併せて境界部の研削残部Ｆを削除する研削を行う。又、スパークアウト研削は、第１カム１２の一部と第２カム１４の一部を研削するものであり、主軸７４が数回転連続して行われるので両カムの境界部における研削残部Ｆが確実に削除されるメリットがある。

中間カムリフトデータに基づき主軸７４の回転角に連動して砥石台７０と前進後退させると同時に砥石台７０を切込み量Ｊだけプランジ方向に後退させ、中間カム１５のスパークアウト研削が終了する。

上述した本実施形態によれば、第１カム研削工程Ｓ１３および第２カム研削工程Ｓ１５において生じる第１カム１２と第２カム１４との境界部の研削残部Ｆは、中間カム研削工程Ｓ１６により削除される。このためタペット２２が第１カム１２および第２カム１４との間を相対移動する際、従来のように研削残部Ｆを乗り越えて行われることがなく、その作動がスムースに行われる。このため、砥石の取替え頻度を早くして、砥石の研磨を早期に行う必要もない。

また、上述した本実施形態は、第１カム１２のリフト高さ方向のカム輪郭と、第２カム１４のリフト高さ方向のカム輪郭とは、角度方向において相互にずれた位置にあり、カム軸線方向から見た場合、相互にはみ出した位置関係にある。このような位置関係にあっても、本実施形態によれば、研削残部Ｆを中間カム１５の研削により確実に研削できる。

以上、本発明を特定の実施形態について説明したが、本発明はその他各種の形態でも実施可能なものである。

例えば、上述した実施形態では、第１カムと第２カムの軸方向幅は同じであるが、異なっていてもよい。その場合には、砥石Ｔによりプランジ研削時の面圧が異なるため、留意する必要がある。

また、上述した実施例では、第１カム１２を低速用カム、第２カム１４を高速用のカムとして説明したが、逆であっても良い。

１０ 複合カム
１２ 第１カム（低速用のカム）
１４ 第２カム（高速用のカム）
１５ 中間カム
１６ カム制御機構
１８ カム軸
２０ バルブ（弁）
２２ タペット
２３ タペットローラ
２４ アクチュエータ（電磁ソレノイド）
２６ ピン
２８ 螺旋溝形成体
３０ カム研削装置
３２ 入力装置
３４ 表示装置
３６ データ読込装置
３８ 自動プログラミング装置
４０ 数値制御装置
４２、４４、４６，４８ ドライブユニット
５０ 砥石装置
５２ ワーク支持装置
５４ 基台（ベース）
５６ 主軸装置
５８ 心押し装置
６４ 制御装置
６５ ワークテーブル
６６ ワークテーブル駆動装置（トラバース移動装置）
６６Ｅ エンコーダ
６８ 砥石台駆動装置（プランジ移動装置）
６８Ｅ エンコーダ
７０ 砥石台
７２、７３ センタ
７４ 主軸
７６ 主軸駆動装置
７６Ｅ エンコーダ
７８ 位置決めピン
８０ 砥石駆動装置（モータ）
８２ 共通ベース円部設定部
８４ 第１カム研削部
８６ 第２カム研削部
８８ 中間カム研削部
９０ 中間カムリフトデータ創生部
Ｔ 砥石
Ｆ 研削残部
Ｃ 共通ベース円部
Ｃ１ 第１ベース円部
Ｃ２ 第２ベース円部
Ｅ１ 第１カムの幅
Ｅ２ 第２カムの幅
Ｇ 砥石の幅
Ｈ 砥石の径

Claims (3)

1. 複合カムは、軸中心から外周面までのリフト高さが一定の第１半径で形成される第１ベース円部と、前記軸中心から外周面までのリフト高さが変化する第１カム部と、を有する第１カムと、
   前記軸中心から外周面までのリフト高さが一定の前記第１半径で形成される第２ベース円部と、前記軸中心から外周面までのリフト高さが変化する第２カム部と、を有する第２カムと、を有し、
   前記第１カムと前記第２カムは、同軸となるように軸方向に隣接して配設されており、
   かつ、互いに異なる第１カムリフトデータと第２カムリフトデータとを有し、
   さらに、前記第１ベース円部の外周面の少なくとも一部と前記第２ベース円部の外周面の少なくとも一部とが同一面の共通ベース円部となっており、前記複合カムを研削する、カム研削装置であって、
   ベースとなる基台と、
   前記基台上に載置され、前記複合カムを前記軸中心回りに回転可能に支持するワーク回転装置を備えた主軸装置と、
   前記基台上に載置され、回転する砥石を備えた砥石装置と、
   前記複合カムに対して前記砥石を相対的に前記軸方向に往復移動可能なトラバース移動装置と、
   前記複合カムに対して前記砥石を相対的に前記軸方向と交差する方向に移動可能なプランジ移動装置と、
   前記ワーク回転装置、前記トラバース移動装置、および前記プランジ移動装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記第１カムにおける回転角度に対するリフト量が設定された前記第１カムリフトデータと、前記第２カムにおける回転角度に対するリフト量が設定された前記第２カムリフトデータと、に基づいて、前記第１ベース円部の外周面の少なくとも一部と前記第２ベース円部の外周面の少なくとも一部が同一面となる共通ベース円部の角度範囲を求める、共通ベース円部設定部と、
   前記第１カムリフトデータと、前記第２カムリフトデータに基づいて、前記カム軸方向から見た前記第１カムの輪郭と前記第２カムの輪郭を包含し、前記共通ベース円部の角度範囲を含む仮想の中間カムの中間カムリフトデータを創生する中間カムリフトデータ創生部と、
   前記プランジ移動装置と前記トラバース移動装置を制御して、前記第１カムの外周面に対向する位置に前記砥石を移動させ、前記第１カムリフトデータに基づいて前記ワーク回転装置と前記プランジ移動装置を制御して、前記第１カムを研削する、第１カム研削部と、
   前記第１カム研削後、前記複合カムに対して前記砥石が後退した状態で前記トラバース移動装置を制御して前記第２カムの外周面に対向する位置に前記砥石を移動させ、前記第２カムリフトデータに基づいて前記ワーク回転装置と前記プランジ移動装置を制御して前記第２カムを研削する、第２カム研削部と、
   前記第２カム研削後、前記複合カムに対し前記砥石が後退した状態で前記トラバース移動装置を制御して、前記両カムの境界に対応する位置まで前記砥石を移動させ、前記中間カムリフトデータに基づいて前記ワーク回転装置と前記プランジ移動装置を制御して、前記仮想の中間カムを研削する中間カム研削部と、を有する、
   カム研削装置。
2. 請求項１に記載のカム研削装置であって、
   前記第１カム研削部および前記第２カム研削部における前記第１カムの研削および第２カムの研削は、粗研削、精研削、スパークアウトからなっている、カム研削装置。
3. 複合カムは、軸中心から外周面までのリフト高さが一定の第１半径で形成される第１ベース円部と、前記軸中心から外周面までのリフト高さが変化する第１カム部と、を有する第１カムと、
   前記軸中心から外周面までのリフト高さが一定の前記第１半径で形成される第２ベース円部と、前記軸中心から外周面までのリフト高さが変化する第２カム部と、を有する第２カムと、を有し、
   前記第１カムと前記第２カムは、同軸となるように軸方向に隣接して配設されており、
   かつ、互いに異なる第１カムリフトデータと第２カムリフトデータを有し、
   さらに、前記第１ベース円部の外周面の少なくとも一部と前記第２ベース円部の外周面の少なくとも一部とが同一面の共通ベース円部となっており、前記複合カムを研削する、カム研削方法であって、
   前記第１カムにおける回転角度に対するリフト量が設定された前記第１カムリフトデータと、前記第２カムにおける回転角度に対するリフト量が設定された前記第２カムリフトデータと、に基づいて、前記第１ベース円部の外周面の少なくとも一部と前記第２ベース円部の外周面の少なくとも一部が同一面となる共通ベース円部の角度範囲を求める、共通ベース円部設定工程と、
   前記第１カムリフトデータと、前記第２カムリフトデータに基づいて、前記カム軸方向から見た前記第１カムの輪郭と前記第２カムの輪郭を包含し、前記共通ベース円部の角度範囲を含む仮想の中間カムの中間カムリフトデータを創生する中間カムリフトデータ創生工程と、
   前記第１カムの外周面に対向する位置に前記砥石を移動させ、前記第１カムリフトデータに基づいて前記砥石により前記第１カムをプランジ研削する、第１カム研削工程と、
   前記第１カム研削後、前記複合カムに対して前記砥石が後退した状態で前記第２カムの外周面に対向する位置に前記砥石を移動させ、前記第２カムリフトデータに基づいて前記砥石により前記第２カムをプランジ研削する、第２カム研削工程と、
   前記第２カム研削後、前記複合カムに対し前記砥石が後退した状態で、前記両カムの境界に対応する位置まで前記砥石を移動させ、前記中間カムリフトデータに基づいて前記両カムの境界にある前記仮想の中間カムを研削する中間カム研削工程と、を有する、
   カム研削方法。

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