JP4610473B2

JP4610473B2 - 帯鋸盤における騒音減少方法及び帯鋸盤

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Publication number: JP4610473B2
Application number: JP2005327447A
Authority: JP
Inventors: 徹常盤; 欽志郎内藤
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP2006055997A

Description

本発明は、例えば横型帯鋸盤や竪型帯鋸盤等の帯鋸盤において発生する騒音を減少する方法及びその帯鋸盤に係り、さらに詳細には、帯鋸刃における縦振動に起因する騒音を減少する方法及びその帯鋸盤に関する。

帯鋸盤において、ワークの切断加工時に発生する騒音を減少する構成として、帯鋸刃の共振による騒音発生を防止するために帯鋸刃における鋸歯ピッチを不等ピッチにする構成や、帯鋸刃に対して質量の大きな防振ローラを圧接する構成などが採用されている。また、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、帯鋸刃の回転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）。
特開平８−１９７３３０号公報

前述したように、帯鋸刃における鋸歯ピッチを不等ピッチにする構成や、防振ローラを帯鋸刃に圧接する構成においては、ある程度の騒音の低減を図ることができるものの、ワークの切断加工時における帯鋸刃の縦振動に起因するビビリ振動を低減するにはさらなる改良が求められている。

また、インバータ制御によって帯鋸刃の回転速度を周期的に制御する構成においては、共振による騒音を低減することができるものの、時には、振動数の僅かに異なる二つの音波が干渉し合って周期的に音が強くなったり弱くなったりする唸りを生じることがあると共に、切断加工時における帯鋸刃の縦振動に起因するビビリ振動を低減するには、さらなる改良が求められている。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、帯鋸盤によるワークの切断加工時における帯鋸刃の縦振動による騒音を減少する騒音減少方法であって、前記帯鋸刃を回転駆動するための制御モータのモータドライバに、矩形パルスの立上り時には鋸速を加速するための＋の矩形パルスを印加する一方、矩形パルスの立下り時には鋸速を減速するための−の矩形パルスを印加し、一定の回転速度で回転している前記制御モータの回転速度を振動化して帯鋸刃の縦振動による騒音を減少することを特徴とするものである。

また、帯鋸盤における駆動ホイールを回転するための制御モータと、前記制御モータの回転速度を制御する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一定速度で回転している前記制御モータの回転速度を加速，減速して振動化するために、矩形パルスの立上り時には鋸速を加速するための＋の矩形パルスを印加する一方、矩形パルスの立下り時には鋸速を減速するための−の矩形パルスを前記モータドライバに印加するためのパルス発生手段と、印加された前記矩形パルスに対応して前記制御モータの回転速度を加速、減速して前記制御モータの回転速度を一定回転速度に対して加速した状態、減速した状態に振動化するための前記モータドライバと、を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、帯鋸刃の回転速度を急激に増速，減速することにより、帯鋸刃の回転速度を振動化することができ、帯鋸刃によって振動切削を行う態様となり、ワークの切断加工時におけるワークと帯鋸刃との擦り合いによる帯鋸刃の縦振動を抑制でき、縦振動による騒音を減少す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形態について説明するに、理解を容易にするために、先ず帯鋸盤の一例として横型帯鋸盤の全体的構成について概念的，概略的に説明する。

横型帯鋸盤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、横型帯鋸盤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ル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サーボモータ等のごとき制御モータ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３７と前記駆動ホイール２９は、減速機構を介することなく直結した構成である。

前記帯鋸盤１の制御を行うために、ＣＮＣ装置のごとき制御装置３９が備えられている。この制御装置３９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入力手段４０から予め入力してあるワークＷの形状，寸法等に基いてワークＷの切削長を演算する切削長演算手段４１を備えている。

さらに前記制御装置３９には、前記切削長演算手段４１の演算結果に基いて帯鋸刃１３の走行速度（回転速度）を演算する鋸速演算手段４３が備えられている。この鋸速演算手段４３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４５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３９には、前記鋸速演算手段４３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４７が備えられており、この回転速度制御手段４７の制御の下にモータドライバ４９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の回転速度を急激に加速，減速して回転速度を振動化するために、前記モータドライバ４９に対して立上り、立下りが急俊なパルス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５１が備えられている。

上記矩形パルス発生手段５１は、例えば前記回転速度制御手段４７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、一定の速度で走行している帯鋸刃１３が、帯鋸刃１３の走行方向（進行方向）に振動するように、帯鋸刃１３の回転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回転している帯鋸刃１３を急激に増速，減速して回転速度を振動化し、帯鋸刃１３でもって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３９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に対する帯鋸刃１３の切込み速度を制御するための切込み速度制御手段５３が備えられている。上記切込み速度制御手段５３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に対する帯鋸刃１３の切込み位置が検知できるので、従来の一般的な帯鋸盤と同様に、帯鋸刃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に帯鋸刃１３が近接すると、切込み速度が低速に制御され、この低速の切込み速度でもってワークＷに対して帯鋸刃１３の切削が行われる。

この際、帯鋸刃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４７の制御の下に帯鋸刃１３の走行速度は、歯欠けを生じないように低速に制御されるものである。すなわち、ワークＷに対する帯鋸刃１３の切込み開始時には、切込み速度及び鋸速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、帯鋸刃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、帯鋸刃１３の走行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に対する帯鋸刃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４１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４３によって切削長に対応した鋸速が演算され、回転速度制御手段４７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４７の制御の下にモータドライバ４９を介して制御モータ３５の回転速度を制御し、帯鋸刃１３を走行してワーク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４９に印加すると、制御モータ３５の回転速度は急激に増速，減速されて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４９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４９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４９へ矩形パルスを印加すると、前記制御モータ３５の回転速度を振動化することができ、帯鋸刃１３の走行速度を振動化することができるものである。

すなわち、帯鋸刃１３によってワークＷの切削を行うとき、帯鋸刃１３は走行方向（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、帯鋸刃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。帯鋸盤において帯鋸刃１３の走行速度を振動化する場合、帯鋸刃１３を回転駆動するための制御モータ３９の回転速度を振動化する必要がある。

ところが、帯鋸盤において帯鋸刃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、前述したごとき高周波のパルスをモータドライバ４９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帯鋸刃１３の走行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４９に印加することが望ましいものである。

すなわち、矩形パルス発生手段５１から低周波の矩形パルスをモータドライバ４９に印加することにより、制御モータ３５の回転速度，帯鋸刃１３の走行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５１からモータドライバ４９へ矩形パルスを印加し、帯鋸刃１３の走行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５１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５１からモータドライバ４９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５３によって切込み作動装置２１を制御して、ワークＷに対する帯鋸刃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に対する帯鋸刃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、帯鋸刃１３を走行方向に振動すると共に、ワークＷに対する帯鋸刃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、帯鋸刃１３の走行速度が低速になったときにワークＷに対する帯鋸刃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、帯鋸刃がワークＷと擦れ合うことによる帯鋸刃１３の縦振動に起因す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。

上記説明より理解されるように、帯鋸盤において駆動ホイール２９を回転するためのモータとして制御モータ３５を採用し、この制御モータ３５の出力軸３７と前記駆動ホイール２９とを直結した構成であるから、構成が簡単であると共に、回転系の慣性モーメントが小さくなり、帯鋸刃１３の走行速度の制御性が向上し、帯鋸刃１３の走行速度の振動化が容易なものである。

既に理解されるように、回転速度制御手段４７の制御の下に回転制御されている制御モータ３５に対して、矩形パルス発生手段５１から矩形パルスを印加することにより前記制御モータ３５の回転速度を急激に増速，減速して制御モータ３５の回転速度を振動化し、ワークＷの切断加工時における帯鋸刃１３の縦振動に起因する騒音発生を抑制し減少することができるものである。

ところで、帯鋸盤１における帯鋸刃１３の縦振動は、前記駆動ホイール２９と従動ホイール３１に掛回した帯鋸刃１３の固有振動数であるため一義的に決定される。この固有振動数の周波数帯域は、帯鋸刃１３の板厚，帯幅等の帯鋸刃寸法，前記従動ホイール３１によって帯鋸刃１３を引っ張ったときの張力，前記駆動ホイール２９と従動ホイール３１との間のホイール間距離によって変化するが、各帯鋸盤１の固有の振動モードであり、１２００Ｈz 〜２０００Ｈz 程度である。

そこで、帯鋸盤１によるワークＷの切断加工時における騒音を検出するためのマイクロフォン等のごとき騒音検出手段５５が備えられていると共に、前記制御装置３９には、前記騒音検出手段５５によって検出した騒音の周波数分析を行う周波数分析手段５７が備えられている。さらに前記制御装置３９には、騒音データテーブル５９が備えられている。

前記騒音データテーブル５９は、騒音の振動モード１２００Ｈz 〜２０００Ｈz を、例えば１２００Ｈz 〜１４００Ｈz ，１４０１Ｈz 〜１６００Ｈz ，１６０１Ｈz 〜１８００Ｈz ，１８０１Ｈz 〜２０００Ｈz の複数の周波数帯域に区分し、各区分された周波数帯域に、印加すべき矩形パルスの周波数帯域を対応付けて格納したデータテーブルであって、騒音の各周波数帯域と矩形パルスの周波数帯域との対応付けは予め実験的に求めて対応付けしてあるものである。

また、前記制御装置３９には、前記周波数分析手段５７によって分析された周波数及び騒音レベルに基いて前記騒音データテーブル５９を検索し、検索した矩形パルスの周波数帯域を前記矩形パルス発生手段５１に入力する検索手段６１が設けられていると共に、前記周波数分析手段５７によって分析された騒音レベルを一時的に格納する第１，第２のメモリ６３Ａ，６３Ｂを備えたメモリ６３が備えられている。

さらに、前記制御装置３９には、前記第１，第２のメモリ６３Ａ，６３Ｂに格納された騒音レベルを比較する比較手段６５が備えられていると共に、前記比較手段６５の比較の結果騒音レベルが最小になったときに、前記周波数分析手段５７によって分析した前記周波数と周波数変換手段６７によって変換された前記矩形パルスの周波数とを対応付けて格納するサブ騒音データテーブル６９が備えられている。

以上のごとき構成において、入力手段４０から入力されたワークＷの材質，形状，寸法及び予め設定された切削条件に基づき回転速度制御手段４７の制御の下に制御モータ３５の回転を制御すると共に、前記切削条件に基づき切込み速度制御手段５３により切込み作動装置２１を制御して、帯鋸刃１３によりワークＷの切断加工を行い、前記帯鋸刃１３の摩耗が次第に進行すると、帯鋸刃１３がワークＷを擦す態様となり、次第に騒音を発生するようになる。

ワークＷの切断時における上記騒音を騒音検出手段５５によって検出し、この検出した騒音レベルと基準値メモリ７１に格納してある基準値とを比較して、検出した騒音レベルが基準値より大になったときに、前記矩形パルス発生手段５１から矩形パルスがモータドライバ４９に印加されて、前述したように、制御モータ３５の回転速度が振動化されて騒音の抑制（減少）が図られるものである。

すなわち、前記騒音検出手段５５によって検出した騒音は、周波数分析手段５７によって周波数分析され、騒音レベルが最大の周波数が求められる。そして、この最大の騒音レベルがメモリ６３の第１メモリ６３Ａに格納され、この第１メモリ６３Ａに格納された騒音レベルと前記基準値メモリ７１に格納されている基準値とが前記比較手段６５において比較されるものである。

そして、前記周波数分析手段５７によって分析された最大の騒音レベルの固有振動数に基づき、検索手段６１は騒音データテーブル５９及びサブ騒音データテーブル６９を検索し、前記固有振動数に該当するデータが前記サブ騒音データテーブル６９から検索できたときには、この検索したデータに基いて前記矩形パルス発生手段５１の矩形パルスの周波数を変換するものである。

前記サブ騒音データテーブル６９に前記固有振動数に該当するデータが存在しない場合には、前記騒音データテーブル５９から、前記固有振動数が含まれる周波数帯域を検索し、この周波数帯域に対応付けてある矩形パルスの周波数帯域から所望の周波数を選択し、前記矩形パルス発生手段５１から発生する矩形パルスの周波数を上記所望の周波数にする。

そして、上記所望の周波数の矩形パルスを前記モータドライバ４９に印加してワークＷの切削を行ったときの騒音を騒音検出手段５５により検出し、このときの騒音レベルを前記メモリ６３の第２メモリ６３Ｂに格納し、第１，第２メモリ６３Ａ，６３Ｂに格納された騒音レベルを比較し、第２メモリ６３Ｂの騒音レベルが小のときには第１メモリ６３Ａに格納する。なお、最初の比較時には、騒音レベルを低減すべく矩形パルスをモータドライバ４９に印加するものであるから、初期に第１メモリ６３Ａに格納した騒音レベルよりも第２メモリ６３Ｂに格納してある騒音レベルの方が小になるものである。

次に、周波数変換手段６７により所定数毎に矩形パルス発生手段５１から発生する矩形パルスの周波数を変換し、その都度検出した騒音レベルをメモリ６３の第２メモリ６３Ｂに格納し、第１メモリ６３Ａに格納した騒音レベルと比較することにより最小となる騒音レベルを求めるものである。そして、騒音レベルが最小となるときの矩形パルスの周波数と前記周波数分析手段５７によって分析した前記固有振動数とを関連付けてサブ騒音データテーブル６９に格納するものである。

既に理解されるように、帯鋸刃１３によるワークＷの切断加工時に発生する騒音は、騒音検出手段５５によって検出され、この検出された騒音は周波数分析手段５７によって周波数分析され、騒音レベルが最大となる固有振動数が求められる。そして、この固有振動数による騒音レベルを減少すべく、矩形パルス発生手段５１からモータドライバ４９へ印加する矩形パルスの周波数を変換し、この矩形パルスの周波数を変換する毎に検出した騒音レベルを比較して最小の騒音レベルを求めるものであるから、騒音低減の自動化を図ることができるものである。

すなわち、制御モータ３５の回転速度を振動化することにより帯鋸刃１３の回転速度を振動化し、ワークＷの振動切削を行う態様として帯鋸刃１３の縦振動に起因する騒音を抑制し減少するものであるから、例えば防振ローラを帯鋸刃に圧接するがごとき従来の構成よりも帯鋸刃の縦振動による騒音をより効果的に減少することができるものである。

ところで、前記説明においては、回転系の慣性モーメントを小さくするために、制御モータ３５の出力軸３５と駆動ホイール２９とを直結した構成の場合について例示し説明した。しかし、帯鋸刃の縦振動による騒音を減少するためには、帯鋸刃の回転速度を振動化すれば良いものであり、慣性モーメントの小さな減速機構、例えばウオーム減速機構を制御モータと駆動ホイールとの間に介在した構成とすることも可能である。すなわち、モータの出力軸と駆動ホイールとを直結した構成でなくとも実施可能である。

帯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ブロック図である。帯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帯鋸盤
１３帯鋸刃
２３切込み位置検出装置
３５制御モータ
３９制御装置
４１切削長演算手段
４３鋸速演算手段
４５鋸速データテーブル
４７回転速度制御手段
４９モータドライバ
５１矩形パルス発生手段
５３切込み速度制御手段
５５騒音検出手段
５７周波数分析手段
５９騒音データテーブル
６１検索手段
６３メモリ
６５比較手段
６７周波数変換手段
６９サブ騒音データテーブル
７１基準値メモリ

Claims

帯鋸盤によるワークの切断加工時における帯鋸刃の縦振動による騒音を減少する騒音減少方法であって、前記帯鋸刃を回転駆動するための制御モータのモータドライバに、矩形パルスの立上り時には鋸速を加速するための＋の矩形パルスを印加する一方、矩形パルスの立下り時には鋸速を減速するための−の矩形パルスを印加し、一定の回転速度で回転している前記制御モータの回転速度を振動化して帯鋸刃の縦振動による騒音を減少することを特徴とする帯鋸盤における騒音減少方法。
帯鋸盤における駆動ホイールを回転するための制御モータと、前記制御モータの回転速度を制御する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一定速度で回転している前記制御モータの回転速度を加速，減速して振動化するために、矩形パルスの立上り時には鋸速を加速するための＋の矩形パルスを印加する一方、矩形パルスの立下り時には鋸速を減速するための−の矩形パルスを前記モータドライバに印加するためのパルス発生手段と、印加された前記矩形パルスに対応して前記制御モータの回転速度を加速、減速して前記制御モータの回転速度を一定回転速度に対して加速した状態、減速した状態に振動化するための前記モータドライバと、を備えていることを特徴とする帯鋸盤。