[发明专利]切削加工方法及切削加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及基于车削的切削加工方法及切削加工装置，涉及在对飞机用的喷气式发动机的旋转部件等尤其难加工性原材料的工件车削圆或者圆弧状的槽时也不会有损工具的寿命、用于格外地提高槽的加工精度和加工效率的技术。

背景技术

飞机预计在今后的20年以内，机体将达到现有的2倍，发动机将达到现在的3.5倍。若提高如此激增的飞机的燃料消耗率，则从节能·削减CO₂的观点考虑，为了较大地有助于地球环境，现在从机体的轻量化、发动机输出的效率化等观点进行各种技术开发。

另一方面，当然飞机的机体·发动机作为前提条件需要极高的安全性能，因此在设计各构成部件时，除了充分维持强度、刚性之外，还必须实现轻量化，从而广泛采用轻量且高强度的材料。这与在火力发电设备中采用的汽轮机发动机等是同样的。

尤其关于发动机部件，为了提高燃烧效率，使燃烧温度上升是必不可少的，因此，喷气式发动机的旋转部件的温度达到千数百℃，而且达到数千rpm的高速旋转，从而必须采用在高温环境下能够耐受极大离心力的部件形状·材料，作为除了在轻量·高强度上优越还在耐热性·耐腐蚀性上优越的材料，采用钛合金或镍基合金等高强度耐热合金。

在设计如此的发动机部件等时，基于结构解析进行最优化设计，所追求的是按照设计那样的高精度来实现焊接·铸造·锻造·切削·磨削·研磨等加工，尤其是关于对旋转精度等部件性能赋予较大影响的切削加工，即使在高强度耐热合金自身的高温度下强度也难以下降这一特征在改善加工精度、加工效率上成为较大的障碍，将所述高强度耐热合金称为难切削材料。

也就是说，在切削温度达到了高温的情况下，也认为高强度耐热合金制工件的强度超过切削工具的强度，从而被加工性显著恶化，并且切削刃损伤，陷入不能够加工的境地。

从这样的背景出发，强烈要求开发能够减少切削工具的损耗且高效率地切削钛合金或镍基合金等被称为难切削材料的高强度耐热合金的方法和装置。

作为具体例，可列举图1的用于喷气式发动机的叶轮机的盘和叶片，从盘的截面图可知，需要相对于圆板状的工件，进行如虚线的阴影所示的圆弧状的槽加工。一直以来，在车削如此的圆弧状的槽时，例如，采用使用车削刀刃的加工、使用立铣刀的加工、使用铣刀的加工、使用偏铣刀的加工等加工方法，对应于工件的材质、加工槽的尺寸或者所要求的加工精度等而适当采用。但是，尤其在对钛合金或镍基合金等难切削材料的工件进行加工时，分别产生了如下的问题。

在使用了车削刀刃的情况下，由于加工中切削刃的一部分始终与工件接触，因此工具瞬时发热·磨损，另外，在工具的磨损作用下，有时在加工尺寸上产生误差，频繁产生工具折损，从而陷入不能够加工的境地。

在使用了立铣刀的情况下，由于在工具侧面形成的切削刃断续地对工件进行切削，因此虽然工具侧面的一部分不接触，但是工具和工件的接触弧长，从而无法避免因此而导致的发热，另外，由于底面始终接触，因此也容易产生来自该部位的发热。进而，由于在由立铣刀加工形成的槽的内部堆积切削屑，因此也频繁地产生切削屑向工具的啮入。

在使用了铣刀的情况下，如图2所示，工具的外表面与工件端面或槽的外壁干涉，在能够加工的槽深度上产生物理性限制。

另一方面，在使用了车削刀刃、立铣刀的加工中，切削刃的一部分始终与工件接触，相对于此，在使用了偏铣刀的情况下，由于在偏铣刀外周以规定间隔配置切削刃，因此如图3所示，进行断续的切削，在非切削的期间工具被冷却，因此与连续切削比较，在能够防止工具的发热、伴随于此能够使工具的寿命长期化这一观点上是有利的。

在基于偏铣刀的加工中，利用工具的形状，工具的旋转轴相对于加工面维持水平方向，在该状态下使工具沿切深方向行进。图4～图6表示在使用偏铣刀对工件W加工作为目标加工形状的以规定半径具有垂直侧壁的圆周槽的情况下，通过实际的加工形成何种槽。

在此，偏铣刀1在中心与轴2的中心一致的圆板3的外周等间隔配置有切削刃4，在图4中，在逆时针方向上相对于旋转的工件W，轴2始终维持平行且同时下降，与工件W的端面相接，开始切削圆周槽，轴2持续进行切削加工直到成为加工目标的槽深度。还有，在图4中从轴2的相反侧观察，圆板3以轴2为中心向逆时针方向旋转。