(57)【要約】タービン軸（２）の外周にタービン翼脚を収容するための断面クリスマスツリー状溝（３）をフライス加工する方法において、まず初めに、３回の工程で、段階的に狭まっている断面クリスマスツリー状溝（３）の予備形状（１５）にフライス加工する。この予備形状（１５）から、段付き溝フランクにおけるアンダーカットにより特色づけられる断面クリスマスツリー状溝（３）の主要部を、倣いフライス（２１）によりただ１回の工具通過でフライス加工する。
2004507369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン軸（２）の外周部位にタービン翼脚を収容するための断面クリスマスツリー状溝（３）をフライス加工する方法において、まず複数回、特に３回の工程で、半径方向削込み方向（９）に溝フランクが段階的に狭まっている断面クリスマスツリー状溝（３）の予備形状（１５）に予めフライス加工し、該形状（１５）から、段付き溝フランクにおけるアンダーカットによって特色付けられる断面クリスマスツリー状溝（３）の主要部を、倣いフライス（２１）によって１回の工具通過でフライス加工することを特徴とする断面クリスマスツリー状溝のフライス加工方法。
【請求項２】
予備形状（１５）を、超硬合金刃（１７〜１９）を装着した複数のエンドミル（４、１０、１１）により段階的にフライス加工することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
軸方向（２４）に交互にずらして外周側に配置し且つその有効直径（２８〜３０）を段階づけた複数の刃先（２５〜２７）を有することを特徴とする請求項１又は２記載の方法を実施するための倣いフライス（２１）。
【請求項４】
各刃先（２５〜２７）が、交換可能な超硬合金チップ（３１〜３３）により形成されたことを特徴とする請求項３記載のフライス。
【請求項５】
チップ（３１〜３３）が回転チップであることを特徴とする請求項３又は４記載のフライス。
【請求項６】
段階づけられた有効直径（２８〜３０）における各段に、倣いフライスの全周にわたり、各々唯一の回転チップ（３１〜３３）が付属することを特徴とする請求項３から５の１つに記載のフライス。
【請求項７】
回転チップ（３１〜３３）の刃先（２５〜２７）が、フライス本体（２３）の軸から外周側に突出することを特徴とする請求項５又は６記載のフライス。
【請求項８】
異なった有効直径（２８〜３０）に各々付属するチップ（３１〜３３）が、フライス本体（２３）に円周方向（３４）に互いにずらして配置されたことを特徴とする請求項３から７の１つに記載のフライス。
【請求項９】
チップ（３１〜３３）が互いに３６０°の等分角だけずらされたことを特徴とする請求項８記載のフライス。
【請求項１０】
チップ（３１〜３３）の刃先（２５〜２７）を形成する両側刃（３５）が、互いにほぼ直角を成すことを特徴とする請求項３から９の１つに記載のフライス。
【請求項１１】
刃先（２５〜２７）を形成する両側刃（３５）の二等分線（３６）が、フライス回転軸線（２７）とほぼ直角を成すことを特徴とする請求項１０記載のフライス。
【請求項１２】
チップ（３１〜３３）が正方形の輪郭を有し、刃（３５）で囲まれた正方形の側面がチップ囲い面（３８）であり、１つの囲い面（３８）がすくい面を形成することを特徴とする請求項１０又は１１記載のフライス。
【請求項１３】
チップ（３１〜３３）が中央取付け孔付きの回転チップであり、該孔の中心線がチップ（３１〜３３）の囲い面（３８）に対しほぼ垂直に延びることを特徴とする請求項３から９の１つに記載のフライス。
【請求項１４】
回転チップ（３１〜３３）を収容して固定するため、フライス本体（２３）の外周に、ほぼ円環セグメントの形に形成され互いにずらして配置された膨出部（４０〜４２）を備えることを特徴とする請求項３から１３の１つに記載のフライス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、タービン軸の外周部位にタービン翼脚を収容するための断面クリスマスツリー状溝をフライス加工する方法に関する。また本発明は、この方法を実施するための倣いフライスに関する。
【０００２】
ガスタービンおよび蒸気タービンにおいて、運転中に遠心力によってタービン翼に作用する定常荷重を最適に受けるために、本質的に軸方向に押し込まれたタービン翼の固定に対して、断面クリスマスツリー状溝式取付け方式が利用されている。その遠心力は静的および動的な曲げ力として作用する。所謂断面クリスマスツリー状溝によるタービン翼の取付けは、複数のかみ合い歯を介して力を段階的に伝達する。タービン翼取付けに利用されるそのような断面クリスマスツリー状溝が湾曲しておらず、特に直線的である限りにおいて、その断面クリスマスツリー状溝はリーマ加工によって極めて簡単に製造できる。
【０００３】
しかし直線的な断面クリスマスツリー状溝は、タービン翼における翼形部（羽根）の突出した後縁から翼脚に、力およびトルクが不都合に導かれ、翼形部および翼脚の重心を、放射方向において一致させることが非常に難しいという欠点がある。この問題に対し、翼脚を円弧状の断面クリスマスツリー状溝に取付け、特にその円弧形状を翼形に近似させるという適切な処置が講じられる。そのような湾曲した断面クリスマスツリー状溝の問題のない製造は、通常の特殊フライス盤を必要とする（ゲルハルト　シュリグ工学博士著、「ターボマシーネン　イム　クラフトベルク（Ｔｕｒｂｏｍａｓｈｉｎｅｎ ｉｍ Ｋｒａｆｔｗｅｒｋ）」、第１版、１９７８年、ベルリン、ＶＥＢ出版、ｐ．２４７以下参照）。
【０００４】
本発明の課題は、特殊フライス盤を必要とせず、通常のタービンロータ用旋盤に装着されるフライス加工装置により実施可能な断面クリスマスツリー状溝の製造方法を提供することにある。また、この方法を実施するために特に適したフライス（カッター）を提供することにある。
【０００５】
方法に関する課題は、本発明に基づき請求項１に記載の手段によって解決される。そのため、まず３回の工程で、段階的に狭まる断面クリスマスツリー状溝の予備形状（プリフォーム）を予めフライス加工する。この形状から、段付き溝フランクにおけるアンダーカットにより特色づけられる断面クリスマスツリー状溝の主要部を、倣いフライスによりただ１回の工具通過でフライス加工する。この結果、特に湾曲した断面クリスマスツリー状溝が効果的に製造できる。
【０００６】
この方法によれば、一方ではフライス加工にとって必要な負荷を、そのようなフライス加工装置の出力容量内に置くことができる。他方では、断面クリスマスツリー状溝の予備形状の段付き溝フランクに、翼脚のかみ合い溝として形成されるアンダーカットをフライス加工する際に生ずる大きな加工量の問題は解消される。形成加工を唯一の作業工程で行おうとするとき、フライス加工装置の出力容量について厳しい要求が課せられる。従来、その大きな加工量を支配するために、数回の作業工程で種々の工具を利用していた。しかしそれら工具の刃は、摩耗するためにしばしば再研摩せねばならない欠点を持つ。
【０００７】
本発明の方法を実施するためのフライス（カッター）について、請求項３に記載の本発明に基づく倣いフライスを利用し、その倣いフライスは、断面クリスマスツリー状溝の翼脚がかみ合う溝部分を製造するために特に適用する。この倣いフライスには、超硬合金チップを装着するとよい。
【０００８】
断面クリスマスツリー状溝の、予備形状の段階的に狭まっている断面形状のフライス加工は、複数のエンドミルで行うとよい。これらエンドミルに、同様に超硬合金刃を装備するのがよい。場合によってなお必要な仕上げ削り作業は、従来と同様に、仕上げフライスにより実施する。その工具形状が仕上げ輪郭を実現する。翼脚かみ合い溝を倣いフライスで加工した後、場合によってなお残る仕上げ輪郭に対する仕上げ代（つまり除去すべき切削量）は、機械および工具を損傷あるいは破損から保護するのに十分なほどに小さい。
【０００９】
特に有利な実施態様では、倣いフライスは、断面クリスマスツリー状溝の研削すべき個別溝の数に応じた数のチップを有する。これらチップは円周にわたり一様に分布し、軸方向に互いにずらして配置されている。これによって、通常、アンダーカットから翼脚かみ合い溝ごとに、唯一の超硬合金刃から超硬合金チップしかワークと接触しないので、特に大きな加工量についての問題は解消する。これは、加工すべき量が非常に大きい場合、フライス加工装置の非常に限られた有用なスピンドル出力を、ほんの僅かな作業工程に基づいて特に時間も節約した有利な様式において考慮している。
【００１０】
以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。各図において同一部分には同一符号が付してある。
【００１１】
図１および２の紙面に対しその長手軸線がほぼ垂直に延びるタービン軸２の外周部位１に、断面クリスマスツリー状溝３をフライス加工（削り）する。その断面クリスマスツリー状溝３の最終形状は、図１中に太線のハッチングで示す。そのフライス加工は、断面クリスマスツリー状溝の半径方向削込み方向９に段階的に狭まる予備形状を形成するため、まず段階的に、数字▲１▼〜▲３▼で表した３つの工程を順に行う。最初の工程▲１▼で、比較的大きな有効直径５を持つエンドミル４を、翼脚に対する予め加工した接触支持部位６から出発して、タービン軸の中心軸線に関し、内側に削込み深さ７にわたりフライス加工する。これにより、タービン軸の外周部位１に、断面クリスマスツリー状溝３の両外側における後で研削すべき翼脚かみ合い溝８に対する予備形状が得られる。
【００１２】
続いて、工程▲２▼と工程▲３▼において、半径方向削込み方向９に連続して、エンドミル１０、１１によりフライス加工を行い、断面クリスマスツリー状溝の完全な予備形状１５を形成する。その場合、図１の工程▲２▼で、エンドミル１０が削込み部位１２を形成し、工程▲３▼でエンドミル１１が小さな内径１４を持つ削込み部位１３を形成する。これら３つの工程▲１▼〜▲３▼で形成した中間形成形状は、断面クリスマスツリー状溝３の半径方向削込み方向９に三段階で狭まっている予備形状１５である。翼脚に対する接触支持部位６から出発して半径方向削込み方向９に段階的に狭まる、この断面クリスマスツリー状溝３の断面形状は、図２に対称軸１４の左側に示している。この断面形状は、図２の左側において、左上から右下に向かって延びるハッチング１６で明確にしてある。
【００１３】
異なる有効直径５を持つエンドミル４、１０、１１は、それらの切削有効外周部位に超硬合金刃１７、１８、１９を有する。該刃は各々超硬合金チップ、特に回転チップの一部をなす。
【００１４】
次の工程▲４▼において（図１および図２参照）、予備形状１５から、倣いフライス２１の全削込み深さ２０にわたる１回の工具通過で、断面クリスマスツリー状溝３の主要部を研削する。断面クリスマスツリー状溝３の最終断面形状の側面部位４３は、図２における対称軸１４の右側において、左下から右上に向かって延びるハッチング２２で明確にしてある。
【００１５】
次に、断面クリスマスツリー状溝３を予備形状１５から、工程▲４▼で最終形状に加工する倣いフライス（カッター）２１の構造を説明する。該フライス２１の本体２３の外周面に、フライス本体２３の軸方向２４にずらして配置され、フライス回転軸線３７に対し半径方向に突出する複数の刃先２５、２６、２７を装備している。これら刃先２５、２６、２７は、その有効直径２８、２９、３０を段階づけてある（図５〜７参照）。各刃先２５〜２７は、フライス本体２３に交換可能に固定した超硬合金チップ３１、３２、３３の一部をなしている。それらチップ３１〜３３は回転チップである。フライス本体２３の外周に各有効直径２８〜３０における段に各々唯一のチップ３１〜３３が付属している。該チップ３１〜３３はその刃先２５〜２７が、これを支持するフライス本体２３の軸部位から外周側に突出している。
【００１６】
重要な特徴は、異なる有効直径２８〜３０を持つチップ３１〜３３がフライス本体２３に円周方向に互いにずらされていることにある。これらは夫々互いに１２０°ずらされている（図５〜図７参照）。フライス回転軸線３７に対し円周方向におけるチップ３１〜３３の位置のずれは、倣いフライス２１のフライス加工を一様にする。その外周に個々に位置づけられたチップ３１、３２、３３は、断面クリスマスツリー状溝３の前成形形状１５の溝フランク（溝側面）に同時に当たらない。これはむしろ時間的にずれて順々に生ずる。この結果、負荷の集中を防止し、フライス駆動装置に要求される最大駆動動力を減少できる。
【００１７】
刃先２５〜２７を取り囲む両側刃３５は、特に図３に示すチップ３３の形状から明瞭なように、互いに略直角を成している。刃先２５〜２７の両側刃３５間の二等分線３６（図３参照）は、フライス回転軸線２７と略直角を成している。
【００１８】
回転チップ３１〜３３は正方形の輪郭を持つ。刃３５で形成された正方形側面はチップ囲い面であり、その都度外側のチップ囲い面は、刃３５のすくい面を形成しているか含んでいる。
【００１９】
各チップ３１〜３３は中央取付け孔付きの孔開き回転チップであり、その孔の中心軸線はチップ３１〜３３の囲い面３８に対しほぼ垂直に延びている。
【００２０】
チップ３１〜３３を収容し固定すべく、フライス本体２３の外周に、略円環セグメント状に形成され互いにずらして配置された膨出部４０〜４２が存在する。
【００２１】
倣いフライス２１により、断面クリスマスツリー状溝の最終形状（図２の右側参照）を、予備形状１５からほぼ１回の工具通過で、短時間でフライス加工できる利点がある。まだ完全でない場合、最終形状は特別なフライス工具でもう１回の通過で形成される。しかしこの場合、ほんの僅かな切削屑しか生ぜず、フライス加工装置の負荷は僅かであり、従って工具の摩耗も僅かである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
▲１▼から▲４▼は、本発明の一実施例によるフライス加工工程の概略説明図。
【図２】
図１の工程で得られる形状の概略断面図。
【図３】
最終工程で採用する倣いフライスの側面図。
【図４】
図３の矢印ＩＶの方向から見た倣いフライスの平面図。
【図５】
図３のＶ−Ｖ線に沿った倣いフライスの断面図。
【図６】
図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った倣いフライスの断面図。
【図７】
図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った倣いフライスの断面図。
【符号の説明】
１　　タービン軸の外周部位
２　　タービン軸
３　　断面クリスマスツリー状溝
４、１０、１１　　エンドミル
９　　削込み方向
１５　　予備形状
１７、１８、１９　　刃
２１　　倣いフライス
２３　　フライス本体
２５、２６、２７　　刃先
２８、２９、３０　　有効直径
３１、３２、３３　　チップ
３８　　チップ囲い面
【国際公開パンフレット】
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2004507369.tif 000014
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【国際調査報告】
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