專利名稱：切削加工方法及切削加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于車削的切削加工方法及切削加工裝置，涉及在對(duì)飛機(jī)用的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件等尤其難加工性原材料的工件車削圓或者圓弧狀的槽時(shí)也不會(huì)有損工具的壽命、用于格外地提高槽的加工精度和加工效率的技術(shù)。
背景技術(shù)：
飛機(jī)預(yù)計(jì)在今后的20年以內(nèi)，機(jī)體將達(dá)到現(xiàn)有的2倍，發(fā)動(dòng)機(jī)將達(dá)到現(xiàn)在的3. 5 倍。若提高如此激增的飛機(jī)的燃料消耗率，則從節(jié)能·削減(X)2的觀點(diǎn)考慮，為了較大地有助于地球環(huán)境，現(xiàn)在從機(jī)體的輕量化、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的效率化等觀點(diǎn)進(jìn)行各種技術(shù)開發(fā)。另一方面，當(dāng)然飛機(jī)的機(jī)體 發(fā)動(dòng)機(jī)作為前提條件需要極高的安全性能，因此在設(shè)計(jì)各構(gòu)成部件時(shí)，除了充分維持強(qiáng)度、剛性之外，還必須實(shí)現(xiàn)輕量化，從而廣泛采用輕量且高強(qiáng)度的材料。這與在火力發(fā)電設(shè)備中采用的汽輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等是同樣的。尤其關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)部件，為了提高燃燒效率，使燃燒溫度上升是必不可少的，因此， 噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件的溫度達(dá)到千數(shù)百。C，而且達(dá)到數(shù)千rpm的高速旋轉(zhuǎn)，從而必須采用在高溫環(huán)境下能夠耐受極大離心力的部件形狀·材料，作為除了在輕量·高強(qiáng)度上優(yōu)越還在耐熱性·耐腐蝕性上優(yōu)越的材料，采用鈦合金或鎳基合金等高強(qiáng)度耐熱合金。在設(shè)計(jì)如此的發(fā)動(dòng)機(jī)部件等時(shí)，基于結(jié)構(gòu)解析進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，所追求的是按照設(shè)計(jì)那樣的高精度來實(shí)現(xiàn)焊接 鑄造 鍛造·切削·磨削·研磨等加工，尤其是關(guān)于對(duì)旋轉(zhuǎn)精度等部件性能賦予較大影響的切削加工，即使在高強(qiáng)度耐熱合金自身的高溫度下強(qiáng)度也難以下降這一特征在改善加工精度、加工效率上成為較大的障礙，將所述高強(qiáng)度耐熱合金稱為難切削材料。也就是說，在切削溫度達(dá)到了高溫的情況下，也認(rèn)為高強(qiáng)度耐熱合金制工件的強(qiáng)度超過切削工具的強(qiáng)度，從而被加工性顯著惡化，并且切削刃損傷，陷入不能夠加工的境地。從這樣的背景出發(fā)，強(qiáng)烈要求開發(fā)能夠減少切削工具的損耗且高效率地切削鈦合金或鎳基合金等被稱為難切削材料的高強(qiáng)度耐熱合金的方法和裝置。作為具體例，可列舉

圖1的用于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的葉輪機(jī)的盤和葉片，從盤的截面圖可知，需要相對(duì)于圓板狀的工件，進(jìn)行如虛線的陰影所示的圓弧狀的槽加工。一直以來， 在車削如此的圓弧狀的槽時(shí)，例如，采用使用車削刀刃的加工、使用立銑刀的加工、使用銑刀的加工、使用偏銑刀的加工等加工方法，對(duì)應(yīng)于工件的材質(zhì)、加工槽的尺寸或者所要求的加工精度等而適當(dāng)采用。但是，尤其在對(duì)鈦合金或鎳基合金等難切削材料的工件進(jìn)行加工時(shí)，分別產(chǎn)生了如下的問題。在使用了車削刀刃的情況下，由于加工中切削刃的一部分始終與工件接觸，因此工具瞬時(shí)發(fā)熱 磨損，另外，在工具的磨損作用下，有時(shí)在加工尺寸上產(chǎn)生誤差，頻繁產(chǎn)生工具折損，從而陷入不能夠加工的境地。在使用了立銑刀的情況下，由于在工具側(cè)面形成的切削刃斷續(xù)地對(duì)工件進(jìn)行切削，因此雖然工具側(cè)面的一部分不接觸，但是工具和工件的接觸弧長(zhǎng)，從而無法避免因此而導(dǎo)致的發(fā)熱，另外，由于底面始終接觸，因此也容易產(chǎn)生來自該部位的發(fā)熱。進(jìn)而，由于在由立銑刀加工形成的槽的內(nèi)部堆積切削屑，因此也頻繁地產(chǎn)生切削屑向工具的嚙入。在使用了銑刀的情況下，如圖2所示，工具的外表面與工件端面或槽的外壁干涉， 在能夠加工的槽深度上產(chǎn)生物理性限制。另一方面，在使用了車削刀刃、立銑刀的加工中，切削刃的一部分始終與工件接觸，相對(duì)于此，在使用了偏銑刀的情況下，由于在偏銑刀外周以規(guī)定間隔配置切削刃，因此如圖3所示，進(jìn)行斷續(xù)的切削，在非切削的期間工具被冷卻，因此與連續(xù)切削比較，在能夠防止工具的發(fā)熱、伴隨于此能夠使工具的壽命長(zhǎng)期化這一觀點(diǎn)上是有利的。在基于偏銑刀的加工中，利用工具的形狀，工具的旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于加工面維持水平方向，在該狀態(tài)下使工具沿切深方向行進(jìn)。圖4 圖6表示在使用偏銑刀對(duì)工件W加工作為目標(biāo)加工形狀的以規(guī)定半徑具有垂直側(cè)壁的圓周槽的情況下，通過實(shí)際的加工形成何種槽。在此，偏銑刀1在中心與軸2的中心一致的圓板3的外周等間隔配置有切削刃4， 在圖4中，在逆時(shí)針方向上相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的工件W，軸2始終維持平行且同時(shí)下降，與工件W的端面相接，開始切削圓周槽，軸2持續(xù)進(jìn)行切削加工直到成為加工目標(biāo)的槽深度。還有，在圖4中從軸2的相反側(cè)觀察，圓板3以軸2為中心向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。圖4的左側(cè)是在俯視圖下觀察切削刃4最深侵入工件內(nèi)的狀態(tài)的圖，從圓板3的旋轉(zhuǎn)方向觀察，在最上游側(cè)開始與工件W接觸的部位成為切削開始點(diǎn)，通過切削刃軌跡中的最深侵入工件內(nèi)的部位且從圓板3的旋轉(zhuǎn)方向觀察在最下游側(cè)從工件W脫離出來的部位成為切削結(jié)束點(diǎn)。以下，若將切削刃軌跡中的最深侵入工件內(nèi)的部位稱為最深點(diǎn)，則從平面觀察工件W的端面，逐漸形成以最深點(diǎn)為內(nèi)徑且以切削開始點(diǎn)及切削結(jié)束點(diǎn)為外徑的槽。其中，若以半徑方向的截面形狀進(jìn)行觀察，則該槽并不與工件W的中心線平行地形成。也就是說，在圖4中，將切削開始點(diǎn)和切削結(jié)束點(diǎn)連結(jié)的線是工件W的端面上的切槽，若以側(cè)面圖觀察圖4，則切削刃4在工件W的內(nèi)部以將切削開始點(diǎn)和切削結(jié)束點(diǎn)連結(jié)的線為弦，通過以最深點(diǎn)為弧的中點(diǎn)的軌跡。也就是說，在槽加工中，使工件W在中心點(diǎn)0旋轉(zhuǎn)，且同時(shí)使軸2維持相對(duì)于工件 W始終并行的狀態(tài)，加工到成為加工目標(biāo)的槽深度為止，不過最終槽的截面形狀通過相對(duì)于進(jìn)入工件W中的、以將切削開始點(diǎn)和切削結(jié)束點(diǎn)連結(jié)的線為弦、且以最深點(diǎn)為弧的中點(diǎn)的切削刃的圓弧面，使工件W以中心0旋轉(zhuǎn)一周來確定。因而，在使用偏銑刀1對(duì)旋轉(zhuǎn)的工件的端面進(jìn)行槽形狀的加工時(shí)，若加工為切削刃的軌跡的最深點(diǎn)與槽的圓弧軌跡一致，則如圖4左側(cè)的俯視圖所示，位于投影到加工面上的工具的軌跡上的點(diǎn)從槽的圓弧曲線，在將從切削刃4的工件的最深點(diǎn)朝向工件W的中心軸的直線投影到工件表面上而得的軸(以下，將該軸定義為χ軸。)方向上，朝向槽的外側(cè)偏移δ。還有，若在俯視圖下觀察，則χ軸與偏銑刀1的軸2—致，與加工中工件的旋轉(zhuǎn)無關(guān)，是固定的?，F(xiàn)在，NC工作機(jī)械具有如下2種坐標(biāo)系。(1)機(jī)械坐標(biāo)系是即使載置工件的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，原點(diǎn)的位置和xyz軸的方向也不變化的坐標(biāo)系，是表示工作機(jī)械自身的結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)系。(2)工作臺(tái)坐標(biāo)系是若載置工件的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，則原點(diǎn)的位置沿圓周移動(dòng)，xyz軸的方向變化的坐標(biāo)系。是在NC上假定的坐標(biāo)系。其中，在本發(fā)明中，采用了(1)的機(jī)械坐標(biāo)系。因而，與工件的旋轉(zhuǎn)無關(guān)，原點(diǎn)始終位于相同位置，X軸的方向也不變化。在此，δ表示從切削開始點(diǎn)朝向最深點(diǎn)或者從最深點(diǎn)朝向切削結(jié)束點(diǎn)，在追沿著投影的工具的軌跡時(shí)的工具的軌跡上的各點(diǎn)上的投影的工具的軌跡和作為目標(biāo)形狀的槽的圓弧曲線之間，在X軸方向上產(chǎn)生的偏移，δ S是切削開始點(diǎn)的工具的軌跡和槽的圓弧之差，δ f是切削結(jié)束點(diǎn)的工具的軌跡和槽的圓弧之差。該偏移δ在切削開始點(diǎn)δ s和切削結(jié)束點(diǎn)δ f取最大值，偏銑刀1的切削刃半徑相對(duì)于加工目標(biāo)的半徑越大，另外加工目標(biāo)的槽深度越大，該偏移δ越大。于是，投影的切削刃的軌跡朝向槽的圓弧曲線的外側(cè)離開，另外，從切削開始點(diǎn)到最深點(diǎn)，切削刃的進(jìn)入深度從0到最深點(diǎn)圓弧狀變深，相反從最深點(diǎn)到切削結(jié)束點(diǎn)，切削刃的進(jìn)入深度圓弧狀變淺，因此在加工結(jié)束的時(shí)點(diǎn)，如圖5所示，加工槽的截面形狀在外壁部分向深度方向減小槽寬度的方向上產(chǎn)生曲面狀的坡度。以下，使用圖6，進(jìn)一步詳細(xì)地說明坡度的產(chǎn)生理由。在圖6中，數(shù)字僅在該圖中使用，在使槽的加工目標(biāo)形狀為具有與工件垂直的側(cè)面的正圓時(shí)，1是偏銑刀工具的軌跡，2是加工目標(biāo)形狀的工件表面的槽圓弧，3 5是從工件表面到任意深度的加工目標(biāo)形狀的槽圓弧的軌跡，6是加工目標(biāo)形狀的最深點(diǎn)處的槽圓弧的軌跡。在此，以最深點(diǎn)22在工件W的表面上投影的點(diǎn)為原點(diǎn)0’，以從原點(diǎn)0’與工件表面平行地朝向工件中心軸的軸(或者，工具的旋轉(zhuǎn)軸在工件表面上投影而得的軸)為X軸，以在水平面內(nèi)與該X軸正交的軸為y軸，以在垂直方向上與X軸正交的軸為Z軸。在此，使某深度的加工目標(biāo)形狀的槽圓弧軌跡上的任意的點(diǎn)為7 10，使與各點(diǎn) 7 10在與ζ軸正交的平面內(nèi)沿y軸方向位于相同位置的切削刃的軌跡1上的點(diǎn)為11 14，將7和11、8和12、9和13、10和14連結(jié)的線段成為上述的切削刃的軌跡和加工目標(biāo)形狀的槽圓弧的χ軸方向的偏移δ。尤其是，將7和11連結(jié)的線段的長(zhǎng)度成為切削結(jié)束點(diǎn)的切削刃的軌跡和加工目標(biāo)形狀的槽圓弧的偏移5f。接著，在與工件W表面平行的截面、即與ζ軸正交的截面中，對(duì)以工件W的中心軸為中心通過點(diǎn)11 14的圓弧15 18進(jìn)行描繪，使加工目標(biāo)形狀的槽圓弧上的點(diǎn)7 10 沿著槽圓弧2 5通過y = 0即點(diǎn)0’，移動(dòng)到與工件的中心軸平行的ζ軸上的點(diǎn)0’ 22。同樣地，若使點(diǎn)11 14分別沿著圓弧15 18移動(dòng)到y(tǒng) = 0的xz平面上的點(diǎn) 23 沈，則將點(diǎn)23 沈 22連結(jié)的曲線成為利用偏銑刀方式加工槽時(shí)產(chǎn)生的向外壁的坡度曲線，這成為與加工目標(biāo)形狀的槽圓弧的誤差。因而，在相對(duì)于加工面沿水平方向設(shè)置偏銑刀的加工方法中，在坡度的影響下無法高精度地精加工任意的槽形狀，其程度與工具的直徑相對(duì)于槽徑的的比有關(guān)系，通常，越使用大徑的工具，在槽的外壁產(chǎn)生越大的坡度。另一方面，在小徑工具的情況下，在外壁產(chǎn)生的坡度的程度小，但是由于工具直徑小，因此無法加工深的槽，從而在加工效率、工具發(fā)熱的方面上也是不利的。進(jìn)而，如上所述，由于工具1的軸2始終維持平行且同時(shí)相對(duì)于工件W下降而接近，因此在加工槽的跟前側(cè)具有凸部的工件W等中，如圖7所示軸2和凸部產(chǎn)生干涉，從而也存在無法進(jìn)行規(guī)定以上深度的槽加工的問題。專利文獻(xiàn)1特開平11-300505號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2專利第3757807號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在對(duì)上述工件車削圓或者圓弧狀的槽時(shí)，發(fā)揮使用了偏銑刀的加工的低發(fā)熱性、工具壽命的長(zhǎng)期化這些優(yōu)點(diǎn)，且同時(shí)使槽形狀高精度化，降低或者防止產(chǎn)生坡度，并且，即使使用小徑的工具也避免與工件干涉且同時(shí)確保充分的槽深度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明者們著眼于下述情況使工具的旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于工件端面傾斜，并且根據(jù)需要研究工具及切削刃的形狀，由此使切削刃在工件內(nèi)部的軌跡在俯視圖觀察下呈橢圓，從而能夠任意地設(shè)定在上述的X軸方向上產(chǎn)生的切削刃的軌跡和加工目標(biāo)形狀的槽圓弧的差或者偏移S。具體地說，本發(fā)明采用了如下的切削加工方法。艮口，(1) 一種切削加工方法，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的工件，使安裝于從該工件的外方朝向內(nèi)方延伸的旋轉(zhuǎn)軸上的切削工具沿深度方向進(jìn)入，進(jìn)行圓周狀的槽加工，其中，使所述旋轉(zhuǎn)軸朝向所述工件的內(nèi)方以規(guī)定的傾斜角度向下方傾斜，在俯視圖下觀察時(shí)，所述切削刃在所述工件內(nèi)的軌跡配置成在連結(jié)其最深點(diǎn)和所述工件的中心的半徑方向上具有短軸的橢圓的一部分，在維持了所述傾斜角度的狀態(tài)下，使所述切削工具加工到加工目標(biāo)的槽深度而切削所述工件，由此能夠任意地設(shè)定所述軌跡和作為加工目標(biāo)形狀的槽的圓弧的X軸方向的偏移。還有，所謂X軸是以將所述切削刃的工件最深點(diǎn)22投影到工件W表面上而得的點(diǎn)為原點(diǎn)0’且從原點(diǎn)0’與工件表面平行地朝向工件中心軸的軸、或者將工具的旋轉(zhuǎn)軸投影到工件表面上而得的軸。(2)所述χ軸方向的偏移δ和所述傾斜角度B的關(guān)系由下式(1)求出，能夠相對(duì)于從所述工件表面觀察到的所述軌跡上的任意的點(diǎn)的深度t，任意地設(shè)定所述χ軸方向的偏移。式1
權(quán)利要求
1.一種切削加工方法，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的工件，使安裝于從該工件的外方朝向內(nèi)方延伸的旋轉(zhuǎn)軸上的切削工具沿深度方向進(jìn)入，進(jìn)行圓周狀的槽加工，其中，使所述旋轉(zhuǎn)軸朝向所述工件的內(nèi)方以規(guī)定的傾斜角度向下方傾斜，在俯視圖下觀察時(shí)，所述切削刃在所述工件內(nèi)的軌跡配置成在連結(jié)其最深點(diǎn)和所述工件的中心的半徑方向上具有短軸的橢圓的一部分，在維持了所述傾斜角度的狀態(tài)下，使所述切削工具加工至加工目標(biāo)的槽深度，切削所述工件，由此能夠任意地設(shè)定所述軌跡和作為加工目標(biāo)形狀的槽的圓弧的X軸方向的偏移，其中，X軸是指以將所述最深點(diǎn)投影到工件表面上而得的點(diǎn)為原點(diǎn)，從該原點(diǎn)與工件表面平行地朝向工件中心軸的軸、或者將所述旋轉(zhuǎn)軸投影到工件表面上而得的軸。
2.如權(quán)利要求1所述的切削加工方法，其中，所述X軸方向的偏移δ和所述傾斜角度B的關(guān)系由下式求出，相對(duì)于從所述工件表面觀察到的所述軌跡上的任意的點(diǎn)的深度t，能夠任意地設(shè)定所述χ軸方向的偏移δ，式9
3.如權(quán)利要求2所述的切削加工方法，其中，通過選定所述偏移S中的切削開始點(diǎn)、切削結(jié)束點(diǎn)或者從切削開始點(diǎn)到切削結(jié)束點(diǎn)的偏移δ的值，能夠調(diào)整在槽的外周壁或者內(nèi)周壁產(chǎn)生的坡度。
4.如權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的切削加工方法，其中，使所述傾斜角度不同而進(jìn)行多次所述切削。
5.如權(quán)利要求1 4中任意一項(xiàng)所述的切削加工方法，其中，除了所述傾斜角度之外，還選定所述切削工具的切削刃支承部及切削刃的形狀，由此能夠任意地設(shè)定所述χ軸方向的偏移。
6.一種切削加工裝置，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的工件，使安裝于從該工件的外方朝向內(nèi)方延伸的旋轉(zhuǎn)軸上的切削工具沿深度方向進(jìn)入，進(jìn)行圓周狀的槽加工，其中，設(shè)有使所述切削工具的旋轉(zhuǎn)軸朝向所述工件的內(nèi)方以規(guī)定的傾斜角度向下方傾斜的切削工具傾斜機(jī)構(gòu)，在俯視圖下觀察時(shí)，以所述切削刃在所述工件內(nèi)的軌跡成為在連結(jié)其最深點(diǎn)和所述工件的中心O的半徑方向上具有短軸的橢圓的方式調(diào)整所述傾斜角度，由此能夠任意地設(shè)定所述軌跡和作為加工目標(biāo)形狀的槽的圓弧的χ軸方向的偏移，其中，χ軸是指以將所述工件最深點(diǎn)投影到工件表面上而得的點(diǎn)為原點(diǎn)，從該原點(diǎn)與工件表面平行地朝向工件中心軸的軸、或者將所述旋轉(zhuǎn)軸投影到工件表面上而得的軸。
7.如權(quán)利要求6所述的切削加工裝置，其中，所述切削工具具備從所述旋轉(zhuǎn)軸擴(kuò)開的擴(kuò)開部，所述切削刃安裝于該擴(kuò)開部的前端。
全文摘要
使利用車削加工的槽形狀高精度化，降低或者防止產(chǎn)生坡度，并且即使使用小徑的工具也避免與工件干涉且確保充分的槽深度。在相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行使安裝于從該工件的外方朝向內(nèi)方延伸的旋轉(zhuǎn)軸上的切削工具沿深度方向進(jìn)入而進(jìn)行圓周狀的槽加工的切削加工時(shí)，使旋轉(zhuǎn)軸朝向工件的內(nèi)方以規(guī)定的傾斜角度向下方傾斜，在俯視圖下觀察時(shí)，切削刃在工件中的軌跡配置成將其最深點(diǎn)和工件的中心O連結(jié)的在半徑方向上具有短軸的橢圓，在維持該傾斜角度的狀態(tài)下，使切削工具下降到加工目標(biāo)的槽深度而切削工件，由此能夠任意地設(shè)定在從將最深點(diǎn)投影到工件的表面上而得的點(diǎn)與工件表面平行地朝向工件中心軸的軸、或者將切削工具的旋轉(zhuǎn)軸投影到工件表面上而得的軸的方向上產(chǎn)生的偏移。
文檔編號(hào)B23Q15/22GK102574221SQ20108004182
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者原田幸英, 山本雄記, 村木俊之 申請(qǐng)人:山崎馬扎克公司