JP5433434B2 - パイプ切断装置及びパイプ切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、パイプを固定する固定手段と、該固定手段で固定されたパイプを切断する切断刃を備えたパイプ切断装置及び固定されたパイプを切断刃を用いて切断するパイプ切断方法に関する。

従来のパイプ切断装置は、パイプを固定するクランプ手段と、円板状の回転刃を自転させつつ公転させる自転用駆動手段及び公転用駆動手段とを備えて、固定されたパイプの外周に自転する回転刃を食い込ませ、回転刃をパイプの全周を移動するようにパイプの周方向に公転させることによって、パイプを切断するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２５７８３２号公報（図４参照）

上記特許文献１の利点を説明すれば、第１として、遊星方式を利用しているため、切断時の回転刃の突出し量が少なくて済み、小径で且つ刃厚の小さな回転刃でも曲げ剛性が確保できる。
第２として、切り込み量が一定で定常加工ができるので、負荷変動が無く安定した加工ができる。
第３として、パイプを固定し、回転刃が旋回（公転）する方式であるため、パイプの曲がりや形状精度の影響を受け難い利点がある。

しかしながら、特許文献１の構成では、上記した利点はあるものの、後工程の面取り、溶接の開先加工も同時にできる複合機を開発しようとしたが、従来の回転刃方式では実現することが難しいことが判明した。
これは、複合加工用創形刃の成形が難しく、例え実現しても高価なものとなるためである。

本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、従来の利点を有しながらも、後工程（二次加工）が切断作業時と同時に行うことができるパイプ切断装置及びパイプ切断方法を提供することを課題とする。

本発明のパイプ切断装置は、前述の課題解決のために、パイプを固定する固定手段と、該固定手段で固定されたパイプを切断する切断刃を備えたパイプ切断装置であって、前記切断刃が突切バイト状の刃物からなり、該刃物が回転するリング状の刃物台に取り付けられ、該刃物をパイプ外周に沿って周回させる動作を行わせる第１駆動手段と、前記刃物台を支持する支持部材に揺動回転運動を付与する第２駆動手段と、前記刃物台の回転中心をパイプ中心に対して偏心させる動作を行わせる偏心手段とを備え、これら３つの動作を組み合わせることによりパイプ外周の部分切削を行い、パイプの周方向で切削の領域をずらせつつ該部分切削の動作を繰り返すことによってパイプ全周に亘る環状溝を形成し、前記偏心手段を用いて１周毎の切り込みを行うことで、環状溝の深さを深くしていき、パイプの切断を行うことを特徴としている。
また、固定されたパイプを切断刃を用いて切断するパイプ切断方法であって、前記切断刃として、突切バイト状の刃物を用い、該刃物をパイプ外周に沿って周回させる動作と、前記刃物台を支持する支持部材を揺動回転させる動作と、前記刃物台の回転中心をパイプ中心に対して偏心させる動作の３つの動作を組み合わせることによりパイプ外周の部分切削を行い、パイプの周方向で切削の領域をずらせつつ該部分切削の動作を繰り返すことによってパイプ全周に亘る環状溝を形成し、前記偏心手段を用いて１周毎の切り込みを行うことで、環状溝の深さを深くしていき、パイプの切断を行うことを特徴とするパイプ切断方法であってもよい。

上記構成によれば、パイプを固定し、切断刃を可動式とすることによって、従来同様に切断精度の向上を図ることができる。また、パイプ外周の部分切削を行うことにより、発生するチップの長さを制限又は制御することができる。更にまた、刃物台に、面取り、溶接の開先加工のできる刃物を取り付けることによって、複合加工が実現し、二次加工が不要となる。

また、本発明のパイプ切断装置は、前記刃物台に切断用の前記刃物の他に、面取り又は開先加工用刃物を追加設置してもよい。

切断刃である突切バイトでパイプ外面の全周の一部を切削する構成にすることによって、従来同様に切断精度を向上することや、発生するチップの長さを制限又は制御すること、更には面取り、溶接の開先加工などの二次加工を切断作業と同時に行うことを実現することができるパイプ切断装置及びパイプ切断方法を提供することができる。
また、本発明のパイプ切断装置は、単純動作を組み合わせたことにより、機構が簡素であり、しかも刃物の単価が安く、且つ、二次加工が省けるため、イニシャルコスト及びランニングコストにおいて有利になる。

パイプ切断装置の縦断側面図である。 パイプ切断装置の正面図である。 パイプ切断装置の背面図である。 刃物台の第１回目の回転でパイプを切断したときの移動軌跡を示す説明図である。 刃物台の第２回目の回転でパイプを切断したときの移動軌跡を示す説明図である。 刃物台の第３回目の回転でパイプを切断したときの移動軌跡を示す説明図である。

図１〜図３に、本発明のパイプ切断装置を示している。このパイプ切断装置は、パイプ１を固定する固定手段２と、固定手段２で固定されたパイプ１を切断する切断刃３と、切断刃３が取り付けられた刃物台４と、該刃物台４をパイプ中心１Ｇ周りで回転させることにより切断刃３をパイプ外周に沿って周回させる動作を行わせる第１駆動手段５と、前記刃物台を支持する支持部材１０を揺動回転させる動作を行わせる第２駆動手段と、前記刃物台の回転中心をパイプ中心１Ｇに対して偏心させる動作を行わせる偏心手段６とを備え、これら３つの動作を組み合わせることによりパイプ外周の部分切削を行い、パイプ１の周方向で切削の領域をずらせつつ該部分切削の動作を繰り返すことによってパイプ全周に亘る環状溝を形成し、前記偏心手段６を用いて１周毎の切り込みを行うことで、環状溝の深さを深くしていき、パイプの切断を行うようにしている。

固定手段２は、パイプ１の前方側を左右方向で挟持固定する左右一対のメインクランプ７Ａ，７Ｂ（図１では右側のクランプ７Ａのみ示している）と、これらメインクランプ７Ａ，７Ｂの後方側に位置し、パイプ１の後方側を上下方向で挟持固定する上下一対のサブクランプ８Ａ，８Ｂとから構成されている。

刃物台４は、前後のクランプ７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂの間に位置し、パイプ１の外径よりも大きな内径を有するリング状の板状部材から構成され、この刃物台４上に固定された刃物ホルダー４Ａに切断刃３がボルト固定されている。切断刃３は、その刃部の先端がパイプの軸芯に向くように刃物ホルダー４Ａに取り付けられている。

切断刃３は、所定以上の剛性を有するように厚みが設定された棒状の突切バイト状の刃物から構成されている。また、刃物台４の刃物ホルダー４Ａの位置と対向する位置に第２の刃物ホルダー４Ｂを備え、この第２刃物ホルダー４Ｂに切断刃３により切削された切削部分に押し付けて面取りを行うための面取りバイト９がボルト固定され、切断作業と面取り作業とを同時に行うことができるようになっている。面取りバイト９も、突切バイト状の刃物と同様に、所定以上の剛性を有するように厚みが設定された棒状に構成されている。

また、刃物台４は、本機側（固定側）に取り付けられた板状の支持部材１０に、複式アンギュラローラリング１１を介して回転自在に支持され、主軸駆動モータ１２の駆動軸１２Ａに一体回転自在に取り付けられたプーリ１３と刃物台４の外周面に形成されているプーリ４Ｇとをタイミングベルト１４を介して連結して、刃物台４を駆動回転可能に構成している。つまり、主軸駆動モータ１２を駆動することによって、タイミングベルト１４を介して刃物台４を回転させることができる。尚、主軸駆動モータ１２は、支持部材１０の上端に備えられている。

支持部材１０は、本機側の４箇所（上側左右２箇所と下側左右２箇所の合計４箇所）にリニアクロスローラベアリングＢを介してそれぞれ支持されている。このようにリニアクロスローラベアリングＢを介して支持することによって、支持部材１０を本機に対して摺動可能でかつ剛性を有するように支持することができる。

第１駆動手段５は、刃物台４をパイプ中心１Ｇ周りで回転させる（自転させる）ための前記主軸駆動モータ１２と、主軸駆動モータ１２からの動力を刃物台４に伝達するための前記タイミングベルト１４とを備えている。

第２駆動手段１５は、前記支持部材１０をパイプ１の回りを揺動回転させるための公転用サーボモータ１５から構成されている。この公転用サーボモータ１５は、本機側に取り付けられている。そして、公転用サーボモータ１５の駆動軸１５Ａの前端部に備えさせたプーリ１６と、本機側に固定されている左右のプーリ１７，１８とを、タイミングベルト１９を介して連動している。各回転体１７又は１８には、各々の移動ガイド２０Ａ，２０Ｂと、これら移動ガイド２０Ａ，２０Ｂ間に係止してレールの長手方向に移動自在に設けられた円筒体２１とを備え、円筒体２１，２１が支持部材１０にベアリング２２に内接して連結されている。従って、公転用サーボモータ１５により支持部材１０をパイプ１の回りを揺動回転させることによって、切断刃３をパイプ１の外周面に沿って公転させることができるようになっている。

円筒体２１は、それの中心がプーリ１７又は１８の回転中心１７Ｇまたは１８Ｇから所定距離離間した位置（図３ではいずれも左側に寄った位置）になるように位置させることによって、支持部材１０が円弧を描くように回転する（公転する）ことで刃物台４に取り付けられた切断刃３をパイプ１に対してパイプ中心１Ｇとは異なる軸心周りで回転させる（公転させる）ことができるようにしている。前記円筒体２１は、回転体１７又は１８の回転中心からの距離を変更することによって、切断刃３の公転軌跡を変更することができる。前記円筒体２１が、サーボモータ２３により移動ガイド２０Ａ，２０Ｂの長手方向へ移動することによって、切断刃３の軌跡を連続的に変更することができるようになっている。

偏心手段６は、切断刃３の回転中心をパイプ中心１Ｇに対して径方向に移動させることによって、切断刃３がパイプ１の周りを移動する回転軌跡（公転軌跡）を変更する手段である。そして、偏心手段６は、具体的には、偏心用サーボモータ２３と、偏心用サーボモータ２３の回転力をネジによって前後方向の移動力に変換する回転力変換機構２４と、この回転力変換機構２４により変換された前後方向の移動力を上下方向の移動力に変換する前後方向移動力変換機構２５とを備えている。

回転力変換機構２４は、偏心用サーボモータ２３の駆動軸に一体回転するプーリ２６と、このギヤ２６にタイミングベルト２７を介して回転力が伝達されるプーリ２８と、伝導ギヤ２８の回転軸２８Ａに形成の螺子部に螺合する螺子２９と、螺子２９を覆うと共に螺子２９に伝達される回転力を螺子２９の前後方向への移動力に変換するための円筒体３０とを備えている。

また、前後方向移動力変換機構２５は、円筒体３０の先端に一体的に前後移動自在に支持された支軸３１と、この支軸３１に形成の切欠き３１Ａに係合する第１係合部３２Ａと前記回転体１７，１８と一体回転する部材３３の背面に形成の溝部３３Ａに係合して回転力変換機構２４により変換された前後方向の移動力を上下方向の移動力に変換する第２係合部３２Ｂとを備えた係合部材３２とを備えている。

従って、偏心用サーボモータ２３を駆動することによって、プーリ２８Ａが回転され、螺子２９によって円筒体３０が前後方向に移動する。この円筒体３０の移動によって、係合部材３２が軸芯周りで揺動操作されることで、部材３３を上下方向に移動させる。このように部材３３を上下に移動させることによって、回転体１７，１８の回転軸が上下に偏心することによって、支持部材１０の回転中心をパイプ１中心１Ｇに対して径方向に移動させることで、支持部材１０がパイプ１の周りを回転する軌跡を変更することができる。これにより、パイプ１に対する切断刃３の公転軌跡を変更することができる。そして、支持部材１０の回転中心の移動量をパイプ１の周方向に沿って変化させることによって、切断刃３の公転軌跡を周方向に連続的に変更させることができる。

カバー３０は、機体側の前後の固定部材３４，３５に貫通支持された筒状部材３６の内面に摺動自在に内嵌されており、回転軸２８Ａが回転することにより、螺子２９がカバー３０と共に前後方向に移動するようになっている。

そして、前記のように構成されたパイプ切断装置を用いて実際にパイプ１を切削する工程について説明する。
まず、図４に示すように、実線で示す切断刃３がパイプ１の外面に当接する位置まで移動するように刃物台４を移動させる。
次に、第２駆動手段１５と偏心手段６によって切断刃３がパイプ１の一定角度範囲の表面を切削（部分切削）するように刃物台４を駆動する。図４では、破断線で囲んだ領域Ｒ１が削られて２点鎖線で示す公転軌跡Ｓ１を切断刃３の先端が移動して第１回目の切断工程を終了する。また、公転軌跡Ｓ１の中心Ｃ１は、パイプ１の中心軸１Ｇから外れた位置になっており、自転と公転の速度差（自由に設定可能）により連続的に移動していく。

第２回目の切削工程は、図５に示すように、第１回目で切削された位置より一定角度進んだ位置から切削を開始する。図５では、破断線で囲んだ領域Ｒ２が削られて２点鎖線で示す公転軌跡Ｓ２を切断刃３の先端が移動して第２回目の切断工程を終了する。また、公転軌跡Ｓ２の中心Ｃ２は、位相の進行分だけＣ１から移動している。

第３回目の切削工程は、図６に示すように、第１回目及び第２回目で切削された位置から更に進んだ位置から切削を開始する。図６では、破断線で囲んだ領域Ｒ３が削られて２点鎖線で示す公転軌跡Ｓ３を切断刃３の先端が移動して第３回目の切断工程を終了する。また、公転軌跡Ｓ３の中心Ｃ３は、パイプ１の中心軸１Ｇから外れた位置になっている。また、切断刃３の公転軌跡は、パイプ１の外径寸法及び切断刃３の自転速度及び公転速度のデータを図示していない制御装置に入力し、その入力されたデータに基づいて、３つのモータ１２，１５，２３を駆動制御することで決定される。尚、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で示した切断刃の軌跡は、軸中心Ｃが連続的に移動しながら形成されるので、実際の切削された部分の形状は少し歪んだものになる。

前記切断工程をｎ回行うことによって、所定深さの環状の溝を形成することができる。このｎ回の切断工程を繰り返し行いつつ、偏心手段６を用いて１周毎の切断刃３の切り込みを制御する（切り込み位置の変更をする）ことで環状溝の深さを深くしていき、パイプ１を切断することができるように構成している。尚、切断刃３に対し、１８０°位相が異なるように切断刃９を対向配置した場合、１８０°位相が遅れて前述した同じ工程により切断刃３で切削された切削面を切断刃９が面取りすることになる。このように一回の切削作業工程で切削だけでなく、面取りをも同時にすることができ、切削作業と面取り作業とを別々に行う構成に比べて作業効率を高めることができる利点がある。

尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、モータ１２，１５，２３からの動力伝達手段としてタイミングベルトを用いる他、ギヤ機構を用いて連動させてもよい。

また、前記実施形態では、１２回の切削工程を想定してパイプ１に環状の溝を形成する場合を示したが、１２回に限定されることはなく、２回以上であれば、何回でもよい。また、切断刃３の１回転で１回の切削を行う他、１回転で２回以上の切削を行うように構成してもよい。

また、前記実施形態では、切断刃３と面取りバイト９との２本を刃物台４に取り付けたが、切断刃３のみを取り付けてもよいし、切断刃３を２本以上備えさせてもよい。切断刃３を２本以上備えさせる場合には、これに対向するように同数の面取りバイト９を備えさせて実施してもよい。また、面取りバイト９に代えて、溶接の開先加工のできる刃先形状の刃物を取り付けてもよい。

また、前記実施形態では、パイプを固定するためにメインクランプとサブクランプとを備えたが、一方のみ備えていてもよいし、パイプを３箇所以上で固定するようにクランプを設けてもよい。尚、クランプの具体的構成は、自由に変更することができる。

また、前記実施形態では、支持部材１０を移動させることによって刃物台４をパイプ１の外周面に沿って移動させる（公転させる）ようにしたが、刃物台４そのものをパイプ１の外周面に沿って移動させる（公転させる）ように構成してもよい。

１…パイプ、２…固定手段、３…切断刃、４…刃物台、４Ａ，４Ｂ…刃物ホルダー、４Ｇ…プーリ、５…駆動手段、６…偏心手段、７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂ…クランプ、９…面取りバイト、１０…支持部材、１１…複式アンギュラローラリング、１２…主軸駆動モータ、１２Ａ…駆動軸、１３…ギヤ、１４…タイミングベルト、１５…公転用サーボモータ、１５Ａ…駆動軸、１６…ギヤ、１７，１８…プーリ、１９…タイミングベルト、２０Ａ，２０Ｂ…移動ガイド、２１…円筒体、２２…ベアリング、２３…偏心用サーボモータ、２４…回転力変換機構、２５…前後方向移動力変換機構、２６…プーリ、２７…タイミングベルト、２８…プーリ、２８Ａ…回転軸、２９…螺子、３０…円筒体、３１…支軸、３２…係合部材、３２Ａ，３２Ｂ…係合部、Ｂ…リニアクロスローラベアリング、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…領域、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…軌跡

Claims (3)

1. パイプを固定する固定手段と、該固定手段で固定されたパイプを切断する切断刃を備えたパイプ切断装置であって、
   前記切断刃が突切バイト状の刃物からなり、該刃物が回転するリング状の刃物台に取り付けられ、該刃物をパイプ外周に沿って周回させる動作を行わせる第１駆動手段と、前記刃物台を支持する支持部材に揺動回転運動を付与する第２駆動手段と、前記刃物台の回転中心をパイプ中心に対して偏心させる動作を行わせる偏心手段とを備え、これら３つの動作を組み合わせることによりパイプ外周の部分切削を行い、パイプの周方向で切削の領域をずらせつつ該部分切削の動作を繰り返すことによってパイプ全周に亘る環状溝を形成し、前記偏心手段を用いて１周毎の切り込みを行うことで、環状溝の深さを深くしていき、パイプの切断を行うことを特徴とするパイプ切断装置。
2. 前記刃物台に切断用の前記刃物の他に、面取り又は開先加工用刃物を追加設置したことを特徴とする請求項１に記載のパイプ切断装置。
3. 固定されたパイプを切断刃を用いて切断するパイプ切断方法であって、
   前記切断刃として、突切バイト状の刃物を用い、該刃物をパイプ外周に沿って周回させる動作と、前記刃物台を支持する支持部材を揺動回転させる動作と、前記刃物台の回転中心をパイプ中心に対して偏心させる動作の３つの動作を組み合わせることによりパイプ外周の部分切削を行い、パイプの周方向で切削の領域をずらせつつ該部分切削の動作を繰り返すことによってパイプ全周に亘る環状溝を形成し、前記偏心手段を用いて１周毎の切り込みを行うことで、環状溝の深さを深くしていき、パイプの切断を行うことを特徴とするパイプ切断方法。

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