JP2001328019A - タービンロータ翼溝切削工具及びタービンロータ翼溝切削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】工程数の削減、又は、高精度加工。 【解決手段】本体軸１と、本体軸１に形成される第１刃
列９と、本体軸１に形成され本体軸１の軸方向先端側に
形成される第２刃列１１とを含み、第２刃列１１は単位
刃列１４を備え、単位刃列１４は、先行要素刃１５と、
先行要素刃１５に回転方向に後行する後行要素刃１６と
を含む。第２刃列の後行要素刃１６と先行要素刃１５と
は、切削能力を分担するので、切削能力の過度の分担が
回避され、切削性能が向上する。先行要素刃１５は、後
行要素刃１６に対して軸方向に異なる位置に配置され、
異なる切削領域を分担するので、その切削性能が更に向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンロータ翼
溝切削工具及びタービンロータ翼溝切削方法に関し、特
に、軸直角側面視の形状が鳩尾形状である翼溝を寄り少
ない工程数（ステップ数）で切削加工して形成すること
ができるタービンロータ翼溝切削工具及びタービンロー
タ翼溝切削方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービン・ロータは、その外周に放
射方向に延びる複数の翼が取り付けられる。遠心力に対
抗するために、翼の根付け部分がタービンロータ本体の
ディスクの外周域に軸方向に形成される溝に軸方向に挿
入されて装着され、翼の軸直角側面視の形状が鳩尾形状
である場合には、その根付け部分の中心側部分が周方向
に膨らんでいる。

【０００３】翼が嵌まり込むそのような翼溝は、図８に
示されるように、ディスク１０１に軸方向に形成される
翼溝１０２の周方向視の内側面１０３に翼の周方向視の
外側面が、適正に指定される精度で合致して形成される
ことが重要である。そのような溝を切削加工により形成
するための切削加工用工具は、エンドミルの出力回転軸
に取り付けられてディスクの軸方向に送られる。その切
削加工用工具は、先端側（下端側）が太く形成され心振
れが抑制されなければならないが、切削抵抗が対称に発
生せず、最近の高性能タービンの製作に要求される精度
を保持することができる心振れの抑制には限界がきてい
る。

【０００４】そのような要求を満たすために、従来の翼
溝加工は３工程（行程）で実行されていた。図８（ａ）
に示されるように、切削刃の刃先線が工具回転軸心線に
平行であり切削面が円筒面になる第１切削工具１０４が
用いられて円筒内周面１０５が形成される。次に同図
（ｂ）に示されるように、最外径連続刃先線の軌跡の断
面形状が鳩尾形状になる第２切削工具１０６が用いら
れ、適正に規定される精度で同図（ｃ）に示される最終
面形状１０７に漸近する既述の内側面１０３が形成され
る。最終工程で、同図（ｃ）に示される仕上げ面１０７
が形成される。図に例示されるように、溝形状は、第２
工程でその円筒面直径は４９．６８０ｍｍφであり、第
３工程でその円筒面直径は５０．２８０ｍｍφである。

【０００５】仕上げ面形成の前段階である同図（ｂ）に
示される内側面１０３の形成の精度が既述の通り重要で
あり、従来は、その精度を確保するために同図（ａ），
（ｂ）の２工程がかけられていた。このような２工程加
工と同じ精度又はそれ以上の精度が１工程で達成され、
工具の種類数・取替回数が減少して加工プログラムが簡
素化され、更に、加工時間が短縮されることが求められ
る。更には、同じ工程数であってもより高精度に翼溝を
加工することができることが望まれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、工程
数の削減が可能であるタービンロータ翼溝切削工具及び
タービンロータ翼溝切削方法を提供することにある。本
発明の他の課題は、切削抵抗がより少なくてより高精度
に翼溝を加工することができるタービンロータ翼溝切削
工具及びタービンロータ翼溝切削方法を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。

【０００８】本発明によるタービンロータ翼溝切削工具
は、本体軸（１）と、本体軸（１）に形成される第１刃
列（９）と、本体軸（１）に形成され本体軸（１）の軸
方向先端側に形成される第２刃列（１１）とを含み、第
１刃列（９）は第２刃列（１１）よりも軸方向逆先端側
に配置され、第１刃列（９）の最大径は第２刃列（１
１）の最大径よりも小さく、第２刃列（１１）は単位刃
列（１４）を備え、単位刃列（１４）は、先行要素刃
（１５）と、先行要素刃（１５）に回転方向に後行する
後行要素刃（１６）とを含む。単位刃列（１４）の先行
要素刃（１５）と後行要素刃（１６）は、最大径部分を
切削する時の切削抵抗を分担するので、１工程で最大径
部分を高精度に切削することができる。

【０００９】後行要素刃（１６）と先行要素刃（１５）
とは、軸方向に異なる位置に配置されていることが好ま
しい。後行要素刃（１６）と先行要素刃（１５）は、担
当する切削領域が軸方向に異なっているので、切削抵抗
の分担率がより適正になり、切削性能がより向上する。
第２刃列（１１）は３組が配置され、３組のそれぞれは
回転方向に１２０度の位相差で配置され、３組のそれぞ
れは、１つの先行要素刃（１５）と１つの後行要素刃
（１６）とをそれぞれに含む。先行要素刃（１５）の先
行要素刃前面（１７）は、ねじれ角（θ）とすくい角
（β）を有している。後行要素刃（１６）の後行要素刃
前面（２２）は、他のねじれ角（θ’）と他のすくい角
（β’）を有している。

【００１０】先行要素刃（１５）は、先端側概半分領域
（１５Ａ）と、先端側概半分領域（１５Ａ）よりも根元
側に形成される根元側概半分領域（１５Ｂ）とを備え、
根元側概半分領域（１５Ｂ）の切削抵抗は、先端側概半
分領域（１５Ａ）の切削抵抗よりも小さい。

【００１１】先端側概半分領域（１５Ａ）と根元側概半
分領域（１５Ｂ）との間には、軸直角方向に向く落差部
分が与えられている。この落差部分により切粉の幅が狭
くなって、切削性能が向上する。後行要素刃（１６）
は、他の先端側概半分領域（１６Ａ）と、他の先端側概
半分領域（１６Ａ）よりも根元側に形成される他の根元
側概半分領域（１６Ｂ）とを備え、他の根元側概半分領
域（１６Ｂ）の切削抵抗は、他の先端側概半分領域（１
６Ａ）の切削抵抗よりも小さい。

【００１２】他の先端側概半分領域（１６Ａ）は、先端
側概半分領域（１５Ａ）に対して回転方向に後行する位
置に配置され、他の根元側概半分領域（１６Ｂ）は、他
の根元側概半分領域（１６Ａ）に対して回転方向に後行
する位置に配置されている。他の先端側概半分領域（１
６Ａ）の切削抵抗は、先端側概半分領域（１５Ａ）の切
削抵抗よりも小さく、他の根元側概半分領域（１６Ｂ）
の切削抵抗は、根元側概半分領域（１５Ａ）の切削抵抗
よりも小さい。

【００１３】本発明によるタービンロータ翼溝切削方法
は、軸方向に先端側である第１領域を切削すること、第
２領域よりも軸方向に根元側であり、回転方向には第１
領域と概ね同じ位置にある第２領域を切削すること、軸
方向に先端側であり、回転方向には前記第１領域よりも
後行する位置にある第３領域を切削すること、軸方向に
根元側であり、回転方向には前記第２領域よりも後行す
る位置にある第４領域を切削すること、第１領域の切削
と、第２領域の切削と、第３領域の切削と、第４領域の
切削とを同時的に単体の切削工具で実行すること、第２
領域の切削抵抗を第１領域の切削抵抗よりも小さくする
こと、第３領域の切削抵抗を第４領域の切削抵抗よりも
小さくすることとを含む。更に、同時的にその切削を実
行した同時的切削の後に、同時的切削により形成された
溝面の仕上げ加工を実行することを含む。

【００１４】仕上げ加工により仕上げられた溝の最大内
径が５２ｍｍφより大きい場合に、精度を劣化させるこ
となく、同時的切削により形成される溝の深度を１ｍｍ
より大きくすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図に一致対応して、本発明による
タービンロータ翼溝切削工具の実施の形態は、本体軸と
ともに複数の刃列要素が設けられている。そのタービン
ロータ翼溝切削工具１０の本体軸１は、図１に示される
ように、エンドミル（図示されず）の出力回転軸（図示
されず）に取り付けられるチャックで挟まれて位置決め
される輪状溝２を外周面側に有し、その外周面は精度Δ
ΔΔのテーパ面３に形成されている。

【００１６】刃列形成部分４は、本体軸１に嵌込軸５を
介して嵌め込まれて本体軸に同体化され、又は、本体軸
１と一体に同体化される。刃列形成部分４には、２通り
の刃列が形成されている。その刃列形成部分４は、工具
先端面７とそれから距離Ｄだけ工具回転軸心線Ｌの方向
に離れた離隔面８との間の領域に形成されている。刃列
形成部分４は、工具先端面７からより遠い領域に配置さ
れる第１刃列９と、工具先端面７からより近い領域に配
置される第２刃列１１とから構成されている。

【００１７】第１刃列９は、円周方向に等角度間隔（＝
１２０度間隔）で並ぶ３つの第１刃列要素１２を備えて
いる。３つの第１刃列要素１２の第１刃列要素刃先線１
３は、許容される精度範囲で概ね同一の１円筒面に含ま
れ、且つ、工具回転軸心線Ｌに平行である。

【００１８】第２刃列１１は、図２に示されるように、
３組の単位刃列１４を備えている。３組の単位刃列１４
は、周方向に互いに１２０度の位相差をそれぞれに有し
ている。それぞれの単位刃列１４は、先行要素刃１５と
後行要素刃１６とをそれぞれに備えている。各単位刃列
で、先行要素刃１５は後行要素刃１６に対して回転方向
Ａに先行している。先行要素刃１５と後行要素刃１６と
の間には、周方向（回転方向）に位相差（例示：約６０
度）が与えられている。

【００１９】先行要素刃１５の前面（回転方向に先行す
る側の面であり、以下、先行要素刃前面１７といわれ
る）は、図３に示されるように、適正な第１ねじれ角θ
と適正な第１すくい角βを有している。先行要素刃１５
の先行要素刃前面１７は、回転方向Ａに先行する先行刃
先線１８を有している。先行刃先線１８の逆先端点１９
は、第１刃列要素刃先線１３に連続して接続することが
できる。

【００２０】先行要素刃１５は、図４に示されるよう
に、第１先端側概半分領域１５Ａと第１根元側概半分領
域１５Ｂとから形成されている。第１先端側概半分領域
１５Ａの逆先端側端部の刃先線（先行刃先線１８の一部
分）の逆先端側点と第１根元側概半分領域１５Ｂの先端
側端部の刃先線（先行刃先線１８の一部分）の先端側点
とが位置する局所的領域には、工具回転軸心線Ｌの方向
に不連続的に形成される落差部分２１が軸直角方向に落
差を持つように形成されている。第１先端側概半分領域
１５Ａの切削能力は後行する後行要素刃１６の切削能力
よりも大きく、第１根元側概半分領域１５Ｂの切削能力
は後行する後行要素刃１６の切削能力よりも小さく、特
に、第１根元側概半分領域１５Ｂが受ける切削抵抗が第
１先端側概半分領域１５Ａが受ける切削抵抗よりも比較
的に小さく設計されている。

【００２１】先行要素刃１５に後行する後行要素刃１６
の後行要素刃前面２２は、図３に示されるように、適正
な第２ねじれ角θ’と適正な第２すくい角β’を有して
いる。後行要素刃１６の後行要素刃前面２２は、回転方
向Ａに先行刃先線１８に対して後行する先行刃先線２３
を有している。後行要素刃１６は、図１に示されるよう
に、第２先端側概半分領域１６Ａと第２根元側概半分領
域１６Ｂとから形成されている。第２先端側概半分領域
１６Ａの切削能力は先行する先行要素刃１５の切削能力
よりも小さく、第２根元側概半分領域１６Ｂの切削能力
は先行する先行要素刃１５の切削能力よりも小さく、特
に、第２根元側概半分領域１６Ｂが受ける切削抵抗が第
２先端側概半分領域１６Ａが受ける切削抵抗よりも比較
的に小さく設計されている。

【００２２】図５は、翼溝の切削加工方法を示してい
る。既述の実施の形態のタービンロータ翼溝切削工具
は、エンドミルに取り付けられて、工具回転軸心線Ｌを
含む鉛直面内で水平方向に（タービンディスクの軸方向
に）走査的に送られる。図７に示されるタービンロータ
翼溝切削工具１０は、翼溝面を切削して形成している最
中にある。翼溝の最大径位置を含む図７の断面上では、
先行要素刃１５の先行刃先線１８の最大径点Ｐが半円筒
溝面に当たっている。最大径点Ｐが描く軌跡である半円
を含む領域は、主として、先行要素刃１５の第１先端側
概半分領域１５Ａにより切削される。第１根元側概半分
領域１５Ｂの切削抵抗は小さい。第１根元側概半分領域
１５Ｂにより切削されない領域又は第１根元側概半分領
域１５Ｂが切削せずに残した切削残存領域は、主とし
て、第２根元側概半分領域１６Ｂにより切削される。第
２先端側概半分領域１６Ａが受ける切削抵抗は、小さい
か又は零である。全切削抵抗の大部分は、第１先端側概
半分領域１５Ａと第１根元側概半分領域１５Ｂとに分散
される。３つの先行要素刃１５と３つの後行要素刃１６
は、全抵抗の概ね２分の１の抵抗を分担して受け持つ。

【００２３】タービンロータ翼溝切削工具１０は、図５
に示されるように、１工程又は１往復行程で、仕上げ面
３１に漸近する溝面３２を形成する。図６は、他の異な
る工具で図６に示される仕上げ面３１に仕上げ加工する
第２工程を示し、更に１．０００ｍｍの厚み分が切削さ
れる。仕上げ面３１の最大直径Ｒ’は、５０．２８０ｍ
ｍであるが、第１工程で形成される溝面の最大直径Ｒ
は、４９．２８０ｍｍφである。この場合、Δ１＝Ｒ’
−Ｒ＝１．０００ｍｍである。従来の３工程加工では、
第２工程で形成される最大直径Ｒ”は、４９．６８０ｍ
ｍであり、第３工程で仕上げられる仕上げ面の最大直径
Ｒ’は、５０．２８０ｍｍである。従来の場合、Δ２＝
Ｒ”−Ｒ’＝０．６００ｍｍである。従って、Δ２＜Δ
１。精度は、従来方法と本発明方法とで、概ね等しい。
本発明は、追加工程を必要とせず２工程で従来方法と同
一精度を達成することができるが、更に高い精度が要請
される場合には、工程を増加することができ、２工程に
限られることはない。

【００２４】各切削刃要素には、ニックが設けられ、切
削抵抗の減少と切り粉の発生状態をより適正化され得
る。切削領域を先行する先行要素刃１５に対応する先行
する切削領域と後行する後行要素刃１６に対応する切削
領域に分離・分割することにより、１つの独立した刃が
受ける抵抗をより減少し、切り粉の幅を狭くすることに
より切削精度を高くすることができる。

【００２５】従来の２工程分が１つの切削工具で実行さ
れ、切削工具の種類数が削減され、工具のコストが削減
される。その削減された分だけ、より高性能の工具を可
能にする高価な材料を使用することができる。そのよう
な高価な工具材料として、ハイスが例示される。

【００２６】

【発明の効果】本発明によるタービンロータ翼溝切削工
具及びタービンロータ翼溝切削方法は、工程数の削減化
又は高精度化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によるタービンロータ翼溝切削
工具の実施の形態を示す正面断面図である。

【図２】図２は、図１の側面図である。

【図３】図３は、刃先線を示す平面図である。

【図４】図４は、刃と翼溝の位置関係を示す断面図であ
る。

【図５】図５は、本発明によるタービンロータ翼溝切削
方法を示す断面図である。

【図６】図６は、図５の次のステップを示す断面図であ
る。

【図７】図７は、工具と翼溝の他の位置関係を示す平面
断面図である。

【図８】図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、公知工具と翼
溝の位置関係をステップ毎にそれぞれに示す平面断面図
である。

【符号の説明】

１…本体軸 ９…第１刃列 １１…第２刃列 １４…単位刃列 １５…先行要素刃 １６…後行要素刃 １７…先行要素刃前面 １５Ａ…先端側概半分領域 １５Ｂ…根元側概半分領域 １６Ａ…他の先端側概半分領域 １６Ｂ…他の根元側概半分領域 ２２…後行要素刃前面 θ，θ’…ねじれ角 β，β’…すくい角

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体軸と、 前記本体軸に形成される第１刃列と、 前記本体軸に形成され前記本体軸の軸方向先端側に形成
   される第２刃列とを含み、 前記第１刃列は前記第２刃列よりも軸方向逆先端側に配
   置され、 前記第１刃列の最大径は前記第２刃列の最大径よりも小
   さく、 前記第２刃列は単位刃列を備え、 前記単位刃列は、 先行要素刃と、 前記先行要素刃に回転方向に後行する後行要素刃とを含
   むタービンロータ翼溝切削工具。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記後行要素刃と前記先行要素刃とは、軸方向に異なる
   位置に配置されているタービンロータ翼溝切削工具。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記第２刃列は３組が配置され、 前記３組のそれぞれは回転方向に１２０度の位相差で配
   置され、 前記３組のそれぞれは、１つの先行要素刃と１つの後行
   要素刃とをそれぞれに含むタービンロータ翼溝切削工
   具。
4. 【請求項４】請求項１において、 前記先行要素刃の先行要素刃前面は、ねじれ角とすくい
   角を有しているタービンロータ翼溝切削工具。
5. 【請求項５】請求項４において、 前記後行要素刃の後行要素刃前面は、他のねじれ角と他
   のすくい角を有しているタービンロータ翼溝切削工具。
6. 【請求項６】請求項１において、 前記先行要素刃は、 先端側概半分領域と、 前記先端側概半分領域よりも根元側に形成される根元側
   概半分領域とを備え、 前記根元側概半分領域の切削抵抗は、前記先端側概半分
   領域の切削抵抗よりも小さいタービンロータ翼溝切削工
   具。
7. 【請求項７】請求項６において、 前記先端側概半分領域と前記根元側概半分領域との間に
   は、軸直角方向に向く落差部分が与えられているタービ
   ンロータ翼溝切削工具。
8. 【請求項８】請求項７において、 前記後行要素刃は、 他の先端側概半分領域と、 前記他の先端側概半分領域よりも根元側に形成される他
   の根元側概半分領域とを備え、 前記他の根元側概半分領域の切削抵抗は、前記他の先端
   側概半分領域の切削抵抗よりも小さいタービンロータ翼
   溝切削工具。
9. 【請求項９】請求項８において、 前記他の先端側概半分領域は、前記先端側概半分領域に
   対して回転方向に後行する位置に配置され、 前記他の根元側概半分領域は、前記他の根元側概半分領
   域に対して回転方向に後行する位置に配置されているタ
   ービンロータ翼溝切削工具。
10. 【請求項１０】請求項９において、 前記他の先端側概半分領域の切削抵抗は、前記先端側概
    半分領域の切削抵抗よりも小さく、 前記他の根元側概半分領域の切削抵抗は、前記根元側概
    半分領域の切削抵抗よりも小さいタービンロータ翼溝切
    削工具。
11. 【請求項１１】軸方向に先端側である第１領域を切削す
    ること、 前記第２領域よりも軸方向に根元側であり、回転方向に
    は前記第１領域と概ね同じ位置にある第２領域を切削す
    ること、 軸方向に先端側であり、回転方向には前記第１領域より
    も後行する位置にある第３領域を切削すること、 軸方向に根元側であり、回転方向には前記第２領域より
    も後行する位置にある第４領域を切削すること、 前記第１領域の切削と、前記第２領域の切削と、前記第
    ３領域の切削と、前記第４領域の切削とを同時的に単体
    の切削工具で実行すること、 前記第２領域の切削抵抗を前記第１領域の切削抵抗より
    も小さくすること、 前記第３領域の切削抵抗を前記第４領域の切削抵抗より
    も小さくすることとを含むタービンロータ翼溝切削方
    法。
12. 【請求項１２】請求項１１において、 更に、同時的に前記切削を実行した同時的切削の後に、
    前記同時的切削により形成された溝面の仕上げ加工を実
    行することを含むタービンロータ翼溝切削方法。