(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するカム部材の外周表面を研削工具により研削する方法において、
前記カム部材の外周表面を複数の領域に分割し、前記研削工具による前記カム部材の単位回転角度当たりの研削量が変動する領域に対して、前記研削工具による前記カム部材の単位時間当たりの研削量の変動を抑制すべく、前記領域における前記カム部材の回転速度の最小値に対する最大値の比を、前記領域における前記カム部材の単位回転角度当たりの研削量の最小値に対する最大値の比に等しく設定するとともに、前記カム部材の回転速度を余弦特性に従って制御することを特徴とするカム部材の研削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工中の研削負荷の変動を低減し、加工精度を向上させるカム部材の研削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カムシャフト等に設けられるカム部材の外周面を研削する場合、例えば、カムシャフトを回転駆動源に連結して該回転駆動源を付勢し、回転するカム部材の外周面に円形の砥石を回転させながら押圧して研削している。この場合、カムシャフトを角速度一定で回転させて研削すると、カム部材の外周形状が円形ではないため、砥石とカム部材の外周面との相対速度が部位によって異なり、負荷変動による研削むらが生じる。従って、従来、カム部材の周速度が略一定となるように回転制御し、且つ、その速度を低速にすることで負荷変動を抑制するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術に係る研削方法では、製造時間がかかり、生産効率が低くなるという問題があった。
【０００４】
また、特開平４−１７１１０９号公報には、カムシャフトの回転速度とカッタの切込み量をＮＣプログラムにより同期制御し、前記カムシャフトを分割した１ブロック毎の単位時間当たりの研削量がカムシャフトの全周にわたってほぼ同一となるように回転速度を制御する方法が開示されている。しかしながら、この方法では制御が煩雑となり、ＮＣプログラムを組むことが極めて困難となる欠点があった。
【０００５】
さらに、特開昭６３−１０９９７０号公報には、加工段階に応じて加工物の回転速度を自動切替し、且つ常時研削量をほぼ均等化するように制御するカム研削盤が開示されているが、前記と同様に、制御が複雑となる問題があった。
【０００６】
本発明は前記の課題を解決すべくなされたものであって、研削装置のコストが高騰することなく、また、容易に制御することができ、研削負荷の変動を低減させて加工精度を向上させるとともに生産効率を向上させることが可能なカム部材の研削方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、回転するカム部材の外周表面を研削工具により研削する方法において、
前記カム部材の外周表面を複数の領域に分割し、前記研削工具による前記カム部材の単位回転角度当たりの研削量が変動する領域に対して、前記研削工具による前記カム部材の単位時間当たりの研削量の変動を抑制すべく、前記領域における前記カム部材の回転速度の最小値に対する最大値の比を、前記領域における前記カム部材の単位回転角度当たりの研削量の最小値に対する最大値の比に等しく設定するとともに、前記カム部材の回転速度を余弦特性に従って制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、研削工具による研削量が少ない領域に対してカム部材の回転速度を速く設定し、研削量が多い領域に対しては、回転速度を前記研削量の増加に従って徐々に減少させるように余弦特性を設定する。
【００１０】
また、この場合、前記研削量が変動する領域における前記カム部材の回転速度の最大値と最小値の比は、前記領域におけるカム部材の単位回転角度当たりの研削量の最大値と最小値の比に等しく設定すると、単位時間当たりの研削量の変動を抑制することができ、好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１において、参照符号１０は、第１の実施の形態が適用されるカム部材を示す。このカム部材１０は点Ａを中心に回動自在に構成され、図示しない回転駆動源により矢印Ｂ方向に回転する。
【００１２】
前記カム部材１０の外周は一方に突出した略楕円形状に形成され、点Ｃ０  から点Ｃ１  までは点Ａを中心とした円弧に、点Ｃ１  から点Ｃ２  までは直線状に形成される。そして、点Ｃ２  から点Ｃ３  を経て点Ｃ４  までは所定の曲線状に形成され、点Ｃ４  から点Ｃ５  までは再び直線状に形成され、点Ｃ５  から点Ｃ０  までは前記点Ｃ０  から点Ｃ１  までの円弧と同径、同心の円弧に形成される。点Ｃ３  は点Ａから最も離間した頂点を形成している。直線ＡＣ０  に対する各点Ｃ０  〜Ｃ５  のカム角度を夫々αＣ０〜αＣ５とする。なお、
αＣ０＝０［ｒａｄ］
αＣ３＝π［ｒａｄ］
とし、図上、カム角度αＣ０〜αＣ５の対応関係を直線ＡＣ０  〜ＡＣ５  上に記すものとする。
【００１３】
前記カム部材１０の外周に当接して中心点Ｅを中心とする円形の砥石１２が設けられ、該砥石１２は矢印Ｄ方向に一定の回転速度で回転している。前記砥石１２は、図２に示すように、カム部材１０の外周から切込量ｔが常に一定となるように、図示しないＮＣ制御装置によって制御される。
【００１４】
ここで、前記カム部材１０が回転して、図３に示すように、該カム部材１０の外周の線Ｃ１  Ｃ５  上で、点Ｃ３  を除く任意の点Ｃ６  が砥石１２に当接しているとき、点Ｃ６  はカム部材１０の中心点Ａと砥石１２の中心点Ｅとを結ぶ直線上にはない。このため、直線ＡＣ０  に対する点Ｃ６  のカム角度αＣ６と、直線ＡＣ０  に対する直線ＡＥの角度、すなわちカム部材１０の回転角度θＣ６とは異なっている。そして、カム部材１０の切削制御は、ＮＣ制御装置により前記回転角度θＣ６に従って行われる。
【００１５】
次に、カム部材１０の任意の回転角度θにおける研削量について、図２を参照して説明する。
【００１６】
図２中、カム部材１０を、実線で示す砥石１２が所定の回転角度θ１  で研削しているとき、該砥石１２とカム部材１０とは円弧ｇｈで当接している。また、カム部材１０が前記回転角度θ１  から単位角度θ０  だけ回転したときには、図２中、点線で示すように、該砥石１２とカム部材１０とは円弧ｇ′ｈ′で当接している。従って、前記円弧ｇｈと円弧ｇ′ｈ′で囲まれる部位１４は、カム部材１０が所定の回転角度θ１  から単位角度θ０  だけ回転したときに砥石１２によって研削される範囲を示す。よって、この部位１４の面積は、所定の回転角度θ１  におけるカム部材１０の単位角度θ０  当たりの研削量に対応する。
【００１７】
図４Ａに、回転角度θに対する単位角度当たりの研削量ｉ（θ）のグラフを示す。砥石１２がカム部材１０の外周の直線Ｃ１  Ｃ２  間、直線Ｃ４  Ｃ５  間の所定部位を研削しているとき、直線Ｃ１  Ｃ２  間の点Ｊ１  および直線Ｃ４  Ｃ５  間の点Ｊ２  で研削量ｉ（θ）が極大値ｉＪ１、ｉＪ２をとる。また、砥石１２が円弧Ｃ０  Ｃ１  と直線Ｃ１  Ｃ２  の境界近傍、および、直線Ｃ４  Ｃ５  と円弧Ｃ５  Ｃ０  の境界近傍を研削する際、僅かに研削量ｉ（θ）が増加する。
【００１８】
そこで、前記カム部材１０の回転角度θを点Ｃ０  〜点Ｃ１  、点Ｃ１  〜点Ｊ１  、点Ｊ１  〜点Ｃ３  、点Ｃ３  〜点Ｊ２  、点Ｊ２  〜点Ｃ５  、点Ｃ５  〜点Ｃ０  の６つの領域１６ａ〜１６ｆに分割し、各領域１６ａ〜１６ｆに対してカム部材１０の回転速度を設定する。
【００１９】
まず、図４Ｂに示すように、砥石１２が領域１６ａを研削しているときのカム部材１０の回転速度ｆａ  （θ）を、
ｆａ  （θ）＝１
とする。なお、回転速度１は、正規化された速度であり、実際の系では、これを常数倍して設定するものとする。ここで、単位時間当たりの研削量ｋ（図２中、各円弧ｇｈとｇ′ｈ′で囲まれる範囲の面積に対応）は、ほぼ単位角度当たりの研削量とカム部材１０の回転速度との積で表すことができる。このため、図４Ｃに示すように、領域１６ａにおける単位時間当たりの研削量ｋ（θ）は、このときの単位角度当たりの研削量ｉ（θ）を
ｉ（θ）＝ｉ０  
とすると、
ｋ（θ）＝ｆａ  （θ）×ｉ（θ）＝ｉ０  
となる。
【００２０】
砥石１２が領域１６ｂを研削しているときのカム部材１０の回転速度ｆｂ  （θ）は次の式で表される。
【００２１】
ｆｂ  （θ）＝（１／２ｉＪ１）［ｉＪ１＋ｉ０  ＋（ｉＪ１−ｉ０  ）×ｃｏｓ｛（θ−θＣ１）（π／（θＪ１−θＣ１））｝］
この式によれば、図４Ｂに示すように、砥石１２のカム部材１０に対する回転角度θが領域１６ａから領域１６ｂにかかる瞬間、すなわち、θ＝θＣ１のときの回転速度ｆｂ  （θＣ１）は、領域１６ａにおける回転速度ｆａ  （θ）＝１から連続的に変化し、回転角度θが進むにつれて余弦曲線に沿って回転速度ｆｂ  （θ）が低下する。すなわち、回転角度θ＝θＣ１のとき、領域１６ｂにおける回転速度ｆｂ  （θ）の最大値は、
ｆｂ  （θ）＝１
である。そして、領域１６ｂから領域１６ｃにかかる瞬間、すなわち、θ＝θＪ  １  のとき、カム部材１０の回転は最も遅くなる。このときの回転速度ｆｂ  （θＪ１）は、
ｆｂ  （θＪ１）＝ｉ０  ／ｉＪ１
となり、この値は、領域１６ｂにおける回転速度ｆｂ  （θ）の最小値である。この領域１６ｂにおける回転速度ｆｂ  （θ）の最大値と最小値の比は、
ｆｂ  （θＪ１）／ｆｂ  （θＣ１）＝ｉ０  ／ｉＪ１
となり、この値は、この領域１６ｂの研削量ｉ（θ）の最大値ｉＪ１と最小値ｉ０  の比ｉ０  ／ｉＪ１とに等しい。このときの回転角度θＪ１における単位時間当たりの研削量ｋ（θＪ１）は、
ｋ（θＪ１）＝ｆｂ  （θＪ１）×ｉＪ１＝ｉ０  
となり、領域１６ａにおける単位時間当たりの研削量ｉ０  と一致する。
【００２２】
同様に、前記領域１６ｃ〜１６ｅにおいて、カム部材１０の回転角度θに対する回転速度ｆｃ  （θ）、ｆｄ  （θ）、ｆｅ  （θ）は次の式で表される。
【００２３】
ｆｃ  （θ）＝（１／２ｉＪ１）［ｉＪ１＋ｉ０  −（ｉＪ１−ｉ０  ）×ｃｏｓ｛（θ−θＪ１）（π／（θＣ３−θＪ１））｝］
ｆｄ  （θ）＝（１／２ｉＪ２）［ｉＪ２＋ｉ０    ＋（ｉＪ２−ｉ０  ）×ｃｏｓ｛（θ−θＣ３）（π／（θＪ２−θＣ３））｝］
ｆｅ  （θ）＝（１／２ｉＪ２）［ｉＪ２＋ｉ０    −（ｉＪ２−ｉ０  ）×ｃｏｓ｛（θ−θＪ２）（π／（θＣ５−θＪ２））｝］
また、領域１６ｆにおけるカム部材１０の回転速度ｆｆ  （θ）は、領域１６ａにおける回転速度ｆａ  （θ）と同様に、
ｆｆ  （θ）＝１
である。夫々の式は、図４Ｂより明らかなように、各領域１６ａ〜１６ｆの境界で回転速度が連続的に変化している。そして、領域１６ｄ、１６ｅにおいて、単位角度当たりの研削量ｉ（θ）が最大となる回転角度θＪ２における回転速度ｆｄ  （θＪ２）、ｆｅ  （θＪ２）は、領域１６ｄ、１６ｅにおける回転速度ｆｄ  （θ）、ｆｅ  （θ）の最小値となり、夫々の領域１６ｄ、１６ｅの回転速度ｆｄ  （θ）、ｆｅ  （θ）の最大値と最小値の比は、領域１６ａと同様に、夫々の領域１６ｄ、１６ｅにおける研削量の最大値ｉＪ２と最小値ｉ０  の比ｉ０  ／ｉＪ２に等しい。このため、回転角度θＪ２における単位時間当たりの研削量ｋ（θＪ２）は、
ｋ（θＪ２）＝ｉＪ２×ｉ０  ／ｉＪ２＝ｉ０  
となり、前述の回転角度θＪ１における単位時間当たりの研削量ｋ（θＪ１）と同様に、領域１６ａにおける単位時間当たりの研削量ｉ０  と一致する。
【００２４】
このため、単位時間あたりの研削量ｋ（θ）は、図４Ｃに示すように、領域１６ａと領域１６ｂとの境界近傍、および、領域１６ｅと領域１６ｆとの境界近傍で僅かに増加するが、それ以外では研削量ｉ０  を超えることはなく、また、研削する部位によって大幅に変化することはないため、砥石１２の負荷変動が抑制され、回転速度が安定し、良好な研削面を得ることができる。また、回転速度ｆ（θ）は余弦曲線に従って変化するように制御されているため、研削量等をフィードバックする等の複雑な処理が不要である。
【００２５】
次に、第２の実施の形態に係るカム部材の研削方法について説明する。
【００２６】
なお、以下、第１の実施の形態と異なる箇所について詳細に説明し、図中、第１の実施の形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２７】
第２の実施の形態に係る研削方法に使用されるカム部材１０の外周は、図５に示すように、各点Ｃ１  、Ｃ５  から夫々点Ｃ０  側に所定角度ｍだけ変位した位置に点Ｌ１  、Ｌ２  が設定され、点Ｃ０  〜点Ｌ１  、点Ｌ１  〜点Ｊ１  、点Ｊ１  〜点Ｊ２  、点Ｊ２  〜点Ｌ２  、点Ｌ２  〜点Ｃ０  の５つの領域２０ａ〜２０ｅに分割される。
【００２８】
次いで、第２の実施の形態に係るカム部材１０の回転速度ｆ（θ）について説明する。
【００２９】
砥石１２が領域２０ａを研削しているときのカム部材１０の回転速度を、図６Ｂに示すように、
ｆａ  （θ）＝１
とする。このときの単位時間あたりの研削量ｋ（θ）は、第１の実施の形態と同様に、
ｋ（θ）＝ｉ０  
となる。
【００３０】
カム部材１０が回転して、砥石１２が領域２０ｂを研削しているとき、カム部材１０の回転速度は、次のように表される。
【００３１】
ｆｂ  （θ）＝（１／２ｉＪ１）［ｉＪ１＋ｉ０  ＋（ｉＪ１−ｉ０  ）×ｃｏｓ｛（θ−θＬ１）（π／（θＪ１−θＬ１））｝］
この式によれば、砥石１２のカム部材１０に対する回転角度θが領域２０ａから領域２０ｂに係る瞬間、すなわち、θ＝θＬ１のときの回転速度ｆ（θＬ１）は、領域１６ａにおける回転速度ｆａ  （θ）＝１から連続的に変化し、回転角度θが進むにつれて余弦曲線に従って回転速度ｆｂ  （θ）が低下する。そして、領域２０ｂから領域２０ｃにかかる瞬間、すなわち、θ＝θＪ１のとき、カム部材１０の回転は最も遅くなる。このときの回転速度ｆｂ  （θＪ１）は
ｆｂ  （θＪ１）＝ｉ０  ／ｉＪ１
となる。この値は、領域２０ｂにおける回転速度ｆｂ  （θ）の最小値である。この領域２０ｂにおける回転速度ｆｂ  （θ）の最大値と最小値に比は、
ｆｂ  （θＪ１）／ｆｂ  （θＬ１）＝ｉ０  ／ｉＪ１
となり、この値は、この領域２０ｂの研削量ｉ（θ）の最大値ｉＪ１と最小値ｉ０  の比ｉ０  ／ｉＪ１とに等しい。このときの回転角度θＪ１における単位時間当たりの研削量ｋ（θＪ１）は、
ｋ（θＪ１）＝ｆｂ  （θＪ１）×ｉＪ１＝ｉ０  
となり、領域２０ａにおける単位時間当たりの研削量ｉ０  と一致する。
【００３２】
領域２０ｃでは、図６Ｂに示すように、一定の回転速度、
ｆＣ  （θ）＝ｉ０  ／ｉＪ１
を維持している。回転角度θＪ２における単位角度あたりの研削量ｉ（θＪ２）は、
ｉ（θＪ２）＝ｉＪ２
であるので、この回転角度θＪ２における単位時間あたりの研削量ｋ（θＪ２）は、
ｋ（θＪ２）＝ｆＣ  （θＪ２）×ｉＪ２＝ｉ０  ×ｉＪ２／ｉＪ１
である。図６Ａから諒解されるように、ｉＪ２はｉＪ１より僅かに小さいため、研削量ｋ（θＪ２）もｉ０  より僅かに小さい値になる。
【００３３】
そして、領域２０ｄでは、
ｆｄ  （θ）＝（１／２ｉＪ２）［ｉＪ２＋ｉ０  ＋（ｉＪ２−ｉ０  ）×ｃｏｓ｛（θ−θＬ２）（π／（θＪ２−θＬ２））｝］
であり、領域２０ｃから連続して回転速度ｆｄ  （θ）が余弦曲線に従って変化し、回転角度θＬ２における回転速度ｆｄ  （θＬ２）＝１となる。
【００３４】
領域２０ｅにおける回転速度ｆｅ  （θ）は、回転角度θＬ２における回転速度
ｆ（θ）＝１
を維持しており、単位時間あたりの研削量ｋ（θ）も、
ｋ（θ）＝ｉ０  
である。
【００３５】
図６Ｃに、回転角度θに対する単位時間当たりの研削量ｋ（θ）のグラフを示す。このグラフからわかる通り、研削量ｋはｉ０  を超えることはなく、単位時間あたりの研削量ｋも大きく変動することがない。また、余弦曲線に従った制御が必要な範囲も少なく、カムシャフトの回転速度の制御は一層容易となる。
【００３６】
なお、上述した実施の形態では、単位角度当たりの研削量が大きく変動する部位におけるカム部材の回転速度を余弦曲線に従った特性に置き換えることにより、負荷変動を抑えるようしている。この場合、研削量が大きく変動する部位近傍において前記回転速度を滑らかに変化させればよく、従って、正弦曲線や他の曲線に従った特性を適用することもできる。
【００３７】
また、例えば、第１の実施の形態における各領域１６ｂ〜１６ｅをさらに夫々２つずつの領域に分割し、夫々の領域について余弦曲線による制御を行う等、領域を細分化して余弦曲線や他の曲線の特性を適応させることにより、砥石の負荷変動を一層抑制した研削加工を行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係るカム部材の研削方法によれば、以下のような効果ならびに利点が得られる。
【００３９】
複雑な制御を行うことなく砥石の負荷変動を抑制することができるため、カム部材を安定して回転させ、加工精度を向上させることができる。また、負荷変動が増大する部位においてのみ回転速度を低下させるように制御するため、全体的な製造時間を短くすることが可能となり、生産効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るカム部材の研削方法で使用されるカム部材と砥石を示す概略平面図である。
【図２】図１のカム部材と砥石を示す一部拡大平面図である。
【図３】図１のカム部材と砥石を示し、カム部材が所定角度回転した状態の概略平面図である。
【図４】第１の実施の形態に係るカム部材の研削方法を説明するグラフを示し、
図４Ａは、カム部材の回転角度に対する単位角度当たりの研削量のグラフ、
図４Ｂは、カム部材の回転角度に対する回転速度のグラフ、
図４Ｃは、カム部材の回転角度に対する単位時間当たりの研削量のグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るカム部材の研削方法で使用されるカム部材と砥石を示す概略平面図である。
【図６】第２の実施の形態に係るカム部材の研削方法を説明するグラフを示し、
図６Ａは、カム部材の回転角度に対する単位角度当たりの研削量のグラフ、
図６Ｂは、カム部材の回転角度に対する回転速度のグラフ、
図６Ｃは、カム部材の回転角度に対する単位時間当たりの研削量のグラフである。
【符号の説明】
１０…カム部材                        １２…砥石
１６ａ〜１６ｆ、２０ａ〜２０ｅ…領域  θ…回転角度
ｆ（θ）…回転速度                    ｉ（θ）…単位角度当たりの研削量
ｋ（θ）…単位時間当たりの研削量
【図１】
0003570646.tif 000002
【図２】
0003570646.tif 000003
【図３】
0003570646.tif 000004
【図４】
0003570646.tif 000005
【図５】
0003570646.tif 000006
【図６】
0003570646.tif 000007