JP2000263309A - フライス切削法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意のブランク１からフライス工具によって
任意の完成部分２を製造するためのフライス切削法にお
いて、任意のブランクから任意の輪郭を形成するための
フライス切削法で、従来のフライス切削法における欠点
を避けて、ワークの加工時間を短縮し、フライス工具を
大切に扱うことができるような方法を提供する。 【解決手段】 フライス工具を連続的なガイド軌道７，
７′に沿って、ブランク１の外側輪郭から完成部分２の
輪郭部２′までガイドし、材料を常に取り除きながらブ
ランク１から完成部分２まで連続的に形状を変化させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブランクから完成
部分に連続的に近づけることによって常に材料を取り除
きながら、任意のブランクからフライス工具によって任
意の完成部分を製造するためのフライス切削法、並びに
フライス切削法において使用されたフライス工具のため
のガイド軌道を形成するための方法に関する。またこの
方法は特に、タービン翼を製造するために使用される。

【０００２】

【従来の技術】フライス切削法の従来技術について、タ
ービン翼の製造方法を用いて説明する。

【０００３】種々異なる大きさのタービン翼は例えば直
方体のブランク（素材）から製造される。このために、
まず粗い多角形状の第１のプロフィール状に近づけるた
めに、ブランクの平らな部分及び角縁がフライス切削さ
れる。次いでフライス工具が、それぞれ等間隔の面に沿
って延びる多数のガイド軌道又はガイド軌道部材に沿っ
てガイドされる。このような等間隔の多数の面をフライ
ス切削することによって、完成部部の形状が段階的に得
られる。この場合、ガイド軌道は不連続の点及び／又は
曲線区分によって規定されている。

【０００４】この方法に従って、翼は少しづつ、工具を
頻繁に離反させ（遠ざけ）またあらたに当てつけながら
完成される。これによって、フライス工具は長時間空気
中を移動し、この空気中を移動している間は切削加工が
行われない。フライス切削速度を高めることによる加工
時間の短縮は、これに関連して使用されたフライス工具
の加工時間減少によって制限される。このような従来の
フライス切削法においてはセラミック製の工具の使用は
不可能である。何故ならば、従来のフライス切削法にお
いては、フライス軌道は、工具を頻繁に離反及び当てつ
けることによって、フライスプロセスの不安定で断続的
な経過を引き起こすことになるからである。セラミック
は、公知のように壊れやすく、フライス工具はフライス
軌道に沿ってしばしば衝撃を受けるので、セラミックは
このようなフライス切削法には適していない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、任意のブランクから任意の輪郭を形成するためのフ
ライス切削法で、以上述べたような方法における欠点を
避けることができるような方法を提供することである。
特に本発明の課題は、ワークの加工時間を短縮し、フラ
イス工具を大切に扱い、摩耗を少なくすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決した本発
明の方法によれば、工具を、ブランクから連続的に任意
の輪郭の所望の完成部分まで延びる螺旋状のガイド軌道
に沿ってガイドするようにした。

【０００７】

【発明の効果】このような螺旋状のガイド軌道は、ブラ
ンク及び完成部分の輪郭とは無関係に、それぞれの形状
のワーク（工作物）に設定することができる。フライス
工具は、このような形式のガイド軌道に沿ってガイドさ
れ、これによって、同様に基本的に螺旋状である連続的
なフライ軌道が形成される。その結果得られるフライス
軌道は、フライス工具を傾斜させることによって連続的
に延びるガイド軌道からそらすことができるが、この場
合は連続性が維持されなくなる。螺旋状のガイド軌道
は、ワークから材料を常に取り除きながら連続的な形状
変化を可能にし、この際に工具は一度当てつけるだけで
よい。これによって完全なフライス切削過程を、ワーク
を１回緊締するだけで実施することができる。螺旋状の
ガイド軌道は、突然の方向変化なしに、緩やかでスムー
ズに移行していることを特徴としている。これは、突然
の加速及びひいては振動なしに、ワークと工具とを調和
してガイドするための前提条件である。このために、工
具及びワークの速度は、ガイド軌道の湾曲面に合わせら
れる。

【０００８】本発明による方法の主要な利点は、ワーク
の加工時間を短縮し、ひいては製造コストを安価にする
という点にある。これは第１に、材料を連続的に取り除
くことに帰因している。公知の方法と比較して、時間単
位当たりの材料取り除き容積は大きい。なぜならば工具
が空間中をガイドされる時間は非常に短いか、またはま
ったくないからである。ワークは１回緊締させるだけで
よいので、全加工時間はさらに短縮される。これによっ
て１組の緊締箇所が必要とされるだけであるので、本発
明の方法はさらに簡略化される。

【０００９】本発明のその他の利点は、穏やかな工具ガ
イドが設けられているという点にある。これによって工
具がぶつかることは避けられ、ひいてはセラミック工具
を使用することが可能となる。耐熱性に基づいて高いフ
ライス切削速度が実現され、ひいてはフライス切削時間
のさらなる短縮が得られる。本発明によるフライス切削
法は、５軸又は４軸式の工作機械で用いることができ
る。この場合、使用される軸の数は、面湾曲の複雑さに
関連している。緊締箇所等の簡単な部分が４軸式で切削
することができ、これに対して、ねじられたタービン翼
の製造のためには５軸に沿ったフライス切削が必要であ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図示の
実施例を用いて具体的に説明する。

【００１１】本発明によるフライス切削法を説明するた
めに、まずそのために使用されたガイド軌道を形成する
ための方法について説明する。２次元の場合には、この
ガイド軌道から直接的に螺旋状のフライス切削軌道が得
られる。３次元の場合には、この得られたガイド軌道は
ガイド面を形成するために用いられ、このガイド面上に
ガイド軌道の多数の変化例が得られ、フライス切削軌道
が実現される。図１には、ブランク１の輪郭の断面図、
並びに得ようとする、完成されたタービン翼２の輪郭形
状が示されている。

【００１２】図１ａにはワークのブランク１の、図１と
同じ断面図及び、プロフィール（断面形状）若しくは翼
形(Profil）２′を有する、完成されたタービン翼２の
断面図が示されている。螺旋状のガイド軌道を規定する
ために、まず、完成されたタービン翼２のプロフィール
ライン２′とブランク１のプロフィールラインとの間に
補助線３が入れらる。図示の実施例では、この補助線３
は同時に、タービン翼２のプロフィールライン上の仮想
の電荷４と、この電荷４に向き合う、ブランク１のプロ
フィールライン上の仮想の電荷との間に延びている。図
１ｂは、完成されたタービン翼２のプロフィール２′を
有する同じブランク１を示している。静電学に基づいて
別の補助線６が、翼プロフィールとブランクのプロフィ
ールとの間に設けられている。これらの補助線６は、そ
れぞれ図１ａの電界線３に対して垂直に延びている。そ
の電位値に応じて補助線６は、ガイド軌道に沿って急激
な方向変化なしに、ブランクの形状から完成形状に穏や
かに近づくようになっている。

【００１３】ブランクから完成部分への螺旋状の連続的
なガイド軌道は、個別の等電位線を局所的に変化及び接
続することによって得られるので、図１ｃに示されてい
るようにガイド軌道７が得られる。このガイド軌道７
は、ブランクプロフィールから開始して、所望のプロフ
ィール２′に常に接近しながらこのプロフィール２′を
閉鎖することによって、完成された翼プロフィールの周
囲を常に循環しながら延びている。この場合、ガイド軌
道７は、ブランク１の外側で空間（空気中）を通ること
はない。この方法の変化実施例では、本発明によるガイ
ド軌道を形成するために、図１ｂの補助線３つまり静電
的な電界線と類似の補助線３から始まっている。等電位
線の代わりに、明確に螺旋状の機能が得られる。この螺
旋状の機能は、２つのプロフィールライン間の静電的な
電位の連続的変化と等しく、ブランクのプロフィールか
ら完成部分のプロフィールに次第に近づいている。

【００１４】３次元的なワークでは、本発明によるフラ
イス切削法のためのガイド軌道は、種々異なる変化実施
例に従って生ぜしめられる。図２ａでは、図１ｃに示さ
れた２次元的なガイド軌道７が繰り返しずらして使用さ
れている第１変化実施例が示されている。タービン翼は
このガイド軌道に追従して輪切り状にフライス切削され
る。この場合、各螺旋形状又はフライス切削された薄片
の幅はフライス工具の幅に相当する。この幅に亘って、
つまり螺旋状の平らなガイド軌道に沿って、完成部分の
所望のプロフィール面(Profilflaeche)までフライス切
削される。工具は次いでワークから離されて、次の平ら
な螺旋軌道又は取り除こうとする薄片の始端部に移動さ
れる。これは、翼がその全長に亘ってフライス切削され
るまで繰り返し行われる。

【００１５】図２のａには、タービン翼の全長に亘って
の、同一の平らな螺旋状曲線７の繰り返しが示されてい
る。平らな螺旋状曲線は、それぞれの２次元的な螺旋状
曲線がタービン全長に亘って変えられていることによっ
て、ねじられたタービン翼に使用することができる。図
２のｂには、３次元的なガイド軌道７が示されており、
このガイド軌道７は、ブランクの面と完成部分の面との
間の等電位面に等しい、が３次元の螺旋状曲線として生
ぜしめられている多数のガイド面のうちのそれぞれ１つ
のガイド面上にある。このガイド軌道７は、タービン翼
の場合には翼の長手方向に延びている。長手方向で螺旋
状曲線７′の終端部において、この螺旋状曲線７′の下
側に位置する等電位面は平らな螺旋状曲線７内で得られ
る。これは２重螺旋で示されている。フライス切削時
に、螺旋状曲線は同期フライス切削及び対向フライス切
削を用いることによってそれぞれ交互の方向に形成さ
れ、それによって連続的な材料取り除きが行われる。図
２のｃには別の変化実施例が示されている。この変化実
施例では、３次元の螺旋状曲線７′が長手方向に延びて
おり、この場合、すべての螺旋状曲線の方向は同じであ
る。フライス切削時には、フライス工具はこの方向で螺
旋状曲線に沿ってガイドされ、この際に、螺旋状曲線
７′の最後に達した後で、工具はワークから引き離され
て、開始点付近の引き離し位置に戻され、低い位置にあ
る次の等電位面上の、次の螺旋状曲線に沿ってさらにガ
イドされる。

【００１６】ガイド軌道の算出後に、工具軸線の調整を
規定しなければならない。これは、２次元の加工時に
は、それぞれ所定の接触点の螺旋状曲線における接線ベ
クトルと加工面の垂直ベクトルとのクロス乗積(Kreuzpr
odukt）によって行われる。次いで工具軸線はベクトル
に関連して、このクロス乗積から当てつけ角度若しくは
プランジ角度(plunge angle）だけ送り方向に傾けられ
る。３次元の場合には、工具軸線の整列は、接触点にお
ける等電位線の垂線ベクトルによって行われる。次いで
工具軸線は、この垂線ベクトルに関連して当てつけ角度
（プランジ角度）だけ送り方向に傾けられ、この際に工
具軸線は付加的に側方で傾けてもよい。

【００１７】図３には、フライス工具８が本発明による
フライス切削法においてどのように使用されるかについ
て示されている。見やすくするために、ワークの１平面
において１回りした作業状態だけが示されている。工具
は、接触点９でワークに当てつけられ、ガイド軌道７に
沿って移動せしめられる。フライス切削作業中に、工具
軸線１０は、接触点９における垂線ベクトル１１からの
当て付け角度（プランジ角度）だけ前方にガイド軌道７
に向かって傾けられ、また垂線ベクトル１１の傾斜角度
だけ図平面から側方に傾けられる。この傾け及び傾斜に
基づいて、ガイド軌道７とは異なる、点線で示されたフ
ライス切削軌道１２が形成される。

【００１８】図２のａに示した第１変化実施例による２
次元のガイド軌道を用いた輪切り状の加工は、４つの軸
によって規定されたフライス切削軌道に沿って行われ、
３つの直線的な(linear)軸線と１つの回転軸線とを有す
る機械によって実施される。第２及び第３の変化実施例
による３次元の加工のためには、３つの直線的な軸線と
２つの回転軸線とを有する機械を必要とする。フライス
盤のそれぞれの運動学（Kinematik）に従ってフライス
工具がブランクを巡って循環回転せしめられ、ブランク
が１つの回転軸線上でフライス工具の下側で回転せしめ
られるか、又はこれら２つの可能性の組合せに従ってフ
ライス切削される。本発明による方法は、荒切削のため
にも精（仕上げ）切削のために同様に使用することがで
きる。精切削のために、本発明による方法は、緩やかな
フライス切削軌道のおかげで高速研削（hgh speed cutt
ing)が可能である。この場合に得られる時間単位毎の取
り除き（切削）容積は、より大きい。何故ならば本発明
によるフライス切削法は迅速であって、材料が常に切削
によって取り除かれることによって効率的だからであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】タービン翼の典型的なプロフィールを有する方
形のブランクの断面図である。

【図１ａ】２次元の螺旋状のガイド軌道を形成するため
の第１の補助線を有する、ブランク及び完成されたター
ビン翼の夫々の横断面図である。

【図１ｂ】２次元の螺旋状のガイド軌道に接近するため
の別の補助線を有する、ブランク及び完成されたタービ
ン翼の夫々の横断面図である。

【図１ｃ】本発明による２次元の螺旋状のガイド軌道を
有する、ブランク及び完成されたタービン翼の夫々の横
断面図である。

【図２】本発明による螺旋状のガイド軌道を形成するた
めの種々異なる変化例であって、ａは、ガイド軌道が２
次元の平らな螺旋状の連続より成っている、完成された
タービン翼及びブランクのそれぞれの３次元的な輪郭を
示す概略図、ｂは、ガイド軌道が、ワーク端部に達した
後で長手方向で互いに異なる方向に延びる、タービン翼
の３次元的な螺旋状（２重螺旋）より成っている、完成
されたタービン翼及びブランクのそれぞれの３次元的な
輪郭を示す概略図、ｃは、ガイド軌道が、翼の常に同方
向に延びる、タービン翼の長手方向に繰り返し延びる３
次元的な螺旋状より成っている、完成されたタービン翼
及びブランクのそれぞれの３次元的な輪郭を示す概略図
である。

【図３】本発明によるガイド軌道上及びそれによって形
成されたフライス切削軌道上のフライス工具を示す概略
図である。

【符号の説明】

１ ブランク、 ２ タービン翼、 ２′ タービン翼
のプロフィール（翼断面形状）、 ３ 第１の補助線、
電界線、 ４ 第１の電荷、 ５ 第１の電荷４と向き
合う電荷、 ６ 等電位線、 ７ 螺旋状軌道、二次元
平面、 ７′２重螺旋軌道、二次元平面、 ８ フライ
ス工具、 ９ 接触点、 １０ 工具軸線、 １１ 垂
直ベクトル、 １２ フライス切削軌道

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パウル スレプセヴィック スイス国 ヌスバウメン ヴィーゼンヴェ ーク ３

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意のブランク（１）からフライス工具
   によって任意の完成部分（２）を製造するためのフライ
   ス切削法において、 フライス工具を連続的なガイド軌道（７，７′）に沿っ
   て、ブランク（１）の外側輪郭から完成部分（２）の輪
   郭部（２′）までガイドし、材料を常に取り除きながら
   ブランク（１）から完成部分（２）まで連続的に形状を
   変化させることを特徴とする、フライス切削法。
2. 【請求項２】 連続的なガイド軌道（７，７′）を、平
   らな螺旋状の２次元のガイド軌道（７）として、又は螺
   旋状の３次元のガイド軌道（７′）として構成する、請
   求項１記載の切削法。
3. 【請求項３】 フライス工具を、ブランク（１）のプロ
   フィールラインと完成部分（２）のプロフィールライン
   （２′）との間の第１の螺旋状の２次元のガイド軌道
   （７）に沿って連続的にガイドし、これによって材料か
   ら薄片を連続的に取りのぞき、次いでフライス工具を再
   びブランク（１）のプロフィールラインに戻して、完成
   部分（２）の長手方向軸線に沿って送り、別の螺旋状の
   ２次元のガイド軌道（７）に沿って薄片を材料から、完
   成部分（２）のプロフィールライン（２′）まで連続的
   に取り除き、この過程を、完成部分（２）が全長に亘っ
   てフライス切削されるまで、繰り返し行う、請求項２記
   載の方法。
4. 【請求項４】 完成部分（２）の長手方向軸線に沿った
   連続的な螺旋状の２次元の複数のガイド軌道（７）をそ
   れぞれ同じにする、請求項３記載のフライス切削法。
5. 【請求項５】 完成部分（２）の長手方向軸線に沿った
   連続的な螺旋状の２次元の複数のガイド軌道（７）をそ
   れぞれ異なったものにする、請求項３記載のフライス切
   削法。
6. 【請求項６】 フライス工具を、完成部分（２）の長手
   方向で、第１の３次元の螺旋状のガイド軌道（７′）に
   沿ってガイドし、完成部分（２）の終端部に達してから
   完成部分（２）から引き離し、空間を通してその下に位
   置する３次元の螺旋状のガイド軌道（７′）の開始点で
   このガイド軌道（７′）に沿って移動させ、この過程
   を、完成部分（２）のプロフィール（２′）が得られる
   まで何度も繰り返し行う、請求項２記載のフライス切削
   法。
7. 【請求項７】 フライス工具を完成部分（２）の長手方
   向で移動させ、完成部分（２）の終端部に達してから、
   螺旋状の２次元のガイド軌道（７）に沿って、その下に
   位置する３次元の螺旋状のガイド軌道（７′）まで移動
   させ、次いでこの３次元のガイド軌道に沿って逆方向で
   移動させ、この過程を、完成部分（２）のプロフィール
   （２′）が得られるまで何度も繰り返し行う、請求項２
   記載のフライス切削法。
8. 【請求項８】 フライス切削中にフライス工具（８）の
   軸線（１０）を、ブランク（１）の加工面上におけるフ
   ライス工具（８）の接触点（９）で垂直ベクトル（１
   １）から当てつけ角度だけガイド軌道（７，７′）に向
   かう方向で前方に傾斜させ、かつ、垂直ベクトル（１
   １）からの傾斜角度だけガイド軌道（７，７′）から側
   方へ傾斜させ、フライス切削によって生ぜしめられたフ
   ライス切削軌道（１２）をガイド軌道（７，７′）とは
   異なるものにする、請求項１から７までのいずれか１項
   記載のフライス切削法。
9. 【請求項９】 ブランク（１）から完成部分（２）への
   全切削作業を、１回の緊締で行う、請求項１から８まで
   のいずれか１項記載のフライス切削法。
10. 【請求項１０】 フライス切削法のためにセラミックフ
    ライス工具を使用する、請求項１から９までのいずれか
    １項記載のフライス切削法。
11. 【請求項１１】 請求項１から１０までのいずれか１項
    記載のフライス切削法をタービン翼の製造のために用い
    ることを特徴とする、タービン翼の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項２記載の、２次元で連続的に螺
    旋状に延びるガイド軌道（７）を形成する方法におい
    て、 まず、完成部分（２）のプロフィール（２′）とブラン
    ク（１）のプロフィールとの間に延びる静電的な電界線
    （３）に等しい第１の補助線（３）を形成し、この第１
    の補助線（３）によって、ブランク（１）のプロフィー
    ルと完成部分（２）のプロフィールとの間の静電的な電
    位の連続的変化に等しいブランク（１）のプロフィール
    から、完成部分（２）を連続的かつ螺旋状に、完成部分
    （２）のプロフィール（２′）まで達する螺旋状のガイ
    ド軌道（７）を形成することを特徴とする、２次元で連
    続的に螺旋状に延びるガイド軌道を形成する方法。
13. 【請求項１３】 請求項２記載の、２次元で連続的に螺
    旋状に延びるガイド軌道（７）を形成する方法におい
    て、 まず、完成部分（２）のプロフィール（２′）とブラン
    ク（１）のプロフィールとの間に延びる静電的な電界線
    （３）に等しい補助線（３）を形成し、 完成部分（２）の周囲に延びる静電的な等電位線（６）
    に等しい別の補助線（６）を形成して、等電位線（６）
    を局所的に変化させることによって、個別の等電位線
    （６）間の接続を形成し、互いに接続された等電位線が
    螺旋状のガイド軌道（７）を形成することを特徴とす
    る、２次元で連続的に螺旋状に延びるガイド軌道を形成
    する方法。
14. 【請求項１４】 請求項２記載の、２次元で連続的に螺
    旋状に延びるガイド軌道（７）を形成する方法におい
    て、 ブランク（１）の面と完成部分（２）の面との間に延び
    る静電的な電界線に等しい補助線を形成し、この補助線
    によって、完成部分（２）の面とブランク（１）の面と
    の間の電界線に対する等電位面に等しいガイド面を形成
    し、前記等電位面に沿って、螺旋状のガイド軌道
    （７′）を形成する３次元の螺旋曲面を形成することを
    特徴とする、２次元で連続的に螺旋状に延びるガイド軌
    道を形成する方法。