JP2005205590A - 鋸盤によるワークの切断加工方法及び鋸盤 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音の発生を抑制してワークの切断を行う鋸盤によるワークの切断加工方法及び鋸盤を提供する。
【解決手段】予め設定された加工条件の下に制御モータ３５の回転を制御し鋸刃１３を回転してワークＷの切断加工を行っているとき、基準値以上の騒音又は鋸歯の摩耗或は切削抵抗を検出した場合に、矩形パルス発生手段４９からモータドライバ４７に対して矩形パルスを印加して、前記制御モータ３５の回転速度を振動化し、前記鋸刃１３の回転を振動化してワークＷの切断加工を継続する鋸盤によるワークの切断加工方法及び装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は鋸盤によるワークの切断加工方法及び鋸盤に係り、さらに詳細には、例えばワークの切断加工時に騒音、鋸歯の摩耗又は切削抵抗等が基準値以上になった場合に鋸刃の回転速度を振動化してワークの切断加工を継続する切断加工方法及び鋸盤に関する。

鋸盤には竪型帯鋸盤、横型帯鋸盤及び丸鋸盤等があるが、理解を容易にするために、横型帯鋸盤を例示して全体的構成について概略的に説明すると、図２に示すように、鋸盤１は、ベース３を備えており、このベース３上には切断すべきワークＷを固定自在のバイス装置５が装着してある。このバイス装置５は、ワークＷを支持するバイスベッド７上に固定バイスジョー９Ａと可動バイスジョー９Ｂとを対向して備えた構成であって、前記可動バイスジョー９Ｂを作動するための油圧シリンダ１１を備えている。そして、前記ベース３上には、前記ワークＷを切断するための帯鋸刃１３を備えたカッティングヘッドとしての鋸刃ハウジング１５が前記ワークＷに対して相対的に接近離反する方向，すなわち図示例では上下方向に移動自在に設けられている。

すなわち、この例においては、前記ベース３上に立設したガイドポスト１７に、前記鋸刃ハウジング１５に一体的に備えた昇降部材１９が上下動自在に案内されている。そして、前記鋸刃ハウジング１５をワークＷに対して接近離反する方向、すなわち上下方向に移動するために、切込み作動装置の一例として昇降用油圧シリンダ２１が設けられている。さらに、鋸盤１には、ワークＷに対する帯鋸刃１３の切込み位置を検出するために、前記鋸刃ハウジング１５の上下動位置を検出してワークＷに対する帯鋸刃１３の切込み位置を検出するための切込み位置検出装置２３が設けられている。

上記切込み位置検出装置２３は、例えばガイドポスト１７に設けた上下方向のリニアスケースと検出ヘッドの構成や、ラックに噛合したピニオンによってロータリーエンコーダを回転する構成等とすることができ、鋸刃ハウジング１５が上下方向に揺動する形式においては鋸刃ハウジングのヒンジ部にロータリーエンコーダを設ける構成とすることができるものであり、種々の構成が採用されている。

前記鋸刃ハウジング１５は左右方向に長いビーム部材２５の左右両側部にホイールハウジング２７Ａ，２７Ｂを備えた構成であって、一方のホイールハウジング２７Ａ内には駆動ホイール２９を回転自在に備え、他方のホイールハウジング２７Ｂ内には従動ホイール３１を回転自在に備えた構成である。そして、前記駆動ホイール２９と従動ホイール３１とに前記帯鋸刃１３を掛回した構成であって、前記両ホイールハウジング２７Ａ，２７Ｂの間には、帯鋸刃１３における歯先をワークＷの方向に指向して帯鋸刃１３を案内保持する帯鋸刃案内装置３３が設けられている。

上述したごとき横型帯鋸盤１の構成は公知であるので、前記構成による作用の説明は省略する。

前述のごとき構成において、前記駆動ホイール２９を回転駆動するための制御モータ３５は前記ホイールハウジング２７Ａの背面に装着してあり、このモータ３５の出力軸と前記駆動ホイール２９との間には、例えば遊星歯車機構又はウォームギア機構よりなる減速機構を備えた構成である。

そして、従来は、切削率（単位時間当りの切削面積）を一定に保持してワークの切断を行うべく、ワークの切削長に対応してワークに対する帯鋸刃の切込み速度を制御したり、ワークの切断加工中の共振等による騒音を低減するために帯鋸刃の走行速度をインバータにより周期的に制御することも行われている（例えば特許文献１参照）。
特開平８−１９７３３０号公報

従来は、帯鋸刃によるワークの切断中に鋸速の制御が行われているが、従来は鋸速を周期的に制御するものであり、例えば振動切削を行うがごとく鋸速を振動化することは難しく、ワークに加工硬化を生じると切削難になることがある。

本発明は前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、本発明は、設定された加工条件の下に制御モータの回転を制御し鋸刃を回転してワークの切断加工を行っているとき、基準値以上の騒音又は鋸歯の摩耗或は切削抵抗を検出した場合に、パルス発生手段からモータドライバに対して、例えば波形が矩形波となる矩形パルスを印加して、前記制御モータの回転速度を振動化し、前記鋸刃の回転を振動化してワークの切断加工を継続する鋸盤によるワークの切断加工方法である。

また、本発明は、設定された加工条件の下に制御モータの回転を制御し鋸刃を回転すると共に切込み速度制御手段によりワークに対する前記鋸刃の切込み速度を制御してワークの切断加工を行っているとき、基準値以上の騒音又は鋸歯の摩耗或は切削抵抗を検出した場合に、パルス発生手段からモータドライバに対して、例えば波形が矩形波となる矩形パルスを印加して前記制御モータの回転速度を振動化し、前記鋸刃の回転を振動化すると共に前記切込み速度を振動化してワークの切断加工を継続する鋸盤によるワークの切断加工方法である。

また、本発明は、制御モータにより鋸刃を回転し、かつワークに対する上記鋸刃の切込み速度を制御してワークの切断を行うとき、前記鋸刃の回転速度を振動化すると共に、前記鋸刃の切込み速度を振動化してワークの切断を行うワークの切断加工方法である。

また、本発明は、制御モータにより鋸刃を回転し、かつワークに対する上記鋸刃の切込み速度を制御してワークの切断を行うとき、前記鋸刃の切込み速度を振動化してワークの切断を行うワークの切断加工方法である。

また、本発明は、制御モータによって回転される鋸刃と、前記制御モータの回転速度の制御を行うための回転速度制御手段と、この回転速度制御手段の制御の下に前記制御モータを駆動するモータドライバと、前記回転速度制御手段の制御の下に回転している前記制御モータの回転速度を振動化するために、前記モータドライバに対してパルスを印加するためのパルス発生手段と、ワークの切断時における騒音を検出するための騒音検出手段又は鋸刃の摩耗を検出するための摩耗検出手段或は切削抵抗を検出するための切削抵抗検出手段と、騒音の検出値又は摩耗の検出値或は切削抵抗の検出値と基準値とを比較する比較手段とを備えているものである。

また、本発明は、上記鋸盤において、ワークに対する鋸刃の切込み速度を制御するための切込み速度制御手段を備え、前記パルス発生手段から出力されるパルスに対応して前記切込み速度制御手段の制御の下にワークに対する鋸刃の切込み速度を瞬間的に増速する構成である。

また、本発明は、上記鋸盤において、前記パルス発生手段から印加されるパルスの周波数は、数Ｈｚ〜数百Ｈｚの低周波である。

前述のごとき本発明によれば、ワークの切断加工時の騒音を抑制することができると共に、加工硬化を抑制することができる。

また、騒音が基準値以上になったとき、又は鋸歯の摩耗が基準値以上になったとき、或は切削抵抗が基準値以上になったときに帯鋸刃の走行速度を振動化してワークの切断加工を行うものであるから、振動切削による切断加工となるものであり、騒音の発生を抑制することができると共に加工硬化を生じ易いワークの切断加工をも容易に行うことができ切断能率向上を図ることができるものである。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明するに、鋸盤の全体的構成は前述したごとき従来の構成と同様であるので、その構成の相違点について説明することとする。

本実施形態においては、駆動ホイール２９を回転駆動するためのモータ３５としてサーボモータ等のごとき制御モータを採用し、この制御モータ３５の出力軸と前記駆動ホイール２９は減速機等を介することなく直接的に連結してある。すなわち鋸刃１３は制御モータ３５によって直接的に回転されるように構成してある。なお鋸刃１３が丸鋸の場合には、制御モータ３５の出力軸と丸鋸を直結した態様となるものである。

前記鋸盤１の制御を行うために、ＣＮＣ装置のごとき制御装置３７が備えられている。この制御装置３７は、図１に主要部のみを概念的、概略的に示すように、ワークＷに対する鋸刃１３の切込み位置を検出するための切込み位置検出手段としての前記切込み位置検出装置２３によって検出した検出位置と予め入力してあるワークＷの形状，寸法に基いてワークＷの切削長を演算する切削長演算手段３９を備えている。

さらに前記制御装置３７には、前記切削長演算手段３９の演算結果に基いて鋸刃１３の走行速度を演算する鋸速演算手段４１が備えられている。この鋸速演算手段４１は、ワークＷの材質に対応して切削長と鋸速との関係を予めデータ化して格納してある鋸速データテーブル４３から、ワークＷの材質，切削長に応じて適切な鋸速を検索するものである。

さらにまた、前記制御装置３７には、前記鋸速演算手段４１の演算結果に基いて前記制御モータ３５の回転速度を制御するための回転速度制御手段４５が備えられており、この回転速度制御手段４５の制御の下にモータドライバ４７を介して制御モータ３５の回転速度が制御されるものである。そして、前記制御モータ３５の回転速度を振動化するために、前記モータドライバ６７に対して立上り、立下りが急俊な波形の一例としての矩形パルスを印加するための矩形パルス発生手段４９が備えられている。

上記矩形パルス発生手段４９は、例えば前記回転速度制御手段４５の制御の下に一定の回転速度で回転している制御モータ３５の回転速度を振動化し、一定の速度で回転している鋸刃１３が、鋸刃１３の回転方向（進行方向）に振動するように、鋸刃１３の速度を振動化するものでる。換言すれば、例えば一定速度で走行している鋸刃１３があたかも振動切削を行っているように鋸速を瞬間的に変動するものである。

さらに、前記制御装置３７には、切込み作動装置の一例としての前記昇降用油圧シリンダ２１の作動を制御して、ワークＷに対する鋸刃１３の切込み速度を制御するための切込み速度制御手段５１が備えられている。上記切込み速度制御手段５１は、切込み作動装置が流体圧シリンダよりなる場合には流量制御弁を制御するものであり、切込み作動装置が例えばサーボモータによって回転されるボールネジ等よりなる場合には当該サーボモータの回転速度の制御を行う回転速度制御手段を備えてなるものである。

上記構成により、制御モータ３５を回転駆動すると共に切込み作動装置２１を作動してワークＷの切断加工を開始すると、切込み位置検出手段２３によってワークＷに対する鋸刃１３の切込み位置が検出できるので、従来の一般的な鋸盤と同様に、鋸刃１３がワークＷに近接するまでは高速で切込み（空切削）が行われ、ワークＷに鋸刃１３が近接すると、切込み速度が切削条件に対応して低速に制御され、この低速の切込み速度でもってワークＷに対して鋸刃１３の切削が行われる。

この際、鋸刃１３がワークＷに接触して僅かに切込むまでの切削開始初期は、回転速度制御手段４５の制御の下に鋸刃１３の回転速度は低速に制御されるものである。すなわち、ワークＷに対する鋸刃１３の切込み開始時には、鋸刃１３の切込み速度及び回転速度は鋸歯に急激に大きな負荷が作用して歯欠けを生じないように低速に制御されているものである。また、鋸刃１３によるワークＷの切断の終期には、バリの発生を抑制するために、鋸刃１３の回転速度及びワークに対する切込み速度は低速に制御されるものである。

ワークＷに対する鋸刃１３の切込み位置が切込み位置検出手段２３によって検出され、この検出された切込み位置によってワークＷの切削長が切削長演算手段３９によって演算される。そして、その演算結果に基いて鋸速演算手段４１によって切削長に対応した鋸速（回転速度）が演算され、回転速度制御手段４５の制御の下に、ワークＷの切削長に対応した鋸速に制御されるものである。

上述のごとく、回転速度制御手段４５の制御の下にモータドライバ４７を介して制御モータ３５の回転速度を制御し、鋸刃１３を回転してワークＷの切断を行うとき、矩形パルス発生手段５１から矩形パルスを発生してモータドライバ４７に印加すると、制御モータ３５の回転速度は振動化されるものである。

すなわち、制御モータ３５が例えば一定速度で回転している状態にあるとき、前記矩形パルス発生装置５１から＋の矩形パルスをモータドライバ４７に印加すると、制御モータ３５の回転速度は瞬間的に増速される。逆に−の矩形パルスをモータドライバ４７に印加すると、制御モータ３５の回転速度は瞬間的に減速されるものである。したがって、前記矩形パルス発生手段５１からモータドライバ４７へ矩形パルスを印加すると、前記制御モータ３５の回転速度を瞬間的に増速，減速して振動化することができ、鋸刃１３の回転速度を振動化することができるものである。

すなわち、鋸刃１３によってワークＷの切削を行うとき、鋸刃１３は回転方向（移動方向）に振動し、あたかも振動切削を行う態様となるものである。したがって、鋸刃１３が瞬間的に増速されるとき、急激に勢いよく移動される態様となり、ワークＷの切削を能率良く行うことができるものである。

ところで、一般的な工作機械において、回転しているワークに対して切削工具を移動してワークの振動切削を行う場合、前記切削工具に数ｋＨｚの高周波を印加して切削工具の微小振動を行うものである。鋸盤において鋸刃１３の回転速度を振動化する場合、鋸刃１３を回転駆動するための制御モータ３５の回転速度を振動化する必要がある。

ところが、例えば帯鋸盤において鋸刃１３を掛回した駆動ホイール２９の重量は大きく慣性が大きいので、また、制御モータ３５の出力軸に丸鋸を直結した構成においては、丸鋸の慣性が大きいので、前述したごとき高周波のパルスをモータドライバ４７に印加しても、制御モータ３５の回転速度を目的に沿って振動化することはできないものである。そこで、制御モータ３５の回転速度を振動化して鋸刃１３の回転速度を振動化するには、数Ｈｚ〜数百Ｈｚの低周波であり、かつ立上り、立下りが急俊な矩形パルスをモータドライバ４７に印加することが望ましいものである。なお、数Ｈｚ〜数百Ｈｚの低周波であり、波形の立上り、立下りが急俊なパルスであれば、例えば台形波や正弦波等でも良いものである。このように、モータ３５の回転を振動化することのできる立上り、立下りが急俊なパルスは、矩形パルスに属するものである。

すなわち、矩形パルス発生手段４９から低周波の矩形パルスをモータドライバ４７に印加することにより、制御モータ３５の回転速度，鋸刃１３の回転速度を振動化することができるものである。

前述のごとく、矩形パルス発生手段４９からモータドライバ４７へ矩形パルスを印加し、鋸刃１３の回転速度を振動化してワークＷの切削を行っているとき、前記矩形パルス発生手段４９から矩形パルスが印加される際の矩形パルスの立上り時には鋸速が瞬間的に急激に増速され、矩形パルスの立下り時には鋸速は急激に瞬間的に減速されるものである。

したがって、前記矩形パルス発生手段４９からモータドライバ４７へ印加される矩形パルスの立下り時に切込み速度制御手段５１によって切込み作動装置２１を制御して、ワークＷに対する鋸刃１３の切込み速度を瞬間的に急激に大きくすると、ワークＷに対する鋸刃１３における鋸歯の喰い込みが良好に行われるものである。

すなわち、鋸刃１３を回転方向に振動すると共に、ワークＷに対する鋸刃１３の切込み速度をも振動化することが望ましいものである。この場合、鋸刃１３の回転速度が低速になったときにワークＷに対する鋸刃１３の切込み速度を急激に増速することにより、ワークＷに対する鋸歯の喰い込みが効果的に行われるものである。この際、ワークＷに加工硬化層が生じている場合であっても、鋸歯の先端は上記加工硬化層を破ってワークＷに深く喰い込むことになるので、加工硬化層を生じ易いワークであっても容易に切削することができるものである。

さらに、ワークに対する鋸歯の喰い込み性が向上することにより、鋸刃がワークＷと擦れ合うことによる騒音発生を抑制でき、従来よりも静かにワークの切断加工を行うことができると共に切断面をより良好に切断し得るものである。

既に理解されるように、矩形パルス発生手段４９からモータドライバ４７に対して矩形パルスを印加することにより鋸刃１３の回転速度を振動化することができ、鋸刃１３によって振動切削的にワークＷの切断加工を行うことができるものである。しかし、通常の加工条件によってワークＷの切断加工を行うべく、例えば予め設定された加工条件に従う加工プログラムを入力手段５３から記憶手段５５に格納し、この格納された加工条件によって前記制御モータ３５の回転を制御し鋸刃１３を回転して、従来と同様にワークＷの切断加工を行うとき、鋸刃１３の回転速度を故意に振動化する必要はないものである。

ところが、ワークＷの切断が繰り返されることによって鋸刃１３における歯先が摩耗すると、ワークＷに対する鋸刃１３の切込み性が低下し、鋸刃１３がワークＷを擦るようになり、ワークＷの切断部に加工硬化層を生じるようになることがある。上述のように切断部に加工硬化層を生じると、ワークＷと鋸刃１３との擦れ合により騒音を生じることがある。

そこで、鋸刃１３に歯先の摩耗が生じて騒音を発するようになったとき、或は切削抵抗が大きくなったときに、前述のごとく鋸刃１３の回転速度を振動化するために、前記制御装置３７には、騒音検出手段５７、摩耗検出手段５９、切削抵抗検出手段６１が接続してある。そして、前記制御装置３７には、前記各検出手段５７，５９，６１の検出値と前記記憶手段５５に格納してあるそれぞれの基準値とを比較する比較手段６３が備えられている。

前記騒音検出手段５７は例えばマイクロフォン等よりなるものであって、前記鋸刃１３によってワークＷを切断する際に生じる騒音を検出するに適した位置に配置されるものである。

前記摩耗検出手段５９は、鋸刃１３における歯先の摩耗を検出するためのもので、例えば鋸刃１３の回転速度と共振して鋸刃１３の歯先を撮像手段により撮像し画像処理を行う構成を採用することができる。

前記切削抵抗検出手段６１は、前記制御モータ３５のトルクを検出するトルクセンサや制御モータ３５の電流を検出する電流計等を採用することができる。

上記構成により、騒音検出手段５７によって検出した検出値と記憶手段５５に予め格納してある基準値とを比較手段６３において比較して、前記検出値が基準値より大となったときに、又は前記摩耗検出手段５９によって検出した検出値と基準値とを比較して検出値が基準値より大となったときに、或は前記切削抵抗検出手段６１によって検出した検出値と基準値とを比較して検出値が基準値より大となったときに、矩形パルス発生手段４９から矩形パルスを、前述したように、前記モータドライバ４７に印加することにより、制御モータ３５の回転速度を振動化し、鋸刃１３の回転速度を振動化することができるものである。また、前述したように、ワークＷに対する鋸刃１３の切込み速度を振動化するものである。

したがって、鋸刃１３における歯先が摩耗して騒音が大きくなることが抑制できると共に切削能率が低下することを抑制することができるものである。すなわち、騒音を生じる傾向にある場合であっても騒音の発生を抑制することができるものであって、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。

ところで、前記切込み作動装置２１を、図１に想像線で示すように、モータドライバ６５、制御モータ６７によって作動する構成の場合には、前記矩形パルス発生手段４９において発生した矩形パルスを、インバータ６９により矩形パルスを反転して前記モータドライバ６５に印加する構成としても良いものである。このようにすることにより、ワークＷに対する鋸刃１３を切込み速度を振動化することができるものである。このように、ワークＷに対する鋸刃１３の切込み速度を振動化すると、ワークＷに対する鋸刃１３の食い込み効果が向上する。したがって、切断加工時の騒音抑制及び加工硬化の抑制を効果的に行うことができるものである。

なお、前記説明においては、帯鋸盤として横型帯鋸盤を例示したが、竪型帯鋸盤は勿論のこと、丸鋸盤においても同様に実施し得るものである。

ところで、前記実施形態においては、回転速度の振動化が容易に行われ得るように、制御モータ３５の回転軸と駆動ホイール２９とを直接的に連結して、鋸刃１３を制御モータ３５によって直接的に回転する場合について例示し説明した。しかし、例えばウオーム減速機構など慣性モーメントの小さな減速機構を制御モータ３５の回転軸と駆動ホイール２９との間に介在した構成とすることもできる。すなわち、制御モータ３５の回転軸と駆動ホイール２９とを連結した構成とすることが望ましいが、必ずしもそのような構成とする必要はないものである。要は制御モータの回転を振動化できればよいものである。この場合、例えば印加するパルスのデューティー比を大きくすることにより、慣性モーメントが多少大きい場合にも、モータの回転を振動化するときに対応可能なものである。

鋸刃の鋸速を制御する主要部分の構成を概念的に示した機能ブロック図である。 鋸盤の一例としての横型帯鋸盤の全体的構成を示す正面説明図である。

符号の説明

１ 鋸盤
１３ 鋸刃
２１ 切込み作動装置
２３ 切込み位置検出装置
３５ 制御モータ
３７ 制御装置
３９ 切削長演出手段
４１ 鋸速演算手段
４３ 鋸速データテーブル
４５ 回転速度制御手段
４７ モータドライバ
４９ 矩形パルス発生手段
５１ 切込み速度制御手段
５５ 記憶手段
５７ 騒音検出手段
５９ 摩耗検出手段
６１ 切削抵抗検出手段
６３ 比較手段

Claims (7)

1. 設定された加工条件の下に制御モータの回転を制御し鋸刃を回転してワークの切断加工を行っているとき、基準値以上の騒音又は鋸歯の摩耗或は切削抵抗を検出した場合に、パルス発生手段からモータドライバに対してパルスを印加して、前記制御モータの回転速度を振動化し、前記鋸刃の回転を振動化してワークの切断加工を継続することを特徴とする鋸盤によるワークの切断加工方法。
2. 設定された加工条件の下に制御モータの回転を制御し鋸刃を回転すると共に切込み速度制御手段によりワークに対する前記鋸刃の切込み速度を制御してワークの切断加工を行っているとき、基準値以上の騒音又は鋸歯の摩耗或は切削抵抗を検出した場合に、パルス発生手段からモータドライバに対してパルスを印加して前記制御モータの回転速度を振動化し、前記鋸刃の回転を振動化すると共に前記切込み速度を振動化してワークの切断加工を継続することを特徴とする鋸盤によるワークの切断加工方法。
3. 制御モータにより鋸刃を回転し、かつワークに対する上記鋸刃の切込み速度を制御してワークの切断を行うとき、前記鋸刃の回転速度を振動化すると共に、前記鋸刃の切込み速度を振動化してワークの切断を行うことを特徴とするワークの切断加工方法。
4. 制御モータにより鋸刃を回転し、かつワークに対する上記鋸刃の切込み速度を制御してワークの切断を行うとき、前記鋸刃の切込み速度を振動化してワークの切断を行うことを特徴とするワークの切断加工方法。
5. 制御モータによって回転される鋸刃と、前記制御モータの回転速度の制御を行うための回転速度制御手段と、この回転速度制御手段の制御の下に前記制御モータを駆動するモータドライバと、前記回転速度制御手段の制御の下に回転している前記制御モータの回転速度を振動化するために、前記モータドライバに対してパルスを印加するためのパルス発生手段と、ワークの切断時における騒音を検出するための騒音検出手段又は鋸刃の摩耗を検出するための摩耗検出手段或は切削抵抗を検出するための切削抵抗検出手段と、騒音の検出値又は摩耗の検出値或は切削抵抗の検出値と基準値とを比較する比較手段とを備えていることを特徴とする鋸盤。
6. 請求項５に記載の鋸盤において、ワークに対する鋸刃の切込み速度を制御するための切込み速度制御手段を備え、前記パルス発生手段から出力されるパルスに対応して前記切込み速度制御手段の制御の下にワークに対する鋸刃の切込み速度を瞬間的に増速する構成であることを特徴とする鋸盤。
7. 請求項５又は６に記載の鋸盤において、前記パルス発生手段から印加されるパルスの周波数は、数Ｈｚ〜数百Ｈｚの低周波であることを特徴とする鋸盤。
   

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