KR100435606B1

KR100435606B1 - 원호상홈제조방법및이를위한공구

Info

Publication number: KR100435606B1
Application number: KR1019970007031A
Authority: KR
Inventors: 지그프라이트 다이스; 롤프 후베르; 롤프 폴머
Original assignee: 발터 아게
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2004-12-04
Also published as: EP0792709B1; CN1159966A; DE59609057D1; KR970061413A; RU2189297C2; IN188488B; US5911548A; EP0792709A2; ATE215858T1; JP3673358B2; JPH09234617A; DE19607230C1; EP0792709A3; CN1074961C

Abstract

본 발명은 원호상 홈을 절삭 및 기계가공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 예로서, 터빈 로터의 제조시, 특히, 원호상 로터 홈의 제조에 관한 것이다.

본 발명에 따라서, 적어도 부분적으로 원통형인 작업편(1)에 원호상 홈(3)을 기계가공하기 위한 벨형 카운터싱크(11)로서, 회전축에 동축으로 배열된 링형 지지부(14)를 갖는 공구 베이스 본체(12)와, 지지부(14)상에 형성된 판좌(19)와, 가역 절삭판(21, 21', 21")을 수용 및 유지하는 고정 수단(24)을 구비하고, 회전축(9) 둘레에서 공구 베이스 본체(12)가 회전할 때, 상기 가역 절삭판들(21, 21', 21")이 그 활성 절삭에지로, 상기 회전축의 방향으로 하나 이상의 언더컷을 가지는 회전축(9)에 동축인 외주 윤곽을 형성하는 것을 특징으로하는 벨형 카운터싱크가 제공된다.

또한, 본 발명에 따라서, 상술한 바와 같은 벨형 카운터싱크를 사용하여 원호상 홈을 형성하는 방법이 제공된다.

Description

원호상 홈 제조 방법 및 이를 위한 공구{Process for the production of arc-shaped grooves and tool for this process}

증기 터빈용으로 제공되는 것 같은 이런 터빈 로터는 예로서, 실질적으로 원통형인 베이스 유니트를 가지며, 상기 베이스유니트상에는 복수개의 디스크형 원통 섹션이 형성되어 있다. 이들은 그 외주상에 터빈 블레이드를 수용하기 위한 이격 배치된 홈들을 구비하며, 상기 홈의 측면들은 홈의 종방향으로 이빨이 형성되어 있다. 따라서, 상기 홈들은 소위 크리스마스트리 프로파일을 가지며, 이는 터빈 블레이드의 기부를 능동적으로 수용 및 고정하도록 기능한다. 이 경우에, 종방향으로 연장하는 직선형 홈 및 경사 홈들과, 원호상 홈들이 사용된다.

측면으로부터 보았을 때, 원호 형상의 로터 홈들을 형성하기 위한 장치 및 방법은 "발전기 및 터빈 로터를 밀링하기 위한 장치 및 방법(Methoden und Maschinen zur Frasbearbeitung von Generator - und Turbinenrotoren; Methods and mechine for milling generator and turbine rotors, Siegfried Neumann, special publication No. 9 of Kollmann Maschinenbau GmbH, 5602 Langenberg/Rhld)에 공지되어 있다. 원호형 홈들은 디스크형 원통부를 가진 작업편으로부터 형성된다. 상기 홈을 제조하는데는 밀링 머신이 사용된다. 이는 축방향으로 조절될 수 있도록 장착된 공구 스핀들을 가지고 있다. 이 경우에, 공구 스핀들의 축방향은 실질적으로, 공구의 반경 방향에 대응하거나, 이에 평행하다. 소위 벨 절삭기가 상기 공구 스핀들에 부착되며, 그 공구 베이스 유니트는 축방향으로 돌출하는 에지를 가진 원통형 판의 형상을 갖는다. 종방향 단면에서 본 에지의 윤곽은 절삭 에지들을 지지하는 절삭 소자에 의해 형성된다. 이들은 황삭(rough cutting) 프로세스에서 절삭될, 그리고, 초기에 대략적으로 예비 성형된 홈의 외형의 그 외주 윤곽선을 결정한다. 상기 프로파일은 몇 개의 직사각형들과, 스테이지들내의 벨 절삭기의 에지를 향한 테이퍼들로 구성되어 있다. 이는 언더컷들이 없으며, 단지 기초 예비 성형된(황삭) 홈을 형성하도록 기능한다.

원형 밀링 머신은 생크형(shank-type) 프로파일 절삭기를 홈을 따른 원호 경로상으로 전진 이송하도록 안내하는 홈을 성형 및 마감가공하도록 제공된다. 상기 생크형 절삭기는 생성될 홈 측면의 형상에 대응하는 프로파일을 갖는다. 생크형 프로파일 절삭기는 작업편(터빈 로터)의 반경방향에 대한 언더컷들을 갖는다.

언디컷들의 구성을 위해 필요한 큰 프로파일 깊이와, 홈 길이에 대응하는 긴 절삭 경로로 인하여, 생크형 절삭기를 사용하는 밀링은 긴 가공 시간을 필요로한다. 터빈 로터의 외주를 따라 다수의 홈들이 분포되어 있는 상태에서, 이는 현처한 총 가공 시간을 추가하게되며, 단순한 예로서, 하나의 원주만의 위에 있는 홈들에 대하여 5시간 이상의 가공시간이 소요될 수 있다. 소요되는 긴 기계가공 시간은 터빈 로터의 제조시 제조 비용을 증가시킨다.

따라서, 본 발명의 목적은 보다 짧은 기계가공 시간을 허용하면서, 프로파일형 원호상 홈들을 형성하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이 목적은 특허 청구항 1의 특징부를 가지는 벨형 카운터싱크 와 청구항 15에 따르는 원호상 언더컷 홈을 형성하는 방법에 의해 성취된다.

벨형 카운터싱크는 링형 지지부를 가지며, 그 위에 가역 절삭판이 유지된다. 가역 절삭판을 구비한 지지부는 예비 황삭된, 즉, 성형된, 언더컷이 없는 홈내로, 가역 절삭판이 작업편과 접촉하지 않고 도입될 수 있도록 그 치수가 제한된다. 모든 언더컷들은 동시에, 짧은 시간과 짧은 반경방향 이송 운동으로 성형될 수 있으며, 그 범위는 형성될 언더컷의 깊이에 따른다. 따라서, 벨형 카운터싱크는 종래의 프로파일링 절삭기를 사용한 밀링에 대해 기계가공 시간이 현저히 감소된다. 종래의 프로파일링 절삭기(생크형 절삭기)는 홈의 길이에 대응하는 전진 이송 운동으로 전체 프로파일 깊이를 절삭하여야만 하지만, 상기 벨형 카운터싱크는 짧은 측방향 이송 운동으로 동일한 양의 재료를 제거할 수 있다. 상기 벨형 카운터싱크의 각 절삭 블레이드는 공구의 각 회전시 홈 측면의 전체 길이에 걸쳐 안내된다. 이 경우에, 칩 발생이 많다.

이송 운동은 벨형 카운터싱크의 직선 측방향 변위이다. 이는 단순한 방식으로 달성될 수 있다. 종래에 필요한 바와 같이, 이 프로세싱 단계에서 굴곡된 이송 경로를 프로그래밍할 필요가 없다.

벨형 카운터싱크의 블레이드는 가역 절삭판 위에 부분적으로 분포되며, 그 중첩은 밀링될 윤곽을 결정한다. 공구의 베이스 유니트의 지지부의 외주 둘레의 가역 절삭판의 배열을 위한 적절한 공간이 있기 때문에, 가역 절산판을 구비한 벨형 카운터싱크로 상대적으로 좁은 홈들을 절삭하는 것도 가능하다. 가역 절삭판은 필요시 교체될 수 있으며, 다른 위치에 재사용될 수 있으며, 이는 공구 비용에 양호한 효과를 갖는다. 이에 비해서, 생크형 커터로서 형성된 프로파일링 커터는 일반적으로 가역 절삭판이 장착될 수 없으며, 그 이유는, 통상적인 로터홈을 위한 홈 치수를 가지는 감소된 공간 상태 때문이다. 따라서, 프로파일형 초고속 강철 절삭기가 사용되며, 이는 마모된 경우에, 반드시 전체적으로 재연마되어야만 한다. 그러나, 본 발명에 따른 벨형 카운터싱크를 사용할 때, 초고속 강철 절삭기는 언더컷을 가진 황삭밀링된 홈을 마감가공하기 위해서 필요하다.

링형 지지부는 홈으로부터 칩들을 수집 및 제거하도록 기능하는 일련의 리세스에 의해 분할될 수 있다. 리세스들 사이에 남아있는 상기 링형 지지부의 축방향 돌출부들은 기계가공될 홈에 대응하는 프로파일을 가지면서 가역 절삭판들을 수용하기 위한 판좌를 지지하는 포스트를 형성한다. 상기 포스트들은 주로 외주 방향으로 부하를 받게되며, 벨형 카운터싱크의 전진 이송 동안 반경방향으로도 약간의 부하를 받게된다. 치수는 상기 포스트들이 외주 방향으로 보다 반경방향으로 보다 작은 두께를 갖는 것을 고려하여 취해진다. 지지부의 보강을 위하여, 포스트들을 다른 포스트에 연결하는 웨브가 각 포스트들 사이에 남겨지도록 포스트들에 대응하는 크기의 리세스들이 형성된다.

가역 절삭판들을 유지하기 위한 고정 소자가 가역 절삭판들의 접선방향 배열을 가진 그 자유면측상에서 억세스할 수 있는 해제가능한 고정 소자인 것이 바람직하다. 이는 외주에 횡단하는 방향으로 배치되어 축방향과 원호상 각도를 형성하는 억세스 방향이다. 이 경우에, 가역 절삭판들의 위치 변화 및 교체가 특히 간단하다.

종방향 중앙축에 대해 대칭적으로 형성되어 있는 홈을 형성하기 위해서, 두개의 연계된 벨 형 카운트싱크들이 제공되는 것이 바람직하며, 그 중 하나는 링형 지지부의 내주상에 가역 절삭판들을 지지하고, 나머지는 링형 지지부의 외주측면에 가역절삭판이 설치되어 있다. 비록, 원론적으로, 벨형 카운터싱크가 그 양 측면, 즉, 그 내측 및 외측 양자 모두상에 가역 절삭판들을 지지할 수도 있지만, 연계된 세트를 형성하는 두 개의 벨형 카운터싱크로 분할하는 것은 링형 지지부(포스트)가 충분한 두께를 유지할 수 있게 한다. 이는 좁은 홈을 기계가공할 때 특히 중요하다. 포스트의 반경방향 두께는 프로파일 깊이에 의해 감소된 홈의 폭 보다 작다.

벨형 카운터싱크상에 배열된 가역절삭판들은 포스트들을 따라 그룹으로 배열된다. 따라서, 이들 열들은 외주 방향에 횡단하는 방향으로 놓여지며, 실질적으로 평행하게 또는 공구의 축방향에 대해 원호상 각도로 배치된다. 각 포스트는 하나의 열당 적은수(하나 내지 넷)의 가역 절삭판들을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 각 포스트들상에 작용하는 힘이 한계값내에서 유지된다.

종속항에 규정된 하나의 열의 가역절삭판의 절삭에지들의 정열은 축방향으로 작용하는 절삭력 성분에 대한 힘의 성분을 유발한다. 이 결과로, 절삭력들의 성분의 적어도 부분적인 보상이 포스트내에서 이루어지며, 공구 또는 공구 스핀들을 경유하여 편향되지 않게 된다. 이는 기계가공 정밀도에 양호한 효과를 갖는다.

완전한 절삭 블레이드에 소속된 가역 절삭판들이 몇 개의 포스트들상에 분포되고, 그래서, 예로서, 공구 전체에 걸쳐 단 두 개의 절삭 블레이드가 형성되는 것이 바람직하다. 두 개의 완전한 절삭 블레이드들이 벨형 카운터싱크의 회전당 기계 가공을 위하여 홈의 전체 길이에 걸쳐 안내되기 때문에, 높은 기계가공 속도가 달성된다. 이송 운동은 단지 몇 밀리미터만을 커버한다. 따라서, 홈 프로파일을 기계가공하는데 일분보다 적은 사이클 시간이 필요하다. 5시간의 기계가공 시간에 대조적으로, 예로서, 터빈 로터의 외주상에 50개의 원호상 홈들이 분포되어 있는 경우, 기계가공 시간을 전체적으로 한시간 반이하로 감소시킬 수 있다. 실험시, 기계 가공시간을 90%이상 감소시킬 수 있었다.

프로세스에 관한 부가적인 청구항들은 벨형 카운터싱크와 연계된 상술한 설명의 장점들을 갖는다.

도 1은 내부에 원호상 홈이 형성되어 있는 터빈 로터의 측면도.

도 2는 이미 형성된 원호상 홈을 프로파일링하기 위한 벨-형 카운터싱크를 구비한 밀링 유니트를 로터 측면에서 도시한 개략적인 정면도.

도 3은 도 2에 따른 벨형 카운터싱크를 나타낸 개략적인 사시도.

도 4는 도 3에 따른 벨형 카운터싱크의 개략적인 외관을 도시하는, 축방향 및 반경방향을 둘러싸는 평면내로 하나의 절삭 블레이드에 소속된 모든 가역 절삭 판들이 개략적으로 투영된 상태의 부분 종단면도.

도 5는 도면의 평면내로 하나의 절삭판에 소속된 모든 가역 절삭판들을 투영한 상태로, 그 외주면이 프로파일링된 벨형 카운터싱크의 종방향 단면을 개략적으로 도시하는 도면.

도 6A 내지 도 6E는 도 5에 따른 벨형 카운터싱크를 도시하는 도면으로서, 가역 절삭판들을 지지하는 포스트들을 부분적으로 단순화하여 단면으로 도시하는 도면.

도 7은 홈 벽내에 종방향 리세스들을 소정 치수로 밀링하기 위한, 도 3에 따른 벨형 카운터싱크의 두 개의 상호협력하는 가역 절삭판들의 조절을 개략적으로도시하는 도면.

도 8A 내지 도 8E는 제 1 가공 단계에서, 적절히 구성된, 언더컷들이 없는 벨형 절삭기의 축방향 전진 이송에 의해 대략적인 윤곽으로 홈을 형성하는 것을 도시하는 개략도.

도 9A 및 도 9B는 두 번째 가공 단계에서, 도 5에 따른 벨형 카운터싱크와 함께, 두 개의 홈 측면들 중 하나의 소정 프로파일링의 구조를 도시하는 개략도.

도 10A 및 10B는 도 4에 따른 벨형 카운터싱크와 함께, 대향하는 반대편 홈 측면의 구조를 도시하는 개략도.

도 11은 도면의 평면내로 완전한 절삭 블레이드에 속하는 가역 절삭에지들을 투영한 상태의, 그 외측상이 프로파일링된 벨형 카운터싱크의 선택적인 실시예의 개략도.

도 12는 도 11에 따른 벨형 카운터싱크의 가역 절삭판의 절삭 에지를 형성될 홈 프로파일에 관하여 조절하는 것을 도시하는 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 가공재 2a~2f: 디스크형 섹션

3, 3a, 3b: 홈 11: 벨형 카운터싱크

12: 공구 본체 13: 베이스

14: 지지부 15: 리세스

16: 포스트 17: 웨브

18: 단차부 19: 판좌(plate sheet)

21: 가역 절삭판

도 1은 축방향으로 서로 이격된 몇 개의 디스크형 섹션(2a 내지 2f)을 가지는 터빈로터(1)의 개략도이다. 섹션 2b 내지 2e는 직선형 홈을 가지고, 섹션 2a 및 2f는 원호상으로 굴곡된 홈(3a, 3b)을 구비한다. 도 1의 하부에 독립적으로 도시되어 있는 바와 같이, 홈 3a, 3b는 크리스마스트리형 단면을 가지며, 터빈 블레이드를 유지 및 고정하도록 기능한다. 대향 측면(4, 5)상에서, 홈(3; 3a, 3b)은 사이에 리세스들이 형성되어 있는 종방향 연장 웨브들을 가진다.

소정의 규정된 사이즈에 관련하여 균일하게 감소되는 직경을 가지는, 도 1에 도시된 바와 같이 성형된 홈(3)을 제조하기 위해서는, 축방향 가동성 스핀들헤드(8)를 가지는, 즉, 터빈 로터를 향해, 그리고, 터빈 로터로부터 멀어지는 방향으로 이동될 수 있는 종류의, 도 2에 개략적으로 도시된 밀링머신(7)이 사용된다. 이 스핀들 헤드는 도 3에 별도로 도시되어 있는 바와 같은 벨형 카운터싱크(11)를 그 수평 절삭 스핀들(10)상에 지지하며, 상기 수평 절삭 스핀들(10)은 회전축(9) 둘레에서 회전될 수 있다.

벨형 카운터싱크(11)는 실질적인 평면 베이스(13)를 가진 포트형상 공구 본체(12)를 구비하며, 그로부터 멀어지는 방향으로, 링형 지지부(14)로서 형성되어 회전축(9)에 동축으로 배열된 에지가 축방향으로 연장된다.

반경방향 내향, 외향 및 축방향으로 베이스(13)로부터 멀어지는 방향으로 개방되어 있는 리세스(15; 15a, 15b, 15c,…)는 지지부(14)의 외주 방향으로 서로 이격 배치되어 있으며, 그래서, 축방향으로 베이스(13)로부터 멀어지는 방향으로 연장되면서 서로 동일한 크기를 가지는 포스트(16; 16a, 16b, 16c,…)가 리세스(15)들 사이에 형성된다. 이 경우에, 인접한 포스트들은 각각 웨브(17)를 경유하여 서로 접속되며, 상기 웨브는 각 리세스(15)를 적어도 부분적으로 반경방향 외측에서 덮는다. 축방향으로의 웨브(17)의 높이는 서로 크기가 동일한 포스트(16)의 높이 보다 작다.

상기 포스트들은 반경 방향 외측의 그 측면상에 언더컷들이 없는 축방향 단차형 배열로 구성되며, 내측에 반경방향으로 위치된 그 각 측면상의 프로파일은 도 1에 도시된 홈(3)의 측면 프로파일에 대응한다. 외측 측면은 단차부(18)를 가지며, 이들은 그들 사이의 구별을 위해 도 4에 a 내지 d의 참조 부호로 표시되어 있다.상기 단차부들은 각각 원통부의 외주면에 후속하는 축방향 표면과, 경사 견부로 형성되어 있으며, 이들은 원추의 외피상에 놓여져 있다. 상기 단차부(18)는 벨형 카운터싱크가 홈(3)의 측면(4)과 접촉하지 않고 언더컷이 없는 상태의 개구된 홈내로 축방향으로 연장될 수 있도록 구성되어 있다.

그 프로파일형(내부) 측면상에서, 상기 포스트(16)는 판좌(19; plate seat)를 구비하며, 상기 판좌상에 가역 절삭판(21)이 유지된다. 내측은 이는 축방향 내향으로 각각 돌출하여 외주 방향으로 연장하는 리브(20; 20a 내지 20e)를 가지며, 상기 리브는 형성될 언더컷의 수(다섯개)에 대응한다. 상기 판좌(19)가 리브(20)상에 제공되는 경우에, 외주 방향으로 앞뒤로 배치되어 있는 하나의 절삭 블레이드의 리브들(20) 모두에서 두 개의 판좌가 생략된다. 이 경우에, 절삭 블레이드는 가역 절삭판의 그룹에 의해 형성되며, 외주 방향으로 다른 하나 위에 돌출한 절삭 에지들이 홈 측면의 윤곽을 완전히 형성하게 된다.

가역 절삭판은 일반적으로 평행 육면체 형상, 즉, 상면에서 볼 때 정사각형이며, 단부에 직립한 가역 절삭판(21')의 경우에는 이와 다른 형상으로 구성될 수 있다. 가역 절삭판(21, 22')은 접선방향으로 배열, 즉, 이들은 판좌(19)상에 배치되고, 그 접촉면들이 실질적으로 외주 방향으로 배치된다. 고정 스크류(24)는 그 중앙 개구에서 가역 절삭판(21)을 통과하여, 상기 판좌(19)내에 형성된 나사 구멍 내로 나사결합한다.

도 3에 도시된 벨형 카운터싱크(11)는 총 네 개의 절삭 블레이드를 가지며, 이들은 각각 다섯 개의 포스트(16) 위에 분포되어 있다. 이는 제 1 포스트그룹(16)의 가역 절삭판(21)이 그 각 활성 절삭 에지들을 가진 측면(5)의 소정 윤곽을 완전히 형성하는 것을 의미한다. 이 경우에, 단 하나의 절삭 에지만이 각 가역 절삭판(21)상에서 활성화된다. 네 개의 완전한 절삭 블레이드를 갖는 벨형 카운터싱크(11)는 네 개의 이런 포스트 그룹을 갖는다. 필요시, 절삭 블레이드들의 수를 보다 많거나 작은 수로 설정하는 것도 가능하다.

하나의 절삭 블레이드에 속한 개별적 가역 절삭판(21)의 위치를 예시하기 위해서, 외주를 따른, 도면 평면내로의 투영으로서 도 4에 도시되어 있다. 이로부터, 가역 절삭판(21)에 의해 형성된 완전한 절삭 블레이드는 화살표(25)로 도시된 축방향에 대하여 총 5개의 언더컷을 형성한다는 것이 명백하다. 홈(3)의 측면(5)상의 언더컷을 형성하도록 제공된 가역 절삭판들은 단부에 직립한 가역 절삭판을 제외하고는 실질적인 평행 육면체 형상으로 형성되어 있으며, 이때, 외주 방향으로 배치된 대응하는 판좌(19)는 반경방향(화살표 26)에 대해 균일하게 경사져 있다. 이에 따라서, 고정 스크류(24)가 공구 본체(12)의 내측으로부터 억세스될 수 있다.

단부에 직립한 가역 절삭판(21')은 대략 삼각형 단면(21)을 갖는다. 부가적으로, 내측상에 위치된 가역 절삭판들(21")은 홈(3)의 에지를 기계가공하도록 기능한다.

벨형 카운터싱크(11)는 가역 절삭판(21, 21', 21")에 의해 그 내측이 형성되고, 그 외주면은 상기 포스트(16)의 외측에 의해 형성된다. 벨형 카운터싱크(11)의 프로파일은 언더컷을 갖고 있지 않다. 상기 포스트(16)에 의해 형성된 링형 지지부(14)는 단차형 배열로 포스트(16)의 길이에 걸쳐 축방향(화살표 25)으로 테이퍼형성된다. 이 경우에, 단차부들은 상기 벨형 카운터싱크(11)가 그 가역 절삭판이 장착된 포스트(16)가 홈(3)의 측면(4, 5)과 접촉하지 않고 도 4에 파선으로 도시된 예비성형 홈(3)내로 들어갈 수 있도록 치수설정된다. 이 경우에, 부가적인 치수 세부사항들은 홈 측면(3)과 포스트(16)의 외주면 및 연계된 측면(5)과 접하는 절삭 블레이드 사이의 거리(27)에 관하여 규제된다. 이 부가적인 공동은 포스트(16)가 측면에 접촉하지 않고 축방향(화살표 25)으로 홈(3)내로 들어가는 것을 가능하게 한다.

그 외측상에 가역 절삭판(21, 21', 21")이 끼워진 대응하는 벨형 카운터싱크(11')가 도 5에 도시되어 있다. 그 지지부(14)는 도 5에 일점쇄선으로 도시된 원호 형상으로 굴곡된 홈(3)의 종방향 중앙평면(28)에 대칭적으로 구성된다. 상기 가역 절삭판(21, 21', 21")의 형상 및 배열과, 판좌(19)의 형상 및 배열은 벨형 카운터 싱크(11)에 대해 설명한 바와 동일하다(도 4). 유사하게, 도 6a 내지 6e와 연계한, 벨형 카운터싱크(11')의 가역 절삭판(21, 21', 21")의 배열에 대한 하기의 상세한 설명은 그 가역 절삭판(21, 21', 21")이 내측에 배열되어 있는 벨형 카운터싱크(11)에도 적용된다.

도 6A 내지 E에 도시된 바와 같이, 완전한 절삭 블레이드에 속한 가역 절삭판(21, 21', 21")은 총 5개의 포스트(16a, 16b, 16c, 16d, 16e)위에 분포된다. 이들 포스트들(16a 내지 16e)은 외주 방향으로 하나씩 선후로 배열된 지지부(14)의 포스트들 이다. 상기 포스트(16a)는 총 네 개의 절삭판들을 갖는다. 이들은 홈 에지들을 기계가공하기 위한 평행육면체형 가역 절삭판(21"a)과, 홈 베이스에 가장근접하게 위치된 언더컷을 형성 또는 기계가공하기 위한 제 1 가역 절삭판(211a)과, 그후, 측면(4)의 언더컷을 형성하기 위한 가역 절삭판(213a) 및 홈 베이스에 가장 근접하게 위치된 언더컷을 형성하기 위한 실질적인 삼각형 단면을 가진 가역 절삭 블레이드(21'a)이다.

가역 절삭판(211a)과 가역 절삭판(213a) 사이의 거리는 실질적으로 가역 절삭판(213a)과 가역 절삭판(21'a) 사이의 거리와 동일하다. 판 위치는 상술한 가역 절삭판들 각각의 사이에 존재하지 않으며, 어떠한 판좌나 절삭판들도 그 내부에 배열되지 않는다.

회전의 방향으로 후속하는 포스트(16b)가 도 6b에 도시되어 있다. 이는 홈 에지를 기계가공하기 위한 평행육면체형 가역 절삭판(21"b)과, 홈 에지에서 봤을때, 두 번째 및 네 번째 언더컷을 기계가공하기 위한 두 개의 부가적인 가역 절삭판들(212b, 214b)을 가진다. 순차적으로, 판 위치는 각각 각 절삭판들 사이에 존재하지 않으며, 절삭판들 사이의 거리는 실질적으로 서로 동일하다.

무엇보다도, 가역 절삭판들(212b, 214b)은 그 앞의 포스트(16a)의 가역 절삭판들(211a, 213a, 21'a)과 엇갈려 있다는 것이 명백하다.

또한, 이는 홈 에지로부터 보았을 때, 그 뒤의 포스트(16c)에도 적용되며, 상기 포스트(16c)는 제 1, 제 3 및 제 5 홈을 기계가공하기 위한 가역 절삭판(211c, 213c, 21'c)을 가지고 있다. 인접한 절삭판들 사이의 거리도 이 포스트(16c)에서 균일하게 고정되며, 그 뒤의 포스트(16d)의 경우도 마찬가지이다(도 6d) 포스트(16d)는 세 개의 가역 절삭판(21"d, 212d, 214d)을 갖는다. 가역 절삭판21"d는 홈 에지를 기계가공하도록 기능하고, 가역 절삭판 212d, 214d는 제 2 및 제 4 언더컷들을 기계가공하기 위해 제공되며, 앞선 포스트(16c)의 가역 절삭판들(211c, 213c, 21'c)과 엇갈려 있다.

또한, 이는 그 뒤의 포스트(16e)에도 적용되며, 상기 포스트(16e)는 제 1 리세스로의 천이 영역에 있는 홈 에지를 기계가공 하기 위한 단 하나의 가역 절삭판(21"e)만을 가지고 있으며, 단부에 있는 직립부는 홈 베이스를 기계가공하기 위한 실질적으로 평탄한 가역 절삭판(215)을 가지고 있다.

형성될 언더컷과 관련하여, 제 1 및 제 3 포스트(16a, 16c)는 제 1, 제 3 및 제 5 언더컷을 기계가공하고, 제 2 및 제 4 포스트(16d, 15d)는 제 2 및 제 4 언더컷을 기계가공한다. 이 경우에, 각 언더컷은 두 개의 중첩한 절삭판들에 의해 형성된다. 이 경우에, 선행하는 가역 절삭판(221a)은 그 절삭 에지(211A)가 홈 베이스를 향한 상태로 활성화되고, 후행하는 할당된 가역 절삭판(211C)이 그 절삭 에지(211C)가 홈 베이스로부터 멀어지는 방향을 지향한 상태로 활성화된다.

조건들은 제 3 언더컷에 대하여, 가역 절삭판들(213a, 213c)과 함께 정확히 역전된다. 가역 절삭판(213a)은 그 절삭 에지(213A)가 홈 베이스로부터 멀어지는 방향을 향한 상태로 활성화되고, 가역 절삭판(213c)은 그 절삭 에지(213C)가 홈 베이스를 향한 상태로 활성화된다. 최종적으로, 가역 절삭판(21'a)은 베이스 측면상의 그 절삭 에지(21'A)로 절삭하고, 가역 절삭판(21'c)은 그 절삭 에지(21'C)가 홈 베이스로부터 멀어지는 방향을 향한 상태로 활성화된다. 이는 도 7에 도시된 바와 같이, 가역 절삭판들(211a, 211c; 판 쌍 211)을 기초로하여, 서로에 대한 각 절삭판들의 미소한 축방향 변위에 의해 모든 세 개의 언급된 판들(211, 213, 21')에서 달성된다. 그 절삭 에지들(211A, 211C)의 중첩 배열을 나타내기 위해 가역 절삭판들(211a, 211c) 양자 모두가 도면의 평면내로 투영되어 있다. 각 경우에 각 절삭판 중 하나의 절삭 에지만을 사용하는 것은 서로에 대한 가역 절삭판들의 변위(V)에 의해 달성된다. 투영에서, 절삭 에지들(211A, 211C) 양자 모두는 언더컷의 최종 소정 형상(F)에 관해 균일하게 감소된 치수(U)를 갖는다.

가역 절삭판들 213a, 213c와 가역 절삭판들 21'a, 21'c에 대해 대응하는 조건들이 적용된다. 각 포스트(16a, 16c)상의 활성 절삭 에지들이 각각 교차하는 배열을 가지기 때문에, 즉, 절삭 에지(211a)는 하향하고, 다음 절삭 에지(213A)는 상향하며, 다음 절삭 에지(21'A)는 다시 하향하기 때문에, 각 포스트에서 절삭력의 축방향 성분들의 현저한 상쇄가 달성되며, 이는 기계가공 정밀도에 양호한 효과를 갖는다. 반경방향 내향 또는 외향으로 개방되며, 그 이분선이 실질적으로 반경 방향을 향하는 각도를 함께 형성하는 포스트의 인접한 절삭판들의 절삭 에지들의 배열이라고 요약할 수 있다.

상술한 설명은 포스트(16b, 16d)에 적용된다. 가역 절삭판(212b, 212d)은 제 4 언더컷을 기계가공하기 위한 판 쌍(212)을 형성하며, 이 경우, 절삭 에지(212B)는 홈 베이스를 지향하며, 절삭 에지(212D)는 홈 베이스로부터 멀어지는 방향을 지향한다. 반대로, 절삭 에지(214B)는 홈 베이스로부터 멀어지는 방향을 지향하고, 절삭에지(214D)는 홈 베이스를 향한 방향을 지향한다.

터빈 로터(2)에 원호상 홈(3)을 형성 또는 기계 가공하는 동안, 상술한 벨형카운터싱크(11)는 하기와 같은 방식으로 사용된다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 제 1 가공 단계에서, 도 8a에 개략적으로 도시된 공지된 벨형 카운터싱크가 화살표(26)로 도시된 축방향으로 터빈 로터(1)의 단면(2a)을 향해 이동된다. 그 회전축(9; 도 2) 둘레를 회전하는 상기 벨형 커터(110)는 그 포트형 공구 본체(120)의 링형 지지부(140)의 경우에 외측과 내측 양자 모두 상에 가역 절삭판들을 갖는다. 이 가역 절삭판들은 단차형으로 테이퍼진 프로파일을 형성한다. 소정 홈(3)의 깊이에 개략적으로 대응하는 축방향 전진 이후에, 상기 홈(3)이 도 8b에 도시된 바와 같이, 언더컷들이 없는 상태로, 단계적으로 테이퍼진 윤곽으로 형성된다.

홈(3)이 황삭 프로세스에서 대략적으로 형성된 이후에, 도 9a에 개략적으로 도시된 벨형 카운터싱크(11')가 사용되어, 대략적으로 형성된 홈(3)내로 도입되게 된다. 이 경우에, 그 회전축(9; 도 2)은 실질적으로 언더컷의 깊이에 의해 형성될 원호상 홈(3)의 곡률 중심에 대해 변위되며, 그래서, 벨형 카운터싱크(11')는 벽 또는 측면을 건드리지 않고 홈(3)내로 도입된다. 상기 도입 이동은 도 9b에 화살표(31)로 도시되어 있다. 가역 절삭판(215)이 도 6e에 도시된 단부에 세워지자 마자, 이 단부들은 대략적으로 성형된 홈 베이스내로 소정 깊이까지 삽입된다.

그후, 도 9b에 화살표(32)로 도시된 이송 이동이 이어진다. 이제, 모든 가역 절삭판들(21, 21', 21"; 도 5)이 홈(3)의 대응하는 측면과 결합되고, 이때, 도 9b에 도시된 홈 형상이 도 7로부터 명백한 언더컷의 깊이에 대응하는 짧은 전진 이송 운동에서 형성되게 된다. 전체 측면(4)은 모든 언더컷들이 소정 홈 폭에 관해 균일하게 감소된 두께를 가지도록 형성된다. 반대로, 가역 절삭판(21")에 의해 형성될 홈 베이스와 홈 에지 양자 모두는 필요시, 소정 표면 품질을 가지는 정확한 치수로 형성될 수 있다. 전진 이송 운동이 종료된 이후에, 벨형 카운터싱크(11')의 회전축(9)은 형성될 홈의 곡율 중심에 대응한다. 따라서, 벨형 카운터싱크(11)의 반경은 홈(3)의 곡률을 결정한다.

전진 이송 운동이 매우 짧고, 벨형 카운터싱크(11)의 매 회전시, 그 커팅 블레이드들 각각이 홈(3)의 전체 길이에 걸쳐 한번씩 주행한다. 전진 이송 운동이 매우 단순하고, 전체 측면(4)이 전체 홈 길이에 걸쳐 동시에 기계가공되기 때문에, 결과적인 기계가공 시간은 매우짧다.

홈(3) 외측으로 벨형 카운터싱크(11')를 옮기기 위해서, 모든 가역 절삭판들(21, 21', 21")이 측면(4)의 언더컷들 외측으로 이동될때까지 측면(4)으로부터 멀어지는 방향으로 반경방향으로 이동된다. 그후, 벨형 카운터싱크(11')는 측면(4)에 접촉하지 않는 상태로 홈(3)으로부터 축방향으로 제거된다.

벨형 카운터싱크(11')가 홈(3)으로부터 제거된 이후에, 벨형 카운터싱크(11)는 편심적으로, 즉, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 홈(3)의 측면(4, 5)에 접촉하지 않는 상태로 홈(3)내로 이동된다. 이제 후속하는 카운터싱킹 프로세스는 벨형 카운터싱크(11)의 회전축(9; 도 2)이 평행하게 변위되는, 화살표(33)의 방향으로의 반경방향 이송 운동으로 인해, 홈(3)의 측면(5)에 도 10b에 도시된 형태를 제공한다. 상술한 설명은 기계가공 시간과 품질에 따라서 적용된다.

따라서, 매우 황삭 가공된 홈(3)이 최종 가공 단계에서, 프로파일링 절삭기로 마감가공되며, 상기 프로파일링 절삭기는 양 측면(4, 5)에 동시에 결합하는 상태로 홈(3)을 따라 이동된다. 도 7에 도시된 감소된 치수(U)에 대응하는 재료 두께가 매우 미소하고, 균일하게 제거되기 때문에, 단지 소량의 칩 제거작업이 필요하며, 상기 프로세스는 높은 전진 이송으로 실행될 수 있고, 이 경우에, 프로파일링 커터는 장기간 치수적으로 정밀한 상태로 남아있게 된다.

도 11은 벨형 카운터싱크(11")의 변형된 실시예를 도시한다. 이는 단지 판좌의 구조와, 그에 부착된 가역 절삭판들의 형상만이 상술한 벨형 카운터싱크(11', 11)와 상이하다. 벨형 카운터싱크 11과 마찬가지로, 벨형 카운터싱크 11"는 도 11에서 다른 것 위에 돌출되어 있는 독립적 포스트(16)를 갖는다. 단일 절삭 블레이드에 다수의 포스트들이 소속되며, 각 포스트는 하나 내지 둘, 최대 네 개의 가역 절삭판들을 가진다. 판좌들(40, 41, 42; a 내지 e)은 가역 절삭판들의 접선방향 배열을 위해 개별적으로 제공된다. 이들은 절삭력의 흡수를 위한, 대응하는 반경방향으로 지향된 지지면을 가진 상태로 외주 방향으로 위치된 접촉면을 가진다.

언더컷들은 각 언더컷의 형태에 대응하는 단면의 가역 절삭판들(210; a 내지 I)에 의해 형성된다. 벨형 카운터싱크(11, 11')의 상술한 실시예에서 이미 설명한 바와 같이, 상기 가역 절삭판들(210b 내지 210i)은 하나의 각 가역 절삭판 쌍에 의해 형성되며, 그 절삭 에지들은 축방향(화살표 25)으로 서로에 관해 오프셋되어 있다. 이는 도 7에 실질적으로 대응하는 도면 12에 도시되어 있으며, 여기서, 가역 절삭판(210b)의 절삭 에지(210B는 홈 베이스로부터 멀어지는 방향을 향한 측면상에 각 다른 가역 절삭판위로 돌출하고, 가역 절삭판(210c)의 절삭 에지(210C)는 베이스를 향한 측면상의 각 다른 가역 절삭판 위로 돌출하여 활성화된다. 도 6a 내지 도 6e에 연계하여 이루어진 설명들은 상이한 언더컷들과 상이한 포스트(16)들상의 가역 절삭판(210)의 분포에 관련하여 적용된다.

특히, 크리스마스 트리형 단면을 가진 원호상 로터 홈을 터빈 로터에 제조하기 위해서, 벨형 카운터싱크(11, 11', 11")가 제공되며, 이는 형성된 홈의 측면을 향해 측방향으로 이송된 이후에, 개략적인 윤곽의 원호상 홈으로 도입된다. 이런 벨형 카운터싱크는 포트형 공구 본체(12)를 가지며, 개별적 포스트(16)를 가진 링형 지지부(14)가 그 베이스(13)로부터 연장한다. 그 내측 및 외측상에서, 상기 포스트는 그 중첩식 배열에 의해 홈의 측면 윤곽을 결정하는 가역 절삭판들을 가진다. 이런 벨형 카운터싱크는 종래의 프로파일링 절삭기들로 기계가공하는데 소요되는 시간에 비해 현저히 감소된 시간내에 원호상 홈들의 기계가공을 달성할 수 있게 한다.

Claims

적어도 부분적으로 원통형인 작업편(1)에 원호상 홈(3)을 기계가공하기 위한 벨형 카운터싱크(11)에 있어서,

회전축에 동축으로 배열된 링형 지지부(14)를 갖는 공구 베이스 본체(12)와, 지지부(14)상에 형성된 판좌(19; plate sheet)와, 가역 절삭판(21, 21', 21")을 수용 및 유지하는 고정 수단(24)을 구비하고,

회전축(9) 둘레에서 공구 베이스 본체(12)가 회전할 때, 상기 가역 절삭판들(21, 21', 21")이 그 활성 절삭에지로, 상기 회전축의 방향으로 하나 이상의 언더컷을 가지는 회전축(9)에 동축인 외주 윤곽을 형성하는 것을 특징으로하는 벨형 카운터싱크.
제 1 항에 있어서, 상기 링형 지지부(14)는 일련의 이격배치된 리세스들(15)을 가지며,

상기 리세스들 사이에 절삭판들(21, 21', 21")을 지지하는 포스트(16)가 형성되는 것을 특징으로 하는 벨형 카운터싱크.
제 1 항에 있어서, 상기 링형 지지부(14)는 리세스들(15)에 의해 분리되는 것을 특징으로하는 벨형 카운터싱크.
제 2 항에 있어서, 상기 포스트(16) 및 리세스(15)는 실질적으로 크기가 대응하는 것을 특징으로하는 벨형 카운터싱크.
제 2 항에 있어서, 상기 판좌(19)는 포스트(16)상에 형성되는 것을 특징으로하는 벨형 카운터싱크.
제 1 항에 있어서, 자유면측으로부터 억세스할 수 있는 고정 수단(24)은 가역 절삭판(21, 21', 21")에 대해 판좌(19)상에 배열되는 것을 특징으로하는 벨형 카운터싱크.
제 1 항에 있어서, 상기 절삭판(21, 21', 21")은 링형 지지부(14)의 외주측 상에만 배치되는 것을 특징으로하는 벨형 카운터싱크.
제 1 항에 있어서, 상기 절삭판(21, 21', 21")은 링형 지지부(14)의 내주측 상에만 배치되는 것을 특징으로하는 벨형 카운터싱크.
제 8 항에 따른 벨형 카운터싱크(11')와 제 7 항에 따른 벨형 카운터 싱크(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양 측면상에 홈 언더컷을 기계가공하기 위한 벨형 카운터싱크 세트.
제 1 항에 있어서, 상기 가역 절삭판(21, 21', 21")의 절삭에지에 의해 형성되는 주변 윤곽이 축방향으로 주름진 링표면인 것을 특징으로하는 벨형 카운터싱크.
제 1 항에 있어서, 상기 절삭판(21, 21', 21")은 순환방향에 대해 각각 경사 연장하는 열내의 그룹으로, 상기 지지면(14)상에 배치되는 것을 특징으로하는 벨형 카운터싱크.
제 11 항에 있어서, 하나의 열내에 배열된 하나의 그룹의 둘 이상의 가역 절삭판들(21, 21', 21")은 서로 다른방향으로 지향된 활성 절삭 에지들인 것을 특징으로 하는 벨형 카운터싱크.
제 11 항에 있어서, 하나의 열내에 배열된 가역 절삭판(21, 21', 21") 그룹에 두 개의 가역 절삭판들(21, 21', 21")이 속하고,

그 절삭 에지들(211A, 213A)은 함께 각도를 형성하며, 상기 각도의 이분선은 실질적으로 반경 방향으로 위치되는 것을 특징으로하는 벨형 카운터싱크.
제 11 항에 있어서, 하나씩 전후로 배열된 몇 개의 열들의 가역 절삭판들(21, 21', 21")이 완전한 절삭 블레이드를 형성하는 것을 특징으로하는 벨형 카운터싱크.
터빈 로터에 로터 홈을 형성하는 등의, 적어도 부분적으로 원통형인 작업편의 외피면에 원호상 언더컷 홈들을 형성하기 위한 방법에 있어서,

실질적으로 그 회전축 방향으로 제 1 벨형 카운터 싱크를 이송하여 언더컷이 형성되어 있지 않은 로터 홈을 형성하는 제 1 가공 단계와,

대응하는 외형을 가지는 제 2 벨형 카운터싱크를 한번 이상의 축방향 도입 운동과, 반경방향 이송 운동에 의해 로터홈의 측면상에 필요한 언더컷들을 형성하는 제 2 가공 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원호상 언더컷 홈 형성 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 홈 측면은 제 2 가공 단계에서 외측이 프로파일형인 벨형 카운터싱크와 내측이 프로파일형인 벨형 카운터싱크로 한번씩 기계 가공되는 것을 특징으로 하는 원호상 언더컷 홈 형성 방법.
제 15항에 있어서, 상기 홈 측면상에서, 상기 벨형 카운터 싱크는 균일한 초과 치수(over-dimension)로 작업되는 것을 특징으로 하는 원호상 언더컷 홈 형성 방법.
제 15 항에 있어서, 홈의 마감 가공을 위하여, 제 3 단계로서 측면 형상에 대응하는 프로파일을 가지는 생크형 절삭기가 상기 홈의 종방향으로 가동되는 것을 특징으로 하는 원호상 언더컷 홈 형성 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 홈의 대향 측면들은 홈을 따른 생크형 절삭기의 전진 이송 동안, 상기 생크형 절삭기로 동시에 기계가공되는 것을 특징으로 하는 원호상 언더컷 홈 형성 방법.
제 16 항에 있어서, 상기 벨형 카운터싱크는 적어도 부분적으로 원통형인 작업편(1)에 원호상 홈(3)을 기계가공하기 위한 벨형 카운터싱크로서,

회전축에 동축으로 배열된 링형 지지부(14)를 갖는 공구 베이스 본체(12)와, 지지부(14)상에 형성된 판좌(19)와, 가역 절삭판(21, 21', 21")을 수용 및 유지하는 고정 수단(24)을 구비하고,

회전축(9) 둘레에서 공구 베이스 본체(12)가 회전할 때, 상기 가역 절삭판들(21, 21', 21")이 그 활성 절삭에지로, 상기 회전축의 방향으로 하나 이상의 언더컷을 가지는 회전축(9)에 동축인 외주 윤곽을 형성하는 카운터 싱크이며,

상기 외측이 프로파일형인 카운터싱크는 상기 절삭판(21, 21', 21")이 링형 지지부(14)의 외주측 상에만 배치되어 있으며,

상기 내측이 프로파일형인 카운터싱크는 상기 절삭판(21, 21', 21")이 링형 지지부(14)의 내주측 상에만 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 원호상 언더컷 홈 형성 방법.