KR20150137871A

KR20150137871A - 회전속도비를 이용하여 회전체내 절삭툴을 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치

Info

Publication number: KR20150137871A
Application number: KR1020140066480A
Authority: KR
Inventors: 최인성
Original assignee: 디씨에스이엔지 주식회사
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-09
Also published as: KR101636758B1

Abstract

2개 구동휠의 회전속도비를 이용하여 절삭툴의 진입 및 후퇴를 자유롭게 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치가 개시된다. 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치는 본체의 어느 일측에 결합되어 회전되면서 관재가 관통되는 한쌍의 구동휠 및 제어휠과, 제어휠에 치합되면서 구동휠을 관통하도록 돌출되는 동력전달축과, 동력전달축의 돌출된 선단과 교차되도록 접하여 동력전달축의 수평방향 회전운동이 수직방향 회전운동으로 전환되는 로드와, 구동휠의 전방에 결합되면서 로드의 회전을 직선운동으로 변환시켜주는 가이드블록과, 가이드블록에 결합되어 제어휠의 회전속도에 따라 관재를 향해 왕복운동(Y축)하는 절삭툴과, 본체의 앞뒤 양쪽 또는 어느 한쪽에 설치되어 관재(P)를 고정하는 척을 포함하여 구성된다. 이때, 절삭툴이 관재의 축방향(X축)으로 움직여 2축가공할 수 있도록 본체나 척을 수평방향으로 이동시키도록 할 수도 있다.

Description

회전속도비를 이용하여 회전체내 절삭툴을 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치{A orbital type pipe cutting/beveling machine for the cutting tool can be freely controlled in rotation plate using the RPM ratio}

본 발명은 오비탈식 파이프 절삭장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2개 휠의 회전속도비에 따라 파이프로 진입하는 절삭툴의 움직임을 자유롭게 제어할 수 있는 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.

본 발명은 2개 구동휠의 회전속도비를 이용하여 절삭툴의 진입 및 후퇴를 자유롭게 제어할 수 있으며, 절삭툴이 절삭재료인 원형재의 직각방향 뿐만 아니라 축방향으로도 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 한쌍의 구동휠 및 제어휠과, 제어휠과 치합되면서 구동휠을 관통하도록 돌출되는 동력전달축과, 동력전달축의 돌출된 선단과 교차되도록 접하여 동력전달축의 수평방향 회전운동이 수직방향 회전운동으로 전환되는 로드와, 구동휠의 전방에 결합되면서 로드의 회전을 직선운동으로 변환시켜주는 가이드블록과, 가이드블록에 결합되어 제어휠의 회전속도에 따라 관재를 향해 왕복운동(Y축)하는 절삭툴과, 본체의 앞뒤 양쪽 또는 어느 한쪽에 설치되어 관재(P)를 고정하는 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전속도비를 이용하여 회전체내 절삭툴을 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치를 제공한다.

이때, 본 발명은 관재의 끝단부만을 가공하도록 관재가 본체 및 구동휠에 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.

바람직하게는, 동력전달축의 일단에는 기어가 형성되어 제어휠이 내접되거나 외접될 수 있다.

그리고 동력전달축의 타단과 로드의 상단은 회전방향을 전환하기 위해 웜기어로 결합됨이 바람직하다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치는 회전체상에 장착되어 있는 절삭툴이 외부의 제어에 의해 자유롭게 진입 및 후퇴될 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 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치의 구성도를 나타낸 도면이고,
도 9는 구동휠과 절삭툴의 결합관계를 상세하게 보인 확대도이고,
도 10은 도 9에 도시된 구성들의 작용을 설명한 도면이고,
도 11은 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치를 이용해 가공할 수 있는 예시를 보인 도면이고,
도 12는 도 11의 가공방법중에서 첫 번째 예시방법인 절단 및 개선작업을 동시에 수행하는 가공순서에 대한 예시 도면이고,
도 13은 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치에 2개의 절삭툴이 장착된 모습을 나타낸 도면이고,
도 14는 절삭툴이 복수개가 필요한 경우를 설명하기 위한 예시도면이며, 그리고
도 15는 파이프의 끝단부를 전용으로 가공할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 회전속도비를 이용하여 회전체내 절삭툴을 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치를 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치의 구성도를 나타낸 도면으로서, 이 도면에서 보는 것과 같이, 본 발명에 따른 절삭장치(100)는 본체(110)와, 이 본체(110)의 어느 일면상에서 회전되는 한쌍의 구동휠(120) 및 제어휠(130)과, 구동휠(120)의 전방면상에 구동휠(120)의 중심부를 향해 왕복운동 가능하게 결합되어 본체(110) 및 구동휠(120)을 관통하고 있는 파이프(P)를 원하는 형상으로 절삭 가공할 수 있는 절삭툴(140)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(140)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(111)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.

다음으로, 구동휠(120)은 본체(110)의 어느 일면상에 회전가능하게 결합되는 것으로, 본체(110)의 관통경(111)이 돌출된 형태를 가지면서 이 돌출된 관통경(111)의 외측에 베어링 등과 함께 구속되어 회전가능하게 결합된다. 여기에서, 관통경(111)은 본체(110)측에서 돌출되어 형성되는 것으로 도시하였으나, 본체(110)측에서든 아니면 구동휠(120)측에서든 어느 쪽에서나 서로 마주보는 방향으로 돌출되어 상대적으로 끼움결합되면 족하게 된다.

이와 같은 구동휠(120)을 회전시켜주기 위해 메인전동부(170)가 설치되고, 이 메인전동부(170)와 구동휠(120)이 기어치합으로 연결되어 메인전동부(170)의 회전력으로 구동휠(120)을 적절한 회전수로 돌려주게 된다. 즉, 구동휠(120)은 본체(110)로부터 이탈되지 않으면서 가공할 관재(P)를 중심으로 제자리 회전이 가능하게 결합되는 것이다. 이러한 구동휠(120)은 관재를 가공하기 위해 회전이 이루어지는 것이므로 원활한 회전을 위해 편심되지 않는 원형의 판상임이 좋을 것이다.

또한, 본 발명에 따른 구동휠(120)의 후면상에는 본체(110)의 관통경(111) 외측에 베어링 등과 함께 구속되어 회전가능하게 결합되는 제어휠(130)이 구동휠(120)과 나란히 한쌍으로 설치된다. 이러한 제어휠(130)은 구동휠(120)과 마찬가지로 회전시켜주기 위한 제어전동부(180)가 설치되고, 이 제어전동부(180)와 제어휠(130)이 기어치합으로 연결되어 제어전동부(180)의 회전력으로 제어휠(130)을 적절한 회전수로 돌려주게 된다.

구동휠(120) 및 제어휠(130)과 메인전동부(170) 및 제어전동부(180)는 도면에서 보는 것과 같이 기어치합으로 연결되고 있지만, V밸트나 타이밍밸트 등으로 연결될 수도 있다. 또는, 그 밖의 동력연결수단중에서 전동부의 원동력이 슬립 등과 같은 손실 없이 그대로 전달될 수 있는 수단이면 어떠한 것이든 가능할 수 있다.

다음은 구동휠(120)의 전방면상에 장착되어 있는 절삭툴(140)이 고속으로 회전되고 있는 구동휠(120)내에서 제어휠(130)의 제어에 따라 관재(P)측으로 진입하거나 후퇴할 수 있는 구조를 설명한다.

도 9는 구동휠과 절삭툴의 결합관계를 상세하게 나타낸 확대도로서, 이 도면에서 보는 것과 같이, 절삭툴(140)은 툴뭉치(141)의 선단에 장착되어 있고, 이 툴뭉치(141)는 다시 구동휠(120)의 전방면상에서 흔들림 없이 수직 왕복운동 가능하도록 안내되는 가이드블록(142)에 결합된다. 그리고 이 가이드블록(142)은 수직한 로드(155)가 관통되면서 로드(155)의 회전에 따라 가이드블록(142)이 상하로 왕복운동하게 된다. 즉, 로드(155)와 가이드블록(142)은 볼스크류 등과 같이 회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 수단으로 결합되어 로드(155)의 회전운동을 가이드블록(142)의 직선운동으로 바꾸어주게 된다.

이러한 로드(155)의 상단에는 제어휠(130)측에서부터 구동휠(120)을 관통하여 돌출된 수평한 동력전달축(150)이 교차되도록 접한다. 동력전달축(150)은 구동휠(120)과 함께 회전되면서 제어휠(130)의 회전과도 연관되도록 결합되는 것으로, 동력전달축(150)의 일단이 제어휠(130)과 치합되면서 타단은 로드(155)의 상단과 접하게 된다. 즉, 동력전달축(150)의 일단에는 기어(151)가 형성되어 있고, 이 기어(151)가 제어휠(130)에 내접되게 치합된다. 따라서 제어휠(130)의 내륜에는 기어(151)와 치합되기 위한 내륜기어(131)가 형성된다. 이때, 기어(151)와 제어휠(130)은 내접뿐만 아니라 외접되게 치합될 수도 있다. 즉, 제어휠(130)의 외측에 외륜기어가 형성되고, 이 외륜기어에 기어(151)가 외접되게 결합될 수도 있는 것이다.

한편, 제어휠(130)의 회전에 따라 선택적으로 회전운동을 하는 동력전달축(150)의 타단과 로드(155)의 상단은 방향전환수단을 통해 회전운동 방향을 바꾸어주게 된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 방향전환수단을 웜기어로 구축하였다. 즉, 동력전달축(150)의 타단에 웜(152)을 장착하고, 로드(155)의 상단에 웜휠(156)을 장착하여 회전운동의 방향을 바꾸어주도록 설계하였다. 그렇지만, 방향전환수단을 실시예와 같이 웜기어로만 한정하지는 않으며, 베벨기어와 같이 서로 교차하는 2축의 운동방향을 바꾸어주는 수단이면 어떠한 것이든 가능할 수 있다.

다음은 구동휠(120)과 제어휠(130)의 회전속도에 따라 절삭툴(140)이 진입되거나 후퇴되는 원리 및 작용을 상세하게 설명한다.

도 10은 도 9에 도시된 구성들의 작용을 설명한 도면으로서, 먼저, 절삭툴(140)은 전술한 바와 같이 로드(155)의 회전운동에 따라 진입되거나 후퇴되는 것이므로, 로드(155)가 어떠한 제어일 때 정회전을 하여 절삭툴(140)을 진입시키는지 또는, 어떠한 제어일 때 역회전을 하여 절삭툴(140)을 후퇴시키는지를 설명한다.

로드(155)를 어떠한 방향으로든 회전시키기 위해서는 동력전달축(150)이 회전운동을 하여야 하는데, 이처럼 동력전달축(150)이 회전운동을 하기 위해서는 구동휠(120)과 제어휠(130)이 동일한 회전속도로 회전되지만 않으면 만족된다. 즉, 동력전달축(150)이 구동휠(120)의 회전에 따라 파이프 주변을 공전하게 되는데, 이때에 제어휠(130)이 정지되어 있는 경우이거나, 구동휠(120)보다 더 느리게 회전되는 경우 또는, 구동휠(120)보다 더 빨리 회전되는 경우에 동력전달축(150)은 공전과 동시에 자전을 하게 된다. 따라서 동력전달축(150)을 자전시켜 절삭툴(140)을 진입시키거나 후퇴시키는 기준이 되는 것은 구동휠(120)의 회전속도와 제어휠(130)의 회전속도에 차이가 발생될때가 된다. 예컨대, 구동휠(120)과 제어휠(130)이 동일한 속도로 회전되면 동력전달축(150)은 정지상태가 되고, 제어휠(130)이 구동휠(120)보다 느리게 회전되면 동력전달축(150)이 반시계방향으로 회전되면서 절삭툴(140)을 후퇴시키며, 제어휠(130)이 구동휠(120)보다 빠르게 회전되면 동력전달축(150)이 시계방향으로 회전되면서 절삭툴(140)을 진입시키게 되는 것이다.

이와 같이 구동휠(120)과 제어휠(130)의 회전속도를 제어하기 위해서는 메인전동부(170) 및 제어전동부(180)를 정밀하게 제어할 필요가 있게 되며, 이 정밀 제어에 의해 절삭툴(140)의 정밀제어가 가능하게 된다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치(100)는 도 8에서 보는 것과 같이, 본체(110)의 하부에 X축방향으로 움직일 수 있는 이송수단(190)을 구비하여 절삭툴(140)이 실질적으로 2축(X축, Y축) 운동을 하도록 할 수 있다. 즉, 구동휠(120)에 결합된 절삭툴(140)은 구동휠(120)내에서 진입과 후퇴를 하면서 Y축 방향 운동을 하게 되는데, 이 구동휠(120)이 결합되어 있는 본체(110)가 이송장치(190)에 의해 X축 방향으로 움직여주게 되면, 절삭툴(140)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 11은 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치를 이용하여 가공할 수 있는 예를 보인 도면으로서, 도 11의 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 11의 첫번째 예시와 같은 절단과 동시에 사선방향의 개선작업을 할 수 있는 가공방법을 도 12를 참고하여 설명한다.

도 12에서 보는 것과 같이, 절삭툴(140)을 관재(P)의 가공할 부분에 위치시킨다. 절삭툴을 관재의 가공부분에 위치시키기 위해서는 본체(110)의 이송수단(190)을 작동시켜 가공위치를 설정하는 방법과, 척(200)을 움직여 가공위치를 설정하는 방법중 하나를 선택하여 이용할 수 있다.

위와 같이 가공위치가 설정된 후에는 구동휠(120)과 제어휠(130)을 동시에 동일한 회전속도로 회전시킨 상태에서 절삭툴(140)이 관재의 표면으로 진입하도록 제어휠(130)의 회전속도를 구동휠(120)보다 더 빠르게 제어하여 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 12에서 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(140)의 Y축방향 이동거리가 관재의 두께를 결정하는 요인이 되는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 절삭장치(100)는 구동휠(120)을 고속으로 회전하여도 되므로 가공의 순서가 복잡하더라도 빠른시간내에 가공작업을 완료할 수 있게 된다.

도 13은 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치에 2개의 절삭툴이 장착된 모습을 나타낸 도면이고, 도 14는 절삭툴이 복수개가 필요한 경우를 설명하기 위한 예시도면이다.

본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치(100)는 구동휠(120)에 하나의 절삭툴(140)만이 결합되는 것이 아닌, 도 13에서 보는 것과 같이 복수개로 구비될 수도 있다. 이처럼 절삭툴(140. 140')을 복수개로 구비하게 되는 이유는, 어느 하나의 절삭툴은 절단작업을 수행하고, 다른 하나는 면취작업을 수행할 수 있도록 하는 등 각각의 절삭툴(140)이 서로 다른 작업용으로 사용하도록 할 수도 있는 것이다. 일예로, 도 14에서 보는 것과 같이, X축 및 Y축의 2축 가공용 절삭툴(140)은 수직절단용으로 사용되기에는 부적합 경향이 있다. 따라서 수직절단을 위한 툴(140')을 교체해주어야 마무리 작업이 가능하게 되는바, 연속가공을 위해 구동휠(120)에 2개의 가이드블록(142, 142')과 툴뭉치(141, 141')를 설치하여 각각의 툴뭉치(141, 141')에 서로 다른 절삭툴(140, 140')이 장착될 수 있도록 할 수 있는 것이다.

이와 같은 복수개의 절삭툴(140, 140') 제어를 위해 도 13에서 보는 바와 같이, 구동휠(120)뒤에 2개의 제어휠(130, 130')을 설치하고, 구동휠(120)의 전방으로 관통되는 2개의 동력전달축(150, 150')을 결합시키고, 이 동력전달축(150, 150')에 교차되도록 접하는 2개의 로드(155, 155')를 구동휠(120)상에 결합시킨다. 그리고 두 번째 제어휠(130')을 구동시키기 위한 또 다른 제어전동부(180')를 설치하여 두 번째 절삭툴(140')을 정밀하게 제어하게 되는 것이다.

절삭툴(140)이 하나로 된 첫 번째 실시예에서는 제어휠(130)이 관통경(111)에 접하는 형태로 실시하였으나, 제어휠이 2개가 되면서 두 번째 동력전달축(150')이 제어휠(130)도 관통해야 하는 관계로 두 번째 실시예에서는 제어휠(130)의 형태를 중앙이 뚫려있는 링 형태로 실시하였다. 그리고 제어휠(130)과 구동휠(120)을 별도의 베어링(135)으로 구속시켜 고정 및 구동시키도록 실시하였다.

이와 같이 2개의 절삭툴(140, 140')이 장착된 본 발명 파이프 절삭장치(100)는 구동휠(120)의 회전속도 대비 제어휠(130, 130')의 회전속도를 적절히 조절하여 첫 번째 절삭툴(140) 및 두 번째 절삭툴(140')을 각각 따로 제어하거나 아니면 2개를 동시에 제어할 수 있게 되는 것이다.

그리고 2개의 절삭툴(140, 140')은 구동휠(120)의 고속회전시 평형을 유지할 수 있도록 서로 대칭되는 위치에 결합되는 것이 좋을 것이다.

도 15은 본 발명에 따른 오비탈식 파이프 절삭장치의 다른 실시예를 보인 도면으로서, 이 도면에서 보는 것과 같이, 본체(110) 및 구동휠(120)은 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 절삭툴(140)을 2축 이상으로 제어하기 위한 제어부(도시되지 않음)에 대해 설명하지는 않았으나, 메인전동부(170) 및 제어전동부(180)의 회전속도와, 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.

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
111 : 관통경 120 : 구동휠
130 : 제어휠 131 : 내륜기어
140 : 절삭툴 141 : 툴뭉치
142 : 가이드블록 150 : 동력전달축
151 : 기어 152 : 웜
155 : 로드 156 : 웜휠
170 : 메인전동부 180 : 제어전동부
190 : 이송수단 200 : 척
210 : 척이송수단 P : 관재

Claims

본체(110)의 어느 일측에 결합되어 회전되면서 관재(P)가 관통되는 한쌍의 구동휠(120) 및 제어휠(130);
상기 제어휠(130)과 치합되면서 상기 구동휠(120)을 관통하도록 돌출되는 동력전달축(150);
상기 동력전달축(150)의 돌출된 선단과 교차되도록 접하여 동력전달축(150)의 수평방향 회전운동이 수직방향 회전운동으로 전환되는 로드(155);
상기 구동휠(120)의 전방에 결합되면서 상기 로드(155)의 회전을 직선운동으로 변환시켜주는 가이드블록(142);
상기 가이드블록(142)에 결합되어 상기 제어휠(130)의 회전속도에 따라 상기 관재(P)를 향해 왕복운동(Y축)하는 절삭툴(140); 및
상기 본체(110)의 앞뒤 양쪽 또는 어느 한쪽에 설치되어 상기 관재(P)를 고정하는 척(200);을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전속도비를 이용하여 회전체내 절삭툴을 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치.
본체(110)의 어느 일측에 결합되어 회전되는 한쌍의 구동휠(120) 및 제어휠(130);
상기 제어휠(130)과 치합되면서 상기 구동휠(120)을 관통하도록 돌출되는 동력전달축(150);
상기 동력전달축(150)의 돌출된 선단과 교차되도록 접하여 동력전달축(150)의 수평방향 회전운동이 수직방향 회전운동으로 전환되는 로드(155);
상기 구동휠(120)의 전방에 결합되면서 상기 로드(155)의 회전을 직선운동으로 변환시켜주는 가이드블록(142);
상기 가이드블록(142)에 결합되어 상기 제어휠(130)의 회전속도에 따라 왕복운동(Y축)하는 절삭툴(140); 및
상기 본체(110)의 앞쪽에 설치되어 관재(P)의 단부가 상기 절삭툴(140)의 가공범위에 위치하도록 관재(P)를 고정하는 척(200);을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전속도비를 이용하여 회전체내 절삭툴을 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 회전속도비를 이용하여 회전체내 절삭툴을 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 회전속도비를 이용하여 회전체내 절삭툴을 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 동력전달축(150)의 일단에는 기어(151)가 형성되어 상기 제어휠(130)이 내접되거나 외접됨을 특징으로 하는 회전속도비를 이용하여 회전체내 절삭툴을 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 동력전달축(150)의 타단과 로드(155)의 상단은 웜기어로 결합됨을 특징으로 하는 회전속도비를 이용하여 회전체내 절삭툴을 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제어휠(130)과 이웃하게 또 다른 제어휠(130')을 구비하면서, 상기 구동휠(120)에 서로 떨어지도록 2개조로 된 절삭툴(140, 140'), 가이드블록(142, 142') 및 로드(155, 155')를 설치하고, 이 로드(155, 155')와 접하면서 제어휠(130, 130')측으로 관통되는 동력전달축(150, 150')을 결합하되, 각각의 동력전달축(150, 150')은 서로 다른 제어휠(130, 130')에 치합됨을 특징으로 하는 회전속도비를 이용하여 회전체내 절삭툴을 제어할 수 있는 오비탈식 파이프 절삭장치.