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JP2005014171A - Grinding method - Google Patents

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JP2005014171A
JP2005014171A JP2003183991A JP2003183991A JP2005014171A JP 2005014171 A JP2005014171 A JP 2005014171A JP 2003183991 A JP2003183991 A JP 2003183991A JP 2003183991 A JP2003183991 A JP 2003183991A JP 2005014171 A JP2005014171 A JP 2005014171A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
grindstone
grinding
axis
workpiece
camshaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003183991A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Ido
雅裕 井▲土▼
Shinichi Komada
晋一 駒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Koki KK
Original Assignee
Toyoda Koki KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyoda Koki KK filed Critical Toyoda Koki KK
Priority to JP2003183991A priority Critical patent/JP2005014171A/en
Publication of JP2005014171A publication Critical patent/JP2005014171A/en
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a grinding method capable of easily grinding an outside surface of a workpiece in a three-dimensional shape, by keeping the service life of a grinding wheel long. <P>SOLUTION: This grinding method grinds the outside surface of a three-dimensional cam W1 in a three-dimensional shape, by relatively moving the rotatingly driven grinding wheel G for forming a grinding action surface in a curved surface shape, in the rotational axis W2 direction of the three-dimensional cam W1 and the direction orthogonal to the rotational axis W2, to the rotatingly driven three-dimensional cam W1. The center of a spherical surface shape G1 of the grinding wheel G exists on the rotational axis G3 of the grinding wheel G. The rotational axis G3 of the grinding wheel G is inclined to the rotational axis W2 of a camshaft W. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作物を三次元形状に研削する研削方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
工作物を三次元形状に研削する手法として、本願出願人は、特許文献1の通り、プランジ研削により工作物を三次元形状に研削する研削方法を提案している。特許文献1で主として開示したカム研削盤では、テーブルの移動方向であるZ軸方向に直交するX軸方向に移動するスライド体上に、Z−X平面に直交する軸、所謂「B軸」を軸心として旋回する水平旋回体を設け、この水平旋回体上に、B軸に直交する軸、所謂「A軸」を軸心として旋回する軸頭を設けている。ここで、軸頭とは砥石車を回転自在に支持するものである。そして、このカム研削盤を用いて、工作物側の動作をC軸回転およびZ軸移動の二軸移動、砥石車側の動作をX軸移動、B軸旋回、およびA軸旋回の三軸移動により制御することで三次元形状のカムのプロフィル面をプランジ研削する研削方法を行っている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−746号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術は次のような不都合を有していた。特許文献1で示した研削盤では、工作物の外面を三次元形状に研削する際に、プランジ研削するため、砥石車を工作物に対して、X軸移動、B軸旋回、およびA軸旋回の三軸移動により制御して研削しなければならなかった。これは一般的な円筒研削盤などと比べると、砥石車側の制御軸が多く、カム研削盤の機械的構成が複雑になってしまうので、簡便性が悪いことやコストが高くなるなどの問題があった。
【0005】
ところで、プランジ研削ではなく、トラバース研削により工作物を三次元形状に研削することが考えられる。しかしながら、トラバース研削では、砥石の研削作用面において工作物の外面と接触する部分が一箇所に集中するため、砥石の減りが一箇所に集中し、ツルーイングの回数が増えて砥石の寿命が短くなるという問題が発生する。また、砥石の位置を制御するための算出処理が煩雑となり、また制御データが膨大な量となるため、制御装置への負担が大きくなるという問題も発生する。
【0006】
そこで、本発明は上記の実情を鑑み、砥石の寿命を長く保ち、工作物の外面を簡便に三次元形状に研削することが可能な研削方法の提供を課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明にかかる研削方法は、研削作用面が曲面形状に形成されると共に回転駆動される砥石を、回転駆動される工作物に対して、前記工作物の回転軸線方向及び回転軸線と直交する方向に相対的に移動させて、前記工作物の外面を三次元形状に研削するものである。
【0008】
ここで、三次元形状とは、断面形状が回転軸線方向の位置に応じて変化する形状のことであり、三次元カムなどを例示できる。三次元カムとは、例えば、内燃機関の性能向上などを目的に使用されるものであり、回転軸線方向のどの位置でも同じ円弧状に形成されたベース円部と、角度位相毎にリフト量が変化し、且つそのリフト量の変化量が回転軸線方向の位置に応じて異なるように形成されたリフト部とから構成されている。
【0009】
したがって、請求項1の発明の研削方法によれば、砥石が工作物に対し工作物の回転軸線方向および回転軸線と直交する方向に相対的に移動しながら、砥石の研削作用面が工作物の外面を螺旋状に研削し三次元形状を創成することとなる。このとき、工作物の回転と、砥石の工作物に対する工作物の回転軸線方向および回転軸線と直交する方向への相対的な移動とを制御して研削を行えばよく、従来技術のようにC軸、Z軸、X軸、B軸、A軸といった五軸の多数の制御軸を同期して制御する必要がないので簡便性が向上する。また、砥石の制御軸が少なくすることができるため、砥石側の機械的構成を簡略化することができる。また、砥石の研削作用面が曲面形状に形成されているため、砥石の研削作用面と工作物の外面とが点接触に近い状態で接触し、また、その接触箇所が砥石の研削作用面において工作物の回転角度に応じて変化することになる。このため、砥石の研削作用面において工作物の外面と接触する箇所が一箇所に集中しないので、砥石のツルーイングの回数を減らすなどして、砥石の寿命を伸ばすことが可能となる。
【0010】
請求項2の発明にかかる研削方法は、請求項1に記載の研削方法において、前記砥石の前記曲面形状は球面形状であり、該球面形状の中心は前記砥石の回転軸線上に存在するものである。
【0011】
したがって、請求項2の発明の研削方法によれば、請求項1の発明の研削方法の作用に加え、砥石の研削作用面が球面形状に形成され、球面形状の中心が砥石の回転軸線上に存在することから、砥石の位置を決める際の基準点を球面形状の中心とすれば、砥石の研削作用面のどの箇所が工作物の外面と接触しても研削作用点から基準点までの距離が常に一定となる。このため、一連の加工動作において砥石の位置を決めるための算出処理が容易になる。また、工作物の回転軸線方向にて工作物と砥石との接触点は一点に決まることから、一連の加工動作において砥石の位置を決めるための算出処理が容易になる。
【0012】
請求項3の発明にかかる研削方法は、請求項1または請求項2に記載の研削方法において、前記工作物の回転軸線に対して前記砥石の回転軸線が傾斜されているものである。
【0013】
砥石の回転軸を工作物の回転軸に対して平行にすると、砥石を支持する軸頭が工作物や工作物を支持する部材に干渉しないように、砥石の径を大きくしなければならなくなる。これに対し、請求項3の発明の研削方法によれば、請求項1または請求項2に記載の研削方法において、径の小さい砥石を用いても、砥石を支持する軸頭が工作物や工作物を支持する部材に干渉しにくくなり、上述の不具合が生じることを回避することが可能となる。
【0014】
また、近年、内燃機関の性能を向上する目的で輪郭曲線にくぼみを有する三次元カムなども提供されている。このような三次元カムを研削する場合には、砥石の径がくぼみより大きい箇所を研削することができない。請求項3の発明の研削方法では、このような三次元カムを研削する場合でも、くぼみより小さい砥石を利用して研削することが可能となる。
【0015】
また、特に請求項2の発明の研削方法のように、砥石の曲面形状が球面形状とした場合には、球面形状の中心が砥石の回転軸線上に存在するので、回転軸線の傾斜角度を変更しても研削作用点の算出処理は同じになるので算出しなおす必要がなく、請求項3の発明の研削方法が特に有効である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である研削方法について、図1ないし図5に基づき説明する。図1は本発明の一実施形態である研削方法に用いられる研削盤の構成を模式的に説明する説明図であり、図2はカムシャフトの三次元カムを示す(a)側面図、(b)正面図であり、図3は(a)砥石が三次元カムのベース円部を研削する状態を説明する説明図、(b)砥石が三次元カムのリフト部を研削する状態を説明する説明図である。
【0017】
先ず、本実施形態の研削方法で用いられる研削盤1について説明する。研削盤1は、図1に示すように、ベッド10と、ベッド10の上面に設置された砥石台20およびテーブル30と、研削加工に関わる一連の動作を制御するCNC装置40とを主に備えている。本実施形態では、三次元カムを有したカムシャフトWを研削する場合を例に挙げて説明する。なお、研削盤1の座標系は、X,Zの二つの直線軸、およびCの回転軸を持っている。Z軸は、カムシャフトWの一端を支持して回転駆動する主軸31の軸方向の直線軸であり、X軸は、水平かつZ軸に直交する直線軸である。また、C軸は、主軸31の軸心回りの回転軸である。
【0018】
ベッド10は、研削盤1の基台部分を構成し、砥石台20をX軸方向に移動させるための案内面11および送りねじ12と、テーブル30をZ軸方向に移動させるための案内面13および送りねじ14とを備えている。また、ベッド10の側面には、後述のCNC装置40によって制御されるサーボモータであって、送りねじ12を回転駆動させる砥石台移動モータ15と、砥石台移動モータ15の回転量から間接的に砥石台20のX軸方向における位置を検出するエンコーダ16と、CNC装置40によって制御されるサーボモータであって、送りねじ14を回転駆動させるテーブル移動モータ17と、テーブル移動モータ17の回転量から間接的にテーブル30のZ軸方向における位置を検出するエンコーダ18とが設けられている。なお、エンコーダ16,18は、砥石台移動モータ15およびテーブル移動モータ17の回転量に比例したパルス信号を後述の砥石台移動モータ駆動回路50およびテーブル移動モータ駆動回路51にフィードバックさせている。
【0019】
砥石台20は、砥石Gと、砥石Gを支持しZ軸に対して傾斜させて設けた砥石軸21と、砥石軸を支持する軸頭24と、プーリ、ベルトなどの駆動伝達装置22と、CNC装置40によって制御され、駆動伝達装置22を介して砥石軸21を回転駆動させる砥石回転モータ23とを主に備えている。この他、図示は省略するが、安全のために砥石Gの略全体を被覆するカバーや、研削液を砥石Gの研削作用点に与えるノズルなども備えている。また、砥石台20は、ベッド10の案内面11にX軸方向に移動自在に設置され、その位置および移動速度をCNC装置40により精密に制御されている。なお、研削加工中の砥石Gの回転速度は非常に高速であるため、砥石軸21の軸受(図示省略)としては、非円形平軸受、セグメント軸受、静圧軸受、マイクロスフィア軸受などの精密軸受を用いている。なお、砥石軸21を傾斜させて設けたのは、研削に際して、砥石台20のX軸方向への移動と、テーブルのZ軸方向への移動との干渉を防ぐためである。
【0020】
砥石Gは球面形状G1を有し、その球面形状G1の中心G2(図3(a)参照)は砥石Gの回転軸線G3上に存在している。また、砥石Gは、工具の切刃に相当する砥粒、砥粒を保持する結合剤、切屑を一時的に貯めておくチップポケットの働きをする気孔の三要素から構成されている。また、砥石Gの特性は、砥粒の種類、砥粒の大きさを示す粒度、結合剤の種類、結合剤の強弱を示す結合度、砥粒の容積比(砥粒率)の五因子に支配されており、研削する工作物によって適宜選択する必要がある。砥粒としては、例えば、酸化アルミナ系、炭化ケイ素系、ダイヤモンド、CNBなどが挙げられる。結合剤としては、例えば、ビトリファイド、レジノイド、シリケート、シェラック、ゴム、メタルボンドなどが挙げられる。
【0021】
テーブル30は、一端側に主軸台32と、その他端側に心押し台33とを備え、カムシャフトWを支持するものである。また、テーブル30は、ベッド10の案内面13にZ軸方向に移動自在に設置され、その位置および移動速度をCNC装置40により精密に制御されている。
【0022】
主軸台32は、カムシャフトWの一端を支持する主軸31と、CNC装置40によって制御されるサーボモータであって、主軸31を回転駆動させる主軸回転モータ34と、主軸回転モータ34の回転量から間接的に主軸31の回転角度を検出するエンコーダ35とを主に備えている。主軸31の主軸端にはチャックが設けられカムシャフトWを把持すると共に、主軸31の回転をカムシャフトWに伝えている。なお、エンコーダ35は、主軸回転モータ34の回転量に比例したパルス信号を後述の主軸回転モータ制御回路53にフィードバックさせている。
【0023】
心押し台33は、カムシャフトWの一端を支持し、Z軸方向に移動できる心押し軸36と、心押し軸36を主軸台32方向に押すスプリング(図示省略)とを主に備え、対象工作物の長さに応じてテーブル30上にねじで固定されている。
【0024】
CNC装置40は、論理/演算ユニット、制御ユニットから構成されるCPU41と、CPU41が利用するプログラムおよびデータを記憶するメモリ42と、データ、制御信号を転送するバス43と、バス43と各装置と間を仲介するインターフェース44と、キーボード、マウスなどの入力装置45と、ディスプレイなどの出力装置46とを備えている。メモリ42は、研削加工にかかわる一連の動作を制御する加工動作プログラム47と、カムシャフトWの回転角度データ、このカムシャフトWの回転角度データと相関するカムシャフトWと砥石Gとの距離データ、テーブル30の移動速度データ等の一連の加工動作に必要な制御データ48とを記憶している。
【0025】
また、CNC装置のインターフェース44には、砥石台移動モータ駆動回路50、テーブル移動モータ駆動回路51、砥石回転モータ駆動回路52、主軸回転モータ駆動回路53がそれぞれ接続されている。この砥石台移動モータ駆動回路50、テーブル移動モータ駆動回路51、砥石回転モータ駆動回路52、主軸回転モータ駆動回路53は、CPU41からの指令信号を入力して砥石台移動モータ15、テーブル移動モータ17、砥石回転モータ23、主軸回転モータ34をそれぞれ駆動する回路である。なお、砥石台移動モータ駆動回路50、テーブル移動モータ駆動回路51、主軸回転モータ駆動回路53は、CPU41からの指令値と、エンコーダ16,18,35からのフィードバック信号(帰還値)とを自動的に比較して、フィードバック信号が目標値に近づくように補正して、砥石台移動モータ15、テーブル移動モータ17、主軸回転モータ34をそれぞれ制御している。
【0026】
ここで、カムシャフトWについて説明する。カムシャフトWは、エンジンの吸排気弁を作動させるための三次元カムW1を有している。三次元カムW1は、図2(a)および図2(b)に示すように、カムシャフトWの回転軸線W2方向のどの位置でも同じ円弧状に形成されたベース円部W3と、角度位相毎にリフト量が変化し、且つそのリフト量の変化量が回転軸線W2方向の位置に応じて異なるように形成されたリフト部W4とから構成されている。
【0027】
次に、本実施形態の研削方法について説明する。本実施形態の研削方法では、上述の研削盤1を用いてカムシャフトWの三次元カムW1を研削する。研削盤1のCNC装置40は、加工動作プログラム47および制御データ48の指令に基づき、主として砥石台移動モータ15、テーブル移動モータ17、砥石回転モータ23、主軸回転モータ34を制御して研削加工を実行する。具体的には、CNC装置40は、砥石回転モータ23を制御して砥石Gを高速に回転駆動させ、また、テーブル移動モータ17を制御して三次元カムW1がZ軸上で加工に適切な初期位置に配置されるようにテーブル30を移動させる。また、CNC装置40は、制御データ48に基づいて、テーブル移動モータ17を制御し、三次元カムW1を一定速度にてZ軸上を移動させるとともに、主軸回転モータ34および砥石台移動モータ15を同期して制御し、カムシャフトWの回転角度に応じて砥石台20をX軸上で移動させて、三次元カムW1の外面を研削する。
【0028】
主軸回転モータ34および砥石台移動モータ15の同期制御について詳しく説明する。ベース円部W3を研削する間は、図3(a)に示すように、砥石Gの中心G2とカムシャフトWの回転軸線W2との距離を切り込み量を考慮した上で一定に保って研削する。また、リフト部W4を研削する間は、図3(b)に示すように、リフト部W4が角度位相毎にリフト量が変化するため、砥石GをカムシャフトWの回転角度に応じてX軸方向に進退移動させながら研削する。
【0029】
砥石Gの研削作用面は球面形状G1に形成されていることから三次元カムW1の外面と点接触に近い状態で接触し、また、カムシャフトWがC軸回りに回転しながらZ軸方向に一定の速度で送られるので、砥石Gは三次元カムW1の外面を螺旋状に研削することになる。また、このとき、図3(a)および図3(b)の斜線部分に示すように、砥石Gの研削作用面である球面形状G1において、三次元カムW1との接触箇所がカムシャフトWの回転角度に応じて変化することになる。このため、砥石Gの研削作用面である球面形状G1において三次元カムW1の外面と接触する箇所が一箇所に集中しないので、砥石Gのツルーイングの回数を減らすなどして、砥石Gの寿命を伸ばすことが可能となる。
【0030】
このように、上記実施形態の研削方法では、カムシャフトWのC軸回りの回転と、カムシャフトWのZ軸方向への移動と、砥石GのX軸方向の移動とを同期して制御すればよい。このため、従来技術のようにC軸、Z軸、X軸、B軸、A軸といった五軸の多数の制御軸を同期して制御する必要がないので簡便性が向上する。
【0031】
また、上記実施形態の研削方法では、砥石Gの研削作用面が球面形状G1であり、球面形状G1の中心G2は砥石Gの回転軸線G3上に存在している。このため、砥石Gの位置を決める際の基準点を球面形状G1の中心G2とすれば、砥石Gの研削作用面である球面形状G1のどの箇所が三次元カムW1の外面と接触しても研削箇所から基準点までの距離が常に一定となる。このため、一連の加工動作において砥石Gの位置を決めるための算出処理が容易になる。したがって、CNC装置40にかかる処理負担を軽減できる。
【0032】
また、上記実施形態の研削方法では、カムシャフトWの回転軸線W2に対して砥石Gの回転軸線G3が傾斜されて設けられている。このため、軸頭24がカムシャフトWやテーブル30の主軸台32や心押し台33に干渉しにくくなる。また、カムシャフトWの回転軸線W2と砥石Gの回転軸線G3との傾斜角度を変えても、中心Gからの研削作用点まで距離が一定であるため、研削作用点の算出処理は同じになるため算出しなおす必要がなく、簡便性を向上できる。
【0033】
以上、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良および設計の変更が可能である。
【0034】
すなわち、上記実施形態の研削方法で用いた研削盤1では、砥石軸21をZ軸に対して傾斜させて設けたものを示したが、これに特に限定されるものではなく、例えば、砥石台20に対する軸頭24の傾斜角度を調節自在にしてもよい。これにより、砥石Gの球面形状G1において三次元カムW1の外面との接触箇所をより広い範囲で変更することが可能となり、砥石Gの寿命をより長くすることができる。また、テーブル30を中央のピボットで旋回できるように設け、砥石Gの球面形状G1において三次元カムW1の外面との接触箇所を変更するようにしてもよい。
【0035】
また、上記実施形態の研削方法では、研削対象としてカムシャフトWの三次元カムW1を示したが、カムシャフト以外のものであってもよい。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、請求項1の発明の研削方法は、従来技術に比べ簡便に研削することができる。また、砥石の寿命を延ばすことができる。
【0037】
請求項2の発明の研削方法は、請求項1の発明の研削方法の効果に加えて、砥石の位置決めを容易にできる。
【0038】
請求項3の発明の研削方法は、請求項1または請求項2の発明の研削方法の効果に加えて、径の小さい砥石を利用しても干渉を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である研削方法で用いる研削盤を模式的に説明した説明図である。
【図2】カムシャフトの三次元カムを示す(a)側面図、(b)正面図である。
【図3】(a)砥石が三次元カムのベース円部を研削する状態を説明する説明図、(b)砥石が三次元カムのリフト部を研削する状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
1 研削盤
G 砥石
G1 球面形状
G2 中心
G3 回転軸線
W カムシャフト(工作物)
W1 三次元カム(三次元形状)
W2 回転軸線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a grinding method for grinding a workpiece into a three-dimensional shape.
[0002]
[Prior art]
As a technique for grinding a workpiece into a three-dimensional shape, the applicant of the present application has proposed a grinding method for grinding a workpiece into a three-dimensional shape by plunge grinding as disclosed in Patent Document 1. In the cam grinding machine mainly disclosed in Patent Document 1, an axis orthogonal to the Z-X plane, a so-called “B-axis” is provided on a slide body that moves in the X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction that is the moving direction of the table. A horizontal revolving body that revolves as an axis is provided, and an axial head that revolves around an axis orthogonal to the B axis, the so-called “A axis”, is provided on the horizontal revolving body. Here, the shaft head is to rotatably support the grinding wheel. Then, using this cam grinder, the work side movement is C-axis rotation and Z-axis movement biaxial movement, and the grinding wheel side movement is X-axis movement, B-axis turning, and A-axis turning three-axis movement. This is a grinding method for plunge grinding of the profile surface of a three-dimensional cam.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-746
[Problems to be solved by the invention]
However, the above prior art has the following disadvantages. In the grinding machine shown in Patent Document 1, when grinding the outer surface of a workpiece into a three-dimensional shape, the grinding wheel is moved with respect to the workpiece by X-axis movement, B-axis rotation, and A-axis rotation to perform plunge grinding. It had to be controlled and ground by three-axis movement. Compared to general cylindrical grinders, etc., there are many control axes on the grinding wheel side, and the mechanical configuration of the cam grinder becomes complicated, so problems such as poor convenience and high cost was there.
[0005]
By the way, it is conceivable to grind the workpiece into a three-dimensional shape by traverse grinding instead of plunge grinding. However, in traverse grinding, the part that contacts the outer surface of the workpiece is concentrated in one place on the grinding surface of the grinding wheel, so the reduction of the grinding wheel is concentrated in one place, the number of truing increases, and the life of the grinding wheel is shortened. The problem occurs. In addition, the calculation process for controlling the position of the grindstone becomes complicated, and the amount of control data becomes enormous, resulting in a problem that the burden on the control device increases.
[0006]
Therefore, in view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a grinding method that can keep the life of a grindstone long and can easily grind the outer surface of a workpiece into a three-dimensional shape.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the grinding method according to the first aspect of the present invention, a grinding wheel having a curved working surface formed into a curved surface shape and a rotationally driven grindstone with respect to the rotationally driven workpiece, the rotational axis direction and rotational axis of the workpiece are The outer surface of the workpiece is ground into a three-dimensional shape by relatively moving in the orthogonal direction.
[0008]
Here, the three-dimensional shape is a shape whose cross-sectional shape changes according to the position in the rotation axis direction, and examples thereof include a three-dimensional cam. The three-dimensional cam is used for the purpose of improving the performance of an internal combustion engine, for example, and has a base circle formed in the same arc shape at any position in the rotation axis direction and a lift amount for each angle phase. The lift portion is formed so as to change and the amount of change in the lift amount differs depending on the position in the rotation axis direction.
[0009]
Therefore, according to the grinding method of the first aspect of the invention, the grindstone is moved relative to the workpiece in the direction of the rotation axis of the workpiece and in the direction perpendicular to the rotation axis, while the grinding surface of the grindstone of the workpiece is The outer surface is ground spirally to create a three-dimensional shape. At this time, grinding may be performed by controlling the rotation of the workpiece and the relative movement of the workpiece with respect to the workpiece of the grindstone in the direction of the rotation axis and the direction orthogonal to the rotation axis. Since there is no need to control a large number of five control axes such as the axis, the Z axis, the X axis, the B axis, and the A axis, the convenience is improved. Moreover, since the control axis of the grindstone can be reduced, the mechanical configuration on the grindstone side can be simplified. In addition, since the grinding surface of the grindstone is formed in a curved shape, the grinding surface of the grindstone and the outer surface of the workpiece are in contact with each other in a state close to point contact, and the contact location is on the grinding surface of the grindstone. It will change according to the rotation angle of the workpiece. For this reason, since the part which contacts the outer surface of a workpiece does not concentrate on one place in the grinding action surface of a grindstone, it becomes possible to extend the life of a grindstone by reducing the frequency | count of truing of a grindstone.
[0010]
A grinding method according to a second aspect of the present invention is the grinding method according to the first aspect, wherein the curved surface shape of the grindstone is a spherical shape, and the center of the spherical shape exists on the rotation axis of the grindstone. is there.
[0011]
Therefore, according to the grinding method of the invention of claim 2, in addition to the operation of the grinding method of the invention of claim 1, the grinding action surface of the grindstone is formed in a spherical shape, and the center of the spherical shape is on the rotation axis of the grindstone. Therefore, if the reference point for determining the position of the grinding wheel is the center of the spherical shape, the distance from the grinding action point to the reference point no matter which part of the grinding work surface of the grinding wheel contacts the outer surface of the workpiece Is always constant. For this reason, the calculation process for determining the position of the grindstone in a series of machining operations is facilitated. In addition, since the contact point between the workpiece and the grindstone is determined as one point in the direction of the rotation axis of the workpiece, calculation processing for determining the position of the grindstone in a series of machining operations is facilitated.
[0012]
A grinding method according to a third aspect of the present invention is the grinding method according to the first or second aspect, wherein the rotational axis of the grindstone is inclined with respect to the rotational axis of the workpiece.
[0013]
When the rotation axis of the grindstone is made parallel to the rotation axis of the workpiece, the diameter of the grindstone must be increased so that the shaft head that supports the grindstone does not interfere with the workpiece or the member that supports the workpiece. On the other hand, according to the grinding method of the invention of claim 3, in the grinding method of claim 1 or claim 2, even if a grindstone having a small diameter is used, the shaft head that supports the grindstone has a workpiece or a work piece. It becomes difficult to interfere with a member that supports an object, and it is possible to avoid the occurrence of the above-described problems.
[0014]
In recent years, a three-dimensional cam having a recess in the contour curve has been provided for the purpose of improving the performance of the internal combustion engine. When grinding such a three-dimensional cam, a portion where the diameter of the grindstone is larger than the depression cannot be ground. In the grinding method according to the third aspect of the present invention, even when such a three-dimensional cam is ground, it is possible to grind using a grindstone smaller than the recess.
[0015]
Further, especially when the curved surface shape of the grindstone is a spherical shape as in the grinding method of the invention of claim 2, the center of the spherical shape exists on the rotation axis of the grindstone, so the inclination angle of the rotation axis is changed. However, since the grinding point calculation process is the same, there is no need to recalculate, and the grinding method of the invention of claim 3 is particularly effective.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a grinding method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory view schematically illustrating a configuration of a grinding machine used in a grinding method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view showing a three-dimensional cam of a camshaft. FIG. 3 is a front view, and FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a state where (a) the grindstone grinds a base circle portion of the three-dimensional cam, and (b) an explanation for explaining a state where the grindstone grinds the lift portion of the three-dimensional cam. FIG.
[0017]
First, the grinding machine 1 used in the grinding method of this embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the grinding machine 1 mainly includes a bed 10, a grindstone table 20 and a table 30 installed on the upper surface of the bed 10, and a CNC device 40 that controls a series of operations related to grinding. ing. In this embodiment, a case where a camshaft W having a three-dimensional cam is ground will be described as an example. The coordinate system of the grinding machine 1 has two linear axes X and Z and a rotation axis C. The Z-axis is a linear axis in the axial direction of the main shaft 31 that rotates and supports one end of the camshaft W, and the X-axis is a linear axis that is horizontal and orthogonal to the Z-axis. The C axis is a rotation axis around the axis of the main shaft 31.
[0018]
The bed 10 constitutes a base portion of the grinding machine 1, and includes a guide surface 11 and a feed screw 12 for moving the grindstone table 20 in the X-axis direction, and a guide surface 13 for moving the table 30 in the Z-axis direction. And a feed screw 14. Further, on the side surface of the bed 10, there is a servo motor controlled by a CNC device 40 which will be described later, and a grinding wheel base moving motor 15 that rotationally drives the feed screw 12, and indirectly from the rotation amount of the grinding wheel base moving motor 15. An encoder 16 that detects the position of the grinding wheel platform 20 in the X-axis direction, a servo motor controlled by the CNC device 40, a table moving motor 17 that rotationally drives the feed screw 14, and a rotation amount of the table moving motor 17 An encoder 18 that indirectly detects the position of the table 30 in the Z-axis direction is provided. The encoders 16 and 18 feed back a pulse signal proportional to the rotation amounts of the grindstone table moving motor 15 and the table moving motor 17 to the grindstone table moving motor driving circuit 50 and the table moving motor driving circuit 51 described later.
[0019]
The grindstone base 20 includes a grindstone G, a grindstone shaft 21 that supports the grindstone G and is inclined with respect to the Z axis, a shaft head 24 that supports the grindstone shaft, a drive transmission device 22 such as a pulley and a belt, A grindstone rotation motor 23 that is controlled by the CNC device 40 and rotates the grindstone shaft 21 via the drive transmission device 22 is mainly provided. In addition, although not shown, a cover that covers substantially the entire grindstone G for safety, a nozzle that applies a grinding liquid to the grinding action point of the grindstone G, and the like are also provided. Further, the grindstone table 20 is installed on the guide surface 11 of the bed 10 so as to be movable in the X-axis direction, and its position and moving speed are precisely controlled by the CNC device 40. In addition, since the rotational speed of the grindstone G during grinding is very high, the bearing (not shown) of the grindstone shaft 21 is a precision bearing such as a non-circular plain bearing, a segment bearing, a hydrostatic bearing, or a microsphere bearing. Is used. The reason why the grindstone shaft 21 is inclined is to prevent interference between the movement of the grindstone table 20 in the X-axis direction and the movement of the table in the Z-axis direction during grinding.
[0020]
The grindstone G has a spherical shape G1, and the center G2 (see FIG. 3A) of the spherical shape G1 exists on the rotation axis G3 of the grindstone G. The grindstone G is composed of three elements: abrasive grains corresponding to a cutting edge of a tool, a binder that holds the abrasive grains, and pores that function as a chip pocket for temporarily storing chips. In addition, the characteristics of the grindstone G are five factors: the type of abrasive grains, the particle size indicating the size of the abrasive grains, the type of binder, the degree of bonding indicating the strength of the binder, and the volume ratio (abrasive ratio) of the abrasive grains. It is controlled and needs to be selected as appropriate according to the workpiece to be ground. Examples of the abrasive grains include alumina oxide, silicon carbide, diamond, and CNB. Examples of the binder include vitrified, resinoid, silicate, shellac, rubber, metal bond, and the like.
[0021]
The table 30 includes a head stock 32 on one end side and a tailstock 33 on the other end side, and supports the camshaft W. The table 30 is installed on the guide surface 13 of the bed 10 so as to be movable in the Z-axis direction, and its position and moving speed are precisely controlled by the CNC device 40.
[0022]
The headstock 32 is a main shaft 31 that supports one end of the camshaft W, a servo motor controlled by the CNC device 40, a main shaft rotating motor 34 that rotates the main shaft 31, and the amount of rotation of the main shaft rotating motor 34. An encoder 35 that indirectly detects the rotation angle of the main shaft 31 is mainly provided. A chuck is provided at the spindle end of the spindle 31 to grip the camshaft W and to transmit the rotation of the spindle 31 to the camshaft W. The encoder 35 feeds back a pulse signal proportional to the amount of rotation of the spindle rotating motor 34 to a spindle rotating motor control circuit 53 described later.
[0023]
The tailstock 33 mainly includes a tailstock shaft 36 that supports one end of the camshaft W and can move in the Z-axis direction, and a spring (not shown) that pushes the tailstock shaft 36 in the direction of the headstock 32. It is fixed on the table 30 with screws according to the length of the workpiece.
[0024]
The CNC device 40 includes a CPU 41 including a logic / arithmetic unit and a control unit, a memory 42 for storing programs and data used by the CPU 41, a bus 43 for transferring data and control signals, a bus 43, and each device. An interface 44 that mediates between them, an input device 45 such as a keyboard and a mouse, and an output device 46 such as a display are provided. The memory 42 includes a machining operation program 47 for controlling a series of operations related to grinding, rotation angle data of the camshaft W, distance data between the camshaft W and the grindstone G correlated with the rotation angle data of the camshaft W, Control data 48 necessary for a series of machining operations such as movement speed data of the table 30 is stored.
[0025]
Further, a grindstone table moving motor driving circuit 50, a table moving motor driving circuit 51, a grindstone rotating motor driving circuit 52, and a spindle rotating motor driving circuit 53 are connected to the interface 44 of the CNC device. The wheel head moving motor driving circuit 50, the table moving motor driving circuit 51, the wheel rotating motor driving circuit 52, and the spindle rotating motor driving circuit 53 receive a command signal from the CPU 41 and input the wheel head moving motor 15 and the table moving motor 17. These are circuits for driving the grindstone rotating motor 23 and the spindle rotating motor 34, respectively. The grindstone head moving motor driving circuit 50, the table moving motor driving circuit 51, and the spindle rotating motor driving circuit 53 automatically receive a command value from the CPU 41 and feedback signals (feedback values) from the encoders 16, 18, and 35. As compared with the above, the feedback signal is corrected so as to approach the target value, and the grindstone table moving motor 15, the table moving motor 17, and the spindle rotating motor 34 are respectively controlled.
[0026]
Here, the camshaft W will be described. The camshaft W has a three-dimensional cam W1 for operating an intake / exhaust valve of the engine. As shown in FIGS. 2A and 2B, the three-dimensional cam W1 includes a base circle W3 formed in the same arc shape at any position in the rotation axis W2 direction of the camshaft W, and each angular phase. Further, the lift amount is changed, and the lift amount W4 is formed so that the change amount of the lift amount differs depending on the position in the direction of the rotation axis W2.
[0027]
Next, the grinding method of this embodiment will be described. In the grinding method of the present embodiment, the three-dimensional cam W1 of the camshaft W is ground using the above-described grinding machine 1. The CNC device 40 of the grinding machine 1 performs grinding by mainly controlling the grindstone table moving motor 15, the table moving motor 17, the grindstone rotating motor 23, and the spindle rotating motor 34 based on the commands of the machining operation program 47 and the control data 48. Execute. Specifically, the CNC device 40 controls the grindstone rotation motor 23 to rotate the grindstone G at a high speed, and also controls the table moving motor 17 so that the three-dimensional cam W1 is suitable for machining on the Z axis. The table 30 is moved so as to be arranged at the initial position. Further, the CNC device 40 controls the table moving motor 17 based on the control data 48 to move the three-dimensional cam W1 on the Z axis at a constant speed, and the spindle rotating motor 34 and the grindstone moving motor 15 are moved. Control is performed synchronously, and the grindstone base 20 is moved on the X axis in accordance with the rotation angle of the camshaft W to grind the outer surface of the three-dimensional cam W1.
[0028]
The synchronous control of the spindle rotating motor 34 and the grindstone moving motor 15 will be described in detail. During grinding of the base circle W3, as shown in FIG. 3A, the distance between the center G2 of the grindstone G and the rotation axis W2 of the camshaft W is kept constant in consideration of the cutting amount. . Further, while the lift portion W4 is being ground, the lift amount of the lift portion W4 changes for each angle phase as shown in FIG. Grind while moving back and forth in the direction.
[0029]
Since the grinding surface of the grindstone G is formed in the spherical shape G1, it contacts the outer surface of the three-dimensional cam W1 in a state close to point contact, and the camshaft W rotates around the C axis in the Z axis direction. Since it is sent at a constant speed, the grindstone G grinds the outer surface of the three-dimensional cam W1 in a spiral shape. At this time, as shown by the hatched portions in FIGS. 3A and 3B, in the spherical shape G1 that is the grinding action surface of the grindstone G, the contact point with the three-dimensional cam W1 is the camshaft W. It will change according to the rotation angle. For this reason, in the spherical shape G1 that is the grinding action surface of the grindstone G, the portion that comes into contact with the outer surface of the three-dimensional cam W1 does not concentrate in one place. It can be stretched.
[0030]
As described above, in the grinding method of the above embodiment, the rotation of the camshaft W around the C axis, the movement of the camshaft W in the Z-axis direction, and the movement of the grindstone G in the X-axis direction are controlled synchronously. That's fine. For this reason, it is not necessary to control a large number of five control axes such as the C axis, the Z axis, the X axis, the B axis, and the A axis in synchronization with the prior art, so that the convenience is improved.
[0031]
Moreover, in the grinding method of the said embodiment, the grinding action surface of the grindstone G is the spherical shape G1, and the center G2 of the spherical shape G1 exists on the rotation axis G3 of the grindstone G. For this reason, if the reference point for determining the position of the grindstone G is the center G2 of the spherical shape G1, no matter which part of the spherical shape G1, which is the grinding action surface of the grindstone G, contacts the outer surface of the three-dimensional cam W1. The distance from the grinding point to the reference point is always constant. For this reason, the calculation process for determining the position of the grindstone G in a series of processing operations is facilitated. Therefore, the processing burden on the CNC device 40 can be reduced.
[0032]
In the grinding method of the above embodiment, the rotation axis G3 of the grindstone G is provided to be inclined with respect to the rotation axis W2 of the camshaft W. For this reason, the shaft head 24 is less likely to interfere with the camshaft W, the headstock 32 and the tailstock 33 of the table 30. Further, even if the inclination angle between the rotation axis W2 of the camshaft W and the rotation axis G3 of the grindstone G is changed, the distance from the center G to the grinding action point is constant, so that the grinding action point calculation process is the same. Therefore, it is not necessary to recalculate, and simplicity can be improved.
[0033]
The present invention has been described with reference to the preferred embodiment. However, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention as described below. Improvements and design changes are possible.
[0034]
That is, in the grinding machine 1 used in the grinding method of the above embodiment, the grindstone shaft 21 is provided so as to be inclined with respect to the Z axis. However, the present invention is not particularly limited thereto. The inclination angle of the shaft head 24 with respect to 20 may be adjustable. Thereby, in the spherical shape G1 of the grindstone G, the contact point with the outer surface of the three-dimensional cam W1 can be changed in a wider range, and the life of the grindstone G can be extended. Further, the table 30 may be provided so as to be pivotable by a central pivot, and the contact point with the outer surface of the three-dimensional cam W1 in the spherical shape G1 of the grindstone G may be changed.
[0035]
Moreover, in the grinding method of the said embodiment, although the three-dimensional cam W1 of the camshaft W was shown as grinding object, things other than a camshaft may be sufficient.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the grinding method according to the first aspect of the present invention can grind more easily than the prior art. Moreover, the lifetime of a grindstone can be extended.
[0037]
In addition to the effect of the grinding method of the first aspect of the invention, the grinding method of the second aspect of the invention can easily position the grindstone.
[0038]
In addition to the effect of the grinding method of the first or second aspect of the invention, the grinding method of the third aspect of the invention can prevent interference even if a grindstone having a small diameter is used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically illustrating a grinding machine used in a grinding method according to an embodiment of the present invention.
2A is a side view and FIG. 2B is a front view showing a three-dimensional cam of a camshaft. FIG.
FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams for explaining a state in which the grindstone grinds the base circle portion of the three-dimensional cam, and FIG. 3B is an explanatory diagram for explaining a state in which the grindstone grinds the lift portion of the three-dimensional cam.
[Explanation of symbols]
1 Grinding machine G Grinding wheel G1 Spherical shape G2 Center G3 Rotating axis W Camshaft (workpiece)
W1 3D cam (3D shape)
W2 axis of rotation

Claims (3)

研削作用面が曲面形状に形成されると共に回転駆動される砥石を、回転駆動される工作物に対して、前記工作物の回転軸線方向及び回転軸線と直交する方向に相対的に移動させて、前記工作物の外面を三次元形状に研削することを特徴とする研削方法。A grinding wheel having a grinding surface formed into a curved surface and rotated is moved relative to the rotationally driven workpiece in the direction of the rotation axis of the workpiece and the direction perpendicular to the rotation axis, A grinding method characterized by grinding an outer surface of the workpiece into a three-dimensional shape. 前記砥石の前記曲面形状は球面形状であり、該球面形状の中心は前記砥石の回転軸線上に存在することを特徴とする請求項1に記載の研削方法。2. The grinding method according to claim 1, wherein the curved surface shape of the grindstone is a spherical shape, and the center of the spherical shape exists on the rotation axis of the grindstone. 前記工作物の回転軸線に対して前記砥石の回転軸線が傾斜されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の研削方法。The grinding method according to claim 1 or 2, wherein a rotation axis of the grindstone is inclined with respect to a rotation axis of the workpiece.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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