(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブランク（１）からフライス工具によって完成部分（２）を製造するためのフライス切削法において、
フライス工具を連続的な渦巻状のガイド軌道（７）に沿って、ブランク（１）の外側輪郭から完成部分（２）の輪郭部（２′）まで移動させ、材料を常に取り除きながらブランク（１）から完成部分（２）まで連続的にガイド軌道（７）の形状を変化させ、連続的なガイド軌道（７）を、平らな渦巻状の２次元のガイド軌道（７）として構成し、フライス工具を、ブランク（１）のプロフィールラインと完成部分（２）のプロフィールライン（２′）との間の第１の渦巻状の２次元のガイド軌道（７）に沿って連続的に移動させ、これによって材料から薄片を連続的に取り除き、次いでフライス工具を再びブランク（１）のプロフィールラインに戻して、完成部分（２）の長手方向軸線に沿って送り、別の渦巻状の２次元のガイド軌道（７）に沿って薄片を材料から、完成部分（２）のプロフィールライン（２′）まで連続的に取り除き、この過程を、完成部分（２）が全長に亘ってフライス切削されるまで、繰り返し行い、前記フライス切削法をタービン翼の製造のために用いることを特徴とする、フライス切削法。
【請求項２】
完成部分（２）の長手方向軸線に沿った連続的な渦巻状の２次元の複数のガイド軌道（７）をそれぞれ同じにする、請求項１記載のフライス切削法。
【請求項３】
完成部分（２）の長手方向軸線に沿った連続的な渦巻状の２次元の複数のガイド軌道（７）をそれぞれ異なったものにする、請求項１記載のフライス切削法。
【請求項４】
ブランク（１）からフライス工具によって完成部分（２）を製造するためのフライス切削法において、
フライス工具を連続的な螺旋状又は渦巻状のガイド軌道（７，７′）に沿って、ブランク（１）の外側輪郭から完成部分（２）の輪郭部（２′）まで移動させ、材料を常に取り除きながらブランク（１）から完成部分（２）まで連続的にガイド軌道（７，７′）の形状を変化させ、連続的なガイド軌道（７，７′）を平らな渦巻状の２次元のガイド軌道（７）及び螺旋状の３次元のガイド軌道（７′）として構成し、
フライス工具を完成部分（２）の長手方向で、第１の３次元の螺旋状のガイド軌道（７′）に沿って移動させ、完成部分（２）の終端部に達してから、渦巻状の２次元のガイド軌道（７）に沿って、その下に位置する３次元の螺旋状のガイド軌道（７′）まで移動させ、次いでこの３次元のガイド軌道に沿って逆方向で移動させ、この過程を、完成部分（２）のプロフィール（２′）が得られるまで何度も繰り返し行い、前記フライス切削法をタービン翼の製造のために用いることを特徴とする、フライス切削法。
【請求項５】
ブランク（１）から完成部分（２）への全切削作業を、ブランク（１）を１回緊締するだけで行う、請求項１から４までのいずれか１項記載のフライス切削法。
【請求項６】
フライス切削法のためにセラミックフライス工具を使用する、請求項１から５までのいずれか１項記載のフライス切削法。
【請求項７】
請求項１記載の、２次元で連続的に渦巻状に延びるガイド軌道（７）を形成する方法において、
まず、完成部分（２）のプロフィール（２′）とブランク（１）のプロフィールとの間に延びる静電的な電気力線（３）に等しい第１の補助線（３）を形成し、この第１の補助線（３）によって、ブランク（１）のプロフィールと完成部分（２）のプロフィールとの間の静電的な電位の連続的変化に等しい、ブランク（１）のプロフィールから始まって、完成部分（２）を連続的かつ渦巻状に回って、完成部分（２）のプロフィール（２′）まで達する渦巻状のガイド軌道（７）を形成することを特徴とする、２次元で連続的に渦巻状に延びるガイド軌道を形成する方法。
【請求項８】
請求項１記載の、２次元で連続的に渦巻状に延びるガイド軌道（７）を形成する方法において、
まず、完成部分（２）のプロフィール（２′）とブランク（１）のプロフィールとの間に延びる静電的な電気力線（３）に等しい補助線（３）を形成し、
完成部分（２）の周囲に延びる静電的な等電位線（６）に等しい別の補助線（６）を形成して、等電位線（６）を局所的に変化させることによって、個別の等電位線（６）間の接続を形成し、互いに接続された等電位線が渦巻状のガイド軌道（７）を形成することを特徴とする、２次元で連続的に渦巻状に延びるガイド軌道を形成する方法。
【請求項９】
請求項４記載の、３次元で連続的に螺旋状に延びるガイド軌道（７′）を形成する方法において、
ブランク（１）の面と完成部分（２）の面との間に延びる静電的な電気力線に等しい補助線を形成し、この補助線によって、完成部分（２）の面とブランク（１）の面との間の電気力線に対する等電位面に等しいガイド面を形成し、前記等電位面に沿って、螺旋状のガイド軌道（７′）を形成する３次元の螺旋曲面を形成することを特徴とする、３次元で連続的に螺旋状に延びるガイド軌道を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ブランクから完成部分に連続的に近づけることによって常に材料を取り除きながら、任意のブランクからフライス工具によって任意の完成部分を製造するためのフライス切削法、並びにフライス切削法において使用されたフライス工具のためのガイド軌道を形成するための方法に関する。またこの方法は特に、タービン翼を製造するために使用される。
【背景技術】
【０００２】  フライス切削法の従来技術について、タービン翼の製造方法を用いて説明する。【０００３】
種々異なる大きさのタービン翼は例えば直方体のブランク（素材）から製造される。このために、まず粗い多角形状の第１のプロフィール状に近づけるために、ブランクの平らな部分及び角縁がフライス切削される。次いでフライス工具が、それぞれ等間隔の面に沿って延びる多数のガイド軌道又はガイド軌道部材に沿って移動させられる。このような等間隔の多数の面をフライス切削することによって、完成部分の形状が段階的に得られる。この場合、ガイド軌道は不連続の点及び／又は曲線区分によって規定されている。
【０００４】  この方法に従って、翼は少しつつ、工具を頻繁に離反させ（遠ざけ）またあらたに当てつけながら完成される。これによって、フライス工具は長時間空気中を移動し、この空気中を移動している間は切削加工が行われない。フライス切削速度を高めることによる加工時間の短縮は、これに関連して使用されたフライス工具の加工時間減少によって制限される。このような従来のフライス切削法においてはセラミック製の工具の使用は不可能である。何故ならば、従来のフライス切削法においては、フライス軌道は、工具を頻繁に離反及び当てつけることによって、フライスプロセスの不安定で断続的な経過を引き起こすことになるからである。セラミックは、公知のように壊れやすく、フライス工具はフライス軌道に沿ってしばしば衝撃を受けるので、セラミックはこのようなフライス切削法には適していない。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  そこで本発明の課題は、任意のブランクから任意の輪郭を形成するためのフライス切削法で、以上述べたような方法における欠点を避けることができるような方法を提供することである。特に本発明の課題は、ワークの加工時間を短縮し、フライス工具を大切に扱い、摩耗を少なくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決した本発明の方法によれば、工具を、ブランクから連続的に任意の輪郭の所望の完成部分まで延びる螺旋状又は渦巻状のガイド軌道に沿って移動させるようにした。
【発明の効果】
【０００７】
【発明の効果】
このような螺旋状又は渦巻状のガイド軌道は、ブランク及び完成部分の輪郭とは無関係に、それぞれの形状のワーク（工作物）に設定することができる。フライス工具は、このような形式のガイド軌道に沿って移動させられ、これによって、同様に基本的に螺旋状又は渦巻状である連続的なフライス軌道が形成される。その結果得られるフライス軌道は、フライス工具を傾斜させることによって連続的に延びるガイド軌道からそらすことができるが、この場合は連続性が維持されなくなる。螺旋状又は渦巻状のガイド軌道は、ワークから材料を常に取り除きながら連続的な形状変化を可能にし、この際に工具は一度当てつけるだけでよい。これによって完全なフライス切削過程を、ワークを１回緊締するだけで実施することができる。螺旋状又は渦巻状のガイド軌道は、突然の方向変化なしに、緩やかでスムーズに移行していることを特徴としている。これは、突然の加速及びひいては振動なしに、ワークと工具とを調和して移動させるための前提条件である。このために、工具及びワークの速度は、ガイド軌道の湾曲面に合わせられる。
【０００８】
本発明による方法の主要な利点は、ワークの加工時間を短縮し、ひいては製造コストを安価にするという点にある。これは第１に、材料を連続的に取り除くことに帰因している。公知の方法と比較して、時間単位当たりの材料取り除き容積は大きい。なぜならば工具が空間中を移動する時間は非常に短いか、またはまったくないからである。ワークは１回緊締させるだけでよいので、全加工時間はさらに短縮される。これによって１組の緊締箇所が必要とされるだけであるので、本発明の方法はさらに簡略化される。
【０００９】  本発明のその他の利点は、穏やかな工具ガイドが設けられているという点にある。これによって工具がぶつかることは避けられ、ひいてはセラミック工具を使用することが可能となる。耐熱性に基づいて高いフライス切削速度が実現され、ひいてはフライス切削時間のさらなる短縮が得られる。本発明によるフライス切削法は、５軸又は４軸式の工作機械で用いることができる。この場合、使用される軸の数は、面湾曲の複雑さに関連している。緊締箇所等の簡単な部分が４軸式で切削することができ、これに対して、ねじられたタービン翼の製造のためには５軸に沿ったフライス切削が必要である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  次に本発明の実施の形態を図示の実施例を用いて具体的に説明する。
【００１１】
本発明によるフライス切削法を説明するために、まずそのために使用されたガイド軌道を形成するための方法について説明する。２次元の場合には、このガイド軌道から直接的に螺旋状又は渦巻状のフライス切削軌道が得られる。３次元の場合には、この得られたガイド軌道はガイド面を形成するために用いられ、このガイド面上にガイド軌道の多数の変化例が得られ、フライス切削軌道が実現される。図１には、ブランク１の輪郭の断面図、並びに得ようとする、完成されたタービン翼２の輪郭形状が示されている。
【００１２】
図１ａにはワークのブランク１の、図１と同じ断面図及び、プロフィール（断面形状）若しくは翼形(Profil）２′を有する、完成されたタービン翼２の断面図が示されている。螺旋状のガイド軌道を規定するために、まず、完成されたタービン翼２のプロフィールライン２′とブランク１のプロフィールラインとの間に補助線３が入れられる。図示の実施例では、この補助線３は同時に、タービン翼２のプロフィールライン上の仮想の電荷４と、この電荷４に向き合う、ブランク１のプロフィールライン上の仮想の電荷との間に延びている。図１ｂは、完成されたタービン翼２のプロフィール２′を有する同じブランク１を示している。静電学に基づいて別の補助線６が、翼プロフィールとブランクのプロフィールとの間に設けられている。これらの補助線６は、それぞれ図１ａの電気力線としての補助線３に対して垂直に延びている等電位線６に相当する。その電位値に応じて補助線６は、ガイド軌道に沿って急激な方向変化なしに、ブランクの形状から完成形状に穏やかに近づくようになっている。
【００１３】
ブランクから完成部分への螺旋状の連続的なガイド軌道は、個別の等電位線を局所的に変化及び接続することによって得られるので、図１ｃに示されているようにガイド軌道７が得られる。このガイド軌道７は、ブランクプロフィールから開始して、所望のプロフィール２′に常に接近しながらこのプロフィール２′を閉鎖することによって、完成された翼プロフィールの周囲を常に循環しながら延びている。この場合、ガイド軌道７は、ブランク１の外側の空間（空気中）を通ることはない。この方法の変化実施例では、本発明によるガイド軌道を形成するために、図１ｂの補助線３つまり静電的な電気力線と類似の補助線３から始まっている。等電位線の代わりに、螺旋状の関数が得られる。この螺旋状の関数は、２つのプロフィールライン間の静電的な電位の連続的変化と等しく、ブランクのプロフィールから完成部分のプロフィールに次第に近づいている。
【００１４】  ３次元的なワークでは、本発明によるフライス切削法のためのガイド軌道は、種々異なる変化実施例に従って生ぜしめられる。図２ａでは、図１ｃに示された２次元的なガイド軌道７が繰り返しずらして使用されている第１変化実施例が示されている。タービン翼はこのガイド軌道に追従して輪切り状にフライス切削される。この場合、各螺旋形状又はフライス切削された薄片の幅はフライス工具の幅に相当する。この幅に亘って、つまり螺旋状の平らなガイド軌道に沿って、完成部分の所望のプロフィール面(Profilflaeche)までフライス切削される。工具は次いでワークから離されて、次の平らな螺旋軌道又は取り除こうとする薄片の始端部に移動される。これは、翼がその全長に亘ってフライス切削されるまで繰り返し行われる。
【００１５】
図２のａには、タービン翼の全長に亘っての、同一の平らな螺旋状曲線７の繰り返しが示されている。平らな螺旋状曲線は、それぞれの２次元的な螺旋状曲線がタービン全長に亘って変えられていることによって、ねじられたタービン翼に使用することができる。図２のｂには、３次元的なガイド軌道７が示されており、このガイド軌道７は、ブランクの面と完成部分の面との間の等電位面に等しい、３次元の螺旋状曲線として生ぜしめられている多数のガイド面のうちのそれぞれ１つのガイド面上にある。このガイド軌道７は、タービン翼の場合には翼の長手方向に延びている。長手方向で螺旋状曲線７′の終端部において、この螺旋状曲線７′の下側に位置する等電位面は平らな螺旋状曲線７内で得られる。これは２重螺旋で示されている。フライス切削時に、螺旋状曲線は同期フライス切削及び対向フライス切削を用いることによってそれぞれ交互の方向に形成され、それによって連続的な材料取り除きが行われる。
【００１６】  ガイド軌道の算出後に、工具軸線の調整を規定しなければならない。これは、２次元の加工時には、それぞれ所定の接触点の螺旋状曲線における接線ベクトルと加工面の垂直ベクトルとのクロス乗積(Kreuzprodukt）によって行われる。次いで工具軸線はベクトルに関連して、このクロス乗積から当てつけ角度若しくはプランジ角度(plunge angle）だけ送り方向に傾けられる。３次元の場合には、工具軸線の整列は、接触点における等電位線の垂線ベクトルによって行われる。次いで工具軸線は、この垂線ベクトルに関連して当てつけ角度（プランジ角度）だけ送り方向に傾けられ、この際に工具軸線は付加的に側方で傾けてもよい。
【００１８】  図２のａに示した第１変化実施例による２次元のガイド軌道を用いた輪切り状の加工は、４つの軸によって規定されたフライス切削軌道に沿って行われ、３つの直線的な(linear)軸線と１つの回転軸線とを有する機械によって実施される。第２及び第３の変化実施例による３次元の加工のためには、３つの直線的な軸線と２つの回転軸線とを有する機械を必要とする。フライス盤のそれぞれの運動学（Kinematik）に従ってフライス工具がブランクを巡って循環回転せしめられ、ブランクが１つの回転軸線上でフライス工具の下側で回転せしめられるか、又はこれら２つの可能性の組合せに従ってフライス切削される。本発明による方法は、荒切削のためにも精（仕上げ）切削のために同様に使用することができる。精切削のために、本発明による方法は、緩やかなフライス切削軌道のおかげで高速研削（hgh speed cutting)が可能である。この場合に得られる時間単位毎の取り除き（切削）容積は、より大きい。何故ならば本発明によるフライス切削法は迅速であって、材料が常に切削によって取り除かれることによって効率的だからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  タービン翼の典型的なプロフィールを有する方形のブランクの断面図である。
【図１ａ】  ２次元の螺旋状のガイド軌道を形成するための第１の補助線を有する、ブランク及び完成されたタービン翼の夫々の横断面図である。
【図１ｂ】  ２次元の螺旋状のガイド軌道に接近するための別の補助線を有する、ブランク及び完成されたタービン翼の夫々の横断面図である。
【図１ｃ】  本発明による２次元の螺旋状のガイド軌道を有する、ブランク及び完成されたタービン翼の夫々の横断面図である。
【図２】  本発明による螺旋状のガイド軌道を形成するための種々異なる変化例であって、ａは、ガイド軌道が２次元の平らな螺旋状の連続より成っている、完成されたタービン翼及びブランクのそれぞれの３次元的な輪郭を示す概略図、ｂは、ガイド軌道が、ワーク端部に達した後で長手方向で互いに異なる方向に延びる、タービン翼の３次元的な螺旋状（２重螺旋）より成っている、完成されたタービン翼及びブランクのそれぞれの３次元的な輪郭を示す概略図である。
【符号の説明】  １  ブランク、  ２  タービン翼、  ２′  タービン翼のプロフィール（翼断面形状）、  ３  第１の補助線、電界線、  ４  第１の電荷、  ５  第１の電荷４と向き合う電荷、  ６  等電位線、  ７  螺旋状軌道、二次元平面、  ７′  ２重螺旋軌道、二次元平面
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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