JP3277843B2 - 旋回式研削制御方法 - Google Patents

旋回式研削制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被研削物を旋回研
削する旋回式研削制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、研削における押付力とは、研削
能率(単位時間当りの研削量)を決定する重要な要因で
ある。このため、グラインダ装置に装着されている砥石
を回転させながらグラインダ装置を旋回させて被研削物
を研削する旋回式研削方法においては、その装置に搭載
される駆動モータ、砥石、回転軸構成部品等のグライン
ダ装置の自重作用方向が旋回角度により刻々と変化する
が、旋回角度によらず押付力を一定、或いは旋回角度毎
に任意の値に制御する必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この押付力が直接測定
できればフィードバック制御で一定或いは任意の値に制
御できるが、 (a)高速回転している砥石から押付力を直接測定する
ことは困難である。 (b)また、仮にフィードバック制御をしたとしても、
被研削物の表面形状にならって研削するためには応答速
度を上げる必要があるが、応答速度を上げるとゲインを
上げざるを得なくなり、ハンチングする可能性がある。 (c)ハンチングを避けるようにしたフィードバック制
御では応答速度が遅く、旋回式研削のプロセスに適さな
い。 (d)また、従来の旋回式研削方法を後述する連続圧延
設備に適用した場合には、タイムサイクルの制約上、研
削時間を極力短くする必要があるため、応答速度を上げ
ざるを得ない。 という問題点があった。
【0004】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、砥石の押付力を直接測定する
ことなく所定の大きさに制御することを可能にした旋回
式研削制御方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る旋回式研削
制御方法は、昇降シリンダを介して断面円形の被研削物
直径方向に移動可能にそれぞれ支持され、前記被研削
物の周方向に沿って配置された複数のグラインダ装置を
有し、前記グラインダ装置に装着されている砥石を回転
させながら前記グラインダ装置を、前記被研削物の外周
を周方向に旋回させて被研削物の外周部を周方向に研削
する旋回式研削方法において、グラインダ装置の旋回位
置を検出し、その旋回位置及びグラインダ装置の自重に
基づいて、被研削物に対する砥石の押付力が所定の大き
さになるように昇降シリンダの油圧を制御する。グライ
ンダ装置の自重及びそれが旋回角度の変化に応じて押付
力にどのように影響を与えるかは容易に把握することが
できることから、これらの要素を考慮して昇降シリンダ
の油圧を調整することで、被研削物に対する砥石の押付
力を所定の大きさに制御することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】図4は本発明の一実施形に係る旋
回式研削制御方法が適用された走間バリ取り装置の一構
成例を示す正面図であり、図5はその側面図である。こ
こでは、まずその機構部分について説明する。
【0007】この走間バリ取り装置10は、走行台車1
1上に旋回リング12を設け、この旋回リング12に独
立に回転駆動される3台のグラインダ装置13をそれぞ
れ昇降シリンダ14によって旋回リング12の半径方向
に移動可能に装備したものである。各々の砥石15は、
丸ビレット1の中心軸に対し、所定の角度で傾斜してお
り、このような傾斜により、比較的厚さの薄い砥石でも
溶接部のバリを幅広く研削することができる。また、ノ
ロの飛散方向が丸ビレット1の中心軸より斜め方向にな
るので、ノロの分離・集塵が容易である。
【0008】走行台車11は、ビレット移動方向に敷設
されたレール16上を所定のストロークで往復運動する
ようになっている。走行駆動用モータ17はそのモータ
出力軸に設けられたピニオン18をレール16の側面に
設けたラック19に噛み合わせて駆動するようにしてい
る。なお、この駆動に関しては、走行駆動用モータ17
の出力軸に減速機(図示せず)を設けて、その減速機を
介して車輪を駆動して走行するようにしてもよい。
【0009】旋回リング12は、下部を支持ローラー2
0により走行台車11上で回転自在に支持されており、
背面部を走行台車11上に立設した縦フレーム21に回
転可能に支持されている。縦フレーム21には旋回駆動
用モータ22を設け、その出力軸に設けられたピニオン
23を旋回リング12の背面部のリングギヤ24に噛み
合わせて旋回リング12を丸ビレット1の中心軸の回り
に回転させるようにしている。なお、丸ビレット1は、
前段の図示しない走間フラッシュバット溶接装置により
連続的に接続されている。また、この旋回駆動用モータ
22には旋回角度θを検出するエンコーダを内蔵してい
るものとする。
【0010】独立に回転駆動される複数のグラインダ装
置13は、それぞれ支持台25上に設置されており、各
支持台25は、摺動台26を介して旋回リング12の前
面に半径方向に摺動自在に支持され、昇降シリンダ14
によって旋回リング12の半径方向に移動させることに
より変位可能に構成されている。砥石15は支持台25
上に設置した砥石駆動用モータ27によりベルト28で
回転駆動するようにしている。
【0011】砥石15の上流側にビード検出センサ30
を設け、このセンサ30によってビレット溶接部を検出
する。また、砥石15の下流側に集塵用フード31を設
け、フード31の内面に複数の散水ノズル32を設け
る。このフード31及び散水ノズル32からの散水によ
って、バリ研削時の研削粉の火花を冷却しつつ集塵し、
ノロを排水管33より排水溝等に排出するようにしてい
る。なお、丸ビレット1の支持ロール34は、溶接部2
が通過する際には下降するようになっている(その昇降
手段の図示は省略してある)。また、防熱フード35も
設けられている。
【0012】ここで、本実施形態が適用される連続圧延
について簡単に説明する。この連続圧延は、連続鋳造機
から直送され、或いは加熱炉から連続して抽出されるビ
レットを連続圧延するものであり、ビレット表面に生成
したスケールを除去するために機械式又は水圧によりデ
スケーリングを行い、圧延速度にて動くビレットを走間
においてフラッシュバット溶接で連続的に接続してい
き、このフラッシュバット溶接時に発生するバリを走間
において研削除去し、さらに、インダクションヒータに
て加熱する一連の行程のあと、連続して圧延する。
【0013】図4及び図5の走間バリ取り装置10は、
上述の連続圧延においてフラッシュバット溶接時に発生
するバリを走間において研削除去するものであり、溶接
部の位置をセンサ30により検出すると、バリ取り装置
10が下流側に走行を開始し、グラインダ装置13の砥
石15が低速から高速へと回転速度を上げ始め、更に昇
降シリンダ14によりグラインダ装置13をビレット中
心側へ移動させていき、そして、丸ビレット1が更に下
流側に搬送されて、砥石15の直下にビレット溶接部2
が到達すると、昇降シリンダ14の駆動により砥石15
を溶接部2に押付ける。そして、グラインダ装置13を
旋回リング12により丸ビレット1の回りを所定角度旋
回させることによって、砥石15が丸ビレット1の周方
向全体のバリを研削して除去する。このとき、回転中の
砥石15は所定の押付力Fにて丸ビレット1を押付てい
るが、その詳細は後述する。
【0014】砥石15はビレット中心軸に対し斜めにセ
ットされており、且つ丸ビレット1の回りを旋回するの
で、砥石15の厚さが薄いものであっても幅広くバリ3
を研削することができる。また、ノロの飛散方向を斜め
に限定できるため、容易にノロを集塵することができ
る。このバリ取り装置10は図6に示される所定のスト
ロークS2 を走行する間にバリ取りを行い、バリ取り後
は元の位置に復帰して次の溶接部に対するバリ取り動作
を上記と同様に行う。このようにして各溶接部のバリを
オンラインで連続的に研削することができる。
【0015】上記の説明により走間バリ取り装置10の
機構が明らかになったところで、次に、この走間バリ取
り装置10の昇降シリンダ14の制御系について詳細に
説明する。図1は昇降シリンダ14の制御系の構成を示
したブロック図であり、図2は昇降シリンダの配置と旋
回範囲との関係を示した説明図であり、図3は昇降シリ
ンダ14のポートP1,P2と押付力Fとの関係を示す
説明図である。
【0016】図2に示されるように、グラインダ装置1
3(13a〜13c)は、120°ずつずらして3台配
置されており、このグラインダ装置13a〜13cの旋
回領域A1、A2、A3は130゜となっており、相互
に10゜重複している。そして、それぞれのグラインダ
装置13a〜13cには上述のように昇降シリンダ14
(14a〜14c)が取り付けられている。この昇降シ
リンダ14a〜14cに供給する油圧P1,P2を図1
の制御系により制御することにより押付力Fを一定にす
る。
【0017】図1の昇降シリンダ14の制御系におい
て、プログラマブルコントローラ100には、演算部1
02及び電圧変換器104が含まれており、その出力は
比例電磁式パイロットリリーフ弁106(106a〜1
06c)にそれぞれ供給される。比例電磁式パイロット
リリーフ弁106aは昇降シリンダ14aのヘッド側に
設けられたバランシング弁108を制御することによ
り、昇降シリンダ14aのヘッド側のポートの油圧を調
整している。また、この昇降シリンダ14aのロッド側
にもバランシング弁110が設けられており、昇降シリ
ンダ14aのロッド側のポートの油圧を調整している。
このような調圧機構140aは昇降シリンダ14aだけ
でなく、昇降シリンダ14b及び14cにおいても同様
に配置されており、それらについては図に140b及び
140cとだけ記載してその図示は省略するものとす
る。
【0018】本実施形態においては、昇降シリンダ14
のロッド側のポートはバランシング弁110により旋回
角度によらず、常時一定圧力をかけておくものとする。
これによりグラインダ装置13の自重により砥石15が
下がるのを防ぎ、退避動作もこの圧力によって行うこと
ができる。但し、装置の自重が常時退避方向に働く(図
2の旋回領域A2参照)グラインダ装置13bではこの
圧力は不要であり、このグラインダ装置13bについて
はP2=0に設定する。昇降シリンダ14のヘッド側の
ポートは、バランシング弁108により旋回角度に応じ
て自重+ロッド側圧力をキャンセルし、且つ所定の押付
力が得られるように制御される。図3に示されるように
シリンダヘッド側面積、圧力をA1 ,P1 とし、シリン
ダロッド側面積、圧力をA2 ,P2 とし、グラインダ装
置13の自重をmとすると旋回角度θにおける押付力F
は F=P1 1 −P2 1 +m cosθ にて表せる。従って、昇降シリンダ14のヘッド側圧力
1 は P1 =1/A1 (F+P2 2 −mcos θ) となる。このようなことから、図1の制御系においては
次のような処理がなされる。
【0019】図1の昇降シリンダ14の制御系において
は、プログラマブルコントローラ100の演算部102
が、例えば旋回駆動用モータ22に内蔵したエンコーダ
(図示せず)から旋回角度θを取り込んで、グラインダ
装置13a〜13cの油圧P1 を制御するために次の演
算処理を行う。 グラインダ装置13a:P1 =1/A1 {F+P2 2
−mcos θ} グラインダ装置13b:P1 =1/A1 (F−mcos
(θ+120)} グラインダ装置13c:P1 =1/A1 {F+P2 2
−mcos (θ+240)} 0≦θ≦130゜
【0020】演算部102により求められた各グライン
ダ装置13a〜13cのP1 は、電圧変換器104にお
いて電圧信号に変換する。この電圧信号を比例電磁式パ
イロットリリーフ弁106へ指令することで圧力を比例
制御し、バランシング弁108をベンコントロールして
昇降シリンダ14a〜14cのヘッド側のポートの油圧
をそれぞれ上述の演算部102により求めた値に制御す
る。その結果、砥石15による押付力Fは旋回角度θに
無関係に一定の大きさになる。但し、バランシング弁か
ら実際に吐出される圧力は入力電圧に対して必ずしも比
例ではなく、ヒステリシスや固体差があるので、圧力
上昇時と下降時、使用する圧力レンジ、ロードセル
や圧力計等によって実際に押付力や圧力を測定すること
により、電圧変換を複数、或いは条件に応じて変更可能
な係数を変換式に持つ必要がある。
【0021】なお、上記の実施形態においては、昇降シ
リンダ14のロッド側のポートの油圧を一定にして、ヘ
ッダ側のポートの油圧を調整する機構を採用したが、本
発明においてはその逆の機構を採用しても良い。すなわ
ち、昇降シリンダ14のヘッド側のポートの油圧を一定
にして、ロッド側のポートの油圧を調整する機構を採用
しても良い。要するに、ヘッド側のポートの油圧とロッ
ド側のポートの油圧との相対的な差を制御することで押
付力Fの大きさを所望の大きさにすれば良い。
【0022】また、演算部102の演算処理を早めるた
めに、予め上述の計算を行って離散的な旋回角度θをも
ったテーブルを作成しておき、そして、旋回角度θが入
力する度に該当するP1 を読み出して出力するようにし
ても良い。その場合の離散的な旋回角度θの粗さは、例
えばグラインダ装置13aの場合についてみると、旋回
位置が垂直に近い時(旋回角度0°付近)では粗くても
自重による誤差の影響が少ないが、旋回位置が水平に近
い時(旋回角度0°付近)では細くしないと自重による
誤差が大きくなるので、これらの点を考慮してテーブル
を作成する必要がある。このことは、グラインダ装置1
3b,13cの場合についても同様である。
【0023】また、上述の実施形態においては、オープ
ンループによる制御方法を述べたがヘッド側のポートの
油圧が指令値になるようにクローズドループにて制御す
ることも可能である。
【0024】また、上述の実施形態においては、丸ビレ
ットの溶接部を旋回研削する例について述べたが、本発
明は、異形棒鋼や鋼管をフラッシュバット溶接で接合し
たバリ研削、鋼管の端面面取り、丸ビレットのガス切
断、ノロ研削等の旋回研削にも適用することができる。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、グライン
ダ装置の旋回位置及びグラインダ装置の自重に基づい
て、被研削物に対する砥石の押付力が所定の大きさにな
るように昇降シリンダの油圧を制御するようにしたの
で、被研削物に対する押付力が所定の大きさになり、こ
のため研削能率も一定になり、安定した研削動作が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形に係る旋回式研削制御方法が
適用された走間バリ取り装置における昇降シリンダの制
御系の構成を示したブロック図である。
【図2】図1の昇降シリンダの配置と旋回範囲との関係
を示した説明図である。
【図3】図1の昇降シリンダのポートの油圧P1,P2
と押し付け力Fとの関係を示す説明図である。
【図4】本発明の一実施形に係る旋回式研削制御方法が
適用された走間バリ取り装置の一構成例を示す正面図で
ある。
【図5】図4の走間バリ取り装置の側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−101358(JP,A) 特開 平5−104422(JP,A) 特開 昭52−20492(JP,A) 特開 平9−85325(JP,A) 実開 平6−75644(JP,U) 実開 昭53−49188(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21C 37/00 - 43/04 B23K 37/08 B23K 11/04 310 B24B 5/00 - 7/30 B23Q 15/00 - 15/28 B24B 41/00 - 51/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 昇降シリンダを介して断面円形の被研削
    物の直径方向に移動可能にそれぞれ支持され、前記被研
    削物の周方向に沿って配置された複数のグラインダ装置
    を有し、前記グラインダ装置に装着されている砥石を回
    転させながら前記グラインダ装置を、前記被研削物の外
    周を周方向に旋回させて被研削物の外周部を周方向に
    削する旋回式研削方法において、 前記グラインダ装置の旋回位置を検出し、その旋回位置
    及び前記グラインダ装置の自重に基づいて、被研削物に
    対する砥石の押付力が所定の大きさになるように前記昇
    降シリンダの油圧を制御することを特徴とする旋回式研
    削制御方法。
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