JP2003165012A - 薄肉部材の切削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚さが非常に薄い薄肉部材を、粗加工から仕
上加工まで加工を繰り返すことなく、かつ特別な治具を
使用することなく、切削加工することができる薄肉部材
の切削方法を提供する。 【解決手段】 所望の薄肉部材１に対して十分な取り代
がある素材４を準備し、この素材の凹みの曲率に干渉し
ないカッター６、７を準備し、このカッターにより素材
を切削する。カッター６は略平らな底面のエンドミルで
あって、このエンドミルを加工面に対して傾けて素材を
切削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンやコンプ
レッサの翼のように厚さが非常に薄い薄肉部材の切削方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】タービンやコンプレッサの翼のように厚
さが非常に薄い部材（以下、薄肉部材と呼ぶ）を機械加
工により削り出す場合、切削代が大きく切削抵抗が大き
いと、切削抵抗により薄肉部材自体が変形して逃げ、い
わゆるビビリ振動を起こして加工できなくなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そのため、このような
薄肉部材の切削は、従来不可能と考えられ、切削代を小
さくして粗加工から仕上加工まで、加工を繰り返して製
作する必要があった。また、この場合、タービンやコン
プレッサの薄翼のように形状が複雑な薄肉部材の場合に
は、図５に例示するように、加工中の薄肉部材１を支持
する取付け治具２を複数準備し、ボールエンドミル３等
を用いて薄肉部材（例えば薄翼）の表裏を交互に繰り返
し少しづつ削らなければならなかった。そのため、この
ような薄肉部材の機械加工は、多数の治具を必要とし、
加工時間が長く、その結果、加工コストがかかる問題点
があった。

【０００４】本発明は、かかる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、厚
さが非常に薄い薄肉部材を、粗加工から仕上加工まで加
工を繰り返すことなく、かつ特別な治具を使用すること
なく、切削加工することができる薄肉部材の切削方法を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、所望の
薄肉部材に対して十分な取り代がある素材を準備し、該
素材の凹みの曲率に干渉しないカッターを準備し、該カ
ッターにより前記素材を切削する、ことを特徴とする薄
肉部材の切削方法が提供される。上記本発明の方法によ
れば、素材の凹みの曲率にカッターが干渉することな
く、素材を切削する、切り込みを大きくして切削加工が
できる。

【０００６】本発明の好ましい第１実施形態によれば、
前記カッターは略平らな底面のエンドミルであって、該
エンドミルを加工面に対して傾けて前記素材を切削す
る。この方法により、エンドミルを、例えば翼面に直角
から少し傾けて加工することにより、大きな送りピッチ
で加工しても仕上げ粗さのよい翼面に完成できる。

【０００７】また、本発明の好ましい第２実施形態によ
れば、前記カッターは、前記素材の長手方向に対して平
行な軸を中心に回転するサイドカッターであって、該サ
イドカッターの半径を前記薄肉部材の最小半径より小さ
く設定して前記素材を切削する。この方法により、工具
の回転軸を制御することなく、切り込みを大きくして切
削加工ができる。従って、数値制御軸の少ないＮＣ加工
装置を適用することができる。

【０００８】また前記素材の少なくとも一端を支持し、
その他端側から前記素材の周囲を回りながら該素材を切
削して薄肉部材を製作するのがよい。この方法によれ
ば、余肉（取り代）が大きく残っている未加工の剛性の
高い素材を、長手方向の少なくとも一端で支持し、他端
側から剛性のある支持側の方向に切削力を向かわせるた
め、切り込みを大きくして切削加工ができる。また、完
成形状まで１回で加工でき、かつ薄肉部材の厚さ方向に
（翼面に直角な方向）に切削力が向かないので、素材の
変形が少なく、ビビリ振動が生じないので、良好な加工
面粗さが得られ、例えば翼面の前縁や後縁の寸法精度を
確保でき、かつ丸めの手仕上げが不要になる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。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。

【００１０】図１は本発明の薄肉部材の切削方法の第１
実施形態を示す図であり、図２は図１のＡ−Ａ線におけ
る断面図である。図１に示すように、本発明の方法で
は、まず、所望の薄肉部材１（例えば薄翼）に対して十
分な取り代がありかつ剛性が高い形状の素材４を準備す
る。この素材の剛性は、少なくとも素材の段階では、所
望の薄肉部材１を１回の切削で削り出してもその切削抵
抗による変形が十分小さいように設定する。

【００１１】第１実施形態において、加工装置には、５
軸のＮＣ制御装置を用いる。すなわち、工具として平ら
な底面のエンドミル６を用い、これをｘ，ｙ，ｚの３軸
制御し、かつその回転軸の傾きθを数値制御する。ま
た、素材４の長手方向の少なくとも一端（この例では両
端）を取付具１１（とセンター支持具１２）で支持し、
かつ回転テーブル１３により素材４の長手方向軸ｙを中
心に回転角度αを数値制御する。

【００１２】平らな底面のエンドミル６は、その底面が
所望の薄肉部材１の加工面に１点で接触するようにその
底面を加工面に対してθ（３〜５°）の角度で傾斜させ
る。すなわち、エンドミル６の半径は、所望の薄肉部材
１の最小半径より小さく設定すると共に、その底面が加
工面に加工点以外で干渉しないように傾斜角度θを数値
制御し、底面が薄肉部材１の加工面に対して常に３〜５
°の角度となるように制御する。

【００１３】上述した構成で、本発明の方法では、回転
角度α、傾斜角度θ及び工具の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を数
値制御して、素材４の長手方向の他端側から所望の薄肉
部材１を素材の周囲を回りながら、素材を切削して薄肉
部材を製作する。この１回の切削により所望の薄肉部材
を完成形状まで１回で加工するのが好ましい。

【００１４】図３は、図１における工具と加工面との関
係図であり、（Ａ）はエンドミル６と薄肉部材１の加工
面との関係を示す図、（Ｂ）はそのＢ部拡大図である。
上述したように、エンドミル６の底面が薄肉部材１の加
工面に対して常に３〜５°の角度となるように傾斜角度
θを数値制御することにより、加工ピッチＰを比較的大
きく（例えば１〜２ｍｍ）した場合でも、工具の削り残
しであるカプスを図のように小さくできる。この結果、
比較的大きな送りピッチで加工しても仕上げ粗さのよい
加工面が得られる。例えば、エンドミル６の底面肩の工
具ｒを約０．５〜１．０ｍｍとし、加工ピッチＰを１ｍ
ｍとした場合、加工面の平均粗さＲａは約０．８μｍ以
下となり、ほとんど手仕上げを必要としない円滑な面が
得られた。

【００１５】図４は、本発明の薄肉部材の切削方法の第
２実施形態を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は
Ｂ−Ｂ線における断面図である。この例では、加工装置
に４軸のＮＣ制御装置を用いる。すなわち、工具として
素材の長手方向に対して平行な軸を中心に回転するサイ
ドカッター７を用い、これをｘ，ｙ，ｚの３軸制御する
（回転軸の傾きは制御しない）。また、素材４の長手方
向の少なくとも一端で支持し、かつ素材４の長手方向軸
ｙを中心に回転角度αを数値制御する。また、サイドカ
ッター７は、所望の薄肉部材１との干渉を避けるため
に、サイドカッターの半径を所望の薄肉部材１の最小半
径より小さく設定する。その他の方法は、図１の第１実
施形態と同様である。

【００１６】上述した本発明の薄肉部材の切削方法によ
れば、余肉（取り代）が大きく残っている未加工の剛性
の高い素材４を、長手方向の少なくとも一端で支持し、
他端側から剛性のある支持側の方向に切削力を向かわせ
るため、切り込みを大きくして切削加工ができる。ま
た、完成形状まで１回で加工でき、かつ薄肉部材１の厚
さ方向に（翼面に直角な方向）に切削力が向かないの
で、素材の変形が少なく、ビビリ振動が生じないので、
良好な加工面粗さが得られ、例えば翼面の前縁や後縁の
寸法精度を確保でき、かつ丸めの手仕上げが不要にな
る。

【００１７】また、エンドミル６を使用し、例えば翼面
に直角から少し傾けて加工することにより、大きな送り
ピッチで加工しても仕上げ粗さのよい翼面に完成でき
る。

【００１８】更に、サイドカッター７を使用する方法に
より、工具の回転軸を制御することなく、切り込みを大
きくして切削加工ができる。従って、数値制御軸の少な
いＮＣ加工装置を適用することができる。

【００１９】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない限りで種々に変更でき
ることは勿論である。

【００２０】

【発明の効果】上述したように、本発明は、以下の特徴
を有する。 １．薄肉部材（例えば薄い翼）を一回削りで、中仕上げ
加工をせずに加工することにより、ビリの発生をなくせ
る。このとき、翼を回りながら、先端から根元に加工す
る。 ２．ビリを発生させないように、翼面に少し傾けて、腹
側の凹みの曲率に干渉することなく、かつ、素材の根元
の方向に切削の抵抗を受けさせている。 ３．ピッチを大きくしても、カッターの削り残しのカス
プをなくし、手仕上げを削減している。 ４．カッターの片アールを小さくし、薄肉部材の加工面
（例えば翼面）に直角なビリを発生させる切削抵抗を小
さくし、かつ、カスプを小さくして、仕上げ程度を向上
できる。

【００２１】従って、本発明の薄肉部材の切削方法は、
厚さが非常に薄い薄肉部材を、粗加工から仕上加工まで
加工を繰り返すことなく、かつ特別な治具を使用するこ
となく、切削加工することができる、等の優れた効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄肉部材の切削方法の第１実施形態を
示す図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。

【図３】図１における工具と加工面との関係図である。

【図４】本発明の薄肉部材の切削方法の第２実施形態を
示す図である。

【図５】従来の薄肉部材の切削方法を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１ 薄肉部材、２ 取付け治具、３ ボールエンドミ
ル、４ 素材、６ エンドミル、７ サイドカッター、
８ カスプ、１１ 取付具、１２ センター支持具、１
３ 回転テーブル

フロントページの続き (72)発明者 藤懸 清 東京都西東京市向台町３丁目５番１号 石 川島播磨重工業株式会社田無工場内 (72)発明者 中野 正三 長野県上伊那郡辰野町伊那富3934 石川島 汎用機械株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所望の薄肉部材に対して十分な取り代が
   ある素材を準備し、該素材の凹みの曲率に干渉しないカ
   ッターを準備し、該カッターにより前記素材を切削す
   る、ことを特徴とする薄肉部材の切削方法。
2. 【請求項２】 前記カッターは略平らな底面のエンドミ
   ルであって、該エンドミルを加工面に対して傾けて前記
   素材を切削する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄
   肉部材の切削方法。
3. 【請求項３】 前記カッターは、前記素材の長手方向に
   対して平行な軸を中心に回転するサイドカッターであっ
   て、該サイドカッターの半径を前記薄肉部材の最小半径
   より小さく設定して前記素材を切削する、ことを特徴と
   する請求項１に記載の薄肉部材の切削方法。
4. 【請求項４】 前記素材の少なくとも一端を支持し、そ
   の他端側から前記素材の周囲を回りながら該素材を切削
   して薄肉部材を製作する、ことを特徴とする請求項１な
   いし３のいずれかに記載の薄肉部材の切削方法。