(57)【要約】【課題】  砥石台とワーク等との干渉を気にすることなくカムの凹部を研削することができ、尚且つ砥石車の周速を上げて効率よく凹部を有するカムの研削が行えるカム研削盤の提供。  【解決手段】  カム部Ｗａを有するワークＷを回転駆動する主軸台１と、砥石車２を回転駆動する砥石台３と、ワークＷに向けて砥石車２が接近離間する方向及びワークＷの回転軸７に平行な方向にワークと砥石車を相対移動させる移動手段４，５，１１，１５とを備え、砥石台３は、砥石車の回転軸６をワークの回転軸７に対して直角に設けてあり、砥石車２は、外周面８が砥石厚み方向に円弧状に膨出しており、ワークＷと砥石車２を回転させながらワークのカム部Ｗａの外周に砥石車２を接触させ、ワークＷと砥石車２を前記移動手段４，５により相対移動させることでカム部Ｗａの外周に凹部１４を有するカムを研削することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム部を有するワークを回転駆動する主軸台と、砥石車を回転駆動する砥石台と、ワークに向けて砥石車が接近離間する方向及びワークの回転軸に平行な方向にワークと砥石車を相対移動させる移動手段とを備え、砥石台は、砥石車の回転軸をワークの回転軸に対して直角に設けてあり、砥石車は、外周面が砥石厚み方向に円弧状に膨出しており、ワークと砥石車を回転させながらワークのカム部の外周に砥石車を接触させ、ワークと砥石車を前記移動手段により相対移動させることでカム部の外周に凹部を有するカムを研削することを特徴とするカム研削盤。
【請求項２】
回転するワークのカム部の外周に、ワークの回転軸に対して直角に設けた軸回りに回転し且つ外周面が砥石厚み方向に円弧状に膨出した砥石車を接触させ、ワークに向けて砥石車が接近離間する方向及びワークの回転軸に平行な方向にワークと砥石車を相対移動させることでカム部の外周に凹部を有するカムを研削することを特徴とするカム研削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹部を有するカムを研削するためのカム研削盤とカム研削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カムシャフト等のワーク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知られている（例えば、特許文献１参照。）。
近年、カムシャフトのカム部のカム形状を、凹部を有するひょうたん形にする傾向がある。カム形状をひょうたん形にすると、このカムにより動作制御されるバルブは開放状態と閉鎖状態との間の途中動作速度が増加して、エンジンの出力や燃費が向上するからである。
【０００３】
凹部を有するカムを研削するには、凹部に接触可能な小径の砥石車を使用する必要がある。砥石車の径を小さくすると、砥石台が砥石車の外周よりはみ出し、砥石台がワークの他のカム部や心押し台等と干渉するおそれがあるため、砥石車の回転軸とワークの回転軸とが平行なカム研削盤では、砥石車の直径を小さくするにしてもせいぜい１００ｍｍ程度までが限度で、したがって半径５０ｍｍ（Ｒ５０）よりも小さい曲率の凹部は研削することができなかった。また、小径の砥石車では砥石車の周速があまり上がらず、なお且つ砥石台は小径の砥石車の外周にはみ出さないようにコンパクトに構成する必要があり砥石車の回転軸の剛性が低くなるため、切込み量を大きくして大きな研削負荷をかけることができず、研削に時間がかかっていた。
【０００４】
砥石台とワーク等との干渉を避けるために、砥石台をワークの回転軸に対して斜めに配置する方法もあるが（例えば、特許文献２，３参照。）、この場合でも砥石車は凹部に接触できるように小径のものを用いなければならないため、砥石車の周速が遅く、カムの研削に時間がかかる。そのため特許文献２記載のものでは、小径砥石車をワークの回転軸に対して斜めに配置したアンギュラ砥石台とは別に、大径砥石車をワークと平行に配置した粗研削砥石台を設置し、その大径砥石車で荒研削を行うことで研削時間を短縮している。しかし、そのように砥石台を２台設置すると装置が大掛りになってしまう。
【特許文献１】特開２００４−１８８５６０号公報
【特許文献２】特許第３６４４０６８号公報
【特許文献３】特開２００６−３５３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上に述べた実情に鑑み、砥石台とワーク等との干渉を気にすることなくカムの凹部を研削することができ、尚且つ砥石車の周速を上げて効率よく凹部を有するカムの研削が行えるカム研削盤及びカム研削方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を達成するために本発明のカム研削盤は、カム部を有するワークを回転駆動する主軸台と、砥石車を回転駆動する砥石台と、ワークに向けて砥石車が接近離間する方向及びワークの回転軸に平行な方向にワークと砥石車を相対移動させる移動手段とを備え、砥石台は、砥石車の回転軸をワークの回転軸に対して直角に設けてあり、砥石車は、外周面が砥石厚み方向に円弧状に膨出しており、ワークと砥石車を回転させながらワークのカム部の外周に砥石車を接触させ、ワークと砥石車を前記移動手段により相対移動させることでカム部の外周に凹部を有するカムを研削することを特徴とする。
【０００７】
本発明のカム研削方法は、回転するワークのカム部の外周に、ワークの回転軸に対して直角に設けた軸回りに回転し且つ外周面が砥石厚み方向に円弧状に膨出した砥石車を接触させ、ワークに向けて砥石車が接近離間する方向及びワークの回転軸に平行な方向にワークと砥石車を相対移動させることでカム部の外周に凹部を有するカムを研削することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のカム研削盤及びカム研削方法は、砥石車の回転軸をワークの回転軸に対して直角に設けると共に、砥石車の外周面を砥石厚み方向に円弧状に膨出させ、砥石厚み方向のＲによりカムの凹部を研削できるようにしたので、砥石車の直径をカムの凹部のＲに関係なく大きくすることができ、しかも砥石台とワーク等とが干渉することがない。また、従来は困難であった小さいＲの凹部の研削が容易に行える。さらに、大径の砥石車を使用することで砥石車の周速を上げることができ、且つ砥石車の回転軸の剛性を高くできるので、切込み量を大きくして大きな研削負荷をかけることが可能となり、凹部を有するカムの研削を効率よく行うことができる。砥石台を２台設ける必要がないので、装置が大掛りになることもない。ワークと砥石車をワークの回転軸と平行な方向に相対移動させることで、凹部を含みカムを容易に研削できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のカム研削盤の一実施形態を示す平面図であり、図２は、同カム研削盤の側面図である。本カム研削盤は、ベッド９上の前側にワークテーブル１０をスライドベース２０上に設けてあり、ワークテーブル１０は、Ｚ軸ボールネジ１１とＺ軸用サーボモータ４とにより左右（Ｚ）方向に移動可能に支持してある。ワークテーブル１０上には、主軸台１と心押し台１２とを設けてあり、主軸台１の主軸１ａと心押し台１２の間に、ワークＷを左右方向に水平に、着脱自在に取付けている。ワークＷの回転軸７は主軸１ａの軸線と一致しており、主軸台１に設けた主軸用サーボモータ１３で主軸１ａを回転駆動することで、ワークＷが図２の反時計方向に回転角度に応じて速度を可変にて回転する。
ワークＷはカムシャフトであり、軸方向に複数のカム部Ｗａを有している。各カム部Ｗａは、図３に示すように、ベース円部１８とリフト部１４とカムトップ部１９とを有しており、リフト部が円弧状にくぼんだ凹部１４となっている。
【００１０】
ベッド９上のワークテーブル１０の後方には、砥石台３が設けてある。砥石台３は、Ｘ軸ボールネジ１５とＸ軸用サーボモータ５とにより前後（Ｘ）方向に移動可能に支持してある。砥石台３は、回転軸６が上下方向に設けてあり、回転軸６の下部に砥石車２が取付けてあり、回転軸６の上部を砥石用モータ１６に連結してあり、砥石用モータ１６により回転軸６と砥石車２が一方向に回転駆動される。砥石車２は、直径が２５０〜３５０ｍｍの大径の砥石車を使用しており、周速はおよそ１２０〜１６０ｍ／ｓｅｃにしている。また砥石車２は、図３に示すように、外周面８が砥石厚み方向に半円状に膨出している。この砥石車外周面８の砥石厚み方向のＲは、ワークＷのカム部の凹部１４のＲ以下としてある。また砥石車２は、図２と図３に示すように、厚み方向の中央部がワークＷの回転軸７と同じ高さに位置している。このように、砥石車２の回転軸６をワークＷの回転軸７に直角な上下方向とし、且つ砥石車２の外周面８が砥石厚み方向に半円状に膨出していることで、砥石車２の外周とカム部Ｗａの外周とが一点で接触し、切込み時の接触面は球面になる。
【００１１】
さらに本カム研削盤は、主軸用サーボモータ１３、Ｚ軸用サーボモータ４、Ｘ軸用サーボモータ５、砥石用モータ１６の回転を制御する制御装置１７を有している。制御装置１７には、各モータの動きを制御してワークのカム部Ｗａの外周を所定のカム形状に自動的に研削するためのプログラム、及びカム部の最終的なカム形状に対応したカムプロファイルデータが記憶されている。
【００１２】
本カム研削盤は、図３に示すように、ワークのカム部Ｗａの外周に高速回転する砥石車２の外周を接触させて所定の切り込みを与え、主軸用サーボモータ１３とＸ軸用サーボモータ５を制御装置１７によりワークＷの回転角度に応じて同時制御し、制御装置１７に記憶させたカムプロファイルデータに基づき、ワークＷの回転角度に応じて砥石台３を前後方向に往復移動させることにより、カム部Ｗａの外周に所望の形状のカムを研削することができる。カムの凹部１４では、砥石車２との接触面積が大きく、研削代がベース円部１８とカムトップ部１９に比べて大きいため、凹部１４を研削しているときのワークＷの回転速度を、ベース円部１８とカムトップ部１９を研削しているときよりも遅くしている。このカム部Ｗａに対する研削は、カム部Ｗａの外周に対する砥石車２の切り込み量を減少させながら、粗研削→中仕上げ研削→仕上げ研削→スパークアウトの順で、複数の研削工程を経て行われる。なお、このような制御は、特許文献１等に開示されている従来のカム研削盤で行っているのと同様である。
【００１３】
本カム研削盤は、砥石車２の回転軸６をワークＷの回転軸７に対して直角な上下方向としているので、単に砥石車２を前後方向に往復移動させながら研削しただけでは、カムの表面に砥石車２の周方向のＲに沿った凹みができることになる。そこで本カム研削盤では、上述のようにワークＷを回転させながら砥石車２を前後方向に往復移動してカムを研削する際に、図４に示すように、制御装置１７によりＺ軸用サーボモータ４を駆動して、ワークＷを右方向または左方向に移動させることで、カムの表面を平らに研削できる。なお、図４は、ワークＷを右方向に移動しながら研削する場合を示している。
より具体的に説明すると、荒研削、中仕上げ研削、仕上げ研削、スパークアウトの各研削工程において、ワークＷを比較的ゆっくりした速度でカム部Ｗａの幅分だけ右から左、又は左から右に移動させ、その移動中にワークＷを複数回回転させて（同時に砥石車２をワークＷの回転に同期して前後方向に往復移動させる）カム部Ｗａの外周を研削する。研削工程が進むにつれて切り込み量を次第に小さくするため、ワークＷの移動速度を研削工程が進むにつれて次第に遅くしてもよいし、ワークＷの移動速度は各研削工程で一定とし、砥石車２の位置の制御だけで切り込み量を調整することもできる。
別の研削の仕方として、ワークＷを比較的ゆっくり回転させながら砥石車２をワークＷの回転に同期して前後方向に往復移動させ、同時にワークＷが一回転する間にワークＷをカム部Ｗａの幅分だけ右から左、左から右に複数回移動させることでカムを研削することもできる。
上記の二通りの研削の仕方において、荒研削と中仕上げ研削ではワークＷの左右方向の移動を行わず、仕上げ研削とスパークアウトのときだけワークＷを左右方向に移動させるようにしてもよい。
【００１４】
以上に述べたように、本カム研削盤は、砥石車２の回転軸６をワークＷの回転軸７に直角な上下方向とし、砥石車２の外周面８を砥石厚み方向に円弧状に膨出させ、砥石厚み方向のＲでカムの凹部１４を研削できるようにしたので、砥石車２の直径をカムの凹部１４のＲに関係なく大きくすることができ、しかも砥石台３がワークの他のカム部Ｗａ、主軸台１、心押し台１２と干渉することがない。また、従来は困難であった小さいＲの凹部１４の研削が容易に行える。さらに、大径の砥石車２を使用することで砥石車２の周速を上げることができ、且つ砥石車２の回転軸６の剛性を高くできるので、切込み量を大きくして大きな研削負荷をかけることが可能であり、凹部１４を有するカムの研削を効率よく行うことができる。一台の砥石台３でカムの荒研削からスパークアウトまでが行え、砥石台を２台設ける必要がないので、装置が大掛りになることもない。また、砥石台３を左右方向に移動させながら研削を行うことで、カムの表面に砥石車２の周方向のＲによる凹みを形成することなく、凹部１４を含みカムを容易に研削できる。
【００１５】
本発明は、以上に述べた実施形態に限定されない。例えば、ワークテーブル１０をベッド９上に固定して設け、砥石台３を左右方向及び前後方向に移動可能とすることもできる。また、砥石車の回転軸６を水平軸とし、砥石台３が上下方向に移動して砥石車２がワークＷに向けて接近離間する構成とすることもできる。砥石車２は、外周面８の厚み方向のＲを任意に形成することができ、図５（ａ）（ｂ）に示すように、砥石厚みを直径とする半円よりも小さいＲや大きいＲにも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のカム研削盤の一実施形態を示す平面図である。
【図２】同カム研削盤の側面図である。
【図３】ワークのカム部を砥石車で研削している状態を示す拡大側面図であって、（ａ）はカム部のリフト部（凹部）を研削しているときの状態、（ｂ）はカム部のベース円部を研削しているときの状態、（ｃ）はカム部のカムトップ部を研削しているときの状態を示している。
【図４】ワークのカム部を砥石車で研削している状態を示す拡大平面図である。
【図５】砥石車の外周面の形状の他の実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  主軸台
２  砥石車
３  砥石台
４  Ｚ軸用サーボモータ（移動手段）
５  Ｘ軸用サーボモータ（移動手段）
６  砥石車の回転軸
７  ワークの回転軸
８  砥石車の外周面
９  ベッド
１０  ワークテーブル
１１  Ｚ軸ボールネジ（移動手段）
１２  心押し台
１３  主軸用サーボモータ
１４  凹部
１５  Ｘ軸ボールネジ（移動手段）
１６  砥石用モータ
１７  制御装置
Ｗ  ワーク
Ｗａ  ワークのカム部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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