JPS6199573A - パイプ切断機及びパイプ切断の数値制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は相変わる２本のパイプに於ける・主管の加工を
溶断によって自動的に行う装置に係るものである。

〈従来の技術〉 従来、パイプの主管側の貫通部の孔明は切断に於いては
、パイプの回転と切断トーチの該パイプ軸方向への運動
との合成により行われていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、上記切断方法では、切断トーチが常に被加工回
転パイプの軸心方向に向いている為、パイプの軸方向に
傾斜した切断面が出来、後処理として切断面の削り落と
し等の作業を必要としている。また、既に曲げられたパ
イプをパイプ軸心を中心として回転せしめることは不可
能である等の問題がある。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は上記の問題点を解決する手段として、ｔ　　　
　　　　　　　　　　定置したパイプに対して相貫部の
切り明けを行うに際し、常に相手枝管の内面の母線に沿
う方向に切断を行うようにしたものである。

次に図面を参照して上記問題点を解決するための本発明
に係る一手段を説明する。第１図に於いて１は主管、２
は枝管を示し、貫入部は土管１０軸心をＸ軸とする円筒
座標で示されている。第２図はパイプ接合部の主管ｌ及
び枝管２の軸芯に平行な面で切断断面を示し、３は主管
１に対する切り取り部、４は主枝管の接合溶接部を示し
、第３図に相貫部の横断面を示す。

パイプによる配管に於いては主管ｌに対する相貫部の切
り取り部３は、前記第２図及び第３図に示すように、切
断縁は常に枝管の内面の延長（枝管内面円筒の母線）上
にあるのが普通であるが、時に加工線に沿い一定の開先
角度を必要とすることもある。

この切断をガス切断又はプラズマ切断で行う場合、火口
より噴出する切断酸素ジェット、プラズマジェットは枝
管２内面に沿って移動し、且つ主管１の曲がりに対して
、火口高さを一定に保ように切断トーチ、ノズルを主管
ｌの曲面に沿わせて移動してやる必要がある。即ち、主
管ｌを固定してｎ；Ｊ記の切断を行うには、切断トーチ
に枝管２の内面の母線に沿う運動と該母線方向に切断ト
ーチの先端の火口と主管１の距離を一定に保つ手段との
組合わせが必要となる。

前記の第１図乃至第３図に於いて、主管ｌ上の加工線ａ
は、主管ｌを基準とした座標系では母線の座標角、即ち
中心角をφ、パイプの相貫角度をψで示せば、加工線ａ
はＦ（ｘ、　Φ、ψ）、溶接開先条件はωで定義される
。

一方、加工綿ａを空間の曲線とすれば、加工線ａは直交
座標系でＧ（ｘ、ｙ、ｚ）で定義され、加工面の１１１
きを管軸方向に対してα、それと直角方向（一対してβ
とすれば一般式としてＧ（ｘ、ｙ。

２、α、β）で示される。

尚、加工線ａの定義Ｆ（ｘ、φ、ψ）とＧ（ｘ。

ｙ、ｚ、　　α５　β）の関係を整合させるために、Ｘ
。

Ｘ座標は平行な軸とし、ｙ軸は水平軸、Ｘ軸は垂直軸と
する。

また、枝管２と主管１の関係は枝管２の軸芯がｘ−１軸
で規定される垂直面に平１テに位置するものとする。

第４図はＧ（に、ｙ、ｚ、　　α、β）で与えられた運
動を行うようにした加工装置の軸組図の例を示し、ｘ、
ｙ、ｚにα輸β軸を加えてこれをデジタル制御し、溶接
トーチ等の加工具の位置を制御して所定の加工を行わし
めることを目的とした例である。

図に於いて５は切断すべき主管、６は加工線を示す、７
　ｘ＝１０ｘ、７　ｙ−１０ｙ、７２〜１０２．７α〜
１０α、７β〜ｌＯβはそれぞれＸ軸、ｙ軸、２軸、α
軸、β軸に対するデジタル制御の駆動部を示し、７ｘ、
７ｙ、７ｚ、７α、７βは各軸の直線案内レール又は摺
動軸或いは回転軸であＤ、８ｘ、８ｙ、８ｚ、８α、８
βは駆動体を示し、例えば９ｘ、９ｙ、９ｚで示すスク
リューナンド等で原動４１１０ｘ、１０ｙ、１０２．１
０ａ、１０βの回転により駆動体を滑動又はＰｇ動回転
せしめるものである０次に１１は切断トーチ等の加工具
で、２＠駆動部に加工具ホルダー１２を介して、ｙ軸の
駆動体８ｙに固着され、Ｘ軸方向の運動伝達がされるよ
うになっている、各軸の原動機ｆｏｘ、ｌＯｙ、１０ｚ
。

ｌＯα、　１０βはモータの他、減速機構、エンコーグ
、パルスヂエネレータ等のフィードバンクエレメントを
伴うものである。

第５図は交角ψで交わる２円筒の幾何学的な説明図であ
Ｄ、１３は内径ｄで示した枝管、１４は外径りで示した
主管を示し、１５は真円管の接合線であＤ、＋３’、１
４’は夫々枝管１３及び主管１４の軸芯線を示す。

図の側面図に於ける枝管１３の軸芯１３′の投影が主管
１４の軸芯１４’と交わる点を原点０とし、主管１４の
軸芯１４′をｘ′軸、垂直軸を２′軸、ｘＩ。

２′軸と直交する軸をｙ′軸とし、接合線１５上の点Ｐ
に於ける枝管１３の母線の座標角をθ、それと対応する
主管１４の母線の座標角をφとすれば、Ｐ点の座標Ｆ（
ｘ、φ５　ψ）は 、？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　−−−−・−・（１）ｙ　’　−−Ｓｉｎφ　
　　　　　　−・−−−−−−（２）ｚ　’　−Ｃｏｓ
Φ　　　　　　　　　　　　　（３）両川筒の軸芯の距
離を６とすれば Φ−５ｉｎ−’　　　　　　　　　　　　−−（４）（
ｅ−０°〜３６０’　） なる関係が成り立つ。

ｘ′、　　ｙｌ　、　　Ｚ　’座標は式（１）〜（３）
を−見してみればθを変数とする関数であることが明ら
かであＤ、このＰ点の軌跡を倣うのが加工装置の役割で
ある。また加工装置の座標系ｘ、ｙ、ｚは座標系Ｘ’、
ｙ’、ｚ’と平行とすれば、座標系の変換は問題でな（
、特に数値制御に於いて区間増分（インクリメンタル）
ｆｌＩＩ？Ｉｌを行う場合、直交座標系の原点移動は無
視される。

第６図は第４図に示した切断装置をパルスにより駆動す
る数値制御法を説明する図で、演算処理の手順としては
主管外径Ｄ、枝管内径ｄ両円筒の軸芯間の距離δ、交角
ψで示すパイプの接合条件を人力し、座ＩＦ（ｘ、　φ
、ψ）は仮定の数式モデルとして前記式（１）−（３）
に示すＧ（Ｘ’、Ｙ’。

ｘ′、α、β）の式を枝管の円周角を等分割或いは式（
１）〜（３）に示す加工線を等しい長さの線分ΔＬに分
割し、該当する枝管の座標角θに対応する角度θ。（・
Ｏ゛）５　　θ１．θ８．・・・・・・、θ、。

θ１，１．・・・・・・、θ７（７３６０°）とし、式
（１）〜（３）よりθ、、θ１．．に対応する　ｌ　、
　　ｙｌ　、　　Ｚ　’の座標値Ｘ’、＋　Ｙ’ｉ　＋
　　”ｉ及びＸ’ｉ＋＋　＋　　Ｙ’ｔ＋＋　＋　　２
’Ｈ＋１を演算し、 ８′４．１−ｘ′、＝Δ８・ ｙ’ｒ、＋　−Ｖ’ｒ　−Δｙ′ Ｚ’；＋１−　ｚ’Ｈ−Δ２′ とすれば、ｘ、１．２！標系とｘ′、　　、　ｌ　、　
　ｚ　’座標系は単なる平行移動であるから、加工機械
系の運動量Δｘ、Δｙ、Δ２は ΔＸ−Δｘ’−（ｘ’、＋ｌ　−Ｘ’ｉ　）Δｙ−ΔＭ
　’　”　（ｙ’ｉ、ｌ　−７’、　）Δ２−Δｚ　′
ｓａ　（ｚ’、１−２’、）となＤ、該区間の加工線に
沿う短線骨の長さΔＬに近似される。切断トーチを加工
線に沿わせて移動する速度Ｖを外挿すれば、ΔＬ区間を
移動する時間ΔＴは ΔＬ へＴ謀□ で求められ、数値制御を行うに際してはへＴ時間にΔｘ
、Δｙ、Δ２だけ夫々の値に比例した速度と数のパルス
を送り各座標軸を駆動せしめれば、加工線に沿う加工具
の運動を行わせることが出来る。若し加工具の傾きを連
続的に１方向又は２方向に変えたい場合もΔｘ、Δｙ、
Δ２と同時にΔω、Δψを演算し、同様にして同時に３
軸、４軸、５軸の輪郭数値制御を行えばよい。

尚、ΔＸム、Δ７１．　Δｚｉ、　　Δω３．Δψ。

・・・・・・・・・などは初期の入力条件を人力した時
にθ−〇゛〜３６０°の間の各軸の区間増分値を一挙に
演算して一時記憶部にファイルし、逐次インクリメンタ
ル制御を行わせる方が逐次演算しながらパルス分配を行
うより容易である。

次に第６図により制ｉｌｌ論理を説明すると、図に於い
て１６はパイプの接合条件Ｄ、ｄ、　　δ、ψ及び切断
速度Ｖ、加工線分割の基準となるΔＬ又はΔθを人力す
る入力部、１７は前記式（１）〜（３）に基づき演算し
、ΔＸｉ、　　Δｙｉ、　　Δｚ１．Δω、。

Δψ１等の区間の長さと移動時間ΔＴ、を連続的に演算
する演算処理部、１８は上記のインクリメンタル値及び
ΔＴ、をファイルするメモリ一部を示し、１９はパルス
分配器で、更に２０はΔＴを入力してタイミングパルス
を発生するタイミングパルス声 発生器である。２１ｘ、２１ｙ、２１ｚ、・・・・・・
・・・はパルス分配器を示し、Δｘ、Δｙ、Δ２．・・
・・・・・・・に比例した速度でパルスに分解するパル
ス分解ｔでパルスを２２　ｘ　、　２２　ｙ　、　２２
　ｚ　、・・・・・・・・に示す加減演算バノファレジ
スクに入力する。２３〜２８はサーボ機構を示し、２３
ｘ、２３ｙ、２３ｚ、・・・・・・・・・はＤ／Ａ変換
器であってハンファレジスタの数値を電圧（アナログ量
）に変換するもの、２４　ｘ　、　２４　ｙ　、　２４
　ｚ　。

・・・・・・・・・はプレアンプ、２５ｘ、２５ｙ、２
５ｚ、　　・・・・・・はパワーアンプ、２６ｘ、２６
ｙ、２６ｚ、　・・・・・・・・・はサーボモータ、２
７．２８はサーボモータの回転をパルスに変えるパルス
ジェ名レータ及び回転速度を電圧に変えるタコジェネレ
ータを示し、夫々前？：！加減算バ７ファレジスタに、
後者はＤ／Ａ変換の後にフィードバックする。

〈発明の効果〉 従来のパイプを回転させると共にパイプの軸線方向に加
工具を動かす方法では主管の孔明けに際して常に加工具
を枝管の内径に対する母線方向に向けることが出来ず、
また曲がったパイプ或いは曲げ加工後のパイプを回転せ
しめることが不可能であったが、本発明によれば主管を
定置し、加工具を相貫線に沿わせて移動し且つ所要の形
状に加工（切断又は溶接）を行わせることが出来る。更
に被加工バイブとは座標系を異にする加工装置に対して
元座標系に対する加工線の定義Ｆ（ｘ、　Φ。

ψ）を、加工装置の座標系Ｇ（ｘ、）ｌ、２．　　α。

β）に変換し、且つ加工線を線分に分割して各点の区間
運動量を求め、更にこれをパルス分割する２段階のパル
ス分解法を取ることによＤ、ＮＣ制御装置を安価に、し
かも容易ならしめる等の特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はパイプの接手の説明図、第２図はパイプ接手部
の側断面説明図、第３図はパイプの正断面説明図、第４
図はパイプ切断機の軸組説明図、第５図はバイブ接手部
の幾何説明図、第６図はパイプ切断機の数値制御法の説
明図である。 １．１４は主管、２，１３は枝管、１５は主管による接
合綿、４はバイブ接手部の溶接部、７ｘ−１０ｘ。 ７　ｙ−Ｊｏｙ、　　７’ｚ−１０ｚは各制御軸駆動部
、１１は加工具、１２は加工具ホルダー、１３′は枝管
の軸芯、１４′は主管の軸芯、１６は人力装置、】７：
よ処理装置、１８ハ、’　モＩＪ−１１９，２１はパル
ス分配器、２０．２２はタイミングパルス発生器、２３
はＤ／Ａ変換器、２４はプレアンプ、２５はパワーアン
プ、２６はサーボモータである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）相交わる枝管と主管の相貫に於いて、主管側の開
   口部を切断するに際し、主管をｘ、ｙ、ｚ直交座標のｘ
   軸と平行に定置し、主管の軸心を基準として主管上の加
   工線をＦ（Ｘ、Φ、ψ）と仮定し、且つ主枝管の管径Ｄ
   、ｄ、偏心量δ、交角ψにより定義し、これらの数値を
   入力して、ｘ、ｙ、ｚ直交座標を基幹として加工装置を
   構成し、その先端に加工具を管軸方向及びそれと直交す
   る方向に傾けられるようにしたＧ（ｘ、ｙ、ｚ、………
   ）で示される運動方程式に変え、且つ加工線を等長の線
   分ΔＬ又は枝管の回転座標角Θを等分割して加工線を線
   分に分割すると共に該線分に対する加工具の移動速度ｖ
   を外挿して区間ΔＬの移動時間ΔＴを求め、対応する運
   動系の移動区間長さ（インクリメンタル値）を演算し、
   パルス数とパルス速度に換えて制御することを特徴とし
   た数値制御によるパイプ切断機。
2. （２）相交わる枝管と主管の相貫に於いて、主管側の開
   口部を切断するに際し、主管ｘ、ｙ、ｚ直交座標のｘ軸
   と平行に定置し、主管上の加工線を、主管の軸心を基準
   としてＦ（Ｘ、Φ、φ）と仮定し、主枝管の管径Ｄ、ｄ
   、偏心量δ、交角ψにより定義し、これらの数値を入力
   して、ｘ、ｙ、ｚ直交座標を基幹として構成した加工装
   置に、必要に応じて加工角度α、βを付加したＧ（ｘ、
   ｙ、ｚ、α、β………）で示される連動方程式に変え、
   且つ加工線を等長の線分ΔＬ又は枝管の回転座標角Θを
   等分割して加工線を線分に分割すると共に該線分に対す
   る加工具の移動速度りを外挿して区間ΔＬの移動時間Δ
   Ｔを求め、対応する運動系の移動区間長さ（インクリメ
   ンタル値）を演算し、パルス数とパルス速度に換えて制
   御することを特徴としたパイプ切断の数値制御方法。