槽切削加工方法及槽切削加工装置

摘要

一种切削加工方法及切削加工装置，在通过切削加工来形成用于将涡轮叶片的翼根嵌入到涡轮轴的外周的、截面为圣诞树状的槽时，通过使切削刀一边围绕与母型槽中心线(S)平行的轴心(47)旋转一边向与轴心(47)垂直的方向逐渐移动，由此进行切削。逐一切削3个大宽度部(4、5、6)。具有利用第一切削工具(40)对斜面部、外周部以及底切部进行切削的第一切削步骤、和利用第二切削工具对缩颈部进行切削的第二切削步骤。

说明书

技术领域

本发明涉及一种切削加工方法及切削加工装置，用于形成用于将涡轮叶片的翼根嵌入涡轮轴的外周的、截面为圣诞树状的槽。

背景技术

在高效的企业用联合循环发电站等中使用大型且高输出的涡轮，而作为用于将这种涡轮的叶轮安装于涡轮轴的构造，存在如下构造：如图12所示，将涡轮叶轮的叶片3一片一片地嵌合到在涡轮轴1的外周部上形成的截面为圣诞树状的多个树形槽2中(参照专利文献1)。

图13是放大表示母型树形槽的截面图，其中具备槽宽度较大的3个大宽度部4、5、6，该3个大宽度部4、5、6为，相对于槽中心线S左右对称，且如倒圣诞树那样在槽深度方向(图中的向下方向)上槽宽度一边增减一边逐渐变窄，并在槽深度方向上分离。大宽度部4、5、6的宽度尺寸为，越靠近开口部30的位置(浅的位置)越大，越靠近底部31的位置(深的位置)越小。以下，将图13所示的缩颈了的部分作为缩颈部7、与开口部30相反侧的斜面(与开口部30相对的斜面)的部分作为斜面部8、外周部分作为外周部9、开口部30侧的斜面作为底切部10。另外，在品质上，大宽度部4、5之间以及大宽度部5、6之间的底切部10的槽深度方向的距离的精度非常严格。

在以往的树形槽精加工所使用的典型的旋转切削工具中，例如一体地具备柄部以及刀部。并且，刀部为交替连接圆锥部和缩颈部的形状，在该刀部的长度区域中附加有切削刀。在该切削刀上，有直刀、切削性能优良的右螺旋齿、左螺旋齿，该切削刀通常设置有2至4片左右。

专利文献1：日本特表2004-507369号公报

在上述以往的旋转切削工具中，缩颈部与圆锥部的最外部的直径之差较大，因此切削速度之差变大。切削速度根据工具材料种类和工件材料种类而决定最佳的条件范围，当比该条件快时，产生工具磨损的增大等。例如，当使最佳的切削速度与缩颈部的外径配合而进行加工时，圆锥部的切削刀的切削速度变快，结果工具磨损量增大。

并且，在以往的旋转切削工具中，在加工时工件与切削刀的接触长度变长，所以切削阻力增大，容易发生振动。由此，在主轴动力和刚性较低的小型的铣床中，存在加工变得困难的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于，在通过切削加工形成用于将涡轮叶片的翼根嵌入到涡轮轴的外周的截面为圣诞树状的槽时，能够使各部分的切削速度大致相同。

为了达成上述目的，本发明的槽切削加工方法为，形成用于通过母槽与公槽的组合来将涡轮叶片的翼根嵌入到涡轮轴的外周的、截面为圣诞树状的槽，其特征在于，上述母槽的截面形状为，相对于从槽开口部朝向槽底部的中心线为对称形状，并具有向槽宽度方向两侧扩展的至少2个大宽度部、和在相互邻接的上述大宽度部之间各配置1个的至少1个缩颈部；上述大宽度部以及缩颈部分别形成为，越靠近槽开口部、槽宽度方向的宽度越大；该槽切削加工方法为，通过使切削刀一边围绕与上述中心线平行的轴心旋转一边向与该轴心垂直的方向逐渐移动，由此进行切削，并至少包括利用第一切削工具进行切削的第一切削步骤、和利用与上述第一切削工具不同的第二切削工具进行切削的第二切削步骤；通过第一切削工具逐一地分别连续切削上述至少2个大宽度部。

并且，本发明的槽切削加工装置为，形成用于通过母槽与公槽的组合来将涡轮叶片的翼根嵌入到涡轮轴的外周的、截面为圣诞树状的槽，其特征在于，上述母槽的截面形状为，相对于从槽开口部朝向槽底部的中心线为对称形状，并具有向槽宽度方向两侧扩展的至少2个大宽度部、和在相互邻接的上述大宽度部之间各配置1个的至少1个缩颈部；上述大宽度部以及缩颈部分别形成为，越靠近槽开口部、槽宽度方向的宽度越大；该槽切削加工装置构成为，具有使切削刀一边围绕与上述中心线平行的轴心旋转一边向与该轴心垂直的方向逐渐移动的构件，并至少能够选择性地拆装第一以及第二切削工具，通过第一切削工具逐一地连续切削上述至少2个大宽度部。

根据本发明的加工方法，在通过切削加工来形成圣诞树状的槽时，能够使各部分的切削速度大致相同地进行切削，所以能够以适当的切削条件进行加工。并且，由于切削加工时的切削刀与工件的接触长度变短，所以切削阻力变小，且难以发生振动。

并且，通过第一切削工具逐一地分别连续切削至少2个大宽度部，所以能够消除同一工具种类之间的形状误差或工具替换时的安装误差，能够进行高精度的形状形成。

附图说明

图1A是表示通过本发明的槽切削加工方法的第一实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第一切削工具的工序的正视图。

图1B是表示通过本发明的槽切削加工方法的第一实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第一切削工具的工序的正视图，是表示接着图1A的工序的图。

图1C是表示通过本发明的槽切削加工方法的第一实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第一切削工具的工序的正视图，是表示接着图1B的工序的图。

图2D是表示通过本发明的槽切削加工方法的第一实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第二切削工具的工序的正视图，是表示接着图1C的工序的图。

图2E是表示通过本发明的槽切削加工方法的第一实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第二切削工具的工序的正视图，是表示接着图2D的工序的图。

图3是表示本发明的槽切削加工方法所使用的第一切削工具的一个实施方式的主视图。

图4是图3的IV向视方向仰视图。

图5是表示本发明的槽切削加工方法所使用的第二切削工具的一个实施方式的主视图。

图6是图5的VI向视方向仰视图。

图7A是说明本发明的槽切割加工方法的第一实施方式中的基于第一切削工具的被切削部与基于第二切削工具的被切削部的连接部的形状的图，是图7C的C部分放大截面图，是表示第一切削工具的曲率半径比第二切削工具的曲率半径小的情况的图。

图7B是说明本发明的槽切割加工方法的第一实施方式中的基于第一切削工具的被切削部与基于第二切削工具的被切削部的连接部的形状的图，是图7C的C部分放大截面图，是表示第一切削工具的曲率半径比第二切削工具的曲率半径大的情况的图。

图7C是说明本发明的槽切割加工方法的第一实施方式中的基于第一切削工具的被切削部与基于第二切削工具的被切削部的连接部的形状的图，是母型树形槽的整体截面图。

图8A是表示通过本发明的槽切削加工方法的第二实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第一切削工具的工序的正视图。

图8B是表示通过本发明的槽切削加工方法的第二实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第一切削工具的工序的正视图，是表示接着图8A的工序的图。

图8C是表示通过本发明的槽切削加工方法的第二实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第一切削工具的工序的正视图，是表示接着图8B的工序的图。

图8D是表示通过本发明的槽切削加工方法的第二实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第一切削工具的工序的正视图，是表示接着图8C的工序的图。

图8E是表示通过本发明的槽切削加工方法的第二实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第一切削工具的工序的正视图，是表示接着图8D的工序的图。

图8F是表示通过本发明的槽切削加工方法的第二实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第一切削工具的工序的正视图，是表示接着图8E的工序的图。

图9G是表示通过本发明的槽切削加工方法的第二实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第二切削工具的工序的正视图，是表示接着图8F的工序的图。

图9H是表示通过本发明的槽切削加工方法的第二实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第二切削工具的工序的正视图，是表示接着图9G的工序的图。

图10A是表示通过本发明的槽切削加工方法的第三实施方式来形成公型树形槽的情况的要部截面图，是表示利用第一切削工具来进行切削的情况的图。

图10B是表示通过本发明的槽切削加工方法的第三实施方式来形成公型树形槽的情况的要部截面图，是表示利用第二切削工具来进行切削的情况的图。

图11A是说明本发明的槽切割加工方法的第三实施方式中的基于第一切削工具的被切削部与基于第二切削工具的被切削部的连接部的形状的说明图，是图11C的C部分放大截面图，是表示第一切削工具的曲率半径比第二切削工具的曲率半径小的情况的图。

图11B是说明本发明的槽切割加工方法的第三实施方式中的基于第一切削工具的被切削部与基于第二切削工具的被切削部的连接部的形状的说明图，是图11C的C部分放大截面图，是表示第一切削工具的曲率半径比第二切削工具的曲率半径大的情况的图。

图11C是说明本发明的槽切割加工方法的第三实施方式中的基于第一切削工具的被切削部与基于第二切削工具的被切削部的连接部的形状的说明图，是公型树形槽的整体截面图。

图12是从轴向观察以往的涡轮的局部图。

图13是表示图12的涡轮轴的一个圣诞树状槽的局部放大图。

符号的说明：

1涡轮轴

2树形槽(母型树形槽)

3叶片

4、5、6大宽度部

7缩颈部

8斜面部

9外周部

10底切部

40第一切削工具

41切屑排出槽

42第一切削刀

43锥形部

44主轴

45臂交换器嵌入部

47轴心

50第二切削工具

52第二切削刀

102公型树形槽

107缩颈部

108斜面部

109外周部

110底切部

140第一切削工具

142第一切削刀

150第二切削工具

152第二切削刀

S槽中心线

具体实施方式

[第一实施方式]

以下，参照图1至图5说明本发明的槽切削加工方法以及槽切削加工装置的第一实施方式。在此，对于与现有技术相同或类似的部分附加共通的符号，并省略重复说明。

图1A至图1C是依次表示通过本发明的槽切削加工方法的第一实施方式来形成母型树形槽的程序中、利用第一切削工具的工序的正视图。图2D以及图2E是依次表示接着图1C所示的工序而利用第二切削工具的工序的正视图。图3是表示本发明的槽切割加工方法所使用的第一切削工具的一个实施方式的主视图，图4是图3的IV向视方向仰视图。图5是表示本发明的槽切削加工方法所使用的第二切削工具的一个实施方式的主视图，图6是图5的VI向视方向仰视图。

此处所示的实施方式，是在涡轮轴1上切削加工用于将涡轮叶轮的叶片3安装到涡轮轴1上的母型树形槽2的情况。作为树形槽2的具体尺寸的例子为，开口部30的宽度尺寸为24.03mm，最宽的大宽度部4的宽度尺寸为37.44mm，槽的深度尺寸为32.89mm，角部分的R尺寸(半径)为6.35mm，底部31的R尺寸(曲率半径)为31.75mm。在本实施方式中，使各大宽度部4、5、6的树形槽2深度方向的宽度彼此相等。

在本实施方式中，在进行槽切削加工时，例如准备图3以及图4所不的第一切削工具40、和图5以及图6所示的第二切削工具50，并将它们选择性地安装到铣床等机械(也可以是卧式镗床、自动换刀数控机床)上来进行切削加工。第一以及第二切削工具40、50分别具有臂交换器嵌入部45，在臂交换器嵌入部45中嵌入臂交换器(未图示)，锥形部43可拆装地嵌装在铣床等机械的主轴44上。

在第一以及第二切削工具40、50的前端部，通过螺栓分别可拆装地安装有形状不同的第一以及第二切削刀42、52，通过主轴44的旋转而切削刀42、52围绕轴心47旋转。在图示的例子中，切削刀42、52分别隔着轴心47而在相互相反侧配置有2个。并且，用于将随着切削刀42、52的旋转而被切削的切屑排出的切屑排出槽41，隔着轴心47而在相互相反侧形成有2条。图3所示的第一切削刀42朝向前端部具有较大的凸形状，并在槽开口侧具有较小的凹形状。图5所示的第二切削刀52朝向前端部具有凹形状。

接下来，参照图1A至图1C以及图2D、图2E，说明本实施方式的形成母型树形槽2的程序。首先，在图1A的工序中，利用图3以及图4所示的第一切削工具40，进行最内侧(槽底部侧)的大宽度部6的斜面部8、外周部9以及底切部10(参照图13)的形成。此时，第一切削工具40的旋转的轴心47与槽中心线S大体一致，并使轴心47沿槽方向移动来进行切削。

接下来，在图1B的工序中，利用第一切削工具40，进行下一个大宽度部5的斜面部8、外周部9以及底切部10的形成。此时，第一切削工具40的旋转的轴心47与槽中心线S平行，并使轴心47沿槽方向移动来进行切削。另外，在以下的各工序中，使切削工具的旋转的轴心47与槽中心线S平行、并使轴心47沿槽方向移动来进行切削的情况相同。接下来，在图1C的工序中，利用第一切削工具40，进行最靠近开口部的大宽度部4的斜面部8、外周部9以及底切部10的形成。

接下来，从机械的主轴44上拆下第一切削工具40而替换为第二切削工具50，在图2D的工序中，进行大宽度部6和大宽度部5之间的缩颈部7的形成。然后，最后在图2E的工序中，利用第二切削工具50，进行大宽度部5和大宽度部4之间的缩颈部7的形成。

图7A、图7B、图7C是说明第一实施方式中的基于第一切削工具的被切削部与基于第二切削工具的被切削部的连接部的形状的说明图，图7C是母型树形槽的整体截面图，图7A以及图7B是图7C的C部分放大截面图，图7A是表示第一切削工具的曲率半径比第二切削工具的曲率半径小的情况的图，图7B是表示第一切削工具的曲率半径比第二切削工具的曲率半径大的情况的图。

如图7A、图7B、图7C所示，通过第一切削工具40的第一切削刀42形成的部分与通过第二切削工具50的第二切削刀52形成的部分通过缩颈部7连接，该连接部的被切削部的截面为凸形状。在该部分，在第一切削刀42的刀尖的曲率半径比第二切削刀52的刀尖的曲率半径小的情况下，如图7A的A部分所示，在连接部形成台阶，不优选。反之，在第一切削刀42的刀尖的曲率半径比第二切削刀52的刀尖的曲率半径大的情况下，如图7B的B部分所示，在连接部不形成台阶，因此是优选的。并且，在该情况下，优选使第一切削刀42的刀尖的曲率半径为正公差，并使第二切削刀52的刀尖的曲率半径为负公差。并且，例如在这些曲率半径的标称尺寸相同的情况下，也可以使第一切削刀42的刀尖的曲率半径为正公差，使第二切削刀52的刀尖的曲率半径的为负公差。

由于大宽度部4、5、6之间的底切部之间的距离的精度被严格要求，所以利用相同的第一切削工具40来连续地进行图1A至图1C的工序。由此，能够消除同一工具种类之间的形状误差和工具替换时的安装误差，能够进行高精度的形状形成。

根据本实施方式，在通过切削加工来形成圣诞树状的槽时，能够使各部分的切削速度大致相同，因此能够以适当的切削条件来进行加工。并且，切削加工时的切削刀与工件的接触长度变短，因此切削阻力变小，且难以发生振动。结果，即使输出较小、刚性较低的小型铣床也能够进行加工。

并且，虽然与上述的现有技术相比切削长度变短，但由于能够格外地加快进给速度，所以能够缩短切削时间。

[第二实施方式]

接下来，参照图8A至图8F以及图9G、图9H来说明本发明的槽切削加工方法以及槽切削加工装置的第二实施方式。图8A至图8F是依次表示通过本发明的槽切削加工方法的第二实施方式来形成母型树形槽的顺序中、利用第一切削工具的工序的正视图，图9G以及图9H是依次表示接着图8F所示的工序而利用第二切削工具的工序的正视图。在此，对于与第一实施方式相同或类似的部分附加共通的符号并省略重复说明。

本实施方式也能够适用于各大宽度部4、5、6的树形槽2深度方向的宽度相互不同的情况。第一切削工具40的第一切削刀42的树形槽2深度方向的宽度比各大宽度部4、5、6的树形槽2深度方向的宽度短。

首先，在图8A以及图8B的工序中，利用第一切削工具40，进行最内侧的大宽度部6的斜面部8、外周部9以及底切部10的形成。在图8A的工序中，对大宽度部6的斜面部8以及外周部9的靠近底部31(参照图13)的部分进行切削，在图8B的工序中，在移动了第一切削工具40的轴向位置的基础上，对大宽度部6的外周部9的靠近开口部30侧、以及底切部10等部分进行切削。

接下来，在图8C以及图8D的工序中，利用第一切削工具40，进行下一个大宽度部5的斜面部8、外周部9以及底切部10的形成。在图8C的工序中，对大宽度部5的斜面部8以及外周部9的靠近底部31的一侧进行切削，在图8D的工序中，对大宽度部5的外周部9的靠近开口部30的一侧、以及底切部10等部分进行切削。

接下来，在图8E以及图8F的工序中，利用第一切削工具40，进行最靠近开口部的大宽度部4的外周部9以及底切部10的形成。在图8E的工序中，对大宽度部4的斜面部8以及外周部9的靠近底部31的部分进行切削，在图8F的工序中，对大宽度部4的外周部9的靠近开口部30的一侧、以及底切部10等部分进行切削。

接下来，从机械的主轴44上拆下第一切削工具40而替换为第二切削工具50，在图9G的工序中，进行大宽度部6与大宽度部5之间的缩颈部7的形成。然后，最后在图9H的工序中，进行大宽度部5与大宽度部4之间的缩颈部7的形成。

根据本实施方式，能够相互独立地任意设定各大宽度部4、5、6的树形槽2深度方向的宽度。

[第三实施方式]

接下来，参照图10A、图10B以及图11A至图11C说明本发明的槽切削加工方法以及槽切削加工装置的第三实施方式。图10A及图10B是依次表示通过本发明的槽切削加工方法的第三实施方式来形成公型树形槽的情况的要部截面图，图10A是表示利用第一切削工具来进行切削的情况的图。图10B是表示利用第二切削工具来进行切削的情况的图。并且，图11A至图11C是说明第三实施方式中的基于第一切削工具的被切削部与基于第二切削工具的被切削部的连接部的形状的说明图，图11C是公型树形槽的整体截面图，图11A以及图11B是图11C的C部分放大截面图，图11A是表示第一切削工具的曲率半径比第二切削工具的曲率半径小的情况的图，图11B是表示第一切削工具的曲率半径比第二切削工具的曲率半径大的情况的图。

在此，对于与第一实施方式相同或类似的部分附加共通的符号并省略重复说明。

本实施方式是用于形成公型树形槽102的槽切削加工方法以及槽切削加工装置。公型树形槽102为与第一或第二实施方式所示的母型树形槽2嵌合的形状，在与母型树形槽2的缩颈部7、斜面部8、外周部9以及底切部10分别相对应的位置上，形成相对应的形状的缩颈部107、斜面部108、外周部109、底切部110。

如图所示，与第一实施方式相同，准备具备第一切削刀142的第一切削工具140和具备第二切削刀152的第二切削工具150，在途中交替使用这些切削工具。利用第一切削工具140来切削缩颈部107、斜面部108、外周部109以及底切部110，利用第二切削工具150来切削对外周部109和底切部110进行连接的弯曲部分。

在本实施方式中，对通过第一切削工具140的第一切削刀142形成的部分与通过第二切削工具150的第二切削刀152形成的部分进行连接的部分的被切削面的截面是凸形状。在该部分，在第一切削刀142的刀尖的曲率半径比第二切削刀152的刀尖的曲率半径小的情况下，如图11A的A部分所示，在连接部形成台阶，不优选。反之，在第一切削刀142的刀尖的曲率半径比第二切削刀152的刀尖的曲率半径大的情况下，如图11B的B部分所示，在连接部不形成台阶，因此是优选的。并且，在该情况下，优选使第一切削刀142的刀尖的曲率半径为正公差，并使第二切削刀152的刀尖的曲率半径为负公差。并且，例如在这些曲率半径的标称尺寸相同的情况下，也可以使第一切削刀142的刀尖的曲率半径为正公差，并使第二切削刀152的刀尖的曲率半径为负公差。

[其他实施方式]

以上说明的实施方式不过是例示，本发明不限定于这些实施方式。

例如，上述实施方式中的通过第一切削工具形成的部分与通过第二切削工具形成的部分的交点，与图13的缩颈部7的R终点由斜面部8来连接，但也可以为，通过图5以及图6所示的第二切削工具50能够形成到斜面部8和外周部9为止，并通过图3以及图4所示的第一切削工具40，来使斜面部、以及连接外周部9和斜面部8的R成为向内侧稍微偏置的形状。

并且，在本发明中，通过圣诞树状的公型槽和母型槽的嵌合来将涡轮轴和涡轮叶片的翼根结合，对其公型槽或母型槽进行切削加工，但涡轮轴和涡轮叶片的翼根的哪一侧是公型槽都可以。