专利名称：对具备凹面的凸轮进行磨削的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过砂轮对具有凹面的凸轮进行磨削的凸轮磨削方法及装置。
背景技术：
已有的在工件上磨削凸轮的方法是用数控装置对支承在工件支承装置上的工件绕着C轴的旋转动作、以及支承砂轮的砂轮座在X轴方向的进给动作进行同时两轴控制。近年来，凸轮的形状伴随着引擎的高性能化，对于其形状的要求更复杂且更高精度，对于具有图4所示的凹面A的凸轮的需求增大。当要磨削具有这种凹面A的凸轮时，需要使用可与凹面A接触的小直径砂轮。而一旦在工件的旋转轴线与砂轮的旋转轴线平行的状态下缩小砂轮直径，砂轮座就会与工件支承装置互相干扰。为了防止这种情形，在专利文献1所记载的凸轮磨削机床上，支承工件的工件支承装置与支承砂轮的砂轮座装在机座上而可朝垂直相交的Z轴及X轴方向移动，在砂轮座上轴支承砂轮轴，该砂轮轴在X-Z平面内相对X轴而倾斜，在该砂轮轴的前端安装着具有与X轴平行的母线的锥状小直径砂轮。
专利文献1日本特开平8-243906号公报(第3、5页，图1、图2、图8)当要根据工件绕着C轴的旋转角度而使砂轮朝X轴方向进退移动、以将工件的凸轮部磨削成所需要的凸轮形状时，为了在工件的各旋转相位使预定外径的砂轮与所需的凸轮形状相接，按照凸轮轮廓展成NC数据对工件绕着C轴的旋转与砂轮座在X轴方向的移动进行两轴控制，以进行凸轮轮廓展成运动，同时使砂轮朝着工件而在X轴方向进行横向磨削。在凸轮轮廓展成运动中，砂轮与所需凸轮形状相接的点会根据共通切线在该点上的倾斜角度而相对于连接工件旋转中心与砂轮旋转中心的线段作上下变位。因此，如果砂轮的直径与凸轮轮廓展成NC数据作成时的直径不相同，就会在磨削加工后的凸轮上产生轮廓误差。例如，在专利文献1的凸轮磨削装置上，一旦将在与锥状砂轮的中央部分的Z轴成直角的平面上看到的砂轮直径当作预定外径来作成凸轮轮廓展成NC数据，且一边进行展成运动一边进行横向磨削，就会由于在砂轮的小直径侧与大直径侧所看到的砂轮直径与预定外径间的差异而导致磨削加工后的凸轮形状发生图5所示的轮廓误差。
为了消除这种轮廓误差，专利文献1所记载的凸轮磨削机床将在砂轮轴轴线上具有中心的小直径球状砂轮安装在砂轮轴的前端，一边使工件与砂轮座进行凸轮轮廓展成运动，一边使砂轮座相对工件支承装置而朝Z轴方向进行横向磨削，而这样一来，就需要在纵向磨削进给端使砂轮向着工件而在X轴方向切入，以多次反复进行纵向磨削进给，磨削时间延长。
发明内容
本发明为了解决已有技术的缺点，要提供一种方法及装置，能通过小直径的砂轮高精度且高效率地磨削具有凹面的凸轮。
为了解决上述课题，第1方案的磨削加工方法是，将支承工件的工件支承装置与支承砂轮的砂轮座以可沿互相垂直相交的Z轴及X轴方向作相对移动的方式装于机座上，将安装着上述砂轮的砂轮轴在X-Z平面内相对X轴而倾斜地轴支承在上述砂轮座上，并利用对于工件在X-Z平面内绕着C轴的旋转及砂轮座相对于工件支承装置而在X轴方向的相对移动所作的同时两轴控制进行凸轮轮廓展成运动，由此将上述工件的凸轮部磨削加工成具有凹面的凸轮，其特征在于，上述砂轮由具有与Z轴平行的母线且靠近上述砂轮座的一侧为较大直径的锥状部、以及在该锥状部的最大外径部与上述母线相接的球状部构成，使上述砂轮座进行上述凸轮轮廓展成运动，同时向着上述工件支承装置在X轴方向相对地进行横向磨削动作，以用上述砂轮对上述凸轮部进行横向磨削，在横向磨削之后，使上述砂轮座进行上述凸轮轮廓展成运动，同时相对于上述工件支承装置而在Z轴方向进行纵向进给，以进行纵向磨削。
第2方案是在第1方案中，使上述锥状部的小直径侧先行，以进行上述纵向磨削。
第3方案是在针对第1或2方案中，当上述凸轮部的宽度较上述砂轮的宽度更宽时，使上述工件支承装置相对于上述砂轮座而以较上述锥状部的宽度更小的预定量朝Z轴方向相对移动，以反复使上述砂轮座进行上述凸轮轮廓展成运动，同时向着上述工件支承装置在X轴方向相对地进行横向磨削进给动作，以用上述砂轮对上述凸轮部进行横向磨削。
第4方案的磨削加工装置将支承工件的工件支承装置与支承砂轮的砂轮座以可在互相垂直相交的Z轴及X轴方向作相对移动的方式装于机座上，将安装着上述砂轮的砂轮轴在X-Z平面内相对X轴而倾斜地轴支承在上述砂轮座上，具有展成控制机构，该展成控制机构对上述工件支承装置支承的工件在X-Z平面内绕着C轴的旋转、以及砂轮座相对于工件支承装置而在X轴方向的相对移动作同时两轴控制，以在上述工件与上述砂轮之间进行凸轮轮廓展成运动，以将上述工件的凸轮部加工成具有凹面的凸轮，其特征在于，上述砂轮由具有与Z轴平行的母线且靠近上述砂轮座的一侧为较大直径的锥状部、以及在该锥状部的最大外径部与上述母线相接的球状部构成，具有横向磨削控制机构和纵向磨削控制机构，上述横向磨削控制机构为了用上述砂轮对上述凸轮部进行横向磨削，使上述砂轮座进行由上述展成控制机构控制的上述凸轮轮廓展成运动，并且向着上述工件支承装置而在X轴方向相对地进行横向磨削进给动作，上述纵向磨削控制机构为了在横向磨削之后进行纵向磨削，使上述砂轮座进行由上述展成控制装置控制的上述凸轮轮廓展成运动，并且相对于上述工件支承装置而在Z轴方向进行纵向磨削进给动作。
发明效果在上述构造的第1发明中，工件与砂轮是在垂直相交的Z轴及X轴方向相对移动，砂轮的旋转轴线相对X轴而倾斜，砂轮具有具有与Z轴平行的母线的锥状部、及在该锥状部的最大外径部与母线相接的球状部。砂轮进行凸轮轮廓展成运动，并且向着工件而在X轴方向进行横向磨削进给，以对工件的凸轮部进行横向磨削，然后进行凸轮轮廓运动，同时在Z轴方向进行纵向进给，以进行纵向磨削。由此，能通过砂轮的锥状部对工件的凸轮部进行有效的横向磨削，并能通过砂轮的球状部对凸轮部进行纵向磨削，而不会产生由砂轮直径差异导致的凸轮轮廓误差，能高精度且高效率地对凸轮进行磨削加工。
在上述构造的第2发明中，是使砂轮进行凸轮轮廓运动，同时使锥状部的小直径侧先行，以进行纵向磨削，因此可在横向磨削之后进行纵向磨削，由此可用砂轮的球状部高精度地进行纵向磨削，而不会由于砂轮直径差异导致凸轮轮廓误差。
在上述构造的第3发明中，当凸轮部的宽度较砂轮的宽度更宽时，由于使砂轮座按预定量偏移来进行凸轮轮廓展成运动，同时反复进行横向磨削动作，因此能有效地对较宽的凸轮部进行磨削加工。
在上述构造的第4发明中，工件与砂轮是在垂直相交的Z轴及X轴方向相对移动，砂轮的旋转轴线是相对于X轴而倾斜，砂轮由具有与Z轴平行的母线的锥状部以及在该锥状部的最大外径部与母线相接的球状部所构成。砂轮进行凸轮轮廓展成运动，并且向着工件而在X轴方向进行横向进给动作，以对工件的凸轮部进行横向磨削，然后，进行凸轮轮廓运动，同时在Z轴方向进行纵向进给，以进行纵向磨削。由此，能用砂轮的锥状部有效地对工件的凸轮部进行横向磨削，并用砂轮的球状部对凸轮部进行纵向磨削，而不会产生由砂轮直径差异导致的凸轮轮廓误差，能高精度且高效率地磨削出具有凹面的凸轮。
图1表示本实施方例的数控凸轮磨削机床。
图2表示砂轮的形状及砂轮与工件的关系。
图3表示对具有凹面的凸轮进行磨削加工的程序。
图4表示对具有凹面的凸轮进行磨削加工的状态。
图5表示砂轮外径差异导致的轮廓误差。
附图标记说明11数控凸轮磨削机床 12机座 13工作台 14、21滚珠螺杆15、19、22伺服马达 16主轴台 17夹头 18主轴 20砂轮座23砂轮轴 24内装马达25修整滚子 26修整装置27数控装置30砂轮座工作台 31工件支承装置 G砂轮 Ga锥状部Gb球状部 W工件 W1、W2凸轮部具体实施形式以下根据附图来说明本发明的对具有凹面的凸轮进行磨削的方法及装置的实施例。在图1中，在工作台13可滑动地载置在数控凸轮磨削机床11的机座12上，且经由滚珠螺杆14并由于伺服马达15的作用而朝Z轴方向移动。在工作台13上固定着主轴台16，在主轴台16上可旋转地轴支承着主轴18，该主轴18用夹头17夹持工件W的一端，并受伺服马达19的驱动而旋转，使工件W绕着与Z轴平行的C轴旋转。在工作台13上，面对主轴台16固定着可调整位置的尾座28，在该尾座28上嵌合着可在与主轴18同轴的线上滑动的压头29，嵌装在该压头29前端的中心部与在工件W的另一端穿设的中心孔嵌合而支承着工件W的另一端。用工作台13、主轴台16及伺服马达19等构成支承工件W且使之可在水平的X-Z平面内绕着C轴旋转的工件支承装置31。
在机座12上装着可朝与Z轴垂直相交的X轴方向滑动的砂轮座工作台30，该砂轮座工作台30经由滚珠螺杆21被伺服马达22驱动而向Z轴方向移动。在砂轮座工作台30上倾斜地安装着砂轮座20，在砂轮座20上，在X-Z平面内相对于X轴而倾斜地轴支承砂轮轴23，该砂轮轴23被内装马达24驱动而旋转。在砂轮轴23上安装砂轮G，该砂轮G是在其芯部外周面贴附以陶瓷结合剂结合CBN砂粒后形成的砂粒层。如图2所示，砂轮G由具有与Z轴平行的母线Gc且靠近砂轮座20的一侧直径较大的锥状部Ga、以及在该锥状部Ga的最大外径部Gd与母线Gc相接的球状部Gb所构成。球状部Gb的中心与交点O一致，该交点O是在X-Z平面内从锥状部Ga的最大外径部Gd沿X轴方向延伸的直线L与砂轮轴线交叉的交点。
在主轴台16的砂轮座20一侧固定着可旋转地支承修整滚子25的修整装置26，根据来自于数控装置27的指令，对伺服马达15、22进行同时两轴控制，以使工作台13与砂轮座20相对移动，由此在砂轮G的外周面用修整滚子25对锥状部20a及球状部20b进行修整。
在数控装置27中储存作为展成控制机构的凸轮轮廓展成NC数据，该凸轮轮廓展成NC数据对伺服马达19、22进行同时两轴控制，以使其旋转，并根据主轴18在X-Z平面内绕着C轴的旋转相位，使砂轮座工作台30朝X方向进退移动，并在工件W与砂轮G之间进行凸轮轮廓展成运动。并且，在数控装置27中储存作为横向磨削控制机构的横向磨削动作程序，该横向磨削动作程序在凸轮轮廓展成运动的同时使砂轮座工作台30向着工件支承装置31而在X轴方向进行横向磨削动作。并且在数控装置27中储存作为纵向磨削动作控制机构的纵向磨削动作程序，该纵向磨削动作程序通过伺服马达15使工作台13在Z轴方向进行纵向进给动作。
以下说明上述实施例的工作方式。一旦在主轴18的夹头17上将工件W在旋转方向作相位定位后保持、并用尾座28的中心部来夹持其后端部并按下启动钮时，数控装置27就会执行图3所示的程序。伺服马达15根据来自于数控装置27的指令而被旋转驱动，工作台13经由滚珠螺杆14而朝Z轴方向移动，砂轮C的锥状部Ga移到与工件W最初磨削的凸轮部W1互为相对的磨削开始位置(步骤S1)。
接着，伺服马达19、22根据凸轮轮廓展成NC数据而受到同时两轴控制并旋转，并根据主轴18在X-Z平面内绕着C轴的旋转相位使砂轮座工作台30朝X方向进退移动，在工件W与砂轮G之间进行凸轮轮廓展成运动。同时，伺服马达22与主轴18的旋转连动而旋转，砂轮座工作台30向着工件支承装置31而以粗磨削进给速度朝X方向前进到粗磨削完成位置，在轮廓展成运动的同时，砂轮G向着工件W而沿X轴方向进行横向粗磨削进给动作(步骤S2)。
当砂轮座工作台30以粗磨削进给速度前进到粗磨削完成位置且横向粗磨削完成时，砂轮G就在轮廓展成运动的同时向着工件W以精细磨削进给速度沿X轴方向作横向精细磨削进给动作，直到到达精细磨削完成位置，砂轮G的锥状部Gb对凸轮部W1进行横向精细磨削(步骤S3)。
步骤S2、S3构成为了用砂轮W的锥状部Ga对工件W的凸轮部进行横向磨削而使砂轮座20按照凸轮轮廓展成NC数据进行凸轮轮廓展成运动、同时向着工件支承装置31而在X轴方向相对地进行横向磨削动作的横向磨削动作控制机构。
在横向精细磨削完成后，利用伺服马达19、22进行凸轮轮廓展成运动，并且使伺服马达15旋转，工件支承装置31在Z轴方向向左进行纵向磨削动作，凸轮部W1被砂轮G的球状部Gb作纵向磨削(步骤S4)。在纵向精细磨削进给动作中，凸轮部W1与砂轮G进行凸轮轮廓展成运动，所以砂轮G对凸轮部W1进行磨削的磨削点相对于连结工件W的旋转中心与砂轮G的旋转中心的线段而上下变位。然而砂轮G的球状部Gb形成与作成凸轮轮廓展成用数据时所用的砂轮的预定外径相同的外径2R，所以即使磨削点通过球状部Gb的球中心O且在与Z轴成直角的平面内上下变位，对凸轮部W1进行磨削的砂轮G的外径也仍然维持在预定外径，不会因为砂轮直径的差异而产生凸轮轮廓的误差。而且，由于球状部Gb是从较凸轮部W1的右端更朝右侧偏离的位置起使锥状部Ga的小直径侧先行，以朝左方进行纵向磨削进给，所以凸轮部W1的整个区域可被球状部Gb有效且高精度地作纵向精细磨削，而不会因为砂轮直径的差异导致凸轮轮廓误差。该步骤S4构成为了在横向磨削之后进行纵向磨削而在进行凸轮轮廓展成运动的同时使砂轮座20相对于工件支承装置31而朝Z轴方向进行纵向磨削的纵向磨削动作控制机构。
一旦纵向精细磨削完成，在凸轮轮廓展成运动的同时，砂轮G从工件W朝X轴方向后退到后退端，砂轮G从凸轮部W1离开(步骤S5)。接着将工作台13朝Z轴方向移动，砂轮G的锥状部Ga移到面对与工件W的凸轮部W1相邻的凸轮部W2的位置，并执行步骤S1～S5来磨削凸轮部W2。由于安装着砂轮G的砂轮轴23在X-Z平面内相对于X轴而倾斜地被轴支承，因此即使小直径的砂轮G向工件W前进，砂轮座20也不会与凸轮部W1或尾座28互为干扰。
在上述实施例中，是在横向精细磨削之后使砂轮G的锥状部Ga的小直径侧先行而作纵向磨削进给动作，以用球状部Gb来对工件W的凸轮部W1进行纵向磨削，但也可在横向精细磨削完成后，在轮廓展成运动的同时使砂轮G从工件W朝X轴方向稍微后退，并用伺服马达15使工作台13向左沿Z轴方向行进，球状部Gb的右端移到稍微离开凸轮部W1左端的纵向进给开始位置，并利用伺服马达22使砂轮座工作台30前进到最终完成位置，使砂轮G进进行凸轮轮廓展成运动，同时使球状部Gb先行而作纵向磨削进给动作。
在上述实施例中，是通过工作台13将支承工件W的工件支承装置31可朝Z轴方向移动地载置于机座12上，并通过砂轮座工作台30将支承砂轮G的砂轮座30可朝X轴方向移动地载置于机座12上，但也可以将工件支承装置31固定于机座12上，并在可朝Z轴方向移动地载置于机座12上的鞍座上载置砂轮座工作台30，且使砂轮座工作台30可朝X轴方向移动，砂轮座20可朝Z轴及X轴方向移动。
权利要求
1.一种对具备凹面的凸轮进行磨削的方法，将支承工件的工件支承装置与支承砂轮的砂轮座以可沿互相垂直相交的Z轴及X轴方向作相对移动的方式装于机座上，将安装着上述砂轮的砂轮轴在X-Z平面内相对X轴而倾斜地轴支承在上述砂轮座上，并利用对于工件在X-Z平面内绕着C轴的旋转及砂轮座相对于工件支承装置而在X轴方向的相对移动所作的同时两轴控制进行凸轮轮廓展成运动，由此将上述工件的凸轮部磨削加工成具有凹面的凸轮，其特征在于，上述砂轮由具有与Z轴平行的母线且靠近上述砂轮座的一侧为较大直径的锥状部、以及在该锥状部的最大外径部与上述母线相接的球状部构成，使上述砂轮座进行上述凸轮轮廓展成运动，同时向着上述工件支承装置而在X轴方向相对地进行横向磨削动作，以用上述砂轮对上述凸轮部进行横向磨削，在横向磨削之后，使上述砂轮座进行上述凸轮轮廓展成运动，同时相对于上述工件支承装置而在Z轴方向进行纵向进给，以进行纵向磨削。
2.如权利要求1所述的对具备凹面的凸轮进行磨削的方法，其特征在于，使上述锥状部的小直径侧先行而进行上述纵向磨削。
3.如权利要求1或2所述的对具备凹面的凸轮进行磨削的方法，其特征在于，当上述凸轮部的宽度较上述砂轮的宽度更宽时，使上述工件支承装置相对于上述砂轮座而以较上述锥状部的宽度更小的预定量朝Z轴方向相对移动，以反复使上述砂轮座进行上述凸轮轮廓展成运动，同时向着上述工件支承装置而在X轴方向相对地进行横向磨削进给动作，以用上述砂轮对上述凸轮部进行横向磨削。
4.一种对具备凹面的凸轮进行磨削的装置，将支承工件的工件支承装置与支承砂轮的砂轮座以可在互相垂直相交的Z轴及X轴方向作相对移动的方式装于机座上，将安装着上述砂轮的砂轮轴在X-Z平面内相对X轴而倾斜地轴支承在上述砂轮座上，具有展成控制机构，该展成控制机构对上述工件支承装置支承的工件在X-Z平面内绕着C轴的旋转、以及砂轮座相对于工件支承装置而在X轴方向的相对移动作同时两轴控制，以在上述工件与上述砂轮之间进行凸轮轮廓展成运动，以将上述工件的凸轮部加工成具有凹面的凸轮，其特征在于，上述砂轮由具有与Z轴平行的母线且靠近上述砂轮座的一侧为较大直径的锥状部、以及在该锥状部的最大外径部与上述母线相接的球状部构成，具有横向磨削控制机构和纵向磨削控制机构，上述横向磨削控制机构为了用上述砂轮对上述凸轮部进行横向磨削，使上述砂轮座进行由上述展成控制机构控制的上述凸轮轮廓展成运动，并且向着上述工件支承装置而在X轴方向相对地进行横向磨削进给动作，上述纵向磨削控制机构为了在横向磨削之后进行纵向磨削，使上述砂轮座进行由上述展成控制装置控制的上述凸轮轮廓展成运动，并且相对于上述工件支承装置而在Z轴方向进行纵向磨削进给动作。
全文摘要
一种对具有凹面的凸轮进行磨削的方法及装置，工件(W)与砂轮(G)在垂直相交的Z轴及X轴方向相对移动，砂轮的旋转轴线相对于X轴而倾斜，砂轮具有具有与Z轴平行的母线的锥状部(Ga)、以及在该锥状部的最大外径部与母线相接的球状部(Gb)。砂轮进行凸轮轮廓展成运动，同时向着工件而在X轴方向进行横向磨削进给，以对工件的凸轮部进行横向磨削，然后在凸轮轮廓展成运动的同时向Z轴方向进行纵向进给，以作纵向磨削。本发明可用小直径的砂轮高精度且高效率地进行磨削。
文档编号B24B19/12GK1727117SQ20051008821
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月26日 优先权日2004年7月28日
发明者井土雅裕 申请人:丰田工机株式会社