JP2006198766A - 一体形ブレードを備えたロータの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】それと一体形になった一連のブレード（１２、１３）を備えたロータ（１０）を得るために、一体形の又はインサートを備えたカッタのような回転式ツール（２０）によって半加工製品を加工する方法を提供する。
【解決手段】一体刃若しくは植刃などの回転式ツール（２０）によって半加工製品上に一連の空洞（１４、１５）を形成して一連のブレード（１２、１３）を形成する段階（ａ）を含み、この段階（ａ）は、半加工製品内に穴（１７）を形成する段階（ｂ）と、その回転軸線に沿って回転式ツール（２０）を前進させることによって半加工製品から材料を除去する段階（ｃ）とを含み、回転式ツール（２０）の回転軸線は、穴（１７）の軸線に対して心ずれしている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一連のブレードと一体型になったロータを得るために例えばチップ除去法によって半加工製品を加工する方法に関する。

ロータの製造方法は、単一部品として製造され、中心環状部分と該中心環状部分に結合されかつそれと一体形になった一連の半径方向ブレードとを含むロータについて具体的に説明する。

圧縮機又はタービンのロータを製造する現在の方法は、一連のブレードを製作するために一連の空洞を形成することを含む。

空洞は、例えば中実円筒体のような出発半加工品をトリミングすることによって形成される。

トリミングというのは、機械的な切削作業を意味し、この切削作業では、モータ駆動式ツールが該ツール自体の軸線に対して直角方向の送り動作によって半加工品からチップを漸次除去する。

つまり、材料は、モータ駆動回転式ツールの主軸線に対して直角方向の移動に従って漸次除去される。

現行の製造方法の欠点の１つは、モータ駆動回転式ツールを主軸線に対して直角方向に移動させることによってモータ駆動式ツールのカッタに応力が生じ、これによりツール自体が曲がるようになる。

このことは、最初に半加工品の加工公差の誤差を引き起こし、そのことにより、ロータの最終幾何学形状を変化させ、その結果としてロータ自体の空気力学的特性における悪化を招く。

さらに、ツールの曲がりは、機械に対して振動を発生させ、ロータ自体の加工誤差が結果的に増大するような状態でモータ駆動式ツールが機械に対して組み込まれることになる。

従って、これらの方法は、回転式ツールの軸線に対して直角方向である移動による半加工品のトリミング又は切削段階を含む。

しかしながら、これは、半加工品に応力を引き起こし、ロータブレードの機械特性を悪化させるという不具合を生じる。

本発明の目的は、圧縮機又はタービンに適用することができかつその一連のブレードを備えた単一部品で作ったロータの製造のための半加工品の加工方法であって、ロータ自体の形成のための回転式ツールの曲がりを防止する加工方法を提供することである。

別の目的は、圧縮機又はタービンに適用することができかつその一連のブレードを備えた単一部品で作ったロータの製造のための半加工品の加工方法であって、それからロータが得られる半加工品における加工誤差を低減しかつ同時に加工時間を短縮した状態に維持することを可能にする加工方法を提供することである。

さらに別の目的は、圧縮機又はタービンに適用することができかつその一連のブレードを備えた単一部品で作ったロータの製造のための半加工品の加工方法であって、チップ除去機械作業によって生じる応力を最低限度まで低下させることを可能にする加工方法を提供することである。

さらに別の目的は、圧縮機又はタービンに適用することができかつその一連のブレードを備えた単一部品からなるロータの製造のための半加工品の加工方法であって、製造時間及びロータ自体のコストを低減することを可能にする加工方法を提供することである。

付加的な目的は、圧縮機又はタービンに適用することができかつその一連のブレードを備えた単一部品からなるロータの製造のための半加工品の加工方法であって、簡単かつ経済的である加工方法を提供することである。

本発明によるこれらの目的はことを特徴とする請求項１に記載するような、一連のブレードを一体形に有するロータを得るための半加工品の加工方法を実施することによって達成される。

本発明の更なる特徴は、後続の請求項において示している。

本発明による、それと一体形になった一連のブレードを備えたロータを得るための半加工品の加工方法の特徴及び利点は、添付した概略図面を参照しながら以下の例示的かつ非限定的な説明を読むことにより一層明らかになるであろう。

図を参照すると、一体形または植刃カッタのような回転式ツール２０によって、それと一体形になった一連のブレード１２及び１３を備えたロータ１０を得るために半加工品の加工する方法を提供し、本加工方法は、回転式ツール２０によって半加工製品上に一連の空洞１４、１５を形成して一連のブレード１２、１３を形成する段階（ａ）を含む。
段階（ａ）は、半加工製品内に穴１７を形成する段階（ｂ）と、その回転軸線に沿って回転式ツール２０を前進させることによってチップを除去する段階（ｃ）とを含み、回転式ツール２０の軸線は、穴１７の軸線に対して心ずれし、好ましくは斜めになっている。

段階（ｃ）はまた、穴１７の軸線に対して回転式ツール２０を心ずれさせる段階（ｄ）を含む。

つまり、段階（ｄ）は、回転式ツール２０を、該回転式ツールが前述の段階（ｄ）の位置決めに対して好ましくは異なった角度で穴１７の軸線に対して心ずれするように位置決めすることを意図している。

本方法はまた、段階（ｄ）に先だってその軸線に沿って回転式ツール２０を後退方向にある位置に移動させる、すなわちその軸線に沿っているが段階（ｃ）のチップを除去するために使用する前進方向に対して逆方向に回転式ツール２０を移動させる段階（ｅ）を含む。

回転式ツール２０は、「プランジ」カッタ、すなわちその軸方向前進によって材料を除去することができるカッタであるのが好ましい。

従って、モータ駆動回転式ツール２０は、その端部にカッタ又は植刃を備えかつその軸方向前進によって材料の円形クラウン部を除去することができるのが好ましい。

つまり、回転式ツール２０は、材料を中心除去することができず、従って回転式ツール２０を該ツールの中心部分が半加工品の表面と干渉するのを回避するように適切に位置決めすることが必要である。

本方法の別の実施形態によると、段階（ｄ）は、以下の段階、すなわち、
半加工品に近接した位置でその軸線に対して直交するようにツールを移動させる段階（ｍ）と、
穴１７に対して、好ましくは前述の段階ｄ）に対して回転式ツール２０を心ずれさせるすなわちさらに回動させる段階（ｎ）と、
を含むのが好ましい。

このことはまた、中実の半加工品から例えばロータのブレードの正圧側及び負圧側プロフィールのような一連の三次元形状プロフィールを得ること、従ってそれと一体形になった一連のブレード１２及び１３を備えたタービン又は圧縮機のロータ１０を形成することを可能にする。

段階（ｃ）は、その各々が２つの対向する端部、すなわちより半径方向内部にありかつ穴１７に近接している第１の端部３１とより半径方向外部にありかつ穴１７に対して遠位にある第２の端部３２とを有する一連の段付き表面、すなわち三次元段付き表面を形成する段階を含むのが好ましい。

各三次元段付き表面は、２つずつがほぼ等しい４つの側面を有し、そのうちの２つの対向する側面が、それぞれロータの第１のブレードの正圧側プロフィールの部分と第１のブレードに隣接するロータの第２のブレードの負圧側プロフィールの部分とを形成するのが好ましい。

具体的には、段階（ｃ）は、以下の段階、すなわち、
穴１７から開始し、該穴１７から半径方向に延びる一連の段部を形成し、好ましくは段付き表面の第２の端部３２に向かって前進して、材料を除去することを意図した少なくとも１つの段階（ｆ）と、
穴１７から開始し、第１の端部３１に近づくように前進し、次に段付き表面の第２の端部に到達するまで穴１７から延びる段付き表面の輪郭に追従して、材料を除去する段階（ｇ）と、
穴１７から開始し、第１の端部３１に近づくように前進し、次に段付き表面の第２の端部３２に到達するまで穴１７から延びるように段付き表面の段階（ｇ）と反対側の輪郭に追従して、材料を除去する段階（ｈ）と、
を含む。

段階（ｇ）及び段階（ｈ）はそれぞれ、ロータ１０のブレード１２又は１３の正圧側又は負圧側表面のプロフィールの部分を形成する段階（ｉ）を含むのが好ましい。

本方法は、段階（ｆ）、（ｇ）及び（ｈ）を繰り返してロータ１０の空洞１５の部分を形成することを意図している。

本方法はまた、段階（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を繰り返してロータ１０の空洞１５の残りの部分を得ることを含むのが好ましい。

回転式ツール２０の軸線に沿って材料を除去することによって、回転式ツール２０自体の曲がりが著しく減少し、このようにしてモータ駆動回転式ツール２０の前進速度及び貫入深さを結果的に増大させることができる。

さらに、モータ駆動回転式ツール２０の軸線に沿った前進移動の場合、すなわち「プランジ」加工の形式の場合、チップの除去時に回転式ツール２０とその上でチップ除去が行われる半加工品の部分との間の摩擦に起因して発生する温度勾配によって生じる応力及び張力が低下する。

従って、プランジカッタのような回転式ツール２０を使用することによって、ツールの曲がりを回避し、その結果として切削パラメータを増大させることが可能になることが分かる。

回転式ツールの曲がりを防止することによって、加工誤差を増加させないで切削パラメータを増大させることができるので、加工時間もまた低減する利点がある。

同時に、本加工方法により、回転式ツールの使用寿命を延ばすことが可能になるので、ツールに起因する加工コストが低減する。

その結果としてさらに、それから対応するロータが得られる半加工製品の加工のために使用するツールの生産性の向上をもたらす利点もある。

従って、本発明によるそれと一体形になった一連のブレードを備えたロータを得るための半加工品の加工方法により、本明細書に記載した様々な目的が達成されることが理解できるであろう。

このように着想した、それと一体形になった一連のブレードを備えたロータを得るための半加工品の加工方法は、全て同じ発明概念に含まれる数多くの改良及び変更を行うことができる。

さらに、実際問題として、寸法及び構成要素と同様に使用材料もまた技術的要求に従って変更することができる。

圧縮機又はタービンのロータを製造するために回転式ツールによって加工している間の半加工品を示す右側立面斜視図。 本発明による、圧縮機又はタービンのロータを得るための方法の好ましい製造段階を示す右側立面斜視図。 本発明によるロータの製造方法の好ましい実施形態の概略立面斜視図。

符号の説明

１０ ロータ
１２、１３ ブレード
１４、１５ 空洞
１７ 穴
２０ 回転式ツール
３１ 表面の第1の端部
３２ 表面の第２の端部

Claims (11)

1. 一連のブレード（１２、１３）を一体的に備えたロータ（１０）を得るために、一体形又は植刃カッタ等の回転式ツール（２０）によって半加工製品を加工する方法であって、この方法は、
   前記回転式ツール（２０）によって前記半加工製品上に一連の空洞（１４、１５）を形成して前記一連のブレード（１２、１３）を形成する段階（ａ）を含み、且つ、
   前記段階（ａ）が、
   前記半加工製品内に穴（１７）を形成する段階（ｂ）と、
   その回転軸線に沿って前記回転式ツール（２０）を前進させることによって前記半加工製品から材料を除去する段階（ｃ）とを含み、
   前記回転式ツール（２０）の回転軸線が、前記穴（１７）の軸線に対して心ずれしている、
   ことを特徴とする加工方法。
2. 前記段階（ｃ）が、その軸線に沿って前記回転式ツール（２００）を後退方向に移動させる段階（ｅ）を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記段階（ｃ）が、前記穴（１７）の軸線に対して前記ツール（２０）の軸線をさらに心ずれさせる段階（ｄ）を含むことを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか１項記載の方法。
4. 前記段階（ｄ）が、前記半加工製品に近接するようにその回転軸線に対して直交する方向に前記回転式ツール（２０）を移動させる段階（ｍ）を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記段階（ｄ）が、その軸線を回動させることによって前記穴（１７）に対して前記回転式ツール（２０）をさらに心ずれさせる段階（ｎ）を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
6. 前記段階（ｃ）が、その各々が２つの対向する端部、すなわちより半径方向内部にありかつ前記穴（１７）に近接している第１の端部（３１）とより半径方向外部にありかつ前記穴（１７）に対して遠位にある第２の端部（３２）とを有する一連の三次元段付き表面を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項記載の方法。
7. 各三次元段付き表面が、２つずつがほぼ等しい４つの側面を有し、そのうちの２つの対向する側面が、それぞれ前記ロータの第１のブレードの正圧側プロフィールの部分と前記第１のブレードに隣接する前記ロータの第２のブレードの負圧側プロフィールの部分とを形成することを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記段階（ｃ）は、
   前記穴（１７）から開始し、該穴（１７）から半径方向に延びる一連の段部を形成し、好ましくは前記段付き表面の第２の端部３２に向かって前進して、材料を除去することを意図した少なくとも１つの段階（ｆ）と、
   前記穴（１７）から開始し、前記第１の端部（３１）に近づくように前進し、次に前記段付き表面の第２の端部に到達するまで前記穴（１７）から延びる前記段付き表面の輪郭に追従して、材料を除去する段階（ｇ）と、
   前記穴（１７）から開始し、前記第１の端部（３１）に向かって前進し、次に前記段付き表面の第２の端部（３２）に到達するまで前記穴（１７）から延びるように前記段付き表面の前記段階（ｇ）と反対側の輪郭に追従して、材料を除去する段階（ｈ）と、
   を含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項記載の方法。
9. 前記段階（ｇ）及び段階（ｈ）が、それぞれ前記ロータ（１０）のブレード（１２）又は（１３）の正圧側又は負圧側表面のプロフィールの部分を形成する段階（ｉ）を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 該方法が、前記段階（ｆ）、（ｇ）及び（ｈ）を繰り返して前記ロータ（１０）の空洞（１５）の部分を形成することを意図していることを特徴とする請求項８及び請求項９のいずれか１項記載の方法。
11. 該方法が、前記段階（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を繰り返して前記ロータ（１０）の一連の空洞（１４、１５）のうちの空洞（１５）の残りの部分を得ることを意図していることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項記載の方法。

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