JPS6010865B2 - カム研削方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカムシヤフトの如き工作物のカムを立方晶窒化
棚素等の硬質材料を砥粒とする砥石車によって研削する
カム研削方法に関するもので、その目的とするところは
、カムのブロフィル精度、加工面精度を低下させないで
、カムの加工時間を短縮させることである。

近時、立方晶窒化側素等の硬質材料を砥粒とする研削抵
抗の小さい砥石車が開発され、従来の砥石車に比べ数倍
の送り速度で工作物を加工できるようになった。

しかしながら、工作物の回転速度を従来の砥石車で加工
する場合と同じ速度、例えば毎分６０回転の速度のまま
で回転させて研削を行うと砥粒に過大な力が加わるため
、低粒の脱落が激しく砥石車の寿命を著しく減少させる
ことが実験により確認された。

このような砥粒の脱落を防止するためには、砥石車の送
り速度を小さくするか、工作物の回転速度を低く、例え
ば毎分３０回転程度にするかして砥粒１個当りの研削量
を低下させればよいが、砥石車の送り速度を低下させる
と工作物の加工時間が長くなってしまうこと、立方晶窒
化棚素等の硬質材料を砥粒とした砥石車は研削抵抗が小
さいため、工作物の回転数を下げても工作物の競付が生
じないこと等の理由から、工作物の回転数を毎分３０回
転程度にする方法が採用されるに至った。

しかしながら、工作物を毎分３０回転程度で回転させて
粗研削を行い、続いて工作物同じ速度で回転させたまま
でスパークアウト研削または糟研削を行うと、工作物の
回転速度が遅いため送り研削時によって生じた切残しを
研削するのに従来の砥石車によって加工する場合に比べ
長い時間が必要となる。特に、カムシャフトのカムのよ
うに加工面の一部（カムのサイド部）だけに多くの切残
しが生じる場合には、スパークアウト研削または精研削
の時間が著しく長くなってしまい、工作物の加工時間を
短縮できないという欠点を有していた。本発明はかかる
欠点をなくすためになされたもので、砥石車の送り速度
の小さい精研削時または送り速度が零であるスパークア
ウト研削時には、工作物の回転速度を粗研削時に比べて
高くし、切り残しを短時間に切削することを特徴とする
ものである。

以下本発明の実施例が図面に基づいて説明する。

第１図において１はベッドで、このベッド１上には砥石
台２が工作物Ｗに向って進退自在に戦直されている。こ
の砥石台２には、金属円板の外周面に立方晶窒化棚素等
の硬質材料からなる砥粒をレジンなどの結合済により層
状に固着した砥石車２０が回転可能に支承されており、
この砥石車２川ま砥石台２上に固着されたモータ２１に
よりプーリ、ベルトを介して回転駆動される。一方、ベ
ッドーには第２図に示すように送りねじ軸２３が回転可
能に鞠承され、この送りねじ軸２３には砥石台２に固着
した送りナット２４が螺合している。そして、この送り
ねじ軸２３が、ベッド１に固着されたサーボモータ２５
によって回転され、砥石台２が工作物Ｗに向って進退さ
れる。ベッド１上にはテーブル３が砥石台２の移動方向
と直角な方向に情動可能に載遣され、ベッドーの下部に
設けられた油圧シリンダ３川こて左右方向に移動される
。このテーブル３には揺動台３１が揺動可能に支持され
ており、この揺動台３１の左側には４個のマスクカムＭ
，〜Ｍ４が鉄着された主軸３２が回転自在に軸承されて
いる。そして、各マスタカムＭ，〜Ｍと対応する４個の
加工箇所Ｃ，〜Ｃ４を有する工作物Ｗが、主軸３２、の
センタと、揺動台３１の右端に載贋された心押台３３と
の間に取付けられ、主軸３２から転が伝達されるように
なっている。また、主軸３２の左端はサーボモータ３４
と速度検出器３５とが設けられており、主軸３２はサー
ボモ−夕３４によって回転される。そして、この主軸３
２の回転速度が速度検出器３５によって検出される。３
６はテーブル３上に固着された主軸台で、この主軸台３
６にはマスタカムＭ．〜Ｍ４と対向するフオロァローラ
３７を自由回転可能に保持する保持体３８が主軸軸線方
向に移動可能に装架されている。

そして、このフオロアローラ３７は、工作物Ｗの各加工
箇所Ｃ，〜Ｃ４が研削位置に割出される度に、図示しな
い割出機構によって研削する加工箇所に対応したマスタ
カムの前面に割出されるようになっている。一方、揺動
台３１の側面には第２図に示すように突出腕３１ａが突
設され、この突出腕３１ａと主軸台３６の突出腕３６ａ
との間にはマスタカムＭ，〜Ｍ４をフオロアローラに圧
薮すべく揺動台３１に回転力を付与するスプリングが張
設されている。また、フオロアローラ３７を保持する保
持体３８にはリミットスイッチ取付用のアーム３９が固
着されており、このアーム３９の先端には、マスタカム
Ｍ，〜Ｍ４の回転を検出するりミットスイッチＬＳ５が
設けられている。

そして、マスタカムＭ，〜Ｍ４のベース円部がフオロア
ローラ３７に接触し、工作物Ｗの加工箇所Ｃ，〜Ｃ４の
ベース部分が砥石車２０１こよって加工されると、リミ
ットスイッチＬＳ５がマスタカムＭ，〜Ｍ４のトップ部
で押圧され、回転信号ＲＳを出力するようになっている
。次に工作物Ｗの各加工箇所Ｃ，〜Ｃ４を自動的に研削
するための制御回路について説明する。

第１図において４は図示しない油圧回路に信号を与え、
テ−ブル３の割出しを行うテーブル位置決め回路で、こ
のテーブル位置決め回路４は自動加工回路５より加工箇
所番号とともに位置決め命令ＴＰＣが与えられると、ド
ッグＤ，とりミットスイッチＬＳＩ〜ＬＳ４との係合に
より、指定された加工箇所を砥石車２０の前面に割出す
。そして、割出しが完了すると位置決め完了信号ＴＰＦ
を出力する。自動加工回路５は加工箇所Ｃ，〜Ｃ４の研
削を自動で行わせるための回路で、起動スイッチが押圧
されると、加工箇所番号Ｃ，とともに位置決め命令ＴＰ
Ｃを出力し、テーブル位置決め回路４より位置決め完了
信号ＴＰＦが与えられると、送り制御回路６１こ対して
研削開始信号ＧＳを出力する。

そして、加工箇所Ｃ，の研削が終了し、送り制御回路６
より研削完了信号ＧＦが与えられると、次の加工箇所番
号Ｃ２とともに位置決め命令ＴＰＣを出力し、４個の加
工箇所Ｃ，〜Ｃ４を順次加工させる。送り制御回路６は
ストアードプログラム方式のデジタル送り制御回路で、
各種のプログラムに応じたサイクルで砥石台２を前進後
退させる。この送り制御回路６に研削開始信号ＣＳが与
えられると、研削サイクルのプログラムを読出して実行
する。この研削サイクルでは、砥石台２をあらかじめ設
定された粗研削速度で、研削量に応じた距離だけ工作物
Ｗの方向に切込ませた後で、粗研削完了信号ＦＧＦを出
力し、後述するカウンタ８０より第２スパークアウト完
了信号ＳＳＯＦが与えられると・砥石車２を早送り速度
で原位置まで復帰させる。そして、砥石車２が原位置に
復帰されると、研削完了信号ＧＦを出力する。カウンタ
７０と設定器７１とによって構成される回路は工作物Ｗ
の回転速度を粗研削器よりも高くしてスパークアウト研
削を行う（これ以後第１スパークアウト研削と呼ぶ）時
間を決めるもので、カウンタ７０は送り制御回路６より
粗研削完了信号ＦＧＦが与えられると、前記リミットス
イッチＬＳ５から送出される回転信号ＲＳの計数を開始
し、計数値が設定器７１に設定された数と等しくなると
カウントアップ信号を出力する。

そしてこのカウントアップ信号はカウンタ８０１こ与え
られるとともに、後述するサーボモータ制御回路９に第
１スパークアウト完了信号ＦＳＯＦとして与えられるよ
うになっている。なお、設定器７１には、粗研削時に生
じた切残しを第１スパークアウト研削によって許容値以
下にするのに必要な工作物Ｗの回転数、例えば４が設定
される。また、カウン夕８０と設定器８１によって構成
される回路、粗研削時より低い速度で回転させてスパー
クアウト研削を行う（以下第２スパークアウト研削と呼
ぶ）時間を決めるもので、前記カウンタ７０よりカウン
トアップ信号が与えられると、回転信号ＲＳの計数を開
始し、計数値が設定器８１に設定された数と等しくなる
とカウントアップ信号を出力する。

そして、このカウントアップ信号は、第２スパークアウ
ト完了信号ＳＳＯＦとしてサーボモータ制御回路９およ
び送り制御回路６に与えられるようになっている。なお
、設定器８１には、第１スパークアウト研削終了後、各
加工箇所Ｃ，〜Ｃ４の加工面精度を基準以内とするのに
必要な工作物Ｗの回転数、例えば１〜２が設定される。
工作物の回転数が１である場合にはカウンタ８０と設定
器８１とを設ける必要はなく、１個のフリップフロツプ
で代用できる。サーボモータ制御回路９は、工作物Ｗの
回転数を各研削状態に応じて変化させる回路で、自動加
工回路５より研削開始信号ＧＳが出力され、粗研削が開
始されると、サーボモータ３４を中速度で回転させ、送
り制御回路６より粗研削完了信号ＦＧＦが出力され、第
１スパークアウト研削が開始されると、サーボモータ３
４を高速回転させる。

そして、カゥンタ７０より第１スパークアウト研削完了
信号ＦＳＯＦが出力され、第２スパークアウト研削が開
始されると、サーボモータ３４を低速度で回転させ、カ
ウンタ８０より第２スパークアウト完了信号ＳＳＯＦが
出力され、、研削が終了するとサーボモータ３４の回転
を停止させるものである。このサーボモータ制御回路９
の具体的な回路は第３図に示すような構成となっており
、前記研削開始信号ＣＳ、粗研削完了信号ＦＧＦ、第１
スパークアウト完了信号ＦＳＯＦはそれぞれフリツプフ
ロツプＦＦ，〜ＦＦ３のセット端子Ｓに与えられるよう
になっている。

また、第２スパークアウト完了信号ＳＳＯＦはフリツプ
フロップＦＦ，〜ＦＦ３の全てのりセット端子Ｒに与え
られるようになっている。これらのフリツプフロツプの
出力端子Ｑは２進一ＩＱ隼デコーダ９１の入力端子１，
２，４に接続されており、研削開始信号ＣＳが与えられ
フリップフロップＦＦ，のみがセットされた場合には、
デコーダの出力端子１より信号が出力され、粗研削完了
信号ＦＧＦが与えられてフリツプフロツプＦＦ２もセッ
トされた場合にはデコーダ９１の出力端子３より信号が
出力される。また、第１スパークアウト完了信号ＦＳＯ
Ｆが与えられ全てのフリツプフロツプＦＦ，〜ＦＦ３が
セットされた場合には出力端子７から信号が出力され、
第２スパークアウト完了信号ＳＳＯＦが与えられ全ての
フリップフロップＦＦ，〜ＦＦ３がリセツトされた場合
には出力端子１，３，７からの信号の送出は停止される
。ＶＲ，，ＶＲ２，ＶＲ３は各研削状態における工作物
Ｗの回転速度を設定する可変抵抗器で、可変抵抗器ＶＲ
，には粗研削時におけるサーボモータ３４の回転速度、
すなわち粗研削時における工作物Ｗの回転速度に対応し
た速度指令電圧、例えば毎分３０回転に対応した速度指
令電圧ＶＭが設定される。また、可変抵抗器ＶＲ２には
可変抵抗器ＶＲ，に設定された電圧よりも高い速度指令
電圧、例えば毎分６０回転に対応した速度奇旨令電圧Ｖ
Ｈが設定され、可変抵抗器ＶＲ３には可変抵抗器ＶＲ，
に設定された電圧よりも低い速度指令電圧、例えば毎分
２０回転に対応した速度指令電圧ＶＬが設定される。そ
して、これらの可変抵抗器ＶＲ，〜ＶＲ３に設定された
速度指令電圧ＶＭ，ＶＨ，ＶＬはそれぞれゲート○，，
Ｇ２，Ｇ３を介して演算器９２に与えられるようになっ
ている。一方、これらのゲート○，〜Ｇ３には前記デコ
ーダ９１の出力端子１，３，７より出力される信号がそ
れぞれ与えられるようになっているため、サーボモータ
制御回路９に研削開始信号ＣＳが与えられると、ゲート
Ｇ，が開かれて速度指令電圧ＶＭが演算器９２に与えら
れ、サーボモータ制御回路９に粗研削完了信号ＦＧＦが
与えられると、ゲートＧ２が開かれて速度指令電圧ＶＨ
が演算器９２に与えられる。そして、サーボモータ制御
回路９に第１スパークアウト完了信号ＦＳＯＦが与えら
れると、ゲート○３が開かれて速度指令電圧ＶＬが演算
器９２に与えられる。また、サーボモータ制御回路９に
第２スパークアウト完了信号ＳＳＯＦが与えられた場合
にはいずれのゲ−トも開かれなくなり、演算器９２には
速度指令電圧が与えられなくなる。この演算器９２はゲ
ートＧ，〜○３を介して与えられる速度指令電圧ＶＭ，
ＶＨ，ＶＬと、サーボモー夕３４に連結されている速度
検出器３５より出力される速度帰還電圧Ｆ斑との偏差を
演算するもので、この偏差は増幅器Ａ，を介して演算器
９３に与えられるようになっている。

また、演算器９３は与えられた偏差信号と、抵抗ＲＣに
よって検出される電流帰還電圧との偏差を演算するもの
で、この演算された偏差は増幅器んを介して駆動装置９
４に与えられるようになっている。この駆動回路９４は
与えられた偏差信号により例えばサイリスタの点弧位相
角を変化させ、サーボモータ３４に加わる電圧を制御し
てサーボモータの回転速度を制御するものである。した
がって、演算器９２に速度指令電圧ＶＭ，ＶＨ，ＶＬが
与えられるとサーボモータ３４は回転を開始し、その回
転速度が設定された速度とずれて速度指令電圧ＶＭ，Ｖ
Ｈ，ＶＬと東度帰還電圧Ｆ斑との間に偏差が生じた場合
には、この偏差が増幅器Ａ，，Ａ２によって増幅され、
サーボモータ３４は設定速度に引き戻される。これによ
り、サーボモータ３４は可変抵抗器ＶＲ，〜ＶＲ３に設
定された速度の内、選択された速度で正確に回転する。
次に以上の構成による本実施例の動作を説明する。

今、工作物Ｗが主軸３２のセンタと心押台３３のセンタ
との間に挟持されている状態で自動加工回路５の起動ス
イッチが押圧されると、自動加工回路５から加工箇所番
号１とともに位置決め命令ＴＰＣが出力され、テーブル
位置決め回路４に与えられる。これにより、テーブル３
は第１図に示す位置に割出され、工作物Ｗの１番目の加
工箇所Ｃ，が砥石車２０の前面に位置決めされる。この
ようにしてテーブル３の割出が終了すると、位置決め完
了信号ＴＰＦが自動加工回路５に与えられるため、この
自動加工回路５から研削開始信号ＯＳが出力される。こ
の研削開始信号ＧＳは前記したように送り制御回路６と
サーボモータ制御回路９に与えられるようになっており
、サーボモータ制御回路９に研削開始信号ＧＳが与えら
れると、フリツプフロツプＦＦ，がセットされ、デコー
ダ９１の出力端子１より信号が出力される。デコーダ９
１の出力端子１より信号が出力されると、ゲートＧ，が
開かれるため、可変抵抗器ＶＲ，に設定された速度指令
電圧ＶＭが演算器９２に与えられ、サーボモータ３４は
速度指令電圧ＶＭに応じた速度で回転する。これにより
、工作物Ｗは第４図に示すように毎分３０回転の中速度
で回転される。一方、研削開始信号ＧＳが送り制御回路
６に与えられると、研削サイクルのプ。グラムが読出さ
れるため、砥石車２ぱあらかじめ設定された比較的速い
送り込み速度、例えば毎分８柳の速度で前進される。こ
れにより、加工箇所Ｃ，はマスタカムＭ，のプロフィル
に倣いながら砥石車２０‘こよって研削される。このと
き砥石車２０は比較的速い速度で切込まれるが、工作物
Ｗの回転速度が毎分３０回転と低いため、砥粒１個当り
による研削量は少なく、砥粒に無理な力が加わって脱落
することはない。そして、砥石車２があらかじめ設定さ
れた距離だけ前進され、加工箇所Ｃ，が所定の寸法に研
削されると、砥石車２の前進は停止され、送り制御回路
６より粗研削完了信号ＦＧＦが出力され、第１スパーク
アウト研削が開始される。

この粗研削完了信号ＦＧＦはカウンタ７０とサーボモー
タ制御回路９とに与えられるようになっており、粗研削
完了信号ＦＧＦがサーボモー夕制御回路９に与えられる
と、フリツプフロツプＦＦ２もセットされる。これによ
り、デコーダ９１の出力端子３より信号が出力されるよ
うになるため、ゲートＳ，にかわつてゲートＧ２が開か
れる。ゲート○２が開かれると、可変抵抗器ＶＲ２に設
定された速度指令電圧ＶＨが演算器９２に与えられ、サ
ーボモータ３４を速度指令電圧ＶＨに応じた速度で回転
される。これにより、工作物Ｗは第４図に示すように毎
分６０回転の速度で回転されるようになり、粗研削時に
生じた切り残し‘ま短時間で研削される。なお、この場
合には工作物の回転速度が毎分６０回転と遠いが、砥石
車２０の切込みが零であるため、砥粒１個当りの研削量
は多くならず、砥粒の脱落は生じない。一方、カウンタ
７０は送り制御回路６から粗研削完了信号ＦＧＦが与え
られると、マスタカムＭ，が１回転する度に発せられる
回転速度ＲＳを計数し、その計数値が設定器７１に設定
した４となるとカウントアップ信号を送出するようにな
っているから、上記のような第１スパークアウト研削が
開始されてから、工作物Ｗが４回転すると、カウンタ７
０からカウントアップ信号が出力される。

このカウントアップ信号は前記したように第１スパーク
アウト完了信号ＦＳＯＦとしてサーボモータ制御回路９
に与えられるようになっているため、カウンタ７０がカ
ウントアップするとフリツプフロツプＦＦ３がセットさ
れる。これにより、デコーダ９１の出力端子７から信号
が出力されるようになるため、ゲートＧ２にかわっゲン
ートＧ３が開かれ、可変抵抗器ＶＲ３に設定された速度
指令電圧ＶＬが演算器９２に与えられる。これにより工
作物Ｗは毎分２０回転の遅い速度で回転されるようにな
り、第２スパークアウト研削が行われる。第２スパーク
アウト研削が行われると、第１スパークアウトにて生じ
た加工面の荒れが除去されて加工面精度が基準以内とな
る。また、カウンタ８０は、カウンタ７０がカウントア
ップした第２スパークアウト研削が開始されると、回転
信号ＲＳを計数し、その計数値が設定器８１に設定され
た回数、例えば２となると、カウントアップ信号を出力
するようになっているため、第２スパークアウト研削が
開始されて工作物が２回転するとカウンタ８０よりカウ
ントアップ信号が出力される。

このカウンタ８０よりカウントアップ信号が出力される
と、サーボモータ制御回路９に第２スパークアウト完了
信号ＳＳＯＦが与えられるため、フリツプフロツプＦＦ
，〜ＦＦ３は全てリセットされる。

これにより、デコーダ９１の出力端子１，３，７からは
信号が出力されなくなり、ゲートＧ３は閉じられる。こ
のため、演算器９２には速度指令電圧ＶＭ，ＶＨ，ＶＬ
が与えられなくなり、サーボモータ３４の回転は停止さ
れる。また、これと同時に送り制御回路６に対しても第
２スパ−クアウト完了信号ＳＳＯＦが与えられるため、
砥石台２は原位置まで早送り速度で復帰される。以上の
ようにして、加工箇所Ｃ，の研削が終了すると、送り制
御回路６より研削完了信号ＧＦが出力される。これによ
り、自動加工回路５は次の加工箇所番号２とともに位置
決め命令ＴＰＣが出力され、加工箇所Ｃ２〜Ｃ４が順次
加工される。以上のように本実施例は、粗研削が終了し
た後で、工作物の回転速度を粗研削時よりも上げてスパ
ークアウト研削を行い、さらに、このスパークアウト研
削が完了した後で、工作物の回転速度を粗研削時よりも
下げてスパークアウト研削を行うものであったが、本発
明は上記実施例の研削サイクル以外にも適用することが
できる。第５図、第６図はその一例を示すもので、第５
図に示す研削サイクルにおいては、工作物を中速度で回
転させながら粗研削を行い、この粗研削終了後、工作物
を粗研削時より高い速度で回転させながらスパークアウ
ト研削を行い、このスパークアウト研削が終了した後で
、精研削、スパークアウトを行うようになっている。し
たがって、この場合には粗研削に生じた切り残しが粗研
に続くスパークアウト研削によって短時間で研削され、
糟研削の時間を大幅に短縮できる。また、第６図に示す
研削サイクルでは、砥石車の送り込み速度の遅い精研削
時において工作物の回転速度を高くして研削を行わせて
いるから、この場合にも精研削の時間を短縮することが
できる。

以上述べたごとく本発明のカム研削方法にいては、砥石
車の送り速度の小さい精研削時、または送り速度が零で
あるスパークアウト研削時に、工作物の回転速度を粗研
削時に比べて高くして研削を行っているから、カムのプ
ロフィル精度、加工面精度を悪化させないで、糟研削ま
たはスパークアウト研削の時間を短縮でき、工作物の全
加工時間を短縮できる利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるカム研削装置を示す図、第２図
は第１図の０方向から見た一部断面拡大図、第３図は第
１図におけるサーボモ−夕制御回路９の具体的な回路を
示す図、第４図は第１図に示すカム研削装置の研削サイ
クルを示す図、第５図は本発明にかかる研削サイクルの
第２実施例、第６図はその第３実施例である。 １・・・・・・ベッド、２……砥石台、３・・・・・・
テーフル、６……送り制御回路、９・…・・サーボモー
タ制御回路、２０・・・・・・砥石車、２５，３４・・
・・・・サーボモータ、３１・・・・・・揺動台、３２
・・・・・・主軸、３５・・・・・・速度検出器、３７
・・・・・・フオロアローラ、７０，８０……力ウンタ
、９１……デコーダ、９２，９３・・…・演算器、９４
・・…・駆動装置、Ａ，，Ａ２・・・・・・増幅器、Ｃ
，〜Ｃ４・・・・・・加工箇所、ＦＦ，〜ＦＦ３・・…
・フリツプフロツプ、Ｇ，〜Ｇ３・・・…ゲート、ＶＲ
，〜ＶＲ３・…・・可変抵抗器、Ｗ……工作物。 ガ１図 矛２図 ガ３図 ガ４図 矛○図 矛る図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 揺動台に回転自在に軸承された主軸を駆動装置によ
   つて回転させるとともに、この主軸上に嵌着されたマス
   タカムをフオロアローラに圧接させて、主軸の回転に従
   つて前記揺動台をマスタカムのプロフイルに応じて揺動
   させ、立方晶窒化硼素等の硬質材料を砥粒とする砥石車
   を前記主軸に取付けられた工作物に対して送り込んで工
   作物のカムを研削するカム研削方法において、前記工作
   物を所定の回転速度で回転させるとともに前記砥石車を
   所定の送り速度で送り込んで前記工作物のカムを粗研削
   加工した後で、前記工作物を前記回転速度よりも速い速
   度で回転させ、前記砥石車を前記送り速度以下で送り込
   むか、または送り込み零で前記工作物のカムを加工する
   ことを特徴とするカム研削方法。