JP5865436B2

JP5865436B2 - 帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法及び振動抑制装置

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Publication number: JP5865436B2
Application number: JP2014126145A
Authority: JP
Inventors: 政孝鍛代
Original assignee: Amada Machine Tools Co Ltd; Amada Holdings Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd; Amada Machine Tools Co Ltd
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2034-06-19
Also published as: WO2015194412A1; JP2016002641A; US10363618B2; EP3159089B1; EP3159089A1; CN106457427A; EP3159089A4; US20170087651A1

Description

本発明は、帯鋸盤において、帯鋸刃の刃厚方向の振動を抑制するようにした振動抑制方法及び振動抑制装置に関するものである。

帯鋸盤は、エンドレス状の帯鋸刃を一定方向に循環走行させつつ切断方向（ワークに対して切り込む方向）へ移動させることにより、ワークの切断加工を行うものである。この帯鋸盤でワークを切断する際に、帯鋸刃に刃厚方向のビビリ振動が発生すると、高精度の切断加工を行うことができなくなるだけでなく、騒音や振動を発生して作業環境を悪化させる。

そこで、従来の帯鋸盤では、その対策として、帯鋸刃の速度を可変制御したり、鋸歯を不等ピッチにした帯鋸刃を採用したり、ワークの材質によって帯鋸刃を変更したり、その他の切削条件を変更したりすることが行われている。

しかし、これらの方法は、生産性の低下を招くことが多い。それ以外の方法として、帯鋸刃の胴部を、付勢力を付与した防振ローラで挟むことにより、帯鋸刃の刃厚方向の振動を防止する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１０４９１４号公報

しかし、防振ローラで帯鋸刃を挟む方法は、防振のための構造が複雑になる上、帯鋸刃の胴部から発生する騒音および振動を十分に抑えることができないおそれがあった。

本発明は、上記事情を考慮し、複雑な構造を採用しないでも、帯鋸刃の刃厚方向の振動を、生産性を維持しながら十分に抑制することができる帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法及び振動抑制装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、エンドレス状の帯鋸刃を一定方向に循環走行させつつ切断方向へ移動させることにより、ワークに対して切断加工を行う帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法において、切断加工時に前記帯鋸刃によって形成されるワークの切り溝への前記帯鋸刃の入側にて、前記帯鋸刃の胴部の両側面に向けて、さらに該胴部の鋸歯間の空間であるガレットの底部やその近辺の領域に向けて高圧液体を噴射し、前記帯鋸刃の胴部の側面と前記ワークの切り溝の切断面との間の隙間内において高圧状態が保たれた前記高圧液体を前記切断加工中の切り溝の内部に導入することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法であって、前記高圧液体を、少なくとも前記帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向の衝突圧成分を持つ角度で、前記帯鋸刃の胴部の両側面に向けて噴射することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載の帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法であって、前記高圧液体を、少なくとも前記帯鋸刃の走行方向に沿った圧力成分を持つ角度で、前記帯鋸刃の胴部の両側面に向けて噴射することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１に記載の帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法であって、前記高圧液体を、前記帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向の衝突圧成分を持ち且つ前記帯鋸刃の走行方向に沿った圧力成分を持つ傾斜角度で、前記帯鋸刃の胴部の両側面に向けて噴射することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法であって、前記高圧液体として、高圧切削油を噴射することを特徴とする。

請求項６の発明は、エンドレス状の帯鋸刃を一定方向に循環走行させつつ切断方向へ移動させることにより、ワークに対して切断加工を行う帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制装置において、切断加工時に前記帯鋸刃によって形成されるワークの切り溝への前記帯鋸刃の入側に、前記帯鋸刃の胴部の両側面に向けて、さらに該胴部の鋸歯間の空間であるガレットの底部やその近辺の領域に向けて高圧液体を噴射するノズルを配置し、前記帯鋸刃の胴部の側面と前記ワークの切り溝の切断面との間の隙間内において高圧状態が保たれた前記高圧液体を前記切断加工中の切り溝の内部に導入自在にしたことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６に記載の帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制装置であって、前記ノズルを、該ノズルから噴射される高圧液体が、前記帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向の衝突圧成分を持ち且つ前記帯鋸刃の走行方向に沿った圧力成分を持つ角度で配置したことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項６または７に記載の帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制装置であって、前記ワークの切り溝に対する前記帯鋸刃の入側と出側に、前記帯鋸刃の刃先の向きをワークに指向させつつ該帯鋸刃を走行可能に支持する鋸刃ガイドが設けられ、入側の前記鋸刃ガイドに前記ノズルが配置されていることを特徴とする。

請求項１及び請求項６の発明によれば、切り溝への帯鋸刃の入側にて、帯鋸刃の胴部の両側面に向けて、さらに該胴部の鋸歯間の空間であるガレットの底部やその近辺の領域に向けて高圧液体を噴射することにより、切り溝の入側において、帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向に高圧液体による衝突圧を付与することができ、また、切断加工中の切り溝の内部に高圧を維持した高圧液体が導入されることによって、切り溝の内部において、帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向に高圧液体による圧力を付与することができる。即ち、切り溝の入側と切り溝の内部の両方において、帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向に高圧液体による圧力を付与することができる。従って、帯鋸刃の胴部の両側面に付与されるそれらの圧力によって、帯鋸刃の刃厚方向の振動を押さえ込むことができ、その結果、生産性を維持しながら、ビビリ振動を十分に抑制することができ、製品の切断面品質の維持と振動・騒音の防止を図ることができる。また、切り溝への入側で帯鋸刃の胴部の両側面に高圧液体を噴射する手段を用意するだけでよいから、複雑な構造を採用する必要がなくコスト低減を図ることができる。

請求項２の発明によれば、切り溝への入側において、帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向に高圧液体による衝突圧を付与することができ、それにより、帯鋸刃の刃厚方向の振動を押さえ込むことができる。

請求項３の発明によれば、切断加工中の切り溝の内部に高圧を維持した液体を導入することができる。従って、切り溝の内部において、帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向に高圧液体による圧力を付与することができ、それにより、帯鋸刃の刃厚方向の振動を押さえ込むことができる。

請求項４及び請求項７の発明によれば、切り溝への入側において帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向に高圧液体による衝突圧を付与することができると共に、切り溝の内部において帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向に高圧液体による圧力を付与することができ、それにより、帯鋸刃の刃厚方向の振動を押さえ込むことができる。

請求項５の発明によれば、高圧液体として高圧切削油を噴射するので、切削性の向上を図りながら帯鋸刃の振動抑制を図ることができる。

請求項８の発明によれば、高圧液体を噴射するノズルを入側の鋸刃ガイドに配置したので、構成が簡単になる。

本発明の実施形態の帯鋸盤の斜視図である。同実施形態の要部の構成を上から見た概略平面図である。同実施形態の要部の構成を側方から見た概略側面図である。切り溝の内部での帯鋸刃による切削の様子を概略的に示す斜視図である。切り溝と帯鋸刃の関係を示す図で、（ａ），（ｂ）は帯鋸刃の走行方向に垂直な方向の各断面図である。高圧液体の噴射により帯鋸刃の両側面に作用する力の関係について説明するための平面図である。帯鋸刃の振動抑制原理をモデル化して示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、実施形態の振動抑制方法及び装置が適用される帯鋸盤の斜視図である。

この帯鋸盤１は、エンドレス状の帯鋸刃１００を矢印Ａ方向に循環走行させつつ、矢印Ｂで示す切断方向へ移動させることにより、ワークＷ（図２に示す）に対して切断加工を行う横型帯鋸盤であり、ワークＷを支持するベース３と、ベース３に立設されたガイドポスト５に沿って上下に往復動する切断加工ヘッド１０と、ワークＷをクランプするバイス機構３０と、を有する。

切断加工ヘッド１０には、エンドレス状の帯鋸刃１００を巻回して支持する一対の鋸刃ホイール１１，１２が回転可能かつ水平方向に互いに離間して設けられている。一方の鋸刃ホイールは、図示略の駆動機構により回転駆動され、他方の鋸刃ホイールは、従動回転する。また、帯鋸刃１００に張力を付与するため、一対の鋸刃ホイール１１，１２の間隔が調整可能となっている。

切断加工ヘッド１０には、一対の鋸刃ホイール１１，１２間に位置させて鋸刃ガイド機構２０が配設されている。鋸刃ガイド機構２０は、帯鋸刃１００の切断作用を奏する部分（水平方向に直線移動する下側の部分）の刃先がワークＷに対してほぼ垂直に指向するように（鉛直下方を向くように）帯鋸刃１００を捻った状態で循環走行可能に支持する機構であり、水平方向に延在するビーム部材２１と、ビーム部材２１に懸架された一対の鋸刃ガイド２２，２３とを備える。これら一対の鋸刃ガイド２２，２３のうち一方の鋸刃ガイド２２は基準側として固定され、他方の鋸刃ガイド２３はビーム部材２１に移動自在に設けられている。そして、各鋸刃ガイド２２，２３の下端に、帯鋸刃１００を走行可能に案内する鋸刃インサート２６，２５が設けられている。

以上の構成において、鋸刃ホイール１１，１２の回転により帯鋸刃１００を循環走行させた状態の下で、切断加工ヘッド１０を切断方向へ移動させることによって、帯鋸刃１００における切断作用を奏する部分により、ベース３上に支持されたワークＷに対して切断加工を行うことができる。

次に、振動抑制装置及び振動抑制方法について、図２〜図６を合わせて参照しながら説明する。

この帯鋸盤１における振動抑制装置は、図２及び図３に示すように、切断加工時に帯鋸刃１００によって形成されるワークＷの切り溝Ｗａへの帯鋸刃１００の入側（帯鋸刃１００の走行方向ＡにおけるワークＷの上流側）に、高圧切削油（高圧液体）Ｓを帯鋸刃１００の胴部１０１の両側面に向けて噴射して切断加工時の切り溝Ｗａの内部に導入する一対のノズル５０，５０を備えている。高圧切削油Ｓは、潤滑と冷却を兼ねたものであり、例えば、クーラントが使用可能である。ここで、「高圧」とは、通常よりも高い圧力（例えば、１〜１０Ｍｐａ程度）を意図する。従来技術において、切削液をインサートの上部から垂らして供給する場合の圧力は通常の大気圧に等しく、つまり０．１Ｍｐａ（略１気圧）に等しいものである。これに対し、高圧切削油（高圧液体）Ｓとは大気圧以上と成るように圧力を加えたものである。

一対のノズル５０，５０は、図６に示すように、ノズル５０から噴射される高圧切削油（ベクトルＳｖで示す）が、帯鋸刃１００の胴部１０１の両側面に対して垂直な方向の衝突圧成分Ｓｖｂを持ち、且つ、帯鋸刃１００の走行方向Ａに沿った圧力成分Ｓｖａを持つような傾斜角度θで、帯鋸刃１００の胴部１０１の両側面に向けて高圧切削油Ｓを噴射する。

この場合、ノズル５０は、図１に示すように、例えば、入側の鋸刃ガイド２３の鋸刃インサート（移動側）２５に配置されているのが望ましい。また、ノズル５０による高圧液体の噴射位置は、図４に示すように、帯鋸刃１００の胴部１０１の側面の下側部分であるのがよい。帯鋸刃１００は、胴部１０１の下端縁に、歯先に超硬チップ１０３を備えた多数の鋸歯１０２を有し、鋸歯１０２と鋸歯１０２の間の空間であるガレット１０５に切屑Ｗｓが受け入れられるようになっている。そこで、そのガレット１０５の底部１０４やその近辺の領域１１０に向けて高圧切削油Ｓを噴射するのがよい。歯先より遠い位置に噴射すると、鋸歯の振動減衰効果や冷却効果が薄れ、また、歯先に近い位置に噴射すると、受圧面積が小さく、振動減衰効果が薄れるからである。より好ましくは、図４に示すように、ノズル５０から噴射される高圧液体が、帯鋸刃１００の側面に沿ってワークＷの下流まで連続した状態に維持される傾斜であることが望ましい。

このように、高圧切削油Ｓを帯鋸刃１００の胴部１０１の両側面に噴射すると、噴射された高圧切削油Ｓは、図６に示すように、帯鋸刃１００の胴部１０１の表面に当たり、衝突力Ｆ（＝Ｓｖｂ）にて両側より帯鋸刃１００を挟み込む。また、高圧切削油Ｓは、帯鋸刃１００の胴部１０１の側面とワークＷの切り溝Ｗａの切断面との間の隙間内において高圧状態が保たれる。従って、両側から力Ｆにより、帯鋸刃１００の刃厚方向の振動が減衰・抑制される。

また、高圧切削油Ｓが切り溝Ｗａの内部へ流入すると、噴射時の走行方向Ａに沿った圧力成分Ｓｖａの一部が維持された状態となり、しかも、切り溝Ｗａ内での帯鋸刃１００の移動による増圧（動圧）作用も加わるため、切り溝Ｗａの両側壁によって反力が受けられることで、走行方向に垂直な方向の圧力ｆが帯鋸刃１００の胴部１０１の両側面に加わる。従って、それら圧力ｆにより両側から帯鋸刃１００が切削長の全長に亘って挟み込まれることで、帯鋸刃１００の刃厚方向の振動が減衰・抑制される。

次に、この場合に働く力について簡単に説明する。

切り溝Ｗａの入側で帯鋸刃１００の胴部１０１に衝突する高圧切削油Ｓにより、胴部１０１の両側面に対し垂直にかかる衝突力Ｆは、次式（１）で算出することができる。

Ｆ＝ρＡＶ²ｓｉｎθ ・・・（１）
但し、Ｆ：衝突する流体により鋸刃帯厚方向に対し垂直にかかる力
ρ：流体の密度
Ａ：受圧面積
Ｖ：流速
また、切り溝Ｗａ内で胴部１０１の両側面に対し垂直にかかる圧力ｆは、次式（２）で算出することができる。

ｆ＝ＰＡ・・・（２）
但し、ｆ：切り溝内で鋸刃帯厚方向に対し垂直にかかる力
Ｐ：切り溝内の圧力
Ａ：受圧面積
また、帯鋸刃１００の振動抑制モデルを図７に示す。

このモデルは、質量ｍの帯鋸刃１００の胴部の両側をＦ、ｆの力で押さえながら、バネ要素ｋと減衰要素Ｃにて帯鋸刃１００の振動エネルギーを吸収するモデルである。

以上のように、実施形態の振動抑制方法及び装置によれば、切り溝Ｗａへの帯鋸刃１００の入側にて、帯鋸刃１００の胴部１０１の両側面に向けて高圧切削油Ｓを噴射することにより、切り溝Ｗａの入側において、帯鋸刃１００の胴部１０１の両側面に対して垂直な方向に高圧切削油Ｓによる衝突圧Ｆを付与することができる。また、切断加工中の切り溝Ｗａの内部に高圧切削油Ｓが導入されることによって、切り溝Ｗａの内部において、帯鋸刃１００の胴部１０１の両側面に対して垂直な方向に高圧切削油Ｓによる圧力ｆを付与することができる。従って、帯鋸刃１００の胴部１０１の両側面に付与されるそれらの圧力Ｆ、ｆによって、帯鋸刃１００の刃厚方向の振動を押さえ込むことができ、その結果、生産性を維持しながら、ビビリ振動を十分に抑制することができ、製品の切断面品質の維持と振動・騒音の防止を図ることができる。また、切り溝Ｗａへの入側で帯鋸刃１００の胴部１０１両側面に高圧切削油Ｓを噴射するノズル５０を装備するだけでよいから、複雑な構造を採用する必要がなく、コスト低減を図ることができる。また、高圧液体として切削油を噴射するので、潤滑と冷却による切削性の向上を図りながら帯鋸刃１００の振動抑制を図ることができる。

なお、前記高圧切削油Ｓの噴射圧力は、１〜１０Ｍｐａ程度であるのが望ましく、より望ましくは、１〜５Ｍｐａ程度であるのがよい。また、ノズル５０の帯鋸刃１００の側面に対する傾斜角度θ（噴射角度）は、０°〜９０°の範囲で任意に設定してよいが、１０°程度が望ましい。また、極端な場合、θを０°や９０°としてもよい。θ＝０°の場合は、圧力ｆによる振動抑制効果だけを奏することができる。また、θ＝９０°の場合は、衝突力Fによる振動抑制効果だけを奏することができる。

また、ノズル５０の径や個数も任意に設定可能であるが、Φ１．５ｍｍ程度のノズルを用いるのが望ましい。個数は、両側に対称個数を配置するのがよいが、衝突圧Ｆのバランスをとれるのであれば、個数や配置は任意に設定してよい。

また、複数のノズルの角度θを変えてもよい。例えば、一方のノズルは胴部１０１に垂直、他方のノズルは胴部に平行に近い角度で配置してもよい。

また、走行方向に対し、上方より下方へ角度を付けて高圧切削油Ｓを噴射するようにしてもよい。

また、高圧切削油Ｓの噴出を、ワークへの帯鋸刃１００の入側だけでなく、出側で更に行うようにしてもよい。

１帯鋸盤
２５入側の鋸刃インサート（鋸刃ガイド）
２６出側の鋸刃インサート（鋸刃ガイド）
５０ノズル
１００帯鋸刃
１０１胴部
１０２鋸歯
１０４底部
１０５ガレット
１１０ガレットの底部の近辺の領域
Ａ一定方向（帯鋸刃の走行方向）
Ｗワーク
Ｗａ切り溝
Ｓ高圧切削油（高圧液体）
Ｓｖａ帯鋸刃の走行方向に沿った圧力成分
Ｓｖｂ帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向の衝突圧成分

Claims

エンドレス状の帯鋸刃を一定方向に循環走行させつつ切断方向へ移動させることにより、ワークに対して切断加工を行う帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法において、
切断加工時に前記帯鋸刃によって形成されるワークの切り溝への前記帯鋸刃の入側にて、前記帯鋸刃の胴部の両側面に向けて、さらに該胴部の鋸歯間の空間であるガレットの底部やその近辺の領域に向けて高圧液体を噴射し、前記帯鋸刃の胴部の側面と前記ワークの切り溝の切断面との間の隙間内において高圧状態が保たれた前記高圧液体を前記切断加工中の切り溝の内部に導入することを特徴とする帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法。
請求項１に記載の帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法であって、
前記高圧液体を、少なくとも前記帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向の衝突圧成分を持つ角度で、前記帯鋸刃の胴部の両側面に向けて噴射することを特徴とする帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法。
請求項１に記載の帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法であって、
前記高圧液体を、少なくとも前記帯鋸刃の走行方向に沿った圧力成分を持つ角度で、前記帯鋸刃の胴部の両側面に向けて噴射することを特徴とする帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法。
請求項１に記載の帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法であって、
前記高圧液体を、前記帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向の衝突圧成分を持ち且つ前記帯鋸刃の走行方向に沿った圧力成分を持つ傾斜角度で、前記帯鋸刃の胴部の両側面に向けて噴射することを特徴とする帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法であって、
前記高圧液体として、高圧切削油を噴射することを特徴とする帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制方法。
エンドレス状の帯鋸刃を一定方向に循環走行させつつ切断方向へ移動させることにより、ワークに対して切断加工を行う帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制装置において、
切断加工時に前記帯鋸刃によって形成されるワークの切り溝への前記帯鋸刃の入側に、前記帯鋸刃の胴部の両側面に向けて、さらに該胴部の鋸歯間の空間であるガレットの底部やその近辺の領域に向けて高圧液体を噴射するノズルを配置し、前記帯鋸刃の胴部の側面と前記ワークの切り溝の切断面との間の隙間内において高圧状態が保たれた前記高圧液体を前記切断加工中の切り溝の内部に導入自在にしたことを特徴とする帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制装置。
請求項６に記載の帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制装置であって、
前記ノズルを、該ノズルから噴射される高圧液体が、前記帯鋸刃の胴部の両側面に対して垂直な方向の衝突圧成分を持ち且つ前記帯鋸刃の走行方向に沿った圧力成分を持つ角度で配置したことを特徴とする帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制装置。
請求項６または７に記載の帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制装置であって、
前記ワークの切り溝に対する前記帯鋸刃の入側と出側に、前記帯鋸刃の刃先の向きをワークに指向させつつ該帯鋸刃を走行可能に支持する鋸刃ガイドが設けられ、入側の前記鋸刃ガイドに前記ノズルが配置されていることを特徴とする帯鋸盤における帯鋸刃の振動抑制装置。