(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを回転させるステップと、
前記ワークピースから材料を除去するために前記ワークピースに対する切削工具の位置を制御するステップと
を含むワークピースの機械加工方法であって、
前記ワークピース上の所定の位置に所定の特徴部を切削するために、電子制御システムが、前記ワークピースに対する前記切削工具の運動を制御し、
前記制御システムが、第１行程を行うとともに前記ワークピースから材料を除去するために前記切削工具を前記ワークピースに対して第１の方向に移動させ、前記第１行程後に前記工具を前記ワークピースから離脱させ、かつ、次に、第２行程を行うとともに前記ワークピースから材料を除去するために、前記切削工具を前記第１の方向とは異なる第２の方向（例えば、前記第１の方向と反対または実質的に反対の方向）に移動させる自動化された切削サイクルを操作し、
前記切削工具の交互に行われる一連の行程を用いて前記ワークピース上の前記所定の位置に前記所定の特徴部を徐々に切削するために、前記制御システムが、前記自動化された切削サイクルを繰り返す、ワークピースの機械加工方法。
【請求項２】
前記切削工具の前記第１行程および前記第２行程の各々が、前記工具の切削面を前記ワークピースに係合させるための、前記工具の前記ワークピースの方向への運動と、前記ワークピースから一部分を切削するための、前記工具の切削面が前記ワークピースの露出面から所定の深さにある状態での前記ワークピースの部分に沿った前記工具の運動と、前記ワークピースから前記工具の前記切削面を離脱させるための、前記ワークピースから離れる方への前記工具の運動とを伴い、
前記ワークピースとの係合後、前記工具の運動が転動切削するように制御され、
前記工具は、前記工具の前記切削面が前記ワークピースにおける予め設定された切削深さに到達するまで、湾曲した軌道をたどり、次に、前記工具が、前記予め設定された切削深さで前記工具の前記切削面を前記ワークピースに係合させた状態で真っ直ぐな／直線状の軌道をたどるように制御される、請求項１に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項３】
前記制御システムは、前記工具が転動切削しているときに前記ワークピースから除去される材料の厚みを所望の厚みの範囲内に留まるように制御する目的でプログラムされている、請求項２に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項４】
切屑の厚みは、前記除去される材料がコイル屑を形成し始めるときに前記材料の破断を誘起するように制御される、請求項２または３に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項５】
前記制御システムは、前記工具が転動切削しているときの既知の湾曲の軌道に沿った前記工具の運動を制御し、前記工具が前記既知の湾曲の軌道に沿って転動切削しているときの切屑の厚みを制御するために送り速度を変化させるようにプログラムされている、請求項２〜４のいずれか一項に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項６】
前記工具が転動切削しているときの前記送り速度が、前記切削工具の切削面と前記切削工具を当接させている前記ワークピースとの間の円弧状係合線に関連して変化するようにプログラムされている、請求項５に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項７】
前記送り速度が、前記円弧状係合線の増加に関連して減少する、請求項６に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項８】
機械加工中のある第１の時点での第１円弧状係合線よりも、前記第１の時点とは異なる機械加工中のある第２の時点での第２円弧状係合線が大きい場合、前記第１円弧状係合線に対する送り速度が、前記第２円弧状係合線に対する送り速度よりも大きい、請求項６または７に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項９】
前記第１の時点及び前記第２の時点とは異なる機械加工中のある第３の時点での第３円弧状係合線が前記第２円弧状係合線よりも大きい場合、前記第３円弧状係合線に対する送り速度が、前記第２円弧状係合線に対する送り速度よりも小さく、
前記第３円弧状係合線が前記第２円弧状係合線よりも小さい場合、前記第３円弧状係合線に対する前記送り速度が、前記第２円弧状係合線に対する前記送り速度よりも大きい、請求項８に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項１０】
前記第１行程で前記切削工具が転動切削した後の前記送り速度が、少なくとも切削解除運動まで一定である、請求項６〜９のいずれか一項に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項１１】
前記第１行程の終端で急に切削解除されるように前記工具を移動させる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項１２】
前記工具を前記第１行程の終端で急に離脱させ、前記第２行程のために転動切削させ、次に、前記第１行程における運動の直線方向と反対の直線方向に移動するように制御し、
送り速度を前記工具が前記第１行程の終端に残された材料を通過しているときに変化させる、請求項１１に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項１３】
前記送り速度が、前記切削工具の切削面と前記第１行程の終端に残された前記材料との間の円弧状係合線に関連して変化するようにプログラムされている、請求項１２に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項１４】
前記工具が前記第２行程で切削解除されるように移動しているときの前記送り速度が、前記工具と前記第１行程で残された前記材料との間の円弧状係合線が減少するにつれて増加する、請求項１３に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項１５】
前記第１行程の終端に残された前記材料の除去後、急に切削解除されるように前記工具を移動させる、請求項１４に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項１６】
前記切削工具が、前記切削サイクルにおいて交互に用いられる第１切削面および第２切削面を有するため、前記第１切削面が前記ワークピースに対する前記工具の第１行程で用いられ、前記第２切削面が前記ワークピースに対する前記工具の第２行程で用いられる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項１７】
前記第１切削面および前記第２切削面が一定の直径を有する、請求項１６に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項１８】
前記切削工具が、少なくとも部分的に球形である切削ヘッドを備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項１９】
前記切削工具が（例えば、一定の半径の）既知の湾曲の切削面を有し、前記切削面の第１部分／円弧部が前記切削サイクルの前記第１行程で用いられ、
前記切削面の第２部分／円弧部（例えば、前記第１部分の反対側）が前記切削サイクルの前記第２行程で用いられる、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項２０】
前記切削サイクルが前記ワークピースの所定域から材料を除去するようにプログラムされており、
前記切削サイクルの第１行程については、前記ワークピース上の第１位置（例えば、前記所定域の一方の側）で切込みが行われるように前記工具を移動させ、
前記サイクルの次の行程については、前記ワークピース上の第２位置で切込みが行われるように前記工具を移動させ、前記第２位置が前記第１位置から離れている（例えば、前記所定域の反対側）、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項２１】
前記第１位置と前記第２位置との中間位置において前記第１行程で切削解除されるように前記工具を移動させる、請求項２０に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項２２】
当該ワークピースの機械加工方法が前記ワークピースに対する荒加工を含み、
複数の切削サイクルがワークピース上の所定の位置から相当部分を除去するために用いられる、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のワークピースの機械加工方法。
【請求項２３】
加工装置用の制御システムであって、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のワークピースの機械加工方法により、回転するワークピースから材料を除去するために切削工具の運動を制御するようにプログラムされている、加工装置用の制御システム。
【請求項２４】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載のワークピースの機械加工方法により、回転する前記ワークピースから材料を除去するために切削工具の運動を制御するためのコンピュータプログラム。
【請求項２５】
ワークピースを回転させるステップと、前記ワークピースから材料を除去するために前記ワークピースに対する切削工具の位置を制御するステップとを含むワークピースの機械加工方法であって、
前記ワークピースに係合させるとともに前記ワークピースから材料を除去するために前記切削工具を前記ワークピースに対して移動させ、次に、前記工具を前記ワークピースから離脱させる、予めプログラムされた切削サイクルを伴い、
前記工具が、所定の湾曲した軌道に沿って転動切削するように制御され、前記工具が前記湾曲した軌道に沿って転動切削しているときの送り速度を、前記切削工具の切削面と前記切削工具を当接させている前記ワークピースとの間の円弧状係合線に関連して変化させる、ワークピースの機械加工方法。
【請求項２６】
ワークピースを回転させるステップと、
前記ワークピースから材料を除去するために前記ワークピースに対する切削工具の位置を制御するステップと
を含むワークピースの機械加工方法であって、
前記ワークピース上の所定の位置に所定の特徴部を切削するために、電子制御システムが、前記ワークピースに対する前記切削工具の運動を制御し、
前記制御システムが、第１行程を行うとともに前記ワークピースから材料を除去するために前記切削工具を前記ワークピースに対して第１の方向に移動させ、前記第１行程後に前記工具を前記ワークピースから離脱させ、かつ、次に、第２行程を行うとともに前記ワークピースから材料を除去するために、前記切削工具を前記第１の方向とは異なる第２の方向（例えば、前記第１の方向と反対または実質的に反対の方向）に移動させる自動化された切削サイクルを操作し、
前記切削工具の前記第１行程および前記第２行程の各々が、前記工具の切削面を前記ワークピースに係合させるための、前記工具の前記ワークピースの方向への運動と、前記ワークピースから一部分を切削するための、前記工具の切削面が前記ワークピースの露出面から所定の深さにある状態での前記ワークピースの部分に沿った前記工具の運動と、前記ワークピースから前記工具の前記切削面を離脱させるための、前記ワークピースから離れる方への前記工具の運動とを伴い、
前記ワークピースとの係合後、前記工具の運動が転動切削するように制御され、
前記工具は、前記工具の前記切削面が前記ワークピースにおける予め設定された切削深さに到達するまで、湾曲した軌道をたどり、次に、前記工具が、前記予め設定された切削深さで前記工具の前記切削面を前記ワークピースに係合させた状態で真っ直ぐな／直線状の軌道をたどるように制御され、
前記制御システムは、前記工具が転動切削しているときの既知の湾曲の軌道に沿った前記工具の運動を制御し、前記工具が前記既知の湾曲の軌道に沿って転動切削しているときの切屑の厚みを制御するために円弧状係合線の増加に関連して送り速度を減少させるようにプログラムされている、ワークピースの機械加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークピースの機械加工方法に関し、特に、回転するワークピースから材料を除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転するワークピースの機械加工方法（通常、「旋削」と呼ばれる手法）がよく知られている。しかしながら、数十年間の進歩にもかかわらず、取り組むべき課題がまだ数多く存在する。例えば、従来の旋削方法に関連する共通の問題は、ワークピースから切削される材料がコイル状の鋭い削屑を形成する傾向があるということである。このようなコイル屑（ｃｏｉｌ）は、ワークピースの隣接面を傷付ける、磨り減らす、または別の方法で劣化させる可能性が高い。このことは、コイル屑が長時間気付かれない可能性のある自動機械加工に関して特に問題である。その上、例えば、手動介入によってコイル屑を除去できるようにするために、切削工程を中断する必要があるかもしれない。
【０００３】
切削工具の摩耗もまた課題である。摩耗した切削工具では、仕上がり精度が低くなる。それゆえ、使用期間後に切削工具を交換する必要がある。しかしながら、工具を交換する工程には時間がかかり、加工装置の全体の生産効率を低下させる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、１つもしくは複数の上記問題、または従来の旋削方法に関連する１つもしくは複数の他の問題を緩和または解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、ワークピースの機械加工方法であって、この方法はワークピースを回転させるステップと、ワークピースから材料を除去するためにワークピースに対する切削工具の位置を制御するステップとを含み、この方法が、第１行程を行うとともにワークピースから材料を除去するために切削工具をワークピースに対して第１の方向に移動させ、第１行程後に工具をワークピースから離脱させ、かつ、次に、第２行程を行うとともにワークピースから材料を除去するために、切削工具を前記第１の方向とは異なる第２の方向（例えば、前記第１の方向と反対または実質的に反対の方向）に移動させる切削サイクルを伴い、ワークピースの所定の部分から所定の形状の特徴部（ｆｅａｔｕｒｅ）を切削するために、切削サイクルが繰り返される、ワークピースの機械加工方法を提供する。
【０００６】
このように工具の各行程の方向を入れ替えることにより、除去される材料がコイル屑を形成する可能性を低減する。それゆえ、従来の旋削方法と比較すると、削屑が接触することによる回転するワークピース表面の摩耗するリスクが著しく低減される。また切削工具の寿命も改善される。
【０００７】
例示的な実施形態では、この方法は自動化されており、制御システム（例えば、電子制御システム）が、切削サイクルの間、ワークピースに対する切削工具の運動を制御するようにプログラムされている。
【０００８】
例示的な実施形態では、この方法は、ワークピースに対する荒加工（すなわち、仕上げ加工の対照として）を含み、ワークピースの所望の位置（例えば、ワークピースの未加工面）から相当部分を除去するために複数の切削サイクルが用いられる。
【０００９】
例示的な実施形態では、切削工具は、交互に用いられる第１切削面および第２切削面を有するため、すなわち、第１切削面が第１行程および第３行程で用いられ、第２切削面が第２行程および第４行程などで用いられる。これにより、工具の寿命を著しく改善する。
【００１０】
例示的な実施形態では、第１切削面および第２切削面は、既知の湾曲、例えば、一定の半径を有する。例示的な実施形態では、第１切削面および第２切削面は、同じ湾曲（例えば、同じ一定の半径）を有する。例えば、この方法は（例えば、一定の半径の）湾曲した切削面を有する切削工具の使用を伴ってもよく、切削面の第１部分／円弧部が第１行程で用いられ、切削面の第２部分／円弧部（例えば、第１部分の反対側）が第２行程で用いられる。
【００１１】
例示的な実施形態では、切削工具は、少なくとも部分的に球形の、例えば、実質的に半球形よりも大きな切削ヘッドを備え、切削面が一定の直径を有する。
【００１２】
例示的な実施形態では、前記第１行程および前記第２行程の各々は、工具の切削面をワークピースに係合させるための工具の運動（時には「切込み移動」とも呼ばれる工程）と、ワークピースから材料の所望の厚みを工具の切削面に切削させる運動（時には「切削運動」とも呼ばれる工程）と、ワークピースから工具の切削面を離脱させる運動（時には「切削解除運動」とも呼ばれる工程）とを伴う。
【００１３】
例示的な実施形態では、切込み運動は、時には「転動切削（ｒｏｌｌｉｎｇ  ｉｎｔｏ  ｃｕｔ）」とも呼ばれる工程で、湾曲した軌道、例えば、一定の半径に従う湾曲線をたどるように制御される。これにより、工具ヘッドおよびワークピースへの衝撃を軽減し、その結果、工具の寿命を延ばし、刃の消耗（ｆｒｉｔｔｅｒ）のリスクを軽減する。
【００１４】
例示的な実施形態では、切削運動は、真っ直ぐな／直線状の軌道をたどるように制御され、予め設定された切削深さで工具の切削面をワークピースに係合させる。
【００１５】
例示的な実施形態では、制御システムは、工具が転動切削しているときに（すなわち、工具が必要とされる切削深さに到達する、または同行程の直線切削加工の開始点に到達するまで）ワークピースから除去される材料の厚みを制御する目的でプログラムされている。これにより、コイル屑発生の可能性を低減するとともに、更に工具への温度負荷を軽減し、その結果、工具の寿命を改善する。
【００１６】
例示的な実施形態では、（例えば、材料の厚みが薄すぎる場合に）除去される材料が相当の長さのコイル屑を発生させる可能性を低減するため、また（例えば、材料の厚みが厚すぎる場合に）工具破損の可能性を低減するために、（しばしば「切屑の厚み」と呼ばれる）厚みが、所望の厚みの範囲内に留まるように制御される。例示的な実施形態では、切屑の厚みは、除去される材料がコイル屑を形成し始めるときにその材料の破断を誘起するように制御される。
【００１７】
例示的な実施形態では、制御システムは、切削加工の間、送り速度を制御するようにプログラムされている。送り速度という用語は、工具を送る、すなわち、ワークピースに対して前進させる‐しばしばｍｍ／回転として表現される速度を意味すると当業者には理解されている。
【００１８】
例示的な実施形態では、切削工具は、工具が転動切削しているときに既知の湾曲の軌道に沿って移動するようにプログラムされており、その間、工具が前記既知の湾曲の軌道に沿って転動切削しているときの切屑の厚みを制御するために、送り速度が変化するようにプログラムされている。
【００１９】
例示的な実施形態では、工具が転動切削しているときの送り速度は、切削工具の切削面とワークピースとの間の円弧状係合線に関連して変化するようにプログラムされている。例示的な実施形態では、第２円弧状係合線が第１円弧状係合線よりも大きい場合、第１円弧状係合線に対する送り速度は、第２円弧状係合線に対する送り速度よりも大きい。第３円弧状係合線が第２円弧状係合線よりも大きい場合、第３円弧状係合線に対する送り速度は、第２円弧状係合線に対する送り速度よりも小さくなる（しかし、第３円弧状係合線が第２円弧状係合線よりも小さい場合は大きくなる）。
【００２０】
例示的な実施形態では、直線切削加工には一定の送り速度が用いられる。典型的には、直線切削加工の間は、一定の送り速度が、（工具の種類および材料の種類に対して）最適である。大抵の場合、最適な送り速度は、工具が転動切削しているときの送り速度よりも高くなる。
【００２１】
しかしながら、例示的な実施形態では、工具が転動切削しているときの送り速度は、（例えば、切込み運動の従来の送り速度よりも２〜３倍の範囲）それでも高速である。
【００２２】
例示的な実施形態では、切削サイクルはワークピースの所定域から材料を除去するようにプログラムされており、切削サイクルの第１行程については、ワークピース上の第１位置（例えば、所定域の一方の側）で切込みが行われるように工具を移動させ、サイクルの次の行程については、ワークピース上の第２位置で切込みが行われるように工具を移動させ、第２位置が第１位置から離れている（例えば、所定域の反対側）。
【００２３】
最も好ましくは、前記第１位置と前記第２位置との間の中間位置において第１行程で切削解除されるように工具を移動させる。２つの「切込み」位置の間にある工具を離脱させることにより、工具が各行程で移動している方向の所定域の境界線を気にすることなく、速い送り速度、例えば、１００％通常の送り速度で切削解除されるように移動させることができる。それゆえ、好ましい実施形態について、第１行程では、所定域を横切って切削しない。その代り、工具は、所定域の反対側に到達するよりかなり前に退避させる。好ましい実施形態では、前記第１位置と前記第２位置との間の距離の２５％〜７５％の範囲にある位置（例えば、第１位置と第２位置との間の中間点）において第１行程で切削解除されるように工具を移動させる。これにより、切削工具の各部分の均一な摩耗が確保され、全体の工程時間が短縮される。
【００２４】
例示的な実施形態では、切削解除運動は、曲率半径または湾曲線に従うように制御される（「転動切削解除」と呼ばれる工程）。またこれにより、工具ヘッドへの衝撃を軽減し、離脱点でのワークピースの加工硬化を抑制する。
【００２５】
しかしながら、他の実施形態では、急に（ａｂｒｕｐｔｌｙ）切削解除されるように工具を移動させる、例えば、ワークピースから離れるとすぐに直線方向に離脱させる。その結果、ワークピースの露出面に急峻な段差が形成される。したがって、第１行程の終端で（例えば、第１行程の間、切削直線運動の方向に実質的に直交する方向に）急に工具を離脱させる例示的な実施形態では、工具が第１行程の終端に残された材料を通過して切削し、除去しているときにコイル屑の発生するリスクを防止するまたは最小限に抑えるために、第２行程での工具の運動が制御される。
【００２６】
例示的な実施形態では、第２行程での送り速度は、例えば、工具が第１行程の終端に残された材料を通過しているときの切削工具の切削面とワークピースとの間の円弧状係合線に関連して変化するようにプログラムされている。
【００２７】
例示的な実施形態では、第２行程での送り速度は、工具と第１行程の終端に残された材料との間の円弧状係合線の減少に関連して増加する。
【００２８】
また、加工装置用の制御システムであって、制御システムが、本発明の上記態様の方法に従って、回転するワークピースから材料を除去するために切削工具の運動を制御する目的でプログラムされている、加工装置用の制御システムも提供される。
【００２９】
また、本発明の上記態様の方法に従って、回転するワークピースから材料を除去するために切削工具の運動を制御するためのコンピュータプログラムも提供される。
【００３０】
更に、本発明の上記態様に従う方法を用いて製造されたガスタービン構成部品、および本発明の上記態様の方法のステップに従うガスタービン構成部品の製造方法もまた提供される。
【００３１】
本発明の他の態様および特徴は、請求項および、以下の添付図面を参照しながら、例示としてのみ示される好ましい実施形態の以下の説明から自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１行程に作用するまたはワークピースに切り込むための、ワークピースに対する切削工具の第１の方向への運動の例を示す概略図である。
【図２】第１行程に作用するまたはワークピースに切り込むための、ワークピースに対する切削工具の第１の方向への運動の例を示す概略図である。
【図３】第１行程に作用するまたはワークピースに切り込むための、ワークピースに対する切削工具の第１の方向への運動の例を示す概略図である。
【図４】第１行程に作用するまたはワークピースに切り込むための、ワークピースに対する切削工具の第１の方向への運動の例を示す概略図である。
【図５】第１行程に作用するまたはワークピースに切り込むための、ワークピースに対する切削工具の第１の方向への運動の例を示す概略図である。
【図６】図１に類似しているが、逆方向の行程に作用するまたはワークピースに切り込むための、（図１に示す方向と略反対の）第２の方向への切削工具の運動を示している。
【図７】図２に類似しているが、逆方向の行程に作用するまたはワークピースに切り込むための、（図２に示す方向と略反対の）第２の方向への切削工具の運動を示している。
【図８】図３に類似しているが、逆方向の行程に作用するまたはワークピースに切り込むための、（図３に示す方向と略反対の）第２の方向への切削工具の運動を示している。
【図９】図４に類似しているが、逆方向の行程に作用するまたはワークピースに切り込むための、（図４に示す方向と略反対の）第２の方向への切削工具の運動を示している。
【図１０】図５に類似しているが、逆方向の行程に作用するまたはワークピースに切り込むための、（図５に示す方向と略反対の）第２の方向への切削工具の運動を示している。
【図１１】ワークピースの所定の部分から徐々に材料を除去するために、図１〜図１０の切削サイクルがどのように用いられるかを示す概略図である。
【図１２】切削工具が転動切削しているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【図１３】切削工具が転動切削しているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【図１４】切削工具が転動切削しているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【図１５】切削工具が転動切削しているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【図１６】切削工具が転動切削しているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【図１７】切削工具が転動切削しているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【図１８】切削工具が転動切削しているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【図１９】切削工具が転動切削しているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【図２０】予め設定された切削深さの直線状の軌道に沿った切削工具の運動を示す概略図である。
【図２１】第１行程の終端での切削工具のワークピースからの離脱を示す概略図である。
【図２２】切削工具が予め設定された切削深さで第２行程を行っているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【図２３】切削工具が予め設定された切削深さで第２行程を行っているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【図２４】切削工具が予め設定された切削深さで第２行程を行っているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【図２５】切削工具が予め設定された切削深さで第２行程を行っているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【図２６】切削工具が予め設定された切削深さで第２行程を行っているときの切削工具とワークピースとの間の円弧状係合線の変化を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１〜図１１は、ワークピースの改良された機械加工方法、特に旋削加工を説明する目的で提供されている。
【００３４】
一般的に、前記ワークピース１０から材料を切削する（例えば、ワークピース１０に凹部、溝、または他の形状を形成する）ために、ワークピース１０を回転させ、回転するワークピース１０に接触するように切削工具１２を移動させる。
【００３５】
以下に更に詳細に述べるように、この方法は、切削工具１２の切削ヘッド２０がワークピース１０から第１部分を切削するように、ワークピース１０に対して工具１２を第１の方向に移動させる（切削工具の第１「行程」と呼ばれる）切削サイクルを伴う。次に、ワークピースから第２部分を切削するために、ワークピース１０に対して工具１２を第２の方向に移動させる（切削工具の第２「行程」と呼ばれる）。サイクルが所望により繰り返され、その結果、例えば切削工具１２の連続する行程により、材料が徐々にワークピース１０から除去される。
【００３６】
例示的な実施形態では、この方法は、図１１に示すように、ワークピース１０の所望の位置（例えば、ワークピース１０の未加工面）から相当部分を除去するために、荒加工に（すなわち、仕上げ加工の対照として）用いられる。
【００３７】
この方法は自動化されており、ワークピース１０上の所定の位置に所定の特徴部または形状を作成するために、電子制御システムが、切削サイクルの間のワークピース１０に対する切削工具１２の運動を制御するようにプログラムされている。
【００３８】
図１〜図５は、ワークピース１０に対する工具１２の第１行程の例を図示している。
【００３９】
図１では、工具１２は静止しており、ワークピースに係合するようにいつでも移動させられる状態にある（図２を参照）。この実施形態では、この第１運動は、（図１〜図５に上方に示すように）ワークピースの回転軸線に対して略軸方向の動きである。工具１２とワークピース１０との間の初期係合の間、工具１２は、時には「転動切削」とも呼ばれる工程では、切削ヘッド２０がワークピースに切り込んでいるときに（図３を参照）湾曲の軌道をたどるように制御される。次に、（時には「切削解除移動」とも呼ばれる）ワークピースからの工具１２の離脱前に（図５を参照）、切削ヘッド２０がワークピースの一部分に沿って切削を行うように、工具１２を横方向に移動させる（図４を参照）（時には「切削移動」とも呼ばれる工程）。
【００４０】
図６〜図１０は、ワークピース１０に対する工具１２の第２行程、すなわち「逆方向の」行程の例を図示している。最初に工具１２は、第１行程の終端でのワークピース１０からの離脱後に静止し（図６を参照）、次に、第１行程と同様であるが、第１行程とは反対の方向で切込みが行われるように工具を移動させる（図７を参照）。それゆえ、工具１２を転動切削させ（図８を参照）、次に、ワークピースからの工具の離脱前に（図１０を参照）、ワークピースの一部分に沿って別の切削を行うために工具１２を横方向に移動させる（図９を参照）。
【００４１】
図で分かるように、第２行程は、第１行程の方向と反対または実質的に反対の方向で行われる。工具１２の各行程の方向を入れ替えることにより、コイル屑発生（しばしば「巻き付き（ｗｒａｐ  ａｒｏｕｎｄ）」と呼ばれる）の可能性を大幅に低減する。それゆえ、従来の旋削技術と比較すると、削屑が接触することによる回転するワークピース１０表面の摩耗するリスクが著しく低減される。
【００４２】
図３と図４または図８と図９との比較から分かるように、工具１２の切削運動は、直線運動である（例えば、切削ヘッド２０が真っ直ぐな軌道をたどる）。例示的な実施形態では、工具１２の切削運動の送り速度が高く、例えば、１００％最適な送り速度である。
【００４３】
工具の各行程では、ワークピースから所定の切削深さまでを除去する。図示の実施形態では、各行程で同じ切削深さが達成される。他の実施形態では、第２行程は、第１行程（など）とは異なる深さ（例えば、より深い深さ）で切削するように制御されてもよい。しかしながら、各実施形態では、複数の切削サイクルを用いて特徴部を作成することが望ましく、これらの切削サイクルでは、各行程によりワークピースから材料の薄肉を除去し、その結果、（例えば、図１１に示すように）特徴部が徐々に形成される。これにより、工具負荷を軽減する。
【００４４】
図示の実施形態では、切削ヘッド２０は、交互に用いられる第１切削面１６および第２切削面１８を有する、すなわち、第１切削面１６が第１行程および第３行程で用いられ、第２切削面１８が第２行程および第４行程などで用いられる。これにより、工具の寿命を著しく改善する。
【００４５】
図示の実施形態では、切削工具１２の切削ヘッド２０が丸みを帯びており、同じ一定の半径の第１切削面１６および第２切削面１８を提示する。特に、切削工具１２は一定の半径の湾曲した切削面１６，１８を有し、切削面１６，１８の第１部分／円弧部が第１行程で用いられ、第２部分／円弧部（例えば、第１部分の反対側）が第２行程で用いられる。この実施形態では、工具１２が略半球形の切削ヘッド２０を有する。
【００４６】
図１〜図５と図６〜図１０との比較から分かるように、切削サイクルの第１行程については、ワークピース１０上の第１位置（例えば、所定域１４の一方の側）で切込みが行われるように工具１２を移動させ、切削サイクルの次の行程については、第１位置から離れた、ワークピース１０上の第２位置（例えば、所定域１４の反対側）で切込みが行われるように工具１２を移動させる。
【００４７】
好適には前記第１位置と前記第２位置との間の中間位置、例えば、前記第１位置と前記第２位置との間の距離の２５％〜７５％の範囲にある位置（第１位置と第２位置との間の中間点など）において第１行程で切削解除されるように工具１２を移動させる。２つの「切込み」位置の間にある工具１２を離脱させることにより、工具が各行程で移動している方向の所定域１４の境界線を気にすることなく、速い送り速度、例えば、１００％通常の送り速度で切削解除されるように移動させることができる。そのように、好ましい実施形態について、第１行程では、所定域１４を横切って切削しない。その代り、工具１２は、所定域１４の反対側に到達するよりかなり前に第１行程で退避させる。
【００４８】
工具１２の切削解除運動の送り速度は、工具１２の切込み運動の間の送り速度よりも高く、例えば、１００％最適な送り速度であってもよい。これにより、全体の工程時間が短縮される。
【００４９】
好適には、制御システムは、第１行程については、工具をワークピースに係合させるために、また、工具が転動切削しているときに（例えば、既知の半径に従う）規定の湾曲の軌道をたどるように制御されるためにプログラムされてもよい。それゆえ、工具の切削面１６は、切削面１６が所定域１４の範囲内の所望の切削深さに到達する（すなわち、直線切削加工の準備が整う）まで、制御された軌道をたどるようにプログラムされている。次に、切削工具１２は、（「切削の」）真っ直ぐな／直線状の軌道をたどるように制御され、工具の切削面１６がワークピースに係合し、前記予め設定された切削深さに沿って移動する。
【００５０】
好適には、制御システムは、コイル屑発生の可能性を低減するとともに、工具への温度負荷を軽減する（その結果、工具の寿命を更に改善する）ために、工具１２が転動切削しているときに（すなわち、工具が必要とされる切削深さに到達する、または同行程の直線切削加工の開始点に到達するまで）、ワークピース１０から除去される材料の厚みを制御する目的でプログラムされてもよい。
【００５１】
例示的な実施形態では、（例えば、厚みが薄すぎる場合に）コイル屑発生の可能性を低減するため、また（例えば、厚みが厚すぎる場合に）工具破損の可能性を低減するために、（しばしば「切屑の厚み」と呼ばれる）ワークピース１０から切削されている材料の厚みが、所望の厚みの範囲内に留まるように制御される。特定の材料については、「薄すぎる」と「厚すぎる」との間の許容範囲（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）が、僅か０．０５ｍｍ程度であるかもしれない。手動ではこのような制御を達成できないことが理解されよう。特定の材料については、除去される材料がコイル屑を形成し始めるときにその材料の破断を誘起する切屑の厚みを選択することができる。
【００５２】
例示的な実施形態では、制御システムは、切屑の厚みを制御するために、切削サイクルの間、送り速度を制御するようにプログラムされている。例示的な実施形態では、切削工具１２は、工具１２が転動切削しているときに既知の湾曲（例えば、既知の半径）の軌道をたどるようにプログラムされており、その間、工具が前記既知の湾曲の軌道に沿って転動切削しているときの切屑の厚みを制御するために、送り速度が変化するようにプログラムされている。
【００５３】
より詳細には、工具１２が転動切削しているときの送り速度は、切削工具１２の切削面１６，１８とワークピース１０との間の円弧状係合線に関連して変化するようにプログラムされてもよい。
【００５４】
次に、図１２〜図２６を参照しながら、例示的な方法について更に詳細に説明する。
【００５５】
切削サイクルにおける各行程は、切削ヘッド２０をワークピースに係合させるために、切削工具１２のワークピース１０方向への運動を制御する（図１２にのみ２２で示す）制御システムにより開始する。次に、切削ヘッド２０がワークピースに切り込むように、ワークピースに対して工具１２を移動させる。より詳細には、ワークピースとの初期係合の後、工具１２の運動が転動切削するように制御され、切削ヘッド２０がワークピースに切り込むように予め設定された湾曲の軌道をたどる。切削ヘッド２０は、所定の切削深さで所定の位置に到達するまで、湾曲した軌道をたどる。次に、切削ヘッド２０は、切削ヘッド２０のワークピース１０からの離脱前に、前記所定の切削深さで工具１２の切削面をワークピースに係合させた状態で直線方向に移動するように制御される。
【００５６】
図１２〜図２６では、湾曲２６の点線は、切削工具１２が、例えば、本発明に従う直前の切削サイクルの結果として切削工具１２により残された湾曲面に切り込むようにプログラムされているワークピース上の露出面を表しているのに対して、湾曲２４の実線は、制御システム２２が本発明に従う切削サイクルで切削工具１２を用いてワークピース１０に作成するようにプログラムされている面を表している。
【００５７】
図を簡単にするために、図１２〜図２６には切削工具１２の切削ヘッド２０の一部のみを示している。より詳細には、図１２〜２６の各々は、例えば、切削ヘッド２０とワークピース１０との間の円弧状係合線２８により画定される、切削ヘッド２０の扇形の部分を示している。図１２〜図２６に見られるように、円弧状係合線２８の長さは、ワークピース１０に対する切削運動の間の工具１２の位置によって決まる。
【００５８】
図１２は、ワークピース１０との初期係合点またはその係合点の直後（すなわち、工具１２がプログラム面２４を生成するために転動切削を開始するとき）の工具１２の位置を表している。切削ヘッド２０は一定の半径の湾曲した切削面を有し、切削面とワークピースとの間の円弧状係合線２８は、ワークピース１０との接線接触点から露出面２６との最終係合点にわたって延びる。
【００５９】
図１３により、工具１２が更に転動切削しており、円弧状係合線２８（すなわち、工具と所望の面２４との接線接触点と工具が露出面２６と接触する点との円周距離）が増加していることが分かる。図１４では、工具１２がまた更に転動切削しており、円弧状係合線２８の長さが更に増加している。この増加は図１５〜図１８まで持続する。しかしながら、実質的に所定の湾曲の軌道に沿って工具１２を移動（転動切削）させた後、円弧状係合線は、（例えば、図２０に示すように）工具が所定の切削深さで所定の位置に到達して直線運動を開始すると、（例えば、図１９に示すように）やがて減少し始める。
【００６０】
工具１２をワークピース１０に係合させる前（すなわち、円弧状係合線２８の長さがゼロであるとき）の送り速度は高く、例えば、特定の適用では約０．６ｍｍ／回転である。しかしながら、制御システム２２は、プログラム面２４を作成するために工具を移動させながら、工具１２とワークピース１０との間の円弧状係合線２８との関連で送り速度を変更するようにプログラムされている。
【００６１】
一般に、円弧状係合線が増加するにつれて、送り速度を減少させる。それゆえ、例示的な実施形態では、第２円弧状係合線が第１円弧状係合線よりも大きい場合、第１円弧状係合線に対する送り速度は、第２円弧状係合線に対する送り速度よりも大きい。図１２〜図１８については、所定の湾曲の軌道のこの特定部分の間に円弧状係合線３４の長さが増加することが知られているので、送り速度が工具の運動の間に減少するようにプログラムされている。しかしながら、図１９および図２０については、軌道３０のこの部分に沿ったこの工具の運動により、円弧状係合線の長さが減少することが知られているので、送り速度が増加するようにプログラムされている。
【００６２】
このように送り速度を制御することにより、工具１２が転動切削しているときにワークピース１０から除去される材料の厚みを制御することができ、コイル屑発生の可能性を低減するとともに、工具への温度負荷を軽減する（その結果、工具の寿命を更に改善する）。特定の材料については、「薄すぎる」（コイル屑の維持につながる）と「厚すぎる」（工具破損を生じさせる）との間の許容範囲が、僅か０．０５ｍｍ程度であるかもしれない。手動ではこのような複雑な制御を達成できないことが理解されよう。
【００６３】
上記のように、工具１２の直線切削運動の間の（すなわち、切削ヘッド２０が露出面２６において所望の切削深さでワークピース１０部分に沿って真っ直ぐに走行している状態での）送り速度が、機械および使用する材料の種類に最適な水準に設定されてもよい。この送り速度は、典型的には工具１２が転動切削しているときの送り速度よりも更に高い。
【００６４】
それから、工具１２を第１行程の終端でワークピースから離脱させる。例示的な実施形態では、急に切削解除されるように工具を移動させる、例えば、（転動切削解除とは対照的に）ワークピースから離れてすぐに直線方向に離脱させる。図２１は、第１行程の間、切削直線運動の方向に実質的に直交する方向に工具を離脱させる例を示している。この工具は、露出面２６とプログラム面２４との間の遷移領域３０から離れる。このような実施形態では、次に、工具が第１行程の終端に残された材料３０に接近しているときにコイル屑の発生するリスクを低減するために、第２行程での切削解除運動が制御される。特に、第２行程での送り速度は、切屑の厚みを制御し、第２行程の終端でのコイル屑発生の可能性を低減するために、工具が第１行程の終端に残された材料を通過しているときに（例えば、工具の転動切削時で述べた方式と同様の方式で）変化するようにプログラムされている。これはつまり、第２行程での送り速度が、工具と材料３０との間の円弧状係合線が減少するにつれて増加するようにプログラムできることを意味する。図２２は、切削工具１２が領域３０に接近しているときの切削工具の直線方向（図面で見て右方向）への運動を示している。図２２〜図２５間の比較により、切削ヘッド２０と領域３０との間の円弧状係合線は、すべての領域が完全に除去される（図２６を参照）まで、切削工具１２の更なる直線運動に伴い減少することが分かる。そして、その除去完了の後、（例えば、第２行程の間、切削直線運動の方向に実質的に直交する方向に）工具を離脱させる。
【００６５】
この場合も同様に、円弧状係合線の変化に関連して送り速度を制御することにより、結果として切屑の厚みが制御され、コイル屑発生の可能性を低減する。手動ではこのような複雑な制御を達成できないことが理解されよう。
【００６６】
本発明の実施により、コイル屑の発生を大幅に抑制し、その結果、工具の寿命を改善するだけでなく、旋削加工の間の手動介入の必要性を低減するとともに、全体的な効率を改善することが判明している。
【００６７】
本明細書に記載の方法は、例えば、ガスタービンの構成部品（例えば、ガスタービンディスク、ケーシング、リングなど）の製造における、耐熱超合金およびチタンなどの材料の機械加工に特に適している。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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