JPH0751902A - 摩擦圧接機用の外バリ切削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外バリに対して切削刃を自動的に位置決めで
きるように改良した、摩擦圧接機用の外バリ切削装置を
提供する。 【構成】 外バリ切削装置９０は、摩擦圧接機の主軸３
８先端に取り付けられている。主軸は、主軸軸線周りに
自在に回転できるように作動体に収容され、かつ作動体
と一体的に軸線方向に進退できる。外バリ切削装置９０
は、切削腕４２に設けられた距離センサ９２と、距離セ
ンサの計測値に基づいて作動体を駆動する油圧シリンダ
２８の動作を制御する制御装置９４とを備えている。距
離センサは、切削腕と外バリＣとの及び切削腕とフラン
ジＦとの主軸軸線方向の間隔を計測する。制御装置は、
その計測値に基づいて油圧シリンダを動作させて作動体
を動かし、それによって障害物に接触することなく切削
腕を自己制御的に前記バリに接近させ、外バリを切削す
るようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摩擦圧接機用の外バリ
切削装置に関し、更に詳細には被加工物の接合部に形成
された外バリがパイプとスリップオン・フランジとの接
合の場合のようにフランジ等の被加工物に近接している
場合でも、外バリ切削に際しフランジ等の被加工物を損
傷することなく外バリ切削装置の切削刃を外バリの位置
に位置決めし、外バリを完全に切削するように改良した
摩擦圧接機用のバリ切削装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本明細書で言う摩擦圧接機とは、一対の
管状被加工物の一方を固定し、他方を回転しつつ被加工
物の一方に圧力下で接触させて、圧接するようにした管
状被加工物の周継ぎ手接合を行う装置である。この種の
摩擦圧接機には様々な形式があるが、例として長尺管用
の摩擦圧接機を挙げ、その構成部品の平面配置を図３に
示す。図示された摩擦圧接機１０は、床に固定された基
台１２と、パイプＡを把持するために基台１２上に固定
された固定把持装置１４と、基台１２上を固定把持装置
１４に対し進退する作動体１６とを備えている。

【０００３】作動体１６には、回転装置１８と、該作動
体１６を貫通して延在し、一体的に進退すると共に回転
装置１８により作動体１６の進退方向線の周りに回転す
るようにされた円筒形主軸（図示せず）と、主軸と共に
回転する外バリ切削装置２０とが設けてある。主軸は、
その内部にパイプＢを収容すると共に固定把持装置１４
側の主軸端部に主軸把持装置２２を備えて収容したパイ
プＢを把持する。更に、主軸はその内部に内バリ切削装
置を収容している。尚、図１はパイプＢを主軸に収容し
ているが、パイプＡとフランジ等の配管部品を接合する
場合には、主軸にかかるフランジ等の配管部品を収容す
る。尚、２８は作動体１６を進退させる油圧シリンダ
ー、３０は内バリ切削装置を駆動する駆動装置及び３２
はパイプＢの端部を回転自在に把持する端部把持装置で
あって、駆動装置３０及び端部把持装置３２は、連結ロ
ッド３４により作動体１６に連結されて、一体的に進退
する。

【０００４】摩擦圧接の過程で、摩擦熱によってパイプ
Ａ、Ｂの軟化した部分が圧接のスラストにより管内外面
に排出されつつ接合される結果、元々の母材の部分が、
図４に示すように、バリとなって管内外面に隆起する。
Ｃは被加工物の外側に発生しているので、外バリと称
し、Ｄは被加工物の内側に発生しているので、内バリと
言う。摩擦圧接した被加工物を製品として出荷するに
は、かかるバリを切削して取り除く必要がある。よっ
て、摩擦圧接機では、外バリを外バリ切削装置により、
内バリを内バリ切削装置によりそれぞれ切削するように
構成されている。以上、パイプを例にして説明したが、
エルボ、フランジの配管材料とパイプとの摩擦圧接につ
いても同様にバリが発生する。

【０００５】ところで、外バリ切削に際して、摩擦圧接
機に外バリ切削装置を設け、摩擦圧接した被加工物を摩
擦圧接機から取り外すことなく、摩擦圧接に引き続き外
バリ切削装置によって外バリを切削するのが最も作業能
率が高い。そこで、本発明者等は、外バリ切削装置につ
いても研究し、種々の形式の装置を提案し、試用してい
る。例えば、特開平３−２０８５０３号には早送りと微
速送りの可能な外バリ切削装置を提案している。この外
バリ切削装置は、前掲公報に記載されているように、
「回転側の被加工物をチャックで把持し、回転主軸の回
転により圧接して生じた外バリを揺動する切削刃で切削
する摩擦圧接機において、切削刃を有する切削腕を揺動
させるために往復運動するプランジャと、プランジャの
移動を早送りと微速送りの切り換えを行うプランジャの
先端軸にプランジャと間隔をおいて装着した送り制御部
材とから構成されたもの」である。

【０００６】本明細書は、前掲公報に開示されたその外
バリ切削装置の要部を図５及び図６において図示してい
る。図５は外バリ切削装置の正面断面図で外バリ切削装
置を取り付けた摩擦圧接機先端部の一部を切り欠いた状
態で示している。図６は図５の線Ｉ−Ｉでの断面図であ
る。図３、図５及び図６に示すように、外バリ切削装置
２０は、摩擦圧接機１０の主軸把持装置２２に取り付け
られていて、主軸把持装置２２と一体的に矢印Ｘの方向
に回転する。図５及び図６において、Ａは固定把持装置
によって水平に固定されたパイプ、Ｅは主軸把持装置２
２（コレットチャック）のチャック爪３６で把持された
ネック部の比較的長いウエルディングネック・フランジ
である。パイプＡとフランジＥは、相互に対向して位置
し、フランジＥの回転により圧接されて、接合部に外バ
リＣを形成する。

【０００７】図６に示すように、主軸３８は、作動体１
６に回転自在に収容され、かつ作動体１６と一体的に主
軸軸線方向（矢印Ｙで表示した方向）に移動すると共に
フランジＥとの間にストッパ４０を有して、圧接時にフ
ランジＥに働く加圧推力を受けている。切削腕４２は、
先端に切削刃４４を有し、基端が切削シャフト４６にキ
ー４８を介して取り付けられている。切削シャフト４６
は、主軸３８の軸線方向に対して平行に延び、かつシリ
ンダ５０と一体的に組み立てられた切削シャフト受け部
５２に収容されている。シリンダ５０は、切削シャフト
受け部５２に対して直角方向に、従って主軸３８に対し
て直角方向に延在し、前述したように被加工物の把持装
置として主軸３８の先端に固定されているコレットチャ
ック２２に取り付けられている。切削シャフト４６の中
央にはレバー５３がキー５４を介して取り付けられ、レ
バー５３の他端は二股になったフォーク状部５６に形成
され、後述するようにシリンダ５０内に内蔵されたロッ
ド５８に回動自在に連結している。

【０００８】ロッド５８は、図５に示すように、断面が
四角形の肉薄の短い部材でシリンダ５０の軸線方向に対
し平行に延びてシリンダ５０内に収容され、その中央部
に部材を横断するように形成された長方形の貫通孔６０
を有しいる。その中には長方形の摺動片６２が、上下に
摺動自在に嵌合していて、かつピン６４を介してレバー
５３のフォーク状部５６に連結されている。よって、レ
バー５３はフォーク状部５６により摺動片６２に連結
し、かつ摺動片６２を介してロッド５８に連結してい
る。ロッド５８の右端にはピストン６６がナット６８に
より固定され、一方ロッド５８の左端にはプランジャ７
０がロッド５８と一体的に設けてある。プランジャ７０
は、先端に先端部７２を備えて送り制御部材Ｐに嵌合し
ている。送り制御部材Ｐはオイルダンパ７４で形成さ
れ、プランジャ７０とオイルダンパ７４との対面距離Ｈ
は、外バリＣの高さＨと同一になるように調整されてい
る。オイルダンパ７４に設けた油排出孔７６には、オリ
フィス付きチェック弁が設けてある。

【０００９】切削腕４２は、外バリ切削を行わないとき
には、上方に位置し（実線で表示）、ピストン６６は後
退した位置にある。外バリＣを切削する際には、油通路
７８に作動油を導入してピストン６６を押圧し、ロッド
５８を介してプランジャ７０及びオイルダンパ７４を共
に図５で左方に移動させる。この移動に伴い、摺動片６
２が、図５において、貫通孔６０内を昇降しながらピン
６４を介してレバー５３のフォーク状端部５６を左側へ
移動させ、切削シャフト４６を、従って切削腕４２を反
時計周りに（Ｚ方向に）回動させて、切削刃４４を外バ
リＣ側へ下降させる。下降した切削腕４２は、仮想線で
示されている。オイルダンパ７４がエンドカバ８０と接
触するまでは、切削腕４２は速い速度（早送り）で回動
し、両者が接触した時に切削刃４４が外バリＣの切削開
始位置に到達する。更に、作動油を導入するとプランジ
ャ７０が更に左方に動いてプランジャ７０とオイルダン
パ７４との間に滞留した作動油を油排出孔７６のオリフ
ィス付きチェック弁を介して少しずつ排出する。作動油
の制約された排出によって、プランジャ７０の移動速度
が減速し、それによって切削腕４２の下降速度が遅くな
る。オイルダンパ７４がエンドカバ８０に接触して切削
腕４２の下降速度が減速開始するのと同時に主軸３８が
回転し、外バリＣが切削され始める。プランジャ７０が
オイルダンパ７４に接触した時に外バリＣの切削が完了
するように調整されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図２（ａ）
に示すように、ネックが極めて短いスリップオン・フラ
ンジ（以下、簡単にするため単にフランジと略称する）
ＦとパイプＡとを摩擦圧接により接合した場合、外バリ
ＣとフランジＦのフランジ外面との間隔が非常に短くな
る。また、図２（ｂ）に示すように、薄肉のパイプＡと
パイプＢとを接合する場合、パイプＢのコレットチャッ
ク爪３６からの突き出し長さを短くしてパイプの座屈を
防ぐために外バリＣとコレットチャック爪３６との間隔
が非常に短くなる。このように外バリＣとフランジＦ或
いは外バリＣとコレットチャック爪３６との間隔が短い
場合、例えばフランジＦとパイプＡとの接合部に生じた
外バリＣを上記外バリ切削装置によって切削しようとす
ると、図１に示すようにフランジＦのフランジ外面と切
削刃４４との間隔が非常に狭くなる。従って切削刃４４
のフランジ長手方向（主軸軸線方向）の位置決めが悪い
と、主軸３８が回転したとき、フランジＦのフランジ外
面が切削刃４４により切削され、損傷する事態が発生す
る。

【００１１】しかし、主軸軸線の所定位置に切削刃を位
置決めするのは、実際的には極めて技術的に困難なこと
である。それは、切削刃の主軸軸線方向の位置決めに
は、油圧シリンダを作動させて作動体を主軸軸線方向に
進退させる必要があるが、その移動量を予め正確に決定
する適当な方法がないからである。即ち、従来は、圧接
による寄り代を見込んで作動体を主軸軸線方向に動か
し、切削刃の位置決めをしている。しかし、寄り代はパ
イプの径、肉厚、材質によってその都度少なくとも±１
mm程度変動する因子であるのに対し、一方切削刃の位置
決めは、±０．１mm程度の精度を必要とするから、予め
設定しても実際と異なることが多い。また、各部品の組
立体からなる外バリ切削装置においても、また作動体を
移動させる移動装置においても、各部品間に極めて僅か
であるが、遊びがあり、そのため期待通りに位置決めす
ることが難しい。更には、接合部は圧接後時間の経過と
共に冷却して縮小し、そのため外バリと位置決め基準点
の距離が変化するので位置決め基準点からの外バリの位
置を予測するのが難しく、従って切削刃の位置決めが難
しい。

【００１２】以上のように予め外バリ形成位置を正確に
予測して、その場所に切削刃を予め位置決めするのは実
際的に困難で、そのため作業の能率が悪くなり、またフ
ランジ等の部品を切削刃で損傷して、部品の補修、或い
は取り替え等を必要とすることも多かった。そこで、本
発明の目的は、外バリに対して切削刃を自動的に位置決
めできるように改良した、摩擦圧接機用の外バリ切削装
置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る摩擦圧接機用の外バリ切削装置は、摩
擦圧接機の主軸先端に取り付けられた外バリ切削装置で
あって、主軸が、軸線周りに自在に回転できるように作
動体に収容され、かつ作動体と一体的に主軸軸線方向に
進退できるようにされている、摩擦圧接機用の外バリ切
削装置において、外バリ切削装置の切削腕に距離センサ
を設け、該距離センサが切削腕と外バリとの主軸軸線方
向の間隔及び切削腕と障害物との主軸軸線方向の間隔を
計測し、その計測値に基づいて作動体を動かし、それに
よって切削腕が障害物に接触することなく自己制御的に
外バリに接近して切削するようにしたことを特徴として
いる。

【００１４】本発明において使用する距離センサの形式
は、センサが機械的に接触する形式の距離センサでもよ
く、また光又は電磁波による非接触式距離センサでもよ
く、或いはＣＣＤ式距離センサでもよい。距離センサは
常時切削腕と外バリ及び切削腕と障害物との間隙を計測
し、制御装置が実測間隙に基づいて作動体移動装置の動
作をフィードバック制御する。例えば制御装置は、油圧
シリンダーを作動させてフィードバック制御を行いつつ
作動体を微小に進退させ、それによって切削腕を外バリ
の位置に正確に位置決めする。

【００１５】

【作用】本発明では、切削腕が作動体の移動によって主
軸軸線方向に移動する間、距離センサが常時切削腕と障
害物との間隙及び切削腕と外バリとの間隔を計測し、そ
の計測値に基づいて作動体の運動をフィードバック制御
するので、障害物に接触することなく確実にバリに接近
し、切削することができる。

【００１６】

【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。図１は本発明に係る外バ
リ切削装置の一実施例の構成を示す概念図である。図１
において図２から図６で説明した部品と同じ部品には同
じ符号を付し、その説明を省略する。外バリ切削装置９
０は、前述した従来の外バリ切削装置２０と、その切削
腕４２に設けられた距離センサ９２と、制御装置９４と
から構成されている。距離センサ９２は、非接触式距離
センサであって、切削腕４２と外バリＣとの及び切削腕
４２とフランジＦとの主軸軸線方向の間隙（図１でＹ方
向）を計測することができる。距離センサ９２には、高
周波発振式、差動コイル式、磁気式等の磁界を利用する
もの、或いは静電容量式の電界を利用するもの等、種々
の形式の非接触式距離センサを利用できるが、本実施例
では、例えばオムロン（株）製の小形ヘッド近接スイッ
チ（アンプ分離形近接スイッチ）モデルＥ２Ｃを使用す
る。制御装置９４は、距離センサ９２と油圧シリンダー
２８の油圧ポンプに接続されていて、距離センサ９２か
らの計測情報に基づいて図３に示す摩擦圧接機１０の油
圧シリンダ２８の動作を制御して作動体１６をＹ方向に
所要距離だけフィードバック制御しつつ進退させる。一
方、切削腕４２を接合部の半径方向から外バリＣに接近
させるのは、前述した従来の外バリ切削装置２０の手段
と同じ手段によって行われる。

【００１７】これによって、外バリＣとフランジＦとの
間隔が短い場合でも、切削腕４２はフランジＦに接触す
ることなく自動的にかつ自己制御的に外バリＣに接近
し、切削することができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、外バリ切削装置の切削
腕に距離センサを設け、該距離センサが切削腕と外バリ
との及び切削腕と障害物との主軸軸線方向の間隔をそれ
ぞれ計測し、その計測値に基づいて作動体を動かすよう
にしたことにより、障害物に接触させることなく自動的
にかつ自己制御的に切削腕を外バリに接近させ、切削す
ることができる。これによって、外バリと障害物のと間
隔が短い場合でも、切削刃を容易に外バリ位置に正確に
位置決めし障害物を損傷することなく外バリを切削する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る外バリ切削装置の１実施例の構成
を示す概念図である。

【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれスリップオ
ン・フランジとパイプとの接合部及び薄肉のパイプとパ
イプとの接合部を示す断面図である。

【図３】摩擦圧接機の一例の平面配置図である。

【図４】バリを説明するための接合部の断面図である。

【図５】従来の外バリ切削装置の正面部分断面図であ
る。

【図６】図５の線Ｉ−Ｉの断面図である。

【符号の説明】

１０ 摩擦圧接機 ２０ 従来の外バリ切削装置 ２２ 主軸把持装置、コレットチャック ３６ チャック爪 ３８ 主軸 ４０ ストッパ ４２ 切削腕 ４４ 切削刃 ４６ 切削シャフト ４８ キー ５０ シリンダ ５２ 切削シャフト受け部 ５３ レバー ５６ フォーク状部 ５８ ロッド ６０ 貫通孔 ６２ 摺動片 ６６ ピストン ７０ プランジャ ７２ 先端部 Ｐ 送り制御部材 ７４ オイルダンパ ７６ 油排出孔 ８０ エンドカバ ９０ 本発明に係る外バリ切削装置の一実施例 ９２ 距離センサ ９４ 制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 摩擦圧接機の主軸先端に取り付けられた
   外バリ切削装置であって、前記主軸が、軸線周りに自在
   に回転できるように作動体に収容され、かつ作動体と一
   体的に主軸軸線方向に進退できるようにされている、摩
   擦圧接機用の外バリ切削装置において、 外バリ切削装置の切削腕に距離センサを設け、該距離セ
   ンサが切削腕と外バリとの主軸軸線方向の間隔及び切削
   腕と障害物との主軸軸線方向の間隔を計測し、その計測
   値に基づいて作動体を動かし、それによって切削腕が障
   害物に接触することなく自己制御的に前記外バリに接近
   して切削するようにしたことを特徴とする摩擦圧接機用
   の外バリ切削装置。