JP2010174876A - Machining method of turbine blade, the device therefor, and securing device of turbine blade - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、航空機のジェットエンジンや発電機用のタービンに使用されるタービンブレードやターボチャージャーのブレードの加工方法とその加工装置及びタービンブレードの固定装置に係わり、特に、タービンブレード材の各部位に焼け変質等を起こすことなく高精度に加工する加工方法と完全自動加工を達成させた新規な加工装置及び固定装置に関するものである。 The present invention relates to a method for processing a turbine blade and a turbocharger blade used in an aircraft jet engine and a turbine for a generator, a processing apparatus therefor, and a turbine blade fixing device, and more particularly, to each part of the turbine blade material. The present invention relates to a processing method that performs high-precision processing without causing burnt alteration, and a novel processing device and a fixing device that achieve fully automatic processing.
近年、例えば、航空機による国際的な物流増大に対応する事と、対地球環境向上を図るための低燃費性の要求が高まり、航空機のジェットエンジンの軽量化や燃費改善が図れるタービンブレードの性能向上が大きな課題になっている。上記タービンブレードの形状は、ルート部(根部)とブレード部(中間羽根部)とシュラウド部(外套部)とからなる。特に、中間羽根部が3次元形状で、しかも薄肉化が図られている上に、タービンブレードが大型化されている。従って、上記3次元曲面を有するタービンブレード材において、高精度に加工する加工方法を完全自動加工により達成させる新加工技術とその加工装置が必須となっている。 In recent years, for example, responding to the increase in international logistics by aircraft and increasing demands for low fuel consumption to improve the global environment, improving the performance of turbine blades that can reduce the weight of aircraft jet engines and improve fuel efficiency Is a big issue. The shape of the turbine blade includes a root portion (root portion), a blade portion (intermediate blade portion), and a shroud portion (outer mantle portion). In particular, the intermediate blade portion has a three-dimensional shape and is thinned, and the turbine blade is enlarged. Therefore, in the turbine blade material having the three-dimensional curved surface, a new processing technique and a processing apparatus for achieving a processing method for processing with high accuracy by fully automatic processing are essential.
上記タービンブレードの加工方法や加工装置には、4軸、5軸の加工機による加工方法が一般的である。上記タービンブレードの多軸加工機、ワークの加工方法においては、ワークとなるタービンブレードの加工精度は、加工ツールとワーク台にクランプされるワークとの相対位置関係の精度に支配される。このために、加工ツールを保持するチャックやワーク台の他、加工機全体を高剛性化して高精度加工に対応している。しかし、上記加工機では、工具が共振してびびり振動を生じることがあり、ワーク表面の加工精度に悪影響を与えるから、これを防ぐ対策として、加工中の工具及び加工機の振動を測定し、びびり振動が起きている時は運転条件を変更させるものがある。 The above-described turbine blade machining method or machining apparatus is generally a machining method using a 4-axis or 5-axis machine. In the above-described turbine blade multi-axis machine and workpiece machining method, the machining accuracy of the turbine blade as a workpiece is governed by the accuracy of the relative positional relationship between the machining tool and the workpiece clamped on the workpiece table. For this reason, in addition to the chuck and work table for holding the processing tool, the entire processing machine is made highly rigid to support high-precision processing. However, in the above processing machine, the tool may resonate and cause chatter vibration, which adversely affects the processing accuracy of the workpiece surface, so as a measure to prevent this, measure the vibration of the tool being processed and the processing machine, There are things that change the operating conditions when chatter vibration is occurring.
上記運転条件を変更させる具体的な手段の一つは、複数の作動軸を有する多軸加工機であって、加工すべきワークを保持するワーク保持部と、前記ワーク保持部に保持された前記ワークを加工するための加工ツールを保持する加工ツール保持部と、前記ワーク保持部で保持した前記ワークに生じたびびり振動を検出する振動検出部と、前記振動検出部でびびり振動が検出されたときに、前記加工ツール保持部で保持した前記加工ツールによる前記ワークに対する加工条件を変更するコントローラと、を備えたものである(例えば、特許文献1参照。)。 One of the specific means for changing the operating condition is a multi-axis machining machine having a plurality of operating shafts, a workpiece holding unit holding a workpiece to be machined, and the workpiece holding unit holding the workpiece A machining tool holding unit that holds a machining tool for machining a workpiece, a vibration detection unit that detects chatter vibration generated in the workpiece held by the workpiece holding unit, and chatter vibration is detected by the vibration detection unit. And a controller that changes a machining condition for the workpiece by the machining tool held by the machining tool holding unit (see, for example, Patent Document 1).
また、上記タービンブレード材は、特に中間羽根部が薄肉化しているために、この中間羽根部を高精度にクランプする治具が要求される。従来のクランプ治具には、下記のものが知られている。
I、基準ピンとネジ止め式は、図24(a)〜(d)に見るように、▲1▼ブレード部を3点のピンで受ける(a)。▲2▼長さ方向P1を1点のピンで受ける(b)。▲3▼長さ方向P2を1点のピンで受ける(c)。▲4▼6点の基準が出た状態で任意箇所をネジ止めして拘束固定する。拘束力が弱い。
II、鋳込法は、図24(a)(b)に見るように、▲1▼上記基準ピンとネジ止め式により6点支持し、ルート部とシュラウド部で基準を出す。▲2▼ブレード部を枠に固定し、低溶融金属(鉛錫の合金)で鋳込んで拘束固定する図25(a)〜(c)。この鋳込法のメリットは、タービンブレード材の両端を加工するに際して三次元曲面の薄肉の羽根部に歪み・撓みを生じることなく高精度に拘束固定できる。
III、専用の固定装置の一例には、固定装置と共に使用され、精度の高い形状の部品を形成するための中間物体(タービンブレード材)であって、該中間物体は、先端部と、この先端部から離間された根本領域と、第1の面と、を有しさらに、前記第1の面内に配設された前記先端部の第1のロケータと、前記根本領域から長手方向に延びた長手方向延長領域と、前記中間物体の前記長手方向延長領域に形成された第2のロケータと、を有し、前記第2のロケータは、前記第1の面内に配設されていて、前記中間物体が前記固定装置へと挿入されると、この中間物体を前記高精度形状部品へと機械加工できるように、前記中間物体が前記固定装置の前記各ロケータによってクランプされるものである(例えば、特許文献2参照。)。In addition, since the intermediate blade portion is particularly thin in the turbine blade material, a jig for clamping the intermediate blade portion with high accuracy is required. The following are known as conventional clamping jigs.
I. As shown in FIGS. 24A to 24D, (1) the reference pin and the screwing type receive the blade portion with three pins (a). (2) The length direction P1 is received by one pin (b). (3) The length direction P2 is received by one pin (c). {Circle around (4)} A fixed point is secured by screwing an arbitrary portion with a reference of 6 points. Binding force is weak.
II. As shown in FIGS. 24 (a) and 24 (b), the casting method is supported by six points by the above-mentioned reference pin and screwing method, and the reference is made at the root portion and the shroud portion. {Circle around (2)} FIGS. 25A to 25C, in which the blade portion is fixed to the frame and cast with a low-melting metal (lead-tin alloy) and fixed. The advantage of this casting method is that when machining both ends of the turbine blade material, it can be constrained and fixed with high accuracy without causing distortion or bending of the thin blade portion of the three-dimensional curved surface.
III, an example of a dedicated fixing device is an intermediate object (turbine blade material) that is used together with the fixing device to form a highly accurate shaped part, and the intermediate object includes a tip portion and the tip A first region that is spaced apart from the first portion, and a first locator disposed in the first surface, and extending in a longitudinal direction from the root region. A longitudinal extension region, and a second locator formed in the longitudinal extension region of the intermediate object, the second locator being disposed in the first plane, When the intermediate object is inserted into the fixing device, the intermediate object is clamped by the respective locators of the fixing device so that the intermediate object can be machined into the high precision shaped part (e.g. , See Patent Document 2).
更に、タービンブレード材は、特に中間羽根部が薄肉化しているために、この中間羽根部を加工すると、タービンブレードの両端部を外側(外側に配置した機械側)に保持して加工すると中間羽根部が刃物に押されて逃げて振動を発生させるから、刃物寿命が短く、ブレードの面粗度が悪く、加工寸法が揃わない。そこで、中間羽根部の逃げ対策としてタービンブレードの両端部を外側へ引っ張り、中間羽根部の逃げ量を縮小化させている。 Furthermore, the turbine blade material is thinned particularly in the intermediate blade portion. Therefore, if the intermediate blade portion is processed, the intermediate blade portion is processed by holding both end portions of the turbine blade on the outside (machine side arranged outside). Since the part is pushed by the blade and escapes to generate vibration, the blade life is short, the surface roughness of the blade is poor, and the machining dimensions are not uniform. Therefore, as a measure against the escape of the intermediate blade, both end portions of the turbine blade are pulled outward to reduce the escape amount of the intermediate blade.
上記タービンブレードの多軸加工機、ワークの加工方法は、特に、中間羽根部の加工時におけるびびり振動を回避し、高精度でしかも効率の良い加工を行うことが可能となるメリットがある。しかし、上記タービンブレードのワーク保持部の構成が不明解である。即ち、撓み易い羽根部を保持する保持手段の構成が説明されていないし、ルート部(根部)とシュラウド部(外套部)の保持手段もその詳細が説明されていから、びびり振動を回避する重要な要素となるワーク保持部の問題が解決されていない。 The turbine blade multi-axis processing machine and the workpiece processing method described above have an advantage that chatter vibration during the processing of the intermediate blade portion can be avoided and high-precision and efficient processing can be performed. However, the structure of the workpiece holding part of the turbine blade is unclear. That is, the configuration of the holding means for holding the flexible blade part is not described, and the holding means for the root part (root part) and the shroud part (outer part) are also described in detail, so it is important to avoid chatter vibration. The problem of the work holding part that is an element has not been solved.
また、従来のクランプ治具における基準ピンとネジ止め式は、ブレードワークの拘束力が弱く、びびり振動を回避することが出来ない。そして、鋳込法は、ブレードワークの拘束力が強く、びびり振動を回避することができる。しかし、鉛は人体に有害であり、鋳込から外したタービンブレード材を酸洗いする必要がある。更に、専用の固定装置では、多数のピンで羽根部を押し圧して位置決め支持するものであり、且つ、三次元曲面形状の羽根表面の形状精度や機械的強度も弱く歪み易いから、一つ一つのブレード部品において、寸法精度が異なるために部品交換毎に、一つ一つの手作業による再調節作業を要するから、ブレード固定に多くの手間と時間を要し、固定制度にもバラツキが見られ高い加工精度や能率の良い加工が出来ないという問題点が残存している。 Further, the reference pin and the screwing type in the conventional clamping jig have a weak binding force of the blade workpiece, and chatter vibration cannot be avoided. The casting method has a strong binding force of the blade work and can avoid chatter vibration. However, lead is harmful to the human body, and the turbine blade material removed from casting must be pickled. Furthermore, the dedicated fixing device presses and supports the blade portion with a large number of pins, and the shape accuracy and mechanical strength of the three-dimensional curved blade surface are weak and easily distorted. Because each blade component has different dimensional accuracy, it requires re-adjustment by each manual operation every time it is replaced. Therefore, it takes a lot of time and labor to fix the blade, and the fixing system also varies. There remains a problem that high machining accuracy and high-efficiency machining cannot be performed.
上記の他、タービンブレードの加工時における最大の問題点は、加工点での加工熱による焼け現象である。タービンブレード材は、加工点の加工熱が630℃付近を超えると急速に変質する性質をもっているが、上記各公知技術では、加工点の加工発熱の検出や制御手段が開示されていないし、その焼け現象を防止する課題や対策も全く開示されていない。特に、航空機用のジェットエンジンに使用されるタービンブレードにおいて、加工熱による材料の変質は信頼性を損ねる大きな問題点であり、早急に解決された加工方法とこれによるタービンブレードが求められている。 In addition to the above, the biggest problem during the processing of the turbine blade is a burning phenomenon due to processing heat at the processing point. Although the turbine blade material has a property of rapidly changing when the processing heat at the processing point exceeds about 630 ° C., each of the above known techniques does not disclose detection or control means for processing heat generation at the processing point, No issues or measures to prevent the phenomenon are disclosed. In particular, in a turbine blade used in an aircraft jet engine, material deterioration due to processing heat is a major problem that impairs reliability, and a processing method that has been quickly solved and a turbine blade using the processing method are demanded.
本発明は、上記タービンブレードを加工する従来の加工方法や加工装置、ワーク保持装置の冶具等における各種問題点に鑑みてなされたものである。その目的は、タービンブレード材の各部位に焼け変質等を起こすことなくタービンブレードの各部位(ルート部・シュラウド部・特に中間羽根部)を高精度に加工する加工方法の確立と、完全自動加工を達成させる新規な加工装置及び固定装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of various problems in conventional processing methods and processing apparatuses for processing the turbine blades, jigs for work holding apparatuses, and the like. The purpose is to establish a machining method for machining each part of the turbine blade (root part, shroud part, especially the intermediate blade part) with high accuracy without causing burning and alteration in each part of the turbine blade material, and fully automatic machining. The present invention provides a novel processing apparatus and fixing apparatus that achieve the above.
上記目的を達成するべく本発明の請求項1によるタービンブレードの加工方法は、タービンブレードの中央に位置する羽根部を把持する羽根把持工程と、上記露出したルート部とシュラウド部とを同時又は前後して加工する両端加工工程と、上記タービンブレードを羽根把持具から外して加工済みのルート部及びシュラウド部を把持する両端把持工程と、上記タービンブレードの中央に位置する羽根部を変質温度以下で加工する羽根加工工程とからなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a turbine blade machining method according to
また、本発明の請求項2によるタービンブレードの加工方法は、請求項1記載のタービンブレードの加工方法において、上記ルート部とシュラウド部とを加工する両端加工工程及び羽根部を加工する羽根加工工程は、同時多軸制御のもとに加工することを特徴とする。 A turbine blade machining method according to
また、本発明の請求項3によるタービンブレードの加工方法は、請求項1または2記載のタービンブレードの加工方法において、上記羽根部を加工する羽根加工工程は、同時多軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨からなり、手仕上げの動きをモーションキャプチャーティーチングにより自動加工することを特徴とする。 A turbine blade machining method according to
また、本発明の請求項4によるタービンブレードの加工装置は、タービンブレードの中央に位置する羽根部を把持する羽根把持具と、上記羽根把持具に把持されてルート部とシュラウド部とを同時又は前後して加工する両端加工部と、上記タービンブレードのルート部及びシュラウド部を把持する両端把持具と、上記タービンブレードの中央に位置する羽根部を変質温度以下で加工する羽根加工部と、を具備したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a processing device for a turbine blade, wherein a blade gripping tool for gripping a blade portion located at the center of the turbine blade, and a root portion and a shroud portion simultaneously held by the blade gripping tool or Both-end processed parts processed back and forth, both-end gripping tools for holding the root part and shroud part of the turbine blade, and a blade processed part for processing the blade part located at the center of the turbine blade at a temperature lower than or equal to the alteration temperature. It is characterized by having.
また、本発明の請求項5によるタービンブレードの加工装置は、請求項4記載のタービンブレードの加工装置において、上記タービンブレードのルート部とシュラウド部を加工する両端加工部は、同時多軸制御のもとにエンドミル及び研削加工する主軸ヘッドと、タービンブレード材の加工温度を検出する温度検出部とその温度制御部と、を備えたものであることを特徴とする。 A turbine blade machining apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the turbine blade machining apparatus according to the fourth aspect, wherein both end machining portions for machining the root portion and the shroud portion of the turbine blade are controlled by simultaneous multi-axis control. It is characterized by comprising a spindle head for end milling and grinding, a temperature detection unit for detecting the processing temperature of the turbine blade material, and a temperature control unit thereof.
また、本発明の請求項6によるタービンブレードの加工装置は、請求項5記載のタービンブレードの加工装置において、上記タービンブレードのルート部とシュラウド部を加工する両端加工部の主軸ヘッドは、手仕上げの動きをモーションキャプチャーティーチングにより自動加工制御するモーションキャプチャー制御部と、を備えたものであることを特徴とする。 A turbine blade machining apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the turbine blade machining apparatus according to the fifth aspect, wherein the spindle head of the both end machining portion for machining the root portion and the shroud portion of the turbine blade is hand-finished. And a motion capture control unit that automatically controls the movement of the machine by motion capture teaching.
本発明の請求項7によるタービンブレードの加工装置は、請求項4記載のタービンブレードの加工装置において、上記タービンブレードの羽根部を加工する羽根加工部は、同時多軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨からなる主軸ヘッドと、タービンブレード材の加工温度を検出する温度検出部とその運転制御部と、を備えたものであることを特徴とする。 A turbine blade machining apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the turbine blade machining apparatus according to the fourth aspect, wherein the blade machining section for machining the blade section of the turbine blade is an end mill A spindle head comprising buffing and polishing, a temperature detection unit for detecting a processing temperature of the turbine blade material, and an operation control unit thereof are provided.
また、本発明の請求項8によるタービンブレードの加工装置は、請求項7記載のタービンブレードの加工装置において、上記タービンブレードの羽根部を加工する羽根加工部の主軸ヘッドは、手仕上げの動きをモーションキャプチャーティーチングにより自動加工制御するモーションキャプチャー制御部と、を備えたものであることを特徴とする。 A turbine blade machining apparatus according to claim 8 of the present invention is the turbine blade machining apparatus according to
また、本発明の請求項9によるタービンブレードの固定装置は、上記請求項4記載の羽根把持具を、筒体内に挿入した羽根部を位置決めピンと氷結又は石膏はパラフィン等の凝固材で固着させたものであることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a turbine blade fixing device comprising the blade gripping tool according to the fourth aspect, wherein the blade portion inserted into the cylinder is fixed to the positioning pin and freezing or gypsum with a solidified material such as paraffin. It is characterized by being.
また、本発明の請求項10によるタービンブレードの固定装置は、上記請求項4記載の羽根把持具を、筒体内に挿入した羽根部を鋼球・砂・ビーズ等の球状材で加圧固持させたものであることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a turbine blade fixing device comprising the blade gripping tool according to the fourth aspect, wherein the blade portion inserted into the cylinder is press-clamped with a spherical material such as a steel ball, sand, or bead. It is characterized by that.
また、本発明の請求項11によるタービンブレードの固定装置は、請求項4記載の両端把持具を、筒体内に挿入したルート部及びシュラウド部を位置決めピンと氷結又は石膏はパラフィン等の凝固材で固着させたものであることを特徴とする。 According to claim 11 of the present invention, there is provided a turbine blade fixing device according to
また、本発明の請求項12によるタービンブレードの固定装置は、請求項4記載のタービンブレードの両端把持具を、筒体内に挿入したルート部及びシュラウド部を鋼球・砂・ビーズ等の球状材で加圧固持させたものであることを特徴とする According to claim 12 of the present invention, there is provided a turbine blade fixing device according to
また、本発明の請求項13によるタービンブレードの固定装置は、請求項4記載のタービンブレードの両端把持具を、筒体内に挿入したルート部及びシュラウド部に各々嵌り合う凹部を設けた一対の蝶番状型枠で固着させ、上記蝶番状型枠にタービンブレードの羽根部を刃物からの押し付け力を受ける反刃物側に受具を設けたものであることを特徴とする A turbine blade fixing device according to a thirteenth aspect of the present invention is a pair of hinges provided with recesses that respectively fit the root blade and the shroud portion of the turbine blade according to the fourth aspect inserted into the cylinder. It is fixed by a shape mold, and a receiving tool is provided on the side opposite to the blade that receives the pressing force of the blade of the turbine blade from the blade on the hinge-shaped mold.
また、本発明の請求項14によるタービンブレードの固定装置は、上記羽根把持具と両持把持具を、筒体内に挿入したタービンブレードの被把持材として砂材を充填するとともに、水等の液体を注入して凝固させたことを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a turbine blade fixing device, wherein the blade gripping tool and the both-end holding tool are filled with sand as a gripping material of the turbine blade inserted into the cylinder and a liquid such as water. It is characterized by injecting and solidifying.
本発明の請求項1によるタービンブレードの加工方法による作用は、初めに、タービンブレードの中央に位置する羽根部を羽根把持工程により把持される。続いて露出したルート部とシュラウド部とを同時又は前後して両端加工工程により加工される。更に、上記タービンブレードを羽根把持具から外して加工済みのルート部及びシュラウド部を両端把持工程により把持される。最後に、羽根加工工程により上記タービンブレードの中央に位置する羽根部に材質変化を起こす約630℃の変質温度以下で加工され、焼け現象が防止される。 According to the turbine blade machining method of the first aspect of the present invention, first, the blade portion located at the center of the turbine blade is gripped by the blade gripping step. Subsequently, the exposed root portion and the shroud portion are processed simultaneously or before and after the both-end processing step. Furthermore, the above-described turbine blade is removed from the blade gripping tool, and the processed root portion and shroud portion are gripped by the both-end gripping process. Finally, the blade processing step is processed at a temperature of about 630 ° C. or less which causes a material change in the blade portion located at the center of the turbine blade, thereby preventing a burning phenomenon.
本発明の請求項2によるタービンブレードの加工方法による作用は、上記ルート部とシュラウド部とを加工する両端加工工程及び羽根部を加工する羽根加工工程であり、同時多軸制御のもとにエンドミル・研削の順に荒加工・中仕上げ・精密仕上げが行われる。 The operation of the turbine blade machining method according to
本発明の請求項3によるタービンブレードの加工方法による作用は、羽根部を加工する羽根加工工程において、同時多軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨の各加工が行われるとともに、手仕上げの動きをモーションキャプチャーティーチングによるフィードバックで材質変化を起こす約630℃の変質温度以下で連続して自動加工され、焼け現象が防止される。 The operation of the turbine blade machining method according to the third aspect of the present invention is that, in the blade machining process for machining the blade part, each of end mill, buffing and polishing is performed under simultaneous multi-axis control, and hand finishing is performed. The motion is automatically processed continuously at a temperature of about 630 ° C or lower, which causes a material change by feedback by motion capture teaching, and the burning phenomenon is prevented.
本発明の請求項4のタービンブレードの加工装置は、請求項1によるタービンブレードの加工方法を実施するものである。先ず、羽根把持具がタービンブレードの中央に位置する羽根部を把持する。続いて、両端加工部により、露出したルート部とシュラウド部とを前後又は同時に加工する。そして、両端把持具は、上記タービンブレードを羽根把持具から外して加工済みのルート部及びシュラウド部を把持する。更に、羽根加工部は上記タービンブレードの中央に位置する羽根部を変質温度の630℃以下で加工する。 A turbine blade machining apparatus according to a fourth aspect of the present invention implements the turbine blade machining method according to the first aspect. First, the blade gripper grips the blade portion located at the center of the turbine blade. Subsequently, the exposed root portion and the shroud portion are processed back and forth or simultaneously by the both end processed portions. The both-end gripping tool then removes the turbine blade from the blade gripping tool to grip the processed root portion and shroud portion. Further, the blade processing portion processes the blade portion located at the center of the turbine blade at a transformation temperature of 630 ° C. or lower.
また、請求項5のタービンブレードの加工装置によると、上記タービンブレードのルート部とシュラウド部を加工する両端加工部の主軸ヘッドは、同時多軸制御のもとにエンドミル及び研削加工するとき、タービンブレード材の加工温度を検出する温度検出部とその温度制御部により、変質温度の630℃以下で加工する。 According to the turbine blade machining apparatus of
更に、請求項6のタービンブレードの加工装置によると、上記タービンブレードのルート部とシュラウド部を加工する両端加工部の主軸ヘッドは、同時多軸制御のもとにエンドミル及び研削加工するとともに、手仕上げの動きをモーションキャプチャーティーチングによるフィードバックで材質変化を起こす約630℃の変質温度以下で連続して自動加工し、焼け現象が防止される。 Furthermore, according to the turbine blade machining apparatus of
本発明の請求項7のタービンブレードの加工装置は、上記タービンブレードの羽根部を加工する羽根加工部の主軸ヘッドは、同時多軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨により荒加工・中仕上げ・精密仕上げが連続加工される。このとき、タービンブレード材の加工温度を検出する温度検出部とその温度制御部により、変質温度以下で加工される。しかして、タービンブレード材は、羽根部の加工熱が630℃付近を超えないように加工点の加工発熱が温度検出部で検出され、温度制御部により加工速度・研磨量等が抑制され、羽根部の焼け現象が防止される。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a processing apparatus for a turbine blade, wherein the spindle head of the blade processing section for processing the blade section of the turbine blade is subjected to roughing and intermediate finishing by end mill, buffing and polishing under simultaneous multi-axis control.・ Precision finish is continuously processed. At this time, the processing is performed at a temperature lower than the alteration temperature by the temperature detection unit that detects the processing temperature of the turbine blade material and the temperature control unit. Thus, in the turbine blade material, the heat generation at the processing point is detected by the temperature detection unit so that the processing heat of the blade part does not exceed around 630 ° C., and the processing speed, the polishing amount, etc. are suppressed by the temperature control unit. Burning phenomenon of the part is prevented.
また、本発明の請求項8によるタービンブレードの加工装置による作用は、上記羽根部の加工は、同時多軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨の各加工が、手仕上げの動きをモーションキャプチャーティーチングによるフィードバックで熟練工の曲面加工技術で自動加工される。しかも、加工熱が630℃付近を超えないように加工点の加工発熱を検出し、温度制御部により加工速度・研磨量等が抑制され、ブレードの焼け現象が防止される。 Further, the operation of the turbine blade machining apparatus according to claim 8 of the present invention is that the processing of the blades is performed by end milling, buffing and polishing under the simultaneous multi-axis control, and the motion of hand finishing is captured. It is automatically processed by the curved surface processing technique of a skilled worker by feedback by teaching. In addition, the processing heat generated at the processing point is detected so that the processing heat does not exceed around 630 ° C., and the processing speed, the polishing amount, etc. are suppressed by the temperature control unit, and the burning phenomenon of the blade is prevented.
また、本発明の請求項9によるタービンブレードの固定装置は、上記羽根把持具が筒体内に挿入した羽根部を位置決めピンと氷結又は石膏はパラフィン等の凝固材で固着させられる。 In the turbine blade fixing device according to
また、本発明の請求項10によるタービンブレードの固定装置は、上記両端把持具が筒体内に挿入した羽根部を鋼球・砂・ビーズ等の球状材で加圧固持させられる。 Further, in the turbine blade fixing device according to claim 10 of the present invention, the blade portion inserted by the both-end gripping tool into the cylindrical body is pressed and fixed with a spherical material such as a steel ball, sand, or bead.
また、本発明の請求項11によるタービンブレードの固定装置は、上記両端把持具が筒体内に挿入したルート部及びシュラウド部を位置決めピンと氷結又は石膏はパラフィン等の凝固材で固着させられる。 In the turbine blade fixing device according to the eleventh aspect of the present invention, the root portion and the shroud portion inserted by the both-end gripping tool into the cylindrical body are fixed to the positioning pin and freezing or gypsum with a solidified material such as paraffin.
また、本発明の請求項12によるタービンブレードの固定装置は、両端把持具を、筒体内に挿入したルート部及びシュラウド部を鋼球・砂・ビーズ等の球状材で加圧固持させられる。 In the turbine blade fixing device according to the twelfth aspect of the present invention, the root part and the shroud part in which the both-end holding tool is inserted into the cylindrical body are pressed and fixed with a spherical material such as a steel ball, sand, or bead.
また、本発明の請求項13によるタービンブレードの固定装置は、上記両端把持具が筒体内に挿入したルート部及びシュラウド部に各々嵌り合う凹部を設けた一対の蝶番状型枠で固着させ、上記蝶番状型枠にタービンブレードの羽根部を刃物からの押し付け力を受ける反刃物側に受具を設けたものであるから、肉薄で歪み易い羽根部を撓ませることなく、面粗度を悪くすることなく、加工寸法の揃った精密加工される。 A turbine blade fixing device according to a thirteenth aspect of the present invention is fixed by a pair of hinge-shaped molds provided with recesses that respectively fit the root portion and the shroud portion in which the both-end gripping tool is inserted into the cylinder, Since the blades of the turbine blades are provided with a receiving tool on the side opposite to the blade that receives the pressing force from the blades on the hinged formwork, the surface roughness is deteriorated without bending the thin blades that are easily distorted. Without any problem, it is precisely processed with the same processing dimensions.
また、本発明の請求項14によるタービンブレードの固定装置は、上記羽根把持具と両端把持具が筒体内に挿入した被把持材に砂材を充填するとともに、水等の液体を注入して強固に凝固させられる。 Further, in the turbine blade fixing device according to claim 14 of the present invention, the blade gripping tool and the both-end gripping tool are filled with sand material into the gripped material inserted into the cylinder, and are firmly injected with a liquid such as water. To be solidified.
本発明のタービンブレードの加工方法によると、タービンブレードのルート部やシュラウド部の他、特に、上記羽根部の加工は、同時多軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨により、荒加工・中仕上げ・精密仕上げが材質変化を起こす約630℃の変質温度以下で連続して加工され焼け現象が完全に防止できる。その上、加工が効率的に実施できる。更に、上記羽根部の加工は、同時多軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨の各加工が、手仕上げの動きをモーションキャプチャーティーチングによるフィードバックで材質変化を起こすことなく連続して品質の良い自動加工できる。 According to the turbine blade machining method of the present invention, in addition to the root portion and shroud portion of the turbine blade, in particular, the blade portion is processed by end mill, buffing and polishing under simultaneous multi-axis control. Finishing and precision finishing are continuously processed at a temperature of about 630 ° C or less, which causes material changes, and the burning phenomenon can be completely prevented. In addition, processing can be performed efficiently. Furthermore, the processing of the blades described above is based on simultaneous multi-axis control. End milling, buffing, and polishing are performed continuously without any material change by feedback of motion capture teaching of hand finishing movements. Can be processed automatically.
また、本発明のタービンブレードの加工装置によると、タービンブレードのルート部やシュラウド部の他、特に、上記羽根部の加工は、同時多軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨により、荒加工・中仕上げ・精密仕上げが材質変化を起こす約630℃の変質温度以下で連続して加工され焼け現象を完全に防止させた加工を実施させることができる。その上、加工を効率的に実施できる。更に、上記羽根部の加工は、同時多軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨の各加工が、手仕上げの動きをモーションキャプチャーティーチングによるフィードバックで材質変化を起こすことなく連続して品質の良い自動加工を実施させることができる。 Further, according to the turbine blade machining apparatus of the present invention, in addition to the root portion and shroud portion of the turbine blade, in particular, the processing of the blade portion is roughed by end mill, buffing and polishing under simultaneous multi-axis control. -The intermediate finish and precision finish can be processed continuously at a temperature of about 630 ° C or lower, which causes material changes, and the burn phenomenon is completely prevented. In addition, processing can be performed efficiently. Furthermore, the processing of the blades described above is based on simultaneous multi-axis control. End milling, buffing, and polishing are performed continuously without any material change by feedback of motion capture teaching of hand finishing movements. Automatic processing can be performed.
また、本発明のタービンブレードの固定装置によると、タービンブレードのルート部やシュラウド部の他、特に、羽根部は、位置決めピンと氷結又は石膏又はパラフィン等の固化材で確実に固着できる。また、ルート部及びシュラウド部の把持に対しては、筒体内に挿入したルート部及びシュラウド部に各々嵌り合う凹部を設けた一対の蝶番状型枠で固着させ、上記蝶番状型枠にブレードの羽根部を刃物からの押し付け力を受ける反刃物側に受具を設けたものであるから、肉薄で歪み易い羽根部を撓ませることなく、面粗度を悪くすることなく、加工寸法の揃った精密加工ができる。更に、筒体内に挿入した羽根部とルート部又はシュラウド部とは、鋼球・砂等の球状材で加圧させることで確実に固持できる。そして、筒体内に挿入した被把持材として砂材を充填するとともに、水等の液体を注入して強固に凝固できる。しかも、何れの固定装置も、被把持材を筒体内から外す操作が簡潔・迅速にできる。 Further, according to the turbine blade fixing device of the present invention, in addition to the root portion and shroud portion of the turbine blade, in particular, the blade portion can be reliably fixed to the positioning pin with solidification material such as freezing, gypsum, or paraffin. In addition, for gripping the root part and the shroud part, the root part and the shroud part inserted into the cylinder are fixed with a pair of hinge-shaped molds that are fitted into the root part and the shroud part. Since the blade is provided on the side opposite to the blade that receives the pressing force from the blade, the thin and easily distorted blade is not bent, the surface roughness is not deteriorated, and the processing dimensions are uniform. Precision machining is possible. Further, the blade portion and the root portion or the shroud portion inserted into the cylinder can be securely fixed by applying pressure with a spherical material such as a steel ball or sand. And while filling a sand material as a to-be-held material inserted in the cylinder, liquids, such as water, can be inject | poured and solidified firmly. In addition, any of the fixing devices can simply and quickly perform the operation of removing the object to be grasped from the cylinder.
以下、図1乃至図23を参照して本発明の各実施の形態を順次に説明する。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described sequentially with reference to FIGS.
本発明の第1の実施の形態となるタービンブレードの加工方法は、下記の主たる構成要件からなる。まず、図1に示すように、タービンブレード1の加工方法(1)は、ルート部1Bとシュラウド部1Cと羽根部1Aとからなるタービンブレード(以下ブレードとも言う)1において、タービンブレード1の中央に位置する羽根部1Aを羽根把持具10で把持する羽根把持工程(A)と、続く露出したルート部1Bとシュラウド部1Cとを同時又は前後して荒加工・中仕上げ・精密仕上げ加工する両端加工工程(B)と、上記タービンブレード1を羽根把持具から外して加工済みのルート部1B及びシュラウド部1Cを両端把持具30,40で把持する両端把持工程(C)と、上記タービンブレード1の中央に位置する羽根部1Aを変質温度以下で加工する羽根加工工程(D)とからなる。上記両端加工工程(B)は、図3のシュラウド加工工程(B1)と、図5のルート加工工程(B2)とからなる。これらの加工工程は、同時多軸制御された加工ヘッドKH1によりエンドミルEM・砥石研磨TKの順に、荒加工・中仕上げ・精密仕上げが材質変化を起こす約630℃の変質温度以下で連続して加工され焼け現象が防止される。上記の同時多軸制御とは、2軸から6軸までの任意な軸数を意味し、任意な軸数制御が適用される。 The turbine blade machining method according to the first embodiment of the present invention includes the following main components. First, as shown in FIG. 1, the processing method (1) of the
上記両端加工工程(B)は、例えば、図3〜図6に示すシュラウド加工工程(B1)とルート加工工程(B2)との連続加工手順(俗名:ピラニア加工手順)により行われる。
STE1:図3のシュラウド加工において、タービンブレード1の中央に位置する羽根部1Aを羽根把持具10で把持した多数のタービンブレード1が待機ワークとしてプールされており、その一つが押し出されて第1主軸S1の旋回チャックC1に把持される。このタービンブレード1のシュラウド部1Cが例えば同時多軸制御された加工ヘッドKH1によりエンドミルEM・砥石研磨TKの順に、荒加工・中仕上げ・精密仕上げが材質変化を起こす約630℃の変質温度以下で連続して加工され焼け現象が防止される。加工後は、加工ヘッドKH1が退却した後に、移動式第2主軸S2の旋回チャックC2がタービンブレード1のシュラウド部1C側に接近する。
STE2:図4の自動持ち替えにおいて、移動式第2主軸S2の旋回チャックC2がブレード1のシュラウド部1C側に接近し、羽根把持具10のシュラウド部1C側を把持するとともに、ルート部1Bを把持する第1主軸S1の旋回チャックC1が開放されて自動持ち替えする。
STE3:図5のルート加工において、このタービンブレード1のルート部1Bが同時多軸制御された加工ヘッドKH1によりエンドミルEM・砥石研磨TKの順に、荒加工・中仕上げ・精密仕上げが材質変化を起こす約630℃の変質温度以下で連続して加工され焼け現象が防止される。加工後は移動式第2主軸S2の旋回チャックC2がシュラウド部1Cを開放するとともに、ブレード1が外部へ排出される。
STE4:図6の自動押し出しにより待機ワークの加工において、第1主軸S1の旋回チャックC1の外側にプールされていたその一つが押し出されて第1主軸S1の旋回チャックC1に把持される。このタービンブレード1のシュラウド部1Cが同時多軸制御された加工ヘッドKH1によりエンドミルEM・砥石研磨TKの順に、荒加工・中仕上げ・精密仕上げが材質変化を起こす約630℃の変質温度以下で連続して加工され焼け現象が防止される。以下、同様にして、新たに把持したタービンブレード1の両端部(ルート部1B及びシュラウド部1C)が順次に自動加工される。The both-end processing step (B) is performed, for example, by a continuous processing procedure (common name: piranha processing procedure) of the shroud processing step (B1) and the root processing step (B2) shown in FIGS.
STE1: In the shroud processing of FIG. 3, a large number of
STE2: In the automatic transfer shown in FIG. 4, the revolving chuck C2 of the movable second main spindle S2 approaches the
STE3: In the root machining shown in FIG. 5, rough machining, intermediate finishing, and precision finishing cause material changes in the order of the end mill EM and grinding wheel polishing TK by the machining head KH1 in which the root portion 1B of the
STE4: In the processing of the standby workpiece by the automatic extrusion of FIG. 6, one of the pooled outside of the turning chuck C1 of the first spindle S1 is pushed out and held by the turning chuck C1 of the first spindle S1. The milling head KH1 in which the
上記羽根加工工程(D)は、図2と図7に示すように、同時多軸制御された加工ヘッドKH2によりエンドミルEM・バフBF・研磨BKの順に、荒加工・中仕上げ・精密仕上げが材質変化を起こす約630℃の変質温度以下で連続して加工され焼け現象が防止される。更に、羽根部1Aの加工は、同時多軸制御のもとにエンドミルEM・バフBF・研磨BKの各加工が、熟練工の手仕上げの動きをモーションキャプチャーティーチングにより記憶させ、一層忠実なフィードバック運転で材質変化を起こす約630℃の変質温度以下において、連続して熟練工の技を織り込んだ自動加工が行われる。上記研磨BKは、ベルト研磨や既存の各種研磨方法が採用される。 As shown in FIGS. 2 and 7, the blade machining step (D) is made of rough machining, intermediate finishing, and precision finishing in the order of end mill EM, buff BF, and polishing BK in the order of simultaneous multi-axis controlled machining head KH2. It is processed continuously at a temperature of about 630 ° C. or lower, which causes a change, to prevent burning. In addition, the processing of the blade part 1A is based on simultaneous multi-axis control, and each process of the end mill EM, buff BF, and polishing BK memorizes the motion of the skilled worker's hand-finishing by motion capture teaching, with more faithful feedback operation Automatic processing that continuously incorporates the skills of skilled workers is performed at a temperature of about 630 ° C. or lower, which causes a material change. The polishing BK employs belt polishing or various existing polishing methods.
続いて、上記第1の実施の形態となるタービンブレードの加工方法を実現させるタービンブレードの加工装置100の構成を説明する。その基本構成となる第一実施例は、図3に示すように、第1主軸S1のチャック(旋回チャック)C1と第2主軸S2のチャック(旋回チャック)C2間で羽根把持具10を把持し直し、交互にルート部1Bとシュラウド部1Cとを同時多軸制御された加工ヘッドKH1で加工する多軸制御工作機械MOとしている。 Next, the configuration of the turbine
更に、タービンブレードの加工装置100の構成は、図8に見るように、タービンブレード1の中央に位置する羽根部1Aを把持する羽根把持具10と、この羽根把持具10に把持されて露出したルート部1Bとシュラウド部1Cとを前後して同時多軸制御された加工ヘッドKH2において、中央に配置した中央旋回チャックSC0との多軸制御によりエンドミルEM・砥石研磨TKの順に、荒加工・中仕上げ・精密仕上げ加工する両端加工部20を備えた多軸制御工作機械MOとしても良い。また、ルート部1B及びシュラウド部1Cを加工する両端加工部20は、CNC制御装置300の同時多軸制御のもとにエンドミル・砥石研磨する機能と、タービンブレード材1の加工温度をサーモブラフィで温度検出する温度検出部60とその温度制御部70とを備えている。 Further, as shown in FIG. 8, the configuration of the turbine
また、図7に見るように、上記タービンブレード1のルート部1B及びシュラウド部1Cを把持する両端把持具30,40と、上記両端把持具30,40を旋回チャックC1と旋回チャックC2とで同時把持させ、この状態で上記タービンブレードの中央に位置する羽根部1Aを同時多軸制御された加工ヘッドKH2によりエンドミルEM・バフBF・ベルト研磨BKの各加工を変質温度以下で加工する羽根加工部50を装備した多軸制御工作機械MOが使用される。上記羽根加工部50の加工ヘッドKH2は、タービンブレード1の中央に位置する羽根部1Aを変質温度以下で加工すべく、タービンブレード材1の加工温度をサーモブラフィで温度検出する温度検出部60とその温度制御部70とを備えている。更に、上記羽根加工部50は、CNC制御装置300の同時多軸制御の機能を持つ各他軸制御の加工ヘッドKH2である。 Further, as shown in FIG. 7, both-end
更に、上記多軸制御の加工ヘッドKH1,KH2は、手仕上げの動きは、熟練工による繊細なワークさばきは、カメラCMにより読み取られ、この情報がモーションキャプチャー制御部330によりモーションキャプチャーティーチングされる。このモーションキャプチャーティーチングのプレイバック運転により熟練工の技で多軸制御の加工ヘッドKH2他の制御軸をコントロールすることで、全自動加工される。尚、上記モーションキャプチャーティーチングは、図8に示すように、多軸制御工作機械MOの上で実施される他、図9に示すように、研磨機KMOのバフBF等で熟練工Mが行う手作業をカメラCMにより読み取り、この情報をモーションキャプチャー制御部331でモーションキャプチャーティーチングの運転データに処理される。この運転データを多軸制御工作機械MOのCNC制御装置300に入力したプレイバック運転を行っても良い。 Further, in the multi-axis control machining heads
上記羽根加工部50において、両端把持具30,40によるルート部1B及びシュラウド部1Cの把持作用と羽根部1Aを加工する加工手順を説明する。即ち、図10に示すように、ビレ止め機能を備えた両端把持具30,40により超大型タービンブレード1´を加工する両端把持具30,40の取付方法を説明する。先ず、「材料」は、全長1880mmを使用する。次に、「ピラニア治具」となる両端把持具30,40は、ルート部1B及びシュラウド部1Cに各々嵌り合う凹部O1,O2を各筒体30a,30bに設け継手Jで開閉可能に繋いだ一対の蝶番状型枠31,41からなる。「取付」は、上記蝶番状型枠31,41をルート部1B及びシュラウド部1Cに包囲してボルト固着される。「加工」は、多軸制御の加工ヘッドKH2でエンドミル・バフ・研磨される。この加工時に、タービンブレードの羽根部1Aがカッター(エンドミル)EMに押され下に逃げるのを下から支えるべく、次の受け構造を一対の蝶番状型枠31,41に設けている。その「受け」は、蝶番状型枠31,41にタービンブレードの羽根部1Aを刃物からの押し付け力を受ける反刃物側に受具33,43を設け、上側の受具33を加工に邪魔しない方向へ跳ねのけ、下側の受具43を羽根部1Aの下側面に押し当てて刃物からの押し付け力を受け、加工精度を高めた羽根部1Aの加工が可能としている。 In the
以下、本発明の実施の形態となるタービンブレードの固定装置200において、各実施形態の詳細構成を説明する。先ず、図11と図12に示すように、タービンブレード1の中央に位置する羽根部1Aを把持する羽根把持具10の第一実施例は、タービンブレード1の羽根部1Aを包囲して把持すべく、筒体11の外周壁11Aにはタービンブレード1の羽根部1Aに突き当てる位置決めピンP1,P2,・・・が筒内に突出している。これで筒体内に挿入されたタービンブレード1の羽根部1Aを位置決めピンP1,P2,・・・で仮止めし、筒体の下側となる片側開口を閉塞した状態で固定した後、この筒体11の内部空間に液体(水・水道水・純水)W1を充填し、これを凝固材として氷結させる凝固部(凝固システム)400を外部に配置している。また、上記液体(水・水道水・純水)W1に替えて、石膏やパラフィン等の蝋顆粒・硬化性樹脂顆粒W2を充填して溶融液体WOとし、これを凝固材として固着させる凝固部(凝固システム)500を外部に配置している。上記凝固部(凝固システム)400は図16に示し、上記凝固部(凝固システム)500は図18に示す。 Hereinafter, in the turbine
また、羽根把持具10の別の第二実施例は、図13と図14に示すように、タービンブレード1の中央に位置する羽根部1Aを把持する羽根把持具10は、タービンブレード1の羽根部1Aを包囲して把持すべく、軸心方向Oに二つ割りの筒体11(筒片11A、副筒片11B)と、この筒体11(筒片11A、副筒片11B)の左右筒端には、各々突縁a,a´と凹縁b,b´とを設けタービンブレード1の羽根部1Aの両端における凹凸の外周面形状に合わせられ、筒部の軸心方向に対して直交方向Xに羽根部1Aの両端外周面の凹凸を受け止める。また、上記筒片11A、副筒片11Bの外壁には筒内空間に突出させた複数本の位置決めピンP1,P2,・・・が固着されており、上記筒片11A、副筒片11Bを接合ボルトV1,V2・・・で結合することで、羽根部1Aの凸面と凹面とを当接支持する。通常は、この状態でブレード1の羽根部1Aが羽根把持具10により把持された形態となり、ルート部1Bとシュラウド部1Cとを前後して同時多軸制御された加工ヘッドKH1により加工される。この実施例では、ブレード1の羽根部を位置決めピンP1,P2,・・・で固定した後、この筒体11の内部空間に液体(水・水道水・純水)W1、又は、石膏やパラフィン等の蝋顆粒・硬化性樹脂顆粒W2を充填して溶融液体WOとし、これを凝固材として固着させる凝固部(凝固システム)400を外部に配置している。上記凝固部(凝固システム)400は、液体(水・水道水・純水)W1を低温で凍結させる冷凍ユニット110を主要構成とするものと、石膏やパラフィン等の蝋顆粒・硬化性樹脂顆粒W2を加温ユニット120で溶融する凝固部(凝固システム)500とからなる。 Further, as shown in FIGS. 13 and 14, another second embodiment of the
上記冷凍ユニット110とこれによる液体(水)の充填・凝固工程は、図15と図16に示す。先ず、冷凍ユニット110は、冷凍機Aと冷凍容器Bと冷凍温度制御部Cと冷凍エレメントDとからなり、この冷凍容器B内に入れられた羽根把持具10内の水W1を凝固させる機能を持っている。上記冷凍ユニット110による液体(水)の充填・凝固工程と加工工程を説明する。先ず、タービンブレード取付工程(1)にて、羽根把持具10における二つ割り筒体11でタービンブレード1の中央に位置する羽根部1Aを把持する。続いて、充填工程(2)で筒体11内に液体(水)W1を注入する。上記羽根把持具10を冷凍ユニット110内に入れて液体(水)W1の凝固(氷結)工程(3)を行う。氷結した羽根把持具10を冷凍ユニット110から取り出し、マシニングセンタ及び研削盤を兼用したCNC制御装置により運転され、エンドミル・研磨する機能を持つ多軸制御工作機械MOの加工ヘッドKH1により、ルート部1Bとシュラウド部1Cとを前後して便ブレード両端部の加工工程(4)が行われる。最後に、羽根把持具10を多軸制御工作機械MOの冶具Gからのタービンブレードの取り外し工程(5)により、取り外し、氷結を自然界解凍させるか、強制加熱して急速に解凍して加工を終了させる。 The refrigeration unit 110 and the liquid (water) filling / coagulation process using the refrigeration unit 110 are shown in FIGS. First, the refrigeration unit 110 includes a refrigerator A, a refrigeration container B, a refrigeration temperature control unit C, and a refrigeration element D, and has a function of solidifying water W1 in the
上記羽根把持具10の凝固部(凝固システム)400において、タービンブレード1の羽根部1Aを石膏やパラフィン等の蝋顆粒・硬化性樹脂顆粒W2を加温ユニット120による溶融する凝固部(凝固システム)500は、図18に説明する。蝋顆粒・硬化性樹脂顆粒・蝋・パラフィンを加温して溶融させ、常温に降温させて凝固させる加温ユニット120は、加熱機Eと加熱容器Fと加熱温度制御部KCと加熱エレメントHとからなり、この加熱容器F内に入れられた羽根把持具10内の蝋・パラフィンを溶解させる機能を持っている。蝋・パラフィンを溶解させられた羽根把持具10は、大気中に放置することで、温度が低下して凝固体とする凝固部(凝固システム)500とからなる。 In the coagulation part (coagulation system) 400 of the
上記加温ユニット120による蝋顆粒・硬化性樹脂顆粒・蝋・パラフィンの充填・凝固工程と加工工程を図17で説明する。先ず、タービンブレード取付工程(1)にて、羽根把持具10における二つ割り筒体11でタービンブレード1の中央に位置する羽根部1Aを把持する。続いて、蝋顆粒・硬化性樹脂顆粒の充填工程(2´)で筒体11内に素材を注入する。上記羽根把持具10を加温ユニット120内に入れて溶解させる溶融工程(3´)を行う。溶融した羽根把持具10を加温ユニット120から取り出し、液体の凝固工程(4´)を行い、羽根把持具10に羽根部1Aを強固に固定する。上記羽根把持具10をマシニングセンタ及び研削盤を兼用した冶具Gに取り付けCNC制御装置により運転され、エンドミル・研磨する機能を持つ多軸制御工作機械MOの加工ヘッドKH1により、ルート部1Bとシュラウド部1Cとを前後してタービンブレード両端部の加工工程(5´)が行われる。加工後は、多軸制御工作機械MOの冶具Gから羽根把持具10を取り外し、再溶融工程(6´)により溶解する。最後に、羽根把持具10を分解してタービンブレードの取り外し工程(7´)加工を終了させる。 The wax granule, curable resin granule, wax and paraffin filling / coagulation step and processing step by the
本発明のタービンブレードの固定装置200における第三の実施例は、上記両端把持具30,40において、先ず、上記図10に示すように、ビレ止め機能を排除した両端把持具30,40を図19(a)(b)に示す。両端把持具30は、継手Jで繋がれた二つ割りの筒体30a,30b内にルート部1Bの表側と裏側の凸形状に係合する凹部O1と凹部O2が形成されており、この空間の凹部O1と凹部O2にルート部1Bの表側と裏側とを嵌め合いボルトV1で型枠として固着されている。また、両端持具40も同様に、図10に示すように、継手Jで繋がれた二つ割りの筒体40a,40b内にシュラウド部1Cの表側と裏側の凸形状に係合する凹部O1と凹部O2が形成されており、この空間の凹部O1と凹部O2にシュラウド部1Cの表側と裏側とを嵌め合いボルトV2で型枠として固着される。 In the third embodiment of the turbine
上記両端把持具30,40により、タービンブレードのルート部1Bとシュラウド部1Cとを包囲して把持するタービンブレードの固定装置200を構成している。これにより、両端把持具30,40は、図7に示すように、CNC制御装置300の同時多軸制御のもとに加工ヘッドKH2と左右に配置した旋回チャックSC1,SC2により両持ちに把持され、旋回チャックSC1,SC2の旋回制御と、同時多軸制御された加工ヘッドKH2とにより、三次元形状の羽根部1AがエンドミルEM・バフBF・ベルト研磨BKを交換して加工される。更に、上記加工ヘッドKH2は、タービンブレード1の中央に位置する羽根部1Aを変質温度以下で加工すべく、タービンブレード材1の加工温度をサーモブラフィで温度検出する温度検出部60とその温度制御部70とを備えている。 The both-end
更に、本発明のタービンブレードの固定装置200における第四の実施例は、図20に示すように、上記羽根把持具10や両端把持具30,40において、筒体13内に挿入し複数本の位置決めピンP1,P2,・・・で固持された羽根部1Aの空間に鋼球・砂・ビーズ(大・中・小・軟・硬の混合物)等の球状材W4を充填させ、この球状材W4に油圧手段OP等で外圧を加圧させることで起きる球状材W4間の引き締め作用により、各球状材W4間が強く結合し合い自由に移動できなくなり加圧固持させられるものである。勿論、図20に示すように、筒体13内に挿入する複数本の位置決めピンP1,P2,・・・を省略し、空間に鋼球・砂・ビーズ(大・中・小・軟・硬の混合物)等の球状材W4のみを充填させ、この球状材W4に油圧手段OP等で外圧を加圧させることで起きる球状材W4間の引き締め作用による実施でも良い。 Furthermore, in the fourth embodiment of the turbine
更に、本発明のタービンブレードの固定装置200における第五の実施例は、図22に示すように、上記羽根把持具10や両端把持具30,40において、筒体13内に挿入し複数本の位置決めピンP1,P2,・・・で固持された羽根部1Aの空間に、被把持材として砂材(大・中・小・球・角片の混合物)W5を充填するとともに、水道水等の液体W1を配管Pから筒体内に注入することで、各砂材W5間が強く結合し合い自由に移動できなくなり強固に凝固させられる。勿論、図23に示すように、位置決めピンを省略し、筒体13´内の空間に被把持材として砂材(大・中・小・球・角片の混合物)W5を充填するとともに、水道水等の液体W1を配管Pから筒体内に注入することで、各砂材W5間が強く結合し合い自由に移動できなくなり強固に凝固させる実施でも良い。 Further, in the fifth embodiment of the turbine
本発明のタービンブレードの加工装置100において、上記固定装置200は、上記のように各種の実施例からなり、何れの固定装置200を使用することも可能である。タービンブレードの形状や大きさ等に応じた固定装置200の最良の組み合わせにより、高精度加工と加工効率が高められる。 In the turbine
本発明の実施形態となるタービンブレードの加工方法によれば、下記の効果が奏せられる。特に、タービンブレードのルート部やシュラウド部の他、特に、上記羽根部の加工は、同時五軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨により、荒加工・中仕上げ・精密仕上げが材質変化を起こす約630℃の変質温度以下で連続して加工され焼け現象が完全に防止できる。その上、加工が効率的に実施できる。更に、上記羽根部の加工は、同時五軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨の各加工が、手仕上げの動きをモーションキャプチャーティーチングによるフィードバックで材質変化を起こすことなく連続して品質の良い自動加工できる。 The turbine blade machining method according to the embodiment of the present invention has the following effects. In particular, in addition to the root part and shroud part of the turbine blade, the above blade part is processed by end milling, buffing and polishing under simultaneous five-axis control, resulting in material changes in roughing, intermediate finishing and precision finishing. It is continuously processed at a temperature of about 630 ° C. or lower, and the burning phenomenon can be completely prevented. In addition, processing can be performed efficiently. In addition, the processing of the blades described above is a continuous five-axis control with end milling, buffing, and polishing. Can be processed automatically.
また、実施形態となるタービンブレードの加工装置によれば、下記の効果が奏せられる。特に、タービンブレードのルート部やシュラウド部の他、特に、上記羽根部の加工は、同時多軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨により、荒加工・中仕上げ・精密仕上げが材質変化を起こす約630℃の変質温度以下で連続して加工され焼け現象を完全に防止させた加工を実施させることができる。その上、加工を効率的に実施できる。更に、上記羽根部の加工は、同時多軸制御のもとにエンドミル・バフ・研磨の各加工が、手仕上げの動きをモーションキャプチャーティーチングによるフィードバックで材質変化を起こすことなく連続して品質の良い自動加工を実施させることができる。 Further, according to the turbine blade machining apparatus of the embodiment, the following effects can be obtained. In particular, in addition to the root part and shroud part of the turbine blade, the above blade part is processed by end milling, buffing and polishing under simultaneous multi-axis control, resulting in material changes in roughing, intermediate finishing and precision finishing. It is possible to perform processing that is continuously processed at a temperature of about 630 ° C. or less and that completely prevents the burning phenomenon. In addition, processing can be performed efficiently. Furthermore, the processing of the blades described above is based on simultaneous multi-axis control. End milling, buffing, and polishing are performed continuously without any material change by feedback of motion capture teaching of hand finishing movements. Automatic processing can be performed.
更に、タービンブレードの固定装置によれば、下記の効果が奏せられる。タービンブレードのルート部やシュラウド部の他、特に、羽根部は、位置決めピンと氷結又は石膏又はパラフィン等の固化材で確実に固着できる。また、加工済みのルート部及びシュラウド部に対しては、嵌り合う凹状の型枠で確実に固着できる。そして、筒体内に挿入した羽根部とルート部又はシュラウド部とは、鋼球・砂等の球状材で加圧させることで確実に固持できる。更には、筒体内に挿入した被把持材として砂材を充填するとともに、水等の液体を注入して強固に凝固できる。しかも、何れの固定装置も、被把持材を筒体内から外す操作が簡潔・迅速にできる。 Furthermore, according to the fixing device for the turbine blade, the following effects can be obtained. In addition to the root portion and the shroud portion of the turbine blade, in particular, the blade portion can be securely fixed to the positioning pin with solidification material such as freezing or gypsum or paraffin. Moreover, it can fix reliably to the processed root | route part and shroud part with the concave mold form which fits. And the blade | wing part inserted in the cylinder, a root | route part, or a shroud part can be firmly fixed by making it press with spherical materials, such as a steel ball and sand. Furthermore, it can be solidified firmly by filling a sand material as a material to be grasped inserted into the cylinder and injecting a liquid such as water. In addition, any of the fixing devices can simply and quickly perform the operation of removing the object to be grasped from the cylinder.
尚、本発明のタービンブレードの加工方法及び加工装置100は、上記各実施の形態における構成に限定されず、その発明の要旨内での設計変更が自由にできる。例えば、タービンブレードの加工方法における各加工工程とか把持工程の変更、タービンブレードの加工装置における把持具や加工ヘッドの制御軸数や加工ヘッドの方式の変更、その他の装置における若干の変更、把持具における各方式の使用部材や被把持材・球状材・砂材等の変更も自由にできる。この変更によっても上記タービンブレードの加工方法及び加工装置と同様な作用が得られる。その他の詳細構成の設計変更も可能である。 The turbine blade processing method and
本発明は、その対象物を航空機のジェットエンジンや発電機用のタービンに使用されるタービンブレードやターボチャージャーのブレード等の実施例で説明したものであるが、様々な製品装置のブレードとしての適用が可能である。 The present invention has been described with reference to embodiments of the turbine blade and turbocharger blade used in aircraft jet engines and generator turbines. Is possible.
1 タービンブレード
1A 羽根部
1B ルート部
1C シュラウド部
10 羽根把持具
11 筒体
11A 筒片
11B 副筒片
13,13´ 筒体
20 両端加工部
30,40 両端把持具
30a,30b 筒体
40a,40b 筒体
50 羽根加工部
60 温度検出部
70 温度制御部
(1) タービンブレード取付工程
(2) 充填工程
(3) 液体の凝固(氷結)工程
(4) 加工工程
(5) タービンブレードの取り外し工程
(2´) 蝋顆粒・硬化性樹脂顆粒の充填工程
(3´) 溶融工程
(4´) 液体の凝固工程
(5´) タービンブブレード両端部の加工工程
(6´) 再溶融工程
(7´) タービンブレードの取り外し工程
(A) 羽根把持工程
(B) 両端加工工程
(B1) シュラウド加工工程
(B2) ルート加工工程
(C) 両端把持工程
(D) 羽根加工工程
BF バフ
BK ベルト研磨
C1,C2 旋回チャック
CM カメラ
EM エンドミル
E 加熱機
F 加熱容器
J 継手
TK 砥石研磨
KH1 加工ヘッド
KH2 加工ヘッド
KMO 研磨機
M 熟練工
MO 多軸制御工作機械
G 冶具
H 加熱エレメント
SCO 中央旋回チャック
O1 凹部
O2 凹部
OP 油圧手段
P 配管
P1,P2 位置決めピン
V1,V2 ボルト
W1 液体(水・水道水・純水)
W2 石膏やパラフィン等の蝋顆粒・硬化性樹脂顆粒
W4 球状材
W5 砂材(大・中・小・球・角片の混合物)
WO 溶融液体
100 タービンブレードの加工装置
110 冷凍ユニット
120 加温ユニット
200 タービンブレードの固定装置
300 CNC制御装置
330 モーションキャプチャー制御部
331 モーションキャプチャー制御部
400 凝固部(凝固システム)
500 凝固部(凝固システム)DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine blade 1A Blade | wing part 1B Root | route part 1C Shroud part 10 Blade | blade holding tool 11 Cylinder 11A Cylinder piece 11B Subcylinder piece 13, 13 'Cylinder 20 Both-ends processing part 30,40 Both-ends holding | gripping tool 30a, 30b Cylinder 40a, 40b Cylindrical body 50 Blade processing section 60 Temperature detection section 70 Temperature control section (1) Turbine blade attachment process (2) Filling process (3) Liquid coagulation (freezing) process (4) Processing process (5) Turbine blade removal process ( 2 ′) Filling process of wax granules / curable resin granules (3 ′) Melting process (4 ′) Solidifying process of liquid (5 ′) Processing process of both ends of turbine blade (6 ′) Remelting process (7 ′) Turbine blade removal step (A) Blade gripping step (B) Both-end processing step (B1) Shroud processing step (B2) Route processing step (C) Both-end gripping step (D) Blade processing step B Buff BK Belt polishing C1, C2 Turning chuck CM Camera EM End mill E Heating machine F Heating vessel J Joint TK Grinding wheel polishing KH1 Processing head KH2 Processing head KMO Polishing machine M Multi-axis control machine tool G Jig H Heating element SCO Central turning chuck O1 Concave O2 Concave OP Hydraulic means P Piping P1, P2 Positioning pins V1, V2 Bolt W1 Liquid (water, tap water, pure water)
W2 Wax granules such as gypsum and paraffin, curable resin granules W4 Spherical material W5 Sand material (mixture of large, medium, small, sphere and square pieces)
WO
500 Solidification part (coagulation system)
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