JPH07237045A

JPH07237045A - タービンブレード翼根部の加工用治具および加工方法

Info

Publication number: JPH07237045A
Application number: JP5313294A
Authority: JP
Inventors: Akio Miyazawa; 昭夫宮沢; Masaru Ito; 優伊藤; Masahiro Awai; 正広粟井; Futoshi Maeda; 太志前田; Hiroyoshi Nakatani; 博芳中谷
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 1995-09-12
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JP3330722B2

Abstract

(57)【要約】【目的】タービンブレードの翼根部を、いわゆる１個
流し生産体制によって効率的に、しかも精度よく加工す
る。【構成】横型マシニングセンタによってタービンブレ
ードＰの翼根部Ｐａを切削加工するものとし、その際、
加工用治具１０を使用する。加工用治具１０は、マシニ
ングセンタの回転テーブル８上に取り付けられ、翼根部
Ｐａを垂直上向きにして１個のタービンブレードＰを一
定位置に保持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気タービンやガスタ
ービン等の回転羽根（以下、タービンブレードまたは単
にブレードという）における翼根部（タービンブレード
の根もとで、ロータの回転胴や羽根車にそのブレードを
固定するための部分）を加工するための治具と、その治
具を使用する翼根部の加工方法とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】蒸気タービンにおけるタービンブレード
は、通常、１段あたり百個（百枚）以上が円周方向に並
べられてロータに取り付けられる。個々のタービンブレ
ードはたとえば図８のように形成され、凹部・凸部を有
する翼根部Ｐａが、同様の凹凸を有するロータの溝（ロ
ータの周方向もしくは軸方向に形成されている。図示せ
ず）に差し入れられ、固定される。

【０００３】そのような取り付けが好ましい状態となる
よう、タービンブレードの翼根部には厳しい機械加工精
度が要求される。寸法公差についても、通常の部分（た
とえば図８のうち寸法Ｅ・Ｆの部分など）では±数十μ
ｍ、とくに厳しい部分（たとえば同図の寸法Ｄの部分）
では±１０μｍもしくはそれ以下の範囲に設定されるの
が一般である。要求される精度が高くて加工が容易でな
いことと、加工すべきブレードの数が多いことから、か
かる翼根部の加工をいかに行うかは、タービンブレード
ひいては蒸気タービンの製造能率上、大きなウエイトを
占める。

【０００４】タービンブレードの一個ずつについて翼根
部を手作業（工作機械の手動操作）で加工するとした
ら、作業員に甚だしい負担を強いるうえ能率・コストの
面でも不利であるため、従来は、図９のように立型旋盤
３１と大型の治具３３とを用いて加工していた。すなわ
ち、回転台３２上の図示のような治具３３に、実際の蒸
気タービンへの取り付け状態と同じように１段分のター
ビンブレードＰを円周状に配置し、回転台３２およびそ
の治具３３とともにブレードＰを回転させて旋削をす
る。この方法だと、ブレードＰの取り付けなどいわゆる
セッティングを正確に行ったうえ、加工過程や寸法の管
理についてブレードＰの１枚に対して払うのと同程度の
注意を払えば、百個以上のブレードＰの翼根部Ｐａを全
て同様の寸法精度に同時に加工することができる。

【０００５】なお、タービンブレードの翼根部の加工に
ついては、実開平２−１３５１３４号および特開平４−
２７２４０４号の各公報に関連技術の記載がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】タービンブレードの翼
根部を図９に示す手段によって機械加工する場合、つぎ
のような不都合がともなう。すなわち、イ ) ブレードを取り付ける治具として、相当に大型で、
したがって高価なものが必要であるため、加工に要する
コストが高い。

【０００７】ロ) １段分のブレードが全数そろわないと
加工を開始できないので、部品を１個ずつ作っては次工
程へ供給している生産の流れが滞り、いわゆる１個流し
生産体制による合理化が阻害される。

【０００８】ハ) 翼根部のうち一方の側を図９にしたが
って加工したのちブレードを裏返して他方の側を同様に
加工するが、裏返しの際のセッティングの誤差により、
双方の側の凹凸に段差（加工誤差による非対称性）の生
じる可能性がある。このような段差が一定の大きさ以上
であれば、図８に示す各部の寸法（Ｄ・Ｅ…など）につ
いて所要の精度（公差）が満たされていても、そのブレ
ードは不良品となり、タービンに使用できない。

【０００９】ニ) 同時に加工される全てのブレードが同
様の精度に仕上がるため、セッティングの際などに一つ
でも作業ミスがあれば、百個以上のブレードの全数が不
良品となる。したがって、コスト上ならびに工程管理上
のリスクが極めて大きい。

【００１０】本発明は、以上の不都合がないようにター
ビンブレードの翼根部を加工する手段として、マシニン
グセンタとともに使用できる治具とそれを用いる加工方
法とを提供せんとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるタービンブ
レード翼根部の加工用治具（請求項１）は、横型マシニ
ングセンタによりタービンブレードの翼根部を切削加工
（砥粒を用いる研削を含んだ広義の切削加工）する際に
使用する加工用治具であって、上記マシニングセンタの
回転テーブル上に取り付けられ、翼根部を垂直（回転テ
ーブルに対して垂直。つまり同テーブルが水平である以
上は鉛直）上向きにして１個（十個程度以下なら複数個
であっても差し支えない）のタービンブレードを一定位
置に保持することができることを特徴とするものであ
る。

【００１２】また本発明のタービンブレード翼根部の加
工方法（請求項２）は、上記の治具を使用して切削加工
を行う方法であって、 1) 上記治具の一定箇所（基準となる部分）に横型マシ
ニングセンタの寸法計測用タッチセンサを当てることに
よりタービンブレードとそのマシニングセンタ本体（コ
ラムなど）との間の熱変位量を計測し、 2) その熱変位量に基づいてマシニングセンタの工具の
オフセット量を定め、 3) そのうえで切削加工する−ことを特徴とする。

【００１３】この加工方法については、さらに請求項３
に記載したように、 4) タービンブレードの１個について上記の切削加工が
完了したのち、加工部分の寸法を計測し、 5) 計測した寸法より工具の摩耗に基づく補正値を算出
して、次のタービンブレードの加工のための上記オフセ
ット量にその補正値を算入する−とよい。

【００１４】タービンブレードの翼根部に寸法公差のと
くに厳しい（たとえば±１０μｍ程度以下の）部分を有
する場合には、当該部分以外に対して請求項２または３
に記載の加工方法を実施する一方、寸法公差のとくに厳
しい部分について、請求項４のように、 6) 寸法計測をしたうえで研削（砥石による切削加工）
をし、 7) 再び寸法計測をしてその寸法が公差内にあるか否か
を知り、公差外（ただし研削しろがある側の公差外）の
とき再度研削加工をする−のが好ましい。

【００１５】なお請求項５のように、主軸とは別にマシ
ニングセンタの定位置にタッチセンサを設けておき、上
記加工方法を実施する場合にそのタッチセンサを熱変位
量の計測のため上記治具の一定箇所に当て、かつ寸法計
測に使用するのもよい。

【００１６】

【作用】横型マシニングセンタによりタービンブレード
の翼根部を切削加工する際、本発明の加工用治具（請求
項１）を使用するとつぎのように好ましい加工が可能に
なる。

【００１７】a) ブレードを１個ずつ（もしくは数個ず
つ）保持するものなので、この治具は形状の簡単な小型
・低コストのもので足り、ブレードの加工に要するコス
トが削減される。

【００１８】b) この治具はブレードを１個ずつ加工す
る場合に役立つので、１段分のブレードの素材が全数そ
ろうのを待つことなく部品を１個ずつ作っては次工程へ
供給するという、１個流し生産体制による効率的な製造
を可能にする。ブレードを数個単位で加工するとして
も、従来（図９のような場合）に比べて同様の利点を得
られる。

【００１９】c) 一定の位置に一定の姿勢（翼根部を上
にした姿勢）でブレードを保持することができるので、
回転テーブル上の特定の箇所にこの治具が取り付けられ
ていて同テーブルの停止位置が正確に定められる以上
は、同一寸法のどのブレードについてもマシニングセン
タにおける加工位置を一定にすることができる。そのた
め、マシニングセンタのＮＣ（数値制御）機能に基づい
て工具の送り等がコントロールされることにより、翼根
部の切削加工はつねに自動的かつ迅速・正確に行われ
る。

【００２０】d) 主軸が水平に配置された横型マシニン
グセンタにおいて、この治具は、水平な回転テーブル上
に翼根部を垂直（鉛直）上向きにしてブレードを保持す
る。したがって、そうした翼根部の一方の側に対し同セ
ンタの切削加工によって凹凸（水平方向に延びたもの）
を形成したのちは、回転テーブルとともにブレードを１
８０°回転させて他方の側（裏側）に同様の加工をする
ことができる。回転テーブルがもとの水平面と同一の面
内で回転するものである以上、その上に取り付けられた
ブレードも正しく水平に回転するので、上記した１８０
°の回転にともなって双方の側の凹凸に段差（加工誤差
による非対称性）が生じる恐れがない。とくに、翼根部
の中心線がテーブルの回転中心に一致するようにしてお
くなら、加工のための工具の位置や送り等が上記双方の
側について同一になるうえ、回転テーブル８の水平度に
わずかの狂いがあったとしてもそれに基づく加工誤差が
最小限になり、上記の段差を生じさせない意味で一層こ
のましい。

【００２１】e) 上記c)・d)のように翼根部は精度よく
能率的に加工されるが、この治具を用いてb)のようにブ
レードの加工を行うと、仮に突発的な作業ミスによって
不良品を生じた場合にもその個数が最小限度にとどま
る。

【００２２】本発明の加工方法（請求項２）は、上記
（請求項１）の加工用治具を使用するものであるため、
当然ながら上述のような加工を可能とするが、切削加工
のつど（または何回かの切削加工ごとに、もしくは一定
の時間ごとに）前記1)・2)・3)のような手順をとること
から、さらにつぎのような作用をもなす。

【００２３】ブレードとマシニングセンタ本体との間の
熱変位量、すなわち外気温度や機械の発熱等にともなう
熱膨張・熱収縮によって両者間の距離が変化した量を知
り、それに応じてマシニングセンタの工具のオフセット
量（位置をずらす量）を決めるので、ブレードの全数を
加工し終わるまでに休日が含まれたり寒暖の変化があっ
たりしても、加工寸法の精度が変化しない。前記1)のよ
うに治具の一定箇所にタッチセンサを当てることによっ
てブレード・マシニングセンタ本体間の熱変位量を計測
し得るのは、同じタッチセンサを治具の一定箇所に当て
たとき、その時点では本来一定であるはずのマシニング
センタ本体に対するタッチセンサの位置（座標。マシニ
ングセンタにおける一般的な制御量の一つ）が、回転テ
ーブルとコラムとの間などに熱膨張等があるならそれに
応じて変わり、膨張量などが座標変化として検知される
からである。もっとも、上記の治具が回転テーブル上に
不動に取り付けられ、その治具における一定位置にブレ
ードが保持されていることは、当該計測のための必要条
件である。

【００２４】請求項３の加工方法は、さらに前記4)・5)
のとおり、加工後の翼根部の寸法計測の結果から工具の
摩耗（とくに摩耗に限る必要はなく、他の原因を含めて
もよい）に基づく補正値を求めて上記のオフセット量に
含めるので、多数のブレードを加工する間にも加工精度
が低下することはない。寸法計測をして、たとえば外の
り寸法が増えたり内のり寸法が減ったりしておれば、そ
の増減は工具の摩耗に基づくものと判断されるので、上
記のようにその分だけ工具の位置をずらせてやることに
より、適正な寸法精度を維持し得るのである。いわば、
先に加工したブレードの寸法を制御上の出力信号とし、
これを、次に加工するブレードへの入力信号に戻すとい
う一種のフィードバック制御によって、好ましい結果を
得ていることになる。

【００２５】請求項４の加工方法は、以上のような方法
によってもなお十分な精度が得られない程度の厳しい寸
法公差部分が翼根部にある場合に好適である。本方法で
は、当該部分を加工する前と後とにその部分の寸法計測
をするものとし、実測寸法が所要の公差内に入るまでそ
れを繰り返すので、高い加工精度を実現できる。現在加
工対象にしているブレードについて、加工後に計測した
寸法をもとにそのブレードへの再入力（追加加工量の指
示）を決定するので、ブレード各個の加工中にフィード
バック制御を実施していることになるからである。ま
た、この請求項４の加工方法では、寸法公差の厳しい部
分の加工を研削によって行うので、刃物を用いる一般的
な切削加工の場合よりも当該部分の精度を高めやすい。
なおこの方法では、当該部分の加工能率は高くないが、
その部分に限ってこうした加工を施し、他の部分には上
述の加工方法をとることによって、全体としての加工能
率の低下は抑制されている。

【００２６】以上の加工方法において加工部分の寸法計
測は、マシニングセンタに付属のタッチセンサで行う方
が、手動計測または他の手段で行うよりも明らかに能率
的である。しかし通常、マシニングセンタにおけるタッ
チセンサは、主軸上に工具と交換されるかたちで取り付
けられ、その交換の際にゴミかみ等があれば微小ながら
計測誤差・加工誤差を生じる可能性がある。その点、請
求項５の加工方法ではマシニングセンタにおいて主軸と
は別に定位置に設けられたタッチセンサを用いるので、
それが工具と交換されることはなく、したがって交換に
ともなう誤差の生じる恐れがない。このようなタッチセ
ンサを寸法計測に用い、かつ熱変位量計測のために前述
のように治具の一定箇所に当てるので、この請求項５の
方法によることは能率・精度の両面で好ましいといえ
る。

【００２７】

【実施例】図１〜図８に本発明の一実施例を紹介する。
この実施例は図８に示す蒸気タービン用のタービンブレ
ードＰの加工に関するもので、ブレードＰは、クロム等
を含む高合金鋼からなり、取付けのための翼根部Ｐａと
ともにねじれ羽根の部分Ｐｂを一体に有している。図１
は、マシニングセンタ１の回転テーブル８上において加
工用治具１０にそのブレードＰがワーク（被加工物）と
して取り付けられた状態を示し、図２はマシニングセン
タ１の主軸２の付近の構成を示す。図３は、当該ブレー
ドＰの翼根部Ｐａを加工する際の手順を表すフローチャ
ート、図４・図５は、図３のフローチャートの一部をそ
れぞれ詳細に示す部分的フローチャートである。また図
６・図７は、加工ずみ部分の寸法について実測データを
表すグラフである。

【００２８】この実施例は、ブレードＰの翼根部Ｐａを
無人にて自動加工することを目的とし、図２のような横
型のマシニングセンタ１に対して図１の治具１０を使用
し、その治具１０に図示のようにブレードＰを取り付け
たうえ、図３〜図５の手順にしたがって翼根部Ｐａを加
工するものである。翼根部Ｐａの各部に要求される形状
・寸法・表面粗さ等の精度は高く、図８に例示した各寸
法の公差も厳しい。すなわち、寸法Ｅ・Ｆ・Ｇ・Ｈの公
差がいずれも±ｔμｍ（ｔは２０〜８０で部分ごとに異
なる）であるほか、寸法Ｄについてはとくに±ｓμｍ
（ｓは１０以下）が要求される。本実施例は、このよう
な加工精度を効率的な生産によって満たすもので、ブレ
ードＰの取付け姿勢を含む加工用治具１０の構成と、マ
シニングセンタ１でのタッチセンサ５の配置、ならびに
図３〜図５に表される加工方法などに特徴がある。

【００２９】そうした特徴のうち、まず加工用治具１０
は、図１のように、マシニングセンタ１の回転テーブル
８上に固定されるとともに、翼根部Ｐａを上にして鉛直
に立てた状態で１個のブレードＰを一定位置に保持する
ものである。構造としては、テーブル８上に固定される
ためのベース１１ａとともに、加工反力によって撓むこ
とのない十分な剛性を有するフレーム１１を主体とし、
ブレードＰを一定位置に不動に固定するためのホルダー
１２・１３を付属している。ホルダー１２は、ブレード
Ｐの羽根の部分Ｐｂのうち翼根部Ｐａ寄りの部分を保持
するもの、他方のホルダー１３は、羽根の部分Ｐｂの先
端付近を保持するものである。また、後述するようにマ
シニングセンタ１のタッチセンサ５を当てる（図２(ａ)
・(ｃ)参照）ための基準部１５（Ｘ方向の基準面１５Ｘ
と、Ｙ方向の基準面１５Ｙ、およびＺ方向の基準面１５
Ｚとを含む）を一体に有している。そしてこの治具１０
はテーブル８に対し、保持したブレードＰ（タービンに
おける一段分に相当する同一寸法の各ブレードＰ）の中
心線がテーブル８の回転中心に一致するように取り付け
て固定するものとする。

【００３０】マシニングセンタ１においては、図２のよ
うに、ワークの寸法計測のためのタッチセンサ５を主軸
（スピンドル）２の側方に備え付けた。つまり、主軸２
の横で鉛直面内（水平状態と垂れ下がり状態との間。図
２(ｂ)・(ｃ)参照）の旋回が可能なようにマシニングセ
ンタ１のコラム４にアーム５ａを設け、その先にタッチ
センサ５を取り付けている。主軸２に対して工具３は適
宜交換される必要があるが、このように備え付けたタッ
チセンサ５は、点検・整備やセンサ形式の変更等の場合
を除いて交換する必要がない。工具３の交換にともなう
タッチセンサ５の付け替えが不要であることは、タッチ
センサ５がいわゆるゴミかみ等による計測誤差を生じな
いという利点に直結する。アーム５ａとともにタッチセ
ンサ５を鉛直面内で旋回可能にしたのは、計測のために
図示（実線）のように突出した状態のままでは、ワーク
の大きさや形状によってはそのワークにタッチセンサ５
が加工時に接触するおそれがあり、図示仮想線のように
退避させるのが好ましいからである。なお、図２(ａ)に
おける符号５ｂは退避時のタッチセンサ５用の保護カバ
ーである。

【００３１】この実施例では、マシニングセンタ１の機
能、つまりＮＣによる自動加工特性と自動工具交換特性
ならびにタッチセンサ５による自動計測特性とを駆使し
ながら、図３〜図５の手順にしたがって１個ずつ、ワー
クすなわちブレードＰの翼根部Ｐａの加工を行う。手順
の概要は図３に示すとおりであり、つぎの各部分からな
る。

【００３２】切削粗加工Ｓ１０‥‥翼根部Ｐａについ
て、まず切削による粗加工を施す。この粗加工により、
仕上げ状態となるまでの削りしろが約０．１ｍｍ（１０
０μｍ）残るようにする。

【００３３】熱変位量自動補正切削加工システムＳ２０
‥‥上記の切削粗加工Ｓ１０をしたのち、後述する（図
４参照）ように熱変位補正Ｓ２１をしたうえで切削仕上
加工Ｓ２５をし、最終的に全加工部寸法計測Ｓ２６をす
る。

【００３４】高精度自動研削システムＳ３０‥‥上記の
切削仕上加工Ｓ２５ののち、その翼根部Ｐａのうち寸法
公差のとくに厳しい部分に対して、研削加工Ｓ３８を含
む高精度な加工を施す。

【００３５】計測寸法プリントアウトＳ５０‥‥全加工
部寸法計測Ｓ２６による結果をプリントして検査記録と
するほか、万一公差外れ（寸法不良）が発生した場合に
は、モニター画面にその旨を表示する。

【００３６】以上によりワーク（ブレードＰ）の１個に
ついて加工を終了すると、次のワークがあるか否かを判
別し（Ｓ６０）、ワークがあるなら、治具１０へのその
取り付けを待って、再び以上のＳ１０〜Ｓ６０を行う。

【００３７】上記の熱変位量自動補正切削加工システム
Ｓ２０は、詳細には図４の手順により構成している。す
なわち、まず熱変位補正Ｓ２１として、治具１０の基
準部１５（基準面１５Ｚ）にタッチセンサ５の先を当て
る（図２(ａ)・(ｃ)参照）ことによりＺ方向基準面計測
Ｓ２２を行い、そのときマシニングセンタ１における
工具３の位置を示す座標ａ_ｎと前回の同様の座標ａ_n-1
との差として、熱膨張等による基準面１５Ｚと工具３と
の間の距離変化である熱変位量Ａの算出Ｓ２３をし、さ
らに、その熱変位量Ａを、前回の加工時における各工
具のオフセット量Ｔに加算することによる入力Ｓ２４を
行って各工具をオフセットさせる。続いて、そのような
工具オフセット量のもとで、翼根部Ｐａ（図８のうちと
くに公差の厳しい寸法Ｄの部分は除く）に切削仕上加工
Ｓ２５をなす。このときマシニングセンタ１は、工具３
として大小のエンドミル（図示せず）を自動交換しなが
ら使用し、加工の間、回転テーブル８とともに治具１０
とワークとを適宜１８０°回転させて翼根部Ｐａの両側
の凹凸を形成する。その後、図３のように高精度自動研
削システムＳ３０（図５参照）による加工を施したの
ち、全加工部寸法計測Ｓ２６、すなわち図４に示す全加
工部自動寸法計測Ｓ２７と工具３の摩耗量補正値の自動
変更Ｓ２８とを行う。自動寸法計測Ｓ２７は前述のタッ
チセンサ５によって自動的に行うものとし、工具摩耗量
補正値自動変更Ｓ２８は、目標値と当該計測による実測
値との差の２分の１（テーブルを回転して加工するので
差の２分の１を補正値とする。各寸法部を加工する各工
具について行う）を摩耗の進行量とし、加工に先だって
定めた工具３のオフセット量Ｔに加算することにより行
う（実際には摩耗以外の原因による微小な誤差もこの過
程で補正される）。なお、こうして補正したオフセット
量Ｔは、次のワークを加工する際の基準のオフセット量
（Ｓ２４において新たな熱変位量Ａを加算する前の値）
として使用する。

【００３８】翼根部Ｐａのうちとくに要求公差が厳しい
図８の寸法Ｄの部分に対しては、上記（図４）の熱変位
量自動補正切削加工システムＳ２０ではなく、図５(ａ)
に示す高精度自動研削システムＳ３０を適用している。
図４のシステムＳ２０では、マシニングセンタのＮＣ機
能に頼って切削加工をし、確認的に加工後にのみ寸法計
測を行うため、加工精度に限界があるからである。この
図５(ａ)のシステムＳ３０は、ワークの該当部分につい
て寸法計測（前述のタッチセンサ５による自動計測）を
したうえで加工を施し、再び寸法計測を行って、公差
（±ｓμｍ）を満たすまではさらに研削・計測を繰り返
すものである。しかも加工は、刃物によるよりも高精度
の仕上げに好適である砥石による研削加工を施すものと
し、硬質材料に適したＣＢＮ砥石（立方晶窒化ホウ素か
らなる砥石）を工具３として使用する。システムＳ３０
の詳細はつぎのとおりである。

【００３９】すなわち、はじめに、研削加工回数を数え
るための変数Ｃを初期値（Ｃ＝０）にするためのカウン
トＳ３１を行い、該当部分（寸法Ｄになるべき部分）の
寸法ｄについて寸法計測Ｓ３２をする。この寸法ｄと目
標の寸法Ｄとの差を判別（Ｓ３３）し、その絶対値がｓ
μｍ以上であれば公差を外れていることになるので、す
でに公差外にまで削りすぎていないことを確認（Ｓ３
４）したうえ（寸法ｄ・Ｄは内のり寸法なので │ｄ−
Ｄ│＞ｓかつｄ−Ｄ≧−ｓならば削りすぎであ
る）、研削パス数やアプローチ位置の決定Ｓ３５を行
う。パス数は、１パスでの研削深さが１０μｍ程度とな
るように定める。変数Ｃがゼロなら（Ｓ３６）そのまま
１回目の研削加工Ｓ３８に移るが、Ｃ≧１、すなわちそ
のワークについて研削加工が１回以上なされている場合
には、熱変位等に基づく砥石ミスマッチ量の補正Ｓ３７
をしたうえ研削加工Ｓ３８を行う。この補正Ｓ３７で
は、Ｓ３２による計測寸法ｄの半分（翼根部Ｐａの中心
から加工部の片側までの寸法）と、前回の加工時の砥石
の最終研削位置（翼根部Ｐａの中心が一致する回転テー
ブル８の中心から当該研削位置までの距離で、マシニン
グセンタ１が示す工具座標によるもの）との差を補正値
αとし、これを、前記の（図３のＳ２４でセットした）
工具オフセット量Ｔに加えて砥石をその分だけオフセッ
トしなおす。補正値αは、工具座標から当然に期待され
るワークの寸法と実際の寸法との間の熱変位もしくは工
具摩耗による誤差に相当する値であるため、この補正Ｓ
３７によってワークの仕上げ寸法をより目標値に近づけ
ることができる。研削加工Ｓ３８が終わると変数Ｃを１
だけ増やし、上記の寸法計測Ｓ３２以降を繰り返す。Ｓ
３３において寸法ｄが公差内に入っていると判別される
と、Ｓ３４以降の手順はとらず、砥石の偏摩耗量につい
ての判別Ｓ４０を行い、偏摩耗していない（または偏摩
耗が少ない）と判別されればこのシステムＳ３０を終了
して図３の計測Ｓ２６に移行する。砥石の摩耗量に関す
るこの判別Ｓ４０は、寸法ｄの部分として図５(ｂ)に示
す部分のうち、開放部寄りの箇所の寸法ｄ_１と奥の方の
寸法ｄ_２とを比較し、その差が規定値ｕ（μｍ）以上で
あるなら偏摩耗が進んだものとしメッセージを表示して
砥石交換Ｓ４１をさせるものである。砥石が偏摩耗する
と寸法ｄ_２が寸法ｄ_１に比べて小さくなるため、この判
別Ｓ４０によって交換時期を把握することができる。な
お、Ｓ３４において万一削りすぎが明らかになった場合
には、アラームＳ４２により異常を知らせて加工を停止
する。

【００４０】図６は、熱変位量自動補正切削加工システ
ムＳ２０の効果を確認するために、翼根部Ｐａのうち寸
法Ｅの部分（図８参照）の実際の仕上がり寸法をワーク
（ブレードＰ）別に表したグラフである。図示の右半分
は、図３のすべての手順とともに図４のシステムＳ２０
を実行した場合の当該部分の実測値を示すデータで、左
半分は、図４に示すシステムＳ２０のうち熱変位量補正
２１と工具摩耗量補正値自動変更Ｓ２８とを行わなかっ
た場合の実測値データである。左半分に示す実測値が日
中の気温の変化に対応して変動し、一部が公差（目標寸
法からの許容誤差ｔμｍ）を超えているのに対し、右半
分の実測値は安定しており、このシステムＳ２０等によ
る精度的メリットが確認される。

【００４１】一方、図７は、翼根部Ｐａのうち公差の厳
しい寸法Ｄ（図８）の部分の仕上がり寸法を示すもの
で、いずれのデータも図３・図４の手順とともに図５
(ａ)の高精度自動研削システムＳ３０を実行した場合の
実測値に関する。図示のように、すべてのワークについ
て実測値が目標寸法に近く、公差（許容誤差ｓμｍ）の
範囲内にある。これによって、本実施例、とくにシステ
ムＳ３０がもたらす精度的な効果が明らかである。

【００４２】以上、一実施例を紹介したが、本発明がこ
れに限って実施されるものでないことは言うまでもな
い。たとえば、タービンブレードＰの翼根部Ｐａの形状
や寸法が図８と異なる場合であっても、本発明の技術的
思想にしたがい適合する加工用治具を用いて、あるいは
さらに上記と同様の手順に沿って、効率的かつ高精度に
所定の加工を行うことができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によるタービンブレード翼根部の
加工用治具（請求項１）は、つぎのような効果をもたら
す。すなわち、 a) 治具が、形状の簡単な小型・低コストのもので足り
るため、ブレード翼根部の加工に要するコストが削減さ
れる。

【００４４】b) ブレードを１個ずつ加工することがで
きるので、部品を１個ずつ作っては次工程へ供給すると
いう１個流し生産体制によって、ブレードさらにはター
ビンを合理的に製造することが可能になる。

【００４５】c) この治具が一定位置に一定姿勢でブレ
ードを保持するため、同一寸法のどのブレードについて
も、マシニングセンタのＮＣ機能に基づいて自動的かつ
迅速・正確に翼根部の加工が行われる。

【００４６】d) この治具におけるブレードの保持姿勢
と横型マシニングセンタとの好適な組合せに基づいて、
翼根部の対称性が向上し、高い形状精度が得られる。

【００４７】e) 万一突発的な作業ミスによって不良品
を生じた場合にもその個数が最小限度にとどまるので、
コストおよび工程管理上のリスクが少ない。

【００４８】本発明の加工方法（請求項２）は、上記に
加えてさらにつぎのような効果をもたらす。すなわち、
ブレードとマシニングセンタ本体との間の熱変位量を知
り、それに応じて工具のオフセット量を決めるので、ブ
レードの全数を加工し終わるまでに休日が含まれたり寒
暖の変化があったりしても加工寸法の精度が変化しな
い。そのため、マシニングセンタ等の機械を恒温室に設
置する必要がなく、かかる意味でも設備コストの低減に
つながる。

【００４９】請求項３の加工方法では、加工後の寸法計
測の結果から工具の摩耗等に基づく補正値を求めて上記
オフセット量に含めるので、多数の硬質のブレードを加
工する間にも加工精度が低下しない。

【００５０】請求項４の加工方法によれば、たとえば１
０μｍ程度以下という厳しい寸法公差部分が翼根部に含
まれる場合にも、その部分の公差を満たし、かつ全体と
して能率的な加工を行うことができる。

【００５１】請求項５の加工方法では、マシニングセン
タに付属のタッチセンサによって寸法計測等を行い、し
かもそのタッチセンサを工具と交換する必要がないの
で、加工能率および加工精度の両面で一層このましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に関する図面で、加工対象
（ワーク）としてタービンブレードＰが加工用治具１０
に取り付けられた状態を示す。図１(ａ)はその平面図、
同(ｂ)は正面図、同(ｃ)は側面図である。

【図２】マシニングセンタ１の主軸２の付近の構成を示
す図面である。図２(ａ)はその平面図、同(ｂ)は正面
図、そして同(ｃ)は側面図である。

【図３】ブレードＰの翼根部Ｐａを加工する際の手順の
概要を示すフローチャートである。

【図４】図３のフローチャートの一部である熱変位量自
動補正切削加工システムＳ２０について詳細を示す部分
的なフローチャートである。

【図５】図５(ａ)は、図３のフローチャートの一部であ
る高精度自動研削システムＳ３０について詳細を示す部
分的フローチャートであり、同(ｂ)はブレードＰの一部
を示す説明図である。

【図６】加工ずみ部分の寸法について実測データを表す
グラフで、とくに熱変位量自動補正切削加工システムＳ
２０の効果を示すものである。

【図７】加工ずみ部分のうち公差の厳しい部分の寸法に
ついて実測データを表すグラフで、高精度自動研削シス
テムＳ３０の効果を示すものである。

【図８】加工対象とするタービンブレードＰの一例を示
す図面である。

【図９】従来の翼根部加工用の治具と加工方法とを示す
概要図である。

【符号の説明】

１マシニングセンタ２主軸５タッチセンサ８回転テーブル１０加工用治具ＰタービンブレードＰａ翼根部Ｓ２０熱変位量自動補正切削加工システムＳ３０高精度自動研削システム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者粟井正広兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者前田太志兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者中谷博芳兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】横型マシニングセンタによりタービンブ
レードの翼根部を切削加工する際に使用する加工用治具
であって、上記マシニングセンタの回転テーブル上に取り付けら
れ、翼根部を垂直上向きにして１個のタービンブレード
を一定位置に保持することができることを特徴とするタ
ービンブレード翼根部の加工用治具。
【請求項２】請求項１に記載の治具の一定箇所に横型
マシニングセンタの寸法計測用タッチセンサを当てるこ
とによりタービンブレードとそのマシニングセンタ本体
との間の熱変位量を計測し、その熱変位量に基づいてマ
シニングセンタの工具のオフセット量を定めたうえ切削
加工することを特徴とするタービンブレード翼根部の加
工方法。
【請求項３】タービンブレードの１個について請求項
２の切削加工が完了したのち、加工部分の寸法を計測し
てその寸法より工具の摩耗に基づく補正値を算出し、次
のタービンブレードの加工のための上記オフセット量に
その補正値を算入することを特徴とするタービンブレー
ド翼根部の加工方法。
【請求項４】寸法公差のとくに厳しい部分以外に請求
項２または３に記載の加工方法を実施する一方、寸法公
差のとくに厳しい部分については、寸法計測をしたうえ
研削をし、再び寸法計測をして公差内にあるか否かを知
り、公差外のとき再度研削加工をすることを特徴とする
タービンブレード翼根部の加工方法。
【請求項５】主軸とは別にマシニングセンタの定位置
に設けたタッチセンサを、上記熱変位量の計測のため治
具の一定箇所に当て、かつ加工部分の寸法計測に使用す
ることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のタ
ービンブレード翼根部の加工方法。