(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスク部をロータ軸方向において多段に有するタービンロータを、ロータ軸周りに回転させて、ロータ軸方向において隣接した前記ディスク部間にロータ周方向に沿って形成された環状溝の内周面を、旋削工具によって旋削するようにしたタービンロータ加工用旋盤において、
ロータ径方向及びロータ軸方向に移動可能に支持され、前記環状溝の開口部を通過して当該環状溝内に挿入される移動部材と、
前記移動部材の先端部に、ロータ径方向及びロータ軸方向と直交する旋回軸周りに旋回可能に支持され、前記旋削工具を、前記旋削工具が前記開口部を通過して前記環状溝内に挿入可能となる挿入位置と、前記旋削工具が前記環状溝の前記内壁面を旋削可能となる加工位置との間において、旋回させる旋回部材とを備える
ことを特徴とするタービンロータ加工用旋盤。
【請求項２】
請求項１に記載のタービンロータ加工用旋盤において、
前記旋削工具が前記挿入位置及び前記加工位置に位置決めされるように、前記旋回部材を割り出す割り出し部材を備える
ことを特徴とするタービンロータ加工用旋盤。
【請求項３】
ディスク部をロータ軸方向において多段に有するタービンロータを、ロータ軸周りに回転させて、ロータ軸方向において隣接した前記ディスク部間にロータ周方向に沿って形成された環状溝の内周面を、旋削工具によって旋削するようにしたタービンロータ加工方法において、
前記旋削工具を、前記環状溝の外側において、前記旋削工具が前記環状溝の前記内壁面を旋削可能となる加工位置に旋回させ、
前記加工位置に旋回した前記旋削工具の刃先位置を、前記環状溝における開口部の位置に基づいて設定された原点位置に一致させ、
前記旋削工具を、前記加工位置から、前記旋削工具が前記開口部を通過して前記環状溝内に挿入可能となる挿入位置に旋回させた後、前記開口部を介して前記環状溝内に挿入し、
前記旋削工具を、前記環状溝内において、前記挿入位置から前記加工位置に旋回させる
ことを特徴とするタービンロータ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンロータを旋削するためのタービンロータ加工用旋盤及びタービンロータ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンや蒸気タービン等の各種タービンに用いられるタービンロータは、タービン翼によって発生させた回転トルクを用いることにより、発電機を駆動させる働きを持っている。このため、タービンロータには、円盤状のディスク部が、ロータ軸方向において所定の間隔で設けられており、これらのディスク部の外周面には、タービン翼が取り付けられるようになっている。
【０００３】
また、タービンロータにおける隣接したディスク部間には、環状溝がロータ周方向に沿って形成されている。このように、隣接したディスク部間に環状溝を形成することにより、例えば、タービンロータの軽量化を図るようにしている。そして、溝を旋削するための旋盤については、従来から種々提供されており、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１２７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、タービンロータの外周部に形成される環状溝の中には、開口部の溝幅が非常に狭いものが多くある。このため、旋削工具を、加工時の姿勢（取付向き）のままで、開口部に通過させることが困難となる場合がある。そこで、従来の旋盤では、環状溝内において、旋削工具を、加工時の姿勢に保持した状態で、機械側に取り付けるようにしている。
【０００６】
これにより、従来の旋盤においては、旋削工具を狭い環状溝内で取り付けることになるため、その取付作業が煩雑になってしまう。この結果、旋削工具の取付精度が低下してしまい、加工精度に悪影響を及ぼすだけでなく、加工する環状溝の数量の分だけ、そのような取付作業を行う必要があり、加工時間の増大を招くおそれがある。
【０００７】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、加工精度の向上及び加工時間の短縮化を図ることができるタービンロータ加工用旋盤及びタービンロータ加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する第１の発明に係るタービンロータ加工用旋盤は、
ディスク部をロータ軸方向において多段に有するタービンロータを、ロータ軸周りに回転させて、ロータ軸方向において隣接した前記ディスク部間にロータ周方向に沿って形成された環状溝の内周面を、旋削工具によって旋削するようにしたタービンロータ加工用旋盤において、
ロータ径方向及びロータ軸方向に移動可能に支持され、前記環状溝の開口部を通過して当該環状溝内に挿入される移動部材と、
前記移動部材の先端部に、ロータ径方向及びロータ軸方向と直交する旋回軸周りに旋回可能に支持され、前記旋削工具を、前記旋削工具が前記開口部を通過して前記環状溝内に挿入可能となる挿入位置と、前記旋削工具が前記環状溝の前記内壁面を旋削可能となる加工位置との間において、旋回させる旋回部材とを備える
ことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第２の発明に係るタービンロータ加工用旋盤は、
前記旋削工具が前記挿入位置及び前記加工位置に位置決めされるように、前記旋回部材を割り出す割り出し部材を備える
ことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第３の発明に係るタービンロータ加工方法は、
ディスク部をロータ軸方向において多段に有するタービンロータを、ロータ軸周りに回転させて、ロータ軸方向において隣接した前記ディスク部間にロータ周方向に沿って形成された環状溝の内周面を、旋削工具によって旋削するようにしたタービンロータ加工方法において、
前記旋削工具を、前記環状溝の外側において、前記旋削工具が前記環状溝の前記内壁面を旋削可能となる加工位置に旋回させ、
前記加工位置に旋回した前記旋削工具の刃先位置を、前記環状溝における開口部の位置に基づいて設定された原点位置に一致させ、
前記旋削工具を、前記加工位置から、前記旋削工具が前記開口部を通過して前記環状溝内に挿入可能となる挿入位置に旋回させた後、前記開口部を介して前記環状溝内に挿入し、
前記旋削工具を、前記環状溝内において、前記挿入位置から前記加工位置に旋回させる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
従って、本発明に係るタービンロータ加工用旋盤及びタービンロータ加工方法によれば、旋削工具を、挿入位置と加工位置との間で旋回可能とすることにより、旋削工具の取付作業を環状溝の外側で行うことができるため、旋削工具を、高精度で、且つ、短時間で取り付けることができる。これにより、加工精度の向上及び加工時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例に係るタービンロータ加工用旋盤の上面図である。
【図２】刃物取付板の拡大図である。
【図３】環状溝を旋削するときの動作図であって、（ａ）は旋削工具の刃先位置を原点位置に移動させたときの様子を示した図、（ｂ）は旋削工具を環状溝内に挿入させたときの様子を示した図、（ｃ）は環状溝の内周面を旋削工具によって旋削するときの様子を示した図である。
【図４】旋削加工後におけるタービンロータの軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るタービンロータ加工用旋盤について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１４】
先ず、図１に示したタービンロータ加工用旋盤１は、ガスタービンや蒸気タービン等の各種タービンに用いられるタービンロータ５０に対して、旋削加工を行うものである。
【００１５】
ここで、タービンロータ５０は、タービンロータ加工用旋盤１による旋削加工に先立って、別の加工装置を用いて、予め荒加工されている。つまり、旋削加工前におけるタービンロータ５０には、円盤状をなす複数のディスク部５１が、ロータ軸方向において所定の間隔で形成されると共に、環状溝５２が、ロータ軸方向において隣接した各ディスク部５１間にロータ周方向に沿って形成されている。即ち、タービンロータ加工用旋盤１は、ロータ径方向に深さを有する環状溝５２に対して、旋削加工を施すものとなっている。
【００１６】
そして、図１に示すように、タービンロータ加工用旋盤１には、荒加工後におけるタービンロータ５０が、ロータ軸周りに回転可能に支持されている。これに対して、タービンロータ加工用旋盤１におけるタービンロータ５０のロータ径方向外側には、刃物台１１が設けられている。この刃物台１１は、切り込み方向となるロータ径方向、及び、送り方向となるロータ軸方向において、移動可能に支持されている。
【００１７】
また、刃物台１１の前部には、薄平板状をなす刃物取付板（移動部材）１２が設けられている。この刃物取付板１２は、隣接したディスク部５１間の隙間や、環状溝５２の開口部５２ａにおけるロータ軸方向の溝幅内を、それらに接触することなく通過可能となるために、ロータ径方向に長尺な薄平板状部材となっている。
【００１８】
更に、図１及び図２に示すように、刃物取付板１２の先端部には、工具旋回部材（旋回部材）１３が、ロータ径方向及びロータ軸方向と直交する鉛直軸となる旋回軸Ｏ周りに旋回可能に支持されている。この工具旋回部材１３は、旋回軸部１３ａと工具取付部１３ｂとから構成されている。
【００１９】
具体的に、軸状をなす旋回軸部１３ａは、刃物取付板１２の先端部に、旋回軸Ｏ周りに旋回可能（回転可能）に支持されており、その旋回軸Ｏを旋回中心として、ロータ径方向に延在し、且つ、旋回軸Ｏを通る線上に設定された旋回位置（例えば旋回角度が０度となる旋回位置、後述する挿入位置ＰC）と、ロータ軸方向に延在し、且つ、旋回軸Ｏを通る線上に設定された旋回位置（例えば旋回角度が±９０度となる旋回位置、後述する加工位置ＰL，ＰR）との間において、旋回可能となっている。
【００２０】
そして、旋回軸部１３ａの上端には、ハースカップリングまたはキー等の割り出し部材１４が設けられている。つまり、旋回軸部１３ａは、割り出し部材１４によって、上記３つの旋回位置に対して割り出し可能となっている。更に、このように、旋回軸部１３ａを割り出し部材１４によって各旋回位置に割り出すことにより、当該旋回軸部１３ａを高精度に割り出すことができるだけでなく、旋回軸部１３ａの各旋回位置における支持剛性を向上させることができる。
【００２１】
また、工具取付部１３ｂは、旋回軸部１３ａの外周部から径方向外側に向けて突出するように形成されており、当該工具取付部１３ｂの先端部には、旋削工具Ｔが着脱可能に装着されている。この旋削工具Ｔは、旋削用のバイトとなっている。
【００２２】
従って、刃物台１１をロータ径方向及びロータ軸方向に移動させることにより、刃物取付板１２に取り付けられた旋削工具Ｔを、タービンロータ５０に対して、切り込み方向及び送り方向に移動させることができる。更に、工具旋回部材１３を旋回軸Ｏ周りに旋回させることにより、旋削工具Ｔを、旋回軸Ｏを旋回中心として、挿入位置ＰCと加工位置ＰL，ＰRとの間において、旋回させることができる。
【００２３】
そして、工具旋回部材１３は、挿入位置ＰC及び加工位置ＰL，ＰRに対応した各旋回位置に対して、割り出し部材１４によって高精度に割り出されるため、旋削工具Ｔも、その挿入位置ＰC及び加工位置ＰL，ＰRに対して、高精度に位置決めされることになる。更に、工具旋回部材１３は、各旋回位置における支持剛性が、割り出し部材１４によって向上されるため、旋削工具Ｔも、挿入位置ＰC及び加工位置ＰL，ＰRにおける支持剛性が、向上されることになる。
【００２４】
なお、加工位置ＰLは、挿入位置ＰCの左側（ロータ軸方向一方側）に設定されており、旋削工具Ｔが左旋回（ロータ軸方向一方側に旋回）したときに、その刃先が配置される位置となっている。一方、加工位置ＰRは、挿入位置ＰCの右側（ロータ軸方向他方側）に設定されており、旋削工具Ｔが右旋回（ロータ軸方向他方側に旋回）したときに、その刃先が配置される位置となっている。
【００２５】
このとき、旋削工具Ｔが割り出し部材１４によって挿入位置ＰCに位置決めされると、当該旋削工具Ｔは、刃物取付板１２とロータ径方向において一直状に配置されることになり、その刃物取付板１２と共に環状溝５２の開口部５２ａをロータ径方向に通過して、環状溝５２内に挿入可能となる。
【００２６】
一方、旋削工具Ｔが割り出し部材１４によって加工位置ＰL，ＰRに位置決めされると、当該旋削工具Ｔは、刃物取付板１２の長手方向と直交するようにロータ軸方向に延在して、刃物取付板１２からロータ軸方向外側に向けて突出することになり、環状溝５２の溝側面５２ｂ及び溝底面５２ｃを旋削可能となる。なお、溝側面５２ｂ及び溝底面５２ｃは、環状溝５２の内周面を構成している。
【００２７】
そして、タービンロータ加工用旋盤１には、ＮＣ装置（制御手段）２０が設けられている。このＮＣ装置２０は、環状溝５２の溝形状に応じて、タービンロータ５０の回転数、刃物台１１のロータ径方向及びロータ軸方向への移動、工具旋回部材１３（旋削工具Ｔ）の旋回、旋削工具Ｔの切り込み速度、切り込み量、送り速度、送り量等を、制御可能となっている。
【００２８】
次に、タービンロータ加工用旋盤１の加工動作について、図３及び図４を用いて説明する。
【００２９】
先ず、図３（ａ）に示すように、環状溝５２の外側において、旋削工具Ｔを刃物取付板１２に取り付けた後、その旋削工具Ｔを加工位置ＰLに自動旋回させる。続いて、刃物台１１をロータ径方向及びロータ軸方向に移動させることにより、旋削工具Ｔの刃先を、開口部５２ａの左側角部（ロータ軸方向一方側角部）に対向させる。
【００３０】
つまり、旋削工具Ｔによって、環状溝５２の左側（ロータ軸方向一方側）に位置する溝側面５２ｂ及び溝底面５２ｃを旋削するため、刃物台１１を移動させて、旋削工具Ｔの刃先位置を、開口部５２ａの左側角部の位置に基づいて設定された原点位置に一致させる。
【００３１】
次いで、図３（ｂ）に示すように、刃物台１１をロータ径方向及びロータ軸方向に移動させると共に、旋削工具Ｔを加工位置ＰLから挿入位置ＰCに自動旋回させることにより、刃物取付板１２及び旋削工具Ｔを、開口部５２ａ内に通過させて、環状溝５２内に挿入する。
【００３２】
そして、図３（ｃ）に示すように、旋削工具Ｔを、挿入位置ＰCから加工位置ＰLに自動旋回させる。その後、タービンロータ５０をロータ軸周りに回転させながら、刃物台１１をロータ径方向及びロータ軸方向に移動させて、旋削工具Ｔに対して、切り込みと送りとを与えることにより、溝側面５２ｂ及び溝底面５２ｃを旋削する。
【００３３】
更に、旋削工具Ｔを工具長が徐々に長くなるものに順次取り換えながら、上述した旋削動作を繰り返し行っていくことにより、左側の溝側面５２ｂ及び溝底面５２ｃに対する旋削が完了する。
【００３４】
また、環状溝５２の右側（ロータ軸方向他方側）に位置する溝側面５２ｂ及び溝底面５２ｃを旋削する場合には、刃物台１１を移動させて、旋削工具Ｔの刃先位置を、開口部５２ａの右側角部（ロータ軸方向他方側角部）の位置に基づいて設定された原点位置に一致させた後、上述した旋削動作を順次行えば良い。
【００３５】
よって、環状溝５２は、溝幅が、深さ方向において開口部５２ａから溝側面５２ｂまで一定となる溝から、溝側面５２ｂ間の溝幅が開口部５２ａの溝幅よりも広くなる溝に、加工されることになる。そして、図４に示すように、全ての環状溝５２に対して、旋削加工を行うことにより、タービンロータ５０に対する加工が完了する。
【００３６】
従って、本発明に係るタービンロータ加工用旋盤１及びタービンロータ加工方法によれば、旋削工具Ｔを、旋回軸Ｏを旋回中心として、挿入位置ＰCと加工位置ＰL，ＰRとの間で旋回可能とすることにより、旋削工具Ｔの取付作業を、当該旋削工具Ｔを環状溝５２（開口部５２ａ）内に挿入する前に行うことができるため、旋削工具Ｔを、高精度で、且つ、短時間で取り付けることができる。これにより、加工精度の向上及び加工時間の短縮化を図ることができる。
【００３７】
また、工具旋回部材１３を割り出し部材１４によって割り出し可能とすることにより、工具旋回部材１３の各旋回位置への割り出し、及び、旋削工具Ｔの挿入位置ＰC及び加工位置ＰL，ＰRに対する位置決めを、高精度に行うことができるだけでなく、工具旋回部材１３の各旋回位置における支持剛性、及び、旋削工具Ｔの挿入位置ＰC及び加工位置ＰL，ＰRにおける支持剛性を向上させることができる。これにより、工具旋回部材１３及び旋削工具Ｔは、加工時おける大きな切削負荷に対しても、耐え得ることができるため、加工条件の自由度を拡げることができる。
【００３８】
更に、旋削工具Ｔの取付作業を、環状溝５２の外側で行うことができるので、環状溝５２の内周面を旋削する際の加工基準となる原点位置を、環状溝５２の外側に設定することができる。これにより、原点位置がずれることがなく、当該原点位置を一定の位置に固定することができるので、旋削工具Ｔを工具長が徐々に長くなるものに順次取り換えながら、旋削を繰り返し行っても、加工精度の低下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係るタービンロータ加工用旋盤は、加工時間の短縮化を図ることができるため、加工費用の削減対策に、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１      タービンロータ加工用旋盤
１１      刃物台
１２      刃物取付板
１３      工具旋回部材
１３ａ    旋回軸部
１３ｂ    工具取付部
１４    割り出し部材
２０      ＮＣ装置
５０      タービンロータ
５１      ディスク部
５２      環状溝
５２ａ    開口部
５２ｂ    溝側面
５２ｃ    溝底面
Ｔ      旋削工具
ＰC     挿入位置
ＰL，ＰR    加工位置
Ｏ      旋回軸
【要約】
【課題】加工精度の向上及び加工時間の短縮化を図ることができるタービンロータ加工用旋盤を提供する。
【解決手段】ディスク部５１を多段に有するタービンロータ５０を回転させて、隣接したディスク部５１間に形成された環状溝５２の内周面を、旋削工具Ｔによって旋削するようにしたタービンロータ加工用旋盤１において、環状溝５２の開口部５２ａを通過して当該環状溝５２内に挿入される刃物取付板１２と、刃物取付板１２の先端部において旋回軸Ｏ周りに旋回可能に支持され、旋削工具Ｔを、旋削工具Ｔが開口部５２ａを通過して環状溝５２内に挿入可能となる挿入位置ＰCと、旋削工具Ｔが環状溝５２の内壁面を旋削可能となる加工位置ＰL，ＰRとの間において、旋回させる工具旋回部材１３とを備える。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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