JP2009137010A - ディスク用旋盤、ディスクの加工方法、及び、ディスク移送用媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に、且つ、安全に、量産化を促し、特に、無人化を可能にする。
【解決手段】第１主軸台２の他に第２主軸台３が追加される。第２主軸台３を第１主軸台２に対して相対的に主軸台ガイド７で案内して概ね水平方向に移動させる。サーボモータ３４は、第２主軸台３を駆動する。第１主軸台２の第１面盤６にワークＷを固定し、第１刃物台１４の第１刃物１５でワークＷの第１面側を加工し、第１主軸台２に対して相対的に第２主軸台３を移動させ、第１主軸台２からワークＷを第２主軸台３の第２面盤１１に渡して、ワークＷの第１面側と反対の側である第２面側を第２刃物台１７の第２刃物１８で加工する。反対面の加工のためにワークＷを１８０度反転する必要がなく、４トンの重いワークＷの反転作業とその作業に伴う危険性がなく、生産効率が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディスク用旋盤、ディスクの加工方法、及び、ディスク移送用媒体に関し、特に、ガスタービンのロータ本体を効率的に、且つ、安全に旋削作業を行うことができるディスク用旋盤、ディスクの加工方法、及び、ディスク移送用媒体に関する。

電力の需給を拡大するために、発電用タービン、特にガスタービンの需要の拡大化が要請される。ガスタービンのロータは、ロータ本体であるディスクと、そのディスクに根付けされて円周上に取り付けられる羽根・ブレードから構成されている。そのディスクは、大きくて重い（例示：直径２３００ｍｍ、軸方向長さ４００ｍｍであり、質量４トン）。そのディスクは、ブレードが取り付けられる大径部とその大径部の両側の小径部とを備えている。このようなロータは、精密に旋削加工される。両側の小径部の旋削のために、ワークは反転されて加工されていた。大きくて重いワークのそのような反転作業は、重くて大きいワークをクレーンで吊りながら、人手により旋盤に対して反転等の位置間移動を行っていた。このような移動作業は、危険を伴うとともにその危険の回避のために多大な作業工程と作業時間を要している。このような旋削加工は、従来、竪旋盤（立旋盤、又は、縦旋盤であり、主軸の回転軸心線が鉛直方向に向いているレース又はミル）で行われていた。立旋盤を用いる際のワークの反転作業は、特に、危険を伴うとともにその危険の回避のために多大な作業工程と作業時間を要している。更に、立旋盤では切り屑の処理に問題がある。

簡易に反転的旋削が可能であることが、タービンの量産化のために望まれ、１台の旋盤の稼動効率の向上、特に、監視作業をなくして加工工場の無人化が求められる。

本発明の課題は、効率的に、且つ、安全に、量産化を促すために反転作業が簡易であり、特に、無人化が可能であるディスク用旋盤、ディスクの加工方法、及び、ディスク移送用媒体を提供することにある。

その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。

本発明によるディスク用旋盤は、第１主軸台（２）と、第１主軸台（２）に対向する第２主軸台（３）と、第２主軸台（３）を第１主軸台（２）に対して相対的に案内して概ね水平方向に移動させる主軸台ガイド（７）と、主軸台ガイド（７）上で第２主軸台（３）を第１主軸台（２）に対して相対的に駆動するサーボモータ（３４）と、第１主軸台（２）に取り付けられる第１面盤（５）と、第２主軸台（３）に取り付けられる第２面盤（１１）と、第１面盤（５）に取り付けられるワーク（Ｗ）を加工する第１刃物（１５）を着脱自在に取り付ける第１刃物台（１４）と、第２面盤（１１）に取り付けられるワーク（Ｗ）を加工する第２刃物（１８）を着脱自在に取り付ける第２刃物台（１７）と、第１面盤（５）にワーク（Ｗ）を把持する第１チャック（６）と、第２面盤（１１）にワーク（Ｗ）を把持する第２チャック（１２）と、サーボモータ（３４）と第１チャック（６）と第２チャック（１２）との駆動を制御する自動制御装置（４３）とを含む。

ワーク（Ｗ）は、第１主軸台（２）に取り付けられて加工され、加工されたワーク（Ｗ）は第１主軸台（２）に対して相対的に移動する第２主軸台（３）に受け渡されて反対の面が加工される。反対面の加工のためにワーク（Ｗ）を１８０度反転する必要がなく、重いワーク（Ｗ）の反転作業とその作業に伴う危険性がなく、生産効率が向上する。ワーク（Ｗ）が特に３トン以上、又は、４トン以上の質量を持つガスタービン用ロータの一部分である場合に、その生産効率が飛躍的に向上する。

更に、クレーンと、第１面盤（６）と第２面盤（１２）の少なくともいずれかとクレーンとの間に介設されワーク（Ｗ）を移送する移送媒体（４８）とが追加される。移送媒体（４８）は、クレーンで移送され、クレーンと第１面盤（６）又は第２面盤（１２）との間の受け渡しには、人手作業が介入することがある。この人手作業には、ワークの反転は必要ではない。

本発明による旋盤は、互いに相対的に移動する２つの面盤（５，１１）と、面盤（５，１１）との間でワーク（Ｗ）を受け渡しする移送媒体（４８）とを含み、２つの面盤（５，１１）は互いに接近してワーク（Ｗ）を反転させずに受け渡し、移送媒体（４８）は水平方向に向く軸心線のまわりに回転し、面盤（５，１１）のうちの１つはワークの片側面を研削し、面盤（５，１１）のうちの他の１つはワークの他の片側面を研削する。重量物体の受け渡しが移送媒体と面盤の両方で行われるので、その受け渡し作業が安全に実行される。

本発明によるディスクの加工方法は、第１主軸台（２）の第１面盤（６）にワーク（Ｗ）を固定すること、ワーク（Ｗ）を第１刃物台（１４）の第１刃物（１５）でワーク（Ｗ）の第１面（５６）側を加工すること、第１主軸台（２）に対して相対的に第２主軸台（３）を移動させること、第１主軸台（２）からワーク（Ｗ）を第２主軸台（３）の第２面盤（１１）に渡すこと、ワーク（Ｗ）を第２面盤（１１）に固定すること、ワーク（Ｗ）の第１面（５６）側と反対の側である第２面（５８）側を第２刃物台（１７）の第２刃物（１８）で加工することとを含む。反転作業がなく、作業が効率的であり、且つ、安全である。クレーンでワーク（Ｗ）を第１面盤（５）まで移送すること、クレーンでワーク（Ｗ）を第２面盤（１１）から移送することが更に含まれる。

本発明によるディスク移送用媒体は、概ね水平方向に回転軸心線が向く第１主軸台（２）の第１面盤（５）までワークを移送する移送用媒体であり、ワーク（Ｗ）はタービンロータのディスクであり、本体（４９）と、本体（４９）に形成されクレーンに支持される支持部分（５１）と、本体（４９）に設けられディスクをクランプするクランプ（５４）とを含む。このような媒体の使用により、第１主軸台（２）と第２主軸台（３）との間の加工領域に、安全に、且つ、容易に、ワーク（Ｗ）を移送することができる。支持部分（５１）はピンが通される穴（５５）を有し、ピンがクレーンに支持される。ピンの使用により、クレーンに吊られたワーク（Ｗ）の９０度の反転が人手によっても容易である。このような、移送用媒体は、ワーク（Ｗ）を加工する加工機の主軸台（２，３）まで移送される。加工機は、第１主軸台（２）と、第２主軸台（３）を含み、第１主軸台（２）と第２主軸台（３）とは、相対的にガイド（７）により前進後退が可能であり、ワーク（Ｗ）は、第１主軸台（２）と第２主軸台（３）との間で受け渡しされる。

本発明によるディスク用旋盤、ディスクの加工方法、及び、ディスク移送用媒体は、生産効率が向上し、且つ、作業が安全である。補助的に使用する移送媒体をクレーンのような重量体搬送機により移送して水平（横）型旋盤と移送媒体との間でワーク、特に、両面加工されるワークの受け渡しが容易、且つ、安全であり、結果的に生産効率が向上する効果がある。このような効果は、３トン以上のタービンロータの両面加工に特に認められる。

図に一致対応して、本発明によるディスク用旋盤の実施の形態は、ベッド上に主軸台が設けられている。そのベッド１の上に、図１に示されるように、主軸台が配置される。その主軸台は、第１主軸台２と第２主軸台３とを備えている。図２に示されるように、第１主軸台２の主軸ヘッド（図に現れず）の第１出力軸４に第１面盤５が同軸上に取り付けられている。第１面盤５は、４つ爪から形成される第１チャック６を備えている。

第１主軸台２は、ベッド１上に移動自在に設けられ第１主軸台２に対して配置されている。図３に示されるように、ベッド１の上面に主軸台ガイド７が固定されている。第２主軸台３は、その下方部分８が主軸台ガイド７に嵌まりこみそれに案内されて、Ｘ軸方向に移動可能である。図２と図４に示されるように、第１主軸台２の主軸ヘッド（図に現れず）の第２出力軸９に第２面盤１１が同軸上に取り付けられている。Ｘ軸方向は、第２面盤１１の回転軸心線に一致している。第２主軸台３の第２面盤１１は、４つ爪から形成される第２チャック１２を備えている。

主軸台ガイド７の側方に第１Ｙ軸方向刃物台ガイド１３が、図４に示されるように、ベッド１の上に固定されて設けられている。第１刃物台１４は、第１Ｙ軸方向刃物台ガイド１３に嵌まり込んで案内されてＹ軸方向に往復運動することができる。Ｙ軸は、水平方向に向きＸ軸に直交し、ＸＹ平面は水平面を形成している。第１刃物台１４には、工具交換自在に第１刃物１５が第１面盤５に向かうように取り付けられている。

主軸台ガイド７の側方に第２Ｙ軸方向刃物台ガイド１６が、図４に示されるように、ベッド１の上に固定されて設けられている。第２刃物台１７は、第２Ｙ軸方向刃物台ガイド１６に嵌まり込んで案内されてＹ軸方向に往復運動することができる。第２刃物台１７には、工具交換自在に第２刃物１８が第２面盤１１に向かうように取り付けられている。

図２と図４に示されるように、第１Ｙ軸方向刃物台用サーボモータ１９が第１刃物台１４に取り付けられている。第１刃物台１４は、第１Ｙ軸方向刃物台用サーボモータ１９により駆動されるボールねじ軸（図示されず）によりＮＣ駆動される。第２Ｙ軸方向刃物台用サーボモータ２１が第２刃物台１７に取り付けられている。第２刃物台１７は、第２Ｙ軸方向刃物台用サーボモータ２１により駆動されるボールねじ軸（図示されず）によりＮＣ駆動される。

主軸台ガイド７の側方に第１心押し台２２が、ベッド１の上に固定されて設けられている。第１心押し台２２は、第１押し台本体２３と第１心押し部分２４とを備えている。第１押し台本体２３は、その中に油圧動装置２５を有し、油圧動装置２５は油圧ユニット２６から供給される圧油の給排によりＹ軸方向に駆動される。第１心押し部分２４は、第１心押し棒２７を備えている。第１心押し棒２７は、油圧動装置２５の中に配置されている油圧回路（図示されず）により、Ｘ軸方向に駆動される。

主軸台ガイド７の側方に第２心押し台２８が、ベッド１の上に固定されて設けられている。第２心押し台２８は、第１押し台本体２９と第２心押し部分３１とを備えている。第１押し台本体２９は、その中に油圧動装置３２を有し、油圧動装置３２は既述の油圧ユニット２６から供給される圧油の給排によりＹ軸方向に駆動される。第２心押し部分３１は、第２心押し棒３３を備えている。第２心押し棒３３は、油圧動装置３２の中に配置されている油圧回路（図示されず）により、Ｘ軸方向に駆動される。

第２主軸台駆動用サーボモータ３４が、第２主軸台３の後面側に取り付けられている。図２と図３に示されるように、主軸台ガイド７と下方部分８との間に第２主軸台駆動用ボールねじ軸３５がＸ軸方向に向いて配置されている。第２主軸台３の下方部分は、第２主軸台駆動用ボールねじ軸３５にボールを介して螺合してＸ軸方向に往復運動する。第１主軸台２も、第２主軸台３と同様に第２主軸台駆動用ボールねじ軸３５により往復運動するように構成され得る。

第１刃物台１４は、図４に示されるように、ベッド１の上に、第１Ｘ軸方向移動台３６を介して設けられている。第１Ｘ軸方向移動台３６は、第１Ｘ軸方向刃物台ガイド３７に案内されてＸ軸方向に往復駆動される。第１Ｘ軸方向移動台３６と第１Ｘ軸方向刃物台ガイド３７との間には、ボールねじ軸（図示されず）が介設されている。そのボールねじ軸は、第１Ｘ軸方向刃物台用サーボモータ３８により回転駆動される。

第２刃物台１７は、図４に示されるように、ベッド１の上に、第２Ｘ軸方向移動台３９を介して設けられている。第２Ｘ軸方向移動台３９は、第２Ｘ軸方向刃物台ガイド４１に案内されてＸ軸方向に往復駆動される。第２Ｘ軸方向移動台３９と第２Ｘ軸方向刃物台ガイド４１との間には、ボールねじ軸（図示されず）が介設されている。そのボールねじ軸は、第２Ｘ軸方向刃物台用サーボモータ４２により回転駆動される。

更に、自動制御装置４３、工具自動交換装置、切り粉排出装置、冷却装置等が設けられる。自動制御装置４３は、第１面盤５の回転・停止・回転速度、第２面盤１１の回転・停止・回転速度、第２主軸台駆動用サーボモータ３４の回転速度・正負の回転総数、第１Ｙ軸方向刃物台用サーボモータ１９の正負の回転総数、第２Ｙ軸方向刃物台用サーボモータ２１の正負の回転総数、第１心押し部分２４の前進後退位置、第２心押し棒３３の前進後退位置、第１Ｘ軸方向刃物台用サーボモータ３８の回転・停止・回転速度、第２Ｘ軸方向刃物台ガイド４１の回転・停止・回転速度、第１チャック６の開閉、第２チャック１２の開閉をそれぞれに制御する。

図５は、荒削り後のワークＷを示している。ワークＷは、円板状の中心部分４４と両側の小径部４５，４６とから形成されている。両小径部４５，４６には、軸方向に中心穴４７が開けられている。ワークＷの質量は、既述の通り、標準品平均として約４トンである。図６は、ワークＷの移動用のために開発された本発明によるディスク移送用媒体であるワーク搬送媒体４８を示している。ワーク搬送媒体４８は、ベース４９と、クレーンに吊り下げられる両側の吊下部５１と、両側の吊下部５１の間に配置される底板５２と、底板５２に貼合されている敷き板５３と、４つの油圧駆動クランプ５４とから形成されている。

敷き板５３は、ワークを保護する。両側の吊下部５１には、ピン（図示されず）が通される穴５５が開けられている。ワークＷは、水平状態の敷き板５３の中心領域に載置され、４隅に配置されている４つの油圧駆動クランプ５４により手動的に油圧クランプされる。両側の中心穴５１に通されるピンがクレーン（図示されず）により吊り下げられる。ワークは、ピンの軸心線のまわりに人手により容易に９０度回転され得て、ワークＷは容易に鉛直方向に向くことができる。

図１に示されるように、第１刃物台１４、第１押し台本体２３等はカバー５５により覆われる。カバー５５の上に一人の作業員が乗り全作業を監視し、ワーク搬送媒体４８を用いた反転作業と面盤に対する取り付け作業を自ら行う。下記ステップにより一人の作業員の監視下で、自動制御装置４３が持つプログラムにより概ね自動加工が実行される。

ステップ１（手動）：荒削りされた、又は、鋳造されたワークＷが、クレーンで搬送されて来て図６に示される水平状態のワーク搬送媒体４８（反転機ともいわれる）に載置される。ビルトインタイプの油圧回路で動作する油圧駆動クランプ５４により、ワークＷが手動により４箇所でクランプされる。クレーンでワーク搬送媒体４８を吊り下げ、人手によりワーク搬送媒体４８を９０度回転して鉛直方向に向け、ワークＷをワーク搬送媒体４８と同体に第１面盤５の方に移送し開いた第１チャック６の間に位置させ、第１面盤５の取付面に軽く接触させる。この手動操作は、自動化され得る。

ステップ２（自動）：自動制御装置４３は、第１心押し台２２の油圧動装置２５を定位置間でＹ軸方向に前進させ、次いで、第１心押し部分２４と同体に第１心押し棒２７をＸ軸方向に前進させ、第１心押し棒２７でワークＷをに第１面盤５の取付面に接触させる。次ぎに、第１心押し棒２７は後退する。

ステップ３（自動）：自動制御装置４３は、第１チャック６を内側方向・半径方向に駆動して、ワークＷをに第１面盤５に固定する。

ステップ４（手動）：作業員は、クレーンでワーク搬送媒体４８を退去させる。この退去は、自動化され得る。
ステップ５（自動）：自動制御装置４３は、第１心押し台２２を動作させ第１心押し棒２７をワークＷに押し付ける。第１主軸台２を始動して、ワークＷの振れを調整する。

ステップ６（自動）：自動制御装置４３は、第１Ｙ軸方向刃物台用サーボモータ１９と第１Ｘ軸方向刃物台用サーボモータ３８を駆動して第１刃物台１４のＸ軸方向の前進後退とＹ軸方向の前進後退を制御することにより、第１刃物１５のＸ軸方向の前進後退とＹ軸方向の前進後退を制御して、図７に示される加工面５６を旋削加工する。このような旋削加工は、複数の加工の工程含み、仕上げ加工を含む。この旋削加工は、中心面５７の片側の加工面について実行される。

ステップ７（自動）：自動制御装置４３は、第２主軸台駆動用サーボモータ３４を駆動して第２主軸台３を第１主軸台２に向かわせて前進させ、第２面盤１１の第２チャック１２を動作させてワークＷを第２チャック１２に把持させる。自動制御装置４３は、第１面盤５の第１チャック６を動作させその把持を解消し、次ぎに、第２主軸台３を元の加工位置に復帰させる。

ステップ８（自動）：自動制御装置４３は、第２面盤１１の第２チャック１２を内側方向・半径方向に駆動して、ワークＷを第２面盤１１に固定する。
ステップ９（自動）： 自動制御装置４３は、第２心押し台２８を動作させ第２心押し棒３３をワークＷに押し付ける。第２主軸台３を始動してワークＷの振れを調整する。

ステップ１０（自動）：
自動制御装置４３は、第２Ｙ軸方向刃物台用サーボモータ２１と第１Ｘ軸方向刃物台用サーボモータ３８を駆動して第２刃物台１７のＸ軸方向の前進後退とＹ軸方向の前進後退を制御することにより、第２刃物１８のＸ軸方向の前進後退とＹ軸方向の前進後退を制御して、図７に示される加工面５８を旋削加工する。このような旋削加工は、複数の加工の工程を含み、仕上げ加工を含む。この旋削加工は、中心面５７の他の片側の加工面５８について実行される。

ステップ１１（自動）：自動制御装置４３は、第２心押し棒３３と第２刃物１８を退去させる。
ステップ１２（手動＋自動）：仕上げ加工されたワークＷに対して既述のクレーンによりワーク搬送媒体４８を移送する。油圧駆動クランプ５４により、ワークＷが手動により４箇所でアンチクランプされる。ワーク搬送媒体４８は第２チャック１２の把持を解消する。ワーク搬送媒体４８がクレーンで吊り下げられ、ワークは仕上げ品置き場に搬送される。この搬送は、完全に自動化され得る。

このようなステップ１〜ステップ１１が、繰り返される。第２刃物台１７で第１ワークの加工が実行されている間に、又は、第２刃物台１７で第１ワークの加工が開始される前に、第２ワークが第１面盤５に把持され、第１ワークが第２刃物台１７により加工されている間に、第２ワークが第１刃物台１４により加工されることが可能である。

立型旋盤では、クレーンの把持部分と面盤との間の受け渡しの間のワークを重力に抗して支持することが極めて困難であるが、本発明による横型旋盤ではそのような受け渡しの際の困難がなく安全に作業が遂行され、両側の加工機の間での受け渡しで重力に抗する作業がなくて安全であり、加工機とクレーンの把持部特に専用の移送媒体との間に受け渡しが容易である。２つの水平型旋盤の使用により、加工能率が格段に上昇する。

図１は、本発明によるディスク用旋盤の実施の形態を示す射軸投影図である。 図２は、本発明によるディスク用旋盤の実施の既述の形態を示す平面図である。 図３は、図１のあり位置の側面断面図である。 図４は、図１の正面図である。 図５は、ワークの射軸投影図である。 図６は、移送媒体の射軸投影図である。 図７は、ワークを示す正面図である。

符号の説明

２…第１主軸台
３…第２主軸台
５…第１面盤
６…第１チャック
７…主軸台ガイド
１１…第２面盤
１２…第２チャック
１４…第１刃物台
１５…第１刃物
１７…第２刃物台
１８…第２刃物
３４…サーボモータ
４３…自動制御装置
４８…移送媒体
５１…支持部分
５４…クランプ
５５…穴
５６…第１面
５８…第２面
Ｗ…ワーク

Claims (5)

1. 概ね水平方向に回転軸心線が向く加工機の主軸台の面盤までワークを移送する移送用媒体であり、
   前記ワークはタービンロータのディスクであり、
   本体と、
   前記本体に形成されクレーンに支持される支持部分と、
   前記本体に設けられ前記ディスクをクランプするクランプ
   とを含むディスク移送用媒体。
2. 請求項１において、
   前記支持部分はピンが通される穴を有し、
   前記ピンが前記クレーンに支持される
   ディスク移送用媒体。
3. 請求項２において、
   前記穴は概ね水平方向に延びている
   ディスク移送用媒体。
4. 請求項１において、
   前記加工機は、
   他の主軸台を更に含み、
   前記主軸台と前記他の主軸台とは、相対的にガイドにより前進後退が可能であり、
   前記ワークは、前記主軸台と前記他の主軸台との間で受け渡しされる
   ディスク移送用媒体。
5. 請求項２又は３において、
   前記ワークは前記ピンの軸心線まわりに回転する
   ディスク移送用媒体。

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