JP6395946B2 - スクリューロータの加工方法、加工装置及び加工用工具並びにスクリュー圧縮機の製造方法 - Google Patents
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Description
第1のエンドミルにより、スクリューロータのスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて予め定められた深さまで掘り込む第1の工程と、
前記スクリュー歯溝の溝幅より小さい径の第2のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の側面の荒加工を行う第2の工程と、
前記スクリュー歯溝の深さサイズより短い切れ刃部と前記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備する第3のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の側面の仕上加工を行う第3の工程と、
前記スクリュー歯溝の底面に対応する形状を有するとともに、前記スクリュー歯溝の溝底まで挿入可能な工具径以下の外径を有し、かつ側面に軸切込み量以上の切れ刃を設けた第4のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の底面の仕上加工を行う第4の工程と、
を含むことを特徴とするものである。
第1のエンドミルにより、スクリューロータのスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて予め定められた深さまで掘り込む第1の工程と、
前記スクリュー歯溝の溝幅より小さい径の第2のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の側面の荒加工を行う第2の工程と、
前記スクリュー歯溝の深さサイズより短い切れ刃部と前記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備する第3のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の側面の仕上加工を行う第3の工程と、
前記スクリュー歯溝の底面に対応する形状を有するとともに、前記スクリュー歯溝の溝底まで挿入可能な工具径以下の外径を有し、かつ側面に軸切込み量以上の切れ刃を設けた第4のエンドミルと、当該第4のエンドミルよりさらに小さい工具径を有し、側面に軸切込み量以上の切れ刃を設けた第5のエンドミルと、により、前記スクリュー歯溝の底面の仕上加工を行う第4の工程とを含むことを特徴とするものである。
工具旋回軸に設置され、スクリューロータのスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて予め設定した深さまで掘り込む第1のエンドミルと、
前記工具旋回軸に設置され、前記スクリュー歯溝の溝幅より小さい径を有し、前記スクリュー歯溝の側面の荒加工を行う第2のエンドミルと、
前記工具旋回軸に設置され、前記スクリュー歯溝の深さサイズより短い切れ刃部と前記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備し、前記スクリュー歯溝の側面の仕上加工を行う第3のエンドミルと、
前記工具旋回軸に設置され、前記スクリュー歯溝の底面に対応する形状を有し、前記スクリュー歯溝の底面の仕上加工を行う第4のエンドミルと、を備え、
前記第4のエンドミルは、前記スクリュー歯溝の溝底まで挿入可能な工具径以下の外径を有するとともに、前記第4のエンドミルの側面に軸切込み量以上の切れ刃を有して前記スクリュー歯溝の仕上加工を行うことを特徴とするものである。
スクリューロータのスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて予め設定した深さまで掘り込むための第1のエンドミル、
前記スクリュー歯溝の側面の荒加工を行う、前記スクリュー歯溝の溝幅より小さい径の第2のエンドミル、
前記スクリュー歯溝の側面の仕上加工を行う、前記スクリュー歯溝の深さサイズより短い切れ刃部と前記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備する第3のエンドミル、前記スクリュー歯溝の底面の仕上加工を行う、前記スクリュー歯溝の底面に対応する形状と前記スクリュー歯溝の溝底まで挿入可能な工具径以下の外径を有し、かつ側面に軸切込み量以上の切れ刃を設けた第4のエンドミル、
によって構成され、
前記スクリュー歯溝を形成するため、前記第1のエンドミル、前記第2のエンドミル、前記第3のエンドミル、前記第4のエンドミルの順に用いられることを特徴とするものである。
第1のエンドミルにより、スクリューロータのスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて予め定められた深さまで掘り込み、
前記スクリュー歯溝の溝幅より小さい径の第2のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の側面の荒加工を行い、
前記スクリュー歯溝の深さサイズより短い切れ刃部と前記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備する第3のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の側面の仕上加工を行い、前記スクリュー歯溝の底面に対応する形状を有し、側面に軸切込み量以上の切れ刃を設け、前記スクリュー歯溝の溝底まで挿入可能な工具径以下の外径を有する第4のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の底面の仕上加工を行うことで複数の前記スクリュー歯溝各々を加工して前記スクリューロータを形成する第1の工程と、
前記スクリューロータの複数のスクリュー歯溝を2つのゲートロータの複数の歯にそれぞれ互いに軸直角となるように前記ゲートロータを前記スクリューロータの外側に配置する第2の工程と、
前記スクリューロータと前記ゲートロータの外周部をケースで覆う第3の工程により、
前記スクリューロータの回転とともに連れ回る前記ゲートロータにより前記複数のスクリュー歯溝が閉じられ圧縮媒体を閉じ込める構造とするものである。
まず、はじめにシングルスクリュー圧縮機の圧縮原理について図1に基づき説明する。シングルスクリュー圧縮機は、複数の歯溝2を有するスクリューロータ1と、複数の歯4を有し、スクリューロータ1と噛み合うゲートロータ3a、3bが互いに軸直角の位置に左右対称に配置されている。図1ではスクリューロータ1が6個の歯溝2を有し、ゲートロータ3a、3bが11個の歯4を有する場合を図示している。スクリューロータ1の外周部にはケーシング(図示せず)が覆っており、スクリューロータ1の歯溝2、ゲートロータ3a、3bの歯4、ケーシングの内径で密閉空間が形成されている。スクリューロータ1のある位置で歯溝2に圧縮媒体である冷媒ガスが吸入され、スクリューロータ1の回転とともに連れ回りするゲートロータ3a、3bで、歯溝2が閉じられ冷媒ガスが閉じ込められる。
ここで、スクリューロータ1はシャフト14を介してC軸チャック15でC軸主軸5に固定されているが、より高精度な加工を行う場合には、加工時の負荷による変形を抑えるため、心押し台12と振れ止め13a、13bでシャフトを支えるようにされる。Z軸移動ステージ8上には、X軸移動ステージ7、Y軸移動ステージ(図示せず)、B軸旋回テーブル9が搭載されており、B軸旋回テーブル9上には工具6を回転させるスピンドル16が搭載されており、その先端にはホルダー17を介して工具6が取付けられている。
δbは最大溝深さ位置での溝底から切れ刃長さ分上方における歯溝側面リード角
δcは最大溝深さ位置での外径表面位置における歯溝側面リード角
図26に旋回半径をリード角にあわせて補正した後の形状誤差を示す。「補正リード最小(図中の破線で示した特性)」は、図27(a)に示すリード角が最も小さい最大深さ位置での溝底58の形状誤差であり、「補正リード最大(図中の実線で示した特性)」は、図27(b)に示すリード角が最も大きいスクリューロータの外径表面位置での溝底59の形状誤差である。溝底中心から9.5mmまでは、図17(a)のカッターパスで加工するため誤差が無い。また9.5mmから溝幅端(14mm)までは、図17(b)もしくは図17(c)で旋回半径をリード角にあわせて補正した場合であり、誤差は±1μm以下である。
上記の場合、溝幅28mmに対し、工具径φ19mmであるため、図17(b)、(c)の往復加工のみで加工が可能である。図28に、図17(b)、(c)の往復加工のみで加工した場合の旋回半径を、リード角にあわせて補正した後の形状誤差を示す。「補正リード最小(図中の破線で示した特性)」はリード角が最も小さい場合の誤差、「補正リード最大(図中の実線で示した特性)」はリード角が最も大きい場合の誤差である。この図から、形状誤差は±1.5μm以下となることがわかる。
また、図6、図17に示す工具移動方向の矢印は、逆方向でも問題なく加工できる。
また、本実施の形態では歯溝側面仕上の後、歯溝底面仕上を行っているが、歯溝側面の仕上しろが少なければ、歯溝底面仕上の後、歯溝側面仕上を行っても同様の効果が得られる。
実施の形態1では、歯溝底面の仕上加工の工程に第4のエンドミル28を用いたものについて説明したが、実施の形態2では、第4のエンドミル28と第4のエンドミル28より小さい径の第5のエンドミル55を工具として用いた場合について説明する。また、歯溝底面の荒加工工程を先端がR形状もしくは曲率半径の大きな楕円形状の、汎用の第6のエンドミル56を工具として用いた場合について、図20、図21の加工工程全体を示す図を用いて説明する。
第1のエンドミル25を工具としてスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて予め定められた深さまで掘り込む第1の工程(図21(a)参照)、スクリュー歯溝の溝幅より小さい汎用の第2のエンドミル26を工具としてスクリュー歯溝側面の荒加工を行う第2の工程(図21(b)参照)、首部を設けたことを特徴とする第3のエンドミル27を工具としてスクリュー歯溝側面の仕上加工を行う第4の工程(図21(d)参照)は、実施の形態1と同様であるので重複を避けるため説明は省略する。
この時の溝底形状の具体例を図22に示す。スクリューロータ直径を181mm、ゲートロータ半径を95mm、芯間距離を144.8mm、溝幅を28mmとした場合、溝底まで挿入可能な工具径は外径19.4mm(φ19.4)であるため、市販のボールエンドミルではR8のボールエンドミル(工具直径16mm)が最大の曲率半径を持つエンドミルとなる。また、楕円形状の市販の工具では、長軸の長さが16mm、短軸の長さが3mm(型番16×1.5)の楕円エンドミルが使用できる。長軸の長さが20mm、短軸の長さが3mm(型番20×1.5)の楕円エンドミルも存在するが、歯溝底面まで挿入できないため、この実施の形態では、使用できない。外周の直径を19.4mm(φ19.4)以下に修正加工すれば、使用可能となる。
それぞれの工具を使用した時の形状と目標形状(R95)とを図22に示す。歯溝側面荒加工後の形状は平面であるため、R8のボールエンドミルよりも型番16×1.5の楕円エンドミルの方がより除去量を多くできる。また、歯溝底面の仕上に使用した寿命となった第4のエンドミルを使用すれば、さらに除去量を多くとることができる。目標形状に近い形状であるほど、側面加工後の平面からの除去量が多くなるためである。
また、第5のエンドミル55のカッターパスは、図17(b)、図17(c)の場合と同じく、工具回転軸が上記シール線33を含む平面に平行に±Y方向にオフセットされ、B軸旋回オフセットで上記シール線33上に歯溝側面に接しながら駆動される。このY方向のオフセット量はリード角に伴い変化するため、R95の旋回運動中にY方向にも動くことになる。
この場合において、Y方向のオフセット量は実施の形態1に記載の式(4)と、B軸旋回オフセット量は実施の形態1に記載の式(5)と、それぞれ同じである。実際の作業においては、このカッターパスを目標の溝底深さになるまで、数回繰り返す。
また、第5のエンドミル55で加工する場合に旋回半径を一定値オフセット加工することで、より高精度に加工できる。図29に第5のエンドミル55をφ8とした場合、図30に第5のエンドミル55をφ6とした場合の底面誤差形状を示す。φ8の場合、旋回半径を32.5μmオフセットすることにより、底面誤差形状が±12μm以下となっている。φ6の場合は、旋回半径を18μmオフセットすることにより、底面誤差形状が±7μm以下となっている。
実施の形態1では歯溝の加工工程を4工程、実施の形態2では歯溝の加工工程を6工程としたが、実施の形態3では、工程数を削減した側面仕上と底面仕上の2工程で製造する場合について図31、図32を用いて説明する。
Claims (11)
- 第1のエンドミルにより、スクリューロータのスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて予め定められた深さまで掘り込む第1の工程と、
前記スクリュー歯溝の溝幅より小さい径の第2のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の側面の荒加工を行う第2の工程と、
前記スクリュー歯溝の深さサイズより短い切れ刃部と前記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備する第3のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の側面の仕上加工を行う第3の工程と、
前記スクリュー歯溝の底面に対応する形状を有するとともに、前記スクリュー歯溝の溝底まで挿入可能な工具径以下の外径を有し、かつ側面に軸切込み量以上の切れ刃を設けた第4のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の底面の仕上加工を行う第4の工程と、
を含むことを特徴とするスクリューロータの加工方法。 - 前記第1の工程及び前記第2の工程を省略し、前記第3の工程において前記第3のエンドミルにより前記スクリュー歯溝の掘り込み加工を行いながら、前記スクリュー歯溝の側面の仕上加工を行うことを特徴とする請求項1に記載のスクリューロータの加工方法。
- 前記第4の工程において、前記スクリューロータと当該スクリューロータと噛み合うゲートロータとで圧縮媒体をシールするシール線上に、前記第4のエンドミルの回転軸中心を設定する前記スクリュー歯溝の溝底中央部の1つのカッターパスと、前記シール線上で前記スクリュー歯溝の側面に前記第4のエンドミルが接する前記スクリュー歯溝の底部の両端部の2つのカッターパスとを、前記スクリュー歯溝の底面を形成するカッターパスとすることを特徴とする請求項1または2に記載のスクリューロータの加工方法。
- 前記第4の工程において、前記スクリューロータと当該スクリューロータと噛み合うゲートロータとで圧縮媒体をシールするシール線上で前記スクリュー歯溝の側面に前記第4のエンドミルが接する、前記スクリュー歯溝の底部の両端部の2つのカッターパスを、前記スクリュー歯溝の底面を形成するカッターパスとすることを特徴とする請求項1または2に記載のスクリューロータの加工方法。
- 前記第4の工程において、前記シール線上で前記スクリュー歯溝の側面に前記第4のエンドミルが接する前記スクリュー歯溝の底部の両端部の加工時に、前記第4のエンドミルの旋回半径をリード角にあわせて補正することを特徴とする請求項3または請求項4に記載のスクリューロータの加工方法。
- 第1のエンドミルにより、スクリューロータのスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて予め定められた深さまで掘り込む第1の工程と、
前記スクリュー歯溝の溝幅より小さい径の第2のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の側面の荒加工を行う第2の工程と、
前記スクリュー歯溝の深さサイズより短い切れ刃部と前記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備する第3のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の側面の仕上加工を行う第3の工程と、
前記スクリュー歯溝の底面に対応する形状を有するとともに、前記スクリュー歯溝の溝底まで挿入可能な工具径以下の外径を有し、かつ側面に軸切込み量以上の切れ刃を設けた第4のエンドミルと、当該第4のエンドミルよりさらに小さい工具径を有し、側面に軸切込み量以上の切れ刃を設けた第5のエンドミルと、により、前記スクリュー歯溝の底面の仕上加工を行う第4の工程とを含むことを特徴とするスクリューロータの加工方法。 - 前記第4の工程において、前記スクリューロータと当該スクリューロータと噛み合うゲートロータとで圧縮媒体をシールするシール線上に前記第4のエンドミルの回転軸中心を設定する、前記第4のエンドミルによる前記スクリュー歯溝の溝底中央部の加工と、前記シール線上で前記スクリュー歯溝の側面に前記第5のエンドミルが接する、前記第5のエンドミルによる前記スクリュー歯溝の底部の両端部の加工とにより、前記スクリュー歯溝の底面を形成することを特徴とする請求項6に記載のスクリューロータの加工方法。
- 工具旋回軸に設置され、スクリューロータのスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて予め設定した深さまで掘り込む第1のエンドミルと、
前記工具旋回軸に設置され、前記スクリュー歯溝の溝幅より小さい径を有し、前記スクリュー歯溝の側面の荒加工を行う第2のエンドミルと、
前記工具旋回軸に設置され、前記スクリュー歯溝の深さサイズより短い切れ刃部と前記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備し、前記スクリュー歯溝の側面の仕上加工を行う第3のエンドミルと、
前記工具旋回軸に設置され、前記スクリュー歯溝の底面に対応する形状を有し、前記スクリュー歯溝の底面の仕上加工を行う第4のエンドミルと、を備え、
前記第4のエンドミルは、前記スクリュー歯溝の溝底まで挿入可能な工具径以下の外径を有するとともに、前記第4のエンドミルの側面に軸切込み量以上の切れ刃を有して前記スクリュー歯溝の仕上加工を行うことを特徴とするスクリューロータの加工装置。 - 前記工具旋回軸に設置され、前記第4のエンドミルの工具径より小さい外径を有するとともに、前記スクリュー歯溝の底面に対応する断面形状を持ち、側面に軸切込み量以上の切れ刃を有して前記スクリュー歯溝の底面の仕上加工を行う第5のエンドミルをさらに備えたことを特徴とする請求項8に記載のスクリューロータの加工装置。
- スクリューロータのスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて予め設定した深さまで掘り込むための第1のエンドミル、
前記スクリュー歯溝の側面の荒加工を行う、前記スクリュー歯溝の溝幅より小さい径の第2のエンドミル、
前記スクリュー歯溝の側面の仕上加工を行う、前記スクリュー歯溝の深さサイズより短い切れ刃部と前記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備する第3のエンドミル、前記スクリュー歯溝の底面の仕上加工を行う、前記スクリュー歯溝の底面に対応する形状と前記スクリュー歯溝の溝底まで挿入可能な工具径以下の外径を有し、かつ側面に軸切込み量以上の切れ刃を設けた第4のエンドミル、
によって構成され、
前記スクリュー歯溝を形成するため、前記第1のエンドミル、前記第2のエンドミル、前記第3のエンドミル、前記第4のエンドミルの順に用いられることを特徴とするスクリューロータの加工用工具。 - 第1のエンドミルにより、スクリューロータのスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて予め定められた深さまで掘り込み、
前記スクリュー歯溝の溝幅より小さい径の第2のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の側面の荒加工を行い、
前記スクリュー歯溝の深さサイズより短い切れ刃部と前記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備する第3のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の側面の仕上加工を行い、前記スクリュー歯溝の底面に対応する形状を有し、側面に軸切込み量以上の切れ刃を設け、前記スクリュー歯溝の溝底まで挿入可能な工具径以下の外径を有する第4のエンドミルにより、前記スクリュー歯溝の底面の仕上加工を行うことで複数の前記スクリュー歯溝各々を加工して前記スクリューロータを形成する第1の工程と、
前記スクリューロータの複数のスクリュー歯溝を2つのゲートロータの複数の歯にそれぞれ互いに軸直角となるように前記ゲートロータを前記スクリューロータの外側に配置する第2の工程と、
前記スクリューロータと前記ゲートロータの外周部をケースで覆う第3の工程により、
前記スクリューロータの回転とともに連れ回る前記ゲートロータにより前記複数のスクリュー歯溝が閉じられ圧縮媒体を閉じ込める構造とすることを特徴とするスクリュー圧縮機の製造方法。
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