大型インペラの加工方法
【課題】 インペラ径が５００ｍｍを超すような大型インペラの薄い羽根部に欠けを発生させることなく、かつビビリ振動を防止して精度よく加工することができる大型インペラの加工方法を提供する。
【解決手段】 複数の羽根部１とこれと一体に構成され回転軸に固定される中実のディスク部２とからなる大型インペラの加工方法。インペラの素材３を回転軸上に固定し、回転工具４を３軸制御して、羽根部の表面に沿って数値制御して、羽根部を余肉を十分に残して荒加工し、次いで、羽根部のリーディングエッジ１ａを所定の厚さまで先に加工し、最後に羽根部の背部１ｂと腹部１ｃを所定の厚さまで加工する。
【解決手段】 複数の羽根部１とこれと一体に構成され回転軸に固定される中実のディスク部２とからなる大型インペラの加工方法。インペラの素材３を回転軸上に固定し、回転工具４を３軸制御して、羽根部の表面に沿って数値制御して、羽根部を余肉を十分に残して荒加工し、次いで、羽根部のリーディングエッジ１ａを所定の厚さまで先に加工し、最後に羽根部の背部１ｂと腹部１ｃを所定の厚さまで加工する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大型インペラの薄い羽根部に欠けを発生させることなく、かつビビリ振動を防止して加工する大型インペラの加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】過給機、遠心圧縮機、タービン等の高速回転機械に使用される羽根車（インペラ）は、図３に示すように、複数の羽根部１とこれと一体に構成され回転軸に固定される中実のディスク部２とからなる。羽根部１は、高速回転によりその間を流れるガスを圧縮又は膨張させる部分であり、ディスク部２は、羽根部に作用する遠心力を支持して複数の羽根部を所定の位置に保持する役割を有する。
【０００３】上述したインペラのうち、直径が３００ｍｍを超す大型インペラは、従来から、５軸ＮＣ加工装置を用いて切削加工により製造している。すなわち、図４（Ａ）に模式的に示すように、インペラの素材３を回転軸上に固定し、回転するテーパボールエンドミル４を３軸制御して、羽根部１の表面に沿って数値制御して、羽根部１を素材から削り出している。この場合、従来は、羽根部の粗加工後に、図４（Ｂ）に模式的に示すように、加工代を数回に分け、羽根部の板厚を徐々に薄く仕上げていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した加工方法を、インペラ径が５００ｍｍを超す大型インペラの加工にそのまま適用すると、羽根のリーディングエッジ１ａの加工の際に、その端部が欠ける問題が発生した。この場合、羽根部の羽根長さは約１３０ｍｍ、最小厚さは１ｍｍ以下（約０．９１６ｍｍ）であった。
【０００５】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、インペラ径が５００ｍｍを超すような大型インペラの薄い羽根部に欠けを発生させることなく、かつビビリ振動を防止して精度よく加工することができる大型インペラの加工方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者等は、上記問題点を解決するために鋭意調査したした結果、以下の原因によることを突き止めた。
（１）インペラ径が大型化し、羽根部の大きさを大きくなっているにも関わらず、羽根部の厚さは性能向上のため小型の場合と同様に薄い。そのため、羽根自体の剛性が低下しており、従来と同様に加工するとその加工抵抗で羽根自体が変形してしまう。
（２）また、特にリーディングエッジ１ａでは、テーパボールエンドミル４のリード角（約３０°）とリーディングエッジ１ａとがほぼ平行に位置するので、加工抵抗による変形でリーディングエッジ１ａが逃げると、工具の逃げ溝４ａに嵌まりやすくなり、工具に引っ掛かって破損に至ることがある。
【０００７】本発明は、かかる新規の知見に基づくものである。すなわち、本発明によれば、複数の羽根部（１）とこれと一体に構成され回転軸に固定される中実のディスク部（２）とからなる大型インペラの加工方法であって、インペラの素材（３）を回転軸上に固定し、回転工具（４）を３軸制御して、羽根部の表面に沿って数値制御して、羽根部を余肉を十分に残して荒加工し、次いで、羽根部のリーディングエッジ（１ａ）を所定の厚さまで先に加工し、最後に羽根部の背部（１ｂ）と腹部（１ｃ）を所定の厚さまで加工する、ことを特徴とする大型インペラの加工方法が提供される。
【０００８】この方法によれば、羽根部の背部（１ｂ）と腹部（１ｃ）に余肉が十分ある状態で、その先端部である羽根部のリーディングエッジ（１ａ）を所定の厚さまで先に加工するので、リーディングエッジの加工抵抗による変形を大幅に低減し、その端部の欠けを防止することができる。また、羽根部の背部（１ｂ）と腹部（１ｃ）は、リーディングエッジ（１ａ）の加工後に加工するので、加工抵抗による変形が生じても、リーディングエッジの欠けが生じるおそれがない。
【０００９】また、本発明の好ましい実施例によれば、前記回転工具（４）は、リード角をリーディングエッジ（１ａ）の方向からずらして設定したテーパボールエンドミルである。この方法により、テーパボールエンドミル４のリード角がリーディングエッジ１ａに対してずれているので、加工抵抗によりリーディングエッジ１ａが逃げても、工具の逃げ溝にエッジ部が嵌まることがなく、工具に引っ掛かかりによる破損を防止できる。
【００１０】更に、前記リーディングエッジ（１ａ）、背部（１ｂ）及び腹部（１ｃ）の加工を、加工抵抗による羽根部の変形が十分小さくなるように複数回に分けて行うのがよい。この方法により、加工時の変形を低減し、加工抵抗による羽根部のビビリ振動を防止し加工精度を高めることができる。
【００１１】
【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。
【００１２】図１は、本発明の大型インペラの加工方法を示す模式図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。図１及び図２において、インペラは、複数（この図では１２枚）の羽根部１とこれと一体に構成され回転軸に固定される中実のディスク部２とからなる大型インペラである。この大型インペラは、インペラ径が５００ｍｍを超し、羽根部の羽根長さ（約１３０ｍｍ）もこれに比例して大きくなっている。しかし、羽根部の最小厚さは性能向上のため小型のインペラとほぼ同様の１ｍｍ以下（約０．９１６ｍｍ）である。なお、図１に示す大型インペラは、過給機のコンプレッサインペラであるが、本発明はこれに限定されず、過給機、遠心圧縮機、タービン等の高速回転機械に使用されるインペラであってもよい。
【００１３】図１に示すように、本発明の方法では、従来方法と同様に、インペラの素材３を回転軸上に固定し、回転するテーパボールエンドミル４を３軸制御して、羽根部の表面に沿って数値制御して羽根部を切削加工する。なお、この加工には、５軸ＮＣ加工装置を用いるのがよい。
【００１４】本発明の方法では、図２に示すように、羽根部１の背部１ｂと腹部１ｃに余肉を十分に残して荒加工する。次いで、羽根部１のリーディングエッジ１ａを所定の厚さ（例えば１ｍｍ以下）まで先に加工し、最後に羽根部の背部１ｂと腹部１ｃを所定の厚さまで加工する。
【００１５】また、図１に示すように、テーパボールエンドミル４のリード角を、リーディングエッジ１ａの方向からずらして設定する。例えば、従来のリード角（３０°）を３５°に変更する。なお、テーパボールエンドミル以外の回転工具を用いてもよい。
【００１６】更に、リーディングエッジ１ａ、背部１ｂ及び腹部１ｃの加工の際に、加工抵抗による羽根部１の変形が十分小さくなるように、複数回（例えば３回以上）に分けて徐々に加工する。
【００１７】上述した本発明の方法によれば、羽根部の背部１ｂと腹部１ｃに余肉が十分ある状態で、その先端部である羽根部のリーディングエッジ１ａを所定の厚さまで先に加工するので、リーディングエッジの加工抵抗による変形を大幅に低減し、その端部の欠けを防止することができる。また、羽根部の背部１ｂと腹部１ｃは、リーディングエッジ１ａの加工後に加工するので、加工抵抗による変形が生じても、リーディングエッジの欠けが生じるおそれがない。
【００１８】また、テーパボールエンドミル４のリード角がリーディングエッジ１ａに対してずれているので、加工抵抗によりリーディングエッジ１ａが逃げても、工具の逃げ溝にエッジ部が嵌まることがなく、工具に引っ掛かかりによる破損を防止できる。
【００１９】更に、加工抵抗による羽根部の変形が十分小さくなるように複数回に分けて加工するので、加工時の変形を低減し、加工抵抗による羽根部のビビリ振動を防止して精度良く加工することができる。
【００２０】なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで自由に変更することができることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】上述したように、本発明の大型インペラの加工方法は、インペラ径が５００ｍｍを超すような大型インペラの薄い羽根部に欠けを発生させることなく、かつビビリ振動を防止して精密に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】本発明の大型インペラの加工方法を示す模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】大型インペラの斜視図である。
【図４】従来の大型インペラの加工方法の説明図である。
【符号の説明】
１ 羽根部
１ａ リーディングエッジ
１ｂ 背部、１ｃ 腹部
２ ディスク部
３ 素材
４ 回転工具（テーパボールエンドミル）
４ａ 工具の逃げ溝
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大型インペラの薄い羽根部に欠けを発生させることなく、かつビビリ振動を防止して加工する大型インペラの加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】過給機、遠心圧縮機、タービン等の高速回転機械に使用される羽根車（インペラ）は、図３に示すように、複数の羽根部１とこれと一体に構成され回転軸に固定される中実のディスク部２とからなる。羽根部１は、高速回転によりその間を流れるガスを圧縮又は膨張させる部分であり、ディスク部２は、羽根部に作用する遠心力を支持して複数の羽根部を所定の位置に保持する役割を有する。
【０００３】上述したインペラのうち、直径が３００ｍｍを超す大型インペラは、従来から、５軸ＮＣ加工装置を用いて切削加工により製造している。すなわち、図４（Ａ）に模式的に示すように、インペラの素材３を回転軸上に固定し、回転するテーパボールエンドミル４を３軸制御して、羽根部１の表面に沿って数値制御して、羽根部１を素材から削り出している。この場合、従来は、羽根部の粗加工後に、図４（Ｂ）に模式的に示すように、加工代を数回に分け、羽根部の板厚を徐々に薄く仕上げていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した加工方法を、インペラ径が５００ｍｍを超す大型インペラの加工にそのまま適用すると、羽根のリーディングエッジ１ａの加工の際に、その端部が欠ける問題が発生した。この場合、羽根部の羽根長さは約１３０ｍｍ、最小厚さは１ｍｍ以下（約０．９１６ｍｍ）であった。
【０００５】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、インペラ径が５００ｍｍを超すような大型インペラの薄い羽根部に欠けを発生させることなく、かつビビリ振動を防止して精度よく加工することができる大型インペラの加工方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者等は、上記問題点を解決するために鋭意調査したした結果、以下の原因によることを突き止めた。
（１）インペラ径が大型化し、羽根部の大きさを大きくなっているにも関わらず、羽根部の厚さは性能向上のため小型の場合と同様に薄い。そのため、羽根自体の剛性が低下しており、従来と同様に加工するとその加工抵抗で羽根自体が変形してしまう。
（２）また、特にリーディングエッジ１ａでは、テーパボールエンドミル４のリード角（約３０°）とリーディングエッジ１ａとがほぼ平行に位置するので、加工抵抗による変形でリーディングエッジ１ａが逃げると、工具の逃げ溝４ａに嵌まりやすくなり、工具に引っ掛かって破損に至ることがある。
【０００７】本発明は、かかる新規の知見に基づくものである。すなわち、本発明によれば、複数の羽根部（１）とこれと一体に構成され回転軸に固定される中実のディスク部（２）とからなる大型インペラの加工方法であって、インペラの素材（３）を回転軸上に固定し、回転工具（４）を３軸制御して、羽根部の表面に沿って数値制御して、羽根部を余肉を十分に残して荒加工し、次いで、羽根部のリーディングエッジ（１ａ）を所定の厚さまで先に加工し、最後に羽根部の背部（１ｂ）と腹部（１ｃ）を所定の厚さまで加工する、ことを特徴とする大型インペラの加工方法が提供される。
【０００８】この方法によれば、羽根部の背部（１ｂ）と腹部（１ｃ）に余肉が十分ある状態で、その先端部である羽根部のリーディングエッジ（１ａ）を所定の厚さまで先に加工するので、リーディングエッジの加工抵抗による変形を大幅に低減し、その端部の欠けを防止することができる。また、羽根部の背部（１ｂ）と腹部（１ｃ）は、リーディングエッジ（１ａ）の加工後に加工するので、加工抵抗による変形が生じても、リーディングエッジの欠けが生じるおそれがない。
【０００９】また、本発明の好ましい実施例によれば、前記回転工具（４）は、リード角をリーディングエッジ（１ａ）の方向からずらして設定したテーパボールエンドミルである。この方法により、テーパボールエンドミル４のリード角がリーディングエッジ１ａに対してずれているので、加工抵抗によりリーディングエッジ１ａが逃げても、工具の逃げ溝にエッジ部が嵌まることがなく、工具に引っ掛かかりによる破損を防止できる。
【００１０】更に、前記リーディングエッジ（１ａ）、背部（１ｂ）及び腹部（１ｃ）の加工を、加工抵抗による羽根部の変形が十分小さくなるように複数回に分けて行うのがよい。この方法により、加工時の変形を低減し、加工抵抗による羽根部のビビリ振動を防止し加工精度を高めることができる。
【００１１】
【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。
【００１２】図１は、本発明の大型インペラの加工方法を示す模式図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。図１及び図２において、インペラは、複数（この図では１２枚）の羽根部１とこれと一体に構成され回転軸に固定される中実のディスク部２とからなる大型インペラである。この大型インペラは、インペラ径が５００ｍｍを超し、羽根部の羽根長さ（約１３０ｍｍ）もこれに比例して大きくなっている。しかし、羽根部の最小厚さは性能向上のため小型のインペラとほぼ同様の１ｍｍ以下（約０．９１６ｍｍ）である。なお、図１に示す大型インペラは、過給機のコンプレッサインペラであるが、本発明はこれに限定されず、過給機、遠心圧縮機、タービン等の高速回転機械に使用されるインペラであってもよい。
【００１３】図１に示すように、本発明の方法では、従来方法と同様に、インペラの素材３を回転軸上に固定し、回転するテーパボールエンドミル４を３軸制御して、羽根部の表面に沿って数値制御して羽根部を切削加工する。なお、この加工には、５軸ＮＣ加工装置を用いるのがよい。
【００１４】本発明の方法では、図２に示すように、羽根部１の背部１ｂと腹部１ｃに余肉を十分に残して荒加工する。次いで、羽根部１のリーディングエッジ１ａを所定の厚さ（例えば１ｍｍ以下）まで先に加工し、最後に羽根部の背部１ｂと腹部１ｃを所定の厚さまで加工する。
【００１５】また、図１に示すように、テーパボールエンドミル４のリード角を、リーディングエッジ１ａの方向からずらして設定する。例えば、従来のリード角（３０°）を３５°に変更する。なお、テーパボールエンドミル以外の回転工具を用いてもよい。
【００１６】更に、リーディングエッジ１ａ、背部１ｂ及び腹部１ｃの加工の際に、加工抵抗による羽根部１の変形が十分小さくなるように、複数回（例えば３回以上）に分けて徐々に加工する。
【００１７】上述した本発明の方法によれば、羽根部の背部１ｂと腹部１ｃに余肉が十分ある状態で、その先端部である羽根部のリーディングエッジ１ａを所定の厚さまで先に加工するので、リーディングエッジの加工抵抗による変形を大幅に低減し、その端部の欠けを防止することができる。また、羽根部の背部１ｂと腹部１ｃは、リーディングエッジ１ａの加工後に加工するので、加工抵抗による変形が生じても、リーディングエッジの欠けが生じるおそれがない。
【００１８】また、テーパボールエンドミル４のリード角がリーディングエッジ１ａに対してずれているので、加工抵抗によりリーディングエッジ１ａが逃げても、工具の逃げ溝にエッジ部が嵌まることがなく、工具に引っ掛かかりによる破損を防止できる。
【００１９】更に、加工抵抗による羽根部の変形が十分小さくなるように複数回に分けて加工するので、加工時の変形を低減し、加工抵抗による羽根部のビビリ振動を防止して精度良く加工することができる。
【００２０】なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで自由に変更することができることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】上述したように、本発明の大型インペラの加工方法は、インペラ径が５００ｍｍを超すような大型インペラの薄い羽根部に欠けを発生させることなく、かつビビリ振動を防止して精密に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】本発明の大型インペラの加工方法を示す模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】大型インペラの斜視図である。
【図４】従来の大型インペラの加工方法の説明図である。
【符号の説明】
１ 羽根部
１ａ リーディングエッジ
１ｂ 背部、１ｃ 腹部
２ ディスク部
３ 素材
４ 回転工具（テーパボールエンドミル）
４ａ 工具の逃げ溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数の羽根部（１）とこれと一体に構成され回転軸に固定される中実のディスク部（２）とからなる大型インペラの加工方法であって、インペラの素材（３）を回転軸上に固定し、回転工具（４）を３軸制御して、羽根部の表面に沿って数値制御して、羽根部を余肉を十分に残して荒加工し、次いで、羽根部のリーディングエッジ（１ａ）を所定の厚さまで先に加工し、最後に羽根部の背部（１ｂ）と腹部（１ｃ）を所定の厚さまで加工する、ことを特徴とする大型インペラの加工方法。
【請求項２】 前記回転工具（４）は、リード角をリーディングエッジ（１ａ）の方向からずらして設定したテーパボールエンドミルである、ことを特徴とする請求項１に記載の大型インペラの加工方法。
【請求項３】 前記リーディングエッジ（１ａ）、背部（１ｂ）及び腹部（１ｃ）の加工を、加工抵抗による羽根部の変形が十分小さくなるように、複数回に分けて行う、ことを特徴とする請求項１に記載の大型インペラの加工方法。
【請求項１】 複数の羽根部（１）とこれと一体に構成され回転軸に固定される中実のディスク部（２）とからなる大型インペラの加工方法であって、インペラの素材（３）を回転軸上に固定し、回転工具（４）を３軸制御して、羽根部の表面に沿って数値制御して、羽根部を余肉を十分に残して荒加工し、次いで、羽根部のリーディングエッジ（１ａ）を所定の厚さまで先に加工し、最後に羽根部の背部（１ｂ）と腹部（１ｃ）を所定の厚さまで加工する、ことを特徴とする大型インペラの加工方法。
【請求項２】 前記回転工具（４）は、リード角をリーディングエッジ（１ａ）の方向からずらして設定したテーパボールエンドミルである、ことを特徴とする請求項１に記載の大型インペラの加工方法。
【請求項３】 前記リーディングエッジ（１ａ）、背部（１ｂ）及び腹部（１ｃ）の加工を、加工抵抗による羽根部の変形が十分小さくなるように、複数回に分けて行う、ことを特徴とする請求項１に記載の大型インペラの加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００２−３６０２０（Ｐ２００２−３６０２０Ａ）
【公開日】平成１４年２月５日（２００２．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−２３１１５１（Ｐ２０００−２３１１５１）
【出願日】平成１２年７月３１日（２０００．７．３１）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１４年２月５日（２００２．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年７月３１日（２０００．７．３１）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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