JP5737015B2 - 回転体のアンバランス修正加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転体の除去対象部を部分的に切削除去してアンバランス量を低減する回転体のアンバランス修正加工方法に関する。

回転体は、回転機械に設けられ、その軸を中心として回転する。本発明の対象となる回転機械は、流体と力を及ぼし合う回転翼が回転体に設けられた流体機械である。この回転機械には、原動機と被動機がある。原動機は、流体が回転翼に作用させる圧力により回転体が回転駆動されることで、流体の持つエネルギーを回転運動エネルギーに変換する。原動機としては、例えば、ガスタービン（軸流タービン、ラジアルタービン）がある。被動機は、回転駆動されている回転翼が流体に圧力を作用させることで、回転運動エネルギーを流体に与える。被動機としては、例えば、圧縮機（遠心圧縮機、航空エンジンなどに設けられる軸流圧縮機、斜流圧縮機、横流圧縮機、ポンプ）がある。また、本発明の対象となる回転機械には、原動機と被動機の両方の機能を持つ過給機もある。

回転機械の回転体のバランス修正において、回転体のアンバランスを測定し、除去部を切削する方法として、例えば特許文献１が既に知られている。

特許文献１は、回転体を回転シャフトに固定するために除去対象部を用い、アンバランスの修正量と修正方向を、除去対象部が円形であると想定して求めた場合でも、修正方向に影響されることなく正確な修正量を加工でき、かつその修正によりアンバランス方向が変化せず、これにより、再修正及び再計測の必要性をなくし、修正工程の作業性及び歩留まりを大幅に高めることができる回転体の回転バランス修正装置及び方法を提供することを目的としている。

そのために、頂点検出器により除去対象部の頂点位置を検出し、補正制御装置により除去対象部が円形であると想定して予め求められたアンバランスの修正量と修正方向を、軸心と修正方向に最も近い除去対象部の頂点を結ぶ方位角と修正方向との相対角に応じてそれぞれ補正修正量と補正修正方向として補正するものである。

特開２００９−１９９４８号公報、「回転体の回転バランス修正装置及び方法」

ここで、図１（Ａ）のような回転体３２に取り付けられて、回転軸３３を中心に回転する除去対象部３１において、計測によって求められたアンバランス量（ここではＭとする）についてアンバランス方位Ｄ１に沿った形で切削を行う場合、１箇所について切削できる量は、図１（Ｂ）のようにエンドミル等の切削工具等によって除去部３４ａを切削可能な最大量（ここではＭ_ｍａｘとする）までに限られる。

また、従来、アンバランス量Ｍが、１箇所について切削できる最大量Ｍ_ｍａｘを超える場合には、図１（Ｃ）（Ｄ）に示すように、２又は３箇所の切削を行うことによって、バランス修正を行っている。

図１（Ｃ）の場合において、アンバランス方位Ｄ１を両側に３０度傾けた半直線Ｄ２、Ｄ３と、除去対象部３１の外周との交点における２箇所を、それぞれ除去部３４ｂ、３４ｃとし切削を行う。

この場合に、除去部３４ｂ、３４ｃにおける切削量をそれぞれＭ_ｍａｘとすると、２箇所で切削できるアンバランス量は、√３Ｍ_ｍａｘとなる。

さらに、図１（Ｄ）の場合において、アンバランス方位Ｄ１と、これを両側に６０度傾けた半直線Ｄ４、Ｄ５と、除去対象部３１の外周との交点における３箇所を、それぞれ除去部３４ｄ、３４ｅ、３４ｆとし切削を行う。

この場合に、除去部３４ｄ、３４ｅ、３４ｆにおける切削量をそれぞれＭ_ｍａｘとすると、３箇所で切削できるアンバランス量は、２Ｍ_ｍａｘとなる。

しかし、図１（Ｄ）の場合であっても、アンバランス量が２Ｍ_ｍａｘを超えていた場合には、アンバランスを解消するだけの切削ができないことから、従来は不良品であるとして廃棄せざるを得ないという問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、アンバランス量が１箇所について切削できる最大量の２倍を超えた場合であっても、アンバランス量を許容値以下に抑えて不良品の発生率を低減することができる回転体のアンバランス修正加工方法を提供することにある。

本発明によれば、回転体の除去対象部を部分的に切削除去してアンバランス量を低減する回転体のアンバランス修正加工方法であって、
前記回転体のアンバランスの量と方位を計測し、
前記回転体の回転軸から前記アンバランスの方位に向けて延びる仮想半直線を第１半直線と、該第１半直線から周方向両側に６０度傾いた半直線をそれぞれ第２半直線及び第３半直線と定義し、
前記アンバランス量が、１箇所について切削除去できる最大量の２倍を超える場合に、前記第１半直線上、第２半直線上及び第３半直線上の３箇所において前記最大量を切削除去し、
前記切削除去後に、前記回転体のアンバランスの量と方位を再計測し、
残存するアンバランス量が所定の許容値を超える場合に、
前記回転体の回転軸から前記アンバランスの方位に向けて延びる仮想半直線を第１半直線と、該第１半直線から周方向両側に３０度傾いた半直線をそれぞれ第２半直線及び第３半直線と再定義し、
ベクトルの和が計測によって求められた前記アンバランス量に相当する深さまで、再定義した前記第２半直線上及び第３半直線上の２箇所において切削除去する、ことを特徴とする回転体のアンバランス修正加工方法が提供される。

上記本発明の方法によれば、計測したアンバランス量が、１箇所について切削除去できる最大量の２倍を超える場合でも、アンバランスの方位に位置する第１半直線上、第２半直線上及び第３半直線上の３箇所において前記最大量を切削除去するので、アンバランス量をゼロにできなくても、大幅に低減することができる。
従って、その後に回転体のアンバランスの量と方位を再計測することで、残存するアンバランス量が所定の許容値未満である良品の比率を高め、不良品を少なくすることができる。

従来技術による１回目切削後の上面図である。 本発明による方法を実施するための修正加工装置の構成図である。 本発明による回転体のアンバランス修正加工方法の全体フロー図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図２は、本発明による方法を実施するための修正加工装置の構成図である。
この図において、１は除去対象部、２は回転体、３は回転軸、４は切削工具、６は制御機構、７は位置制御部、８は角度センサ、９は加速度センサ、１０は過給機、１１は回転装置、１２は演算装置、１３はマウント、１３ａは張出部である。

角度センサ８は、回転体２の回転角を検出し、検出した回転角を演算装置１２に出力する。この回転角は、回転体２が１回転することでゼロ度〜３６０度まで変化する。即ち、回転角は、所定の始点となる回転体２の回転位相（始点回転角）から回転体２が回転した角度を示す。
角度センサ８は、例えば、磁気センサや画像センサであり、複数組み合わせて機能するものであってもよい。

加速度センサ９は、回転体２が回転している状態で、回転体２の加速度（即ち、振動）を検出し、検出した加速度を演算装置１２に出力する。加速度センサ９は、例えば磁気センサであってよい。
なお、加速度センサ９は、好ましくは、張出部１３ａに取り付けられており、さらに好ましくは、回転体２と同じ高さに位置する。

過給機１０は、この例では、マウント１３によって支えられており、エンジンの排ガスにより回転駆動されるタービン翼（図示しない）と、タービン翼と一体的に回転することで圧縮空気をエンジンに供給するコンプレッサ翼とを有する。
回転体２は、この例では、タービン翼とコンプレッサ翼とが連結軸で連結された回転体であり、除去対象部１は、連結軸の一端（図で左端）に取り付けられた六角ナットである。

回転装置１１は、マウント１３に内蔵されており、回転体２の一端を把持して回転体２を回転させ、これによって回転体２の回転方向位置を調整している。
回転装置１１は、例えば、回転体２の一端部を把持するコレットチャック等の把持機構（図示しない）と、把持機構を回転体２の回転軸３周りに回転させる回転駆動機構と、回転駆動機構を制御して回転体２の回転方向位置を調節する制御部とを有している。

演算装置１２は、例えば、加速度センサ９が検出した加速度と角度センサ８が検出した回転角との関係を表す振動データを生成し、位置制御部７に指示を与え、切削工具４を動作させて除去対象部１を部分的に切削除去する。
切削除去する位置は、除去対象部１（この例では六角ナット）の外周部であり、例えば、回転中心から一定の位置を回転するエンドミルの端面で切削するのがよい。

マウント１３は、回転体２を軸受（図示しない）によって支え、加速度センサ９によって振動計測を可能にしている。

図３は、本発明による回転体のアンバランス修正加工方法の全体フロー図である。この図において、本発明の方法は、Ｓ１〜Ｓ１２の各工程（ステップ）からなる。

初めに、回転体２のアンバランスの量Ｍと方位を計測する（Ｓ１）。
次に、切削が１回目の場合（Ｓ２でＹＥＳ）には、アンバランス量Ｍの大きさに応じて、１箇所切削（Ｓ６）、２箇所切削（Ｓ７）、３箇所切削（Ｓ８）、３箇所全切削（Ｓ９）のいずれかを実施する。

アンバランス量Ｍが１箇所について切削除去できる最大量Ｍ_ｍａｘ未満である場合（Ｓ３でＹＥＳ）には、１箇所切削（Ｓ６）により、図１（Ａ）（Ｂ）に示したように、回転体２の回転軸３から計測によって求められた方位に向けて延びる仮想半直線（第１半直線と呼ぶ）と除去対象部１（この例では六角ナット）の外周部との交点位置を、計測によって求められたアンバランス量Ｍに相当する深さまで切削除去する。第１半直線は、図１におけるアンバランス方位Ｄ１に相当する。
この切削除去で、計測されたアンバランス量Ｍを計測された方位で除去したことになり、切削除去後のアンバランス量Ｍは、ゼロまたはゼロに近い値となる。

アンバランス量Ｍが１箇所について切削除去できる最大量Ｍ_ｍａｘを超えるが√３Ｍ_ｍａｘ未満である場合（Ｓ４でＹＥＳ）には、２箇所切削（Ｓ７）により、図１（Ｃ）に示したように、上述した第１半直線から周方向両側に３０度傾いた２つの半直線Ｄ２、Ｄ３と除去対象部１の外周部との交点位置（２箇所）を、ベクトルの和が計測によって求められたアンバランス量Ｍに相当する深さまで切削除去する。

同様に、アンバランス量Ｍが√３Ｍ_ｍａｘを超えるが２Ｍ_ｍａｘ未満である場合（Ｓ５でＹＥＳ）には、３箇所切削（Ｓ８）により、図１（Ｄ）に示したように、上述した第１半直線から周方向両側に６０度傾いた２つの半直線（それぞれ第２半直線及び第３半直線と呼ぶ）と除去対象部１の外周部との交点位置（３箇所）を、ベクトルの和が計測によって求められたアンバランス量Ｍに相当する深さまで切削除去する。この場合、第２半直線と第３半直線は、図１（Ｄ）における半直線Ｄ４、Ｄ５に相当する。

この２箇所切削（Ｓ７）及び３箇所切削（Ｓ８）により、計測されたアンバランス量Ｍを計測された方位で除去したことになり、切削除去後のアンバランス量Ｍは、ゼロまたはゼロに近い値となる。

アンバランス量Ｍが２Ｍ_ｍａｘを超える場合（Ｓ５でＮＯ）には、３箇所全切削（Ｓ９）により、３箇所切削（Ｓ８）と同一箇所、すなわち前記第１半直線上、第２半直線上及び第３半直線上の３箇所において１箇所について切削除去できる最大量Ｍ_ｍａｘを切削除去する。
この３箇所全切削（Ｓ９）では、計測されたアンバランス量Ｍに相当する量は切削除去していないが、計測された方位で２Ｍ_ｍａｘを超える量を除去したことになり、アンバランス量をゼロにできなくても、大幅に低減することができる。

図３において、１箇所切削（Ｓ６）、２箇所切削（Ｓ７）、３箇所切削（Ｓ８）、３箇所全切削（Ｓ９）のいずれかを実施した後、回転体２のアンバランスの量Ｍと方位を再計測する（Ｓ１）。
なお、１箇所切削（Ｓ６）、２箇所切削（Ｓ７）、３箇所切削（Ｓ８）の場合には、切削除去後のアンバランス量Ｍが、ゼロまたはゼロに近い値となっているので、再計測（Ｓ１）を省略して、すべて良品（アンバランス修正済）としてもよい。

次に、切削が２回目の場合（Ｓ２でＮＯ）には、アンバランス量Ｍの大きさにかかわらず、上述した２箇所切削（Ｓ７）を実施する（Ｓ１０）。なお、ここで１箇所切削（Ｓ６）を併用してもよい。

次いで、回転体２のアンバランスの量Ｍと方位を再計測し（Ｓ１１）、再計測されたアンバランス量Ｍを予め設定した許容値αと比較する（Ｓ１２）。
Ｓ１２において、アンバランス量Ｍが許容値α未満であれば、良品（アンバランス修正済）とし、アンバランス量Ｍが許容値αを超える場合は、不良品と判断して、修正加工を終了する。

上述した本発明の方法によれば、計測したアンバランス量Ｍが、１箇所について切削除去できる最大量Ｍ_ｍａｘの２倍を超える場合でも、アンバランスの方位に位置する第１半直線上、第２半直線上及び第３半直線上の３箇所において前記最大量Ｍ_ｍａｘを切削除去するので、アンバランス量をゼロにできなくても、大幅に低減することができる。
従って、その後に回転体２のアンバランスの量と方位を再計測することで、残存するアンバランス量Ｍが所定の許容値未満である良品の比率を高め、不良品を少なくすることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 除去対象部、２ 回転体、３ 回転軸、４ 切削工具、
６ 制御機構、７ 位置制御部、８ 角度センサ、
９ 加速度センサ、１０ 過給機、１１ 回転装置、１２ 演算装置、
１３ マウント、１３ａ 張出部、
３１ 除去対象部、３２ 回転体、
３３ 回転軸、３４ａ〜３４ｆ 除去部

Claims (1)

1. 回転体の除去対象部を部分的に切削除去してアンバランス量を低減する回転体のアンバランス修正加工方法であって、
   前記回転体のアンバランスの量と方位を計測し、
   前記回転体の回転軸から前記アンバランスの方位に向けて延びる仮想半直線を第１半直線と、該第１半直線から周方向両側に６０度傾いた半直線をそれぞれ第２半直線及び第３半直線と定義し、
   前記アンバランス量が、１箇所について切削除去できる最大量の２倍を超える場合に、前記第１半直線上、第２半直線上及び第３半直線上の３箇所において前記最大量を切削除去し、
   前記切削除去後に、前記回転体のアンバランスの量と方位を再計測し、
   残存するアンバランス量が所定の許容値を超える場合に、
   前記回転体の回転軸から前記アンバランスの方位に向けて延びる仮想半直線を第１半直線と、該第１半直線から周方向両側に３０度傾いた半直線をそれぞれ第２半直線及び第３半直線と再定義し、
   ベクトルの和が計測によって求められた前記アンバランス量に相当する深さまで、再定義した前記第２半直線上及び第３半直線上の２箇所において切削除去する、ことを特徴とする回転体のアンバランス修正加工方法。