JP4881190B2

JP4881190B2 - ダブ溝加工方法

Info

Publication number: JP4881190B2
Application number: JP2007057476A
Authority: JP
Inventors: 保夫永瀬
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2027-03-07
Also published as: JP2008213127A

Description

本発明は、溝の切削加工に関わり、特にタービン翼車のロータに設けられる羽根取付部のようにロータの軸心方向に溝幅が徐々に変化する側面と曲面に形成される底面とを曲面で繋がれた形状のダブ溝を加工するダブ溝加工方法に関する。

高効率の事業用コンバインドプラントなどに用いられている大型で高出力のガスタービンにおいて、翼車を回転軸に取付けるための構造としては、図５に示すように回転軸１に取付けられたロータ２の外周部に等間隔を存して形成された複数のダブ溝３にタービン翼車の羽根を１枚ずつ嵌合するようにしたものがある。

図６は上記ダブ溝の一つを拡大して示す断面図である。このダブ溝３は図６に示すように溝中心と軸心とを結ぶ線Ｓに左右対称で、かつ三角形のように溝深さ方向（図示下方向）において、一定の溝幅から徐々に広がる側面３ａと半径Ｒの真円の曲面（以下Ｒ曲面と呼ぶ）の底面３ｂとが、半径Ｒよりも径の小さな半径Ｒ´の真円の曲面（以下Ｒ´曲面と呼ぶ）３ｃで繋がる形状となっている。

ところで、ロータ２の外周部に図６に示すような形状のダブ溝３を加工する方法としては、ロータ２の外周部に外周切れ刃を有するエンドミルのような回転切削工具の軸心を回転軸１と直交する方向に向け、且つ回転切削工具をその軸心回りに回転駆動しながらロータ２の端面側より軸方向に移動させて切削加工するのが一般的である。

かかるダブ溝は単一の工具を用いて１回の溝加工で加工することは困難であり、例えば図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように複数の加工工程を経てダブ溝を切削加工している。

図７において、まず（ａ）にハッチングにて示すようにエンドミルのような回転切削工具を使用して溝深さ方向に一定の溝幅の溝を切削し、次いで（ｂ）にハッチングにて示すように一定の溝幅部分を除くダブ溝部分をカットする回転切削工具を使用して溝深さ方向に溝幅が徐々に広がり、かつ底面がＲ曲面となるように切削して粗加工を施す。そして、最後に（ｃ）にハッチングにて示すようにダブ溝全体をカットする回転切削工具を使用して溝側面と底面とを切削して溝内周面全体が平滑になるように所定寸法及び形状のダブ溝３に仕上げ加工する。

このようにして加工されるダブ溝は、高い寸法精度が要求され、かつ切削により創生される面に大きな段差があってはならない形状なので、通常、仕上げ加工工程ではダブ溝形状と同じ寸法形状の工具を用いて加工している。

図８は、図７（ｃ）に示す工程の仕上げ加工で使用される回転切削工具の一例を示すもので、この回転切削工具１０はシャンク部１１及び刃部１２を備えている。また、刃部１２は全周にわたって形成されており、どの面についても切れ刃とチップポケットが形成されている。そして、刃部１２には、ストレート刃と切削性能に優れた右捩れ刃、左捩れ刃があり、通常は切れ刃が２〜４枚程度設けられている。

上記の如くダブ溝の仕上げ加工で使用される回転切削工具は、切れ刃及びチップポケットを全周に設けなければならないことから、製作に手間がかかるほか、インサート型工具が製作しにくくなる。

また、上記と同じ理由により芯厚を小さくしなければならないため、工具の曲げ剛性が小さくなり、高い切削条件で加工ができなくなるという問題がある。

本発明は上記のような問題を解消するためになされたもので、仕上げ加工で使用される回転切削工具の製作を容易にすることができ、かつ要求される形状精度や品質を低下させることなくロータにダブ溝を加工することができるダブ溝加工方法を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するため、ロータの外周部に等間隔を存してそれぞれ設けられ、且つ前記ロータの軸心方向に一定の溝幅から徐々に広がる側面と曲面状の底面とが曲面で繋がれた形状のダブ溝を加工するダブ溝加工方法において、粗工程により溝深さ方向に一定の溝幅から溝深さ方向に徐々に広がり、かつ底面に繋がる部分が曲面となるように切削した後、仕上げ工程で、まず前記ダブ溝の側面及び底面に繋がる曲面と同一形状の刃部を有する第１の回転切削工具により、前記ダブ溝の側面及び底面に繋がる曲面を仕上げ面として切削し、次いで前記ダブ溝の底面及びこの底面から側面に繋がる曲面と同一形状の刃部を有する第２の回転切削工具により、前記ダブ溝の底面及びこの底面から側面に繋がる曲面を仕上げ面として切削して所定寸法形状のダブ溝を加工する。

本発明によるダブ溝加工方法によれば、仕上げ加工に使用される回転切削工具を容易に製作することができ、かつ要求される形状精度や品質を低下させることなくロータにダブ溝を加工することができる。

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

なお、以下の実施形態は、タービン羽根車の羽根をロータに取付けるためのダブ溝を切削加工する場合で、ダブ溝の具体的な寸法は、開口部の寸法が２４.０３mm、幅広部の幅寸法が３７．４４mm、溝深さ寸法が３２．８９mm、コーナＲ部分のＲ寸法が６．３５mm、底面のＲ曲面の寸法が３１．７５mmである場合を一例としている。

図１及び図２は本発明によるダブ溝の加工時に使用される刃部の形状が異なる回転切削工具の実施形態の要部をそれぞれ示す正面図であり、いずれも図７（ｃ）の工程で使用されるものである。

図１において、２０は第１の回転切削工具で、この第１の回転切削工具２０はシャンク部２１とこのシャンク部２１に一体的に取付けられた刃部２２とを備え、刃部２２は図６のダブ溝３の側面３ａ及び底面３ｂに繋がる曲面３ｃと同一形状の側面２２ａ及び曲面２２ｃを有し、且つこれらの各面に軸心に対して１８０度の間隔を存して２本の切れ刃を形成したもので、刃部２２の軸心まわりには各切れ刃に対応させて図示しない切りくず排出溝が設けられている。

また、図２において、２３は第２の回転切削工具で、この第２の回転切削工具２３はシャンク部２４とこのシャンク部２４に一体的に取付けられた刃部２５とを備え、刃部２５は図６のダブ溝３の底面３ｂと同一形状の底面２５ｂとこの底面２５ｂに繋がる曲面２５ｃを有し、且つこれらの各面に軸心に対して１８０度の間隔を存して２本の切れ刃を形成したもので、刃部２５の軸心まわりには各切れ刃に対応させて図示しない切りくず排出溝が設けられている。

ここで、第１の回転切削工具２０の刃部２２と第２の回転切削工具２３の刃部２５は、ダブ溝３の側面３ａと底面３ｂとを繋ぐ曲面３ｃ部分で重ね合さるような大きさの寸法及び形状にそれぞれ構成されている。また、第１の回転切削工具２０の刃部２２の側面２２ａと底面２２ｂとを繋ぐ曲面２２ｃは、第２の回転切削工具２３の刃部２５の底面２５ｂに繋がる曲面２５ｃに対する機械の位置決め精度、刃部の形状精度及び刃部の取付け精度より小さく、かつ第１の回転切削工具２０の刃部２２の側面２２ａと底面２２ｂとを繋ぐ曲面２２ｃの寸法公差はプラス交差になるのに対して、第２の回転切削工具２３の底面２５ｂに繋がる曲面２５ｃの寸法公差がマイナス交差になるようにそれぞれのＲ曲面が決められている。

次に上記のような第１及び第２の回転切削工具２０，２３を用いて回転軸の外周部に図６に示すような形状のダブ溝２を加工する方法について述べる。

図３（ａ）〜（ｄ）はダブ溝を切削加工する場合の工程図を示すものである。

図３において、まず（ａ）にハッチングにて示すようにエンドミルのような回転切削工具を使用して溝深さ方向に一定の溝幅の溝を切削し、次いで（ｂ）にハッチングにて示すように一定の溝幅部分と底面を除くダブ溝部分をカットする回転切削工具を使用して溝深さ方向に溝幅が徐々に広がり、かつ底面に繋がる部分を曲面に切削して粗加工する。

次に、図３（ｃ）に示す工程では、第１の回転切削工具２０を使用してダブ溝３の底面３ｂとこの底面３ｂから側面３ａに繋がる曲面３ｃとを除く図示ハッチング部分を仕上げ面として切削し、最後に図３（ｄ）に示す工程では、第２の回転切削工具２３を使用してハッチングにて示すようにダブ溝３の底面３ｂとこの底面３ｂから側面３ａに繋がる曲面３ｃを仕上げ面として切削し、所定寸法形状の平滑面のダブ溝に仕上げ加工する。

図４は第１の回転切削工具２０及び第２の回転切削工具２３の形状、特に側面と底面を繋ぐ曲面部分を中心に拡大したものであり、（ａ）は第１の回転切削工具２０と第２の回転切削工具２３の位置が、工具の形状誤差、刃部の取付け誤差、機械精度の誤差などによりずれていない状態を示している。つまり、第１の回転切削工具２０の刃部２２と第２の回転切削工具２３の刃部２５とをダブ溝内で重ね合せたとき、これら２つの刃部２２，２５の側面に有する曲面間に図示隙間ＬＡを存し、底面間に図示隙間ＬＢを存しており、上述した各誤差により２つの工具の位置がずれていない状態にある。

これに対し、図４（ｂ）は工具の形状誤差、刃部の取付け誤差、機械精度の誤差などにより、第１の回転切削工具２０の刃部２２と第２の回転切削工具２３の刃部２５の位置が溝幅方向にずれた場合を示し、同図（ｃ）は同様の理由により第１の回転切削工具２０の刃部２２と第２の回転切削工具２３の刃部２５位置が溝深さ方向にずれた場合を示している。

したがって、図４（ｂ），（ｃ）に示すように２つの工具により形成される曲面部の重ね合せによる段差は生じず、形状精度を交差内に維持できる。

なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々変形して実施することができるものである。

例えば、前述した実施形態では、第１の回転切削工具２０及び第２の回転切削工具２３において、刃部２２及び２５の側面と底面を繋ぐ半径Ｒ，Ｒ´の真円の曲面としたが、その一方の回転切削工具の刃部に形成される曲面を真円の曲面とし、他方の回転切削工具の刃部に形成される曲面を楕円の曲面にすることも可能である。

本発明の実施形態における第１の回転切削工具の要部を示す正面図。同実施形態における第２の回転切削工具の要部を示す正面図。（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施形態において、第１及び第２の回転切削工具によりダブ溝を切削加工するための加工工程の一例を示す説明図。（ａ）〜（ｃ）は同実施形態において、第１及び第２の回転切削工具の形状、特に交差内でずれていないときの状態とずれているときの状態を側面と底面を繋ぐ円弧面部を中心に拡大して示す図。タービン翼車の回転軸の一例を示す断面図。同じく回転軸の外周部に形成されるダブ溝を拡大して示す断面図。（ａ）〜（ｃ）は図６のダブ溝を切削加工するための加工工程の一例を示す説明図。図７の（ｃ）に示す工程で仕上げ加工時に使用される回転切削工具の一例を示す正面図。

符号の説明

２０…第１の回転切削工具、２１…シャンク部、２２…刃部、２２ａ…側面、２２ｂ…底面、２２ｃ…曲面、２３…第２の回転切削工具、２４…シャンク部、２５…刃部、２５ｂ…底面、２５ｃ…曲面

Claims

ロータの外周部に等間隔を存してそれぞれ設けられ、且つ前記ロータの軸心方向に一定の溝幅から徐々に広がる側面と曲面状の底面とが曲面で繋がれた形状のダブ溝を加工するダブ溝加工方法において、
粗工程により溝深さ方向に一定の溝幅から溝深さ方向に徐々に広がり、かつ底面に繋がる部分が曲面となるように切削した後、
仕上げ工程で、まず前記ダブ溝の側面及び底面に繋がる曲面と同一形状の刃部を有する第１の回転切削工具により、前記ダブ溝の側面及び底面に繋がる曲面を仕上げ面として切削し、
次いで前記ダブ溝の底面及びこの底面から側面に繋がる曲面と同一形状の刃部を有する第２の回転切削工具により、前記ダブ溝の底面及びこの底面から側面に繋がる曲面を仕上げ面として切削して所定寸法形状のダブ溝を加工することを特徴とするダブ溝加工方法。
請求項１記載のダブ溝加工方法において、
前記第１の回転切削工具の刃部は、前記ダブ溝の底面から側面に繋がる曲面を切削する部分の切れ刃の曲面半径が第２の回転切削工具の刃部の該当する部分の曲面半径より小さくしたことを特徴とするダブ溝加工方法。
請求項１記載のダブ溝加工方法において、
前記第１の回転切削工具の刃部は、前記ダブ溝の底面から側面に繋がる曲面を切削する部分の切れ刃の曲面が第２の回転切削工具の刃部の該当する部分の切れ刃の曲面より、予測される機械位置決め誤差、工具形状誤差、刃部取付け誤差より小さくしたことを特徴とするダブ溝加工方法。
請求項１記載のダブ溝加工方法において、
前記第１の回転切削工具の刃部は、前記ダブ溝の底面から側面に繋がる曲面を切削する部分の切れ刃の曲面がプラス公差、第２の回転切削工具の刃部の該当する部分の切れ刃の曲面をマイナス公差になるようにしたことを特徴とするダブ溝加工方法。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のダブ溝加工方法において、
前記第１の回転切削工具の刃部は、前記ダブ溝の底面から側面に繋がる曲面を切削する部分の切れ刃の曲面が真円、第２の回転切削工具の刃部の該当する部分の切れ刃の曲面が楕円により形成される曲面であることを特徴とするダブ溝加工方法。