WO2004024378A1 - 鋼管端部の加工方法 - Google Patents

Description

一

明 細 書

鋼管端部の加工方法 発明の属する技術分野

本発明は、 鋼管端部の加工方法に関し、 更に詳細には、 鋼管端部に対 して近接離間移動可能な装置本体に回転盤が回転可能に配設されると共 に、 該回転盤に刃具を装着した加工装置において、 前記回転盤を回転さ せた状態で前記装置本体を鋼管端部に近接移動することで、 前記刃具に より該鋼管端部を切削して面取りおょぴ平面加工を行なう加工方法に関 するものである。 従来の技術

鋼管の外端部、 内端部または軸端面に面取りおよび平面加工を行なう 加工装置は、 装置本体に回転可能に枢支した主軸に配設されて一体的に 回転する回転盤を備え、 該回転盤の前端面に、 径方向に移動調整自在に サドルが配設されている。 このサドルは、 回転盤の回転中心から径方向 に偏位した適宜位置に位置決め固定されると共に、 鋼管の加工位置や加 ェ形状等に応じたチップ (刃具）を備えたパイ トを装備した刃物台が該サ ドルに装着される。 そして、 回転盤の前端面に鋼管の端面を対向して位 置決めすると共に、 鋼管の加工位置に合わせてサドルを介して刃物台を 位置決めした状態で、 回転盤を所要方向に回転すると共に装置本体を鋼 管端部に向けて近接移動することで、 該回転盤の回転に伴って旋回する 刃物台のチップで鋼管の端部を切削して面取りおよび平面加工を行なう よう構成され.る。 発明が解決しようとする課題

前記加工装置により鋼管端部に面取りおょぴ平面加工を施す場合、 そ の加工に際して鋼管端部から生ずる切屑は、 長くつながった状態で成長 し、 この切屑がバイ トや刃物台等に巻き付いてしまい、 チップを傷めて 寿命を短かくするだけでなく、 円滑な切削ができなくなったり、 回転盤 の回転に支障を来たす問題を招く。 また、 長く成長した切屑の処理は煩 雑となる難点も指摘される。

そこで、 切屑を切断する専用のチップブレーカを設けたり、 あるいは 面取りおよび平面加工中において定期的に装置本体の送りを停止する制 御（いわゆる 「ドゥエル」 ）を行なうことで、 切屑を長く成長させること なく適当な長さ毎に切断または切離すことが実施されている。

しかし、 前記チップブレーカを設けた場合は、 該ブレーカによる切屑 の切断抵抗によって本来の加工が良好に行なわれなくなるおそれがある。 また、 部品点数が多くなると共に構造が複雑になる問題もあった。 これ に対して、 前記ドゥエルを実施する場合は、 加工が阻害されたり部品点 数が増加することはないものの、 切屑を確実に切離すには、 装置本体の 送り停止時間を長く設定する必要があり、 これによつて加工効率が低下 する難点が指摘される。 発明の目的

この発明は.、 前述した従来の技術に内在している前記課題に鑑み、 こ れを好適に解決するべく提案されたものであって、 鋼管端部の加工中に 生ずる切屑が長く成長するのを、加工効率を低下させることなく防止し、 機械の効率的な運転を達成し得るようにした鋼管端部の加工方法を提供 することを目的とする。 課題を解決するための手段

前述の課題を克服し、 所期の目的を達成するため、 本発明に係る鋼管 端部の加工方法は、

所定位置に保持された鋼管の端部に対して近接離間移動可能な装置本 体と、 該装置本体に回転可能に配設された回転盤と、 この回転盤に配設 された刃具とを備え、 前記回転盤を回転した状態で前記装置本体を鋼管 端部に近接移動することで、 前記刃具により該鋼管端部を切削して面取 りおよび平面加工を行なう加工装置による鋼管端部の加工方法であって、 前記装置本体を鋼管端部に近接移動して刃具による切削を間欠切削の 送り長さだけ行なった後、 前記回転盤の 1回転当りの送り量の 5〜

2 0 0 %の範囲で装置本体を鋼管端部から後退移動して刃具を切削面か ら離間することで切削を中断し、 次いで再び装置本体を鋼管端部に近接 移動して刃具による切削を間欠切削の送り長さだけ行なう工程を繰返す ことで、 鋼管端部に所定量の面取りおよび平面加工を施すことを特徴と する。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の実施例に係る加工方法が実施される加工装置を示す 概略構成図である。

図 2は、 実施例に係る加工装置の刃物台を示す概略構成図である。 図 3は、 実施例に係る加工装置により実施される加工方法の説明図で ある。

図 4は、 実施例に係る加工装置により実施される加工方法における送 り速度と時間およぴ刃先位置と時間との関係を示すグラフ図である。 図 5は、 実験例に係る従来例おょぴ発明例の送り速度と時間との関係 を示すグラフ図である。 図 6は、 実験例に係る従来例および発明例の刃先位置と時間との関係 を示すグラフ図である。 発明の実施の形態

次に、 本発明に係る鋼管端部の加工方法につき、 好適な実施例を挙げ て、 添付図面を参照しながら以下説明する。

図 1は、 実施例に係る加工方法が実施される加工装置を示す概略構成 図であって、 該加工装置 Mは、 ベース 1 0の上面に一対のガイ ドレール 1 2 , 1 2 (—方のみ図示）が平行に配設され、 このガイ ドレール 1 2 , 1 2に装置本体 1 4が摺動走行可能に載架されている。 また装置本体 1 4の前方に臨むベース 1 0上には、 鋼管 1 6の端面を装置本体 1 4に 対向した状態で該鋼管 1 6を位置決め保持する保持装置 1 8が配置され る。 そして装置本体 1 4は、 保持装置 1 8で保持された鋼管 1 6の端部 に対し、 サーポモータ（駆動源） 1 9および該モータ 1 9により正逆回転 されるねじ軸とナツ トの組合わせ等からなる送り機構 2 0によって近 接 ·離間移動するよう構成されている。

前記装置本体 1 4の内部には、前記ガイ ドレール 1 2と平行な主軸（図 示せず)が回転可能に枢支され、 該主軸の本体前面に突出する軸端に円 形の回転盤 2 2がー体的に配設されている。 主軸には、 ギヤやベルト等 からなる伝達系 2 4を介して駆動モータ 2 6が接続され、 該駆動モータ 2 6を回転駆動することにより、 主軸および回転盤 2 2がー体的に回転 するよう構成される。

前記回転盤 2 2の前端面には、 サドル 2 8が径方向に移動可能に配設 されており、 該サドル 2 8は、 図示しない調整装置により鋼管 1 6の寸 法等に応じて位置調整されるようになっている。 またサドル 2 8には、 図示しない自動工具交換装置により着脱交換自在な刃物台 3 0が配設さ ―

れる。 この刃物台 3 0に、 図 2に示す如く、 バイ ト 3 2が配設されると 共に、 該バイ ト 3 2には、 前記鋼管 1 6の外端部、 內端部または軸端面 に面取りおよび平面加工を施すチップ (刃具） 3 4が着脱交換自在に装着 されている。 なお実施例では、 チップ 3 4により鋼管 1 6の外端部に面 取り加工を施す構成を示す。

前記送り機構 2 0にパルスジエネレータ等の位置検出手段（図示せず） が配設され、 該検出手段により検出される装置本体 1 4の現在位置 (移 動量）の信号が、 コンピュータ等の図示しない制御装置に入力されるよ うになつている。 そして、 制御装置に、 鋼管端部に施す面取り量、 平面 加工量、 間欠切削の開始位置、 間欠切削の送り長さ P、 間欠切削の送り 長さ Pだけ前進した後に装置本体 1 4 (チップ 3 4の刃先）を鋼管 1 6の 切削面から離間する一時後退離間長さ R、 後退位置での停止時間等の各 種の条件を設定入力することにより、 該データに基づいて前記サーボモ ータ 1 9が回転制御されて装置本体 1 4の移動制御が行なわれるよう構 成されている。 前記一時後退離間長さ Rは、 回転盤 2 2の 1回転当りの 送り量（間欠切削の送り量)の 5〜 2 0 0 %の範囲で設定され、 また装置 本体 1 4の後退移動は、 前記回転盤 2 2の 0 . 1〜 2回転の間で完了す るよう設定される。 なお、 前記各種データは、 鋼管 1 6の材質や寸法等 に応じて適宜に設定されるものである。 実施例の作用

次に、 このように構成した実施例に係る加工装置の作用につき、 加工 方法との関係で説明する。 前記制御装置には、 面取りおよび平面加工を 施す鋼管 1 6の材質等に応じた前記の各データが設定入力される。 また 前記装置本体 1 4においては、 前記保持装置 1 8に位置決め保持された 鋼管 1 6の寸法に応じて、 前記刃物台 3 0が装着されたサドル 2 8が回 転盤 2 2に対して位置調整される。 なお、 前記データに関し、 間欠切削 送り速度： f (mm/rev)、 一時後退速度： b (mm/rev)、 一時後退後にお ける停止時間に対応する間欠切削停止回転数： S (回転）とする。 また、 間欠切削の送り長さ ： P (mm)、 一時後退離間長さ ： R (mm)である。 前記駆動モータ 2 6により回転盤 2 2を回転駆動し、 前記パイ ト 3 2 に装着されているチップ 3 4を鋼管 1 6の外端部に倣う軌跡を旋回させ た状態で、 前記制御装置により送り機構 2 0のサーポモータ 1 9を回転 制御することで、 図 4に示す如く、 前記装置本体 1 4を鋼管 1 6の端部 に間欠切削送り速度 f で近接移動 (前進)すると、 旋回しているチップ 3 4により鋼管 1 6の外端部が切削される（図 3 ( a )参照)。

前記装置本体 1 4が予め設定された間欠切削の送り長さ Pだけ前進す ると、 前記制御装置によりサーボモータ 1 9が逆転制御され、 該本体 1 4は鋼管端部 (切削面)から設定された一時後退離間長さ R (間欠切削 の送り量の 5〜 2 0 0 %の範囲）だけ、 一時後退速度 bで後退移動し、 これにより前記チップ 3 4が切削面から離間することで切削は中断され る（図 3 ( b )参照)。 なお、 一時後退離間長さ Rの後退移動は、 前記回転 盤 2 2の 0 . 1〜2回転の間で完了させる。 そして、 装置本体 1 4が予 め設定された一時後退離間長さ Rだけ後退移動した後退位置において、 図 4に示す如く、 該装置本体 1 4は所定の停止時間（間欠切削停止回転 数 Sに対応する時間）だけ停止保持された後、 再び装置本体 1 4が前進 移動し（図 3 ( c ),図 4参照）、 切削が中断された位置から間欠切削の送り 長さ Pだけ更に前進移動した後に、 鋼管端部から後退移動する工程を繰 返すことで、該鋼管端部には所定量の面取りおょぴ平面加工が施される。 すなわち、 装置本体 1 4は、 近接移動 (切削）一後退移動 (切削中断）一停 止 (切削中断）一近接移動 (切削）の工程を繰返しながら、 予め設定された 面取り量 (平面加工量)だけ鋼管端部を切削するよう設定される。 ちなみに、 回転盤 2 2の回転速度を 1 3 0 r p m、 間欠切削送り速度 f を 0.5 mm/ r e v、 間欠切削の送り長さ Pを 2.5mm、 一時後退 速度 bを 0.5 mm/ r e vとした場合に、 例えば一時後退離間長さ R は 0.2 mm、 停止時間は回転盤 2 2の 0.5回転に相当する時間に設定 される。

前述したように面取り加工中に、 切削を中断すると共に切削面から前 記チップ 34を積極的に離間させることで、 鋼管端部から生ずる切屑は 確実に切離され、 該切屑が長く成長するのは防止される。 すなわち、 切 屑がバイ ト 3 2や刃物台 3 0に巻き付いて切削が良好に行なわれなくな つたり、 前記回転盤 2 2の回転に支障を来たすのは未然に防止される。 なお装置本体 1 4の、 後退移動—後退位置での停止時間一切削面までの 近接移動、 に要するトータルの時間 (切削中断時間）は、 従来のドゥエル のみにより確実に切屑を切離し得るのに要する送り停止時間に比べて短 かく、 従って加工効率が向上することは後述の実験等により確認されて いる。 ちなみに、 従来のドゥエルのみにより確実に切屑を切離すには、 送り機構に弾性があるため、 送り停止後数回の空回転が必要であり、 こ のために時間が掛かっていたが、 実施例では 0.5回転の空回転しか必 要としないために時間短縮が図られた。 実験例について

外径 X肉厚を 24 5 mmX l 3.8 mmに設定した S T KM 1 3 A力、 らなる鋼種の鋼管を、 装置本体の間欠切削送り速度 f ： 0.5mm/ r e v, 回転盤の回転速度： 1 3 0 r p mに設定したもとで、 下記の各 条件で切削加工した。

(I) 図 5 (a )に示すように、 間欠切削の送り長さ Pの 2.5mm毎に回転 盤のドゥエルを行なわない連続切削とした条件の従来例 1では、 切削開 始から完了まで切屑は連続し、 実験例において最終的に生じた切屑は 5 mのものが 1本であった。

(II) 図 5(b)に示すように、 回転盤の 0.5回転の間停止するドゥエルを 行なう条件とした従来例 2では、 ドゥエルの実施により切屑が切離され ることもあるが、 切屑が部分的に薄くなるだけで切離されることなく繋 がったままのところが多く、 実験例では 2 mの切屑が 1本、 1.2 mの 切屑が 1本、 1 mの切屑が 1本おょぴ 8 0 Ommの切屑が 1本で結果で あった。

(III) 図 5(c)に示すように、 間欠切削の送り長さ Pの 2.5 mm毎に回 転盤の 2回転の間停止する ドゥエルを行なう条件とした従来例 3では、 前記従来例 1の場合に比べて切屑は略短かく切離されるものの、 長い切 屑も発生しており、 実験例では 8 0 0 mmの切屑が 3本、 6 0 0 mmの 切屑が 2本、 2 0 0 mmの切屑が 7本の結果であった。 また図 6に示す 如く、 加工時間が長くなつて加工効率は低下する。

(IV) 前述した各従来例に対し、 図 5 (d)およぴ図 4に示すように、 間欠 切削の送り速度を 0.5 mm/ r e v , 間欠切削の送り長さ Pを 2.5 mm、 一時後退速度を 0.5 mmZ r e V、 一時後退離間長さ Rを 0.2 mm、 後退位置での停止時間（間欠切削停止回転数）を回転盤の 0.5回転 の条件に設定した発明例では、 切屑は短かい長さで安定的に切離され、 実験例では 2 0 0 mmの切屑が 2 5本の結果であった。 また加工時間に 関しては、 従来例 3より短縮された。

ここで、 前記加工装置による鋼管の切削中は、 間欠切削の送り量に相 対する厚みの切屑が発生する。 この切削途中に、 送り量を 0にしたもと で回転盤を 1回転すると、 その間に切屑の厚みは 0 mmまで徐々に薄く なり、 切屑が切離されることとなる。 これが、 従来のドゥエルによる切 屑の切断原理である。 しかし実際には、 送り量を 0としてもチップの刃先は、 切削力によつ て押されて後退する。 このときの後退量は、 切削力とチップおょぴ加工 装置の剛性とのパランスにより異なるが、 一般的には、 切削力は切屑の 厚みに比例するので、 切屑の厚みが 0 m mに近くなると、 切削力は小さ くなり、 チップの後退量も小さくなつていく。 すなわち、 切屑の厚みが 0 m mに近づいていく と、相対的にチップの刃先が前進することとなり、 切屑の厚みは 0 m mにならず、結果的に切屑は切離されない。 このため、 前述した従来例 2のように、 長い切屑が発生する結果となる。

そこで、 間欠切削の送り長さ Pだけ前進後、 装置本体 (チップ）を一時 後退離間長さ Rだけ後退させれば、 前述した発明例のように、 切屑を確 実に短かく分断できることが確認された。

但し、 一時後退離間長さ Rに関しては、 前述したように間欠切削の送 り量が、 切屑の厚みと相対しており、 該送り量の 5 %以上の一時後退離 間長さ Rとすることで、 効果が現われる。 また、 一時後退離間長さ Rを 長くすれば、 それだけ切屑の分断を確実になし得るが、 その後退に要す る時間が長くなることで前記の従来例 3と同様に加工効率が低下してし まう。 なお、 間欠切削の送り量の 2 0 0 %以下とすれば、 従来例 3に比 ベて加工時間は短かくなる。 すなわち、 一時後退離間長さ Rを、 間欠切 削の送り量の 5〜 2 0 0 %の範囲で設定することで、 加工効率を低下さ せることなく切屑の確実な分断が達成されるものである。 またその後退 に要する時間に関しても、 回転盤の 0 . 1〜 2回転の間に設定すれば、 従来例 3に対して充分な加工効率の向上が図れることが確認された（図 6参照)。 図 6において、 点線は従来例 1を示し、 一点鎖線は従来例 2 を示し、 二点鎖線は従来例 3を示し、 実線は発明例を示す。

前述した実施例では、 鋼管の外端部に面取り加工を施す場合で説明し たが、 本願発明はこれに限定されるものでなく、 ①鋼管の内端部を面取 り加工する場合、 ②鋼管の軸端面を平面加工する場合、 およぴ③鋼管の 外端部、 内端部およぴ軸端面を同時に面取りおよび平面加工する場合の 何れにも採用可能である。 また送り機構の駆動源は、 実施例のサーボモ ータに限定されるものでなく、 他の型式のモータであってもよい。 発明の効果

以上説明した如く、 本発明に係る鋼管端部の加工方法によれば、 鋼管 端部から生ずる切屑を確実に切離して長く成長するのを防止することが でき、 切屑が刃具ゃサドル等に巻き付くことに起因する切削不良や回転 不良等の事態を未然に防止し得る。 また切削中断時間は、 従来のドゥエ ルを実施する場合に比べて短縮することができ、 加工能率を向上させる ことができる。

Claims

請求の範囲

1 . 所定位置に保持された鋼管（16)の端部に対して近接離間移動可能 な装置本体（14)と、 該装置本体（14)に回転可能に配設された回転盤 (22) と、 この回転盤 (22)に配設された刃具 (34)とを備え、 前記回転盤 (22)を 回転した状態で前記装置本体 (14)を鋼管端部に近接移動することで、 前 記刃具 (34)により該鋼管端部を切削して面取りおよび平面加工を行なう 加工装置 (M)による鋼管端部の加工方法であって、

前記装置本体 (14)を鋼管端部に近接移動して刃具 (34)による切削を間 欠切削の送り長さだけ行なった後、 前記回転盤 (22)の 1回転当りの送り 量の 5〜 2 0 0 %の範囲で装置本体（14)を鋼管端部から後退移動して刃 具 (34)を切削面から離間することで切削を中断し、 次いで再ぴ装置本体 (14)を鋼管端部に近接移動して刃具 (34)による切削を間欠切削の送り長 さだけ行なう工程を繰返すことで、 鋼管端部に所定量の面取りおよび平 面加工を施す

ことを特徴とする鋼管端部の加工方法。

2 . 前記装置本体 (14)の後退移動は、 前記回転盤 (22)の 0 . 1〜2回転 の間で完了するよう設定される請求項 1記載の鋼管端部の加工方法。

3 . 前記装置本体 (14)は、 鋼管端部から後退移動した位置で所定時間 だけ停止するよう設定されている請求項 1または 2記載の鋼管端部の加 ェ方法。