JP2004358657A - 一体式のデータムロケータを有する固定治具 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つの部品を正確に位置決めして単一のワークステーションにおける該部品の複数機械加工作業を可能にするようになった固定治具（１０）を提供する。
【解決手段】 本固定治具（１０）は、第１の部品を固定するための第１の部分（１４）と第２の部品を固定するための第２の部分（１６）とを有するバックボーン部（１２）を含む。第１及び第２の部分は各々、バックボーン部から外向きに延びかつその各々が基準面で終る一体形のローブ（２２）及びフィンガ（１８）と共に付加的な基準面をさらに含み、それらが全体として第１及び第２の部分の両方に沿ってデータムロケータの組を形成する。データムロケータの各組は、互いに所定の間隔及び配向で２つの部品を正確に位置決めする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、総括的には精密公差データムロケータを有する固定治具に関し、より具体的には単一の製作ステーションにおいて複数部品に複数の製作作業を行うために用いる一体式の精密公差データムロケータを有する固定治具に関する。

部品、特にガスタービンエンジンブレード及びベーンのような入り組んだ複雑な形状をさらに有する、精密公差に機械加工される部品の製作においては、部品を固定するようになったツーリング固定治具が必要である。製作ステーションを代表するこのような固定治具は、典型的には、該製作ステーションにおいて行われる製作工程に対して部品を正確に位置決めしかつ固定するために、より一層精密な公差に機械加工されたデータム（基準）と呼ばれる３つの基準接触面を含む。通常、部品を製作するには複数のステーションが必要であり、一般的には各製作工程に対して１つのステーションが必要である。固定治具においてはより精密な基準公差を維持することができるが、製作ステーションの各々においては付加的な公差の増大がほとんど不可避的に生じて、部品は所望の寸法からの大きな寸法偏差をもつことになる。部品公差の増大及び固定治具作製に関連する高いコストのため、部品を製作するのに必要な固定治具の数を最少にすることが望ましい。

望ましいものは、同時に複数の機械加工作業をするために少なくとも２つの部品を固定できる少なくとも２組の精密公差基準面を有する、単一の製作ステーションにおける一体形の固定治具である。

本発明は固定治具に関し、本固定治具は、少なくとも２つの部品を該部品間の所定の間隔及び配向で正確に位置決めし、機械加工手段を固定治具に沿って導いて該少なくとも２つの部品に対して少なくとも１つの機械加工作業を同時に行うことを可能にするようになっている。固定治具には、第１の部品を固定するための第１の部分と第２の部品を固定するための第２の部分とを有するバックボーン部が組み込まれる。第１及び第２の部分は各々、それらに形成された、第１及び第２の部品を正確に位置決めするための一体形の３つの正確に位置決めされた基準面の組をさらに含む。

本発明の利点は、必要な固定治具の数を削減することにより、部品の製作時に生じる部品公差の増大を減少させる固定治具が得られることである。

本発明の別の利点は、部品を製作するのに必要な製作ステーションの数を削減する固定治具が得られることである。

本発明のさらに別の利点は、部品を製作するのに必要な機械加工ツールの数を削減する固定治具が得られることである。

本発明のさらに別の利点は、公差はずれの部品の再加工が減少することである。

本発明のその他の特徴及び利点は、本発明の原理を実例として示す添付の図面と共になされる好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。本発明の利点及び目的の中でも特に優れた点は、部品の製作に必要な固定治具の数を削減するように複数の部品に適用可能な固定治具が得られることである。

可能な場合には常に、図面全体を通して同じ又は類似の部品を説明するのに同一の参照符号を用いている。

図面を参照すると、図１は、本発明の好ましい形態の正面図を示し、この図では、本発明に従って構成されかつ本発明を実施した固定治具をその全体を符号１０で示している。固定治具１０は、単一の製作ステーションを代表し、その中にそれぞれ第１のブレード３８及び第２のブレード４０を位置決めするための第１の部分１４及び第２の部分１６を有するバックボーン部１２を含む。後でより詳細に説明する単一の製作ステーションにおける複数の機械加工作業に備えて、第１の部分１４は第１のブレード３８を正確に位置決めするための基準（データム）面２６、３０及び３４を含み、第２の部分１６は第２のブレード４０を正確に位置決めするための基準面２８、３２及び３６を含む。

図１及び図２を参照すると、固定治具１０は、ブレード３８、４０が機械加工されている間に固定治具１０をそのそれぞれの製作ステーションに固定するための近位端１１を含む。第１の部分１４に沿いかつ近位端１１に隣接して、ローブ２２がバックボーン部１２から外向きに延びる。ローブ２２は、第１のブレード３８のダブテールとも呼ばれる基部５０に接触しかつ該基部を正確に位置決めする基準面３４で終る。バックボーン部１２に沿ってその遠位端１３に向かう方向にさらに進むと、フィンガ１８が、バックボーン部１２の背面１７と対向する正面１５から外向きに延び、第１の部分１４に沿ってバックボーン部１２からさらに外方に延びて、第１のブレード３８のベント部分４６に接触しかつ該ベント部分を正確に位置決めする基準面３０で終る。バックボーン部１２に沿って遠位端１３に向かう方向にさらに進むと、第１の部分１４に沿いかつ遠位端１３に隣接して設置された基準面２６が、第１のブレード３８のシュラウド４２に接触しかつ該シュラウドを正確に位置決めする。第１のブレード３８が基準面２６、３０及び３４に対して全体として位置決めされると、このステーションでの製作作業の間、クランプ手段（図示せず）で第１のブレード３８をこの位置に固定する。

次ぎに、バックボーン部１２の第２の部分を説明する。バックボーン部１２の第２の部分１６に沿いかつ近位端１１に隣接して、第２のブレード４０のシュラウド４４に接触しかつ該シュラウドを正確に位置決めする基準面２８が設置される。バックボーン部１２に沿って遠位端１３に向かう方向にさらに進むと、フィンガ２０が、バックボーン部１２の正面１５から外向きに延び、第２の部分１６に沿ってバックボーン部１２からさらに外方に延びて、第２のブレード４０のベント部分４８に接触しかつ該ベント部分を正確に位置決めする基準面３２で終る。バックボーン部１２に沿って遠位端１３に向かう方向にさらに進むと、第２の部分１６に沿いかつ遠位端１３に隣接して、バックボーン部１２から外向きに延びるローブ２４が設置される。ローブ２４は、第２のブレード４０の基部５２に接触しかつ該基部を正確に位置決めする基準面３６で終る。第２のブレード４０が基準面２８、３２及び３６に対して全体として位置決めされると、このステーションでの製作作業の間、クランプ手段（図示せず）で第２のブレード４０をこの位置に固定する。

この好ましい実施形態では、第１及び第２のブレード３８、４０は、同一の部品である。同様に、基準面２６、３０及び３４は各々、基準面２８、３２及び３６に対応する。つまり、これらの組の基準面の各々は、全体として互いに所定の間隔及び配向で第１及び第２のブレード３８、４０の同一部分に接触しかつ該同一部分を正確に位置決めする。各ブレード３８、４０は、ブレードのダブテール５０からシュラウド４２までの中心を通る軸線５４、５６を含む。第１のブレード３８と第２のブレード４０との間の配向の違いは、第２のブレード４０が、該第２のブレード４０の真ん中を通るその軸線５６の周りで第１のブレード３８に対して１８０°回転していることである。この配向は、図１〜図３における第１のブレード３８及び第２のブレード４０の配向を見れば明らかである。同様に、第１のブレード３８を該第１のブレード３８の真ん中を通る第１の軸線５４の周りで１８０°回転させることにより、第１のブレード３８は第２のブレード４０の配向と一致する。

一巻きの典型的には真鍮であるワイヤを用いるワイヤ放電加工（「ＥＤＭ」）のようなツール形成方法の最新技術を用いれば、固定治具１０は、各々が基準位置から＋／−０．００２７mm（０．０００１インチ）の公差を有する一体形の基準面２６、２８、３０、３２、３４及び３６を形成するように、該固定治具１０の輪郭に沿って所望の経路を気化させることにより成形される。この高い精度により、いずれも上述したように、複数組の基準面が公差の増大を生じることなく単一の固定治具に組み入れられることが可能になり、さらに大きなコスト節減をもたらす。

次ぎに、単一のステーションで複数機械加工を行うことを可能にする方法について説明する。図４〜図６の目的において、記号表示Ａ、Ｂ及びＣは、製作過程の間にそれぞれ異なる時に固定治具１０内に順次導入される３つの同一のブレードを表す。記号表示Ａ’及びＢ’は、上述したように、固定治具１０の第１の部分１４に最初に取付けられた配向から１８０°回転させたそれぞれブレードＡ及びＢを表す。

ここで図４を参照すると、操作者（図示せず）はブレードＡを取付けるが、それは固定治具１０の第１の部分１４に沿って基準面２６、３０及び３４に対してブレードＡを位置決めしかつ少なくとも１つのクランプ手段（図示せず）を用いて該ブレードＡを固定することを含む。典型的には、クランプ手段は、油圧、空気圧、ばね保持又は任意の型の他の機械的装置によって制御可能に駆動される少なくとも１組のアームを含み、該アームは、ブレードＡ及び固定治具１０が互いの方向に向かうようにブレードＡと固定治具１０のバックボーン部１２との対向する側面に制御可能な押圧力を与えて、ブレードＡが固定治具１０の第１の部分１４のそれぞれの基準面２６、３０及び３４に対して位置決めされることを保証する。典型的には２組のクランプ手段を使用して、ブレードＡを基準面２６、３０及び３４に対して所定の位置に位置決めしかつ固定する。高圧作動油を用いて駆動される油圧作動式クランプ手段を用いて、該クランプ手段の高いレベルの押圧力を加える能力により基準面２６及び３０に対してブレードＡのシュラウド４２に隣接する部分を位置決めしかつ固定するのが好ましい。後述するように、これらの基準面は機械加工されるシュラウド４２に隣接しているので、ブレードＡのこの部分を基準面２６及び３０に対して移動不能にするために、このような高い押圧力が必要である。換言すれば、クランプ手段は、シュラウド４２の機械加工によって生じる反力に耐えるために基準面２６及び３０とブレード３８との間に充分な押圧力を作用させなければならない。同様に、第２のクランプ手段を使用して、同じように基準面３４に対して基部５０を位置決めしかつ固定するのが好ましい。しかしながら、基部５０を基準面３４に対して移動不能にするためには比較的低いレベルの押圧力が必要とされるので、油圧作動式クランプ手段よりも低い範囲の押圧力を提供する空気圧作動式クランプ手段、又は一般的に空気圧作動式クランプ手段よりも小さい押圧力の範囲を提供するばね保持クランプ手段を代わりに用いることができる。

ブレードＡが固定されると、研削砥石のような機械加工手段５８を移動方向６０に沿って固定治具１０の方向に導いて、機械加工手段５８内に形成した機械加工部６２により、ブレードＡの基部６６に対する機械加工作業が行われるようになる。基部６６に対する機械加工作業が完了すると、操作者は、ブレードＡを固定しているクランプ手段を開放し、ブレードＡを第１の部分１４から取外す。次ぎに操作者は、上述したようにブレードＡを１８０°回転させて、今度はブレードＡがブレードＡ’になり、図５に示すようにブレードＡ’を取付けるが、それは、上述のように固定治具１０の第２の部分１６に沿って基準面２８、３２及び３６に対してブレードＡ’を位置決めしかつクランプ手段を用いて該ブレードＡ’を固定することを含む。さらに、固定治具１０の第１の部分１４に沿ってブレードＡを取付けたのと同じように、操作者は、固定治具１０の第１の部分１４に沿ってブレードＢを取付ける。

再び図５を参照すると、ブレードＡ’及びＢが固定治具１０に取付けられると、機械加工手段５８を移動方向６０に沿って固定治具１０の方向に再び導いて、ブレードＡ’及びＢの両方に対して同時機械加工作業が行われるようになる。機械加工部６２はブレードＢのシュラウド６８に対して機械加工作業を行い、また機械加工手段５８内に形成した機械加工部６４はブレードＡ’の基部７０に対して機械加工作業を行う。

図５及び図６を参照すると、ブレードＡ’のシュラウド７０及びブレードＢの基部６８に対する機械加工作業が完了すると、操作者は、ブレードＡ’を固定しているクランプ手段を開放し、ブレードＡ’を第２の部分１６から取外し、必要に応じて、別の製作ステーションでの次の製作作業のためにブレードＡ’を脇に置く。操作者は、次に第１の部分１４に沿って第２のブレードＢを固定しているクランプ手段を開放し、ブレードＢを第１の部分１４から取外し、上述のようにブレードＢを１８０°回転させて、今度はブレードＢがブレードＢ’になり、固定治具１０の第２の部分１６に沿ってブレードＢ’を取付ける。最後に、操作者は、固定治具１０の第１の部分に沿ってブレードＣを取付ける。

ブレードＢ’及びＣが固定治具１０内に取付けられると、機械加工手段５８を移動方向６０に沿って固定治具１０の方向に再び導いて、ブレードＢ’及びＣの両方に対して同時機械加工作業が行われるようになる。つまり、機械加工部６２はブレードＣのシュラウド７２に対する機械加工作業を行い、また機械加工部６４はブレードＢ’の基部７４に対する機械加工作業を行う。本方法を用いて、追加のブレードを機械加工することもできる。

第１及び第２のブレード３８、４０は、この好ましい実施形態では同じ部品であるが、これらの部品は、全く同じである必要はないことが当業者には明らかである。つまり、好ましくは同じ機械加工手段５８を用いて機械加工作業ができるように構成にされた異なる長さのブレードに付加的に対応するために、バックボーン部１２の第１及び第２の部分１４、１６に沿ってさらに基準面を追加することも可能である。同様に、本発明は、タービンロータブレードを固定するための固定治具を指向しているが、基準面によって位置決めすることができる任意の型の部品に使用し得ることは明らかである。その上に、本発明は切削砥石のような機械加工手段を指向しているが、任意の切刃、研削材、高圧流体切削流、高温又は高エネルギー切削ビーム或るいは部品の形削りを行うために用いることが可能な任意の他の製作方法が考えられる。さらに、この好ましい実施形態では、互いに対して所定の間隔及び１８０°の配向で第１及び第２のブレードを固定しているが、異なる配向を用いることができる部品の幾何学的形状とすることもできる。その上、この好ましい実施形態は２つの部品を固定する固定治具を指向しているが、固定治具を広げて例えばそれぞれ第３及び第４の部品を固定する第３及び第４の部分を付加的に含むか、又は第１及び第２の固定治具が互いに一体形でありかつ機械加工手段５８を受けるように整列しているような、第１の固定治具（本発明の固定治具）とほぼ同一の第２の固定治具を「ピギーバック式にする」かのいずれかによって、固定治具は、２つ以上の部品に適応するように構成することができるのは明らかである。最後に、本発明を使用する方法に関して、操作者又は自動化システムによる固定治具への部品の取付け及び／又は固定治具からの部品の取外しの順序は、重要ではなく、機械加工プロセスに先立って部品が固定される限りいかなる順序で行ってもよい。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができまた均等物で本発明の要素を置き換えることができることは当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

２つの部品を加工のために固定する本発明の固定治具の正面図。 図１の固定治具の斜視図。 図１の固定治具の背面図。 固定治具が１つの部品を固定している第１の製作工程の斜視図。 固定治具が２つの部品を固定している次の製作工程の斜視図。 固定治具が２つの部品を固定しているさらに次の製作工程の斜視図。

符号の説明

１０ 固定治具
１１ 近位端
１２ バックボーン部
１３ 遠位端
１４ 第１の部分
１５ 正面
１６ 第２の部分
１８、２０ フィンガ
２２、２４ ローブ
２６、２８、３０、３２、３４、３６ 基準面
３８ 第１のブレード
４０ 第２のブレード
４２、４４ シュラウド
４６、４８ ベント部分
５０、５２ 基部

Claims (10)

1. 複雑な幾何学的形状を有する少なくとも２つの部品を該部品間の所定の間隔及び配向で正確に位置決めし、製作手段（５８）を固定治具（１０）に沿って導いて該少なくとも２つの部品の各々に対して少なくとも１つの製作作業を同時に行うことを可能にするようになった固定治具（１０）であって、
   第１の部品をそれに固定するための第１の部分（１４）と第２の部品をそれに固定するための第２の部分（１６）とを有するバックボーン部（１２）と、
   互いにかつ少なくとも前記第１及び第２の部品の基準表面に対応する、前記第１の部分（１４）及び前記第２の部分（１６）の各々に形成された少なくとも３つの正確に位置決めされた基準面と、
   前記第１の部品及び前記第２の部品の基準表面が製作作業の実行中に前記第１の部分（１４）及び前記第２の部分（１６）の基準面にしっかりと固定された状態に保たれるように、前記第１の部品及び前記第２の部品を前記第１の部分（１４）及び前記第２の部分（１６）に取付けるための手段と、
   を含む固定治具（１０）。
2. 前記製作手段（５８）が研削砥石である、請求項１記載の固定治具（１０）。
3. 前記製作手段（５８）が少なくとも１つの切刃である、請求項１記載の固定治具（１０）。
4. 前記製作手段（５８）が高圧流体切削流である、請求項１記載の固定治具（１０）。
5. 前記製作手段（５８）が高エネルギー切削ビームである、請求項１記載の固定治具（１０）。
6. 前記部品が同一である、請求項１記載の固定治具（１０）。
7. 前記部品がガスタービンエンジンブレードである、請求項１記載の固定治具（１０）。
8. 前記部品がガスタービンエンジンベーンである、請求項１記載の固定治具（１０）。
9. 前記第１及の部分（１４）及び前記第２の部分（１６）の各々に形成された前記少なくとも３つの正確に位置決めされた基準面が、ワイヤ放電加工によって形成されている、請求項１記載の固定治具（１０）。
10. 前記少なくとも３つの正確に位置決めされた基準面の各々が、基準位置から＋／−０．００２７mmの公差を有する、請求項９記載の固定治具（１０）。

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