薄板形状ワーク加工方法
【課題】薄板形状ワークを支持する装置を追加することなく、より短時間に、より高精度に薄板形状ワークを加工することができる、薄板形状ワークの加工方法を提供する。
【解決手段】薄板形状ワークＷの一端または両端を支持し、支持した薄板形状ワークの任意の個所を切削加工し、薄板形状ワークＷを所望する３次元曲面に仕上げる、薄板形状ワーク加工方法において、少なくとも荒加工後に仕上げ加工を行い、支持された状態における薄板形状ワークＷの仕上げ加工後の形状から推定した剛性の高さに応じて、薄板形状ワークＷの加工個所を複数の加工領域に分割し、剛性の最も低い加工領域から順に、荒加工に続けて仕上げ加工を行った後、次に低い剛性の加工領域に対して荒加工に続けて仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う。
【解決手段】薄板形状ワークＷの一端または両端を支持し、支持した薄板形状ワークの任意の個所を切削加工し、薄板形状ワークＷを所望する３次元曲面に仕上げる、薄板形状ワーク加工方法において、少なくとも荒加工後に仕上げ加工を行い、支持された状態における薄板形状ワークＷの仕上げ加工後の形状から推定した剛性の高さに応じて、薄板形状ワークＷの加工個所を複数の加工領域に分割し、剛性の最も低い加工領域から順に、荒加工に続けて仕上げ加工を行った後、次に低い剛性の加工領域に対して荒加工に続けて仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機のエンジンや発電機のタービン等に用いられる、３次元曲面を有するブレードである薄板形状ワークの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、航空機のエンジンや発電機のタービン等に用いられるブレードである薄板形状ワークＷは３次元曲面を有しており、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように加工装置１にて一方の端部または両端部が支持された状態にて５軸（図１（Ａ）及び（Ｂ）中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸）が制御され、工具Ｔを用いて加工される。
一般的には、工具Ｔとしてボールエンドミルが用いられ、荒加工工程と仕上げ加工工程の２工程で加工され、荒加工工程では荒加工用工具にて薄板形状ワークＷの全体が正寸近くまで加工（残し代０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）され、仕上げ加工工程では仕上げ加工用工具に交換した後、全体が仕上げ加工される。
従来の薄板形状ワークＷの加工方法では、荒加工工程にて薄板形状ワークＷの全体を正寸近くまで加工しているため、仕上げ加工工程では、薄板形状ワークＷの剛性が低下しており、切削抵抗を小さくする必要があり、切り込み量や送り量が小さくなるため加工時間が比較的長い。また、剛性が低いため、びびり（共振）や削り残し誤差が発生し易く、加工精度が低下する可能性がある。
そこで、特許文献１に記載された従来技術では、高効率で加工を行うために、薄板形状ワークの幅広面に沿って延びる基台を薄板形状ワークの下方に配置し、薄板形状ワークの幅広面を（裏側から）支持可能な伸縮するシリンダを基台に複数備えて薄板形状ワークの湾曲を抑制する工作物支持装置が開示されている。また、基台は薄板形状ワークと一体となって旋回可能に構成されており、薄板形状ワークの角度を変化させても基台のシリンダを再調整をする必要がない構成とされている。
【特許文献１】特開平６−２９７２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載された従来技術では、薄板形状ワークのサイズや形状に合わせた工作物支持装置（複数のシリンダを備えた基台）が必要であり、薄板形状ワークに合わせて工作物支持装置を取り替える時間が必要があることと、工作物支持装置を取り付けた後、加工を開始する前に複数のシリンダのそれぞれの伸縮位置を調節して薄板形状ワークを支持する時間が必要である。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、薄板形状ワークを支持する装置を追加することなく、より短時間に、より高精度に薄板形状ワークを加工することができる、薄板形状ワークの加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの薄板形状ワークの加工方法である。
請求項１に記載の薄板形状ワークの加工方法は、薄板形状ワークの一端または両端を支持し、支持した前記薄板形状ワークの任意の個所を切削加工し、前記薄板形状ワークを所望する３次元曲面に仕上げる、薄板形状ワーク加工方法である。
前記切削加工では、少なくとも荒加工後に仕上げ加工を行い、支持された状態における前記薄板形状ワークの仕上げ加工後の形状から推定した剛性の高さに応じて、前記薄板形状ワークの加工個所を複数の加工領域に分割する。
そして、前記剛性の最も低い加工領域から順に、前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行った後、次に低い剛性の加工領域に対して前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う、薄板形状ワーク加工方法である。
【０００５】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの薄板形状ワークの加工方法である。
請求項２に記載の薄板形状ワークの加工方法は、請求項１に記載の薄板形状ワーク加工方法であって、前記薄板形状ワークは、使用時において、所定の回転部材の外周面に複数枚取り付けられるとともに、各々の薄板形状ワークの一端が前記所定の回転部材に取り付けられ、翼状の形状を有しており、前記薄板形状ワークは、加工時において、前記所定の回転部材に取り付けられる一端が支持され、支持された一端に対して遠い側から近い側に向かって前記加工領域が大きくなるように、前記加工領域の分割の比率を変更し、支持された一端に対して最も遠い側の前記加工領域から順に、前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行った後、支持された一端に対して次に遠い側の前記加工領域に対して前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う、薄板形状ワーク加工方法である。
【０００６】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの薄板形状ワークの加工方法である。
請求項３に記載の薄板形状ワークの加工方法は、請求項１に記載の薄板形状ワーク加工方法であって、前記薄板形状ワークは、使用時において、所定の回転部材の外周面に複数枚取り付けられるとともに、各々の薄板形状ワークの一端が前記所定の回転部材に取り付けられ、翼状の形状を有しており、前記薄板形状ワークは、加工時において、前記所定の回転部材に取り付けられる一端と、当該一端と反対側の端との両端が支持され、支持された両端から遠い位置となる中央近傍から両端に近い側に向かって前記加工領域が大きくなるように、前記加工領域の分割の比率を変更し、支持された両端に対する前記中央近傍に近い前記加工領域から順に、前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行った後、次に前記中央近傍に近い前記加工領域に対して前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う、薄板形状ワーク加工方法である。
【０００７】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの薄板形状ワークの加工方法である。
請求項４に記載の薄板形状ワークの加工方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の薄板形状ワーク加工方法であって、前記荒加工時には、前記剛性の高い前記加工領域ほど、加工時の送り量または切り込み量の少なくとも一方を大きくする、薄板形状ワーク加工方法である。
【０００８】
また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの薄板形状ワークの加工方法である。
請求項５に記載の薄板形状ワークの加工方法は、請求項４に記載の薄板形状ワーク加工方法であって、前記荒加工から前記仕上げ加工に切り替える際の切り替え作業増加時間と、前記送り量または前記切り込み量の少なくとも一方を大きくしたことによる加工時短縮時間と、前記加工領域を移動する移動時増加時間と、に基づいて全体の加工時間が短くなるように前記加工領域の分割数を決定する、薄板形状ワーク加工方法である。
【０００９】
また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりの薄板形状ワークの加工方法である。
請求項６に記載の薄板形状ワークの加工方法は、請求項１〜５のいずれか記載の薄板形状ワークの加工方法であって、前記加工領域の全ての領域について、前記荒加工と前記仕上げ加工とを一通り終了した後、各加工領域の境界部における凹凸を取り除く加工を行う、薄板形状ワーク加工方法である。
【００１０】
また、本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりのブレード部材である。
請求項７に記載のブレード部材は、請求項１〜６のいずれかに記載の薄板形状ワーク加工方法にて加工された薄板形状ワークであるブレード部材である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、最初に薄板形状ワークの「全体を正寸まで加工」することを行わず、複数の加工領域に分割した後、最も剛性が低くなると推定した加工領域から順番に、荒加工に続けて仕上げ加工まで行うことで、未加工の加工領域の剛性を残しながら加工を進める。
これにより、剛性不足によって加工時間を遅くする必要がなくなり、加工時間を短縮化することができ、且つ薄板形状ワークを支持する装置を追加することもない。また、剛性不足による「びびり」や「削り残し」等を低減することが可能であり、より高精度な加工を行うことができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、薄板形状ワークの一端を支持する場合において、より適切に剛性を維持しながら加工を進めていくことができる。
これにより、薄板形状ワークを支持する装置を追加することなく、より短時間に、より高精度に加工を行うことができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、薄板形状ワークの一端を支持する請求項２に対して両端を支持する場合において、より適切に剛性を維持しながら加工を進めていくことができる。
これにより、薄板形状ワークを支持する装置を追加することなく、より短時間に、より高精度に加工を行うことができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、剛性の高い加工領域ほど、（工具やワークの）送り量または切り込み量の少なくとも一方を大きくすることで、加工時間のより短縮化を実現することができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、複数の加工領域に分割することにより増加する時間である移動時増加時間と切り替え作業増加時間と、複数の加工領域に分割することにより減少できる時間である加工時短縮時間とのバランスを考慮した適切な加工領域を決定することができる。
【００１６】
また、請求項６に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、各加工領域の境界部における加工精度をより向上させることができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、より短時間に、且つより高精度に加工したブレード部材を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の薄板形状ワークの加工方法を適用した加工装置１の一実施の形態における概略外観図（斜視図）を示している。なお、本実施の形態にて説明する図面において、Ｙ軸は鉛直上方を示しており、Ｘ軸とＺ軸は水平方向で互いに直交している。また、Ａ軸は水平方向の旋回軸であり、Ｂ軸は鉛直方向の旋回軸である。また、工具Ｔはボールエンドミルであり、Ｚ軸方向が回転軸である。
【００１９】
●［加工装置１の概略構造（図１（Ａ）及び（Ｂ））］
図１（Ａ）に示す加工装置１は、薄板形状ワークＷ（以下、「ワークＷ」という記載は、薄板形状ワークＷを指す。）の回転軸線に沿った一方の端部を支持する加工装置の例を示し、図１（Ｂ）は、ワークＷの回転軸線に沿った両方の端部を支持する加工装置の例を示している。なお、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す加工装置１は、既存の加工装置である。
図１（Ａ）に示すように加工装置１は、Ｘ軸方向に往復移動可能なコラム２０を載置したベッド１０と、Ｚ軸方向に往復移動可能なスライドテーブル３１を載置したベッド３０とが組み合わされている。
コラム２０には、Ｙ軸方向に往復移動可能なサドル２１が設けられており、サドル２１には、Ｚ軸方向の回転軸を有する主軸２２が設けられている。そして主軸２２には、工具Ｔ（例えば、ボールエンドミル）が取り付けられている。
スライドテーブル３１には、Ｂ軸を中心に旋回可能な旋回テーブル３２が載置されており、旋回テーブル３２には、Ａ軸を中心に旋回可能であるとともにワークＷを支持可能なチャック部３３が設けられている。
このように加工装置１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸の５軸で制御され（当該５軸を制御する数値制御装置等は図示省略）、チャック部３３にて支持したワークＷの任意の位置を、任意の方向から工具Ｔで切削加工することができる。
なお、図１（Ｂ）に示す加工装置１は、図１に示す加工装置１に対して旋回テーブル３２に、間隔を調整可能な一対のチャック部３３を備えており、当該一対のチャック部３３にてワークＷを支持（挟持）する点が異なるが、他は同様であるので説明を省略する。
【００２０】
●［薄板形状ワークＷの用途と構造の例（図２）］
次に図２（Ａ）及び（Ｂ）を用いて薄板形状ワークＷの用途と構造の例について説明する。薄板形状ワークＷは、使用時において、所定の回転部材の外周面に複数枚取り付けられ（各々の薄板形状ワークＷの一端が所定の回転部材に取り付けられる）、翼状の形状を有している。
例えば薄板形状ワークＷは、航空機のエンジンや発電機のタービン等に用いられ、図２（Ａ）は航空機のエンジンのタービンシャフト及び当該シャフトに取り付けられた部品の例を示している。図２（Ａ）において、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３で示す位置の各々にて、複数の薄板形状ワークが規則正しく取り付けられている。
なお、各薄板形状ワークＷの構造は、図２（Ｂ）に示すように、回転軸部材（シャフト等）に取り付けるベース部ＷＢと、ブレード部ＷＷとで構成されており、ブレード部ＷＷは、用途や取付位置に応じて複雑な３次元曲面を有している（例えば、「ひねり」が入った翼状の形状を有している）。
【００２１】
本実施の形態にて説明する薄板形状ワークの加工方法は、図１（Ａ）または（Ｂ）の例に示した既存の加工装置１を用いて、このブレード部ＷＷの３次元曲面形状を、従来と比較して、より短時間に、且つより高精度に加工する方法である。
従来の加工方法では、例えば図３（Ａ）に示すワークＷを加工する際、図１（Ａ）に示す加工装置１のチャック部３３にてベース部ＷＢを支持し、荒加工用の工具Ｔを取り付けて、まずブレード部ＷＷの全体を正寸近く（残し代０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）となるまで切削加工している。すなわち、図３（Ｂ）に示す「削り代」をブレード部ＷＷの全体から削り取っているので、仕上げ加工用の工具Ｔに交換した後、次の仕上げ加工工程では、薄くなったブレード部ＷＷにおける支持位置から遠い先端部ではワークＷの剛性が低く、「びびり」や「しなり」が発生し易い。このため、加工速度や削り代を充分小さくして仕上げ加工を行う必要があり、加工時間が長くなるとともに、高精度な加工が困難であった。
【００２２】
●［薄板形状ワークＷの加工方法（図３）］
次に図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて本実施の形態の加工方法について説明する。
図３（Ａ）は薄板形状ワークＷの斜視図の例を示しており、図３（Ｂ）は図３（Ａ）におけるＡＡ方向から薄板形状ワークＷを見た図を示している。
本実施の形態の加工方法では、最初に荒加工でブレード部ＷＷの「全体」を正寸近くまで加工することなく、支持された状態での仕上げ加工後の薄板形状ワークＷの形状及び材質等から推定した剛性に基づいて、当該剛性の高さに応じてブレード部ＷＷを複数の加工領域に区分して、剛性の低い加工領域（すなわち、変形しやすい加工領域）から順番に、荒加工に続けて仕上げ加工まで行う。なお、剛性の推定は、支持位置と仕上げ形状と材質等から、既存のＦＥＭ解析等を用いたシミュレーションにて求めることができる。
【００２３】
例えば、図３（Ａ）に示すワークＷの場合、推定した剛性の高さに応じてブレード部ＷＷを加工領域Ａ〜加工領域Ｃに分割する。この場合の剛性の高さは、加工領域Ｃ＞加工領域Ｂ＞加工領域Ａであったとする。
そして、加工の際、まず荒加工用の工具Ｔを取り付けて、最も剛性の低い加工領域Ａを荒加工して正寸近くまで切削する。そして、仕上げ加工用の工具Ｔに交換して加工領域Ａを仕上げ加工し、加工領域Ａを仕上げ加工まで完了させる。加工領域Ａを仕上げ加工する際は、加工領域Ｃ、Ｂはまだ荒加工も行っていない状態で削り代分の厚さが残っており、従来の加工方法で加工した場合よりも充分大きな剛性を残しているので、従来と比較して「びびり」や「たわみ」が発生しにくい。従って、従来よりも加工精度を向上させることができるとともに、従来よりも加工速度を大きくして短時間で仕上げ加工することが可能である。
加工領域Ａを仕上げ加工まで完了させたら、荒加工用の工具Ｔに交換して次に剛性が低い加工領域Ｂを荒加工して正寸近くまで切削し、仕上げ加工用の工具Ｔに交換して加工領域Ｂを仕上げ加工する。このように、剛性の低い加工領域から剛性の高い加工領域に向かって順次、加工領域毎に仕上げていく。薄板形状ワークＷの一端を支持して加工する図３（Ａ）及び（Ｂ）の例の場合、支持された一端に対して最も遠い側の加工領域（この場合、加工領域Ａ）から順に、荒加工に続けて仕上げ加工を行った後、支持された一端に対して次に遠い側の加工領域（この場合、加工領域Ｂ）に対して荒加工に続けて仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う。
全ての加工領域の加工が完了した後、各加工領域の境界部の凹凸を取り除く仕上げ加工を行うと、より好ましい仕上げ形状を得ることができる。
【００２４】
なお、剛性が低い加工領域では、当然、工具Ｔの送り量や工具Ｔの切り込み量を、剛性が高い加工領域よりも小さくしなければならない（剛性の高い加工領域ほど、送り量または切り込み量の少なくとも一方を大きくできる）。従って、剛性が低い加工領域では、当該加工領域内での剛性のバラツキ幅がより小さいことが好ましい（最も低い剛性に合わせて送り量や切り込み量を設定するため）。
このため、剛性の低い加工領域から剛性の高い加工領域に向かって、加工領域が大きくなるように（面積または体積等が大きくなるように）加工領域の分割の比率を変更することが好ましい。図３（Ａ）及び（Ｂ）の例では、支持位置から最も遠い位置である加工領域Ａから、支持位置に最も近い位置である加工領域Ｃに向かって、分割比率（この場合、ワーク回転軸（Ａ軸）方向の長さ）を徐々に大きくしている。
【００２５】
なお、加工領域の分割方法には種々の方法が考えられるが、例えば以下のようにして分割数（各利領域）を決定する。
上記に説明した本実施の形態におけるワークＷの加工方法では、加工領域を分割する数を増やすと、荒加工用の工具Ｔと仕上げ加工用の工具Ｔとを交換する回数が増加する。これに伴う増加時間を「切り替え作業増加時間」とする。
また、加工領域の分割数を増やすと、仕上げ加工まで完了した加工領域から次の加工領域までの移動時間が増加する。これに伴う増加時間を「移動時増加時間」とする。
また、複数の加工領域に分割することで、送り量または切り込み量の少なくとも一方を大きくすることで短縮される時間（上記の切り替え作業増加時間と移動時増加時間を除いて、荒加工を開始してから仕上げ加工が完了するまでの時間で短縮された時間）を「加工時短縮時間」とする。
そして、シミュレーションにて適当な位置で加工領域を分割してみて、加工領域毎の分割切り替え作業増加時間と移動時増加時間と加工時短縮時間とを求め、全加工領域を加工した際の増減時間を求める。このような分割と増減時間のシミュレーションを行い、増減時間が最も小さくなる分割数及び加工領域を決定する。
【００２６】
以上、図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いた説明では、ワークＷの一端を支持する場合について説明したので、支持位置から最も遠い位置から支持位置に近づくにつれて剛性が高くなる例で説明した。
次の説明では図３（Ｃ）を用いて、ワークＷの両端を支持する場合について説明する。
ワークＷの両端を支持する場合、支持した両端部は剛性が高く、両端部の支持位置から遠い位置となる中央近傍の剛性が低くなる。従って、図３（Ｃ）に示す例では、中央近傍の加工領域Ａが最も剛性が低く、剛性の高さは、例えば、加工領域Ｅ＞加工領域Ｄ＞加工領域Ｃ＞加工領域Ｂ＞加工領域Ａとなる。
薄板形状ワークＷの両端を支持して加工する図３（Ｃ）の例の場合、支持された両端に対する中央近傍に近い加工領域（この場合、加工領域Ａ）から順に、荒加工に続けて仕上げ加工を行った後、次に中央近傍に近い加工領域（この場合、加工領域Ｂ）に対して荒加工に続けて仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う。従って、図３（Ｃ）の例の場合は、加工領域Ａ−加工領域Ｂ−加工領域Ｃ−加工領域Ｄ−加工領域Ｅの順に加工を行う。
また、分割比率については、一端を支持する場合と同様に、剛性の低い加工領域から剛性の高い加工領域に向かって、加工領域が大きくなるように（面積または体積等が大きくなるように）加工領域の分割の比率を変更することが好ましい。図３（Ｃ）の例では、支持された両端から（両端の双方から）最も遠い位置である加工領域Ａから、支持された両端に近い側に向かって、分割比率（この場合、ワーク回転軸（Ａ軸）方向の長さ）を徐々に大きくしている。図３（Ｃ）の例では、分割比率を、加工領域Ｅ＞加工領域Ｄ＞加工領域Ｃ＞加工領域Ｂ＞加工領域Ａとしている。
なお、分割数の決定や各加工領域の境界部の凹凸を取り除く仕上げ加工等は上記に説明したとおりであるので説明を省略する。
【００２７】
●［工具の外観と使い方の例（図４、図５）］
以上に説明した「切り替え作業増加時間」と「移動時増加時間」を短縮化することができれば、加工時間を更に短縮化することができる。そこで発明者は、「切り替え作業増加時間」に着目し、工具Ｔを交換することなく、荒加工と仕上げ加工とを選択的に可能とする特殊な工具ＴＮを発明した。以下では、当該工具ＴＮの外観と使い方について説明する。
図４（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の工具ＴＮの側面図と正面図の例を示しており、図４（Ｃ）及び（Ｄ）は従来の工具Ｔの側面図と正面図の例を示している。
【００２８】
図４（Ｃ）及び（Ｄ）に示す従来の工具Ｔは略円柱形状であり、側面には側面刃Ｔｓが設けられたエンドミルである。そして当該側面刃Ｔｓは、略円柱形状の工具Ｔの側面から底面に向かって延びており、側面と底面の境界部において円弧状に形成されたコーナ刃Ｔｃが設けられている。そして底面の中心周囲の領域Ｔｚには刃は設けられておらず、平坦状に形成されている。また、従来の工具Ｔは、荒加工用の工具Ｔと仕上げ加工用の工具Ｔとが別々に存在している。
【００２９】
これに対して、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す本実施の形態の工具ＴＮは、略円柱形状である点と、側面刃Ｔｓとコーナ刃Ｔｃを備えている点は同じであるが、工具ＴＮの先端に相当する底面部に略球面形状の仕上げ刃Ｔｔを備えている点が異なる。例えば仕上げ刃Ｔｔは、球面形状の砥石であり、工具ＴＮは、エンドミルと砥石を複合させた複合エンドミルである。
球面形状の仕上げ刃Ｔｔの球面半径は、工具ＴＮの外形となる円柱形状の底面の半径よりも大きい。球面半径が大きい方が転写効率が向上し、仕上げ面の凹凸の高さをより小さくすることができる。また、コーナ刃Ｔｃの円弧状の輪郭形状（図４（Ａ）に示す側面図における輪郭の形状）の円弧の半径は、仕上げ刃Ｔｔの球面半径よりも小さい。
また、仕上げ刃Ｔｔの縁部がコーナ刃Ｔｃと滑らかな曲線で連続するように、コーナ刃Ｔｃの形状が整えられており、コーナ刃Ｔｃと側面刃Ｔｓの接続部においても、コーナ刃Ｔｃと側面刃Ｔｓとが滑らかに連続するように、コーナ刃Ｔｃの形状が整えられている。
これにより、図４（Ａ）に示す側面図において、仕上げ刃Ｔｔの輪郭とコーナ刃Ｔｃの輪郭と側面刃Ｔｓの輪郭とが、滑らかに連続している。
また、工具ＴＮの内部には、回転軸に相当する位置に（回転軸に沿って）、工具ＴＮ及び仕上げ刃Ｔｔを貫通するクーラント供給路Ｔｈが形成されており、当該クーラント供給路Ｔｈから加工個所にクーラントが供給される。
【００３０】
以上に説明した工具ＴＮでは、側面刃Ｔｓまたはコーナ刃Ｔｃは荒加工用の刃として設けてあり、短時間に多くの削り代を切削することができる（図５（Ａ）参照）。また、仕上げ刃Ｔｔは仕上げ加工用の刃として設けてあり、削り代は小さいが、高精度に表面を仕上げることができる（図５（Ｂ）参照）。
次に図５（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、上記に説明した工具ＴＮの使い方について説明する。図５（Ａ）は、工具ＴＮを用いて薄板形状ワークＷの表面を荒加工している状態の例を示しており、図５（Ｂ）は、工具ＴＮを用いて薄板形状ワークＷの表面を仕上げ加工している状態の例を示している。
【００３１】
薄板形状ワークＷの任意の加工領域を荒加工する場合、図５（Ａ）に示すように、工具ＴＮの側面刃Ｔｓまたはコーナ刃Ｔｃの少なくとも一方が加工面に接触するように、加工面に対して工具ＴＮの回転軸の傾斜角度θ１を大きくして、薄板形状ワークＷに対して工具ＴＮを相対的に加工面に沿って移動させて加工を行う。この場合、仕上げ刃Ｔｔは加工面に接触しない。
次に、薄板形状ワークＷの任意の加工領域を仕上げ加工する場合、図５（Ｂ）に示すように、工具ＴＮの仕上げ刃Ｔｔが加工面に接触するように、且つコーナ刃Ｔｃ及び側面刃Ｔｓが加工面に接触しないように、加工面に対して工具ＴＮの回転軸の傾斜角度θ２を小さくして、薄板形状ワークＷに対して工具ＴＮを相対的に加工面に沿って移動させて加工を行う。
このように、加工面に対する工具ＴＮの傾斜角度を調整することで、荒加工と仕上げ加工とで工具ＴＮを交換する必要がなくなるので、切り替え作業時間を大幅に短縮することができる。
なお、仕上げ刃Ｔｔを薄板形状ワークＷに接触させて加工する仕上げ加工時に、薄板形状ワークＷに対する工具ＴＮの回転軸の傾斜角度θ２を設定した際、コーナ刃Ｔｃが薄板形状ワークＷの仕上げ面に接触しないように、仕上げ刃Ｔｔの表面における工具Ｔの底面部の径方向の長さ（仕上げ刃Ｔｔの半径の長さ）が設定されている。
【００３２】
なお、上記に説明した工具ＴＮを用いた場合、荒加工と仕上げ加工とで工具ＴＮを交換する必要がないので、従来と同様に複数の加工領域に分割することなく、荒加工工程でワークＷの全体を正寸近くまで加工し、続いてワークＷの全体を仕上げ加工するようにしても、工具ＴＮの交換が不要である分、加工時間を短縮化することができる。
また、工具ＴＮの先端部に設けた仕上げ刃を、砥石の代わりに、側面刃の数よりも多くした切れ刃としてもよい（例えば、側面刃Ｔｓが４枚の場合、仕上げ刃Ｔｔを１０枚にする）。刃の数が多い方が、仕上げ面の凹凸の高さが同じであっても、工具ＴＮの送り速度をより大きくすることができ、加工時間をより短縮化することができる。
【００３３】
本発明の薄板形状ワーク加工方法は、本実施の形態で説明した加工方法に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態にて説明した薄板形状ワークの加工方法は、図１（Ａ）及び（Ｂ）の例に示す加工装置１に限定されることなく、種々の加工装置に適用することが可能である。
また、工具ＴＮの外観形状は、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す外観形状に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の薄板形状ワークの加工方法を適用した加工装置１の一実施の形態における概略外観図（斜視図）を説明する図である。
【図２】薄板形状ワークＷの用途と構造の例を説明する図である。
【図３】本発明の薄板形状ワークの加工方法を説明する図である。
【図４】本発明の工具ＴＮ（複合エンドミル）の外観を説明する図である。
【図５】本発明の工具ＴＮ（複合エンドミル）の使い方を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 加工装置
１０ ベッド
２０ コラム
２１ サドル
２２ 主軸
３０ ベッド
３１ スライドテーブル
３２ 旋回テーブル
３３ チャック部
ＴＮ、Ｔ 工具
Ｔｓ 側面刃
Ｔｃ コーナ刃
Ｔｔ 仕上げ刃
Ｔｈ クーラント供給路
Ｗ 薄板形状ワーク（ワーク）
θ１、θ２ 傾斜角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機のエンジンや発電機のタービン等に用いられる、３次元曲面を有するブレードである薄板形状ワークの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、航空機のエンジンや発電機のタービン等に用いられるブレードである薄板形状ワークＷは３次元曲面を有しており、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように加工装置１にて一方の端部または両端部が支持された状態にて５軸（図１（Ａ）及び（Ｂ）中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸）が制御され、工具Ｔを用いて加工される。
一般的には、工具Ｔとしてボールエンドミルが用いられ、荒加工工程と仕上げ加工工程の２工程で加工され、荒加工工程では荒加工用工具にて薄板形状ワークＷの全体が正寸近くまで加工（残し代０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）され、仕上げ加工工程では仕上げ加工用工具に交換した後、全体が仕上げ加工される。
従来の薄板形状ワークＷの加工方法では、荒加工工程にて薄板形状ワークＷの全体を正寸近くまで加工しているため、仕上げ加工工程では、薄板形状ワークＷの剛性が低下しており、切削抵抗を小さくする必要があり、切り込み量や送り量が小さくなるため加工時間が比較的長い。また、剛性が低いため、びびり（共振）や削り残し誤差が発生し易く、加工精度が低下する可能性がある。
そこで、特許文献１に記載された従来技術では、高効率で加工を行うために、薄板形状ワークの幅広面に沿って延びる基台を薄板形状ワークの下方に配置し、薄板形状ワークの幅広面を（裏側から）支持可能な伸縮するシリンダを基台に複数備えて薄板形状ワークの湾曲を抑制する工作物支持装置が開示されている。また、基台は薄板形状ワークと一体となって旋回可能に構成されており、薄板形状ワークの角度を変化させても基台のシリンダを再調整をする必要がない構成とされている。
【特許文献１】特開平６−２９７２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載された従来技術では、薄板形状ワークのサイズや形状に合わせた工作物支持装置（複数のシリンダを備えた基台）が必要であり、薄板形状ワークに合わせて工作物支持装置を取り替える時間が必要があることと、工作物支持装置を取り付けた後、加工を開始する前に複数のシリンダのそれぞれの伸縮位置を調節して薄板形状ワークを支持する時間が必要である。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、薄板形状ワークを支持する装置を追加することなく、より短時間に、より高精度に薄板形状ワークを加工することができる、薄板形状ワークの加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの薄板形状ワークの加工方法である。
請求項１に記載の薄板形状ワークの加工方法は、薄板形状ワークの一端または両端を支持し、支持した前記薄板形状ワークの任意の個所を切削加工し、前記薄板形状ワークを所望する３次元曲面に仕上げる、薄板形状ワーク加工方法である。
前記切削加工では、少なくとも荒加工後に仕上げ加工を行い、支持された状態における前記薄板形状ワークの仕上げ加工後の形状から推定した剛性の高さに応じて、前記薄板形状ワークの加工個所を複数の加工領域に分割する。
そして、前記剛性の最も低い加工領域から順に、前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行った後、次に低い剛性の加工領域に対して前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う、薄板形状ワーク加工方法である。
【０００５】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの薄板形状ワークの加工方法である。
請求項２に記載の薄板形状ワークの加工方法は、請求項１に記載の薄板形状ワーク加工方法であって、前記薄板形状ワークは、使用時において、所定の回転部材の外周面に複数枚取り付けられるとともに、各々の薄板形状ワークの一端が前記所定の回転部材に取り付けられ、翼状の形状を有しており、前記薄板形状ワークは、加工時において、前記所定の回転部材に取り付けられる一端が支持され、支持された一端に対して遠い側から近い側に向かって前記加工領域が大きくなるように、前記加工領域の分割の比率を変更し、支持された一端に対して最も遠い側の前記加工領域から順に、前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行った後、支持された一端に対して次に遠い側の前記加工領域に対して前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う、薄板形状ワーク加工方法である。
【０００６】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの薄板形状ワークの加工方法である。
請求項３に記載の薄板形状ワークの加工方法は、請求項１に記載の薄板形状ワーク加工方法であって、前記薄板形状ワークは、使用時において、所定の回転部材の外周面に複数枚取り付けられるとともに、各々の薄板形状ワークの一端が前記所定の回転部材に取り付けられ、翼状の形状を有しており、前記薄板形状ワークは、加工時において、前記所定の回転部材に取り付けられる一端と、当該一端と反対側の端との両端が支持され、支持された両端から遠い位置となる中央近傍から両端に近い側に向かって前記加工領域が大きくなるように、前記加工領域の分割の比率を変更し、支持された両端に対する前記中央近傍に近い前記加工領域から順に、前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行った後、次に前記中央近傍に近い前記加工領域に対して前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う、薄板形状ワーク加工方法である。
【０００７】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの薄板形状ワークの加工方法である。
請求項４に記載の薄板形状ワークの加工方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の薄板形状ワーク加工方法であって、前記荒加工時には、前記剛性の高い前記加工領域ほど、加工時の送り量または切り込み量の少なくとも一方を大きくする、薄板形状ワーク加工方法である。
【０００８】
また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの薄板形状ワークの加工方法である。
請求項５に記載の薄板形状ワークの加工方法は、請求項４に記載の薄板形状ワーク加工方法であって、前記荒加工から前記仕上げ加工に切り替える際の切り替え作業増加時間と、前記送り量または前記切り込み量の少なくとも一方を大きくしたことによる加工時短縮時間と、前記加工領域を移動する移動時増加時間と、に基づいて全体の加工時間が短くなるように前記加工領域の分割数を決定する、薄板形状ワーク加工方法である。
【０００９】
また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりの薄板形状ワークの加工方法である。
請求項６に記載の薄板形状ワークの加工方法は、請求項１〜５のいずれか記載の薄板形状ワークの加工方法であって、前記加工領域の全ての領域について、前記荒加工と前記仕上げ加工とを一通り終了した後、各加工領域の境界部における凹凸を取り除く加工を行う、薄板形状ワーク加工方法である。
【００１０】
また、本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりのブレード部材である。
請求項７に記載のブレード部材は、請求項１〜６のいずれかに記載の薄板形状ワーク加工方法にて加工された薄板形状ワークであるブレード部材である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、最初に薄板形状ワークの「全体を正寸まで加工」することを行わず、複数の加工領域に分割した後、最も剛性が低くなると推定した加工領域から順番に、荒加工に続けて仕上げ加工まで行うことで、未加工の加工領域の剛性を残しながら加工を進める。
これにより、剛性不足によって加工時間を遅くする必要がなくなり、加工時間を短縮化することができ、且つ薄板形状ワークを支持する装置を追加することもない。また、剛性不足による「びびり」や「削り残し」等を低減することが可能であり、より高精度な加工を行うことができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、薄板形状ワークの一端を支持する場合において、より適切に剛性を維持しながら加工を進めていくことができる。
これにより、薄板形状ワークを支持する装置を追加することなく、より短時間に、より高精度に加工を行うことができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、薄板形状ワークの一端を支持する請求項２に対して両端を支持する場合において、より適切に剛性を維持しながら加工を進めていくことができる。
これにより、薄板形状ワークを支持する装置を追加することなく、より短時間に、より高精度に加工を行うことができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、剛性の高い加工領域ほど、（工具やワークの）送り量または切り込み量の少なくとも一方を大きくすることで、加工時間のより短縮化を実現することができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、複数の加工領域に分割することにより増加する時間である移動時増加時間と切り替え作業増加時間と、複数の加工領域に分割することにより減少できる時間である加工時短縮時間とのバランスを考慮した適切な加工領域を決定することができる。
【００１６】
また、請求項６に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、各加工領域の境界部における加工精度をより向上させることができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の薄板形状ワークの加工方法によれば、より短時間に、且つより高精度に加工したブレード部材を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の薄板形状ワークの加工方法を適用した加工装置１の一実施の形態における概略外観図（斜視図）を示している。なお、本実施の形態にて説明する図面において、Ｙ軸は鉛直上方を示しており、Ｘ軸とＺ軸は水平方向で互いに直交している。また、Ａ軸は水平方向の旋回軸であり、Ｂ軸は鉛直方向の旋回軸である。また、工具Ｔはボールエンドミルであり、Ｚ軸方向が回転軸である。
【００１９】
●［加工装置１の概略構造（図１（Ａ）及び（Ｂ））］
図１（Ａ）に示す加工装置１は、薄板形状ワークＷ（以下、「ワークＷ」という記載は、薄板形状ワークＷを指す。）の回転軸線に沿った一方の端部を支持する加工装置の例を示し、図１（Ｂ）は、ワークＷの回転軸線に沿った両方の端部を支持する加工装置の例を示している。なお、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す加工装置１は、既存の加工装置である。
図１（Ａ）に示すように加工装置１は、Ｘ軸方向に往復移動可能なコラム２０を載置したベッド１０と、Ｚ軸方向に往復移動可能なスライドテーブル３１を載置したベッド３０とが組み合わされている。
コラム２０には、Ｙ軸方向に往復移動可能なサドル２１が設けられており、サドル２１には、Ｚ軸方向の回転軸を有する主軸２２が設けられている。そして主軸２２には、工具Ｔ（例えば、ボールエンドミル）が取り付けられている。
スライドテーブル３１には、Ｂ軸を中心に旋回可能な旋回テーブル３２が載置されており、旋回テーブル３２には、Ａ軸を中心に旋回可能であるとともにワークＷを支持可能なチャック部３３が設けられている。
このように加工装置１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸の５軸で制御され（当該５軸を制御する数値制御装置等は図示省略）、チャック部３３にて支持したワークＷの任意の位置を、任意の方向から工具Ｔで切削加工することができる。
なお、図１（Ｂ）に示す加工装置１は、図１に示す加工装置１に対して旋回テーブル３２に、間隔を調整可能な一対のチャック部３３を備えており、当該一対のチャック部３３にてワークＷを支持（挟持）する点が異なるが、他は同様であるので説明を省略する。
【００２０】
●［薄板形状ワークＷの用途と構造の例（図２）］
次に図２（Ａ）及び（Ｂ）を用いて薄板形状ワークＷの用途と構造の例について説明する。薄板形状ワークＷは、使用時において、所定の回転部材の外周面に複数枚取り付けられ（各々の薄板形状ワークＷの一端が所定の回転部材に取り付けられる）、翼状の形状を有している。
例えば薄板形状ワークＷは、航空機のエンジンや発電機のタービン等に用いられ、図２（Ａ）は航空機のエンジンのタービンシャフト及び当該シャフトに取り付けられた部品の例を示している。図２（Ａ）において、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３で示す位置の各々にて、複数の薄板形状ワークが規則正しく取り付けられている。
なお、各薄板形状ワークＷの構造は、図２（Ｂ）に示すように、回転軸部材（シャフト等）に取り付けるベース部ＷＢと、ブレード部ＷＷとで構成されており、ブレード部ＷＷは、用途や取付位置に応じて複雑な３次元曲面を有している（例えば、「ひねり」が入った翼状の形状を有している）。
【００２１】
本実施の形態にて説明する薄板形状ワークの加工方法は、図１（Ａ）または（Ｂ）の例に示した既存の加工装置１を用いて、このブレード部ＷＷの３次元曲面形状を、従来と比較して、より短時間に、且つより高精度に加工する方法である。
従来の加工方法では、例えば図３（Ａ）に示すワークＷを加工する際、図１（Ａ）に示す加工装置１のチャック部３３にてベース部ＷＢを支持し、荒加工用の工具Ｔを取り付けて、まずブレード部ＷＷの全体を正寸近く（残し代０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）となるまで切削加工している。すなわち、図３（Ｂ）に示す「削り代」をブレード部ＷＷの全体から削り取っているので、仕上げ加工用の工具Ｔに交換した後、次の仕上げ加工工程では、薄くなったブレード部ＷＷにおける支持位置から遠い先端部ではワークＷの剛性が低く、「びびり」や「しなり」が発生し易い。このため、加工速度や削り代を充分小さくして仕上げ加工を行う必要があり、加工時間が長くなるとともに、高精度な加工が困難であった。
【００２２】
●［薄板形状ワークＷの加工方法（図３）］
次に図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて本実施の形態の加工方法について説明する。
図３（Ａ）は薄板形状ワークＷの斜視図の例を示しており、図３（Ｂ）は図３（Ａ）におけるＡＡ方向から薄板形状ワークＷを見た図を示している。
本実施の形態の加工方法では、最初に荒加工でブレード部ＷＷの「全体」を正寸近くまで加工することなく、支持された状態での仕上げ加工後の薄板形状ワークＷの形状及び材質等から推定した剛性に基づいて、当該剛性の高さに応じてブレード部ＷＷを複数の加工領域に区分して、剛性の低い加工領域（すなわち、変形しやすい加工領域）から順番に、荒加工に続けて仕上げ加工まで行う。なお、剛性の推定は、支持位置と仕上げ形状と材質等から、既存のＦＥＭ解析等を用いたシミュレーションにて求めることができる。
【００２３】
例えば、図３（Ａ）に示すワークＷの場合、推定した剛性の高さに応じてブレード部ＷＷを加工領域Ａ〜加工領域Ｃに分割する。この場合の剛性の高さは、加工領域Ｃ＞加工領域Ｂ＞加工領域Ａであったとする。
そして、加工の際、まず荒加工用の工具Ｔを取り付けて、最も剛性の低い加工領域Ａを荒加工して正寸近くまで切削する。そして、仕上げ加工用の工具Ｔに交換して加工領域Ａを仕上げ加工し、加工領域Ａを仕上げ加工まで完了させる。加工領域Ａを仕上げ加工する際は、加工領域Ｃ、Ｂはまだ荒加工も行っていない状態で削り代分の厚さが残っており、従来の加工方法で加工した場合よりも充分大きな剛性を残しているので、従来と比較して「びびり」や「たわみ」が発生しにくい。従って、従来よりも加工精度を向上させることができるとともに、従来よりも加工速度を大きくして短時間で仕上げ加工することが可能である。
加工領域Ａを仕上げ加工まで完了させたら、荒加工用の工具Ｔに交換して次に剛性が低い加工領域Ｂを荒加工して正寸近くまで切削し、仕上げ加工用の工具Ｔに交換して加工領域Ｂを仕上げ加工する。このように、剛性の低い加工領域から剛性の高い加工領域に向かって順次、加工領域毎に仕上げていく。薄板形状ワークＷの一端を支持して加工する図３（Ａ）及び（Ｂ）の例の場合、支持された一端に対して最も遠い側の加工領域（この場合、加工領域Ａ）から順に、荒加工に続けて仕上げ加工を行った後、支持された一端に対して次に遠い側の加工領域（この場合、加工領域Ｂ）に対して荒加工に続けて仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う。
全ての加工領域の加工が完了した後、各加工領域の境界部の凹凸を取り除く仕上げ加工を行うと、より好ましい仕上げ形状を得ることができる。
【００２４】
なお、剛性が低い加工領域では、当然、工具Ｔの送り量や工具Ｔの切り込み量を、剛性が高い加工領域よりも小さくしなければならない（剛性の高い加工領域ほど、送り量または切り込み量の少なくとも一方を大きくできる）。従って、剛性が低い加工領域では、当該加工領域内での剛性のバラツキ幅がより小さいことが好ましい（最も低い剛性に合わせて送り量や切り込み量を設定するため）。
このため、剛性の低い加工領域から剛性の高い加工領域に向かって、加工領域が大きくなるように（面積または体積等が大きくなるように）加工領域の分割の比率を変更することが好ましい。図３（Ａ）及び（Ｂ）の例では、支持位置から最も遠い位置である加工領域Ａから、支持位置に最も近い位置である加工領域Ｃに向かって、分割比率（この場合、ワーク回転軸（Ａ軸）方向の長さ）を徐々に大きくしている。
【００２５】
なお、加工領域の分割方法には種々の方法が考えられるが、例えば以下のようにして分割数（各利領域）を決定する。
上記に説明した本実施の形態におけるワークＷの加工方法では、加工領域を分割する数を増やすと、荒加工用の工具Ｔと仕上げ加工用の工具Ｔとを交換する回数が増加する。これに伴う増加時間を「切り替え作業増加時間」とする。
また、加工領域の分割数を増やすと、仕上げ加工まで完了した加工領域から次の加工領域までの移動時間が増加する。これに伴う増加時間を「移動時増加時間」とする。
また、複数の加工領域に分割することで、送り量または切り込み量の少なくとも一方を大きくすることで短縮される時間（上記の切り替え作業増加時間と移動時増加時間を除いて、荒加工を開始してから仕上げ加工が完了するまでの時間で短縮された時間）を「加工時短縮時間」とする。
そして、シミュレーションにて適当な位置で加工領域を分割してみて、加工領域毎の分割切り替え作業増加時間と移動時増加時間と加工時短縮時間とを求め、全加工領域を加工した際の増減時間を求める。このような分割と増減時間のシミュレーションを行い、増減時間が最も小さくなる分割数及び加工領域を決定する。
【００２６】
以上、図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いた説明では、ワークＷの一端を支持する場合について説明したので、支持位置から最も遠い位置から支持位置に近づくにつれて剛性が高くなる例で説明した。
次の説明では図３（Ｃ）を用いて、ワークＷの両端を支持する場合について説明する。
ワークＷの両端を支持する場合、支持した両端部は剛性が高く、両端部の支持位置から遠い位置となる中央近傍の剛性が低くなる。従って、図３（Ｃ）に示す例では、中央近傍の加工領域Ａが最も剛性が低く、剛性の高さは、例えば、加工領域Ｅ＞加工領域Ｄ＞加工領域Ｃ＞加工領域Ｂ＞加工領域Ａとなる。
薄板形状ワークＷの両端を支持して加工する図３（Ｃ）の例の場合、支持された両端に対する中央近傍に近い加工領域（この場合、加工領域Ａ）から順に、荒加工に続けて仕上げ加工を行った後、次に中央近傍に近い加工領域（この場合、加工領域Ｂ）に対して荒加工に続けて仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う。従って、図３（Ｃ）の例の場合は、加工領域Ａ−加工領域Ｂ−加工領域Ｃ−加工領域Ｄ−加工領域Ｅの順に加工を行う。
また、分割比率については、一端を支持する場合と同様に、剛性の低い加工領域から剛性の高い加工領域に向かって、加工領域が大きくなるように（面積または体積等が大きくなるように）加工領域の分割の比率を変更することが好ましい。図３（Ｃ）の例では、支持された両端から（両端の双方から）最も遠い位置である加工領域Ａから、支持された両端に近い側に向かって、分割比率（この場合、ワーク回転軸（Ａ軸）方向の長さ）を徐々に大きくしている。図３（Ｃ）の例では、分割比率を、加工領域Ｅ＞加工領域Ｄ＞加工領域Ｃ＞加工領域Ｂ＞加工領域Ａとしている。
なお、分割数の決定や各加工領域の境界部の凹凸を取り除く仕上げ加工等は上記に説明したとおりであるので説明を省略する。
【００２７】
●［工具の外観と使い方の例（図４、図５）］
以上に説明した「切り替え作業増加時間」と「移動時増加時間」を短縮化することができれば、加工時間を更に短縮化することができる。そこで発明者は、「切り替え作業増加時間」に着目し、工具Ｔを交換することなく、荒加工と仕上げ加工とを選択的に可能とする特殊な工具ＴＮを発明した。以下では、当該工具ＴＮの外観と使い方について説明する。
図４（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の工具ＴＮの側面図と正面図の例を示しており、図４（Ｃ）及び（Ｄ）は従来の工具Ｔの側面図と正面図の例を示している。
【００２８】
図４（Ｃ）及び（Ｄ）に示す従来の工具Ｔは略円柱形状であり、側面には側面刃Ｔｓが設けられたエンドミルである。そして当該側面刃Ｔｓは、略円柱形状の工具Ｔの側面から底面に向かって延びており、側面と底面の境界部において円弧状に形成されたコーナ刃Ｔｃが設けられている。そして底面の中心周囲の領域Ｔｚには刃は設けられておらず、平坦状に形成されている。また、従来の工具Ｔは、荒加工用の工具Ｔと仕上げ加工用の工具Ｔとが別々に存在している。
【００２９】
これに対して、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す本実施の形態の工具ＴＮは、略円柱形状である点と、側面刃Ｔｓとコーナ刃Ｔｃを備えている点は同じであるが、工具ＴＮの先端に相当する底面部に略球面形状の仕上げ刃Ｔｔを備えている点が異なる。例えば仕上げ刃Ｔｔは、球面形状の砥石であり、工具ＴＮは、エンドミルと砥石を複合させた複合エンドミルである。
球面形状の仕上げ刃Ｔｔの球面半径は、工具ＴＮの外形となる円柱形状の底面の半径よりも大きい。球面半径が大きい方が転写効率が向上し、仕上げ面の凹凸の高さをより小さくすることができる。また、コーナ刃Ｔｃの円弧状の輪郭形状（図４（Ａ）に示す側面図における輪郭の形状）の円弧の半径は、仕上げ刃Ｔｔの球面半径よりも小さい。
また、仕上げ刃Ｔｔの縁部がコーナ刃Ｔｃと滑らかな曲線で連続するように、コーナ刃Ｔｃの形状が整えられており、コーナ刃Ｔｃと側面刃Ｔｓの接続部においても、コーナ刃Ｔｃと側面刃Ｔｓとが滑らかに連続するように、コーナ刃Ｔｃの形状が整えられている。
これにより、図４（Ａ）に示す側面図において、仕上げ刃Ｔｔの輪郭とコーナ刃Ｔｃの輪郭と側面刃Ｔｓの輪郭とが、滑らかに連続している。
また、工具ＴＮの内部には、回転軸に相当する位置に（回転軸に沿って）、工具ＴＮ及び仕上げ刃Ｔｔを貫通するクーラント供給路Ｔｈが形成されており、当該クーラント供給路Ｔｈから加工個所にクーラントが供給される。
【００３０】
以上に説明した工具ＴＮでは、側面刃Ｔｓまたはコーナ刃Ｔｃは荒加工用の刃として設けてあり、短時間に多くの削り代を切削することができる（図５（Ａ）参照）。また、仕上げ刃Ｔｔは仕上げ加工用の刃として設けてあり、削り代は小さいが、高精度に表面を仕上げることができる（図５（Ｂ）参照）。
次に図５（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、上記に説明した工具ＴＮの使い方について説明する。図５（Ａ）は、工具ＴＮを用いて薄板形状ワークＷの表面を荒加工している状態の例を示しており、図５（Ｂ）は、工具ＴＮを用いて薄板形状ワークＷの表面を仕上げ加工している状態の例を示している。
【００３１】
薄板形状ワークＷの任意の加工領域を荒加工する場合、図５（Ａ）に示すように、工具ＴＮの側面刃Ｔｓまたはコーナ刃Ｔｃの少なくとも一方が加工面に接触するように、加工面に対して工具ＴＮの回転軸の傾斜角度θ１を大きくして、薄板形状ワークＷに対して工具ＴＮを相対的に加工面に沿って移動させて加工を行う。この場合、仕上げ刃Ｔｔは加工面に接触しない。
次に、薄板形状ワークＷの任意の加工領域を仕上げ加工する場合、図５（Ｂ）に示すように、工具ＴＮの仕上げ刃Ｔｔが加工面に接触するように、且つコーナ刃Ｔｃ及び側面刃Ｔｓが加工面に接触しないように、加工面に対して工具ＴＮの回転軸の傾斜角度θ２を小さくして、薄板形状ワークＷに対して工具ＴＮを相対的に加工面に沿って移動させて加工を行う。
このように、加工面に対する工具ＴＮの傾斜角度を調整することで、荒加工と仕上げ加工とで工具ＴＮを交換する必要がなくなるので、切り替え作業時間を大幅に短縮することができる。
なお、仕上げ刃Ｔｔを薄板形状ワークＷに接触させて加工する仕上げ加工時に、薄板形状ワークＷに対する工具ＴＮの回転軸の傾斜角度θ２を設定した際、コーナ刃Ｔｃが薄板形状ワークＷの仕上げ面に接触しないように、仕上げ刃Ｔｔの表面における工具Ｔの底面部の径方向の長さ（仕上げ刃Ｔｔの半径の長さ）が設定されている。
【００３２】
なお、上記に説明した工具ＴＮを用いた場合、荒加工と仕上げ加工とで工具ＴＮを交換する必要がないので、従来と同様に複数の加工領域に分割することなく、荒加工工程でワークＷの全体を正寸近くまで加工し、続いてワークＷの全体を仕上げ加工するようにしても、工具ＴＮの交換が不要である分、加工時間を短縮化することができる。
また、工具ＴＮの先端部に設けた仕上げ刃を、砥石の代わりに、側面刃の数よりも多くした切れ刃としてもよい（例えば、側面刃Ｔｓが４枚の場合、仕上げ刃Ｔｔを１０枚にする）。刃の数が多い方が、仕上げ面の凹凸の高さが同じであっても、工具ＴＮの送り速度をより大きくすることができ、加工時間をより短縮化することができる。
【００３３】
本発明の薄板形状ワーク加工方法は、本実施の形態で説明した加工方法に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態にて説明した薄板形状ワークの加工方法は、図１（Ａ）及び（Ｂ）の例に示す加工装置１に限定されることなく、種々の加工装置に適用することが可能である。
また、工具ＴＮの外観形状は、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す外観形状に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の薄板形状ワークの加工方法を適用した加工装置１の一実施の形態における概略外観図（斜視図）を説明する図である。
【図２】薄板形状ワークＷの用途と構造の例を説明する図である。
【図３】本発明の薄板形状ワークの加工方法を説明する図である。
【図４】本発明の工具ＴＮ（複合エンドミル）の外観を説明する図である。
【図５】本発明の工具ＴＮ（複合エンドミル）の使い方を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 加工装置
１０ ベッド
２０ コラム
２１ サドル
２２ 主軸
３０ ベッド
３１ スライドテーブル
３２ 旋回テーブル
３３ チャック部
ＴＮ、Ｔ 工具
Ｔｓ 側面刃
Ｔｃ コーナ刃
Ｔｔ 仕上げ刃
Ｔｈ クーラント供給路
Ｗ 薄板形状ワーク（ワーク）
θ１、θ２ 傾斜角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板形状ワークの一端または両端を支持し、
支持した前記薄板形状ワークの任意の個所を切削加工し、前記薄板形状ワークを所望する３次元曲面に仕上げる、薄板形状ワーク加工方法において、
前記切削加工では、少なくとも荒加工後に仕上げ加工を行い、
支持された状態における前記薄板形状ワークの仕上げ加工後の形状から推定した剛性の高さに応じて、前記薄板形状ワークの加工個所を複数の加工領域に分割し、
前記剛性の最も低い加工領域から順に、前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行った後、次に低い剛性の加工領域に対して前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う、
薄板形状ワーク加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄板形状ワーク加工方法であって、
前記薄板形状ワークは、使用時において、所定の回転部材の外周面に複数枚取り付けられるとともに、各々の薄板形状ワークの一端が前記所定の回転部材に取り付けられ、翼状の形状を有しており、
前記薄板形状ワークは、加工時において、前記所定の回転部材に取り付けられる一端が支持され、
支持された一端に対して遠い側から近い側に向かって前記加工領域が大きくなるように、前記加工領域の分割の比率を変更し、支持された一端に対して最も遠い側の前記加工領域から順に、前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行った後、支持された一端に対して次に遠い側の前記加工領域に対して前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う、
薄板形状ワーク加工方法。
【請求項３】
請求項１に記載の薄板形状ワーク加工方法であって、
前記薄板形状ワークは、使用時において、所定の回転部材の外周面に複数枚取り付けられるとともに、各々の薄板形状ワークの一端が前記所定の回転部材に取り付けられ、翼状の形状を有しており、
前記薄板形状ワークは、加工時において、前記所定の回転部材に取り付けられる一端と、当該一端と反対側の端との両端が支持され、
支持された両端から遠い位置となる中央近傍から両端に近い側に向かって前記加工領域が大きくなるように、前記加工領域の分割の比率を変更し、支持された両端に対する前記中央近傍に近い前記加工領域から順に、前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行った後、次に前記中央近傍に近い前記加工領域に対して前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う、
薄板形状ワーク加工方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の薄板形状ワーク加工方法であって、
前記荒加工時には、前記剛性の高い前記加工領域ほど、加工時の送り量または切り込み量の少なくとも一方を大きくする、
薄板形状ワーク加工方法。
【請求項５】
請求項４に記載の薄板形状ワーク加工方法であって、
前記荒加工から前記仕上げ加工に切り替える際の切り替え作業増加時間と、
前記送り量または前記切り込み量の少なくとも一方を大きくしたことによる加工時短縮時間と、
前記加工領域を移動する移動時増加時間と、に基づいて全体の加工時間が短くなるように前記加工領域の分割数を決定する、
薄板形状ワーク加工方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか記載の薄板形状ワークの加工方法であって、
前記加工領域の全ての領域について、前記荒加工と前記仕上げ加工とを一通り終了した後、各加工領域の境界部における凹凸を取り除く加工を行う、
薄板形状ワーク加工方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の薄板形状ワーク加工方法にて加工された薄板形状ワークであるブレード部材。
【請求項１】
薄板形状ワークの一端または両端を支持し、
支持した前記薄板形状ワークの任意の個所を切削加工し、前記薄板形状ワークを所望する３次元曲面に仕上げる、薄板形状ワーク加工方法において、
前記切削加工では、少なくとも荒加工後に仕上げ加工を行い、
支持された状態における前記薄板形状ワークの仕上げ加工後の形状から推定した剛性の高さに応じて、前記薄板形状ワークの加工個所を複数の加工領域に分割し、
前記剛性の最も低い加工領域から順に、前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行った後、次に低い剛性の加工領域に対して前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う、
薄板形状ワーク加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄板形状ワーク加工方法であって、
前記薄板形状ワークは、使用時において、所定の回転部材の外周面に複数枚取り付けられるとともに、各々の薄板形状ワークの一端が前記所定の回転部材に取り付けられ、翼状の形状を有しており、
前記薄板形状ワークは、加工時において、前記所定の回転部材に取り付けられる一端が支持され、
支持された一端に対して遠い側から近い側に向かって前記加工領域が大きくなるように、前記加工領域の分割の比率を変更し、支持された一端に対して最も遠い側の前記加工領域から順に、前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行った後、支持された一端に対して次に遠い側の前記加工領域に対して前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う、
薄板形状ワーク加工方法。
【請求項３】
請求項１に記載の薄板形状ワーク加工方法であって、
前記薄板形状ワークは、使用時において、所定の回転部材の外周面に複数枚取り付けられるとともに、各々の薄板形状ワークの一端が前記所定の回転部材に取り付けられ、翼状の形状を有しており、
前記薄板形状ワークは、加工時において、前記所定の回転部材に取り付けられる一端と、当該一端と反対側の端との両端が支持され、
支持された両端から遠い位置となる中央近傍から両端に近い側に向かって前記加工領域が大きくなるように、前記加工領域の分割の比率を変更し、支持された両端に対する前記中央近傍に近い前記加工領域から順に、前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行った後、次に前記中央近傍に近い前記加工領域に対して前記荒加工に続けて前記仕上げ加工を行うことを繰り返す切削加工を行う、
薄板形状ワーク加工方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の薄板形状ワーク加工方法であって、
前記荒加工時には、前記剛性の高い前記加工領域ほど、加工時の送り量または切り込み量の少なくとも一方を大きくする、
薄板形状ワーク加工方法。
【請求項５】
請求項４に記載の薄板形状ワーク加工方法であって、
前記荒加工から前記仕上げ加工に切り替える際の切り替え作業増加時間と、
前記送り量または前記切り込み量の少なくとも一方を大きくしたことによる加工時短縮時間と、
前記加工領域を移動する移動時増加時間と、に基づいて全体の加工時間が短くなるように前記加工領域の分割数を決定する、
薄板形状ワーク加工方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか記載の薄板形状ワークの加工方法であって、
前記加工領域の全ての領域について、前記荒加工と前記仕上げ加工とを一通り終了した後、各加工領域の境界部における凹凸を取り除く加工を行う、
薄板形状ワーク加工方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の薄板形状ワーク加工方法にて加工された薄板形状ワークであるブレード部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１７７６９（Ｐ２０１０−１７７６９Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７７６９４（Ｐ２００８−１７７６９４）
【出願日】平成２０年７月８日（２００８．７．８）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月８日（２００８．７．８）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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