WO2015033533A1

WO2015033533A1 - 角状金属材の端部加工方法および装置

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Publication number: WO2015033533A1
Application number: PCT/JP2014/004373
Authority: WO
Inventors: 哲史小路; 林　宏優; 駒城　倫哉
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2015-03-12
Also published as: JPWO2015033533A1; TW201519975A; JP5892266B2

Abstract

　必要な切削速度を確保しつつ切り屑詰まりの発生を防止することができる角状金属材の端部加工方法および装置を提供する。角状金属材の一つであるスラブ１０の長手方向端部に対しフライス切削により切削加工を施すにあたり、円錐状の側面を有する工具本体２ａの側面に複数の切削チップ２ｂが設けられた切削工具２を用い、切削チップ２ｂをスラブ１０の端部コーナーに当てた状態で、切削工具２を回転させつつ、切削工具２をスラブ１０の幅方向に移動させながらスラブ１０を切削加工する。このとき、切削チップ２ｂとスラブ１０との接点において、切削工具の回転方向と移動方向とが一致するアップカット法を用いて切削する。

Description

角状金属材の端部加工方法および装置

　本発明は、連続鋳造（continuous casting）で製造されたスラブ（slab）や角ビレット（square billet）等の角状金属材（cuboid metal material）の端部に対して面取り加工等の切削加工を施す角状金属材の端部加工方法および装置に関する。

　連続鋳造で製造された鋳片（cast slab）は、ガス切断（oxygen cutting）によって所定の長さに切断されてスラブにされる。このとき、スラブの長手方向端部の上下面には、ガス切断でスラブの一部（a part of slab）が溶けることによりノロ（scarfing slag）と呼ばれる付着物が付着することが多い。また、スラブの表面欠陥除去のためにスカーフ処理（scarfing processing）が行われることがある。スカーフ処理によってスラブの端面には、フィン（fin）と呼ばれる、スカーフ処理で溶融された鋼の氷柱（つらら）状付着物が発生する。これらのノロやフィン等の付着物をスラブの長手方向端部（以下、単に端部ということもある）に付着させたまま熱間圧延（hot rolling）を行うと、小さな付着物であっても、圧延中にこれらの付着物を原因とする鋼板表面に小さな疵が発生する。そこで熱間圧延の前に前記の付着物を除去する技術が提案されている。

　例えば、特許文献１には、スラブ切断面下縁に付着するノロを砥石により研削除去する技術が開示されている。また、特許文献２には、スラブ端面下部に付着するノロを揺動刃により機械除去する技術が開示されている。

　また、本発明者らは、先に、フライス切削によりスラブ端部に対して面取り加工等の切削加工を行ってノロ等の付着物を除去する技術を提案している。この技術は、工具本体の円筒状または円錐状の側面に複数の切削チップを取り付けた切削工具を用い、その円筒状または円錐状の側面の切削チップをスラブ端部のコーナーに接触させた状態で回転させて、切削加工を行うものである。

特開平０４－２８３０６４号公報特開平０８－１４１７１４号公報

　特許文献１に記載された砥石（whetstone grindstone）による研削除去においては、研削（grinding）を行うグラインダーの処理能力が比較的小さい。そのため、処理対象として大きな面積を有するスラブ端面を研削する場合には相当の研削時間が必要となる。加えて、研削によって新たな研削バリ（burr）等が生じる場合もあり、その新たなバリ等を取るために別途複数回の研削作業を施す必要が生じる。そのためスラブ端面の研削作業全体で考えると長い処理時間を要することになる。よって研削作業のペースを一般的な連続鋳造設備（Continuous casting equipment）におけるスラブの生産ペースに合わせるためには、連続鋳造スラブの搬送ライン（transfer line）上に、複数の研削機（grinder）を配置する必要が生じる。そのため特許文献１に開示された発明を適用する場合、搬送ラインの構成が複雑になるとともに、研削機の導入費用や維持費用も嵩むこととなる。

　一方、特許文献２の技術では、スラブ端部の下面角部に残着した溶着物は除去することができるものの、下面角部以外の部位すなわちスラブ端部の板厚方向中央部や上面角部に残着したバリやフィンについては除去することができない。

　これに対して、フライス切削によりスラブ端部に対して面取り加工等の切削加工を行う技術は、このような問題を解決することができる。

　フライス切削によりスラブ端部を切削加工する際には、切削工具は、工具の摩耗が少なく工具寿命が長くなるように、通常、切削チップとよばれる切削工具とスラブとの接点において工具回転方向と工具進行方向が逆向きになるようなダウンカット法とよばれる切削手法が採用されることが多い。しかしながら、ダウンカット法では、切削チップの刃面（チップ面）に切り屑が付着しやすくなって切削を妨げることが判明した。特に、切削送り速度を高速にするために切削チップ数を増加させた工具を用いて切削量（切削長さ）の大きい切削を行った場合には、まず切削チップに付着した切り屑の上に重なるように次の切り屑が付着して、チップ数を増やしたために小さくなった切り屑排出溝が埋まり、切削を進行させることができなくなる事態が生じる。これに対しては、チップ数を減らすことによりある程度対応可能であるが、その場合には一つの切削チップの送り量には切削チップの強度から来る一定の限界があるため、必要な切削速度の確保が困難となる。

　本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、必要な切削速度を確保しつつ切り屑詰まりの発生を防止することができる角状金属材の端部加工方法および装置を提供することを課題とする。

　上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、
　角状金属材の長手方向端部に対しフライス切削により切削加工を施すにあたり、
　円錐状または円筒状の側面を有する工具本体と、その側面に設けられた複数の切削チップとを有する切削工具を用い、
　前記切削工具の前記切削チップを前記角状金属材の端部の所定位置に当てた状態で、前記切削工具を回転させつつ、前記切削工具を前記角状金属材の幅方向に移動させながら前記角状金属材の端部を加工する角状金属材の端部加工方法であって、
　前記切削チップと前記角状金属材との接点において、切削工具の回転方向と移動方向とが一致するアップカット法で切削することを特徴とする角状金属材の端部加工方法を提供する。

　本発明の第２の観点では、
　角状金属材の長手方向端部に存在する付着物をフライス切削により切削除去するにあたり、
　円錐状または円筒状の側面を有する工具本体と、その側面に設けられた複数の切削チップとを有する切削工具を用い、
　前記切削工具の切削チップを前記角状金属材の端部の所定位置に当てた状態で、前記切削工具を回転させつつ、前記切削工具を前記角状金属材の幅方向に移動させながら前記角状金属の端部を加工する角状金属材の端部加工方法であって、
　前記角状金属材の長手方向端部の付着物の付着物状況を把握し、その付着物を除去するのに必要な切削量を算出し、算出された前記切削量が予め設定された閾値以下であるか否かを判断し、
　前記閾値以下では、前記切削チップと前記角状金属材との接点において、前記切削工具の回転方向と移動方向とが逆向きとなるダウンカット法で切削を行い、
前記閾値を超えた場合には、前記切削工具の回転方向と移動方向とが一致するアップカット法で切削することを特徴とする角状金属材の端部加工方法を提供する。

　本発明の第３の観点では、
　角状金属材の長手方向端部に対しフライス切削により切削加工を施す角状金属材の端部加工装置であって、
　円錐状または円筒状の側面を有する工具本体と、その側面に設けられた複数の切削チップとを有する切削工具と
　前記切削工具を回転させる回転機構と、
　前記切削工具を前記角状金属材の幅方向に移動させる送り機構と
を具備し、
　前記切削工具の前記切削チップを前記角状金属材の端部の所定位置に当てた状態で、前記回転機構により前記切削工具を回転させつつ、前記送り機構により前記切削工具を前記角状金属材の幅方向に移動させ、
　前記切削チップと前記角状金属材との接点において、切削工具の回転方向と移動方向とが一致するアップカット法で切削することを特徴とする角状金属材の端部加工装置を提供する。

　本発明の第４の観点では、
　角状金属材の長手方向端部に存在する付着物をフライス切削により切削除去する角状金属材の端部加工装置であって、
　円錐状または円筒状の側面を有する工具本体と、その側面に設けられた複数の切削チップとを有する切削工具と、
　前記切削工具を回転させる回転機構と、
　前記切削工具を前記角状金属材の幅方向に移動させる送り機構と、
　前記角状金属材に付着している付着物の付着状況を検出する付着物検出手段と、
　前記付着物検出手段の情報に基づいて切削方法を選択し、前記回転機構および前記送り機構を制御する制御手段と
を具備し、
　前記制御手段は、前記角状金属材の長手方向端部の付着物の付着物状況を把握し、その付着物を除去するのに必要な切削量を算出し、算出された前記切削量が予め設定された閾値以下であるか否かを判断し、前記閾値以下では、前記切削チップと前記角状金属材との接点において、前記切削工具の回転方向と移動方向とが逆向きとなるダウンカット法で切削を行い、前記閾値を超えた場合には、前記切削工具の回転方向と移動方向とが一致するアップカット法で切削するように前記回転機構および前記送り機構を制御することを特徴とする角状金属材の端部加工装置を提供する。

　上記第１～第４の観点において、前記切削加工が、前記角状金属材の端部コーナーを面取り加工するものである場合が好適である。

　また、前記角状金属材には、スラブや角ビレットが含まれる。

　本発明の第１および第３の観点によれば、切削加工の際に、前記切削チップと前記角状金属材との接点において、切削工具の回転方向と移動方向とが一致するアップカット法を用いることにより、必要な切削速度を確保しつつ切り屑詰まりの発生を防止することができる。

　本発明の第２および第４の観点によれば、付着物の付着物状況を把握し、その付着物を除去するのに必要な切削量を算出し、算出された切削量が予め設定された閾値以下であるか否かを判断し、閾値以下では、ダウンカット法で切削を行い、閾値を超えた場合には、アップカット法で切削する。このため、切削量がダウンカット法でも切り屑詰まりが発生しない領域であればダウンカット法を使用し、切り屑詰まり発生リスクが大きい領域の場合はアップカット法を使用することができ、切り屑詰まりの防止と工具寿命の最大化を両立することが可能である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るスラブ端部加工方法を実施するためのスラブ端部切削装置を模式的に示す平面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るスラブ端部加工方法を実施するためのスラブ端部切削装置を模式的に示す側面図である。図３は、切削工具の一例を示す正面図および側面図である。図４は、図３の切削工具によりスラブを切削している状態を示す正面図および側面図である。図５は、アップカット法を説明するための図である。図６は、ダウンカット法を説明するための図である。図７は、付着物であるノロが付着したスラブ上面までの距離をレーザー距離計で測定する状態を示す模式図である。図８は、レーザー距離計で測定した距離データの例を示す図である。図９は、スラブ上面端部を切削する際の切削工具とスラブの位置関係を示す模式図である。図１０は、ダウンカット法で切削した際の切り屑の状態を説明するための図である。図１１は、アップカット法で切削した際の切り屑の状態を説明するための図である。図１２は、切削工具の他の例を示す正面図および側面図である。図１３は、図１２の切削工具によりスラブを切削している状態を示す側面図である。図１４は、図１２と類似の切削工具により本発明外の方法で切削している状態を示す図である。図１５は、本発明の第２の実施形態に係るスラブ端部加工方法を説明するためのフローチャートである。

　以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

　＜第１の実施形態＞
　図１は本発明の第１の実施形態に係るスラブの端部加工方法を実施するためのスラブ端部切削装置（cutting apparatus for slab edge）を模式的に示す平面図、図２はその側面図である。

　スラブ端部切削装置１００は、連続鋳造で製造され、ガス切断により切断されたスラブ１０に対して、端部のコーナーの面取り加工または端面加工をフライス切削によって行って、スラブ１０の端部に残存する付着物１３を除去するものである。なお、スラブに限らず角ビレットであってもよい。この切削装置１００は、レール１２上を走行する本体１と、本体１に回転可能に設けられた切削工具２と、本体１に進退可能に設けられた付着物検出手段として用いられるレーザー距離計（laser distance meter）３と、本体１を走行させる走行駆動部４と、切削工具２の上下位置および前後位置を変更するとともに切削工具２を回転させる工具駆動部５と、レーザー距離計３を進退させる進退駆動部６と、制御部７とを備えている。符号１１は、スラブ１０を搬送するためのテーブルローラである。

　本体１は車輪１ａを有し、走行駆動部４により車輪１ａを回転させることにより、本体１がレール１２上を図１の矢印方向に走行するようになっている。

　切削工具２は、工具駆動部５により回転されることにより、フライス切削によりスラブ１０の端部上下面の面取り加工を行ってスラブ１０の端部上下面に付着した付着物１３を除去するためのものである。付着物１３としては、スラブをガス切断するときに上下面端部に付着するノロや、スカーフ処理を行った後に端面に付着するフィンを例として挙げることができる。

　切削工具２は、図３（ａ）、（ｂ）の正面図および側面図に示すように、円錐状の側面を有する円錐台状の工具本体２ａと、工具本体２ａの円錐状の側面に設けられた複数の切削チップ２ｂとを有する。そして、切削工具２によりスラブ１０の上下面端部の角取り切削を行って付着物１３を切削除去するに際しては、図４に示すように、切削工具２の切削チップ２ｂをスラブ１０の上下面端部の角部（コーナー）に接触させた状態で、工具駆動部５によって切削工具２を回転軸２ｃを介して回転させつつ、走行駆動部４により本体１を矢印方向に移動させて切削工具２を送ることによりフライス切削を行う。このように切削することにより、スラブ１０の端部上下面のコーナーが、切り屑が薄片状でかつ長尺状、すなわちカンナ削り状に切削される。このときの切削工具２により切削除去される部分の形状は、工具駆動部５によって切削工具２の上下位置、前後位置をそれぞれ個別に、または同時に調整することによって、決定することができる。上下位置および／または切削工具２の円錐部分の角度θ（図３参照）を変更すること、または工具駆動部５により切削工具２の角度を変更可能にすることにより、切削除去される部分の角度を調整することも可能である。また、スラブ１０の端部上面コーナーを切削する際の切削工具２の位置と、端部下面コーナーを切削する際の切削工具２の位置とは、工具駆動部５により切削工具２を上下動することにより切り替えることができる。さらに、工具駆動部５により、切削工具２の回転方向を変えることができる。

　本実施形態では、切削工具２によるスラブ１０の端部上下面コーナーの切削に際しては、図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、切削チップ２ｂとスラブ１０との接点において工具回転方向と工具進行方向とが一致するような切削手法（アップカット法）が採用される。通常は、図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、切削チップ２ｂとスラブ１０との接点において工具回転方向と工具進行方向が逆向きになるダウンカット法が採用されるが、本実施形態では通常とは異なる手法で切削する。

　付着物検出手段としてのレーザー距離計３は、二次元のレーザー距離計であり、図７に示すようにスラブ１０に向けてレーザー光を照射することによりスラブ１０の上面までの距離を測定する。上面に付着物１３が存在する場合には、付着物１３の上面までの距離が測定される。なお、距離測定の基準位置はレーザー距離計３のレーザー射出位置としてもよいし、装置１００の所定の位置を基準位置としてもよい。レーザー距離計３は進退駆動部６により進退動が可能であり、これによりレーザー距離計３の位置合わせを行うことができる。レーザー距離計３は二次元のレーザー距離計であるので、広い範囲を一度に計測でき、スラブ１０の上面までの距離を、スラブ１０の長手方向の所定の幅に亘って一括して測定することができる。このため、付着物の状況把握の効率化が可能となる。本例では、このレーザー距離計３は、切削を行う切削工具２の工具移動方向の前方側に配置されており、本体１の移動にともなって切削工具２とともにスラブ１０の幅方向に移動可能となっている。また図示していないが、スラブ１０の下面側にも同様の二次元のレーザー距離計が設置されている。なお、レーザー距離計３は、本体１とは別個に移動するようになっていてもよい。ただし、本例のように本体１とともにスラブ１０の幅方向に移動可能なほうが簡便であり好ましい。

　ちなみに、スラブ端部切削装置１００に対するスラブ１０の置き位置の変動が小さい等によって、そのままでも付着物１３の長手方向全体が二次元のレーザー距離計の測定範囲内に収まるのであれば、進退駆動部６による二次元のレーザー距離計の進退動は必須ではない。

　二次元のレーザー距離計としては、例えば、株式会社キーエンス（KEYENCE CORPORATION）の製品型式ＬＪ－Ｖ７３００を用いればよい。

　制御部７は、レーザー距離計３の移動を制御するとともに、切削工具２による切削動作を制御する。最初に、制御部７は、進退駆動部６によりレーザー距離計３の位置決めを行わせ、次いで、レーザー距離計３から所定の幅でレーザーを照射して、レーザー距離計３に距離データを測定させる。そして、走行駆動部４によりレーザー距離計３を所定ピッチでスラブ幅方向に移動させ、各幅方向位置において必要に応じてレーザー距離計３をスラブ長手方向に移動させてスラブ１０の上面までの距離を測定させる。このとき、レーザー距離計３のスラブ幅方向の移動ピッチは、付着物１３を確実に検出できるように数ｃｍ以内であることが好ましい。

　なお、その際に、走行駆動部４によりレーザー距離計３をスラブ幅方向に連続的に走行させながら、スラブ１０の上面までの距離を測定させてもよい。

　例えば、スラブ幅方向に速度１６ｍ／ｍｉｎ＝１６０００ｍｍ／ｍｉｎで走行しながら、１０Ｈｚ（１０回／秒＝６００回／分）でデータを採取すれば、スラブ幅方向に１６０００÷６００＝２６．７ｍｍの間隔でデータを採取することができる。

　また、制御部７により、スラブ１０の上下面端部における付着物１３の残存状況を把握する。付着物１３の付着状況の把握にあたっては、まず、スラブ上面および下面の基準線を決定し、次いで、図８に示す、レーザー距離計３により測定した長手方向の距離データから、基準線より所定の値だけ距離が近くなっているところを、付着物が残存している部分と判断する。付着物１３が付着していないスラブの地鉄部についてはほぼ平坦な距離分布となっており、この部分については通常は直線で近似することができるため、この直線で近似した線を基準線とする。所定の値としては、付着物の大きさや距離計の測定精度を考慮すると２ｍｍ程度が適切である。このようなレーザー距離計３による長手方向の付着物の残存状況の検出動作を、スラブ幅方向に所定ピッチで移動させながら行わせることにより、スラブ幅方向に亘って付着物残存状況を把握することができる。

　次に、このように構成されたスラブ端部切削装置１００による付着物切削除去方法について説明する。なお、以下の方法は制御部７の制御の下に実施される。

　前述のようにして把握した付着物残存状況に基づいて、切削量と切削位置を決定し、スラブ１０の端部上下面のコーナーをフライス切削により面取り加工する。このとき、図４に示すように、切削工具２の切削チップ２ｂをスラブ１０の端部コーナーに接触させた状態で、工具駆動部５によって切削工具２を回転軸２ｃを介して回転させつつ、走行駆動部４により本体１を矢印方向に移動させて切削工具２を送ることによりフライス切削を行って、図９に示すように、付着物１３が完全に除去されるように、所定量の切削を行う。そのときの切削量は、図９のＬで示す切削長さで表される。

　本実施形態では、この切削の際に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、切削チップ２ｂとスラブ１０との接点において工具回転方向と工具進行方向が同じ向きになるようなアップカット法により切削を行う。

　このようなスラブ１０の端部コーナーをフライス切削する際に、通常行われる図６（ａ）、（ｂ）に示されるダウンカット法を用いた場合には、切削工具２のチップ面に切り屑が付着しやすくなって切削を妨げ、切り屑詰まりが発生しやすくなる。

　これに対し、アップカット法により切削することにより、必要な切削速度を確保しつつ、切削工具２の刃面への切り屑付着を極めて小さくすることができ、また、切り屑詰まりの発生も防止できることが判明した。

　その理由を以下に説明する。

　ダウンカット法で切削した場合の薄片状でかつ長尺状、すなわちカンナ削り状の切り屑は、図１０（ａ）のようになっている。図１０（ｂ）にこれを展開した模式図を示すが、切削開始時の切削チップの刃がスラブに食い込んだ部分では切り屑が厚く、また尖っている。切り屑は徐々に幅を増し、薄くなっていく。切り屑の先端部は刃の表面を滑ったあと、内巻きにカールする。刃がスラブを離れる直前に切り屑厚さは極限まで小さくなり、またチップ幅と同程度になる。さらに切り屑の切削終了部分は線状になっている。その後、刃はスラブから離れる。切削の進行中、刃は主軸（回転軸）から切削工具を介して与えられる運動エネルギーを用いて切り屑部分の金属をスラブ地金から引き剥がす。その過程で熱が発生するが、この熱は切削の進行によって後になるほど高温になると推定される。切削後半は切り屑が薄くなっており質量が小さく、その部分が高熱に晒される。このことから切り屑が刃に付着する現象とは、切り屑の薄い部分が高熱に晒された結果、切り屑の終端部分が溶融して刃に溶着し、安定的に残存していることであると推測される。

　これに対して、アップカット法でカンナ削り状に切削した際の切り屑は、図１１（ａ）のようになっており、図１１（ｂ）の展開した模式図に示すように、ダウンカット法とは反対の傾向を持つ。すなわち、切削開始時の刃がスラブに食い込んだ部分では切り屑が薄く、また切り屑の幅も有効刃幅分あるが、徐々に幅を減らし厚くなっていく。切り屑の先端部は刃の表面を滑ったあと、内巻きにカールするのはダウンカット法の場合と同様である。切り屑は、刃がスラブを抜ける直前に厚さが最大となり、尖った形状となる。その直後、刃はスラブから抜けて離れる。このように、切削後半に切り屑が厚くなり質量が大きいため、その部分が高熱に晒されても温度上昇が小さく、また切り屑の切削終了部分は尖っているので、切り屑の切削後半部が溶融してもごく局所的にとどまるため、切り屑が刃に溶着した場合でも溶着部分が小さいため容易に脱落し、その結果、刃がスラブから離れた時には切り屑が付着しないものと推測される。

　以上のことから、本発明は、切り屑の形状は、薄片状でかつ長尺状であるカンナ削り状であることが必須である。

　このように切り屑がカンナ削り状となるためには、工具本体２ａの円錐状の側面に設けられた切削チップ２ｂが、スラブ１０のコーナーに当たるようにすればよいが、このような連続した状態の切り屑を得るためには、円錐状に限らず、図１２に示すような円筒状側面を有する工具本体２ａ′とその円筒状の側面に設けられた複数の切削チップ２ｂ′とを有する平フライス型の切削工具２′を用いてもよい。ただし、この場合には、切削の際に、図１３に示すように、回転軸２ｃ′が面取りの稜線に概ね平行である必要がある。図１４に示すように、回転軸２ｃ′が面取りの稜線に直交する方向では、連続した状態の切り屑が得られない。ただし、図１４に示した切削工具を用いて、図１３に示したと同じように、回転軸２ｃ′が面取りの稜線に概ね平行になるようにして切削することは可能である。

　面取り加工における、切削工具２の工具本体２ａの円錐状の側面のスラブ上面および下面に対する角度θは、３０°～８０°の範囲にあればよい。およそ４５°が、切り屑が切削チップの刃に付着することを抑制する効果をもっとも大きくすることができる。平フライス型の切削工具２′も同様に、円筒状の側面のスラブ上面および下面に対する角度は、４５°に近いほうが好ましい。ただし、θが小さい場合は、切削量が多い場合には加工時に回転軸にかかるトルクが大きくなり、消費電力が大きくなることや切削チップの寿命にも影響があることなども考慮すると、より好ましいのは４５°～７０°の範囲である。

　以上は、スラブ端部のコーナーを面取り加工する場合について説明したが、端面全面をカンナ削りのアップカットで加工することも可能である。このとき、切削チップが取り付けられた円錐状側面または円筒状側面がスラブ端面に平行になるようにし、アップカット法で切削すればよい。平フライス型の切削工具２′の場合には、回転軸２ｃ′はスラブ上下面に直交する方向にある。

　この加工では、発生する切り屑を伸ばすと、長さ方向に厚みの差はあるが、形状は概ね長方形となる。これに対して、面取り加工の場合は、１枚の切削チップの刃の１回の切削進行の最初の部分が長方形、その後に刃が抜けるまでの部分の三角形となり、この２つを繋げた形状の切り屑となる。

　刃がスラブを抜ける直前に切り屑厚さが最大となるのは、面取り加工でも端面全面の切削でも同様である。切り屑形状は刃抜け時に、面取り加工時は切り屑が幅方向に尖るのに対して、端面全面を切削する際は刃の全体に接している。このため、切り屑の切削後半部が刃に溶着した場合は、溶着部分が大きいため脱落し難くなり、より切り屑付着が発生しやすいと考えられるので、アップカット法を用いる効果はより大きくなる。

　以上のように、本実施形態では、面取り加工等のスラブ端部を、円錐状または円筒状の側面を有する工具本体と、その側面に設けられた複数の切削チップとを有する切削工具を用いて切削加工する際に、切削チップとスラブとの接点において、切削工具の回転方向と移動方向とが一致するアップカット法にて切削するので、切削工具の刃面への切り屑付着を極めて小さくすることができ、また、切り屑詰まりの発生も防止できる。

　＜第２の実施形態＞
　次に、第２の実施形態について説明する。

　本実施形態においては、第１の実施形態と同様、図１、２に示した切削装置を用いて、フライス切削により、ガス切断により切断されたスラブ１０の端部のコーナーの面取り加工または端面加工を行って、スラブ１０の端部に残存する付着物１３を除去するが、その手法が第１の実施形態とは異なっている。

　上記第１の実施形態では、スラブ端部の切削加工に際して切削手法としてアップカット法を用いることを特徴としているが、アップカット法は工具寿命がダウンカット法に比べて短いとされる欠点がある。

　アップカット法を使用するメリットは、上述したように、切削工具への切り屑付着し難くすることによって、切り屑詰まりが生じることを回避できる点であるが、ダウンカット法であってもスラブ端部の切削加工の加工量が少なければ切り屑詰まりは発生しない。そこで、例えば、面取り加工量がＣ２０（スラブ端面側から長手方向の面取り長さが２０ｍｍ）以下であればダウンカット法でも切り屑詰まりが発生しないとすると、Ｃ２０以下になるような条件では、工具寿命を犠牲にしてまでアップカット法を採用する意義は薄いということになる。

　そこで、本実施形態では、切削装置１００の制御部７により、アップカット法とダウンカット法とを使い分けて付着物除去のための面取り加工を実施する。このときの面取り加工方法を図１５のフローチャートを参照して説明する。

　予め、制御部７に、使用工具や切削条件に応じて、ダウンカット法で切削しても切り屑詰まりが生じない閾値を設定しておく（工程１）。例えば、面取り加工量がＣ２０以下ではダウンカット法を用いても切り屑詰まりが発生しない条件のときは、加工量がＣ２０以下ではダウンカット法を用い、Ｃ２０超ではアップカット法を用いるように設定しておく。ここで、閾値は研削条件によって適宜設定することができることはいうまでもない。

　そして、切削加工に先立って、レーザー距離計３により、スラブ端部上下面に付着している付着物１３を検出する（工程２）。具体的には、第１の実施形態と同様、レーザー距離計３からレーザーを照射しつつ、進退駆動部６によりレーザー距離計３をスラブ長手方向に移動させて、スラブ１０の上面までの距離を測定し、長手方向の付着物１３を検出する。そして、このような長手方向の付着物の検出動作を、スラブ幅方向に所定ピッチで移動させながら行い、スラブ幅方向に亘って付着物残存状況を把握する。

　次に、この付着状況に基づいて、長手方向に最も長い付着物１３を確実に除去できるようにスラブ１０の上下面端部のコーナーを面取り加工する際の加工量（スラブ端面側から長手方向の面取り長さ）を決定する（工程３）。

　次に、このようにして決定した面取り加工の加工量と、使用工具や切削条件に応じて予め求めた閾値とを比較する（工程４）。

　比較した結果、決定した面取り加工の加工量が、閾値以下の場合には、ダウンカット法によっても切り屑詰まりが発生しないので、ダウンカット法を用いて切削加工を行う（工程５）。

　一方、決定した面取り加工の加工量が、閾値を超えた場合には、ダウンカット法では切り屑詰まりが発生するので、アップカット法を用いて切削加工を行う（工程６）。

　第２の実施形態によれば、付着物１３の付着状況に対応して面取り加工の加工量を決定し、その加工量がダウンカット法でも切り屑詰まりが発生しない領域であればダウンカット法を使用し、切り屑詰まり発生リスクが大きい領域の場合はアップカット法を使用するので、切り屑詰まりの防止と工具寿命の最大化を両立することが可能である。

　なお、本発明は、上記２つの実施形態に限定されず種々変形可能である。

　例えば、上記実施形態では、スラブ端部の付着物の残存状況を検出するために二次元のレーザー距離計を用いたが、これに限らず一次元のレーザー距離計を用いてもよい。ただし、一次元レーザー距離計はスポット状にレーザーを照射するので、所定の幅の距離を測定するためには、前記の進退駆動部６等によるレーザー距離計３の進退動が必要となる。また、スラブ端部近傍における付着物残存状況を把握することができれば、レーザー距離計以外の距離計や、撮像手段等のどのような計測手段を用いてもよい。

　切削装置本体は、レール上を車輪で移動する形態としたが、切削装置本体の移動方法も、どのような手段を用いてもよい。例えば、切削装置本体の駆動をボールねじ駆動としガイドレール上を移動する形態としてもよい。さらに、工具駆動部５により切削工具２の回転方向を変えることができるとしたが、これは切削工具２の回転方向を固定し、切削装置本体の移動方向を変えることで同等の効果が得られるようにしてもよい。

　また、上記実施形態では、加工対象として、連続鋳造によるスラブや角ビレットの鋼材を例にとって説明したが、これに限らず、角状のものであれば、鋼材に限らず他の角状金属材であっても適用可能である。また、付着物の除去を目的としない加工であってもよい。

　中心部直径が５００ｍｍで、θが４５°の円錐状の側面を有し、Ｃ５０までの面取り加工が可能な切削工具を用いて、スラブの面取り加工を行った。切削工具は、工具本体の円錐状側面に１６ｍｍ角の切削チップを径方向１列につき３～４個、また円周方向に４０列有するものとした。このような工具を用いて、工具の回転数１９０ｒｐｍ、工具送り速度２～８ｍ／ｍｉｎとして、面取り加工量Ｃ４０の加工を１回で行った。被切削材としては、幅が１～１．５ｍの炭素鋼スラブを用いた。なお、潤滑材使用や工具へのエア吹きは行っていない。

　このとき、切削チップとスラブとの接点において、工具進行方向と工具回転方向が逆向きのダウンカット法で切削した場合、２～８ｍ／ｍｉｎのいずれの工具送り速度でも切り屑詰まりが発生し、切削時の振動が非常に大きくなった。切削途中に停止、またはスラブ１枚の切削完了後に確認したところ、切り屑詰まりが１箇所ないし数箇所で発生していたほか、大部分の刃に切り屑が溶着していた。また欠損した刃も数枚みられた。振動や欠損の発生は、一部の刃が詰まりにより切削不能となった分、次の刃がまとめて切削するため、切削負荷が大きく変動したり、一刃送りが過大になったりすることが原因であると考えられる。スラブ１枚が切削終了できた場合でも、工具の切り屑詰まり除去清掃なしに次のスラブを切削することはできなかった。

　一方、切削チップとスラブとの接点において、工具進行方向と工具回転方向が同じ向きのアップカット法で切削した場合、２～８ｍ／ｍｉｎのいずれの工具送り速度でも切削中の過大な振動や、工具への切り屑詰まりが発生しなかった。また、刃への切り屑溶着は少量みられるのみであり、溶着した領域も有効刃幅のごく一部分のものが多数であった。

　このように、アップカット法により切削する場合には、ダウンカット法により切削する場合に比べて、面取り加工時の切り屑付着と切り屑詰まりが明らかに減少しており、アップカット法を用いることによる効果が確認された。

　１　本体
　２、２′　切削工具
　２ａ、２ａ′　工具本体
　２ｂ、２ｂ′　切削チップ
　３　レーザー距離計
　４　走行駆動部
　５　工具駆動部
　６　進退駆動部
　７　制御部
　１０　スラブ
　１１　テーブルローラ
　１２　レール
　１３　付着物
　１００　スラブ端部切削装置

Claims

　角状金属材の長手方向端部に対しフライス切削により切削加工を施すにあたり、
　円錐状または円筒状の側面を有する工具本体と、その側面に設けられた複数の切削チップとを有する切削工具を用い、
　前記切削工具の前記切削チップを前記角状金属材の端部の所定位置に当てた状態で、前記切削工具を回転させつつ、前記切削工具を前記角状金属材の幅方向に移動させながら前記角状金属材の端部を加工する角状金属材の端部加工方法であって、
　前記切削チップと前記角状金属材との接点において、切削工具の回転方向と移動方向とが一致するアップカット法で切削することを特徴とする角状金属材の端部加工方法。
　角状金属材の長手方向端部に存在する付着物をフライス切削により切削除去するにあたり、
　円錐状または円筒状の側面を有する工具本体と、その側面に設けられた複数の切削チップとを有する切削工具を用い、
　前記切削工具の切削チップを前記角状金属材の端部の所定位置に当てた状態で、前記切削工具を回転させつつ、前記切削工具を前記角状金属材の幅方向に移動させながら前記角状金属の端部を加工する角状金属材の端部加工方法であって、
　前記角状金属材の長手方向端部の付着物の付着物状況を把握し、その付着物を除去するのに必要な切削量を算出し、算出された前記切削量が予め設定された閾値以下であるか否かを判断し、
　前記閾値以下では、前記切削チップと前記角状金属材との接点において、前記切削工具の回転方向と移動方向とが逆向きとなるダウンカット法で切削を行い、
前記閾値を超えた場合には、前記切削工具の回転方向と移動方向とが一致するアップカット法で切削することを特徴とする角状金属材の端部加工方法。
　前記切削加工が、前記角状金属材の端部コーナーを面取り加工するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の角状金属材の端部加工方法。
　前記角状金属材がスラブであることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の角状金属材の端部加工方法。
　前記角状金属材が角ビレットであることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の角状金属材の端部加工方法。
　角状金属材の長手方向端部に対しフライス切削により切削加工を施す角状金属材の端部加工装置であって、
　円錐状または円筒状の側面を有する工具本体と、その側面に設けられた複数の切削チップとを有する切削工具と、
　前記切削工具を回転させる回転機構と、
　前記切削工具を前記角状金属材の幅方向に移動させる送り機構と
を具備し、
　前記切削工具の前記切削チップを前記角状金属材の端部の所定位置に当てた状態で、前記回転機構により前記切削工具を回転させつつ、前記送り機構により前記切削工具を前記角状金属材の幅方向に移動させ、
　前記切削チップと前記角状金属材との接点において、切削工具の回転方向と移動方向とが一致するアップカット法で切削することを特徴とする角状金属材の端部加工装置。
　角状金属材の長手方向端部に存在する付着物をフライス切削により切削除去する角状金属材の端部加工装置であって、
　円錐状または円筒状の側面を有する工具本体と、その側面に設けられた複数の切削チップとを有する切削工具と、
　前記切削工具を回転させる回転機構と、
　前記切削工具を前記角状金属材の幅方向に移動させる送り機構と、
　前記角状金属材に付着している付着物の付着状況を検出する付着物検出手段と、
　前記付着物検出手段の情報に基づいて切削方法を選択し、前記回転機構および前記送り機構を制御する制御手段と
を具備し、
　前記制御手段は、前記角状金属材の長手方向端部の付着物の付着物状況を把握し、その付着物を除去するのに必要な切削量を算出し、算出された前記切削量が予め設定された閾値以下であるか否かを判断し、前記閾値以下では、前記切削チップと前記角状金属材との接点において、前記切削工具の回転方向と移動方向とが逆向きとなるダウンカット法で切削を行い、前記閾値を超えた場合には、前記切削工具の回転方向と移動方向とが一致するアップカット法で切削するように前記回転機構および前記送り機構を制御することを特徴とする角状金属材の端部加工装置。
　前記切削加工が、前記角状金属材の端部コーナーを面取り加工するものであることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の角状金属材の端部加工装置。
　前記角状金属材がスラブであることを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載の角状金属材の端部加工装置。
　前記角状金属材が角ビレットであることを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載の角状金属材の端部加工装置。