KR101415513B1

KR101415513B1 - 회전체내 절삭툴의 움직임을 자유롭게 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치

Info

Publication number: KR101415513B1
Application number: KR1020140045728A
Authority: KR
Inventors: 최인성
Original assignee: 디씨에스이엔지 주식회사
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2014-07-04

Abstract

고정된 본체에서 발생되는 외부의 힘이 고속회전되는 회전체상에 장착된 절삭툴로 그대로 1:1 매칭되도록 하여 절삭툴의 진입과 후퇴가 정밀하게 제어되도록 하며, 절삭툴이 파이프의 중심방향(Y축) 뿐만 아니라 축방향(X축)으로 움직임이 가능하도록 하여 하나의 절삭툴로 절단 및 면취는 물론, 다양한 형상의 패턴 가공이 가능할 수 있게 되는 오비탈식 파이프 절삭장치가 개시된다. 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치는 본체의 어느 일측에 결합되어 회전되면서 관재가 관통되는 회전체와, 본체의 앞뒤 양쪽 또는 어느 한쪽에 설치되어 관재를 고정하는 척과, 회전체의 뒤쪽면상에 로드가 본체측으로 돌출되도록 장착되는 적어도 하나 이상의 복동형 연동실린더와, 회전체측으로 돌출되는 적어도 하나 이상의 푸셔를 갖도록 본체쪽에 설치되는 푸시부와, 푸셔와 로드의 사이에 축회전 작용과 축방향 양쪽으로 하중이 전달되는 작용을 하도록 결합되는 베어링과, 연동실린더와 유압폐쇄회로로 연결되도록 회전체의 전방에 설치되는 복동형 유압실린더와, 유압실린더의 로드에 결합되어 회전체의 중심부를 향해 왕복운동(Y축)하는 절삭툴을 포함하여 구성된다.

Description

회전체내 절삭툴의 움직임을 자유롭게 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치{A orbital type pipe cutting/beveling machine for the cutting tool can be freely controlled in rotation plate}

본 발명은 오비탈식 파이프 절삭장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속으로 회전되고 있는 회전체내로 회전에 영향을 받지 않으면서 외부의 힘을 그대로 전달시켜 그 힘에 의해 회전체내에서 절삭툴이 자유롭게 움직임 제어가 가능하도록 하는 오비탈식 파이프 절삭장치에 관한 것이다.

배관의 절단기술과 관련하여 배관의 크기가 점차 대형화 및 Heavy화가 되어지면서 고정된 배관의 외주를 절단툴이 돌면서 일정깊이로 조금씩 조금씩 깍아나가면서 절단을 수행하는 오비탈식 절단장치가 개발되고 있다. 이러한 오비탈식 배관 절단장치는 절단툴과 면취툴을 동시에 장착하여 절단은 물론 면취까지 수행할 수 있게 되었다.

위와 같은 오비탈식 절단/면취 장치의 일예로 도 1 및 도 2에 도시된 장치(이하, '선행기술1'이라 한다)가 개시된바 있다. 위 선행기술1은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 관재(P)가 중심에 위치하면서 고정되도록 본체(10)를 구비하고, 이 본체(10)의 어느 일측(전방측)에 관재(P)가 관통되면서 전동모터(15)에 의해 회전되는 회전체(20)를 결합시키고, 회전체(20)의 전방에 절단툴(31) 및 면취툴(32)을 대향되도록(또는 2개 이상이 균형있게) 장착하되, 회전체(20)가 1회전 할때마다 절단툴(31) 및 면취툴(32)이 소정의 길이로 수직운동(관재의 중심방향)할 수 있도록 된 것이다. 이때, 절단툴(31) 및 면취툴(32)은 회전체(20)의 전방면에서 관재(P)의 중심방향으로 왕복운동이 가능하도록 가이드되는 블록(40)에 장착되고, 이 블록(40)은 다시 회전축(50)에 나사결합되며, 회전축(50)의 상단에는 치차(51)가 형성된다. 따라서 이 치차(51)가 본체(10)에서 돌출된 걸림쇠(60)에 의해 접촉될때마다 회전축(50)이 치차(51)의 회전각도만큼의 피치로 블록(40)을 수직 운동시켜 블록(40)에 장착된 절단툴(31) 및 면취툴(32)이 관재(P)의 중심방향으로 들어가게 하는 것이다.

상기와 같은 선행기술1은 절단툴(31) 및 면취툴(32)이 관재(P)를 중심으로 1바퀴 공전할때마다 일정한 깊이로 파고들면서 관재를 절단하거나 또는 동시에 면취할 수 있는 장치이나, 절단툴/면취툴의 움직임을 임의적으로 제어할 수 없는 한정적인 기술이다. 즉, 위 선행기술은 회전체(20)가 운동중일 경우에 절단툴/면취툴을 임의적으로 조절할 수 없다는 것이다.

절단툴/면취툴을 임의적으로 조절할 수 없다는 것은 피가공물의 크기와 재질, 종류 등에 따라 절삭 조건을 달리 할 수 없다는 것이다. 이는 절삭 효율의 저하는 물론이고 절삭자체를 불가능하게 하는 경우도 발생되고 있다. 또한, 절삭작업이 완료된 후에 절단툴/면취툴을 원래의 위치로 되돌리기 위해 회전체를 다시 역으로 돌려주거나 또는 별도의 역회전수단을 사용하여 원래의 위치로 되돌리는 작업을 수행해 주어야 하는 번거로움이 있게 된다.

또한, 선행기술1의 절단/면취 장치는 작업중에 절단툴/면취툴이 무뎌지거나 파손될 경우를 예측하기 힘들어 절단툴/면취툴의 손상으로 인한 또는 피가공물의 소손이 빈번히 발생하게 되었다. 즉, 선행기술1과 같은 절단/면취 장치에서 툴이 무뎌지거나 파손된 상태일 경우, 툴의 이상조건으로 인해 피가공물이 절삭되지 않는 상태임에도 불구하고 툴은 치차의 회전에 의해 계속해서 피가공물측으로 파고드는 작용을 반복하게 된다. 이러한 상태가 반복되면서 툴과 피가공물과의 사이에 부하가 늘어나고 이 부하는 툴뭉치 전체 또는 피가공물을 파손시키는 결과를 초래하게 되는 것이다.

그리고 선행기술1의 절단/면취장치는 다양한 형상의 가공이 불가능한 문제점, 일정 두께 이상의 두꺼운 관재를 절삭하지 못하는 문제점, 치차와 걸림쇠의 충돌에 따른 파손의 문제점, 절삭깊이에 대한 조절 문제점 그리고 면취각도 및 형상에 따라 면취날을 수시로 교체해야 되는 문제점 등을 해결하지 못하고 있다.

이 문제를 좀 더 상세하게 설명하면, 선행기술1은 도 3과 같은 작업순서로 관재를 가공하게 된다. 즉, 커팅툴(31)과 면취툴(32)을 도 3의 첫 번째 도면에서 보는 것과 같이 관재(P)로 진입하면서 점차 깊이 진입시켜 2번 ~ 4번의 순서로 가공을 하여 절단과 함께 면취가 되게 하는 것이다. 따라서 선행기술1에 의한 관재의 가공은 도 4의 (a)와 같은 커팅가공과, (b)와 같은 커팅 및 일면 면취가공에 국한해서 가공할 수 있는 한계가 있게 된다.

그리고 도 5에서 보는 것과 같이, 관재를 절단하기 위한 커팅툴(31)은 절단할 관재의 두께(t)보다 더 길어야 커팅이 가능해지는 것이 당연할 것이다. 그렇지만, 두께(t)가 수십mm이상 되는 관재를 절단하고자 커팅툴의 길이(L)를 늘인다면, 커팅툴이 절삭시 받는 힘을 견디지 못하고 쉽게 파손될 것이다.

또한, 도 6에서 보는 것과 같이, 관재의 절단면에 개선가공하고자 하는 면취툴(32)의 날부 길이(ℓ_b)는 절삭하려는 관재의 경사면보다 큰 길이를 가져야 하는 것이 당연할 것이다. 그렇지만, 도 7에서 보는 것과 같이, 면취 날부의 길이(ℓ_b)가 커팅 날부의 길이(ℓ_c)보다 상당히 길다보니 그 날부가 받는 힘도 그에 상응하는 부하를 견뎌내야 될 것이다.

또한, 선행기술1은 절삭툴이 1회전마다 정해진 깊이 값에 의해 중심부로 절삭가공되는 방식으로, 절삭을 할때에 받는 부하와 면취를 할때에 받는 부하 즉, 항절삭력(P)이 다르게 작용됨을 알수 있을 것이다. 여기서, 항절삭력(P)은 절삭되는 피삭재의 재질에 따른 비절삭저항(Ks)과 절삭폭(ℓ)과 가공깊이(dp)에 의해 결정되며, 수식으로 나타내면, 다음과 같다.

따라서 도 7의 (b)에서 보는 것과 같이, 절단을 위한 절삭팁의 사용시에는 피삭재의 재질에 따른 비절삭저항을 무시하고 절삭폭(ℓ_c)과 가공깊이(dp)의 예측이 가능하여 피치를 산정하면 될 것이지만, 면취작업시에는 도 7의 (a)에서 보는 것과 같이, 관재의 두께(t)에 따라 절삭폭(ℓ_b)이 변화하기 때문에 면취가공의 적당한 피치(1회전당 가공되는 깊이)값을 선정하기 어렵게 되는 것이다. 이러한 이유로 인해 다양한 작업의 요건을 만족시키지 못해 상용화에 어려웠던 것이며, 면취툴의 잦은 파손 또는 이를 극복하고자하는 기구설계에 문제가 있게 된다.

또한, 치차가 걸림쇠에 걸려 일정 각도 회전할때마다 커팅툴 및 면취툴이 하강하면서 일정 깊이로 절삭을 하게 되는데, 관두께가 수십mm 이상인 관재를 절단 및 면취하고자 한다면 치차와 걸림쇠가 부딪히는 수백번의 충격에 의해 치차와 그 하부의 부속품들 및 걸림쇠 등이 파손될 수 있는 문제가 있게 된다. 예컨대, 치차가 5개의 돌기를 갖고 있다고 치고, 치차 1회전시 1mm의 피치(pitch)이며, 관두께가 20mm일 경우에는, 관재 1mm의 절삭을 위해 걸림쇠와 각각의 치차는 5회를 충돌하게 되고, 20mm를 가공하기 위해서는 100회를 충돌해야 된다. 이러한 작업을 하루에 100회 한다면 10,000번의 충돌이 발생되고, 100일을 작업한다면 1,000,000번의 충돌이 발생될 것이다. 이와 같은 충돌은 고속회전을 할때에 더욱 큰 충격량이 발생될 것이고, 장치 내구성에 큰 악영향을 끼칠 것이다.

그리고 선행기술1의 걸림쇠에 치차가 걸렸을때에만 일정한 깊이로 절삭이 이루어지므로 이 절삭깊이를 임의로 조절하지 못하게 되는 피가공물 선택의 폭이 좁아지게 된다. 즉, 피가공물은 그 재질에 따라 또는 사용하는 툴의 종류에 따라 절삭속도, 절삭깊이 등이 정해지게 되는데, 선행기술은 이와 같은 가공 조건이 존재해도 이것을 조절할 수 있지 못하는 문제가 있게 된다.

또한, 관재는 그 종류 및 설계에 따라 면취각도가 달라질 수 있지만, 선행기술은 면취각도를 변경하기 위해서는 반드시 면취툴을 교체해 주어야 하는 불편함도 있게 되는 것이다.

이와 같은 문제를 해결하고자 다방면에 걸친 기술 검토 결과, 힘의 전달이 용이하면서 입력값과 출력값이 거의 동일하고 회전체의 원심력에 의해 영향을 덜 받는 유압방식을 적용하고자 한다.

이처럼 회전체내의 절삭툴을 유압방식으로 제어하는 오비탈식 절삭장치의 관련기술로, 대한민국 공개실용신안공보 제1999-0012096호(1999.04.06. 공개)(이하, '선행기술2'라 한다)인 "파이프 절단기"가 있다.

선행기술2는 도 8에서 보는 것과 같이, 절단재료인 원형봉재(P)와 절단부재인 바이트(T1, T2)의 상대적 회전작동으로 원형봉재를 절단하도록 하는 장치이다. 이러한 선행기술2는 절단재료를 소정의 길이만큼 공급하고 견고하게 고정하도록 하는 이송부재 및 연동척을 구비한 절단재 공급수단과(도시되지 않음), 절단재 공급수단에 대응하여 상대적으로 회전작동되면서 절단재료를 절취하도록 동력전달수단에 의해 고속 회전작동되는 절단바이트 및 면취바이트(T1, T2)로 이루어진 절삭수단과, 절삭수단에 회전동력을 전달하여 구동시키도록 주축구동풀리(74), 주축(73) 및 회전판(80)으로 이루어진 동력전달수단과, 절삭수단의 동작기능을 제어하도록 하는 리미트스위치(90)와 다수의 유압실린더장치를 포함하는 동작제어수단으로 구성되어 절단재료가 고정되고 바이트가 상대적으로 회전하여 절삭되도록 하는 것이다.

이때, 동작제어수단은, 고정대(70)에 설치된 프레임(71)상에 유압유주입구(72)를 형성하여 이 유압유주입구(72)에 의해 그 내부에 형성되어 있는 푸셔(75)를 유압의 힘으로 밀어주도록 하고, 푸셔(75)는 다시 일체로 형성된 푸셔플랜지(76)에 의해 회전판(80)내에 형성된 2개의 수평형 푸시로드(81)를 밀어주도록 한다. 그리고 푸시로드(81)는 다시 회전판(80)내에 형성된 2개의 수직형 피스톤(83)을 작동시키고, 이 수직형 피스톤(83)의 작동에 의해 절단바이트 및 면취바이트(T1, T2)가 원형봉재(p)에 직각방향으로 진입 및 후퇴하도록 하는 것이다.

또한, 푸셔플랜지(76)에는 리미트스위치(90)가 연결되어 푸셔플랜지(76)가 전진했을때와 후진했을때를 감지하여 자동화에 활용하도록 한 것이다.

이와 같은 선행기술2는 외부의 힘을 회전체내로 들어가도록 하는데에 성공하였을 뿐만 아니라, 그 외부의 힘이 주어졌을때를 감지하여 장치의 전반적인 자동화를 실현할 수 있게 되었다.

그러나 선행기술2는 외부의 힘을 절삭툴(T1, T2) 진입 및 자동화에만 사용하였을 뿐, 실질적인 절삭툴의 진입과 후퇴를 제어하는 컨트롤에는 사용하지 못했다는 한계가 있었다. 즉, 선행기술2에서의 자동화는 원형봉재를 절단/면취 한 후, 이 원형봉재가 다시 가공위치로 들어가는 등의 작용모드에만 국한되는 것일뿐, 절삭툴의 진입거리, 후퇴거리, 재진입 등 절삭툴의 정밀제어가 안되는 문제가 있게 되는 것이다.

선행기술2의 구체적인 구조를 보면, 절삭툴의 후퇴는 스프링(86)에 의해 복귀되며, 푸셔(75)의 후퇴도 스프링(77)에 의해 복귀되는 형태이다. 따라서 외부의 힘에 의해 절삭툴이 후퇴하지 못하고 스프링의 반발력에 의해 후퇴가 결정되므로, 제어라고 하기 보다는 단순 복귀로 보면 되는 형태일 뿐인 것이다.

또한, 절삭툴을 움직이게 하는 수직형 실린더(83)와 푸시로드(81)가 단동형으로 유압유가 입출되는 형태로 되어 있어 절삭툴의 전진과 후퇴가 신속하지 못하게 되는 문제도 발생된다. 즉, 유압유주입구(72)에서 압력이 해제되어 스프링(86)의 반발력에 의해 수직형 실린더(83)가 상승할때에 하나의 입출구에서 유압유가 유통되므로 그 움직임이 더디며 이로 인해 절삭툴의 전진과 후퇴가 신속하게 이루어지지 않게 되는 것이다.

그리고 선행기술2는 회전하고 있지 않은 푸시플랜지(76)와 회전하고 있는 푸쉬로드(81)가 서로 회전작용을 하면서 연결되게 하기 위해 롤러(82)에 의해 연결되어 있는 구조이다. 이러한 롤러(82) 구조에 의해 푸시플랜지(76)의 미는 힘은 푸시로드(81)측으로 전달되지만, 반대로 푸시플랜지(76)의 당기는 힘은 푸시로드(81)로 전달되지 않게 되는 것이다. 즉, 절삭툴의 후퇴를 제어하기 위해 유압유주입구(72)에서 압력을 빼내어 푸시플팬지(76)를 후퇴시키더라도 푸시플랜지(76)가 롤러(82)로부터 이격되어 떨어진 후에 스프링(86)의 반발력에 의해 푸시로드(81)가 천천히 후퇴하게 되는 것이기 때문이다.

전술한 바와 같은 선행기술2의 구조적인 형태로 미루어, 절삭툴을 정밀하게 전진시키거나 후퇴시키며, 원형봉재의 절단면을 다양한 가공이 되도록 절삭툴을 2축이상으로 제어하기 위해서는 선행기술2의 구조에 추가적인 혁신 기술 개발이 필요하게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고정된 본체에서 발생되는 외부의 힘인 푸셔의 전진과 후퇴가 절삭툴로 그대로 1:1 매칭되도록 하여 절삭툴의 진입과 후퇴가 정밀하게 제어되도록 하며, 절삭툴이 절삭재료인 원형재의 직각방향 뿐만 아니라 축방향으로 움직임이 가능하도록 하여 하나의 절삭툴로 절단 및 면취는 물론, 다양한 형상의 패턴 가공이 가능하며, 수십mm 이상의 두께를 갖는 관재나 헤비파이프(HEAVY PIPE)의 절단과 면취작업을 동시에 할 수 있게 되는 오비탈식 파이프 절삭장치를 제공하려는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은,

본체의 어느 일측에 결합되어 회전되면서 관재가 관통되는 회전체와, 본체의 앞뒤 양쪽 또는 어느 한쪽에 설치되어 관재를 고정하는 척과, 회전체의 뒤쪽면상에 로드가 본체측으로 돌출되도록 장착되는 적어도 하나 이상의 복동형 연동실린더와, 회전체측으로 돌출되는 적어도 하나 이상의 푸셔를 갖도록 본체쪽에 설치되는 푸시부와, 푸셔와 로드의 사이에 축회전 작용과 축방향 양쪽으로 하중이 전달되는 작용을 하도록 결합되는 베어링과, 연동실린더와 유압폐쇄회로로 연결되도록 회전체의 전방에 설치되는 복동형 유압실린더와, 유압실린더의 로드에 결합되어 회전체의 중심부를 향해 왕복운동(Y축)하는 절삭툴을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭툴의 진입과 후퇴를 자유롭게 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치를 제공한다.

이때, 본 발명은 관재의 끝단부만을 가공하도록 관재가 본체 및 회전체에 관통되지 않는 형태로도 실시될 수 있다.

그리고 본체에는 본체가 관재의 축방향(X축)으로 왕복운동할 수 있도록 설치되는 이송수단을 더 포함할 수도 있다.

또는, 척에는 척이 관재의 축방향(X축)으로 왕복운동할 수 있도록 설치되는 척이송수단을 더 포함할 수도 있을 것이다.

여기에서, 베어링은 하나의 내륜과, 서로 겹쳐지면서 내륜의 외측을 감싸는 한쌍의 외륜과, 내륜 및 외륜의 사이에 축이 서로 교차되도록 삽입되는 다수의 원통형 롤러로 구성되어, 내륜 및 외륜의 대응되는 양쪽에 푸셔 및 연동실린더 로드가 결합되도록 구성됨이 바람직할 것이다.

또는, 절삭툴 및 이와 연결되는 유압실린더는 복수개로 구성되며, 복수개의 유압실린더와 연동실린더가 연결되는 라인상에 복수개의 유압실린더 중 어느 하나를 작동시키기 위한 밸브가 설치되도록 실시될 수도 있다.

또는, 베어링을 상,하 다중으로 형성하여 각 단에 한조로 이루어진 푸셔, 연동실린더, 유압실린더 및 절삭툴을 연결시켜 복수개의 절삭툴을 개별적으로 제어할 수도 있을 것이다.

또는, 본 발명은,

본체의 어느 일측에 결합되어 회전되면서 척킹될 고정물이 관통되는 회전체와, 회전체의 전방에 고정물측으로 왕복운동(Y축) 가능하게 장착되어 고정물을 죄는 복수개의 유압실린더와, 이 유압실린더에 장착되는 조우를 포함하는 유압 척킹장치로의 활용으로서, 회전체의 뒤쪽면상에 로드가 본체측으로 돌출되도록 장착되면서 유압실린더와 유압폐쇄회로로 연결되는 적어도 하나 이상의 복동형 연동실린더와, 회전체측으로 돌출되는 적어도 하나 이상의 푸셔를 갖도록 본체쪽에 설치되는 푸시부와, 푸셔와 로드의 사이에 축회전 작용과 축방향 양쪽으로 하중이 전달되는 작용을 하도록 결합되는 베어링을 포함함을 특징으로 하는 유압 척킹장치를 제공할 수도 있다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치는 절삭툴이 외부의 힘에 의해 진입과 후퇴가 정밀하게 제어될 수 있는 이점이 있게 된다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치는 적어도 하나 이상을 구비한 절삭툴이 파이프를 중심으로 회전을 하면서 이와 동시에 파이프의 중심방향(Y축방향) 및 길이방향(X축방향)으로 움직임이 가능하게 되어, 파이프의 절단가공, 절단과 동시에 면취가공, 면깍기 가공 및 특수 형상의 패턴 가공이 가능하게 되는 이점이 있게 된다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치는, 헤비파이프(HEAVY PIPE)나 또는 수~수십mm 두께의 관재를 절단과 동시에 면취하는 가공에서도 하나의 절삭툴에 의해 점차 "V"자,"U"자, "이중개선" 형태 등으로 내려가면서 가공할 수 있어 절삭툴이 하강할 수 있는 범위내의 두께라면, 어떠한 관재라도 하나의 툴에 의해 다양한 형상으로 고속 절삭이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치는, 표준화된 절삭툴을 사용하기 때문에 비교적 넓은 폭의 면을 한번에 깍아내야 하는 고가의 면취툴을 사용하는 종래기술 보다 유지관리면에서 경제적인 이점이 있게 된다. 그리고 종래기술과 같이 면취각도에 따라 면취툴을 교체하지 않아도 면취범위를 자유롭게 설정하여 가공할 수 있는 이점이 있게 된다.

도 1은 선행기술1에 따른 파이프 커팅 및 베벨 머신을 나타낸 정면도이고,
도 2는 선행기술1에 따른 파이프 커팅 및 베벨 머신을 나타낸 측면도이고,
도 3은 선행기술1에 따른 파이프 커팅 및 베벨 머신에서 커팅과 면취를 동시에 수행하는 작업 공정을 순서대로 나타낸 도면이고,
도 4는 선행기술에 따른 파이프 커팅 및 베벨 머신에서 수행할 수 있는 가공예를 나타낸 도면이고,
도 5는 선행기술1에 따른 파이프 커팅 및 베벨 머신에서의 커팅툴 길이와 관재 두께의 관계를 나타낸 도면이고,
도 6은 선행기술1에 따른 파이프 커팅 및 베벨 머신에서의 면취툴 길이와 관재 두께의 관계를 나타낸 도면이고,
도 7은 도 6과 같은 면취툴이 절삭시 받는 힘의 관계를 보인 도면이고,
도 8은 선행기술2에 따른 파이프 절단기를 나타낸 도면이며,
도 9는 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치의 구성도를 나타낸 도면이고,
도 10은 본 발명의 파이프 절삭장치에 대한 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 11은 본 발명에 따른 절삭툴이 작용되기 위한 유압라인을 나타낸 흐름도이고,
도 12는 도 11에 도시된 베어링을 상세히 나타낸 도면이고,
도 13은 절삭툴이 진입된 작용을 보여주는 유압라인 흐름도이고,
도 14는 절삭툴이 후퇴된 작용을 보여주는 유압라인 흐름도이고,
도 15는 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치를 이용해 가공할 수 있는 예시를 보인 도면이고,
도 16은 도 15의 가공방법중에서 첫 번째 예시방법인 절단 및 개선작업을 동시에 수행하는 가공순서에 대한 예시 도면이고,
도 17은 본 발명에 따른 파이프 절삭장치에서 절삭툴이 복수개로 된 형태를 나타낸 도면이고,
도 18은 복수개의 절삭툴이 필요한 이유를 설명하기 위한 예시도면이고,
도 19는 복수개의 절삭툴이 사용될때의 유압라인 흐름도이고,
도 20은 복수개의 절삭툴이 개별제어되는 유압라인 예시도면이며, 그리고
도 21는 파이프의 끝단부를 전용으로 가공할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 회전체내의 절삭툴 움직임을 자유롭게 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치를 설명한다.

도 9는 본 발명 절삭장치의 전체적인 구상도를 나타낸 도면으로서, 이 도면에서 보는 것과 같이, 본 발명에 따른 절삭장치(100)는 본체(110)와, 이 본체(110)의 어느 일면상에서 회전되는 회전체(120)와, 회전체(120)의 전방면상에 회전체(120)의 중심부를 향해 왕복운동 가능하게 결합되어 본체(110) 및 회전체(120)를 관통하고 있는 파이프(P)를 원하는 형상으로 절삭 가공할 수 있는 절삭툴(130)을 포함하여 구성된다.

여기에서, 관재(P)란 도면에 도시된 바와 같은 길다란 관재 또는 봉재가 될 수 있으며, 이러한 관재 또는 봉재도 원형이나 각형일 수 있다. 또한, 반드시 직선형태로 길다란 형상에 국한되지 않으며 엘보와 같이 구부러진 형태 등 본체(110)의 축중심에 위치시킬 수 있는 물건이면 어떤 것이든 가능할 것이다.

본체(110)는 "L"형 또는 "ㅗ"형과 같이 세워지는 형태로서, 절삭장치(100)의 대부분 구성들을 받치는 기초가 되도록 수평하고 넓게 포진된 형태가 바람직할 것이며, 특정의 형상으로 한정하지는 않아도 될 것이다.

이러한 본체(110)는 지면이나 또는 베드위에 설치되는 것으로, 경우에 따라서는 본체(110)를 X축 방향으로 왕복운동이 가능한 기능을 가질 수도 있다. 즉, X축 방향이란 관재(P)의 길이방향(축방향)을 말하는 것으로, 관재(P)의 절삭위치로 절삭툴(130)을 이동시킬때에 급이송하는 경우 사용될 수 있다. 또는, 급이송 외에도 가공을 위한 정밀이송도 가능하게 할 수 있다. 따라서 본체(110)의 하부는 LM가이드 및 볼스크류 등의 이송수단(190)이 구축되어 선택적으로 X축 방향으로 이동이 가능하게 될 수 있는 것이다. 이러한 본체(110)의 중간부에는 관재(P)가 수평을 유지한 상태로 관통되므로 관통경(112)도 수평을 요하면서 본체(110)의 외형 또한 수직을 요하는 것이 바람직할 것이다.

이와 같은 본체(110)에는 본체(110)를 관통한 관재(P)를 흔들림 없이 고정하기 위한 척(200)이 필요하게 된다. 척(200)은 도면에서 보는 것과 같이 본체(110)와 동떨어진 외부에 형성될 수도 있지만, 본체(110)내부나 베드위에 형성될 수도 있을 것이다. 그리고 척(200)은 본체(110)의 어느 일측에 하나만 설치되어도 무방하며, 관재(P)가 무거우면서 긴 것일수록 본체(110)의 앞뒤에 2개의 척(200)이 필요할 것이다.

또는, 척(200)은 도 10에서 보는 것과 같이, 본체(110)를 지지하도록 일체로 설치될 수도 있다. 즉, 본체(110)의 양쪽에 척(200)을 설치한 후, 이 척(200)의 상부쪽과 하부쪽에 각각 가이드축(182)을 횡설하여 이 가이드축(182)에 본체(110)가 거치되도록 할 수 있는 것이다. 이러한 본체(110)는 가이드축(182)에 의해 좌우로 이동이 가능하게 되며, 척(200)의 하부쪽에 이송수단(190)을 본체(110)와 연결되게 설치하여 본체가 제어에 의해 자동으로 이동되게 할 수 있다.

다음으로, 회전체(120)는 본체(110)의 어느 일면상에 회전가능하게 결합되는 것으로, 본체(110)의 관통경(112)이 돌출된 형태를 가지면서 이 돌출된 관통경(112)의 외측에 베어링 등과 함께 구속되어 회전가능하게 결합된다. 이와 같은 회전체(120)를 회전시켜주기 위해 전동부(180)가 설치되고, 이 전동부(180)와 회전체(120)가 밸트로 결합되어 전동부(180)의 회전력으로 회전체(120)를 적절한 회전수로 돌려주게 된다. 즉, 회전체(120)는 본체(110)로부터 이탈되지 않으면서 가공할 관재(P)를 중심으로 제자리 회전이 가능하게 결합된다.

이러한 회전체(120)는 관재를 가공하기 위해 회전이 이루어지는 것이므로 원활한 회전을 위해 편심되지 않는 원형의 판상임이 좋을 것이다. 그리고 회전체(120)의 외주면상에는 전동부(180)로부터 동력을 전달받기 위한 풀리가 형성된다. 본 발명에 따른 전동부(180)와 회전체(120)는 도시된 바와 같이 밸트결합으로 구동시킬 수도 있지만, 기어치합이나 체인 등으로 연결시켜 구동시킬 수도 있을 것이다. 기어치합으로 연결시킬 경우에는 큰 직경을 갖는 회전체(120)의 외주면에 기어를 형성해야 하므로 가공의 어려움이 뒤따를 것이지만 정확한 동력의 전달이라는 장점이 있게 되고, 밸트를 사용하게 되면 기어보다는 제작 및 가공면에서 수월할 것으로 예상된다.

다음은 절삭툴(130)이 고속으로 회전되고 있는 회전체(120)내에서 외부의 힘에 의해 관재(P)측으로 진입하거나 후퇴할 수 있는 제어 구조를 설명한다.

본 발명에 따른 절삭툴(130)은 회전체(120)에 고정되도록 장착된 유압실린더(140)의 로드에 결합되어 진입 및 후퇴를 선택적으로 수행할 수 있게 된다. 즉, 유압실린더(140)는 회전체(120)에 고정되도록 장착되고, 이 유압실린더(140)의 로드 일단에 절삭툴(130)이 부착된 구조를 갖는 것이다. 또는 절삭툴(130)이 정밀한 이송값을 얻기 위해 로드에 바로 연결되기 보다는 블록 등의 안내 가이드를 통해 연결되는 것이 좋을 것이다.

본 발명에 따른 절삭장치(100)의 회전체(120)는 전동부(180)에 의해 고속으로 회전되는 상태이기 때문에 유압실린더(140)로의 유압공급 및 회수에 큰 어려움이 뒤따르게 된다. 즉, 유압이란, 밀폐된 튜브를 통해 고압으로 유체를 이송해주어야 하는 것인데, 고속으로 회전되고 있는 회전체(120)를 고압의 유압라인이 통과하기가 어려운 것이다. 따라서 본 발명에서는 고속으로 회전되고 있는 회전체(120)상에 유압폐쇄회로(HCC, Hydrolic Closed Circuit)를 설치하고, 정지되어 있는 본체(110)측에 푸시부(160)를 설치하여, 푸시부(160)가 유압폐쇄회로를 밀고 당기는 작용을 하도록 실시하였다. 이러한 푸시부(160) 및 유압폐쇄회로의 구축을 위해 본체(110)와 회전체(120)의 사이에 구조물이 설치될 수 있도록 공간을 형성하였으며, 이 공간은 회전체(120)를 본체(110)로부터 일정거리 이격시켜 결합하는 것으로 또는, 서로 마주보는 본체(110)와 회전체(120)의 내측을 파내어 일정한 공간을 형성하도록 설정하였다.

도 11은 절삭툴이 작용되기 위한 유압라인을 나타낸 흐름도이고, 도 12는 도 11에 도시된 베어링을 상세히 나타낸 도면이다.

도 9 및 도 11을 참고하면, 유압폐쇄회로(HCC)는 회전체(120)의 후면상에 연동실린더(150)를 장착한후, 유압실린더(140)와 연동실린더(150)를 연결하였다. 즉, 연동실린더(150)는 그 로드(152)가 본체(110)쪽으로 돌출되도록 설치한 후, 연동실린더(150)의 로드(152)가 수축되면 유압실린더(140)의 로드(142)는 늘어나고, 연동실린더(150)의 로드(152)가 늘어나면 유압실린더(140)의 로드(142)는 수축되도록 연결시킨 것이다. 그리고 유압폐쇄회로(HCC)는 서로 상반된 움직임을 유지하기 위해 유압실린더(140)측 및 연동실린더(150)측의 내부 압력이 일정하도록 유압설정이 되어야 할 것이다. 또한, 유압폐쇄회로(HCC)내 현재의 유압상태를 확인하거나 충분한 유압이 설정되지 않을때에 압력을 보충해 주기 위한 압력계 및 충전포트(153) 및 이상상태를 송출하는 장치가 설치될 수도 있을 것이다.

보다 상세하게 설명하면, 유압실린더(140)는 회전체(120)의 전방에 하나의 절삭툴(130)을 움직여주도록 하나가 설치되며, 이 유압실린더(140)와 유압폐쇄회로로 연결된 연동실린더(150)는 적어도 하나 이상으로 설치된다. 이때, 연동실린더(150)를 하나만 설치하여도 유압실린더(140)가 작동되는데에는 아무런 문제가 없으나, 하나의 연동실린더(150)에 의해 회전체(120)가 편심되게 회전되는 것을 방지하기 위한 목적도 있으므로 복수개를 등간격으로 설치하는 것이 바람직할 것이다. 또는, 유압실린더(140)가 절삭툴(130)에 충분한 힘을 주기 위해 큰 용량의 실린더를 필요로 할 수 있으나, 연동실린더(150)는 회전체(120)와 본체(110)의 사이 공간 제약 및 편심되는 무게 제약 등의 이유에 의해 복수개로 설치되어 이 복수개의 연동실린더(150)가 하나의 유압실린더(140)와 연결되는 것이 바람직할 것이다. 따라서 복수개의 연동실린더(150)들 총 용적량은 하나의 유압실린더(140) 용적량과 대응되도록 설계되어야 할 것이다.

또한, 유압실린더(140) 및 연동실린더(150)는 절삭툴(130)의 신속한 진입과 후퇴를 위해 복동형 실린더를 사용한다. 즉, 선행기술1과 같이 절삭툴의 진입만을 고려한다면 단동형 실린더로도 가능하겠지만, 단순 진입뿐만 아니라 진입거리, 후퇴거리, 재진입 및 재후퇴 거리 등을 정밀하게 제어할 필요가 있는 본 발명에서는 절삭툴(130)의 신속한 전진 및 후퇴가 필수조건이므로, 유압유의 입출을 서로 밀고 당기도록 설계된 복동형 실린더를 사용하였다.

푸시부(160)는 연동실린더(150)와 대향되는 본체(110)의 전방면상에 설치되는 것으로, 연동실린더(150)의 로드(152) 끝단부와 맞닿도록 푸셔(162)를 갖는다. 이러한 푸셔(162)는 유압실린더 로드로 형성하고, 푸셔(160)는 유압실린더로 실시될 수 있다. 또는, 푸시부(160) 및 푸셔(162)는 유압실린더 외에도 공압실린더, 전동실린더, 리니어모터, 볼스크류 등 직선왕복운동이 가능한 것이면 어떤 것이든 무방할 것이다. 또는, 푸시부(160)는 회전체(120)내의 절삭툴(130) 움직임을 제어하기 위한 원초적인 외부의 힘이기 때문에 자동제어뿐만 아니라 수동제어를 위한 각종 핸들류나 레버류를 장착하여서도 가능할 것이다.

이러한 푸시부(160)는 특정의 외부힘이 발출되는 푸셔(162)가 있으며, 이 푸셔(162)의 단부가 연동실린더(150)의 로드(152)와 맞닿도록 구성된다. 이때, 회전체(120)가 고속으로 회전되고 있으므로 이 회전체(120)와 일체로 결합되어 있는 연동실린더(150) 및 그 로드(152)도 함께 회전을 하게 되어, 연동실린더 로드(152)와 맞닿아 있는 푸셔(162)가 마찰을 일으키며, 그리고 푸셔(162)의 힘이 연동실린더(150)측으로 미는 힘은 가해지나, 선행기술2와 같이 끌어당기는 힘은 작용되지 않는 문제가 발생된다.

따라서 본 발명에서는 연동실린더 로드(152)와 푸셔(162)의 사이에 베어링(170)을 장착하여 구속시키도록 실시하였다. 이러한 베어링(170)은 양축(로드)이 서로 자유로이 회전운동할 수 있도록 하면서 축방향 양쪽으로 하중이 전달되도록 하는 베어링(또는 이와 유사한 기계부품)이 사용되는 것이다.

본 발명에 따른 베어링(170)은 커다란 링 형상을 가지도록 형성하여 본체(110)의 관통경(112)을 감싸도록 구성된다. 이때, 연동실린더(150) 및 푸셔(162)는 각각 복수개로 구비되는 것이 좋을 것이다. 즉, 하나의 연동실린더(150) 및 푸셔(162)로는 베어링(170)이 기울어지지 않게 밀어주거나 당기기가 수월하지 않기 때문에 적어도 복수개가 등간격으로 배치된 형태가 바람직할 것이다.

다음은 본 발명에서 사용된 베어링(170)에 대해 설명한다.

본 발명에서 사용되는 베어링(170)은 전술한 바와 같이 회전운동과 축방향 하중이 동시에 작용하도록 설계된다. 따라서 도 12에서 보는 바와 같이, 하나의 내륜(171)과, 이 내륜(171)의 외부를 감싸는 2개의 외륜(172,173)과, 내륜(171) 및 외륜(172, 173)의 사이에 삽입되는 롤러(174)로 구성된다. 이때, 롤러(174)는 그 회전축이 교차되도록 번갈아가면서 삽입되며, 내륜(171)과 외륜(172, 173)의 사이면상에는 롤러(174)가 삽입되기 위한 V홈이 형성된다. 이렇게 배치된 베어링(170)의 외륜(172, 173)에 체결볼트(175)로 강력하게 결합시킨 다음 어느 일측 외륜(172)에 푸시부(160)를 고정시키고, 그 반대쪽 내륜(171)에 연동실린더(150)를 고정시켜 사용된다. 그리고 베어링(170)은 단순히 푸셔(162)의 밀고 당기는 힘만으로 수평운동을 하는 것이 아니라 내륜(171)이나 외륜(172, 173)에 본체나 회전체측에서 연장된 복수개의 지주와 가이드부시가 관통하도록 설치하여 베어링의 움직임을 수평하면서 정밀하게 전달해줄 수도 있을 것이다.

이상과 같이 설명된 절삭툴 제어 구조는 외부의 힘이 회전체(120)쪽으로 전달되기 위해, 회전체(120)에는 연동실린더(150)가 장착되고, 이 연동실린더(150)의 로드(152)에 회전작용과 축방향 하중전달 작용을 하는 베어링(170)을 장착하고, 로드(152)의 반대편 베어링(170)에 푸셔(162)를 장착하여서 된 것이다. 그리고 푸셔(162)는 유압, 공압, 전동 등의 실린더류나, 리니어모터류, 볼스크류, 기어류 등의 자동 또는 수동의 직선왕복운동 수단으로 된 푸시부(160)에 의해 작동되는 것이다. 따라서 푸셔(162)의 밀고 당기는 왕복운동에 따라 그 힘이 베어링(170)을 통과하여 회전되고 있는 연동실린더(150)측으로 온전히 전달될 수 있게 되는 것이다.

이처럼 연동실린더(150)로 전달된 힘은 그 로드(152)가 신축됨에 따라 발생되는 유체의 입출력(또는 유량, 압력)을 이용하거나, 연동실린더(150)를 양로드형으로 선택하여 한쪽 로드는 외부의 힘을 입력받는 역할을 하면서 반대쪽 로드는 입력된 힘을 출력하는 용도로 사용될 수도 있는 것이다.

즉, 연동실린더(150)가 신축할때에는 그 내부의 유압이 입출되게 되는데, 이 유체의 이동을 본 발명의 파이프 절삭장치(100)와 유압실린더(140)에 유압폐쇄회로(HCC)로 연결하여 유압의 힘으로 특정 물체를 제어하는 용도로 활용될 수 있게 되는 것이다. 또는, 양로드형 연동실린더(150)가 신축할때에 이에 반대로 움직이는 반대쪽 로드를 회전체(120)내의 특정 물체를 움직여주는 수단으로 활용할 수도 있는 것이다. 이러한 예로서, 회전체(120)내에 스위치를 ON/OFF 시키는 작동, 스토퍼, 밀고 당기는 작동 등 직선운동에 필요한 힘을 제공할 수 있게 되는 것이다.

다음은, 푸시부(160) 및 유압폐쇄회로(HCC)를 이용하여 절삭툴(130)을 관재(P)측으로 진입시키거나 후퇴시키는 작용을 설명한다.

도 13은 절삭툴이 진입된 작용을 보여주는 도면으로, 이 도면에서 보는 것과 같이, 신호에 따라 푸시부(160)의 푸셔(162)가 늘어나도록 펌프에서 유압이 푸셔(162)로 공급되면, 푸셔(162)가 늘어나면서 베어링(170)을 회전체(120)쪽으로 밀어주고(PUSH), 이 밀리는 작용에 의해 연동실린더(150)가 수축된다. 단적으로 푸셔(162)를 유압실린더로 적용하였으나, 기 설명한 바와 같이 푸셔(162)는 유압실린더 외에도 직선운동을 하는 어떠한 자동이나 수동 수단도 가능하다.

이와 같이, 연동실린더(150)가 수축되면, 이와 연결된 유압실린더(140)가 반대로 늘어나게 되면서 절삭툴(130)이 관재(P)측으로 진입하게 된다. 이러한 작용은 베어링(170)을 통해 밀어내도록 입력된 외부의 힘이 연동실린더(150) 및 유압실린더(140)로 이루어진 순수한 유압폐쇄회로(HCC)내의 유압이 평형을 유지하면서 유체의 이동만으로 작용되는 것이다. 그리고 베어링(170)은 유압폐쇄회로(HCC)와 푸셔(162)가 서로 연결될 수 있는 가교 역할을 하는 것으로, 어느 한쪽이(유압폐쇄회로) 회전을 하고 있어도 반대쪽(푸셔)에 회전에 따른 영향이 미치지 않도록 하고 있으며, 어느 한쪽이 회전을 하고 있어도 밀어내는(PUSH) 하중이 그대로 전달될 수 있도록 하고 있는 것이다.

도 14는 절삭툴이 후퇴된 작용을 보여주는 도면으로, 이 도면에서 보는 것과 같이, 신호에 따라 푸셔(162)가 수축되도록 펌프에서 유압이 공급되면, 푸셔(162)가 수축되면서 베어링(170)을 본체(110)쪽에서 끌어당기고(PULL), 이 당기는 작용에 의해 연동실린더(150)가 늘어난다.

연동실린더(150)가 늘어나면, 이와 연결된 유압실린더(140)가 반대로 수축되면서 유압실린더(140)의 로드(142)가 절삭툴(130)을 끌어당겨 절삭툴(130)이 관재(P)측으로부터 후퇴하게 된다. 이때에도 역시, 베어링(170)을 통해 끌어당기도록 입력된 외부의 힘이 연동실린더(150) 및 유압실린더(140)로 이루어진 순수한 유압폐쇄회로(HCC)내의 유압이 평형을 유지하면서 유체의 이동만으로 작용되는 것이다. 그리고 베어링(170)은 유압폐쇄회로(HCC)와 푸셔(162)가 서로 연결될 수 있는 가교 역할을 하여 각각이 서로 자유로이 회전되면서 축방향 하중이 전달되도록 하고 있는 것이다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치(100)는 도 9에서 보는 것과 같이, 본체(110)의 하부에 X축방향으로 움직일 수 있는 이송수단(190)을 구비하여 절삭툴(130)이 실질적으로 2축(X축, Y축) 운동을 하도록 할 수 있다. 즉, 회전체(120)에 결합된 절삭툴(130)은 회전체(120)내에서 진입과 후퇴를 하면서 Y축 방향 운동을 하게 되는데, 이 회전체(120)가 결합되어 있는 본체(110)가 이송장치(190)에 의해 X축 방향으로 움직여주게 되면, 절삭툴(130)은 정지되어 있는 관재(P)에 대해 상대적으로 X축 및 Y축 방향의 2축 운동을 하게 되는 것이 된다.

이러한 2축 운동을 위해 관재(P)는 본체(110)가 아닌 다른 구속수단에 의해 고정되어야 할 필요가 있으므로, 본체(110)의 앞뒤 양쪽 또는 어느 한쪽에는 척(200)이 설치된다. 그리고 이 척(200)에 고정된 관재(P)를 자동으로 이송시켜주기 위해 척(200)의 하부에는 본체(110)의 이송수단(190)과 같은 척이송수단(210)이 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치(100)를 2축 가공이 가능하도록 하는 이유는, 관재(P)의 단면을 다양한 형태로 가공하기 위함이다. 이러한 관재(P)의 단면은 그 관재의 재질이나 두께에 따라 규격에 정해진 용접홈을 가공해야 하는 이유가 있기 때문이다.

즉, HEAVY PIPE 관련 산업에서는 아래의 [표 1]에서 보는 것과 같이 홈용접에 필요한 개선작업을 "V"자형, "U"자형, "이중개선"이 되도록 요구하고 있다. 즉, "I"자형 용접홈은 관두께 3mm이하에서 주로 사용되는 용접방법으로 개선작업 없이도 안정적인 용접이 가능했기 때문이다. 그러나 관재의 두께가 점차 두꺼워지기 시작하면, 20mm까지는 "V"자형 용접홈으로도 가능하지만, 그 이상에서는 "U"자형이나 "이중개선"형태여야 하기 때문이다.

[배관의 두께에 따른 용접홈의 개선작업 단면 형상 예시]

용접홈 형태	용접홈 단면 형상	적용 배관 두께
I형		t<3mm
V형		t=6~19mm
U형		t>20mm
이중개선		t>40mm

이러한 개선작업의 요구사항은 선행기술들의 절단장치에서도 그리고 여타의 다른 절단/면취 장치에서도 실현되지 않아 모두 그라인더를 들고 수작업으로 수행하고 있는 실정인 것이다.

그러나 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치(100)에서는 이와 같은 홈용접에 필요한 용접홈 가공이 어떠한 형상이든 가능하게 될 수 있어 공장 자동화를 이룰 수 있을 것이다.

도 15는 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치를 이용하여 가공할 수 있는 예를 보인 도면으로서, 도 15의 첫 번째 가공예시 도면에서 보는 것과 같이, 절단과 동시에 그 절단면에 사선방향으로 개선작업을 할 수 있다("V"자 용접홈 가공). 그리고 두 번째 가공예시 도면에서 보는 것과 같이, 절단과 동시에 라운딩 형태의 개선작업을 할 수 있다("U"자 용접홈 가공). 또한, 세 번째 가공예시 도면에서 보는 것과 같이 "이중개선" 용접홈을 가공할 수 있으며, 네 번째 가공예시 도면에서 보는 것과 같이, 라운딩 형태의 일정한 패턴이 연속되게 가공할 수도 있게 된다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치(100)에 대한 가공방법의 일예로서, 도 15의 첫번째 예시와 같은 절단과 동시에 사선방향의 개선작업을 할 수 있는 가공방법을 도 16을 참고하여 설명한다.

도 16에서 보는 것과 같이, 절삭툴(130)을 관재(P)의 가공할 부분에 위치시킨다. 절삭툴을 관재의 가공부분에 위치시키기 위해서는 본체(110)의 이송수단(190)을 작동시켜 가공위치를 설정하는 방법과, 척(210)을 움직여 가공위치를 설정하는 방법중 하나를 선택하여 이용할 수 있다.

위와 같이 가공위치가 설정된 후에는 회전체(120)를 회전시킨 상태에서 절삭툴(130)이 관재의 표면으로 진입하도록 Y축방향으로 이동시켜준다. 이때, 관재의 종류 및 두께에 따른 절삭조건을 고려하여 적정한 깊이를 고려하여야 할 것이다.

다음은 Y축 이동은 정지한 상태에서 X축 방향으로 본체(110)를 이송시켜 가공한다. 이때, X축 방향의 이동거리는 관재의 두께(t)와 개선각(°)을 미리 계산하면 이동거리를 쉽게 얻을 수 있을 것이다. 이와 같은 Y축방향 가공 및 X축방향 가공을 수~수십번 반복적으로 수행하여서 원하는 절단과 면취작업을 완료시킬 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 절삭장치(100)는 도 16에서 보는 것과 같이, 절단과 동시에 개선작업을 할 때에 넓은 외부면부터 점차 좁아지는 내부로 진입하는 방식이기 때문에 선행기술1과 같이 관재의 두께에 비례하도록 절삭툴의 길이를 갖추지 않아도 되는 것이다. 즉, 본 발명의 절삭장치(100)에서는 절삭툴(130)의 Y축방향 이동거리가 관재의 두께를 결정하는 요인이 되는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 절삭장치(100)는 회전체(120)를 고속으로 회전하여도 되므로 가공의 순서가 복잡하더라도 빠른시간내에 가공작업을 완료할 수 있게 된다.

도 17은 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치에 2개의 절삭툴이 장착된 모습을 나타낸 도면이고, 도 18은 절삭툴이 복수개가 필요한 경우를 설명하기 위한 예시도면이며, 그리고 도 19는 2개의 절삭툴을 제어하기 위한 유압라인 구조도이다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치(100)는 회전체(120)에 하나의 절삭툴(130)만이 결합되는 것이 아닌, 도 17에서 보는 것과 같이 복수개로 구비될 수도 있다. 이처럼 절삭툴(130)을 복수개로 구비하게 되는 이유는, 어느 하나의 절삭툴은 절단작업을 수행하고, 다른 하나는 면취작업을 수행할 수 있도록 하는 등 각각의 절삭툴(130)이 서로 다른 작업용으로 사용하도록 할 수도 있는 것이다. 일예로, 도 18에서 보는 것과 같이, X축 및 Y축의 2축 가공용 절삭툴(130)은 수직절단용으로 사용되기에는 부적합 경향이 있다. 따라서 수직절단을 위한 툴(130')을 교체해주어야 마무리 작업이 가능하게 되는바, 연속가공을 위해 회전체(120)에 2개의 유압실린더(140)를 설치하여 각각의 유압실린더(140)에서 서로 다른 절삭툴(130, 130')이 장착될 수 있도록 할 수 있는 것이다.

이와 같은 복수개의 절삭툴(130, 130') 제어를 위해 도 19에서 보는 바와 같이, 연동실린더(150)에서 2개의 유압실린더(140)로 연결되는 라인상에 3방향밸브(V1, V2)를 설치하여 이 밸브(V1, V2)의 조작에 따라 선택적으로 특정의 절삭툴(130, 130')이 작동되도록 할 수 있게 된다. 여기서 절삭툴(130) 및 유압실린더(140)는 2개 이상으로 구성할 수도 있으며, 각각의 유압실린더(140)를 선택적으로 개폐시키기 위한 밸브(V1, V2)를 변경하는 것으로 가능하게 될 것이다. 이때, 밸브(V1, V2)는 회전체(120)내에 존재하게 되나, 본체(110)의 외부에서 돌출레버 등을 회전체(120)쪽으로 밀어 넣는 등의 단순 조작에 의해 밸브(V1, V2)에 터치가 가능하여 쉽게 모드 변환을 할 수 있게 된다.

전술한 복수개의 절삭툴(130)은 밸브(V1, V2)에 의해 어느 하나의 절삭툴만 선택적으로 작동되도록 하는 실시예를 나타내었으나, 복수개의 절삭툴이 개별적으로 각각 동시에 제어되도록 할 수도 있다. 즉, 도 20에서 보는 것과 같이, 푸셔(162)와, 베어링(170)과, 연동실린더(150)와, 유압실린더(140) 및 절삭툴(130)이 한조로 이루어지도록 구성하고, 또 다른 한조의 푸셔, 베어링, 연동실린더, 유압실린더 및 절삭툴로 구성되도록 할 수도 있는 것이다. 이러한 경우 본체측이나 회전체측에 푸셔 및 각종 실린더들이 설치될 공간은 충분하나 베어링(170)의 작용에 한계가 있게 된다. 따라서 베어링(170)을 상,하 이중 또는 다중으로 형성하여 안쪽 제1단은 제1조의 푸셔 및 연동실린더와 연결시키고, 바깥쪽의 제2단은 제2조의 푸셔 및 연동실린더와 연결시켜서 복수개의 절삭툴을 개별적으로 제어할 수도 있는 것이다. 또는, 각 조의 유압라인상에 밸브를 장착하여 4개의 절삭툴 중 2개씩 한조가 되어 작동되도록 할 수도 있는 것이다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치(100)는 복수개의 절삭툴(130)중 어느 하나만 작동을 번갈아 가면서 제어하는 기능외에도 동시 제어가 가능할 수도 있다.

도 21은 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치의 다른 실시예를 보인 도면으로서, 이 도면에서 보는 것과 같이, 본체(110) 및 회전체(120)는 그 중심부가 관통되지 않은 형태로도 실시가 가능할 수 있다. 즉, 파이프를 가공함에 있어 반드시 파이프의 중간부를 절단하거나 면취하는 것은 아니므로, 파이프의 끝부분을 가공하기 위한 전용장치로도 실시될 수 있는 것이다. 이는 파이프가 공장에서 출고될때에 그 단부가 원하는 면취각으로 출고되지는 않으므로, 파이프 절단/면취에 앞서 그 끝부분을 먼저 면취가공 해주어야 하는 경우도 있기 때문이다. 또는 짧은관재의 끝부분을 가공하기 위한 방법이 될 수도 있을 것이다. 여기에서 언급한 관재의 끝부분이란 관재의 끝단만을 말하는 것이 아닌 끝단이나 끝단에 인접한 부분을 말함이다. 따라서 관재의 끝단 면취가공 뿐만 아니라 끝부분 링가공이나 끝부분 짧은 관재 절단 가공 등도 가능하게 되는 것이다.

전술한 본 발명의 오비탈식 파이프 절삭장치(100)에서 회전체(120)나 절삭툴(130) 등을 콘트롤하기 위한 제어부(도시되지 않음)에 대해 설명하지는 않았으나, 전동부(180)의 회전속도 및 분할회전과, 절삭툴(130)의 진입 및 후퇴를 위한 푸시부(160)의 PUSH 및 PULL 작용과, 절삭툴(130, 130')의 선택을 위한 밸브(V1, V2)조작과, 절삭툴(130)의 X축 이송을 위한 이송수단(190)의 조작과, 척(200) 및 척이송수단(210)의 움직임 등 절삭장치(100)의 움직임 및 각종 센서를 콘트롤하기 위한 제어부가 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치(100)는 파이프 절단/면취 외에도 도면으로 도시하지는 않았지만, 유압 척킹장치로도 활용될 수 있다. 즉, 척킹장치도 파이프 절삭장치(100)와 마찬가지로 회전체가 있으며, 이 회전체내에 고정물을 파지하도록 적어도 2개이상의 조우로 이루어진 장치이다.

따라서 오비탈식 파이프 절삭장치(100)에서 복수개의 절삭툴(130) 대신에 척 조우를 장착하고, 이 조우가 서로 오므라들거나 벌어지도록 외부에서 유압폐쇄회로(HCC) 및 푸셔(162)를 설치하여 제어할 수 있게 되는 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 본 발명 절삭장치 110 : 본체
112 : 관통경 120 : 회전체
130 : 절삭툴 140 : 유압실린더
150 : 연동실린더 160 : 푸시부
170 : 베어링 180 : 전동부
190 : 이송수단 200 : 척
210 : 척이송수단 V1, V2 : 밸브
P : 관재 HCC : 유압폐쇄회로

Claims

본체(110)의 어느 일측에 결합되어 회전되면서 관재(P)가 관통되는 회전체(120);
상기 본체(110)의 앞뒤 양쪽 또는 어느 한쪽에 설치되어 상기 관재(P)를 고정하는 척(200);
상기 회전체(120)의 뒤쪽면상에 로드(152)가 상기 본체(110)측으로 돌출되도록 장착되는 적어도 하나 이상의 복동형 연동실린더(150);
상기 회전체(120)측으로 돌출되는 적어도 하나 이상의 푸셔(162)를 갖도록 본체(110)쪽에 설치되는 푸시부(160);
상기 푸셔(162)와 로드(152)의 사이에 축회전 작용과 축방향 양쪽으로 하중이 전달되는 작용을 하도록 결합되는 베어링(170);
상기 연동실린더(150)와 유압폐쇄회로(HCC)로 연결되도록 상기 회전체(120)의 전방에 설치되는 복동형 유압실린더(140); 및
상기 유압실린더(140)의 로드(142)에 결합되어 상기 회전체(120)의 중심부를 향해 왕복운동(Y축)하는 절삭툴(130);을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭툴의 진입과 후퇴를 자유롭게 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치.
본체(110)의 어느 일측에 결합되어 회전되는 회전체(120);
상기 회전체(120)의 뒤쪽면상에 로드(152)가 상기 본체(110)측으로 돌출되도록 장착되는 적어도 하나 이상의 복동형 연동실린더(150);
상기 회전체(120)측으로 돌출되는 적어도 하나 이상의 푸셔(162)를 갖도록 본체(110)쪽에 설치되는 푸시부(160);
상기 푸셔(162)와 로드(152)의 사이에 축회전 작용과 축방향 양쪽으로 하중이 전달되는 작용을 하도록 결합되는 베어링(170);
상기 연동실린더(150)와 유압폐쇄회로(HCC)로 연결되도록 상기 회전체(120)의 전방에 설치되는 복동형 유압실린더(140);
상기 유압실린더(140)의 로드(142)에 결합되어 상기 회전체(120)의 중심부를 향해 왕복운동(Y축)하는 절삭툴(130); 및
상기 본체(110)의 앞쪽에 설치되어 관재(P)의 단부가 상기 절삭툴(130)의 가공범위에 위치하도록 관재(P)를 고정하는 척(200);을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭툴의 진입과 후퇴를 자유롭게 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 본체(110)에는 본체(110)가 관재(P)의 축방향(X축)으로 왕복운동할 수 있도록 설치되는 이송수단(190);을 더 포함함을 특징으로 하는 절삭툴의 진입을 자유롭게 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 척(200)에는 척(200)이 관재(P)의 축방향(X축)으로 왕복운동할 수 있도록 설치되는 척이송수단(210);을 더 포함함을 특징으로 하는 절삭툴의 진입을 자유롭게 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 베어링(170)은 하나의 내륜(171)과, 서로 겹쳐지면서 상기 내륜(171)의 외측을 감싸는 한쌍의 외륜(172, 173)과, 상기 내륜 및 외륜의 사이에 축이 서로 교차되도록 삽입되는 다수의 원통형 롤러(174)로 구성되어, 상기 내륜 및 외륜의 대응되는 양쪽에 상기 푸셔(162) 및 연동실린더 로드(152)가 결합됨을 특징으로 하는 절삭툴의 진입을 자유롭게 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 절삭툴(130) 및 이와 연결되는 유압실린더(140)는 복수개로 구성되며, 복수개의 유압실린더(140)와 연동실린더(150)가 연결되는 라인상에 복수개의 유압실린더(150) 중 어느 하나를 작동시키기 위한 밸브(V1, V2)가 설치됨을 특징으로 하는 절삭툴의 진입과 후퇴를 자유롭게 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 베어링(170)을 상,하 다중으로 형성하여 각 단에 한조로 이루어진 푸셔(162), 연동실린더(150), 유압실린더(140) 및 절삭툴(130)을 연결시켜 복수개의 절삭툴(130)을 개별적으로 제어함을 특징으로 하는 절삭툴의 진입과 후퇴를 자유롭게 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치.
본체(110)의 어느 일측에 결합되어 회전되면서 척킹될 고정물이 관통되는 회전체(120)와, 상기 회전체(120)의 전방에 상기 고정물측으로 왕복운동(Y축) 가능하게 장착되어 상기 고정물을 죄는 복수개의 유압실린더(140)와, 이 유압실린더(140)에 장착되는 조우를 포함하는 유압 척킹장치에 있어서,
상기 회전체(120)의 뒤쪽면상에 로드(152)가 상기 본체(110)측으로 돌출되도록 장착되면서 상기 유압실린더(140)와 유압폐쇄회로(HCC)로 연결되는 적어도 하나 이상의 복동형 연동실린더(150)와, 상기 회전체(120)측으로 돌출되는 적어도 하나 이상의 푸셔(162)를 갖도록 본체(110)쪽에 설치되는 푸시부(160)와, 상기 푸셔(162)와 로드(152)의 사이에 축회전 작용과 축방향 양쪽으로 하중이 전달되는 작용을 하도록 결합되는 베어링(170)을 포함함을 특징으로 하는 유압 척킹장치.