JP3570646B2 - カム部材の研削方法 - Google Patents

Description

【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Ｃ_０ から点Ｃ_１ までは点Ａを中心とした円弧に、点Ｃ_１ から点Ｃ_２ までは直線状に形成される。そして、点Ｃ_２ から点Ｃ_３ を経て点Ｃ_４ までは所定の曲線状に形成され、点Ｃ_４ から点Ｃ_５ までは再び直線状に形成され、点Ｃ_５ から点Ｃ_０ までは前記点Ｃ_０ から点Ｃ_１ までの円弧と同径、同心の円弧に形成される。点Ｃ_３ は点Ａから最も離間した頂点を形成している。直線ＡＣ_０ に対する各点Ｃ_０ 〜Ｃ_５ のカム角度を夫々α_Ｃ０〜α_Ｃ５とする。なお、
α_Ｃ０＝０［ｒａｄ］
α_Ｃ３＝π［ｒａｄ］
とし、図上、カム角度α_Ｃ０〜α_Ｃ５の対応関係を直線ＡＣ_０ 〜ＡＣ_５ 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Ｃ_１ Ｃ_５ 上で、点Ｃ_３ を除く任意の点Ｃ_６ が砥石１２に当接しているとき、点Ｃ_６ 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ＡＣ_０ に対する点Ｃ_６ のカム角度α_Ｃ６と、直線ＡＣ_０ に対する直線ＡＥの角度、すなわちカム部材１０の回転角度θ_Ｃ６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θ_Ｃ６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θ_１ 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θ_１ から単位角度θ_０ 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θ_１ から単位角度θ_０ 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θ_１ におけるカム部材１０の単位角度θ_０ 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Ｃ_１ Ｃ_２ 間、直線Ｃ_４ Ｃ_５ 間の所定部位を研削しているとき、直線Ｃ_１ Ｃ_２ 間の点Ｊ_１ および直線Ｃ_４ Ｃ_５ 間の点Ｊ_２ で研削量ｉ（θ）が極大値ｉ_Ｊ１、ｉ_Ｊ２をとる。また、砥石１２が円弧Ｃ_０ Ｃ_１ と直線Ｃ_１ Ｃ_２ の境界近傍、および、直線Ｃ_４ Ｃ_５ と円弧Ｃ_５ Ｃ_０ 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Ｃ_０ 〜点Ｃ_１ 、点Ｃ_１ 〜点Ｊ_１ 、点Ｊ_１ 〜点Ｃ_３ 、点Ｃ_３ 〜点Ｊ_２ 、点Ｊ_２ 〜点Ｃ_５ 、点Ｃ_５ 〜点Ｃ_０ 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ｆ_ａ （θ）を、
ｆ_ａ （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）＝ｉ_０
とすると、
ｋ（θ）＝ｆ_ａ （θ）×ｉ（θ）＝ｉ_０
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ｆ_ｂ （θ）は次の式で表される。
【００２１】
ｆ_ｂ （θ）＝（１／２ｉ_Ｊ１）［ｉ_Ｊ１＋ｉ_０ ＋（ｉ_Ｊ１−ｉ_０ ）×ｃｏｓ｛（θ−θ_Ｃ１）（π／（θ_Ｊ１−θ_Ｃ１））｝］
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＝θ_Ｃ１のときの回転速度ｆ_ｂ （θ_Ｃ１）は、領域１６ａにおける回転速度ｆ_ａ （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ｆ_ｂ （θ）が低下する。すなわち、回転角度θ＝θ_Ｃ１のとき、領域１６ｂにおける回転速度ｆ_ｂ （θ）の最大値は、
ｆ_ｂ （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＝θ_{Ｊ 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ｆ_ｂ （θ_Ｊ１）は、
ｆ_ｂ （θ_Ｊ１）＝ｉ_０ ／ｉ_Ｊ１
となり、この値は、領域１６ｂにおける回転速度ｆ_ｂ （θ）の最小値である。この領域１６ｂにおける回転速度ｆ_ｂ （θ）の最大値と最小値の比は、
ｆ_ｂ （θ_Ｊ１）／ｆ_ｂ （θ_Ｃ１）＝ｉ_０ ／ｉ_Ｊ１
となり、この値は、この領域１６ｂの研削量ｉ（θ）の最大値ｉ_Ｊ１と最小値ｉ_０ の比ｉ_０ ／ｉ_Ｊ１とに等しい。このときの回転角度θ_Ｊ１における単位時間当たりの研削量ｋ（θ_Ｊ１）は、
ｋ（θ_Ｊ１）＝ｆ_ｂ （θ_Ｊ１）×ｉ_Ｊ１＝ｉ_０
となり、領域１６ａにおける単位時間当たりの研削量ｉ_０ 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ｆ_ｃ （θ）、ｆ_ｄ （θ）、ｆ_ｅ （θ）は次の式で表される。
【００２３】
ｆ_ｃ （θ）＝（１／２ｉ_Ｊ１）［ｉ_Ｊ１＋ｉ_０ −（ｉ_Ｊ１−ｉ_０ ）×ｃｏｓ｛（θ−θ_Ｊ１）（π／（θ_Ｃ３−θ_Ｊ１））｝］
ｆ_ｄ （θ）＝（１／２ｉ_Ｊ２）［ｉ_Ｊ２＋ｉ_０ ＋（ｉ_Ｊ２−ｉ_０ ）×ｃｏｓ｛（θ−θ_Ｃ３）（π／（θ_Ｊ２−θ_Ｃ３））｝］
ｆ_ｅ （θ）＝（１／２ｉ_Ｊ２）［ｉ_Ｊ２＋ｉ_０ −（ｉ_Ｊ２−ｉ_０ ）×ｃｏｓ｛（θ−θ_Ｊ２）（π／（θ_Ｃ５−θ_Ｊ２））｝］
また、領域１６ｆにおけるカム部材１０の回転速度ｆ_ｆ （θ）は、領域１６ａにおける回転速度ｆ_ａ （θ）と同様に、
ｆ_ｆ （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θ_Ｊ２における回転速度ｆ_ｄ （θ_Ｊ２）、ｆ_ｅ （θ_Ｊ２）は、領域１６ｄ、１６ｅにおける回転速度ｆ_ｄ （θ）、ｆ_ｅ （θ）の最小値となり、夫々の領域１６ｄ、１６ｅの回転速度ｆ_ｄ （θ）、ｆ_ｅ （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ｉ_Ｊ２と最小値ｉ_０ の比ｉ_０ ／ｉ_Ｊ２に等しい。このため、回転角度θ_Ｊ２における単位時間当たりの研削量ｋ（θ_Ｊ２）は、
ｋ（θ_Ｊ２）＝ｉ_Ｊ２×ｉ_０ ／ｉ_Ｊ２＝ｉ_０
となり、前述の回転角度θ_Ｊ１における単位時間当たりの研削量ｋ（θ_Ｊ１）と同様に、領域１６ａにおける単位時間当たりの研削量ｉ_０ 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ｉ_０ 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Ｃ_１ 、Ｃ_５ から夫々点Ｃ_０ 側に所定角度ｍだけ変位した位置に点Ｌ_１ 、Ｌ_２ が設定され、点Ｃ_０ 〜点Ｌ_１ 、点Ｌ_１ 〜点Ｊ_１ 、点Ｊ_１ 〜点Ｊ_２ 、点Ｊ_２ 〜点Ｌ_２ 、点Ｌ_２ 〜点Ｃ_０ 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、
ｆ_ａ （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）＝ｉ_０
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】
ｆ_ｂ （θ）＝（１／２ｉ_Ｊ１）［ｉ_Ｊ１＋ｉ_０ ＋（ｉ_Ｊ１−ｉ_０ ）×ｃｏｓ｛（θ−θ_Ｌ１）（π／（θ_Ｊ１−θ_Ｌ１））｝］
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＝θ_Ｌ１のときの回転速度ｆ（θ_Ｌ１）は、領域１６ａにおける回転速度ｆ_ａ （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ｆ_ｂ （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＝θ_Ｊ１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ｆ_ｂ （θ_Ｊ１）は
ｆ_ｂ （θ_Ｊ１）＝ｉ_０ ／ｉ_Ｊ１
となる。この値は、領域２０ｂにおける回転速度ｆ_ｂ （θ）の最小値である。この領域２０ｂにおける回転速度ｆ_ｂ （θ）の最大値と最小値に比は、
ｆ_ｂ （θ_Ｊ１）／ｆ_ｂ （θ_Ｌ１）＝ｉ_０ ／ｉ_Ｊ１
となり、この値は、この領域２０ｂの研削量ｉ（θ）の最大値ｉ_Ｊ１と最小値ｉ_０ の比ｉ_０ ／ｉ_Ｊ１とに等しい。このときの回転角度θ_Ｊ１における単位時間当たりの研削量ｋ（θ_Ｊ１）は、
ｋ（θ_Ｊ１）＝ｆ_ｂ （θ_Ｊ１）×ｉ_Ｊ１＝ｉ_０
となり、領域２０ａにおける単位時間当たりの研削量ｉ_０ 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、
ｆ_Ｃ （θ）＝ｉ_０ ／ｉ_Ｊ１
を維持している。回転角度θ_Ｊ２における単位角度あたりの研削量ｉ（θ_Ｊ２）は、
ｉ（θ_Ｊ２）＝ｉ_Ｊ２
であるので、この回転角度θ_Ｊ２における単位時間あたりの研削量ｋ（θ_Ｊ２）は、
ｋ（θ_Ｊ２）＝ｆ_Ｃ （θ_Ｊ２）×ｉ_Ｊ２＝ｉ_０ ×ｉ_Ｊ２／ｉ_Ｊ１
である。図６Ａから諒解されるように、ｉ_Ｊ２はｉ_Ｊ１より僅かに小さいため、研削量ｋ（θ_Ｊ２）もｉ_０ より僅かに小さい値になる。
【００３３】
そして、領域２０ｄでは、
ｆ_ｄ （θ）＝（１／２ｉ_Ｊ２）［ｉ_Ｊ２＋ｉ_０ ＋（ｉ_Ｊ２−ｉ_０ ）×ｃｏｓ｛（θ−θ_Ｌ２）（π／（θ_Ｊ２−θ_Ｌ２））｝］
であり、領域２０ｃから連続して回転速度ｆ_ｄ （θ）が余弦曲線に従って変化し、回転角度θ_Ｌ２における回転速度ｆ_ｄ （θ_Ｌ２）＝１となる。
【００３４】
領域２０ｅにおける回転速度ｆ_ｅ （θ）は、回転角度θ_Ｌ２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）＝ｉ_０
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ｉ_０ 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

Claims (1)

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。

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