专利名称：叶轮加工机的制作方法
技术领域：
本发明涉及仅具有正交的3个轴和1个旋转轴并以该旋转轴使载置工件的工作台 旋转的叶轮加工用4轴加工机。
背景技术：
近年来，对于使用于涡轮设备等的叶轮要求高效率、高性能化，其结果，进入了形 状的复杂化、多样化，叶轮的叶片(翼)的形状成为三维扭曲的结构。另外，一个叶片被相 邻的叶片覆盖。叶轮例如有如下两种，一种是如图1所示具有主叶片12和分流叶片14的叶轮 1 (以下称为第一类型的叶轮)；另一种是如图2所示没有分流叶片而仅具有主叶片12的叶 轮2 (以下称为第二类型的叶轮)。这些第一类型的叶轮1和第二类型的叶轮2均成形为 一体削出结构。并且，第一类型的叶轮1中的主叶片12和分流叶片14、及第二类型的叶轮 2中的主叶片12均设计为在垂直于其中心轴的任一剖面呈相同的形状，并等间隔地配置在 轮毂面10上。如图3所示，第二类型的叶轮2形成为其主叶片12具有角度β的前角。这里，所 谓前角β是主叶片12的腹部的延长线17与基部平面16所成的角度。另外，如图4Α及图4Β所示，第一类型的叶轮1形成为，其分流叶片14的前端具有 角α的前进角，其主叶片12具有角β的前角。这里，所谓分流叶片前端的前进角α是分 流叶片14的前端的延长线18与基部平面16所成的角度。另外，所谓前角β与上述第二 类型的叶轮2的情况相同，是主叶片12的腹部的延长线17与基部平面16所成的角度。另 夕卜，图4Α及图4Β中的符号19是叶轮中心轴。这里，若设图4Β(及图3)所示的前角β为正的角度，则图4Α所示的前进角α也 为相同的正方向。这是因为在图4Α及图4Β中，主叶片12的腹部的延长线17和分流叶片 14的前端的延长线18相对于基部平面16 (虽然角度不同)向相同的方向倾斜。与此相对， 图5所示的前进角α为负的角度。这是因为在图5的情况下，分流叶片14的前端的延长线 18相对于基部平面16向与主叶片12的腹部的延长线17相反的方向(负的方向)倾斜。在用3轴加工机加工上述说明的第一类型的叶轮1或第二类型的叶轮2的情况 下，如果仅从工件的1个方向贴近工具，则存在刀尖到达不了工件的需要加工的部位的情 况(根切)。因此，为了使工具刀尖到达工件的需要加工部位，需要将该工件倾斜需要的角 度进行加工。例如，在加工分流叶片14的前端时，需要使工件(叶轮1)从水平位置抬起并倾斜 上述前进角α以上。另外，在加工主叶片12的前面(前顷面)时，需要使工件(叶轮1、2) 从水平位置在上述前角β以下的范围内倾斜。为了加工这种叶轮，以往是利用除了 X轴、 Y轴、Z轴这正交的3轴外，还具有用于旋转倾斜工件的两个旋转轴(例如B轴和C轴)的 5轴加工机。虽说如果不使用这种5轴加工机，则不能加工叶轮(3维叶片)，可是5轴加工机昂贵，由于使用该5轴加工机而导致产品价格上升。因此，日本特开2003-94264号公报公开了如下方法是一种使用3轴控制加工中 心来加工安装在工件工作台装置上的工件的侧面和正面的方法(2面加工方法)，包括使 安装有工件的第二工作台分度旋转而依次加工该工件的侧面的侧面加工工序、和使固定配 置有工件工作台装置的第一工作台大致转动90°而加工上述工件的正面的正面加工工序。 该3轴控制加工中心必须具备2个用于使分度工作台旋转和倾斜的旋转轴，其结果，装置的 结构变得复杂。另外，日本特开昭61-109608号公报提出了如下叶轮加工技术将叶轮的主板材 料通过夹具相对于加工机工作台的X-Y平面以仅倾斜任意的角度α的状态固定，通过3轴 控制装置控制机床工作台相对于切削工具(立铣刀)的Χ、Υ、Ζ方向的3轴的位置，并将叶 轮的主板和叶片利用上述切削工具削出而一体成型。但是，该技术是将能够以倾斜的方向为中心旋转分度的夹具固定在工作台上，并 通过仅控制X、Y、Z方向的3轴的位置而进行叶轮的加工，并不是通过4轴控制加工叶轮。
发明内容
于是，本发明的目的在于能够以仅具有正交的3轴和1个旋转轴的4轴加工机加 工叶轮。为了实现上述目的，本发明的叶轮加工机具有正交的3个直线轴和1个旋转轴，并 以该旋转轴旋转载置有工件的工作台，该叶轮加工机包括使上述旋转轴相对于上述3个直 线轴中的一个轴倾斜为大于0度小于90度的任意角度θ而进行固定的旋转轴倾斜机构。 并且，通过上述3个直线轴和一个旋转轴的4个轴加工叶轮。在要加工的叶轮为不具有分流叶片而仅具有主叶片的类型的情况下，上述旋转轴 倾斜机构将上述旋转轴的倾斜固定角度θ设为不超过上述主叶片的前角β的角度。在要加工的叶轮为具有主叶片和分流叶片的类型的情况下，在使上述主叶片的前 角β为从其方向为正的角度时，上述分流叶片的前端的前进角α也成为从其方向为正的 角度时，上述旋转轴倾斜机构将上述旋转轴的倾斜固定角度θ设为分流叶片的前端的前 进角α以上且不超过主叶片的前角β的角度θ (α彡θ彡β)。在要加工的叶轮为具有主叶片和分流叶片的类型的情况下，在使上述主叶片的前 角β为从该方向为正的角度时，上述分流叶片的前端的前进角α由于其方向与前角β相 反而成为负的角度时，上述旋转轴倾斜机构将上述旋转轴的倾斜固定角度θ设为不超过 主叶片的前角β的角度θ。根据本发明，通过仅具有正交的3轴和一个旋转轴的4轴加工机能够加工叶轮。
图1是表示具有主叶片和分流叶片的叶轮(第一类型的叶轮)的一例的立体图。图2是表示没有分流叶片而仅具有主叶片的叶轮(第二类型的叶轮)的一例的立 体图。图3是说明第二类型的叶轮的主叶片具有角度β的前角的图。图4Α及图4Β是说明在第一类型的叶轮中其分流叶片14的前端具有角α的前进角，其主叶片12具有角β的前角的例子的图，这里，若将上述主叶片的前角β设为从其方 向为正的角度，则分流叶片前端的前进角α也成为从其方向为正的角度。图5是说明在第一类型的叶轮中其分流叶片的前端的前进角α为负的角度的例 子的图。图6是表示加工图1所示的第一类型的叶轮和图2所示的第二类型的叶轮的利用 本发明的叶轮加工机的一实施方式的图。图7是说明使图6所示的叶轮加工机中的旋转工作台的旋转轴中心相对于水平轴 仅倾斜角θ进行加工的图。图8是控制图6所示的叶轮加工机的4轴的数控装置的概略结构图。图9Α及图9Β是说明使用图6所示的叶轮加工机加工图1所示的第一类型的叶轮 的分流叶片的图。图10是说明使用图6所示的叶轮加工机加工图1所示的第一类型的叶轮的主叶 片的图。
具体实施例方式参照图6说明本发明的叶轮加工机的一实施方式。该叶轮加工机使用立式机床， 标记32为该立式机床的主轴头。该立式机床具有X轴、Y轴的水平2轴和与这些X轴、Y轴垂直的Z轴的直线3轴 的可动轴。在载置台36上安装有倾斜台34，旋转工作台20被固定于该倾斜台34。该旋转 工作台20具备绕图6中以点划线所示的旋转轴中心28旋转的圆盘22。该旋转轴中心28 如图7所示相对于作为水平轴之一的X轴仅倾斜角θ。在上述圆盘22上通过螺栓24安装 有接合器26，在该接合器26的一端安装有工件3。工件3利用工具30切削。对于如图1所示的第一类型的叶轮或如图2所示的第 二类型的叶轮的叶片的加工，工具30使用立铣刀。另外，也可以取代立式机床，使用卧式机 床构成叶轮加工机。图6所示的机床为具有直线的3轴(X轴、Y轴、Z轴)和绕旋转轴中心28旋转的 一个旋转轴(C轴)的4轴加工机。因此，参照图8说明控制该4轴加工机的数控装置。处理器(CPU) 41通过总线58读取存储在存储器42的ROM区域的系统程序，根据该 读取的系统程序控制数控装置100的整体。在存储器42的RAM区域存储临时的计算数据 和显示数据以及操作人员通过显示器/MDlOiianualdata input)单元59输入的各种数据。 另外，在由存储器42的SRAM等构成的非易失性存储器区域，存储通过接口 43读取的加工 程序和通过显示器/MDI单元59输入的加工程序等。接合器等的外部设备(未图示)通过数控装置100和接口 43连接，从外部设备读 入加工程序和各种参数等。另外，在数控装置100内编辑的加工程序，可以通过外部设备存 储在外部存储单元(未图示)。PMC(可编程机器控制器)44利用内置于数控装置100的顺 序程序向机床的辅助装置通过I/O单元输出信号进行控制，而且，接收配置于机床本体的 操作盘的各种开关等的信号并对它们进行必要的处理后发送给CPU41。显示器/MDI单元59是具备显示器和键盘等的手动数据输入装置，接口 46接收来 自显示器/MDI单元59的键盘的指令、数据并发送给CPU41。该接口 47连接在具备手动脉
5冲发生器等的操作盘60。各轴(X轴、Y轴、Z轴、C轴)的轴控制电路48、50、52、54接收来自CPU41的各轴 的移动指令量，并将各轴的指令向对应的伺服放大器49、51、53、55输出。这些伺服放大器 49、51、53、55接收该指令，并驱动对应的(各轴的)伺服电机61 64。各轴进行位置及速 度的反馈控制(在图8中省略了该反馈控制相关的结构)。伺服电机61 64驱动图6所示的机床(4轴加工机)的X轴、Y轴、Z轴、C轴。 另外，主轴控制电路56从CPU41接收主轴旋转指令并向主轴放大器57输出主轴速度信号。 并且，接收了主轴速度信号的主轴放大器57以指令主轴马达65的旋转速度进行旋转。控制该4轴加工机即机床的数控装置100，使工具(立铣刀)相对于工件3沿X轴、 Y轴、Z轴3个方向移动，并且，通过使该工件3绕C轴旋转，从而通过4轴控制来加工叶轮 的翼面全体。用于该加工的加工程序使用4轴指令的程序。这里，参照图9A及图9B说明如图1所示的第一类型的叶轮1的分流叶片14的加 工。这里，用于叶轮1的工具，如图6及图7所示，通过接合器26安装在绕相对于X轴(水 平轴)仅倾斜角θ的旋转轴中心28旋转的圆盘22上。即，如图9Α所示的要形成的叶轮1 的中心轴19相对于水平轴(X轴)仅倾斜角θ，另外，其分流叶片14的前端如图4Α所示， 相对于垂直轴(Ζ轴)具有角α的前进角。若使叶轮1的中心轴19成为水平(θ = 0)或相对于水平轴(X轴)倾斜为分流叶 片14的前端的前进角α以下的角度θ (θ < α )，则不能加工该分流叶片14的前端(即， 在分流叶片14的前端形成根切)。可是，若使叶轮1的中心轴19相对于水平轴(X轴)倾 斜为分流叶片14的前端的前进角α以上的角度θ (θ > α )，则能够加工该分流叶片14 的前端。在第一类型的叶轮1中，如图4Α及图4Β所示，存在主叶片12的前角β比其分流 叶片14的前端的前进角α大(α彡β)的情况。在这种叶轮1的情况下，若使叶轮1的 中心轴19相对于水平轴(X轴)倾斜分流叶片14的前端的前进角α以上且不超过主叶片 12的前角β的角度θ (α彡θ彡β )，则均能加工分流叶片14的前端及主叶片12的前 面的任何一个。另外，即使图2所示的第二类型的叶轮2和如图5所示主叶片12的前角β为正 的角度、分流叶片14的前端的前进角α为0或负的角度的第一类型的叶轮1的情况下，若 使叶轮1的中心轴19相对于水平轴(X轴)倾斜0度以上且不超过主叶片12的前角β的 角度θ (0 < θ < β )，则均能加工分流叶片14的前端及主叶片12的前面的任何一个。接着，参照图IOA及图IOB说明图9所示的第一类型的叶轮1的主叶片12的加工。若使叶轮1的中心轴19相对于水平轴(X轴)倾斜主叶片12的前角β以下的角 度θ ( θ < β )，则能够加工主叶片12的翼面。可是，若使叶轮1的中心轴19相对于水平 轴(X轴)倾斜为比主叶片12的前角β大(θ > β )，则不能加工该主叶片12 (即在主叶 片12上形成根切)。
权利要求
一种叶轮加工机，具有正交的3个直线轴和1个旋转轴，并以该旋转轴旋转载置有工件的工作台，其特征在于，包括使上述旋转轴相对于上述3个直线轴中的一个轴倾斜为大于0度小于90度的任意角度θ而进行固定的旋转轴倾斜机构，通过上述3个直线轴和一个旋转轴的4个轴加工叶轮。
2.根据权利要求1所述的叶轮加工机，其特征在于，在要加工的叶轮为不具有分流叶片而仅具有主叶片的类型的情况下，上述旋转轴倾斜 机构将上述旋转轴的倾斜固定角度θ设为不超过上述主叶片的前角β的角度。
3.根据权利要求1所述的叶轮加工机，其特征在于，在要加工的叶轮为具有主叶片和分流叶片的类型的情况下，在使上述主叶片的前角β 为从其方向为正的角度时，上述分流叶片的前端的前进角α也成为从其方向为正的角度 时，上述旋转轴倾斜机构将上述旋转轴的倾斜固定角度θ设为分流叶片的前端的前进角 α以上且不超过主叶片的前角β的角度θ (α彡θ彡β)。
4.根据权利要求1所述的叶轮加工机，其特征在于，在要加工的叶轮为具有主叶片和分流叶片的类型的情况下，在使上述主叶片的前角β 为从其方向为正的角度时，上述分流叶片的前端的前进角α由于其方向与前角β相反而 成为负的角度时，上述旋转轴倾斜机构将上述旋转轴的倾斜固定角度θ设为不超过主叶 片的前角β的角度θ。
全文摘要
加工叶轮的机床具有正交的3个直线轴和1个旋转轴，并以该旋转轴旋转载置有工件的工作台。在加工时使旋转轴相对于水平的1个直线轴仅倾斜角度θ。在要加工的叶轮的主叶片的前角为β(β＞0)时，旋转轴的倾斜角度θ在分流叶片前端的前进角α为正的角度时为α≤θ≤β；在该前进角α为0或负的角度时为0＜θ≤β。
文档编号B23C3/18GK101890525SQ201010185388
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月20日 优先权日2009年5月22日
发明者奥田真司, 藤元明彦 申请人:发那科株式会社