JP2004154932A - 機械加工に使用するための工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な形状を機械加工する改良された工具を提供する。
【解決手段】 翼形状などの複雑な形状を基材に超砥粒で機械加工するために使用ｓれるクイル１０は、軸部１２、軸部１２に隣接する拡大頭部１４、拡大頭部１４に隣接するテーパ状の研削部１６を有する。研削部１６は、ダイアモンドおよび立方晶窒化ホウ素よりなる群より選択されるグリット材の層を有している。好ましい実施形態では、クイル１０は、研削部１６の上にビトリファイドないしメッキされた立方晶窒化ホウ素クイルである。
【選択図】 図１

Description

本発明はニッケル合金やチタン合金などの材料で複雑な翼形状を機械加工するための工具および方法に関するものである。

従来、エアフォイルの形状つまり翼形状は、様々な異なる技術を用いて機械加工されている。これらの技術には、フランクミリング（flank milling）、電気化学的研磨（ＥＣＭ）、および従来のポイントミリングなどが含まれる。しかしながらこれらの技術は時間がかかり、またこれらに使用される工具は、特にニッケル合金のような硬化合金材料においては耐用寿命があまり長くない。ミリング工程の際に生ずる切削抵抗は結果としてワークピース上に高い負荷をもたらし、その高い負荷が翼の撓み（変形）やチャターを生ずる結果となり、また表面仕上げが不良となる。また、これらの技術を用いて部品の要求を満たす表面仕上げを作り出すためには手磨きやメディア仕上げ（media finishing）などの追加の加工が必要となる。

よって、より負荷が小さく且つより短時間で複雑な翼形状を機械加工する改良された工具および改良された方法が求められている。

従って本発明の目的は、負荷がより小さく、且つ時間がより短く、また表面仕上げが改善される、複雑な形状を機械加工するための改良された工具を提供することにある。
本発明の他の目的は、従来の工具よりも耐用寿命がより長い、上述の工具を提供することにある。
本発明の別の目的は、複雑な形状を機械加工するための改良された方法を提供することにある。

上述の目的は本発明の工具および方法によって達成される。

本発明によれば、超砥粒（スーパーアブレイシブ）の機械加工に使用される工具が提供される。この工具は、概略的には、軸部（シャフト部）、軸部に隣接する拡大頭部（拡径ヘッド部）、拡大頭部に隣接するテーパ状の研削部（研磨部）を有して構成されるものである。テーパ状の研削部はダイアモンドおよび／または立方晶窒化ホウ素よりなる群から選択されたグリット材料の層を有している。グリット（研削粒）材料は研削部に電気メッキされる。仕上げ削り用の工具はビトリファイドクイル（ガラス状クイル）である。

本発明によれば、基材に翼形状を超砥粒で機械加工する方法が提供される。この方法は、概略的には、軸部、拡大頭部、グリット材料の層を有するテーパ状の研削を有する工具を用意するステップ、研削スピンドル内に軸部を挿入するステップ、４０，０００ＲＰＭから９０，０００ＲＰＭの範囲のスピンドル速度（回転軸速度）で工具を回転させるステップ、およびこの工具を基材材料に接するように配置するステップ、を有してなる。

本発明の工具および方法の他の詳細、および他の目的ならびにこれに伴う特長は、以下の詳細な説明および添付図面に説明されている。添付図面において、類似の参照符号は類似の要素を表す。

添付図面を参照して、図１は、ニッケル合金、チタン合金、およびステンレススチールの群から選択された基材材料に複雑な翼形状を機械加工するためのフランクスーパーアブレイシブ機械加工用の工具である、クイル１０が例示されている。この工具１０は、軸部１２、拡大頭部１４、およびテーパ状（先細り状）の研削部１６を有している。テーパ状の研削部１６は隅肉部つまりフィレット部１８によって拡大頭部１４に接合される。

工具１０の軸部１２は、ミリングマシンつまりフライス盤の研削スピンドル内に嵌合される。工具１０は、この工具がその回りで回転する縦軸２０を有している。軸部１２および拡大頭部１４にはそれぞれ、レンチに適合するための複数のフラット部つまり平面部２２が設けられている。

工具１０は、スチール材料などの従来公知の適切ないずれかの材料から形成される。

研削部１６は、ダイアモンドおよび立方晶窒化ホウ素よりなる群から選択されたグリット材料２４の層を有している。グリット材料２４は、研削部１６の全長の上に延在してもよいし、あるいは研削部の一部上のみに延在してよい。工具の好ましい実施形態では、グリット材料２４は、テーパ状の研削部１６の先端２５から部分２７まで延在する。その長さはテーパ状の研削部１６の長さの約７０％から７５％の長さである。

グリット材料２４は、好ましくは、４０から４００の範囲のグリットサイズを有しており、好ましくは４５から３２５の範囲のグリットサイズを有している。グリット材料２４はテーパ状の研削部１６の上に電気メッキあるいはろう付けされる。例えば、グリット材はテーパ状のグラインディング部１６の上にメッキされた立方晶窒化ホウ素である。仕上げ削り用には、工具はグラインディング部１６の上にビトリファイドグリット材料（ガラス状グリット材料）の層を有するダイアモンド工具、あるいはビトリファイド立方晶窒化ホウ素工具である。仕上げ削りには研削部１６へ施されたビトリファイドグリットを用いるのが好ましい。クイル１０が振れが少なく仕上げられ、そのため、より望ましい表面仕上がりとなるからである。加えて、グリットが磨耗した際には、手直しあるいは研がれて、表面仕上げが改善される。ビトリファイドグリット材はガラス型のセラミックボンド材を有しており、このセラミックボンド材が超砥粒グリットを共に保持し且つその下にある工具基材に接合する。

複雑な翼形状を基材材料３０に形成するため、工具１０は多軸工作機械３２内の研削スピンドル内に挿入される。次いで工具１０は、４０，０００ＲＰＭから９０，０００ＲＰＭの範囲の回転軸速度で工作機械３２によってそれの縦軸２０の周りを回転させられる。工具は、工具１０およびワークピースすなわち基材材料３０の上に油性または水性の潤滑剤を分配するノズル（図示せず）によって、冷却および注油される。工具１０は次いで基材材料３０と接触するように移動され、所望の複雑な形状、例えば翼形状、を形成するために動かされる。工具１０と工作機械３２の動きは多方向にツール経路を生成するソフトウエアによって管理される。使用される特定のソフトウエアは作られる部品によって異なる。形成される形状は一体型のブレードロータないしブリスク（blisk）のような任意の翼形状である。

本発明の方法は、従来のフランクミリング、ＥＣＭあるいは従来のポイントミリング技術よりも、短い機械加工時間で、１０マイクロインチ以下の非常に細かな表面仕上げを作ることが可能である点が特長である。本発明の方法は負荷がより小さいのでチャターや撓みが少ない。本発明のスーパーアブレイシブ機械加工クイル工具は、一体型ブレード付ロータを作るために使用されている従来の方法において用いられる工具よりもより長く持続する。

本発明によれば、上述した各目的、手段、および特長を完全に満足するフランクスーパーアブレイシブ機械加工用の工具が提供されることは明らかである。なお、上記説明では本発明を特定の実施形態例に関して説明したが、上記説明から当業者にはその他の代替、変更、および変形は自明である。従って、添付の特許請求の範囲の広い範囲はこれらの代替、変更および変形を包含するように意図されている。

本発明による工具の図式的な説明図である。 工作機械内に配置され且つ基材材料にスロットを形成する、図１の工具を例示した説明図である。

符号の説明

１２ 軸部
１４ 拡大頭部
１６ 研削部
１８ フィレット部

Claims (14)

1. 超砥粒の機械加工に使用するための工具であって、
   軸部と、
   軸部に隣接する拡大頭部と、
   前記拡大頭部に隣接するテーパ状の研削部とを有してなり、
   前記研削部が、ダイアモンドおよび立方晶窒化ホウ素よりなる群から選択されたグリット材料層を有する、ことを特徴とする工具。
2. 前記グリット材料が前記テーパ状の研削部上に電気メッキされている、ことを特徴とする請求項１記載の工具。
3. 前記グリット材料が前記テーパ状の研削部上にろう付けされている、ことを特徴とする請求項１記載の工具。
4. 前記グリット材料が前記テーパ状の研削部上にメッキされた立方晶窒化ホウ素である、ことを特徴とする請求項１記載の工具。
5. 前記グリット材料がビトリファイド立方晶窒化ホウ素材料である、ことを特徴とする請求項１記載の工具。
6. 前記拡大頭部がフィレット部によって前記テーパ状の研削部に接合されている、ことを特徴とする請求項１記載の工具。
7. 前記軸部および前記拡大頭部がそれぞれ、レンチと適合するための複数の平面部を有している、ことを特徴とする請求項１記載の工具。
8. 前記グリット材料が４０から４００の範囲のグリットサイズを有している、ことを特徴とする請求項１記載の工具。
9. 前記グリット材料が４５から３２５の範囲のグリットサイズを有している、ことを特徴とする請求項１記載の工具。
10. 基材に複雑な形状を機械加工するための方法であって、
    軸部と、軸部に隣接する拡大頭部と、拡大頭部に隣接するテーパ状の研削部と、テーパ状の研削部上のグリット材料層とを有する工具を用意するステップと、
    研削用スピンドル中に前記工具の軸部を挿入するステップと、
    ４０，０００ＲＰＭから９０，０００ＲＰＭの範囲のスピンドル速度で前記工具を回転させるステップと、
    前記回転する工具を基材の材料に接するように配置するステップとを有してなる、ことを特徴とする方法。
11. 前記工具および前記基材材料の上に潤滑剤を噴射するこステップをさらに有してなる、ことを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 前記工具を用意するステップが、前記研削部上にビトリファイド立方晶窒化ホウ素またはメッキされた立方晶窒化ホウ素を有する工具を用意するステップを有してなる、ことを特徴とする請求項１０記載の方法。
13. 前記回転する工具を移動させて、前記基材の材料に複数の翼形状を形成するステップをさらに有してなる、ことを特徴とする請求項１０記載の方法。
14. 複数の翼形状を有する部品を形成するための方法であって、
    ビトリファイドグリット材料層を備えたテーパ状の研削部を有するビトリファイド立方晶窒化ホウ素クイルまたはメッキされた立方晶窒化ホウ素クイルを用意するステップと、
    多軸フライス盤に使用される研削スピンドル内にクイルの端部を配置するステップと、
    ４０，０００ＲＰＭから９０，０００の範囲の回転軸速度でで前記クイルを回転させるステップと、
    ニッケル合金、チタン合金、およびスチールからなる群から選択された基材材料に接するように回転するクイルを配置するステップとを有してなる、ことを特徴とする方法。

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