JP7411815B2 - ブリスク用マシニングセンタ - Google Patents

Description

本発明は工作機械加工分野に関し、特にブリスク用マシニングセンタに関する。

航空エンジンに一体型ブリスクを使用することは世界の航空エンジン技術の発展における趨勢であり、航空エンジンにおける一体型ブリスクの応用を拡大するために、まず一体型ブリスクの製造における課題を解決する必要がある。現在中国の航空エンジンが使用する一体型ブリスクの数が少なく、広範に使用できない主な原因は、一体型ブリスクの製造技術の問題が依然として解決されていないことである。航空エンジンの一体型ブリスクの製造における難点はブレードの複雑な成形面や加工精度及び表面品質の高い要件、ブレード加工の非常に高い一致性、ブレード加工の変形及び使用する材料にある。一体型ブリスクのブレード表面は自由曲面であることが多く、またブレードの加工精度、表面粗さに極めて高い要件がある。加工形状の点で、平面や円柱面等の表面を加工する場合そのような加工精度を実現することは比較的容易であるが、自由曲面を加工する場合にそのような加工要件を達成することは困難である。加工の過程で工具の移動空間が制限されるため、ブレードの高い加工精度を実現するのはより困難であり、従って航空エンジンの一体型ブリスクの加工は世界的に課題となっている。従来の工作機械は５軸の加工動作を行う場合、各物理軸の運動速度及び加速度範囲に対する要件が極めて高い。

本発明は上記技術的課題を克服するブリスク用マシニングセンタを提供する。

本発明はＡ軸回転アセンブリと、Ｂ軸回転アセンブリと、Ｃ軸回転アセンブリと、を含むブリスク用マシニングセンタであって、
前記Ａ軸回転アセンブリはブリスクを駆動して回転運動させ、
前記Ｂ軸回転アセンブリはアタッチメントヘッドを駆動して回転運動させ、前記アタッチメントヘッドは工具を駆動して前記ブリスクを加工し、
前記Ｃ軸回転アセンブリは前記Ａ軸回転アセンブリを駆動して回転運動させ、
前記Ｂ軸回転アセンブリの回転軸線と前記Ｃ軸回転アセンブリの回転軸線との交点は前記ブリスクの加工エリアの中心であり、前記工具の刃先点は前記Ｂ軸回転アセンブリの回転軸線上にある、ブリスク用マシニングセンタを提供する。

さらに、前記Ａ軸回転アセンブリはブリスクの回転を駆動するＡ軸ターンテーブルであり、
前記Ｂ軸回転アセンブリは、工具を固定するアタッチメントヘッドと、Ｂ軸ターンテーブルと、を含み、前記Ｂ軸ターンテーブルは前記アタッチメントヘッドを駆動して回転運動させ、
前記Ｃ軸回転アセンブリはＣ軸ターンテーブルであり、
前記Ａ軸ターンテーブルは前記Ｃ軸ターンテーブルに取り外し可能に接続され、
前記Ｃ軸ターンテーブルの回転軸線は水平面と垂直であり、且つ前記ブリスクの回転軸線と互いに垂直である。

さらに、前記Ａ軸ターンテーブルは前記Ｃ軸ターンテーブルの上面に固定され、前記Ａ軸ターンテーブルの中心軸線は前記ブリスクの回転軸線である。

さらに、工具を交換するための工具マガジンを含み、前記工具マガジンは前記アタッチメントヘッドと同じ側にある。

本発明の加工エリアはＣ軸ターンテーブルの回転中心付近にあり、工作機械が５軸の回転工具中心点（以下ＲＴＣＰと略する）による加工動作を行う時、各物理軸の運動速度及び加速度が一般的な構造の工作機械に比べて低い範囲内に保持されることを保証でき、且つアタッチメントヘッドの中心軸線とラムの中心軸線が４５°の夾角をなし、アタッチメントヘッドの回転によるＲＴＣＰ動作時に直線軸に大きな速度及び加速度が発生しないことを保証する。

本発明の実施例又は従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するために、以下に実施例又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に紹介し、明らかに、以下の説明における図面は本発明の幾つかの実施例であり、当業者であれば、創造的な労力を要することなく、これらの図面に基づいて他の図面を取得することができる。

図１は本発明のブリスク用マシニングセンタの全体構造概略図である。 図２は本発明のブリスク用マシニングセンタの全体構造の別角度からの図である。 図３は本発明のブリスク用マシニングセンタの平面図である。 図４は本発明のブリスク加工方法のフローチャートである。 図５は本発明を用いてブレードを加工する時のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の速度曲線図である。 図６は従来技術を用いてブレードを加工する時のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の速度曲線図である。

本発明の実施例の目的、技術的解決手段及び利点をより明確にするために、以下に本発明の実施例における図面を参照しながら、本発明の実施例における技術的解決手段を明確、完全に説明するが、明らかな点として、説明される実施例は本発明の実施例の一部であり、全ての実施例ではない。本発明の実施例に基づき、当業者が創造的な労力を要することなく取得した他の全ての実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。

本発明はブリスク用マシニングセンタを提供する。図１は、本発明のブリスク用マシニングセンタの全体構造概略図を示し、ベッド１と、スライドテーブル３と、コラム４と、ラムと、を含み、前記スライドテーブル３と前記ベッド１はガイドレールを介して摺動可能に接続され、前記コラム４と前記スライドテーブル３はガイドレールを介して摺動可能に接続され、前記ラムの一端と前記コラム４はガイドレールを介して摺動可能に接続され、さらにＡ軸回転アセンブリ、Ｂ軸回転アセンブリ及びＣ軸回転アセンブリを含み、
前記Ａ軸回転アセンブリはブリスク８を駆動して回転運動させ、
前記Ｂ軸回転アセンブリはアタッチメントヘッド６を駆動して回転運動させ、前記アタッチメントヘッド６は工具７を駆動して前記ブリスク８を加工し、
前記Ｃ軸回転アセンブリは前記Ａ軸回転アセンブリを駆動して回転運動させ、
前記Ｂ軸回転アセンブリの回転軸線と前記Ｃ軸回転アセンブリの回転軸線との交点は前記ブリスク８の加工エリアの中心であり、前記工具７の刃先点は前記Ｂ軸回転アセンブリの回転軸線上にある。

さらに、前記Ａ軸回転アセンブリはブリスク８の回転を駆動するＡ軸ターンテーブル１０であり、前記Ｂ軸回転アセンブリは、工具７を固定するアタッチメントヘッド６と、Ｂ軸ターンテーブル５と、を含み、前記アタッチメントヘッド６は４５°アタッチメントヘッドであり、前記４５°アタッチメントヘッド６の一端は前記Ｂ軸ターンテーブル５の一端に回転可能に接続され、前記工具７は前記４５°アタッチメントヘッド６の他端に固定接続され、前記工具７は前記４５°アタッチメントヘッド６と同軸であり、前記工具７の中心軸線と前記Ｂ軸ターンテーブル５の軸線との夾角は４５°であり、前記Ｃ軸回転アセンブリは前記Ａ軸ターンテーブル１０の回転を駆動するＣ軸ターンテーブル９であり、前記Ａ軸ターンテーブル１０は前記Ｃ軸ターンテーブル９に取り外し可能に接続され、動作前に前記Ａ軸ターンテーブル１０の位置を調整することができ、前記Ａ軸ターンテーブル１０の駆動出力端は前記ブリスク８に接続され、前記Ｃ軸ターンテーブル９の回転軸線は水平面に垂直であり、且つ前記ブリスク８の回転軸線と互いに垂直であり、前記工具７は前記ブリスク８を加工し、前記Ａ軸回転アセンブリ及び前記Ｃ軸回転アセンブリは前記４５°アタッチメントヘッド６の前方に位置する。

図２は、本発明のブリスク用マシニングセンタの全体構造の別角度からの図を示し、前記ブリスク用マシニングセンタは、前記４５°アタッチメントヘッド６の回転を駆動するＢ軸ターンテーブル５と、前記ブリスク８の回転を駆動するＡ軸ターンテーブル１０と、前記Ａ軸ターンテーブル１０の回転を駆動するＣ軸ターンテーブル９と、前記Ｃ軸ターンテーブル９の回転を駆動する駆動機構１１と、を含み、前記Ｃ軸ターンテーブル９は円形の形状であり、前記Ｃ軸ターンテーブル９は水平面に平行であり、前記Ｃ軸ターンテーブル９は前記Ａ軸ターンテーブル１０の上面に固定され、前記駆動機構１１の駆動出力端は前記Ｃ軸ターンテーブル９に接続され、前記Ａ軸ターンテーブル１０は前記Ｃ軸ターンテーブル９に取り外し可能に接続され、前記Ａ軸ターンテーブル１０に駆動モータが内蔵され、駆動モータの出力端はブリスク８に回転可能に接続され、前記駆動機構１１に駆動モータが内蔵され、前記Ｃ軸ターンテーブル９を駆動してＣ軸に沿って回転させ、前記Ｃ軸ターンテーブル９は前記Ａ軸ターンテーブル１０を駆動して同期回転させ、前記Ａ軸ターンテーブル１０は前記ブリスク８を駆動してＡ軸に沿って回転させ、前記Ｃ軸ターンテーブル９の回転軸線は水平面に垂直であり、且つ前記ブリスク８の回転軸線と互いに垂直であり、前記工具７は前記ブリスク８の側面エッジを加工する。

図３に示すように、前記４５°アタッチメントヘッド６はＢ軸に沿って回転し、前記Ｂ軸回転アセンブリの回転軸線と前記Ｃ軸回転アセンブリの回転軸線との交点は前記ブリスク８の加工エリアの中心であり、前記工具７の刃先点は前記Ｂ軸回転アセンブリの回転軸線上にある。

本発明の加工エリアはＣ軸ターンテーブル９の回転中心付近にあり、工作機械がＲＴＣＰ加工動作を行う時、各物理軸の運動速度及び加速度が従来の工作機械に比べて低い範囲内に保持されることを保証でき、且つ４５°アタッチメントヘッド６の中心軸線とＢ軸ターンテーブル５の中心軸線との夾角αが４５°であり、４５°アタッチメントヘッドが回転してＲＴＣＰ動作を行う時に直線軸に大きな速度及び加速度が発生しないことを保証する。

さらに、加工プロセスにおける長期使用による摩耗を受けた工具７を容易に交換するために、工具７を交換するための工具マガジン２をさらに含み、前記工具マガジン２は前記４５°アタッチメントヘッド６と同じ側にあり、前記工具マガジン２は、カッターヘッド２－１及びカッターヘッドホルダ２－２を含み、前記カッターヘッド２－１が前記カッターヘッドホルダ２－２に回転可能に接続され、前記カッターヘッド２－１の回転軸は水平面に平行であり、前記工具７は前記カッターヘッド２－１の側面エッジに係止される。ブリスク８を加工した後に、次のブリスク加工を行い、工具マガジン２内の工具を交換することにより、ブリスク８のブレードを加工することができ、前記４５°アタッチメントヘッド６はＺ軸、Ｙ軸及びＸ軸に沿って前記カッターヘッド２－１まで交互に移動し、前記カッターヘッド２－１はモータによってその回転を駆動し（カッターヘッド２－１の駆動モータは図示せず）、工具７が固定された孔位置を初期位置に回転させ、前記４５°アタッチメントヘッド６は使用済みの工具を前記孔位置に係入し、前記カッターヘッド２－１はその上に固定された工具７を初期位置に回転させ、前記４５°アタッチメントヘッド６は前記工具を把持し、且つ次のブリスクを加工する。

さらに、図４に示すように、上記マシニングセンタに基づく加工方法をさらに含み、以下のステップを含む。

Ｓ１では、前記４５°アタッチメントヘッドは、Ｂ軸に沿って回転し、前記工具を駆動して同期回転させ、且つ前記ブリスクの側面エッジを加工する。

Ｓ２では、前記Ｃ軸ターンテーブル９は前記Ａ軸ターンテーブル１０及び前記ブリスク８を駆動してＣ軸に沿って回転させ、前記工具７は、ブレード８－１の加工が完了するまで前記ブリスク８を別の角度で加工する。

Ｓ３では、前記Ａ軸ターンテーブル１０は前記ブリスク８を駆動してＡ軸に沿って回転させ、前記工具７は、前記ブリスク８の側面エッジ上の複数のブレードの加工が完了するまで、前記ブリスク８の側面エッジ上の他の点に対してブレードを加工する。

Ｓ４では、ブレードの加工が完了した後、前記４５°アタッチメントヘッド６は前記工具７を駆動してＺ軸に沿って前記工具マガジン２に移動させ、前記工具７を交換する。

本発明を適用して加工されるブリスクの直径は約１ｍであり、ブレードの長さは約２００ｍｍであり、本発明において、一体型ブリスクを加工するために、Ｃ軸ターンテーブル９のＣ軸及び４５°アタッチメントヘッド６のＢ軸を使用して５軸のＲＴＣＰ加工動作を行い、Ｃ軸ターンテーブル９のＣ軸は分離駆動軸であり、連動加工動作に関与しない。

本発明は以下の利点を有する。

１）．前記ブリスク８と前記Ｃ軸ターンテーブル９の相対的な位置は、加工エリアがＣ軸ターンテーブル９の回転中心付近にあることを保証するように設定され、それにより工作機械が５軸のＲＴＣＰ加工動作を行う時、各物理軸の運動速度及び加速度が一般的な構造の工作機械に比べて低い範囲内に保持されることを保証する。

２）．４５°アタッチメントヘッド６の中心軸線とＢ軸ターンテーブル５の中心軸線とは４５°の夾角をなし、前記工具７の刃先点は前記Ｂ軸ターンテーブル５の中心軸線にあり、４５°アタッチメントヘッドの回転によるＲＴＣＰ動作時に、直線軸に大きな速度及び加速度が発生しないことを保証する。

３）．加工プロセスにおいて、大きな体積の主軸がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動することを避ける。

従って、本発明は従来の工作機械に比べて、長い工具を使用する場合に工具と４５°アタッチメントヘッドの回転中心との距離をできるだけ近づけることができ、それによりＲＴＣＰ動作の直線軸に対する速度及び加速度の要件を低下させる。

要約すると、本発明は一体型ブリスクの加工において顕著な優位性を有し、特にブレードの前エッジ及び後エッジにおける回転軸の運動が大きい位置に対して、優位性がより顕著である。シミュレーション試験の結果として、図５は、本発明を用いてブレードを加工する時のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の速度曲線図を示し、図６は従来技術を用いてブレードを加工する時のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の速度曲線図であり、本発明において従来の工作機械で同一の加工プログラムを実行し、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の速度を比較したが、図５及び図６の曲線の比較から分かるように、本発明を用いてブレードを加工する場合、各物理軸の運動速度及び加速度は従来の工作機械に比べて低い範囲内に保持される。

最後に説明すべきことは、以上の各実施例は本発明の技術的解決手段を説明するためのものに過ぎず、それを制限するものではない。前記各実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者は以下のことを理解すべきである。それは依然として前記各実施例に記載の技術的解決手段を修正し、又はそのうち一部又は全部の技術的特徴を等価置換することができ、これらの修正又は置換は、対応する技術的解決手段の本質を本発明の各実施例の技術的解決手段の範囲から逸脱させるものではない。

Claims (4)

1. Ａ軸回転アセンブリと、Ｂ軸回転アセンブリと、Ｃ軸回転アセンブリと、を含むブリスク用マシニングセンタであって、
   前記Ａ軸回転アセンブリはブリスク（８）を駆動して回転運動させ、
   前記Ｂ軸回転アセンブリはアタッチメントヘッド（６）を駆動して回転運動させ、前記アタッチメントヘッド（６）は工具（７）を駆動して前記ブリスク（８）を加工し、
   前記Ｃ軸回転アセンブリは前記Ａ軸回転アセンブリを駆動して回転運動させ、
   前記Ｂ軸回転アセンブリの回転軸線と前記Ｃ軸回転アセンブリの回転軸線との交点は前記ブリスク（８）の加工エリアの中心であり、前記工具（７）の刃先点は前記Ｂ軸回転アセンブリの回転軸線上にあり、
   前記工具（７）の刃先点がＢ軸ターンテーブル（５）の中心軸線にあり、前記アタッチメントヘッド（６）の中心軸線と前記Ｂ軸ターンテーブル（５）の中心軸線とは４５°の夾角をなす、ブリスク用マシニングセンタ。
2. 前記Ａ軸回転アセンブリはブリスク（８）の回転を駆動するＡ軸ターンテーブル（１０）であり、
   前記Ｂ軸回転アセンブリは、工具（７）を固定するアタッチメントヘッド（６）と、Ｂ軸ターンテーブル（５）と、を含み、前記Ｂ軸ターンテーブル（５）は前記アタッチメントヘッド（６）を駆動して回転運動させ、
   前記Ｃ軸回転アセンブリはＣ軸ターンテーブル（９）であり、
   前記Ａ軸ターンテーブル（１０）は前記Ｃ軸ターンテーブル（９）に取り外し可能に接続され、
   前記Ｃ軸ターンテーブル（９）の回転軸線は水平面と垂直であり、且つ前記ブリスク（８）の回転軸線と互いに垂直であることを特徴とする、請求項１に記載のマシニングセンタ。
3. 前記Ａ軸ターンテーブル（１０）は前記Ｃ軸ターンテーブル（９）の上面に固定され、前記Ａ軸ターンテーブル（１０）の中心軸線は前記ブリスク（８）の回転軸線であることを特徴とする、請求項２に記載のマシニングセンタ。
4. 工具（７）を交換するための工具マガジン（２）をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載のマシニングセンタ。