JP2005288624A - 金属管の定寸切取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリーディスクカッターによる切断端面の塑性変形の『ばり・だれ』の除去・修正を、材料管の切断と同時に実施して、高速高能率でかつ切断面が平滑・美麗な製品の得られる装置を提供する。
【解決手段】長尺の金属材料管の端部から一定寸法の短尺の管を順次切取り分断する金属管の定寸切取り装置において、ディスクカッター１による材料管の切断と、切断後の切削バイト１２による端面切削とを、同一装置内で処理可能とし、ディスクカッター１と切削バイト１２は、管の軸方向に一定距離Ａだけ離れて取り付けられており、切削バイト１２はディスクカッター１の取付位置の半径ｄよりも回転径の外側の半径Ｄの位置で回転すべく配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、長尺の金属材料管の端部から、一定寸法の短尺の管を、正確にかつ能率よく高速で、順次切取り分離する装置に関するものである。

従来の長尺の金属材料管の端部から一定寸法の短尺の管を順次切取り分離する装置に関しては、旋盤による方式或いは、同一出願人による特開平９−２３９６１４号公報に示す如き、ロータリーディスクカッターによるもの等の多数の方式が存在する。
例えば、旋盤方式は金属材料管をチャックで把持し回転させながら、これを突き切り用切削バイトを固定ベット上に載置した切り込み送り装置に装着して、切り込みし切断するものであった。
また、類似の方式として、金属材料管を固定して把持し、その周囲に切り込み送り装置に装着した突切り用切削バイトを周回させながら切り込みし、切断するタイプの旋盤もあったのである。

しかし、これらは何れも、分離切断を切削方式により行っているために、後述のロータリーディスクカッターと比較した時に、切断面は平滑で美麗であるという点では優れているが、切断処理時間が長くかかるという点で劣っていたのである。
また、更に例えば、極めて高硬度の高合金材料で切削バイトでは切断できないような材質のものについては、切削バイトに代えて、レーザー光で切断するような方式も存在するが、切断処理時間は更に長い時間が必要になるのである。

一方、同一出願人による特開平９−２３９６１４号公報に示すロータリーディスクカッターは、チャックで固定保持した金属管に対してその外周を鋭利な先端角を有する金属ディスクを高速で周回させながら、押し込む方式のものである。
金属材料管を塑性変形させながらディスクが進入して分離切断するものであることから、切削バイト方式に比較して分離切断時間が短く、また切削方式のように切り屑として損失される材料が無いために、材料管からの製品採取歩留りが高いという優れた点を有している。

但し、ディスクが材料を塑性変形させながら進入するために、分離後の切断端面に、管中心方向に向いた『ばり・だれ』現象が発生するという不具合を有していたのである。
故に、切断後の短管を、例えば次工程で、プレスによる２次加工を行うために、プレス金型を管の内面に挿入しようとする際においては、この『ばり・だれ』が支障となることがあり、分離切断からプレス加工への中間で『ばり・だれ』の除去・修正の工程を加えねばならないという不具合が発生していたのである。

特開平９−２３９６１４号公報

本発明は、上述のロータリーディスクカッターによる切断端面の塑性変形の『ばり・だれ』の除去・修正を、材料管の切断と同時に実施して、高速高能率でかつ切断面が平滑・美麗な製品の得られる装置を提供せんとするものである。

次に課題を解決するための手段を説明する。
請求項１においては、長尺の金属材料管の端部から一定寸法の短尺の管を順次切取り分断する金属管の定寸切取り装置において、ディスクカッター１による材料管の切断と、切断後の切削バイト１２による端面切削とを、同一装置内で処理可能としたものある。
請求項２においては、請求項１記載の金属管の定寸切取り装置において、ディスクカッター１と切削バイト１２は、管の軸方向に一定距離Ａだけ離れて取り付けられているものである。

請求項３においては、請求項１記載の金属管の定寸切取り装置において、切削バイト１２の取付位置は、ディスクカッター１の取付位置となる半径ｄよりも、大きい半径Ｄの位置で回転すべく配置されているものである。
請求項４においては、請求項１記載の金属管の定寸切取り装置において、ディスクカッター１に対して、左右の位置に切削バイト１２・３３を配置し、１組の切削バイト１２の取り付け位置が、ディスクカッター１より材料管側に位置しており、残りの１組ないし２組の内、少なくとも１組は反材料管側に位置しているものである。

請求項５においては、請求項１記載の金属管の定寸切取り装置において、切削バイト１２を保持する切削バイトホルダー１３を、ディスクカッター１を保持するカッターホルダー２に、ゴム或いはバネ等の弾性体１４を介在させて取付けしたものである。
請求項６においては、請求項１記載の金属管の定寸切取り装置において、材料管の軸芯方向にスライド移動するテーパー案内面を設け、該テーパー案内面により拡縮動作をする管チャック装置１７により材料管をチャックすべく構成したものである。

請求項７においては、請求項５記載の金属管の定寸切取り装置において、ディスクカッター１及び切削バイト１２とを一体に取り付けたカッターホルダー２を、材料管の軸芯に対して、相互に対向する位置に２組配置したものである。
請求項８においては、請求項６記載の金属管の定寸切取り装置において、材料管の軸芯方向にスライドするテーパー案内面による拡縮動作をする管チャック装置１７・２２を、カッターホルダー２に対して左右に２組設けたものである。

本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を奏するものである。
請求項１の如く、長尺の金属材料管の端部から一定寸法の短尺の管を順次切取り分断する金属管の定寸切取り装置において、ディスクカッター１による材料管の切断と、切断後の切削バイト１２による端面切削とを、同一装置内で処理可能としたので、ディスクカッター１による塑性変形による切断であるので、『ばり・だれ』が端面に発生するが、この端面の『ばり・だれ』を同時に処理するので、次工程においてプレス加工する場合にも、品質の安定した切断管を供給することが、一工程の処理で提供することが可能となったのである。

請求項２の如く、ディスクカッター１と切削バイト１２は、管の軸方向に一定距離Ａだけ離れて取り付けられているので、ディスクカッター１による塑性変形切断処理後に、一定距離Ａだけ材料管を移動させることにより、同じ装置上で、端面切削処理が出来るので、１工程の段取り時間を短くすることが出来たものである。

請求項３の如く、切削バイト１２はディスクカッター１の取付位置の半径ｄよりも回転径の外側の半径Ｄの位置で回転すべく配置されているので、ディスクカッター１による塑性変形切断する作業の際においては、切削バイト１２が材料管に接触することがなく、切断後に、カム８を大きく移動させて、カッターホルダー２を切り込み側に移動させた場合にのみ、切削バイト１２・３３を材料管に接当させて作業するという２段の作業が可能となったのである。

請求項４の如く、ディスクカッター１に対して、左右の位置に切削バイト１２・３３を配置し、１組の切削バイト１２の取り付け位置が、ディスクカッター１の取付位置より材料管側に位置しており、残りの１組ないし２組の内、少なくとも１組は反材料管側に位置してことにより、ディスクカッター１により塑性変形切断した後の材料管の先端の切断処理を切削バイト３３でおこない、同じく塑性変形切断後の処理済み材料管の終端部の切断処理を切削バイト１２により行うことが出来るようになり、高速で定寸切断することが可能となったのである。

請求項５の如く構成したので、切削バイト１２を保持する切削バイトホルダー１３を、ディスクカッター１を保持するカッターホルダー２に、ゴム或いはバネ等の弾性体１４を介在させて取付けしたので、切削バイト１２・３３は管外周部から内周部の移動を管形状に上手く倣って行き、『ばり・だれ』だけを効果的に除去する。

請求項６の如く、材料管の軸芯方向にスライド移動するテーパー案内面を設け、該テーパー案内面により拡縮動作をする管チャック装置１７により材料管をチャックすべく構成したので、空圧シリンダー２０により、簡単に管チャック装置１７をチャック動作することが可能となり、回転主軸６の内部に空圧シリンダー２０の連動管や管チャック装置１７を配置することが可能となったものである。

請求項７の如く、ディスクカッター１及び切削バイト１２とを一体に取り付けたカッターホルダー２を、材料管の軸芯に対して、相互に対向する位置に２組配置したので、ディスクカッター１と切削バイト１２・３３の配置を、最低限度とすることができて、コンパクトな金属管の定寸切取り装置とすることが出来たものである。

請求項８の如く、材料管の軸芯方向にスライドするテーパー案内面による拡縮動作をする管チャック装置１７・２２を、カッターホルダー２に対して左右に２組設けたので、定寸切断前の材料管と、定寸切断後の材料管の両方を、管チャック装置１７と管チャック装置２２により把持することが可能となり、搬送ローラー２５により搬送後の切断管の加工処理工程を簡潔に構成することか可能となったものである。

次に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、金属管の定寸切取り装置の全体側面図、
図２は、同じく全体平面図、
図３は、金属管の定寸切取り装置のディスクカッター１と切削バイト１２の部分周辺の拡大側面図、
図４は、ディスクカッター１の部分の拡大正面図。
図５は、カム８のカム孔８ａ・８ｂの構造を示す図面である。

図１から図４において、金属管の定寸切取り装置の構成について詳細に説明する。
金属管の定寸切取り装置を構成する要素としては、次の通りである。
金属管の定寸切取り装置は、左側に搬送ローラー２５と管チャック装置２２と空圧シリンダー２３を主体とする切断後の材料管を保持して端面切断する機構を配置している。
右側には、材料管を供給する機構と、それを切断するためのディスクカッター１とカッターホルダー２と管チャック装置１７等が配置されている。
本発明の要部を構成する切削バイト１２・３３は、送り込まれる材料管を切断する管チャック装置１７とカッターホルダー２とディスクカッター１の側において、カッターホルダー２に、ディスクカッター１を挟んで左右の位置に付設されている。

また、材料管の軸心から見た場合において、図４に示す如く、切削バイト１２はディスクカッター１の取付位置の半径ｄよりも回転径の外側の半径Ｄの位置で回転すべく配置されている。ディスクカッター１と切削バイト１２・３３は共に、カッターホルダー２に付設されているので、切り込みサーボモーター１１とスクリュー及びナット機構１０の駆動によるカム８の左右動と共に、切り込み方向である軸芯方向に同時に食い込み移動する。
故に、ディスクカッター１が材料管を塑性変形切断している際には、切削バイト１２・３３は、材料管に接当することはないのである。また、切削バイト１２・３３により端面切断している場合には、該位置には材料管が切断されて存在しない位置にディスクカッター１が位置しているので、ディスクカッター１が材料管に接当することはないのである。

主モーター７により駆動される回転主軸６の上に、カッターホルダー２が配置されており、該カッターホルダー２にディスクカッター１と、切削バイト１２・３３が付設されている。即ち、カッターホルダー２には、ディスクカッター１の左右の位置、即ち送り方向の前後の位置に一定距離Ａをおいて、前後の切削バイト１２・３３が、ゴム或いはバネ等の弾性体１４を介して配置されている。

ディスクカッター１を被切断管の直径方向に切り込み送りするための旋回送り機構を構成するために、カッターホルダー２にアーム軸４が設けられており、該アーム軸４には従動ローラーが軸受け支持されている。
該アーム軸４の従動ローラーは、カム８と共に回転するアーム軸支持筒３６の凹部に嵌入している。また、旋回中心軸３は、回転主軸６と共に回転するカッターホルダー支持筒３７と共に回転している。

そして、カム８は切り込みサーボモーター１１により左右動させられるスクリュー及びナット機構１０により、左右に摺動する機構となっており、外周には、図５に示すような『ハ』型のカム孔８ａ・８ｂが穿設されている。該カム孔８ａ・８ｂに、カムフォロワー機構９を構成する、アーム軸支持筒３６に支持された従動ローラーと、カッターホルダー支持筒３７に支持された従動ローラーが嵌装されている。

該構成により、切り込みサーボモーター１１により、スクリュー及びナット機構１０を左右動させて、カム８を強制的に回転主軸６の外周で左右に摺動させることにより、『ハ』型のカム孔８ａ・８ｂに沿って、カッターホルダー支持筒３７とアーム軸支持筒３６の位置関係が外周上で開閉してずれるのである。この開閉ズレの幅が、ディスクカッター１の切り込み量となるのである。
カッターホルダー２が管外周で高速周回運動するために発生する遠心力でカッターホルダー２が旋回中心軸周りに不要な旋回力を発生させることを防止するために、カッターホルダー２に設けられたカウンターウエイト５が設けられている。

また、ディスクカッター１のカッターホルダー２を、材料管の外周に高速周回運動させるための回転主軸６と、該回転主軸６を回転駆動させるための主モーター７が設けられている。
また、ディスクカッター１を被切断管の直径方向に切り込み送りするためにカッターホルダー２のアーム軸４に旋回駆動力を伝達するためのカム８及びカムフォロワー機構９が設けられている。
そして、カムフォロワー機構９を移動させるためのサーボモーター１１にて駆動させるスクリュー及びナット機構１０が設けられている。
ディスクカッター１、カッターホルダー２、切り込み送りするためのカム８及びカムフォロワー機構９は、被切断管の外周の少なくとも対向する位置に２組、或いは１２０度均等配置位置に３組が回転主軸６上に載置してある。

ディスクカッター１とカッターホルダー２に設置された切削バイト１２及び切削バイトホルダー１３がゴム或いはバネ等の弾性体１４の上に締結されている。 該ゴム或いはバネ等の弾性体１４により切削バイトホルダー１３と切削バイト１２・３３を支持していることにより、切削バイト１２・３３の先端は、フレキシブルに切断端面に接触するのである。

ディスクカッター１と切削バイト１２は、管の軸方向に一定距離Ａだけ離れて取り付けられている。但し、２組ないし３組のカッターホルダー２において、少なくとも、１組は切削バイト１２の取り付け位置が、ディスクカッター１より材料管側に位置しており、残りの１組ないし２組の内、少なくとも１組は反材料管側に位置している。
１組は分断された管の材料管側の端面の『ばり・だれ』を除去・修正するためのものであり、反対側の１組は切り落とし側の管の端面の『ばり・だれ』を除去・修正するためのものである。

切削バイトホルダー１３をディスクカッターホルダー２に取り付ける箇所にはゴム或いはバネ等の弾性体１４を介在させて取り付けしている。
材料管を本体の回転主軸６内を通過させるために、回転主軸６の中心に貫通孔１５が穿設されている。該貫通孔１５の内部に材料管が配置されて、管チャック装置１７により固定されるのである。
該貫通孔１５の内部に挿入されていて材料管をしっかりと保持できるように拡縮ガイド１６によってテーパーガイドによる拡縮機能を有する管チャック装置１７が構成されている。

管チャック装置１７の先端は管軸方向にスライド移動可能な軸受けベアリング１８で支持されている。また拡縮ガイド１６の他端には、空圧シリンダー１９による管軸方向の移動機構が設けられており、この空圧シリンダー１９の作動により管チャック装置１７が拡縮することにより、切断された材料管の根元側をしっかりと保持する。
また、拡縮ガイド１６及び管チャック装置１７の一端側には、これら全体を管軸方向に前進後退移動するため空圧シリンダー２０による押し引き機構が設けられており、その移動ストロークは前記の一定距離Ａに合致させている。

さらに、その外側には、図示していないが、材料管を保持しながら本体内に押し込み挿入するための押し込み機構が設置されている。
この押し込み機構はサーボモーター駆動であり、サーボ制御により材料管を所定の切断長さずつ正確に押し込み移動させるように構成している。
ディスクカッター１を挟んで上記の材料管根元チャック機構の反対側には、切り落とされる管を保持するチャック装置が配置されている。こちらも、テーパー案内面を有する拡縮ガイド２１と、それによって拡縮される管チャック装置２２と、拡縮ガイド２１を管軸方向に移動させる空圧シリンダー２３と、また拡縮ガイド２１及び管チャック装置２２の全体を管軸方向に前進後退移動させるための空圧シリンダー２４とで構成されている。空圧シリンダー２４による移動ストロークも、前記の一定距離Ａに合致している。

さらに、この切り落とされる側の管チャック装置２２の他端側には、切り落とされた短管を転送し排出するための搬送ローラー２５が設けられている。
また、ディスクカッター１や切削バイト１２は、消耗品であるので、一定作業回数の終了後には、新品と交換する必要がある。また管チャック装置１７や管チャック装置２２は、管サイズが変更になる時には、段取り替えとしての交換作業が必要となる。
これらの作業を便利にするために、切り落とされる側の拡縮ガイド２１及び管チャック装置２２等の全体機構を離隔させるための空圧シリンダー２６による移動案内装置が設けられている。

これらの装置による作用を以下の述べる。
まず、材料管が図示されていない入り側の押し込み機構による本体の貫通孔１５内に挿入されてくる。その押し込み移動距離は押し込み機構のサーボ機構により正確に制御されているので、材料管の先端がディスクカッター１の先端に到達したところで、押し込みは停止される。
材料管の最先端の切り口が製品として採取して良い状態になっているかどうかによって、最初の動作は異なってくる。通常は最先端部はまずディスクカッター１により１０ｍｍほど突き出して切り落として屑として排出し、そこから以降を製品として採取する。

材料管の先端がディスクカッター１の切削バイト１２に到達し、押し込みが停止したところで、空圧シリンダー１９の作用により拡縮ガイド１６が図の左方向に移動して、管チャック装置１７を縮小させ材料管を保持する。このとき＠空圧シリンダー２０は、拡縮ガイド１６及び管チャック装置１７の全体を図の左方向のストローク終端位置に位置決めされている。
管チャック装置１７により管チャックが終了すると主モーター７により回転主軸６を介して、常時、材料管の外周を高速周回しているディスクカッター１及びカッターホルダー２が、切り込みサーボモーター１１の作用により材料管の外周側から内周側に向けて進入してくる。

この進入動作は、切り込みサーボモーター１１及びスクリュー及びナット機構１０の作用によりカム８が、図の左方向に移動し、これによりカム８に嵌装されたカムフォロワー機構９がアーム軸４を旋回中心軸３の中心に対して相対的に旋回させる。これにより、ディスクカッター１が材料管の外周側から内周側に向けて進入する。
ディスクカッター１が材料管の肉厚を貫通して分断を完了させる進入距離は、予め切り込みサーボモーター１１の制御の中にプログラムされているので、分断が完了した時点で一旦、切り込みサーボモーター１１の切り込み動作は停止し待機する。

そして、空圧シリンダー２０が作用して、拡縮ガイド１６及び管チャック装置１７の全体を図の右方向に一定ストロークＡだけ移動し、材料管の先端の分断された位置を切削バイト３３の位置に移動させる。
この移動が終了した時点で、再び、切り込みサーボモーター１１が切り込み送りを開始する。これにより、次には切削バイトホルダー１３のカッターホルダー２への取り付け部には弾性体３４が介在されているために、切削バイト３３は管外周部から内周部の移動を管形状に上手く倣って行き、『ばり・だれ』だけを効果的に除去する。

切削バイト３３が管内周側まで移動する移動量も、予め切り込みサーボモーター１１の制御の中にプログラムされているので、ここで切り込みサーボモーター１１の回転は反転して、切削バイト１２及びディスクカッター１の位置がスタート地点まで戻るところまで動作する。
これにより、最初の分断及び分断面の『ばり・だれ』除去は終了したので、管チャック装置１７は管の保持を開放する。そして入り側の押し込み機構３０の作用により、材料管は所定の切り落とし製品長さに相当する分だけ、サーボ機構による制御で材料管を左方向に送り込む。

送り込みが終了すると、再び管チャック装置１７が管を保持するが、２カット目から以降は、管の切り落とし側の管チャック装置２２も作用して材料管の先端側を保持するようになる。
以下のディスクカッター１による分断動作、及び切削バイト３３による『ばり・だれ』の除去動作は、１カット目と同じ動作の繰り返しになるが、２カット目からは、管の切り落とし側の管チャック装置２２が空圧シリンダー２４の作用により、分断された側の管を図の左方向に一定ストロークＡだけ移動させて、もう一側の切削バイト１２で分断された側の管の分断面の『ばり・だれ』除去作業が同時並行で進む作業が加わる。

即ち、分断により生じた材料送り込み側の分断面と製品管側の分断面との２つの面の『ばり・だれ』除去作業が、２組の管チャック装置１７・２２、カッターホルダー２・２及び切削バイト１２・３３の組合せにより同時並行して進行するのである。
１組のサイクル動作が終了する都度、材料管は押し込み機構３０の作用により、所定製品長さ分ずつ図の左方向に送り込んでくるので、切り落とされた製品短管は、出側の管チャック装置２２の中を押されながら通過し、出側の搬送ローラー２５を介して外部に排出されるのである。

また、入り側の材料送り込み機構は、先端の入り側の管チャック装置１７の内部に進入できるように細長くなっているので、材料管の終端まで短尺製品が採取できるようになっている。
これらの作用により、１つの装置の中で短管の分断と『ばり・だれ』の除去が、高速かつ高能率で完了できるようになったので、その生産性の向上効果は極めて大きいものが得られるのである。

金属管の定寸切取り装置の全体側面図。 同じく全体平面図。 金属管の定寸切取り装置のディスクカッター１と切削バイト１２の部分周辺の拡大側面図。 ディスクカッター１の部分の拡大正面図。 カム８のカム孔の構成を示す図面。

符号の説明

１ ディスクカッター
２ カッターホルダー
３ 旋回中心軸
４ アーム軸
５ カウンターウエイト
６ 回転主軸
７ 主モーター
８ カム
８ａ・８ｂ カム孔
９ カムフォロワー機構
１０ スクリュー及びナット機構
１１ 切り込みサーボモーター
１２・３３ 切削バイト
１３ 切削バイトホルダー
１４・３４ 弾性体
１５ 貫通孔
１６ 拡縮ガイド
１７ 管チャック装置
１８ 軸受けベアリング
１９ 空圧シリンダー
２０ 空圧シリンダー
２１ 拡縮ガイド
２２ 管チャック装置
２３ 空圧シリンダー
２４ 空圧シリンダー
２５ 搬送ローラー
２６ 空圧シリンダー

Claims (8)

1. 長尺の金属材料管の端部から一定寸法の短尺の管を順次切取り分断する金属管の定寸切取り装置において、ディスクカッター１による材料管の切断と、切断後の切削バイト１２による端面切削とを、同一装置内で処理可能としたことを特徴とする金属管の定寸切取り装置。
2. 請求項１記載の金属管の定寸切取り装置において、ディスクカッター１と切削バイト１２は、管の軸方向に一定距離Ａだけ離れて取り付けられていることを特徴とする金属管の定寸切取り装置。
3. 請求項１記載の金属管の定寸切取り装置において、切削バイト１２の取付位置は、ディスクカッター１の取付位置となる半径ｄよりも、大きい半径Ｄの位置で回転すべく配置されていることを特徴とする金属管の定寸切取り装置。
4. 請求項１記載の金属管の定寸切取り装置において、ディスクカッター１に対して、左右の位置に切削バイト１２・３３を配置し、１組の切削バイト１２の取り付け位置が、ディスクカッター１の取付位置より材料管側に位置しており、残りの１組ないし２組の内、少なくとも１組は反材料管側に位置していることを特徴とする金属管の定寸切取り装置。
5. 請求項１記載の金属管の定寸切取り装置において、切削バイト１２を保持する切削バイトホルダー１３を、ディスクカッター１を保持するカッターホルダー２に、ゴム或いはバネ等の弾性体１４を介在させて取付けしたことを特徴とする金属管の定寸切取り装置。
6. 請求項１記載の金属管の定寸切取り装置において、材料管の軸芯方向にスライド移動するテーパー案内面を設け、該テーパー案内面により拡縮動作をする管チャック装置１７により材料管をチャックすべく構成したことを特徴とする金属管の定寸切取り装置。
7. 請求項５記載の金属管の定寸切取り装置において、ディスクカッター１及び切削バイト１２とを一体に取り付けたカッターホルダー２を、材料管の軸芯に対して、相互に対向する位置に２組配置したことを特徴とする金属管の定寸切取り装置。
8. 請求項６記載の金属管の定寸切取り装置において、材料管の軸芯方向にスライドするテーパー案内面による拡縮動作をする管チャック装置１７・２２を、カッターホルダー２に対して左右に２組設けたことを特徴とする金属管の定寸切取り装置。

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