JP6002571B2

JP6002571B2 - 工作機械における切削加工方法

Info

Publication number: JP6002571B2
Application number: JP2012278450A
Authority: JP
Inventors: 土屋　昌史; 昌史土屋
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: JP2014121746A

Description

本発明は、たとえば工作機械においてタービンブレードを加工するための切削加工方法に関するものである。

従来、たとえばタービンブレードを加工するにあたっては、特許文献１に記載されているような方法を採用していた。すなわち、図２で示すように、タービンブレードＷを把持可能なクランプ機構５４を備えたワーク主軸台５１、タービンブレードＷを支持可能な心押し台５２、及び工具Ｔを装着可能な工具主軸台５３を有する工作機械５０を採用していた。そして、タービンブレードＷの長手方向での一端は、ワーク主軸台５１によりＡ軸（水平軸に平行な軸）周りで回転可能に把持する一方、他端は心押し台５２により支持し、工具主軸台５３を所定の軸周りで旋回させる等して、工具ＴによりタービンブレードＷを切削加工していた。

特開平７−３２２４７号公報

しかしながら、上記従来の切削加工方法では、心押し台側の支持剛性がワーク主軸台側の支持剛性よりも低いため、ワーク両端での支持剛性の差に起因して加工中にびびり振動が発生してしまい、加工精度が低下してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、従来よりも加工精度を向上することができる工作機械における切削加工方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ワークを把持するためのクランプ機構を有するとともに主軸を回転させるサーボモータを内蔵した一対のワーク主軸台と、工具を装着可能な工具台と、前記一対のワーク主軸台及び前記工具台の動作を制御する制御装置とを備えた工作機械における切削加工方法であって、前記一対のワーク主軸台に前記ワークの両端を把持させ、前記サーボモータをＯＮとして、前記ワークの回転が前記サーボモータの作動に規制される回転規制状態とする第１工程と、前記一対のワーク主軸台に内蔵された前記サーボモータを同期させて作動させ、回転中の前記ワークに対する前記工具による加工を開始する第２工程と、加工の開始から加工の終了までの所定のタイミングにおいて、前記一対のワーク主軸台における前記サーボモータの作動を停止する第３工程と、前記ワークの両端を両前記ワーク主軸台により把持させた状態のまま一方のワーク主軸台側の前記サーボモータをＯＦＦとすることにより、前記一方のワーク主軸台側を、前記ワークの回転が前記サーボモータの作動に規制されない回転自在状態とし、前記加工の開始から前記所定のタイミングまでの間に発生した加工熱によるひずみにより前記回転自在状態とした側において前記ワークが自動的に回転することによって、前記ひずみを解消する第４工程と、前記一方のワーク主軸台側の前記サーボモータをＯＮとして、前記一方のワーク主軸台側の前記回転自在状態を解除して前記回転規制状態とした後、再度前記サーボモータを同期させて作動させ、回転中の前記ワークに対する前記工具による加工を再開する第５工程とを実行することを特徴とする。

本発明によれば、ワークの両端をどちらもクランプ機構を有したワーク主軸台に把持させて加工するため、ワーク両端の支持剛性を同等とすることができ、加工中にびびり振動が生じにくく、加工精度の向上を期待することができる。
また、加工の開始から加工の終了までの所定のタイミングにおいて、一対のワーク主軸台におけるサーボモータの作動を停止するとともに、ワークの両端を両ワーク主軸台により把持させた状態のまま一方のワーク主軸台側のサーボモータをＯＦＦとすることにより、一方のワーク主軸台側を、ワークの回転がサーボモータの作動に規制されない回転自在状態とする。そして、加工の開始から所定のタイミングまでの間に発生した加工熱によるひずみにより回転自在状態とした側においてワークが自動的に回転することによって、ひずみを解消するようになっている。したがって、加工熱に起因したひずみを加工途中で除去することができ、ワークの加工精度を向上することができる。

タービンブレードを加工するマシニングセンタを示した説明図である。従来の工作機械を示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態となるマシニングセンタ、及びマシニングセンタにおける切削加工方法について、図面にもとづき詳細に説明する。

図１は、工作機械の一実施形態であるタービンブレードＷを加工するマシニングセンタ１０を示した説明図である。
マシニングセンタ１０は、タービンブレードＷを把持可能なクランプ機構４を備えた一対のワーク主軸台１ａ、１ｂ、及び工具Ｔを装着可能な工具主軸台３を有してなり、各ワーク主軸台１ａ、１ｂは、主軸（図示せず）を回転させるためのサーボモータ２を内蔵している。そして、ワーク主軸台１ａは、水平軸に平行なＡ１軸周りで主軸を回転可能とした姿勢で設置されている一方、ワーク主軸台１ｂは、ワーク主軸台１ａとクランプ機構４、４同士が対向し、且つ、Ａ１軸と同軸なＡ２軸周りで主軸を回転可能とした姿勢で設置されている。

なお、ワーク主軸台１ｂは、Ａ１軸及びＡ２軸（図１におけるＸ軸でもある）に平行なＵ軸方向へスライド可能とされている。また、工具主軸台３は、図１における表裏方向（Ｙ軸方向）に平行なＢ軸周りで旋回可能となっている。さらに、工具Ｔは、工具主軸台３内部の主軸（図示せず）に装着されており、サーボモータ（図示せず）によって主軸と共に回転可能となっている。加えて、クランプ機構４は、たとえば複数の爪部材を進退動作させたり、旋回動作させたりすることによって物体を把持するといった従来周知の構造を有している。そして、各ワーク主軸台１ａ、１ｂにおける主軸の回転動作（サーボモータ２のＯＮ／ＯＦＦをも含む）やタービンブレードＷの把持動作、ワーク主軸台１ｂのスライド、工具主軸台３の旋回動作は図示しないＮＣ装置（制御装置）により制御可能となっている。

上記マシニングセンタ１０では、タービンブレードＷの長手方向での一端をワーク主軸台１ａのクランプ機構４に把持させる一方、他端をワーク主軸台１ｂのクランプ機構４に把持させ、両ワーク主軸台１ａ、１ｂのサーボモータ２、２をＯＮとする（第１工程）。すなわち、ワーク主軸台１ａ、１ｂに把持したタービンブレードＷを、自身の回転がサーボモータ２、２の作動に規制される回転規制状態とする。そして、両サーボモータ２を同期させて作動させながら、工具主軸台３をＢ軸周りで旋回させる等して回転するタービンブレードＷに対し荒加工を行う（第２工程）。

次に、荒加工が終了するタイミング（所定のタイミング）において、ワーク主軸台１ａ、１ｂにおける主軸の回転を停止させる（第３工程）とともに、ワーク主軸台１ｂのサーボモータ２をＯＦＦとし、ワーク主軸台１ｂの主軸をサーボモータ２とは独立して回転自在とする。すなわち、タービンブレードＷの他端側を、自身の回転がサーボモータ２の作動に規制されない回転自在状態とする。すると、荒加工によって発生した加工熱によりタービンブレードＷにひずみが生じているものの、当該ひずみが解消されるまでワーク主軸台１ｂの主軸が自動的に回転することになる（第４工程）。そして、このようにしてひずみが解消された後、再びワーク主軸台１ｂのサーボモータ２をＯＮとし（タービンブレードＷの他端側における回転自在状態を解除し、回転規制状態とする）、ワーク主軸台１ａは荒加工が終了した位相から、ワーク主軸台１ｂはひずみ解消後の位相から夫々両ワーク主軸台１ａ、１ｂのサーボモータ２、２を同期させて回転させ、工具Ｔによる加工を再開させてタービンブレードＷに対し仕上げ加工を行う（第５工程）。

以上のようなマシニングセンタ１０によれば、タービンブレードＷの両端をどちらもクランプ機構４によって把持して加工するため、タービンブレードＷ両端を同等の支持剛性をもって加工することができ、加工中にびびり振動が生じにくく、加工精度の向上を期待することができる。
また、荒加工の終了後に、一方のワーク主軸台１ｂのサーボモータ２をＯＦＦとし、タービンブレードＷの一方の端部側を回転自在とし、加工熱によるひずみによってタービンブレードＷの一方の端部側が自動的に回転することによって、当該ひずみを解消させた後に再びワーク主軸台１ｂのサーボモータ２をＯＮとし、仕上げ加工を行う。したがって、荒加工による加工熱に起因したひずみを除去することができ、加工精度の高いタービンブレードＷを製造することができる。

なお、本発明に係る切削加工方法は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、加工熱によるひずみを解消するためのひずみ解消制御等に係る構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、上記実施形態では、荒加工の終了後にサーボモータ２をＯＦＦするといったひずみ解消制御を実行し、仕上げ加工に移るとしているが、荒加工中に複数回サーボモータ２をＯＦＦする等のひずみ解消制御を実行したり、仕上げ加工中にも一度ひずみ解消制御を実行する等してもよく、加工開始から加工終了までの間のどのタイミングで何回ひずみ解消制御を実行するかについては適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、ワークを回転自在状態とするにあたりワーク主軸台１ｂ側のサーボモータ２をＯＦＦするという制御を実行しているが、ワーク主軸台１ａ側のサーボモータ２をＯＦＦすることも当然可能である。

さらに、上記実施形態では、タービンブレードの切削加工について説明しているが、タービンブレード以外の切削加工に適用することも可能である。ただ、タービンブレードは、一般的に薄くてねじれがあることから、熱変位により回転方向のひずみが大きくなるため、上記切削加工は特にタービンブレードの加工に効果的となる。
加えて、上記実施形態では、工作機械の一実施形態であるマシニングセンタについて説明しているが、複合加工機や工具主軸台でなく回転しない工具を取り付ける工具台を備えた旋盤等の他の工作機械であっても何ら問題はない。

１ａ、１ｂ・・ワーク主軸台、２・・サーボモータ（駆動手段）、３・・工具主軸台、４・・クランプ機構、１０・・マシニングセンタ（工作機械）、Ｗ・・タービンブレード（ワーク）。

Claims

ワークを把持するためのクランプ機構を有するとともに主軸を回転させるサーボモータを内蔵した一対のワーク主軸台と、工具を装着可能な工具台と、前記一対のワーク主軸台及び前記工具台の動作を制御する制御装置とを備えた工作機械における切削加工方法であって、
前記一対のワーク主軸台に前記ワークの両端を把持させ、前記サーボモータをＯＮとして、前記ワークの回転が前記サーボモータの作動に規制される回転規制状態とする第１工程と、
前記一対のワーク主軸台に内蔵された前記サーボモータを同期させて作動させ、回転中の前記ワークに対する前記工具による加工を開始する第２工程と、
加工の開始から加工の終了までの所定のタイミングにおいて、前記一対のワーク主軸台における前記サーボモータの作動を停止する第３工程と、
前記ワークの両端を両前記ワーク主軸台により把持させた状態のまま一方のワーク主軸台側の前記サーボモータをＯＦＦとすることにより、前記一方のワーク主軸台側を、前記ワークの回転が前記サーボモータの作動に規制されない回転自在状態とし、前記加工の開始から前記所定のタイミングまでの間に発生した加工熱によるひずみにより前記回転自在状態とした側において前記ワークが自動的に回転することによって、前記ひずみを解消する第４工程と、
前記一方のワーク主軸台側の前記サーボモータをＯＮとして、前記一方のワーク主軸台側の前記回転自在状態を解除して前記回転規制状態とした後、再度前記サーボモータを同期させて作動させ、回転中の前記ワークに対する前記工具による加工を再開する第５工程と
を実行することを特徴とする工作機械における切削加工方法。