JP2017127949A - インペラ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】別の加工装置による旋削工程を必要とせず、加工工程を集約させることができるインペラ加工装置を提供する。
【解決手段】インペラ加工装置１０は複合旋盤からなり、ワーク３０を保持しながら主軸Ｃを中心に回転可能な第１保持部２２と、第１保持部２２に保持されて主軸Ｃを中心に回転しているワーク３０を旋削する旋削用工具２５と、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の３軸制御が可能であるとともに主軸Ｃを境に対称に配置された第１ターレット２４及び第２ターレット３４とを備えている。一対のターレット２４，３４には、主軸Ｃを境に対称に配設され、主軸Ｃと垂直なＸＹ平面に対して傾斜した回転軸を中心にミーリング用工具２６，３６を回転させる一対のミーリング加工ヘッド２７，３７が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ワークからインペラを削り出すインペラ加工装置に関する。

インペラ加工装置として、特許文献１には、マシニングセンタを用いた装置が開示されている。この特許文献１に記載のインペラ加工装置は、ワークを保持しながら回転軸を中心に回転可能な保持部と、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸制御が可能であるとともに、保持部の回転軸を境に対称に配置された一対の加工ヘッドとを備えている。

また、特許文献２に記載のインペラ加工装置では、三次元的にねじれた形状を有しておりアンダーカットが生じやすいインペラのブレードを好適に切削することを目的として、保持部の回転軸を、水平軸であるＸ軸に対して傾斜させている。

特開２０１４‐２２６７３６号公報 特開２０１０‐２６９４１７号公報

ところで、マシニングセンタでは保持部の回転速度が毎分２００回転程度であり、ワークの輪郭を形成する旋削加工をマシニングセンタ単独で行うと加工時間が長くなってしまう。このため、特許文献１のように、マシニングセンタによって構成されたインペラ加工装置を用いる場合では、インペラのブレードを削り出すミーリング工程をこのインペラ加工装置で行うのに先んじて、前工程として旋盤によってワークの輪郭を形成する旋削工程を行うことが望ましい。旋盤では保持部の回転速度が毎分４０００〜１００００回転程度であり、マシニングセンタと比較して旋削加工に要する加工時間が短い。このため、旋盤による前工程を採用すると、加工時間の短縮が可能となる。

しかしながら、こうした旋盤による前工程を採用したインペラの製造ラインを構築する場合には、旋盤による前工程におけるタクトタイムにミーリング工程におけるタクトタイムを合わせるために、旋盤よりも高価なマシニングセンタを複数台並列に製造ライン上に設置する必要がある。したがってその分だけ設備の規模及びコストの増大が懸念され、この点で改善の余地があった。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、別の加工装置による旋削工程を必要とせず、加工工程を集約させることができるインペラ加工装置を提供することにある。

上記課題を解決するためのインペラ加工装置は、ワークを保持しながら主軸を中心に回転可能な保持部と、保持部に保持されて主軸を中心に回転しているワークを旋削する旋削用工具と、主軸と直交するＸ軸、主軸とＸ軸との双方と直交するＹ軸、及びＸ軸とＹ軸との双方と直交するＺ軸の３軸制御が可能であるとともに主軸を境に対称に配置された一対のターレットと、一対のターレットに主軸を境に対称に配設されており、主軸と垂直なＸＹ平面に対して傾斜した回転軸を中心にミーリング用工具を回転させる一対のミーリング加工ヘッドと、を備える複合旋盤からなる。

上記構成によれば、主軸を中心に保持部を回転させ、保持部に保持されているワークを旋削用工具を用いて切削することによって、ワークの輪郭を形成する旋削を行うことができる。また、３軸制御が可能な一対のターレットには、ＸＹ平面に対して傾斜した回転軸を中心にミーリング用工具を回転させるミーリング加工ヘッドがそれぞれ設けられているため、一対のミーリング加工ヘッドによって同時にインペラのブレードを削り出すミーリング加工を行うことができる。

なお、複合旋盤では、保持部を、マシニングセンタと比べて高い回転速度で回転させることができる。したがって、複合旋盤によって構成された上記のインペラ加工装置によれば、マシニングセンタを用いて構成されたインペラ加工装置よりも短い時間でワークを旋削加工することができる。そのため、上記の構成によれば、別の加工装置による旋削工程を必要とせずに、インペラ加工装置に加工工程を集約することができる。

実施形態のインペラ加工装置の構成を示す模式図。 同実施形態のインペラ加工装置におけるミーリング加工ヘッド及びミーリング用工具を拡大して示す拡大図。

以下、インペラ加工装置の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。なお、以下では、図面の上下方向を「Ｘ軸方向」、図面の紙面に直交する方向を「Ｙ軸方向」、図面の左右方向を「Ｚ軸方向」とそれぞれ称する。また、各方向に延びる軸を、それぞれＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸と称する。これらＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は互いに直交する関係にある。

図１に示すように、本実施形態のインペラ加工装置１０は、ワーク３０を保持する第１保持部２２を備えている。第１保持部２２は、ワーク３０の端部３１をチャックによって挟持することによりワーク３０を保持する。また、第１保持部２２は、モータの駆動により、ワーク３０を保持しながら主軸Ｃを中心に回転可能であり、Ｚ軸方向に移動可能である。保持部２２の主軸Ｃは、Ｚ軸と平行であり、Ｘ軸及びＹ軸の双方と直交する。

さらに、インペラ加工装置１０は、第１保持部２２の主軸Ｃを境に対称に一対のターレット２４，３４を備えている。一対のターレット２４，３４は、それぞれＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の３軸制御が可能である。そして、インペラ加工装置１０では、第１保持部２２の主軸Ｃと、一対のターレット２４，３４のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸との４軸制御が可能である。

一対のターレット２４，３４のうち、一方のターレットである第１ターレット２４には、ワーク３０の輪郭を形成する外径旋削を行う旋削用工具２５と、ミーリング用工具２６を回転させてワーク３０を切削するミーリング加工ヘッド２７と、ワーク３０に主軸Ｃに沿った孔をあける孔あけ用工具（図示略）とが切り替え可能に取り付けられている。これにより、ワーク３０の加工工程に応じて、使用する工具を旋削用工具２５とミーリング用工具２６と孔あけ用工具との中から選択できるようになっている。また、一対のターレット２４，３４のうち、他方のターレットである第２ターレット３４には、ミーリング用工具３６を回転させてワーク３０を切削するミーリング加工ヘッド３７が取り付けられている。ミーリング加工ヘッド２７，３７は、一対のターレット２４，３４に第１保持部２２の主軸Ｃを境に対称に配設されている。

なお、図１及び図２に示すように、ミーリング加工ヘッド２７，３７は、第１保持部２２の主軸Ｃと垂直なＸＹ平面に対して傾斜した回転軸Ｄを中心にミーリング用工具２６，３６をそれぞれ回転させるように、各ターレット２４，３４に配設されている。

このように、インペラ加工装置１０は、ワーク３０を保持し、主軸Ｃを中心に回転する第１保持部２２と、第１保持部２２に保持されているワーク３０を加工する工具を備えた一対のターレット２４，３４とを備えた複合旋盤からなっている。

さらに、図１に示すように、インペラ加工装置１０は、Ｚ軸方向にて第１保持部２２と対向するように位置する第２保持部４２を備えている。第２保持部４２も、モータの駆動により、ワーク３０を保持しながら主軸Ｃを中心に回転可能であり、Ｚ軸方向に移動可能である。

そして、このインペラ加工装置１０では、Ｚ軸方向において第１ターレット２４と並ぶように、第３ターレット４４が設けられている。第３ターレット４４は、第１ターレット２４よりも第２保持部４２側に設けられており、Ｘ軸及びＺ軸の２軸制御が可能であり、孔あけ用工具４５と仕上げ加工用工具４６とが取り替え可能に取り付けられている。なお、本実施形態では孔あけ用工具を第１ターレット２４と第３ターレット４４とに設けているが、孔あけ用工具は第１ターレット２４、第２ターレット３４、及び第３ターレット４４の少なくとも１つのターレットに設けられていればよい。

また、インペラ加工装置１０は、各部を制御する制御装置５０を備えている。保持部２２，４２及びミーリング用工具２６，３６の回転速度や回転量、ターレット２４，３４，４４の位置、そしてターレット２４，４４における工具の切り替えは、制御装置５０によって制御される。

続いて、本実施形態のインペラ加工装置１０によるインペラの加工工程について説明する。インペラ加工装置１０による加工工程は、第１孔あけ工程、旋削工程、ミーリング工程、第２孔あけ工程、及び仕上げ工程からなる。

＜第１孔あけ工程＞
第１保持部２２のチャックによってワーク３０の端部３１を保持した状態で、第１ターレット２４のモータ駆動により、孔あけ用工具を、Ｚ軸方向においてワーク３０の中央部分と対向する位置に移動させる。そして、ワーク３０を保持した状態で第１保持部２２を主軸Ｃを中心に回転させながら、孔あけ用工具をＺ軸方向に移動させる。なお、このときの第１保持部２２の回転速度は、例えば、毎分６０００回転程度である。

こうして回転しているワーク３０に孔あけ用工具をあてることにより、ワーク３０の中央部に、主軸Ｃに沿った孔が形成される。こうして孔あけ用工具によってワーク３０に孔あけ加工が施される。なお、第１ターレット２４による第１孔あけ工程では、ワーク３０の図１の左側の端部から主軸Ｃに沿ってワーク３０の半分程度まで孔が形成される。

＜旋削工程＞
第１孔あけ工程の後、第１ターレット２４における工具を、孔あけ用工具から旋削用工具２５に切り替える。そして、第１保持部２２のチャックによってワーク３０の端部３１を保持した状態で、主軸Ｃを中心に第１保持部２２を回転させる。なお、このときの回転速度は、例えば、毎分４０００回転程度である。第１ターレット２４のモータ駆動により、旋削用工具２５をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動させる。これにより、第１保持部２２に保持されているワーク３０を旋削用工具２５によって切削し、ワーク３０の輪郭を形成する旋削を行う。

＜ミーリング工程＞
旋削工程の後、第１ターレット２４における工具を、旋削用工具２５からミーリング用工具２６に切り替える。そして、ミーリング加工ヘッド２７，３７によって回転軸Ｄを中心にミーリング用工具２６，３６をそれぞれ回転させる。

また、併せて、第１ターレット２４及び第２ターレット３４のモータ駆動により、ミーリング加工ヘッド２７，３７をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動させ、ワーク３０を切削してインペラのブレードを削り出すミーリング加工を行う。なお、このとき第１保持部２２を主軸Ｃを中心に回動させることにより、第１ターレット２４及び第２ターレット３４に対するワーク３０の向き、すなわち主軸Ｃを中心にした位相を変更し、複数のブレードを順番に削り出す。

このミーリング工程においては、第１ターレット２４と第２ターレット３４とでは、モータの駆動制御がミラー変換されている。すなわち、第１ターレット２４におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向への移動と、第２ターレット３４におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向への移動とが同期するように、ターレット２４，３４のモータ駆動が制御される。なお、第１ターレット２４と第２ターレット３４との間で、Ｘ軸方向及びＺ軸方向においては各軸上で互いに同じ方向に制御される一方、Ｙ軸方向においては軸上で互いに反対方向に制御される。例えば、Ｘ軸方向においては、第１ターレット２４が主軸Ｃに近づく方向に駆動されているときは、第２ターレット３４も主軸Ｃに近づく方向に駆動される。Ｚ軸方向においては、第１ターレット２４が図１における右側に駆動されているときは、第２ターレット３４も図１における右側に駆動される。一方で、Ｙ軸方向においては、第１ターレット２４が図１における紙面手前方向に駆動されているときは、第２ターレット３４は図１における紙面奥行き方向に駆動される。

こうしてミラー変換を用いて、一対のミーリング加工ヘッド２７，３７を移動させることにより、一対のミーリング加工ヘッド２７，３７によって同時にインペラのブレードを削り出すミーリング加工を行うことができる。

＜第２孔あけ工程＞
ミーリング工程の後、第１保持部２２及び第２保持部４２を互いに近づくようにＺ軸方向に移動させ、もしくは第１保持部２２及び第２保持部４２のいずれか一方が他方に近づくように第１保持部２２や第２保持部４２をＺ軸方向に移動させ、第２保持部４２のチャックによってワーク３０を保持する。これにより、第１保持部２２及び第２保持部４２の双方でワーク３０を保持する。そして、第１保持部２２のチャックを開くことにより、第１保持部２２から第２保持部４２へとワーク３０を受け渡す。

ワーク３０を保持した第２保持部４２は、第１保持部２２に近づくように移動していた場合、Ｚ軸方向、詳しくは図１の左方向に移動する。第２保持部４２のチャックによってワーク３０を保持した状態で、第３ターレット４４のモータ駆動により、孔あけ用工具４５を、Ｚ軸方向においてワーク３０の中央部分と対向する位置に移動させる。そして、ワーク３０を保持した状態で第２保持部４２を主軸Ｃを中心に回転させながら、孔あけ用工具４５をＺ軸方向に移動させる。なお、このときの第２保持部４２の回転速度は、例えば、毎分６０００回転程度である。

こうして回転しているワーク３０に孔あけ用工具４５をあてることにより、ワーク３０の中央部に、主軸Ｃに沿った孔が形成される。こうして孔あけ用工具４５によってワーク３０に孔あけ加工が施される。なお、第３ターレット４４による第２孔あけ工程では、ワーク３０の図１の右側の端部から主軸Ｃに沿ってワーク３０の半分程度まで孔が形成される。

＜仕上げ工程＞
第２孔あけ工程の後、ワーク３０を保持した状態で第２保持部４２を主軸Ｃを中心に回転させながら、仕上げ加工用工具４６をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動させる。これにより、ワーク３０の端部３１を仕上げ加工用工具４６によって切削し、図１に一点鎖線で示されるように端部３１を切り落としてインペラを最終的に仕上げる。

次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態によれば、主軸Ｃを中心に第１保持部２２を回転させ、第１保持部２２に保持されているワーク３０を旋削用工具２５を用いて切削することによって、ワーク３０の輪郭を形成する旋削を行うことができる。また、一対のミーリング加工ヘッド２７，３７によって同時にインペラのブレードを削り出すミーリング加工を行うことができる。

上述したインペラ加工装置１０によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）複合旋盤では、第１保持部２２を、マシニングセンタと比べて高い回転速度で回転させることができる。したがって、複合旋盤によって構成された上記のインペラ加工装置１０によれば、マシニングセンタを用いて構成されたインペラ加工装置よりも短い時間でワーク３０を旋削加工することができる。そのため、上記のインペラ加工装置１０によれば、別の加工装置による旋削工程を必要とせずに、インペラ加工装置１０に加工工程を集約することができる。ひいては、汎用加工機であり、旋盤よりも高価なマシニングセンタを、前工程として旋削工程を行う１台の旋盤に対して複数台並列に並べるような製造ラインを構築しなくても、タクトタイムを短縮することができる。

（２）第１ターレット２４と第２ターレット３４とでモータの駆動制御をミラー変換させることにより、ワーク３０のミーリング加工を主軸ＣとＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸との同時４軸制御で行うことが可能となっている。このため、例えば、ターレット２４，３４の制御をそれぞれ別々に行う場合と比較して、制御装置５０の制御負荷を小さくしたり、制御装置５０をより処理能力の低い安価なものにしたりすることができる。

（３）インペラ加工装置１０が、ミーリング工程に用いられる一対のターレット２４，３４に加えて、仕上げ工程に用いられる第３ターレット４４を備えている。このため、ミーリング加工の後に、インペラ加工装置１０において仕上げ工程を行うことができ、インペラ加工装置１０に加工工程を集約することができる。したがって、ミーリング工程と仕上げ工程とを、製造ライン上で別の装置によって行う場合と比較して、装置間におけるワーク３０の搬送工程を省略したり、製造ラインの長さを短くしたりすることができる。

なお、上述の実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第２保持部４２、第３ターレット４４、孔あけ用工具４５、及び仕上げ加工用工具４６を製造ライン上でインペラ加工装置１０とは別装置として配置させてもよい。すなわち、インペラ加工装置１０から第２保持部４２、第３ターレット４４、孔あけ用工具４５、及び仕上げ加工用工具４６を省略することもできる。こうした形態によっても、上記の（１）及び（２）と同様の効果を奏することができる。

・第１ターレット２４と第２ターレット３４とで、モータの駆動制御をミラー変換させず、各ターレットにおけるモータの駆動を別々に制御するようにしてもよい。こうした形態によっても、上記の（１）及び（３）と同様の効果を奏することができる。

１０…インペラ加工装置、２２…第１保持部、２４…第１ターレット、２５…旋削用工具、２６，３６…ミーリング用工具、２７，３７…ミーリング加工ヘッド、３０…ワーク、３４…第２ターレット、５０…制御装置、Ｃ…主軸、Ｄ…回転軸。

Claims (1)

1. ワークを保持しながら主軸を中心に回転可能な保持部と、
   前記保持部に保持されて前記主軸を中心に回転しているワークを旋削する旋削用工具と、
   前記主軸と直交するＸ軸、前記主軸と前記Ｘ軸との双方と直交するＹ軸、及び前記Ｘ軸と前記Ｙ軸との双方と直交するＺ軸の３軸制御が可能であるとともに前記主軸を境に対称に配置された一対のターレットと、
   前記一対のターレットに前記主軸を境に対称に配設されており、前記主軸と垂直なＸＹ平面に対して傾斜した回転軸を中心にミーリング用工具を回転させる一対のミーリング加工ヘッドと、を備える複合旋盤からなるインペラ加工装置。

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