JP2017064819A - 旋盤、振れ止め装置、及び切削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 作業工数を削減することが可能な旋盤を提供する。【解決手段】 旋盤１００は、加工対象物Ｗの一端を支持し、加工対象物Ｗを軸線Ａ回りに回転させる回転台３と、加工対象物Ｗに当接して加工対象物Ｗを切削加工する切削部４と、加工対象物Ｗ上で、切削部４が当接する部分とは異なる他の部分で、加工対象物Ｗを支持する振れ止め装置５と、を備え、振れ止め装置５は、加工対象物Ｗを支持する支持面５５が形成されるとともに、軸線Ａの径方向に移動する複数の支持部５１を有し、複数の支持部５１は、軸線Ａの延びる軸線Ａ方向に隣接して配列されるとともに、それぞれが独立して軸線Ａの径方向に移動する。【選択図】図２

Description

本発明は、旋盤、振れ止め装置、及び切削加工方法に関する。

例えばガスタービン等の回転機械は、動翼列を備えるロータを軸線回りに回転駆動することで運転される。すなわち、ロータは軸線を基準として回転対称の形状を有している。このような回転対称の部品を切削加工で得るに当たっては、従来、旋盤を用いる例が一般的である。

一般的に、旋盤を用いる場合、加工対象物（ワーク）の一端をチャックによって保持した状態で回転させ、バイト（刃先）を当接させることで切削加工が進められる。しかし、ガスタービンのロータのように比較的に大型長尺の部材を切削加工するに当たっては、上記のようにワークの一端を保持するのみでは、ワークに撓みや振れ回りを生じる可能性がある。

そこで、例えば下記特許文献１に記載されているように、チャック（主軸面板）による保持に加えて、振れ止めによってワークを下方から支持する構成を採る方法が提唱されている。

特開昭６１−１３１８５４号公報

しかしながら、上記特許文献１のような技術では、振れ止めによって支持されている領域にも切削加工を行いたい場合、旋盤からワークをクレーン等で取り除き、振れ止めの位置を変更した上で再度ワークを下ろし、支持し直す必要がある。特に、このときワークの芯出しをワークの揚げ降ろしの都度行う必要がある。このため、作業工数の増加につながる可能性がある。また、クレーン等によるワークの取り回しが必要となることから、安全上の高度な配慮も必要となる可能性がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、作業工数を削減することが可能な旋盤、振れ止め装置、及び切削加工方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様に係る旋盤は、加工対象物の一端を保持し、前記加工対象物を軸線回りに回転させる回転台と、前記加工対象物に当接して該加工対象物を切削加工する切削部と、前記加工対象物上で、前記切削部が当接する部分とは異なる他の部分で、前記加工対象物を支持する振れ止め装置と、を備え、前記振れ止め装置は、前記加工対象物を支持する支持面が形成されるとともに、前記軸線の径方向に移動する複数の支持部を有し、前記複数の支持部は、前記軸線の延びる軸線方向に隣接して配列されるとともに、それぞれが独立して前記軸線の径方向に移動する。

この構成によれば、一の支持部によって加工対象物を支持した状態で切削加工を行い、他の支持部を径方向内側に移動させた後に、この一の支持部を軸線の径方向外側に移動させることで、継続して加工対象物を支持することができる。すなわち、一の支持部が支持していた加工対象物の表面にも切削加工を施すことができる。さらに、支持部を受け替えるに当たり、加工対象物の移動や芯出し等を行う必要がないため、作業工数を削減することができる。

本発明の第二の態様に係る旋盤では、前記支持部は、前記軸線の周方向に配列され、前記支持面が形成され、前記軸線の径方向に移動する複数の支持体を有してもよい。

この構成によれば、支持体が周方向に複数設けられることから、加工対象物をさらに安定的に支持することができる。

本発明の第三の態様に係る旋盤は、前記支持面と前記加工対象物との間に潤滑油を供給する油供給部をさらに備えてもよい。

この構成によれば、支持面と加工対象物との間に潤滑油が介在することから、加工対象物を円滑に回転させることができるとともに、加工対象物の表面にキズ等が付く可能性を低減することができる。

本発明の第四の態様に係る旋盤では、前記軸線方向に移動する前記切削部が、前記振れ止め装置と、前記軸線方向で同じ位置にある場合に、前記振れ止め装置及び前記切削部は上面視で互いに重なる部分があるとともに、前記軸線方向から見て互いに重ならない外形状を有してもよい。

この構成によれば、切削部が軸線方向に移動しても、振れ止め装置に干渉することがない。このため、振れ止め装置の配置の影響を受けずに、切削部を軸線方向に自由に移動させることができる。

本発明の第五の態様に係る旋盤は、前記複数の支持部が設けられ、前記軸線方向に移動する受台部を備えてもよい。

本発明の第六の態様に係る振れ止め装置は、回転する加工対象物の軸線に沿って移動する一の受台部と、前記一の受台部に設けられて、前記加工対象物を前記軸線の径方向から支持し、前記軸線の延びる軸線方向に隣接して配列されるとともに、それぞれが独立して前記軸線の径方向に移動する複数の支持部と、を有する。

本発明の第七の態様に係る切削加工方法は、加工対象物の一端を保持し、前記加工対象物を軸線回りに回転させる回転台と、前記加工対象物に当接して該加工対象物を切削加工する切削部と、前記切削部が当接する部分とは異なる他の部分で、前記加工対象物を支持する振れ止め装置と、を備え、前記振れ止め装置は、前記加工対象物を支持する支持面が形成されるとともに、前記軸線の径方向に移動する複数の支持部を有し、前記複数の支持部は、一の支持部及び前記一の支持部に前記軸線の延びる軸線方向に隣接して配列される他の支持部を有し、それぞれが独立して前記軸線の径方向に移動する旋盤を用いた切削加工方法であって、前記一の支持部における前記支持面によって、予め定められた前記加工対象物の支持対象領域を支持するステップと、前記他の支持部を径方向内側に移動させて前記加工対象物を支持した後、前記一の支持部を径方向外側に移動させて、前記加工対象物から前記一の支持部の前記支持面を離間させるステップと、前記支持対象領域を前記切削部によって切削加工するステップと、を含む。

この方法によれば、一の支持部によって加工対象物を支持した状態で切削加工を行った後、この支持部を軸線の径方向外側に移動させるとともに、他の支持部を径方向内側に移動させることで、継続して加工対象物を支持することができる。すなわち、一の支持部が支持していた支持対象領域にも切削加工を施すことができる。さらに、支持部を受け替えるに当たり、加工対象物の移動や芯出し等を行う必要がないため、作業工数を削減することができる。

本発明の第七の態様に係る切削加工方法は、前記一の支持部を、前記加工対象物の前記支持対象領域と前記軸線方向において同じ位置に移動させ、前記他の支持部を、前記加工対象物の前記支持対象領域と前記軸線方向において異なる位置に移動させるステップを含んでもよい。

本発明によれば、旋盤、振れ止め装置、及び切削加工方法において、作業工数を削減することができる。

本発明の実施形態に係る旋盤の平面図である。 図１のＩＩ矢視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 本発明の実施形態に係る切削加工方法の工程図である。 本発明の実施形態に係る切削加工方法の一工程を示す図である。 本発明の実施形態に係る切削加工方法の一工程を示す図である。 本発明の実施形態に係る切削加工方法の一工程を示す図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る旋盤１００は、加工対象物Ｗを支持するチャック１と、チャック１を軸線Ａ回りに回転させる回転台３と、加工対象物Ｗを切削加工する切削部４と、加工対象物Ｗの振れ回りを防ぐための振れ止め装置５と、これら回転台３、切削部４、及び振れ止め装置５を支持するプラットフォーム６と、を備えている。

加工対象物Ｗは、比較的に長尺かつ柱状をなす金属材料等である。旋盤１００は、このような加工対象物Ｗに切削加工を施すことで、回転対称の形状を有する部材を得るために用いられる。本実施形態では、加工前の状態において円柱状をなす加工対象物Ｗを用いた例について説明する。ここでは、ガスタービンや蒸気タービンなどで使用されるタービンのロータを加工対象物Ｗとして説明する。

回転台３は、チャック１を軸線Ａ回りに回転駆動する装置であって、その内部には電動機等の駆動部が設けられている。すなわち、この電動機の出力軸は軸線Ａと同軸とされている。チャック１は加工対象物Ｗを外周側から把持する複数の爪部１１を有している。これら複数の爪部１１が加工対象物Ｗを外周側から保持する。チャック１によって挟持された状態で回転台３を回転駆動することで、加工対象物Ｗは軸線Ａ回りに回転する。なお、回転台３上で加工対象物Ｗを保持するための部材は、上記のチャック１に限定されず、他の構成を用いることも可能である。他の構成としては、例えばねじ等による回転台３への加工対象物Ｗの固定や、スポット溶接等による仮固定等が考えられる。

切削部４は、金属加工に供される超硬等で形成されたバイト４１と、このバイト４１を支持するバイト取付部４２と、を有している。回転台３によって回転駆動されている加工対象物Ｗの外周面にバイト４１を当接させることで、加工対象物Ｗが切削される。なお、バイト４１の形状や寸法は、要求される形状や加工精度に応じて適宜に選択される。さらに、バイト取付部４２は、バイト用レール４３に沿って移動可能である。このバイト用レール４３は、軸線Ａに沿ってプラットフォーム６上に延びている。すなわち、切削部４は軸線Ａの延びる軸線Ａ方向に移動可能である。

振れ止め装置５は、プラットフォーム６上の振れ止め装置用レール５３に沿って移動可能な受台部５２と、受台部５２によって下方から支持される支持部５１と、支持部５１に潤滑油を供給する油供給部５４と、を有している。詳しくは図２又は図３に示すように、支持部５１は、受台部５２上で軸線Ａ方向に間隔をあけて配列された２つの支持部５１Ａ、支持部５１Ｂを有している。これら支持部５１Ａと支持部５１Ｂは、それぞれ独立して、軸線Ａの径方向に移動することができる。

それぞれの支持部５１は、軸線Ａに対する周方向に間隔をあけて配列されたメイン支持体５１１と、２つのサブ支持体５１２と、を有している。より具体的には、メイン支持体５１１は、軸線Ａ方向から見て、最もプラットフォーム６に近接する位置に設けられる。言い換えると、メイン支持体５１１は、軸線Ａの鉛直下方の位置に設けられている。メイン支持体５１１は、軸線Ａ方向から見て略扇形であり、上面視で略矩形である。

サブ支持体５１２は、メイン支持体５１１を、軸線Ａの周方向両側から囲むようにして受台部５２上に２つ配置されている。それぞれのサブ支持体５１２は、軸線Ａ方向から見て略扇形であり、軸線Ａに対する径方向から見て略円形である。サブ支持体５１２は、後述する油供給部５４から供給された潤滑油を、軸線Ａに対する径方向内側に向かって吹き出すように構成されている。

さらに、これらメイン支持体５１１、及びサブ支持体５１２は、受台部５２によって軸線Ａに対する径方向外側から支持された状態で、径方向に進退動可能とされている。なお、受台部５２の内側（軸線Ａに対する径方向外側の部分）には、支持部５１を収容可能な空間が形成されている。すなわち、メイン支持体５１１、及びサブ支持体５１２が径方向外側に移動した際には、これらメイン支持体５１１、及びサブ支持体５１２は、この空間内に埋没する。

さらに、メイン支持体５１１、及びサブ支持体５１２における軸線Ａの径方向内側を向く面は、円柱状をなす加工対象物Ｗの外周面に沿って広がる支持面５５を形成する。支持面５５は、軸線Ａ方向から見て略円弧状である。前記支持部は、前記軸線の周方向に配列された複数の支持体を有する。この支持面５５が潤滑油を介して加工対象物Ｗの外周面に当接した状態で、加工対象物Ｗは回転する。すなわち、支持面５５は加工対象物Ｗの外周面に対して潤滑油を介して摺接する。

油供給部５４は、振れ止め装置５の内側に配置されている。油供給部５４は、潤滑油をサブ支持体５１２に向かって送り出す。これにより、サブ支持体５１２から、回転中の加工対象物Ｗの外周面に向かって潤滑油が供給される。すなわち、加工対象物Ｗの外周面がこの潤滑油によって潤滑されるため、支持部５１における支持面５５と加工対象物Ｗとを円滑に摺接させることができる。

なお、図３に示すように、振れ止め装置５と、切削部４とは、軸線Ａ方向で同じ位置にある場合に、上面視で振れ止め装置５、及び切削部４の重なる部分があるとともに、軸線Ａ方向から見て互いに重ならないような外形状を有している。ここで、軸線Ａ方向に対して垂直かつ水平な方向を、幅方向Ｄと定義する。図３に示すように、振れ止め装置５の受台部５２は、軸線Ａを基準として、幅方向Ｄにおいて切削部４側に位置する第一半体部５２Ａと、この第一半体部５２Ａと幅方向Ｄにおいて反対側の第二半体部５２Ｂと、を有している。これら第一半体部５２Ａと第二半体部５２Ｂとのそれぞれに、サブ支持体５１２が設けられている。

バイト取付部４２は、バイト４１が取り付けられる取付部本体４２Ａと、この取付部本体４２Ａを下方から支持する脚部４２Ｂと、を有している。取付部本体４２Ａは脚部４２Ｂの上部に設けられており、脚部４２Ｂに対して軸線Ａ側に突出する突出部４２Ｃを有している。この突出部４２Ｃの軸線Ａ側先端にバイト４１が取り付けられている。

取付部本体４２Ａと、脚部４２Ｂと、プラットフォーム６とによって、軸線Ａから遠ざかる側に凹んだ空間Ｖが形成される。切削部４と振れ止め装置５が軸線Ａ方向で同じ位置にあるとき、この空間Ｖには、受台部５２における第一半体部５２Ａの一部が入り込んでいる。

受台部５２の第一半体部５２Ａ上で、軸線Ａを基準として切削部４側の端部は、軸線Ａに対する径方向に斜めに切り欠かれて第一対向面Ｆ１をなしている。第一対向面Ｆ１の下側の端縁よりも下側の面は、プラットフォーム６に対して略垂直となる第一垂直面Ｐ１をなしている。

一方で、バイト取付部４２の取付部本体４２Ａの下部は、振れ止め装置５の受台部５２における第一対向面Ｆ１と対向するように斜めに切り欠かれて第二対向面Ｆ２をなしている。第二対向面Ｆ２よりも下側の面（すなわち、脚部４２Ｂの軸線Ａ側に位置する面）は、プラットフォーム６に対して略垂直となる第二垂直面Ｐ２をなしている。

これら第一対向面Ｆ１と第二対向面Ｆ２、及び第一垂直面Ｐ１と第二垂直面Ｐ２の間には、それぞれ一定の間隙が形成されている。このような形状を有することで、振れ止め装置５と切削部４は軸線Ａ方向両側から互いにすれ違い可能となっている。

以上のように構成された旋盤１００の動作、及びこれを用いた切削加工方法について、図４から図７を参照して説明する。図４に示すように、本実施形態に係る切削加工方法では、以下のＳ１〜Ｓ６の各ステップが実行される。

まず、はじめに加工対象物Ｗに対して振れ止め装置５における支持部５１が支持すべき領域である支持対象領域Ｘを決定するステップＳ１を実行する。加工対象物Ｗの外周面上において、支持部５１が支持する領域では切削加工は行えないため、切削加工を行うべき領域を軸線Ａ方向に複数の区画に分割した上で、これら区画に対して予め時間的な順位を付けることが望ましい。すなわち、支持対象領域Ｘとは、切削加工の時間的な順位が後位の領域である。

続いて、ステップＳ２では、チャック１によって加工対象物Ｗの一端を保持する。より具体的には、上記した複数の爪部１１によって、軸線Ａ方向における加工対象物Ｗの一端を挟持する。これにより、加工対象物Ｗはチャック１と一体となって回転可能な状態となる（図５参照）。
なお、ステップＳ３を実行する前に、一の支持部５１を、加工対象物Ｗの支持対象領域Ｘと軸線方向において同じ位置に移動させ、他方の支持部５１Ｂを、加工対象物Ｗの支持対象領域Ｘと軸線Ａ方向において異なる位置に移動させるステップを実行してもよい。

ステップＳ３では、次に、２つの支持部５１のうち、一の支持部５１によって加工対象物Ｗを支持する。すなわち、２つの支持部５１のうち、一方の支持部５１（５１Ａ）は、軸線Ａに対する径方向内側に移動することで加工対象物Ｗを支持する。他方の支持部５１（５１Ｂ）は、軸線Ａに対する径方向外側に離間することで受台部５２内に収容される。すなわち、加工対象物Ｗと他方の支持部５１Ｂの支持面５５との間には、径方向に間隙が形成された状態となる（図５参照）。

次に、ステップＳ４において上記のように加工対象物Ｗの一端がチャック１によって支持されるとともに、支持対象領域Ｘが一の支持部５１Ａによって支持された状態で、加工対象物Ｗを回転させて、切削加工を実行する。このとき切削される領域は、支持対象領域Ｘを除く他の領域である。言い換えれば、このステップＳ４においては、支持対象領域Ｘは切削されず、加工前の状態を維持する。

切削加工（ステップＳ４）が終了した後、ステップＳ５を実行する。ステップＳ５では、まず、回転台３による加工対象物Ｗの回転を停止させる。続いて、支持対象領域Ｘを支持している一方の支持部５１Ａ（支持面５５）に加えて、他方の支持部５１Ｂも軸線Ａの径方向内側に移動させることで、加工対象物Ｗの外周面を支持する（図６参照）。すなわち、加工対象物Ｗは、チャック１と、２つの支持部５１（５１Ａ，５１Ｂ）によって支持された状態となる。

続いて、上記の状態から、支持対象領域Ｘを支持していた一方の支持部５１Ａを、径方向外側に移動させることで、受台部５２内に収容する。すなわち、支持対象領域Ｘは外部に露出した状態となるとともに、隣接する加工済みの領域が、他方の支持部５１Ｂによって支持された状態となる（図７参照）。

上記の状態から次のステップＳ６に移って、加工対象物Ｗを再び回転させることで、露出した支持対象領域Ｘに対する切削加工が行われる。このステップにより、支持対象領域Ｘを含む加工対象物Ｗの外周面の全体が切削加工される。以上で、本実施形態に係る切削加工方法の全工程が完了する。

上述のような旋盤１００によれば、一の支持部５１Ａによって加工対象物Ｗを支持した状態で切削加工を行った後、この支持部５１Ａを軸線Ａの径方向外側に移動させるとともに、他の支持部５１Ｂを径方向内側に移動させることで、継続して加工対象物Ｗを支持することができる。すなわち、一の支持部５１Ａが支持していた加工対象物Ｗの表面にも切削加工を施すことができる。さらに、支持部５１Ａ，５１Ｂを受け替えるに当たり、加工対象物Ｗの移動や芯出し等を行う必要がないため、作業工数を削減することができる。

さらに、上述の構成によれば、油供給部５４によって支持面５５と加工対象物Ｗとの間に潤滑油が供給されることから、加工対象物Ｗを円滑に回転させることができるとともに、加工対象物Ｗの表面にキズ等が付く可能性を低減することができる。

加えて、上述の構成によれば、振れ止め装置５と切削部４の軸線Ａ方向から見た断面が互いに重ならないように構成されている。これにより、振れ止め装置５と、切削部４とが軸線Ａ方向から干渉することがない。したがって、振れ止め装置５によって支持される領域を、より広く確保することができる。

以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明した。しかしながら、上記実施形態はあくまで一例であって、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更や改修を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、軸線Ａ方向において１つのみの振れ止め装置５が設けられる構成について説明した。しかしながら、振れ止め装置５は軸線Ａ方向に間隔をあけて複数設けられてもよい。このような構成によれば、加工対象物Ｗをさらに安定的に支持することができる。また、上記実施形態によると、一の支持部５１Ａと、一の支持部５１Ａに軸線Ａ方向に隣接する他の支持部５１Ｂは、いずれも１つの受台部５２に設けられている。しかしながら、支持部５１と受台部５２の構成は上記に限定されない。例えば、一の支持部５１Ａと、一の支持部５１Ａと異なる他の支持部５１Ｂを、それぞれ異なる受台部に設けることも可能である。その場合、一の支持部５１Ａと、他の支持部５１Ｂとが、軸線Ａ方向に隣接するように、異なる受台部を設ければよい。

１００…旋盤 Ｗ…加工対象物 １…チャック ３…回転台 ４…切削部 ５…振れ止め装置 ６…プラットフォーム １１…爪部 ４１…バイト ４２…バイト取付部 ４２Ａ…取付部本体 ４２Ｂ…脚部 ４２Ｃ…突出部 ４３…バイト用レール ５３…振れ止め装置用レール ５２…受台部 ５１，５１Ａ，５１Ｂ…支持部 ５１１…メイン支持体 ５１２…サブ支持体 ５２Ａ…第一半体部 ５２Ｂ…第二半体部 ５４…油供給部 ５５…支持面 Ａ…軸線 Ｄ…幅方向 Ｆ１…第一対向面 Ｐ１…第一垂直面 Ｆ２…第二対向面 Ｐ２…第二垂直面 Ｖ…空間

Claims (8)

1. 加工対象物の一端を保持し、前記加工対象物を軸線回りに回転させる回転台と、
   前記加工対象物に当接して該加工対象物を切削加工する切削部と、
   前記加工対象物上で、前記切削部が当接する部分とは異なる他の部分で、前記加工対象物を支持する振れ止め装置と、
   を備え、
   前記振れ止め装置は、
   前記加工対象物を支持する支持面が形成されるとともに、前記軸線の径方向に移動する複数の支持部を有し、
   前記複数の支持部は、前記軸線の延びる軸線方向に隣接して配列されるとともに、それぞれが独立して前記軸線の径方向に移動する旋盤。
2. 前記支持部は、前記軸線の周方向に配列され、前記支持面が形成され、前記軸線の径方向に移動する複数の支持体を有する請求項１に記載の旋盤。
3. 前記支持面と前記加工対象物との間に潤滑油を供給する油供給部をさらに備える請求項１又は２に記載の旋盤。
4. 前記軸線方向に移動する前記切削部が、前記振れ止め装置と、前記軸線方向で同じ位置にある場合に、前記振れ止め装置及び前記切削部は上面視で互いに重なる部分があるとともに、前記軸線方向から見て互いに重ならない外形状を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の旋盤。
5. 前記複数の支持部が設けられ、前記軸線方向に移動する受台部を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の旋盤。
6. 回転する加工対象物の軸線に沿って移動する一の受台部と、
   前記一の受台部に設けられて、前記加工対象物を前記軸線の径方向から支持し、前記軸線の延びる軸線方向に隣接して配列されるとともに、それぞれが独立して前記軸線の径方向に移動する複数の支持部と、
   を有する振れ止め装置。
7. 加工対象物の一端を保持し、前記加工対象物を軸線回りに回転させる回転台と、
   前記加工対象物に当接して該加工対象物を切削加工する切削部と、
   前記切削部が当接する部分とは異なる他の部分で、前記加工対象物を支持する振れ止め装置と、
   を備え、
   前記振れ止め装置は、
   前記加工対象物を支持する支持面が形成されるとともに、前記軸線の径方向に移動する複数の支持部を有し、
   前記複数の支持部は、一の支持部及び前記一の支持部に前記軸線の延びる軸線方向に隣接して配列される他の支持部を有し、それぞれが独立して前記軸線の径方向に移動する旋盤を用いた切削加工方法であって、
   前記一の支持部における前記支持面によって、予め定められた前記加工対象物の支持対象領域を支持するステップと、
   前記他の支持部を径方向内側に移動させて前記加工対象物を支持した後、前記一の支持部を径方向外側に移動させて、前記加工対象物から前記一の支持部の前記支持面を離間させるステップと、
   前記支持対象領域を前記切削部によって切削加工するステップと、
   を含む切削加工方法。
8. 前記一の支持部を、前記加工対象物の前記支持対象領域と前記軸線方向において同じ位置に移動させ、前記他の支持部を、前記加工対象物の前記支持対象領域と前記軸線方向において異なる位置に移動させるステップを含む請求項７に記載の切削加工方法。

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