(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平配置した回転出力軸と、この回転出力軸に装着されて旋回される円板ワークと、上記円板ワークの外周及び側面を切削加工すべくこの上方に配置した加工工具と、上記円板ワークの外周下面側に配置して該外周下面を液体に浸す水槽と、上記水槽内に配置して円板ワークの外周下面を放電加工するワイヤ放電加工部と、を具備したことを特徴とする円板ワークの複合放電加工装置。
【請求項２】
水平配置した回転出力軸に装着されて旋回される円板ワークに対して、上記円板ワークの上方に配置した加工工具により円板ワークの外周及び側面を切削加工する一方、上記円板ワークの外周下面をこの下方に配置した水槽内の液体に浸すとともに、上記水槽内に配置したワイヤ放電加工部により円板ワークの外周下面を放電加工するとともに回転出力軸の回転駆動により円板ワークの外周囲を加工することを特徴とする円板ワークの複合放電加工方法。
【請求項３】
円板ワークの中心孔を基準内径仕上げするに際して円板ワークの外周を把持する円板チャックと、上記円板チャックの把持から解放した円板ワークを水平配置した回転出力軸の中間位置に装着する支持軸駆動体と、上記支持軸駆動体の回転により円板ワークの外周及び側面を旋削加工する旋削加工部と、上記円板ワークの側面を孔加工する孔加工部と、上記円板ワークの外周下面を液体に浸すべく円板ワークの下方に水槽を搬入する水槽移送部と、上記水槽移送部の水槽内に配置し回転出力軸の回転駆動により円板ワークの外周囲を放電加工するワイヤ放電加工部と、上記放電加工後の円板ワークの外周面を刃具で仕上加工する刃具加工部と、からなることを特徴とする円板ワークの複合放加工装置。
【請求項４】
円板チャックに把持した円板ワークの中心孔を基準内径仕上げする孔加工工程と、上記円板ワークを水平配置した回転出力軸の中間位置に装着する円板ワーク把持工程と、上記円板ワークの外周及び側面を旋削工具により旋削加工する全面加工工程と、上記円板ワークの側面を孔加工する孔加工工程と、上記円板ワークの外周下面を液体に浸すべく円板ワークの下方に水槽を搬入する搬入工程と、上記水槽内に配置したワイヤ放電加工部により回転出力軸の回転駆動により円板ワークの外周囲を放電加工する外周加工工程と、上記放電加工後の円板ワークの外周面を刃具で加工する仕上加工工程と、からなることを特徴とする円板ワークの複合放電加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、例えば、ジェットエンジンを構成するタービンブレードを支持するディスク（円板ワーク）の外周放電加工装置とその加工方法、更に円板ワークの切削加工を併せて行う複合放電加工装置とその加工方法に係わり、特に、円板ワークの外周放電加工を行うに際して、コンパクトな水槽で実施可能な円板ワークの外周放電加工装置とし、併せて円板ワークの外周面や両側面を加工する切削加工機能も併せ持つ複合放電加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、例えば、航空機による国際的な物流増大に対応する事と、対地球環境向上を図るための低燃費性の要求が高まり、航空機の機体軽量化と燃費改善が図られている。
その具体的方策として、ジェットエンジンを構成するタービンブレードを支持するディスク（円盤）の軽量化のための薄肉構造に伴う材料特有の歪みと機械加工で発生する歪みが加工精度低下を招き、困難性の高い切削加工における一層の精度向上が高まっている。これは、発電用ガスタービンのディスク加工においても同様な課題になっている。【０００３】  また、上記ディスク（円盤）は、極高温（１０００℃〜）での使用となり、その材質はハイニッケル難削材の加工となり、無人加工化が遅れている。そして、上記ディスク（円盤）は、エンジンの高出力化で大型化（外径１０００ｍｍ）の傾向にあり、肉薄軽量化により、外周面，側面，内面の切削加工を益々困難化している。そして、上記ディスク（円盤）の外周等のワイヤ放電加工時には、ディスク（円盤）全体を大型の水槽内にずぶ漬けしての放電加工を余儀なくされ、大型の設備機械が必要になり、加工コストアップの大きな要因になっている。【０００４】  上記ディスク（円盤）の現状における製造工程は、先ず、素材となる円板（円盤）を鍛造により肉薄軽量化に適合するように成形される。この鍛造工程でディスクには、鍛造時の応力が残存して歪みを与えている。続く、旋盤加工は、図７に示すようにして実施されている。加工工程は、荒加工と仕上げ加工とに区分される。先ず、荒加工は、回転チャックＣに把持されたディスク（円盤）Ｄにおいて、（１）基準面削り、（２）内外径端面削り、（３）反対側外径端面削りからなり、人手による段取り替えを余儀なくしていた。これは、自動化運転を不能としている最大の要因である。続く、仕上げ加工は、（４）内外径端面削り、（５）反対側外径端面削りからなる。しかしながら、図７（ａ）に示すように、上記薄肉円盤形状のディスクＤは、加工中の切削抵抗により回転チャックＣから飛び出す危険性が高く、そこで、クランプＫを高トルクでディスクの側面に対し把持して押さえると、歪みを起こしてしまい、高速回転の加工が困難である（非特許文献。）。【０００５】  また、上記大型化（外径１０００ｍｍ）したディスク（円盤）Ｄの外周面等のワイヤ放電加工は、ディスク（円盤）全体を大型の水槽内にずぶ漬けした放電加工を余儀なくされる。即ち、大型の設備機械となるワイヤ放電加工装置が必要になり、加工コストアップの大きな要因になる。その具体例として、浸漬型ワイヤカット放電加工機が提供されている。その構成は、ベッド上に固定された加工水を貯蔵する加工槽と、加工槽内に設けられ、ワイヤ下ガイドをＸ−Ｙ方向に駆動する駆動手段と、コラムに支持され、ワイヤ下ガイドに対応してＸ−Ｙ方向に駆動されるワイヤ上ガイドとを有するものとなる（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】  特開平８−１１８１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】本発明は、上記従来方式の旋盤加工機やワイヤ放電加工装置における数々の問題点である「工程数が多い、治具へのワーク交換作業を人力で行う、設備機械の大型化とそれによる設備費の増大、ランニングコストアップ、加工能率の低下等々」に鑑みてなされたものである。その目的は、円板ワークの外周放電加工を行うに際して、コンパクトな水槽で円板ワークの加工部のみを水槽内に浸けた実施を可能な円板ワークの外周放電加工装置とし、且つ切削加工機能も併せ持つ完全無人化運転を可能とするハイブリッド式複合加工装置とその加工方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】本発明の請求項１による円板ワークの複合放電加工装置は、水平配置した回転出力軸と、この回転出力軸に装着されて旋回される円板ワークと、上記円板ワークの外周及び側面を切削加工すべくこの上方に配置した加工工具と、上記円板ワークの外周下面側に配置して該外周下面を液体に浸す水槽と、上記水槽内に配置して円板ワークの外周下面を放電加工するワイヤ放電加工部と、を具備したことを特徴とする。【００１３】本発明の請求項２による円板ワークの複合放電加工方法は、水平配置した回転出力軸に装着されて旋回される円板ワークに対して、上記円板ワークの上方に配置した加工工具により円板ワークの外周及び側面を切削加工する一方、上記円板ワークの外周下面をこの下方に配置した水槽内の液体に浸すとともに、上記水槽内に配置したワイヤ放電加工部により円板ワークの外周下面を放電加工するとともに回転出力軸の回転駆動により円板ワークの外周囲を加工することを特徴とする。【００１４】本発明の請求項３による円板ワークの複合放加工装置は、円板ワークの中心孔を基準内径仕上げするに際して円板ワークの外周を把持する円板チャックと、上記円板チャックの把持から解放した円板ワークを水平配置した回転出力軸の中間位置に装着する支持軸駆動体と、上記支持軸駆動体の回転により円板ワークの外周及び側面を旋削加工する旋削加工部と、上記円板ワークの側面を孔加工する孔加工部と、上記円板ワークの外周下面を液体に浸すべく円板ワークの下方に水槽を搬入する水槽移送部と、上記水槽移送部の水槽内に配置し回転出力軸の回転駆動により円板ワークの外周囲を放電加工するワイヤ放電加工部と、上記放電加工後の円板ワークの外周面を刃具で仕上加工する刃具加工部と、からなることを特徴とする。【００１５】  本発明の請求項４による円板ワークの複合放電加工方法は、円板チャックに把持した円板ワークの中心孔を基準内径仕上げする孔加工工程と、上記円板ワークを水平配置した回転出力軸の中間位置に装着する円板ワーク把持工程と、上記円板ワークの外周及び側面を旋削工具により旋削加工する全面加工工程と、上記円板ワークの側面を孔加工する孔加工工程と、上記円板ワークの外周下面を液体に浸すべく円板ワークの下方に水槽を搬入する搬入工程と、上記水槽内に配置したワイヤ放電加工部により回転出力軸の回転駆動により円板ワークの外周囲を放電加工する外周加工工程と、上記放電加工後の円板ワークの外周面を刃具で加工する仕上加工工程と、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】  本発明の請求項１による円板ワークの複合放電加工装置によると、水平配置した回転出力軸に装着させた円板ワークに対して、この円板ワークの外周及び側面を切削加工する加工工具と、この円板ワークの外周下面側に水槽とワイヤ放電加工部とを備えたから、小さな水槽で加工装置のコンパクト化と大径円板ワークの外周面の放電加工を効率良く低コストに実行できるほか、円板ワークの外周及び側面の切削加工も一台の複合放電加工装置により同時に実行できる。【００１９】  本発明の請求項２による円板ワークの複合放電加工方法によると、一台の複合放電加工装置により小さな水槽で加工装置のコンパクト化と大径円板ワークの外周面の放電加工を効率良く低コストに実行できるほか、円板ワークの外周及び側面の切削加工も同時に連続加工することが可能となる。【００２０】  本発明の請求項３による円板ワークの複合放電加工装置によると、円板ワークの外周及び側面の切削加工と、円板ワークの外周下面側の水槽内のワイヤ放電加工部による放電加工とをワンチャッキングの無人自動化運転のもとに、旋削加工，孔加工から小さな水槽により大径円板ワークの外周面の放電加工までが効率良く低コストに複合的にできる。更に、複合放電加工装置のコンパクト化が図れる。【００２１】  本発明の請求項４による円板ワークの複合放電加工方法によると、上記請求項３による円板ワークの複合放電加工装置において、ワンチャッキングの無人自動化運転のもとに、旋削加工，孔加工と小さな水槽により大径円板ワークまでの外周面の放電加工が複合的に合理的に高効率に運転実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】  本発明の第１の実施の形態を示し、円板ワークの複合放電加工装置の斜視図と要部拡大図である。
【図２】  本発明の第１の実施の形態を示し、円板ワークの複合放電加工装置の断面図である。
【図３】  本発明の第１の実施の形態を示し、ワイヤ放電加工部の斜視図と断面図である。
【図４】  本発明の第１の実施の形態を示し、複合放電加工装置の加工工程図である。
【図５】  本発明の第１の実施の形態を示し、両面同時加工の作用図である。
【図６】  本発明の第１の実施の形態を示し、同時穴明けの作用図である。
【図７】  従来技術を示し、円板ワークのクランプと加工手順の工程図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】  以下、図１乃至図６を参照して本発明の第１の実施の形態となる円板ワークの複合放電加工装置を説明する。【００２４】  本発明の円板ワークの外周放電加工装置及び円板ワークの複合放電加工装置とを合わせ持つように、多軸制御工作機械を基本構成とし、これを設計変更したもので、下記のようにその主たる構成要件からなる。まず、図１と図２に示すように、円板ワーク１の複合放電加工装置１００は、円板ワーク１の中心孔１Ａを基準内径仕上げに際して円板ワークの外周１Ｂを把持爪３Ａで把持する円板チャック３と、上記円板チャックの把持から解放した円板ワーク１を水平配置した回転出力軸５の先端把持部５Ａと、これに対向する円板チャック４の回転出力軸６の先端の把持部６Ａで把持される。即ち、回転出力軸５，６の各先端部となる支持軸駆動体１０の中間位置に装着される。尚、上記円板チャック４を支持する回転出力軸６の基部６Ｂは、基盤９上の移動台９Ａの支持体１１に回転可能に保持されている。これで、円板チャック４は、移動台９Ａの進退移動で対向する円板チャック３及び円板ワーク１に対して接近，離反する。上記回転出力軸６の軸心孔Ｐの後端は、油圧ユニットＯＵに繋がれていて、ここからの圧力油Ｏで把持部６Ａが拡縮動作され、円板ワーク１の中心孔１Ａを把持，解放する。上記支持軸駆動体１０は、駆動部ＫＵの駆動軸２に連結する円板チャック３の回転により円板チャック３，４及び円板ワーク１を連動して回転させる。【００２５】  更に、上記円板ワーク１の外周１Ｂ及び側面１Ｃ，１Ｄを旋削加工する旋削加工部１５と、上記円板ワークの側面１Ｃ，１Ｄを孔加工する孔加工部１７と、上記円板ワーク１の外周下面１Ｂを液体Ｗに浸すべく円板ワークの下方に水槽２０を搬入する水槽移送部２２と、上記水槽移送部２２の水槽内に配置し回転出力軸５の回転駆動により円板ワーク１の外周囲１Ｂを荒溝加工するワイヤ放電加工部２５と、上記放電加工後の円板ワーク１の外周面１Ｂを刃具，加工工具ＣＨで仕上げ加工する刃具加工部２７と、からなる。尚、ワイヤ放電加工部２５の細部構成は、図３に示すように、水槽２０内の液体Ｗに浸された円板ワーク１の外周囲１Ｂの両側にワイヤＹの供給ヘッド３１と受取ヘッド３２とが対向配置され、ワイヤＹの中間部を円板ワーク１の外周面１Ｂに接近させ、高圧電圧をワイヤＹと外周面１Ｂ間に付与して外周面１Ｂを荒溝加工する。尚、ワイヤＹは、供給側のプーリー３３を経由して供給ヘッド３１に至り、受取ヘッド３２からプーリ−３４を経由して排出し集積部（図示なし）に集められる。また、供給ヘッド３１内には、放電加工で生じた金属粉塵を排除する高圧噴射水ノズル（図示なし）を備えている。【００２６】  続いて、上記円板ワーク１の複合放電加工装置１００の機能，作用を説明する。図１〜図４に見るように、複合放電加工装置は、先ず、円板ワークの外周１Ｂを円板チャック３で把持し、円板ワーク１の中心孔１Ａが基準内径仕上げされる。その後、図１と図２に示すように、円板ワーク１の中心孔１Ａは、対向する円板チャック３の回転出力軸５の先端把持部５Ａと、これに対向する円板チャック４の回転出力軸６の先端の把持部６Ａで把持される。即ち、回転出力軸５，６の各���端部となる支持軸駆動体１０の中間位置に装着される。そして、円板ワーク１の外周１Ｂ及び側面１Ｃ，１Ｄが旋削加工部１５により切削加工し、図６に示すように、上記孔加工部１７による円板ワークの側面１Ｃ，１Ｄの孔加工が行われる。更に、円板ワークの外周下面側の水槽内のワイヤ放電加工部２５による荒溝加工、そして、再び外周の荒溝加工の溝仕上加工が刃具加工部２７に取り付けた総形カッターで行われる。上記円板ワークは、両円板チャック３，４でワンチャッキングのもとに、旋削加工，孔加工から小さな水槽による大径な円板ワークの外周面の放電加工及び外周面の外形仕上加工が複合的に行われる。【００２７】  上記複合放電加工装置１００による複合加工の工程手順を、図４〜図６により説明する。先ず、円板チャックに把持した円板ワーク１の中心孔を基準内径仕上げする孔加工工程（Ａ）と、上記円板ワークを水平配置した回転出力軸５，６の中間位置に装着する円板ワーク把持工程（Ｂ）と、上記円板ワークの外周１Ｂ及び側面１Ｃ，１Ｄを旋削工具により旋削加工する全面加工工程（Ｃ）と、上記円板ワークの側面を孔加工する孔加工工程（Ｄ）と、上記円板ワークの外周下面を液体Ｗに浸すべく円板ワークの下方に水槽２０を搬入する搬入工程（Ｅ）及び上記水槽内に配置したワイヤ放電加工部２５により回転出力軸５，６の回転駆動により円板ワークの外周囲に溝荒加工をワイヤ放電加工する外周加工工程（Ｅ）と、上記放電加工後の円板ワークの外周面を刃具（総形カッター）で溝仕上げ加工する仕上加工工程（Ｆ）と、からなる。尚、全面加工工程（Ｃ）は、図５に示すように、円板ワーク１の外周１Ｂ及び側面１Ｃ，１Ｄを旋削加工部１５の旋削工具により旋削加工される。この時、両側面の同時加工が可能で、加工時間が半減し、側面方向への加工撓みが解消される。孔加工工程（Ｄ）とワイヤ放電加工による外周加工工程（Ｅ）は、図６に示すように、円板ワーク１の側面１Ｃ，１Ｄが孔加工部１７で行われ、円板ワーク１の外周１Ｂの荒溝加工がワイヤ放電加工部２５により行われる。この時、孔明けと放電加工とが同時に実施されるから加工能率が倍増する。
しかして、上記円板ワークは、ワンチャッキングの無人自動化運転のもとに、旋削加工，孔加工と、小さな水槽２０により大径な円板ワーク１の外周面の放電加工と、その仕上げ加工が複合的に合理的に行われる。且つ、この加工は、コンパクトな複合放電加工装置１００のもとに実施される。【００２８】  尚、本発明の円板ワークの複合放電加工装置１００は、上記第１の実施の形態における構成に限定されず、その発明の要旨内での各部の各種の設計変更が自由にできる。例えば、複合加工機能を分割させ、ワイヤ放電加工部だけの単一機能とした状態での第２の実施の形態の使用も可能である。具体的には、放電加工機能のみを備えた円板ワーク１の外周放電加工装置とする。即ち、上記複合放電加工装置１００において、水平配置した回転出力軸５と、この回転出力軸の先端に装着させた円板ワーク１と、上記円板ワークの外周下面側に配置した水槽２０と、上記水槽内に配置したワイヤ放電加工部２５と、だけを備えたものとする。即ち、円板ワーク１の把持を片側の円板チャック３の回転出力軸５の先端把持部５Ａにだけに行わせた構成とする。勿論、円板ワーク１の把持を両側の円板チャック３，４の回転出力軸５，６の中間部で行わせた構成としても良い。【００２９】  これで、円板ワーク１の外周下面をこの下方に配置した水槽２０内の液体Ｗに浸すとともに、上記水槽内に配置したワイヤ放電加工部２５により放電加工するとともに回転出力軸５の回転駆動により旋回させるから、円板ワーク１の外周１Ｂの下面を、この下方に配置した水槽内の液体に浸すとともに、水槽内のワイヤ放電加工部２５により放電加工する。これにより、小さな水槽により加工装置のコンパクト化と大径円板ワークの外周面の放電加工を実行できる効果が発揮される。【００３０】  上記円板ワークの複合放電加工装置１００による加工方法は、水平配置した回転出力軸５に装着された円板ワーク１に対して、この円板ワークの外周下面をこの下方に配置した水槽２０内の液体Ｗに浸すとともに、上記水槽内に配置したワイヤ放電加工部２５により放電加工するとともに回転出力軸５の回転駆動により円板ワーク１の外周囲を連続加工できる。【００３１】  また、円板ワークの複合放電加工装置１００において、放電加工機能のほか最小限の切削機能のみを備えた第３の実施の形態となる円板ワークの複合放電加工装置とする。即ち、水平配置した回転出力軸５と、この回転出力軸５に装着させた円板ワーク１と、上記円板ワークの外周１Ｂ及び側面１Ｃ，１Ｄだけを切削加工する旋削加工部１５と、上記円板ワークの外周下面側に配置した水槽２０と、上記水槽内に配置したワイヤ放電加工部２５とを備える。これにより、円板ワーク１の把持を片側の円板チャック３の回転出力軸５の先端把持部５Ａにだけに行わせた構成とする。勿論、円板ワーク１の把持を両側の円板チャック３，４の回転出力軸５，６の中間部で行わせた構成としても良い。【００３２】  上記第３の実施の形態となる円板ワークの複合放電加工装置において、円板ワークの外周及び側面の切削加工と、円板ワークの外周下面側の小さな水槽内のワイヤ放電加工部による放電加工と、その後の外形仕上加工が加工装置のもとに、大径円板ワークの外周面��放電加工を含めて無人自動化運転のもとに実行される。
また、上記円板ワークの複合放電加工装置による加工方法は、円板ワークの外周及び側面の切削加工と、円板ワークの外周下面側での放電加工と、その後の外形仕上加工が無人自動化運転のもとに複合的に実施される。【００３３】  以上のように、本発明の実施の形態となる円板ワークの複合放電加工装置１００及びその加工方法によれば、下記の効果が奏せられる。
先ず、円板ワーク１の複合放電加工装置によると、円板ワーク１の外周１Ｂ及び側面１Ｃ，１Ｄの切削加工と、円板ワーク１の外周１Ｂの下面側の水槽２０内のワイヤ放電加工部２５による放電加工とをワンチャッキングのもとに無人自動化されて、旋削加工，孔加工をはじめとして、小さな水槽により大径円板ワークの外周面の放電加工が複合的にできる。従って、複合放電加工装置のコンパクト化が図れて、設備機械費の低減と加工能率が飛躍的に向上する。【００３４】  本発明の円板ワークの複合放電加工方法によると、ワンチャッキングのもとに無人自動化されて、旋削加工，孔加工をはじめとして、小さな水槽２０により大径円板ワークの外周面の放電加工が複合的に合理的に高効率に運転実施できる。更には、コンパクトな複合放電加工装置１００により、コストダウンが図れる合理的な複合加工が実行できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】  本発明は、その対象物について、ジェットエンジンを構成する大型タービンブレードを支持する大型ディスク（円板ワーク）の実施例で説明したものであるが、様々な用途に使用される各種外径寸法のディスク（円板ワーク）への適用が可能である。
【符号の説明】
【００３６】１          円板ワーク
１Ａ        中心孔
１Ｂ        外周
１Ｃ，１Ｄ  側面
２          駆動軸
３Ａ        把持爪
３          円板チャック
４          円板チャック
５          回転出力軸
５Ａ        先端把持部
６          回転出力軸
６Ａ        把持部
６Ｂ        基部
９          基盤
９Ａ        移動台
１０        支持軸駆動体
１１        支持体
１５        旋削加工部
１７        孔加工部
２０        水槽
２２        水槽移送部
２５        ワイヤ放電加工部
２７        刃具加工部
３０        供給ヘッド
３２        受取ヘッド
３３        プーリー
３４        プーリー
１００      複合放電加工装置
（Ａ）      孔加工工程
（Ｂ）      円板ワーク把持工程
（Ｃ）      全面加工工程
（Ｄ）      孔加工工程
（Ｅ）      搬入工程
（Ｆ）      仕上加工工程
ＣＨ        刃具，加工工具
ＫＵ        駆動部
Ｐ          軸心孔
ＯＵ        油圧ユニット
Ｏ          圧力油
Ｙ          ワイヤ
Ｗ          液体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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