(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転速度比を利用して回転体内の複数個の切削ツールを自在に且つ選択的に制御することができるオービタル式切削装置であって、
本体部のいずれか一面上に結合されて回転される主軸回転部と、
前記主軸回転部の前方面上に前記主軸回転部の中心部に向かって往復運動可能に結合され、把持された素材をオービタル方式で切削加工することができる複数個のツールユニット部と、
前記主軸回転部の反対側の前記本体部に前記主軸回転部と同期化されて回転可能に結合され、前記複数個のツールユニット部に動力を伝達して前記ツールユニット部を往復運動させる相対運動部と、
前記相対運動部の動力の伝達を受けるように前記ツールユニット部の各駆動軸の端部に前記相対運動部と選択的に噛み合うように形成される接続ギヤと、
選択された前記接続ギヤを前記相対運動部と噛み合わせるか離隔させるようにする操作部と、
前記主軸回転部と前記相対運動部の動きをコントロールする制御部とを含み、
前記主軸回転部は、駆動手段によって回転され、前記相対運動部は、前記主軸回転部の前記駆動手段とは別個の駆動手段によって回転される、
オービタル式切削装置。
【請求項２】
前記接続ギヤは、前記駆動軸の端部において前記操作部によって水平往復運動をしながら前記相対運動部と接触するか離隔してツール活性化またはツール非活性化されることを特徴とする、請求項１に記載のオービタル式切削装置。
【請求項３】
前記接続ギヤは、前記操作部のプッシャーによってワンタッチ方式で出入りが繰り返されることを特徴とする、請求項２に記載のオービタル式切削装置。
【請求項４】
前記ツールユニット部は、前記相対運動部の動力を前記駆動軸を通して受けて回転運動が垂直往復運動に変換されることを特徴とする、請求項１に記載のオービタル式切削装置。
【請求項５】
前記本体部は、前記素材の長手方向に前記制御部のコントロールによって往復運動可能になることを特徴とする、請求項１に記載のオービタル式切削装置。
【請求項６】
前記本体部は、前記素材の口径に応じて昇降されることを特徴とする、請求項１に記載のオービタル式切削装置。
【請求項７】
前記制御部は、各構成部の動き及び加工条件を入力または出力するＨＭＩタッチスクリーンを含むことを特徴とする、請求項１に記載のオービタル式切削装置。
【請求項８】
前記切削ツールの位置を感知してＸ軸方向の動きの基準点を提示するようにするツール感知センサを含むことを特徴とする、請求項１に記載のオービタル式切削装置。
【請求項９】
前記本体部の両側またはいずれか一側に前記素材を固定するように設けられるクランプ部を含み、前記クランプ部は、少なくとも一つ以上の駆動機を用いてクランプホイールを回転させ、前記クランプホイールの回転によって複数のジョーが前記素材を締めるように狭まったり広がったりするように動き、前記クランプホイールや駆動機には動きを前記制御部にフィードバックするスケールが設けられて前記クランプ部の動きを精密にコントロールすることを特徴とする、請求項１に記載のオービタル式切削装置。
【請求項１０】
前記ジョーは、前記素材の外部から狭まって締めるか、または前記素材の内部から広がって締める形態に構成されることを特徴とする、請求項９に記載のオービタル式切削装置。
【請求項１１】
前記主軸回転部と前記相対運動部の各駆動手段は、各々の負荷量を相互監視して同期化の精密度を高めることを特徴とする、請求項１に記載のオービタル式切削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オービタル式切削装置に関し、より詳しくは、同期化された各ホイールの回転速度比によって素材に進入する複数の切削ツールの動きを自在に且つ選択的に制御することができるオービタル式切削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配管の切断技術に関連して配管のサイズが徐々に大型化及びヘビー化されるに伴って、固定された配管の外周を切断ツールが回りながら一定深さに少しずつ削っていって切断するオービタル式切断装置が開発されている。このようなオービタル式配管切断装置は、切断ツールと面取ツールを同時に装着して切断はもちろん面取まで行うことができる。
【０００３】
上述のようなオービタル式切断／面取装置の一例として、図１及び図２に示されている装置（以下、先行技術１という）がある。上記先行技術１は、図１及び図２に示されているように、管材Ｐが中心に位置しながら固定されるように本体１０を備え、この本体１０のいずれか一側（前方側）に管材Ｐが貫通されながら電動モータ１５によって回転される回転体２０を結合させ、回転体２０の前方に切断ツール３１及び面取ツール３２を対向するように（または２個以上が均衡に）装着し、回転体２０が１回転する毎に切断ツール３１及び面取ツール３２が所定の長さに垂直運動（管材の中心方向）可能になっているものである。この時、切断ツール３１及び面取ツール３２は、回転体２０の前方面で管材Ｐの中心方向に往復運動可能にガイドされるブロック４０に装着され、このブロック４０は再び回転軸５０に螺合され、回転軸５０の上端には歯車５１が形成される。従って、この歯車５１が本体１０から突出された係部６０によって接触される毎に回転軸５０が歯車５１の回転角度だけのピッチでブロック４０を垂直運動させてブロック４０に装着された切断ツール３１及び面取ツール３２が管材Ｐの中心方向に入っていくようにするものである。
【０００４】
上記のような先行技術１は、切断ツール３１及び面取ツール３２が管材Ｐを中心に一周公転する毎に一定の深さにくい込みながら管材を切断するか又は同時に面取できる装置であるが、切断ツール／面取ツールの動きを任意に制御することができない限定的な技術である。即ち、上記先行技術は、回転体２０が運動中の場合に切断ツール／面取ツールを任意に調節することができないのである。
【０００５】
切断ツール／面取ツールを任意に調節することができないということは、被加工物の大きさと材質、種類などによって切削条件を変えることができないということである。これは、切削効率の低下はもちろんのこと、切削自体を不可能にする場合も発生している。また、切削作業が完了した後に切断ツール／面取ツールを元の位置に戻すために回転体を再び逆に回すか又は別途の逆回転手段を用いて元の位置に戻す作業を行わなければならない煩わしさがある。
【０００６】
また、先行技術１の切断／面取装置は、作業中に切断ツール／面取ツールが鈍ったり破損する場合を予測しにくいため、切断ツール／面取ツールの損傷に因る被加工物の焼損が頻繁に発生した。即ち、先行技術１のような切断／面取装置でツールが鈍ったり破損した状態の場合、ツールの異常条件に因り被加工物が切削されない状態であるにもかかわらず、ツールは歯車の回転によって被加工物側にくい込み続ける作用を繰り返すことになる。このような状態が繰り返されるにつれてツールと被加工物との間に負荷が増え、この負荷はツール全体または被加工物を破損させる結果をもたらすことになる。
【０００７】
また、先行技術１の切断／面取装置は、多様な形状の加工が不可能であるとの問題点、一定厚さ以上の厚い管材を切削することができないという問題点、歯車と係部との衝突による破損の問題点、切削深さに対する調節の問題点、そして面取角度及び形状によって面取刃を随時取り換えなければならない問題点などを解決することができていない。
【０００８】
これら問題をより詳しく説明すると、先行技術１は、図３のような作業手順で管材を加工する。即ち、カットツール３１と面取ツール３２を、図３の一番目の図面のように管材Ｐに進入させながら徐々に深く進入させて２〜４番目の手順で加工して切断と共に面取がなされるようにするものである。従って、先行技術１による管材の加工は、図４の（ａ）のようなカット加工と、（ｂ）のようなカット及び一面面取加工に局限して加工可能であるとの限界がある。
【０００９】
また、図５に示されているように、管材を切断するためのカットツール３１は、切断する管材の厚さ（ｔ）よりも更に長いものであってこそカットが可能になるのは当然のことである。但し、厚さ（ｔ）が数十ｍｍ以上の管材を切断しようとカットツールの長さ（Ｌ）を長くすると、カットツールが切削時に受ける力に耐えられず容易に破損することになる。
【００１０】
また、図６に示されているように、管材の切断面に開先加工しようとする面取ツール３２の刃部長さ（ｌｂ）は、切削しようとする管材の傾斜面よりも長い長さを有さなければならないのは当然のことである。但し、図７に示されているように、面取刃部の長さ（ｌｂ）が切断刃部の長さ（ｌｃ）よりも相当長いため、その刃部もそれに相応する負荷に耐えなければならない。
【００１１】
また、先行技術１は、切削ツールが１回転毎に定められた深さ値によって中心部へ切削加工される方式で、切削時に受ける負荷と面取時に受ける負荷、即ち、抗切削力（Ｐ）が異なって作用されることが分かる。ここで、抗切削力（Ｐ）は、切削される被削材の材質による比切削抵抗（Ｋｓ）と切削幅（ｌ）と加工深さ（ｄｐ）によって決まり、数式で表わすと次の通りである。
【００１２】
【数１】
0006378825.tif 000002
0006378825.tif 000003
従って、図７の（ｂ）に示されているように、切断のための切削チップの使用時には被削材の材質による比切削抵抗を無視し切削幅（ｌｃ）と加工深さ（ｄｐ）の予測が可能であってピッチを算定すればよいが、面取作業時には図７の（ａ）に示されているように、管材の厚さ（ｔ）によって切削幅（ｌｂ）が変化するため、面取加工の適当なピッチ（１回転当たり加工される深さ）値の選定が難しくなるのである。このような理由により多様な作業の要件を満たせず商用化が困難であったもので、面取ツールの頻繁な破損またはこれを克服しようとする機具設計に問題があるのである。
【００１３】
また、歯車が係部に係って一定角度回転する毎にカットツール及び面取ツールが下降しながら一定深さに切削することになるが、管厚さが数十ｍｍ以上の管材を切断及び面取しようとすると、歯車と係部とがぶつかる数百回の衝撃によって歯車とその下部の付属品及び係部などが破損し得る問題が生じる。例えば、歯車が５個の突起を有するとして、歯車１回転時１ｍｍのピッチ（pitch）で、管厚さが２０ｍｍの場合は、管材１ｍｍの切削のために係部と各々の歯車は５回衝突することになり、２０ｍｍを加工するためには１００回衝突しなければならない。このような作業を一日に１００回したら、１０,０００回の衝突が発生し、１００日作業したら１,０００,０００回の衝突が発生することになる。このような衝突は、高速回転時に更に大きい衝撃量が発生することになり、装置の耐久性に大きい悪影響を及ぼすものである。
【００１４】
更に、先行技術１は、係部に歯車が係った時にだけ一定の深さに切削がなされるため、この切削深さを任意に調節できなくなり、被加工物の選択の幅が狭くなる。即ち、被加工物は、その材質によって、又は使用するツールの種類によって、切削速度、切削深さなどが定まるが、先行技術はこのような加工条件が存在しても、これを調節することができないという問題がある。
【００１５】
また、管材はその種類及び設計によって面取角度が変わり得るが、先行技術は、面取角度の変更のためには必ず面取ツールを取り換えなければならないという不便な点もある。
【００１６】
上記のような従来技術の問題点を克服するために、本発明者は切削ツールの進入及び後退を自在に制御することができ、切削ツールが切削材料である円形材の直角方向だけでなく軸方向にも動けるようにして、切断及び面取はもちろんのこと、多様な形状のパターン加工が可能であり、数十ｍｍ以上の厚さを有する管材や難削材などのヘビーパイプ（HEAVY  PIPE）の切断と面取作業を同時に行える方案を模索するようになった。
【００１７】
特に、回転体内でツールの動きを自在に制御することができる方法に関して様々な方案を模索し、その結果、第一に無線通信による制御方法と、第二に遠心力による制御方法と、第三に油圧による制御方法と、最後に回転速度比を利用した制御方法が提案された。
【００１８】
第一の提案技術である無線通信によるツール制御方法は、本出願人／発明者により韓国特許第１４０７３２７号（2014.06.09.登録）に提案され、第二の提案技術である遠心力によるツール制御方法は同様に韓国特許第１４０７３２８号（2014.06.09.登録）に提案され、第三の油圧によるツール制御方法は韓国特許第１４１５５１３号（2014.06.30.登録）に提案され、回転速度比を利用したツール制御方法は、未公開であるが韓国特許出願第２０１４−００６６４８０号（2014.05.30.出願）に提案されている。
【００１９】
第四の提案技術である複数個のホイールに対する回転速度比を利用したツール制御方法に関する代表的な関連技術は次の通りである。
【００２０】
先行技術２：ＵＳ５，６０５，０８３号（1997.02.25.，公開）（発明の名称：Pipe  cutting  apparatus  with  differential  speed  rotatable  ring  cutter  actuation）
先行技術３：ＪＰ２００１−０９６４２１号（2001.04.10.，公開）（発明の名称：パイプ切断装置）
先行技術４：ＪＰ２００３−１１７７２０号（2003.04.23.，公開）（発明の名称：パイプ切断装置）
先行技術５：ＥＰ２０８５１６９号（2012.07.11.，公開）（発明の名称：Pipe  cut-off  apparatus）
先行技術２及び先行技術５は、同一の発明者によって出願されたものであり、回転体にツールを装着した後、回転体と相対的に回転されるリングギヤをツールと連動されるように設けて回転体とリングギヤの速度比によってツールの動きを制御する方法が提示されている。
【００２１】
先行技術３は、回転体内に複数の遊星歯車を装着し、この遊星歯車にツールを装着した後、遊星歯車の回転を回転体と相対的に動くようにしてツールの動きを制御する方法が提示されている。
【００２２】
また、先行技術４は、回転体にツールを装着した後、このツールと連動された２段複合ギヤを回転体内に設け、２段複合ギヤの特定ギヤと噛合されることによってツールの動きを制御する方法が提示されている。
【００２３】
総合して見ると、回転速度比に関連する先行技術は、回転体に装着されているツールの上下運動または旋回運動を制御するために回転体と相対的に回転される制御ホイールを備えていることと把握され、本発明者が最初に提示しようとした技術が先行技術によって既に公知となっていることが分かった。
【００２４】
オービタル式パイプ切断装置で回転速度比を利用したツール制御方法に関連して本発明者により新たに提案される事項は、回転体に最小２個以上のツールを装着した後、該２個以上のツールを選択的に制御することができる技術に関するものである。すなわち、先行技術２、３、４、５は、一つまたは複数個のツールを選択的にまたは独立的に個別制御することはできていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】米国特許第５，６０５，０８３号公報
【特許文献２】特開第２００１−０９６４２１号公報
【特許文献１】特開第２００３−１１７７２０号公報
【特許文献１】欧州特許第２０８５１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、複数個の切削ツールの進入及び後退を自在に且つ選択的に制御することができ、切削ツールの進入及び後退だけではなく、切削素材の軸方向にも動けるようにして、切断及び面取はもちろんのこと、多様な形状の加工が可能であり、数十ｍｍ以上の厚さを有する管材やヘビーパイプ（HEAVY  PIPE）の切断と面取作業を同時に行えるようにするオービタル式切削装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記のような課題を解決するために、本発明は、本体部のいずれか一面上に結合されて回転される（Ｃ軸）主軸回転部；主軸回転部の前方面上に主軸回転部の中心部に向かって往復運動（Ｘ軸）可能に結合され、把持された素材をオービタル方式で切削加工することができる複数個のツールユニット部；主軸回転部の反対側の本体部に主軸回転部と同期化されて回転可能に結合され、複数個のツールユニット部に動力を伝達してツールユニット部を往復運動させる相対運動部；相対運動部の動力の伝達を受けるようにツールユニット部の各駆動軸の端部に相対運動部と選択的に噛み合うように形成される接続ギヤ；選択された接続ギヤを相対運動部と噛み合わせるか離隔させるようにする操作部；及び、主軸回転部と相対運動部の動きをコントロールする制御部；を含むことを特徴とする回転速度比を利用して回転体内の複数個の切削ツールを自在に且つ選択的に制御することができるオービタル式切削装置を提供する。
【００２８】
この時、接続ギヤは、駆動軸の端部において操作部によって水平往復運動をしながら相対運動部と接触するか離隔してツール活性化またはツール非活性化されることができる。
【００２９】
ここで、接続ギヤは、操作部のプッシャーによってワンタッチ方式で出入りが繰り返されるようにすることができる。
【００３０】
または、操作部は、水平往復運動するプッシャーを有し、プッシャーは、接続ギヤをプッシュするか又は接続ギヤを固定しているストッパを押すように、２個のプッシャーが別個に備えられるか、２個のプッシャーが二重に構成されるようにすることもできる。
【００３１】
そして、相対運動部と噛合される接続ギヤの前側は外径がテーパー状に形成されて、接続ギヤと相対運動部の初期噛合時、噛み合いの遊びを発生させることができる。
【００３２】
また、制御部は、複数個の接続ギヤが相対運動部と噛み合っているか又は離隔しているかを、主軸回転部を１〜数回回転させながらセンサにより各々チェックして各ツールの接続状態をモニタリングすることもできる。
【００３３】
そして、制御部は、各々の接続ギヤが定位置に正しく装着されているかを操作部を通して各々の接続ギヤを一回ずつ再装着するように整列することもできる。
【００３４】
本発明は、本体部のいずれか一面上に結合されて回転される主軸回転部；主軸回転部の前方面上に主軸回転部の中心部に向かって往復運動可能に結合され、把持された素材をオービタル方式で切削加工することができる複数個のツールユニット部；主軸回転部の反対側の本体部に主軸回転部と同期化されて回転可能に結合され、複数個のツールユニット部に動力を伝達してツールユニット部を往復運動させる相対運動部；主軸回転部と相対運動部の動きをコントロールする制御部；を含み、相対運動部には内外に結合された複数個の制御ホイールが複数個のツールユニット部と各々連結され、複数個の制御ホイールは主軸回転部と同期化されてツールユニット部の往復運動を個別的に制御することを特徴とする回転速度比を利用して回転体内の複数個の切削ツールを自在に且つ選択的に制御することができるオービタル式切削装置を提供することもできる。
【００３５】
この時、制御ホイールには固定ホイールが結合されて本体部に定着され、各制御ホイールの間には自由ホイールが内蔵されてベアリングの動きを自在にすることができる。
【００３６】
上記オービタル式切削装置のツールユニット部は、相対運動部の動力を駆動軸を通して受けて回転運動が垂直往復運動に変換されるようにすることが望ましい。
【００３７】
そして、本体部は、素材の長手方向（Ｚ軸）に制御部のコントロールによって往復運動可能になり得る。
【００３８】
また、本体部は、素材の口径に応じて昇降されるようにすることもできる。
【００３９】
また、制御部は、各構成部の動き及び加工条件を入力または出力するＨＭＩタッチスクリーン（ＨＭＩ，Human  Machine  Interface）を含むことができる。
【００４０】
また、素材を本体側に供給または排出するように本体の両側またはいずれか一側に設けられるスタンド部を更に含むこともできる。
【００４１】
この時、スタンド部と本体部の間には供給または排出される素材を精密に出入りさせるように制御部のコントロールによって往復運動する水平移動装置を更に含むこともできる。
【００４２】
そして、切削ツールの位置を感知してＸ軸方向の動きの基準点を提示するようにするツール感知センサを含むこともできる。
【００４３】
ここで、ツール感知センサは、該当ツールユニット部のツール先端が接触することを感知するタッチ板を含み、ツール感知センサは、該当ツールユニット部のツール取り換え後の基準点センシングのために着脱可能に設けられることが望ましい。
【００４４】
本発明のオービタル式切削装置は、本体部の両側またはいずれか一側に素材を固定するように設けられるクランプ部を含み、クランプ部は、少なくとも一つ以上の駆動機を用いてクランプホイールを回転させ、クランプホイールの回転によって複数のジョーが素材を締めるように狭まったり広がったりするように動き、クランプホイールや駆動機には動きを制御部にフィードバックするスケールが設けられてクランプ部の動きを精密にコントロールすることができる。
【００４５】
この時、ジョーは、素材の外部から狭まって締めるか、または素材の内部から広がって締める形態に構成されることができる。
【００４６】
また、本発明のオービタル式切削装置は、主軸回転部と相対運動部の各駆動手段が各々の物理量を相互監視して同期化の精密度を高めることもできる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によるオービタル式切削装置は、回転体上に装着されている切削ツールが外部の制御によって自在に進入及び後退可能であるという利点がある。
【００４８】
本発明によるオービタル式切削装置は、少なくとも一つ以上を備えた切削ツールが素材を中心に回転しながら、これと同時にパイプの中心方向及び長手方向への動きが可能になることから、素材の切断加工、切断と同時に面取加工、面削り加工及び特殊形状の加工が可能になるとの利点がある。
【００４９】
本発明によるオービタル式切削装置は、ヘビーパイプ（HEAVY  PIPE）または数ｍｍ〜数十ｍｍ厚さの素材を切断と同時に面取する加工においても、一つの切削ツールによって、“Ｖ字”、“Ｕ字”、“二重開先”形態などに徐々にくいこみながら加工することができ、切削ツールが下降できる範囲内の厚さなら、どのような素材でも一つのツールによって多様な形状に高速切削することが可能になる。
【００５０】
本発明によるオービタル式切削装置は、標準化された切削ツールを使用するため、比較的広い幅の面を一度に削らなければならない高価な面取ツールを使用する従来技術よりもメンテナンスの面で経済的であるとの利点がある。また、従来技術のように面取角度によって面取ツールを取り換えなくても面取範囲を自在に設定して加工することができるという利点がある。
【００５１】
本発明によるオービタル式パイプ切削装置は、旋盤加工では不可能であった非線形素材なども自在に固定した後、所望の形態に加工できることから、旋盤の対応技術としても活用可能になり得る。
【００５２】
本発明によるオービタル式パイプ切削装置は、供給素材の入力、加工方法条件の入力など素材の入出力と加工形態を全て入力して、工場自動化が可能になり得る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】先行技術１によるパイプカット及びベベルマシンを示した正面図である。
【図２】先行技術１によるパイプカット及びベベルマシンを示した側面図である。
【図３】先行技術１によるパイプカット及びベベルマシンでカットと面取を同時に行う作業工程を順に示した図面である。
【図４】先行技術１によるパイプカット及びベベルマシンで行える加工例を示した図面である。
【図５】先行技術１によるパイプカット及びベベルマシンでのカットツール長さと管材厚さとの関係を示した図面である。
【図６】先行技術１によるパイプカット及びベベルマシンでの面取ツール長さと管材厚さとの関係を示した図面である。
【図７】図６のような面取ツールが切削時に受ける力の関係を示した図面である。
【図８】本発明の第１実施例によるオービタル式切削装置を示した図面である。
【図９】図８の主軸回転部及び相対運動部の主要部を拡大して示した図面である。
【図１０】接続ギヤが活性化または非活性化される態様を示した図面である。
【図１１】クランプ部を概略的に示した図面である。
【図１２】本発明によるオービタル式切削装置に素材を供給及び排出するスタンド部及び水平移動装置が設けられた態様を示した図面である。
【図１３】本発明によるオービタル式切削装置を用いて加工することができる例を示した図面である。
【図１４】図１３の一番目の例示のような切断と同時に斜線方向の開先作業が可能な加工方法を示した図面である。
【図１５】本発明によるオービタル式切削装置に複数個の切削ツールが必要な場合を説明するための例示図である。
【図１６】ツールセッティング用タッチセンサを示した図面である。
【図１７】素材を把持するときのジョーとスケールの作用を説明するための図面である。
【図１９】本発明の第２実施例によるオービタル式切削装置の主要部のみを示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
本発明によるオービタル式切削装置は、オービタル式で素材を切削できるようにツールが装着されている主軸回転部と、主軸回転部と隣り合って設けられツールに動力が伝達されるようにしてツールが素材側に進入または後退するようにする相対運動部とを備え、この相対運動部と主軸回転部を同期化させることを基本構成とする。従って、主軸回転部の回転速度に比例して相対運動部の回転速度を調節することにより、ツールが主軸回転部に沿って素材のまわりを公転している間も相対運動部から伝達された動力によってツールの進入と後退及び停止を自在に制御することができるようになる。
【００５５】
本発明によるオービタル式切削装置は、複数個のツールを備えており、この複数個のツールのうち少なくともいずれか一つ以上を自在に且つ選択的に制御できるようにする構成を有している。このように複数個のツールを制御するための方法により、第１実施例では複数個のツールのうち少なくともいずれか一つ以上のツールを選択的に同時制御することが特徴であり、第２実施例では各々のツールを独立的に制御することが特徴である。
【００５６】
本発明では、素材を切削するための運動の方向によって少なくとも２軸以上の構成を有することができる。すなわち、主軸回転部の回転運動によってツールが素材を削り取る力が発生する回転運動（主分力）を“Ｃ軸”と称し、相対運動部の回転運動によってツールが素材側に進入または後退する往復運動（背分力）を“Ｘ軸”と称することにする。また、主軸回転部が結合されている本体部が素材の長手方向に沿って移送されることもでき、このような本体部の水平往復運動（送り分力または横分力）を“Ｚ軸”と称する。
【００５７】
このような主分力、背分力、送り分力は、棒材及び管材を切削する旋盤加工において主によく用いられている用語である。旋盤加工は、棒材を主軸に噛ませた後、高速回転し、この回転される棒材に背分力及び送り分力を有するように切削ツールを進入させて切削加工するのである。
【００５８】
この時、旋盤は、棒材などの素材が高速に回転されなければならないため、直線形態の棒材と、そして棒材の太さによって加工が適用される限界があった。すなわち、棒材が高速で回転することになるため、精密な同心度を維持するために偏心している棒材は使用が制限され、これによりカムシャフト加工、非線形素材などの加工においては一切適用されないものであった。
【００５９】
しかし、本発明によるオービタル式切削装置のような場合、素材が固定されている状態でツールユニット部が主軸によって素材のまわりを回るため、旋盤におけるように素材の同心度を必ず合わせなければならない理由もないばかりか、素材の形状などにも多くの制約事項がなくなって、旋盤加工の対応技術としても活用が可能であり得る。
【００６０】
以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施例による回転速度比を利用して回転体内の複数個の切削ツールを自在に且つ選択的に制御することができるオービタル式切削装置を説明する。
【実施例１】
【００６１】
図８は、本発明の第１実施例によるオービタル式切削装置を示した図面であり、図９は、図８の主軸回転部及び相対運動部の主要部を拡大して示した図面である。
【００６２】
図８及び図９を参考とすると、本発明の第１実施例によるオービタル式切削装置１００は、基本的に備えなければならない本体部１０１と、主軸回転部１１０と、複数個のツールユニット部１２０と、相対運動部１３０と、操作部１７０と、クランプ部１４０と、制御部とを含み、主軸回転部１１０と相対運動部１３０は制御部によって同期化される。
【００６３】
先ず、本発明で使用される素材について簡略的に説明する。使用される素材ｐは、図示されているような長い管材または棒材であり得、このような管材または棒材は円形や角形であり得る。また、必ずしも直線形態で長い形状とは限らず、エルボのように曲がった形態など本体１０１の中心に位置させることができるものであればどのようなものでも可能である。本発明の望ましい実施例では、十分な理解を助けるために素材をパイプとして例示したが、必ずしもパイプでなくても構わない。
【００６４】
本体部１０１は、主軸回転部１１０と相対運動部１３０など各種構成が内部及び外部に設けられる基礎となるものであり、各構成要素の配置及び結合条件などによって形態が定められ、特定の形状に限定しなくてもよい。この時、本体部１０１の中心部は、素材ｐが貫通されるように穿孔された形態を有する。または、図示されてはいないが、本発明によるオービタル式切削装置が素材の断面のみを加工する専用機器として活用されるのならば、本体部１０１は必ずしも素材が貫通されるように穿孔される形態でなくても構わない。
【００６５】
このような本体部１０１のいずれか一面上には主軸回転部１１０が設けられる。
【００６６】
主軸回転部１１０は、素材を切削するための“Ｃ軸（主分力）”運動の構成であり、本体部１０１に回転可能に装着された駆動ホイール１１１を有し、別途の主軸駆動手段１１２によって回転運動する。主軸駆動手段１１２としては、電動機が例に挙げられ、相対運動部１３０と同期化されて精密に制御するためにサーボモータが用いられることが望ましい。このような主軸駆動手段１１２と駆動ホイール１１１は、ギヤ、ベルト、チェーンなど多様な動力伝達手段によって連結されて動力を伝達させることになり、本発明の望ましい実施例では駆動ホイール１１１に主軸プーリーを形成し、この主軸プーリーと主軸駆動手段１１２にタイミングベルトＶをかけて連結させた。
【００６７】
主軸回転部１１０の駆動ホイール１１１には素材ｐを切削するための複数個のツールユニット部１２０が設けられる。
【００６８】
本発明によるツールユニット部１２０は、少なくとも２個以上ならば別途のツールチェンジなしに特定形態の加工を完了することができる。もちろん、１個のツールユニット部だけでも繰り返し作業によって所望の形状の加工が可能であるが、回転運動による均衡や加工の効率的側面を考慮して最小２個を基本構成として提案する。
【００６９】
このような各々のツールユニット部１２０は、駆動ホイール１１１の前面部から駆動ホイール１１１の中心部に向かって“Ｘ軸（背分力）”運動可能なように結合されるツールホルダ１２２と、ツールホルダ１２２の端部に装着される切削ツール１２１を有し、駆動ホイール１１１の後面部で相対運動部１３０の回転運動の伝達を受ける駆動軸１２３と、上記駆動軸１２３の回転運動を受けて上記ツールホルダ１２２を直線運動させる運動変換手段を含む。
【００７０】
運動変換手段としては、回転運動の方向を変えた後、これをボールねじで直線運動に変換する先行技術２のような形態を一例に挙げることができる。しかし、回転運動を直線往復運動に変えるメカニズムならば、本発明の実施例としてどのようなものでも可能である。本発明において現存する運動変換メカニズムの他に特に提案するものはない。よって、運動変換手段に関する具体的な構造及び作用の説明については省略することにする。
【００７１】
このような各々のツールユニット部１２０の駆動軸１２３には、相対運動部１３０の回転運動の伝達を受ける接続ギヤ１２５が形成される。各々の接続ギヤ１２５は、該当ツールユニット部１２０が相対運動部１３０と連結されて活性化されるか、または相対運動部１３０と連結されず非活性化されることができるように水平往復運動しながら選択的に接続する。このような接続ギヤ１２５は、駆動軸１２３に回転方向には拘束力を有しながら水平往復運動が可能なように結合され、外部から作用する力によって往復運動するように設計される。すなわち、接続ギヤ１２５は、ワンタッチ方式であり、一回のプッシュで後ろにプッシュされて停止され、次回のプッシュで前に突き出されて停止されるタイプのものである。
【００７２】
例えば、ワンタッチ方式で出入りするプッシュボタンタイプを例に挙げることができる。また、第１のプッシュは接続ギヤ１２５をプッシュして移動固定させ、第２のプッシュは接続ギヤ１２５を固定させているストッパを押して接続ギヤ１２５の固定を解除することもできる。そして、プッシャーが回転されることができるようにして、この回転運動で接続ギヤ１２５をボールねじによって直線運動させることもできる。
【００７３】
図１０は、接続ギヤが活性化または非活性化される態様を示した図面であり、同図面に示されているように、本発明の望ましい実施例では、上記のような３通りの例のうち二番目に該当する形態で実施した。すなわち、接続ギヤ１２５をスプリング１２７の反力によって駆動軸１２３の端部へプッシュする力を発生させた状態で、外部のプッシャーによって接続ギヤ１２５を駆動軸１２３の内側へプッシュして後退させると（第１のプッシュ）、駆動軸１２３の内部に位置していたストッパ１２６が突き出て接続ギヤ１２５の前側を止めて停止させることができる。そして、プッシャーの第２のプッシュによって今度はストッパ１２６を押すと、後退していた接続ギヤ１２５はストッパ１２６による停止が解除されてスプリング１２７の反力により前進することになる。
【００７４】
本発明による接続ギヤ１２５は、図９の拡大図に示されているように、接続ギヤ１２５の一側、すなわち、接続ギヤ１２５が制御ホイール１３１に噛合される前側部分にテーパー状の傾斜面１２５ａが形成されるようにするのが好ましい。このようなテーパー状の傾斜面１２５ａは、接続ギヤ１２５が制御ホイール１３１のギヤと噛み合うときに接続ギヤの歯と制御ホイールの歯が正確に一致しなくても制御ホイール１３１のギヤの歯の間に入り込んで噛合されることができるようにするためである。敷衍すれば、接続ギヤ１２５が活性化されるためには、図１０の第２のプッシュのような状態から第１のプッシュのような状態に移動されなければならないが、このような移動過程で歯の位置が正確に一致しなければ、干渉が発生して挿入されない問題が生じ得る。したがって、接続ギヤ１２５の前側の歯をテーパー状の傾斜面１２５ａにして形成すれば、テーパー状の角度だけギヤの歯も小さくなり、前側の進入時、大きい遊びが生じて円滑な接続がなされ得る。
【００７５】
次は、主軸回転部１１０と同期化されてツールユニット部１２０を直線往復運動させる相対運動部１３０を説明する。
【００７６】
再び図８及び図９を参考とすると、相対運動部１３０は、本体部１０１に回転可能に結合され、いずれか一つ以上のツールユニット部１２０の接続ギヤ１２５と噛合される制御ホイール１３１と、この制御ホイール１３１を回転させる駆動手段１３２とを含んで構成される。本発明の望ましい実施例では、駆動手段１３２としてサーボモータを選択し、制御ホイール１３１にベルトプーリーを形成して駆動手段１３２とベルトプーリーをタイミングベルトＶで連結した。もちろん、タイミングベルトの他にも主軸回転部１１０において例として挙げたギヤ、ベルト、チェーンなど多様な動力伝達手段でも連結が可能である。
【００７７】
このような制御ホイール１３１は、内周面上にギヤが形成された内歯車が用いられ、この内歯車の内周に少なくとも一つ以上の接続ギヤ１２５が噛合される。または、制御ホイール１３１は、外周面上にギヤが形成された外歯車が用いられ、この外歯車の外周に少なくとも一つ以上の接続ギヤ１２５が噛合されるようにすることもできる。すなわち、接続ギヤ１２５と制御ホイール１３１は、各構成要素の結合関係及び構造的安定性などを考慮して内接か外接かを決めるだけであって、いずれか一方にのみ特定されるものではない。
【００７８】
次に、図１０を参照して、相対運動部１３０の制御ホイール１３１に接続ギヤ１２５が選択的に接続または離隔されるようにする操作部１７０を説明する。
【００７９】
操作部１７０は、接続ギヤ１２５の実施例で提示したように、接続ギヤ１２５をプッシュするプッシャー機能として達成されることができる。すなわち、第１のプッシュで接続ギヤ１２５をプッシュし、第２のプッシュで接続ギヤ１２５を止めているストッパ１２６を押す機能をしている。
【００８０】
このように２回のプッシュのために直線運動を行う操作駆動機１７１を必要とし、この操作駆動機１７１としては油空圧シリンダまたはリニアモータなどが用いられることができる。または、選択された接続ギヤ１２５の活性化及び非活性化は、主軸回転部１１０が停止された後に選択される接続ギヤが操作部１７０の定位置に停止された状態で駆動させるため、必ずしも自動で構成する必要があるものではなく、よって手動で作動できるプッシュレバーまたはハンドルも可能である。但し、本発明によるオービタル式切削装置が完全自動化を志向するため、油空圧またはリニアモータを用いた操作駆動機１７１が望ましい。
【００８１】
このような操作駆動機１７１のロッド先端には接続ギヤ１２５を押すプッシャー１７２が装着される。この時、プッシャー１７２は、接続ギヤ１２５の形態によって単一プッシャーか二重プッシャーまたは２個の操作部を有することができる。すなわち、接続ギヤ１２５がワンタッチ方式で一回押すたびに入り込むかまたは出て来る構造である場合、１個の単一プッシャーで第１のプッシュ及び第２のプッシュが可能である。
【００８２】
そして、一回は接続ギヤ１２５をプッシュし、もう一回はストッパ１２６を押す実施形態の場合には二重プッシャーの形態で実施されることができる。すなわち、接続ギヤ１２５をプッシュする時は、二重プッシャーの内径が駆動軸よりは大きく接続ギヤ１２５の外径よりは小さければよく、ストッパ１２６を押す時は、二重プッシャーの内径が駆動軸１２３の外径と対応すればよい。上で接続ギヤ１２５を説明しながらストッパ１２６の形態を具体的に説明しなかったが、ストッパ１２６は、傾斜面が形成されていて、二重プッシャーが進入する時にプッシャーの内面が傾斜面をつたって徐々に押し、プッシャーの端部が接続ギヤ１２５に近接した場合、ストッパ１２６は全て押されるように形成される。よって、二重プッシャーの内外径をこの条件に合うように製作した後、二重プッシャーの内径に、ストッパ１２６を押すようにするか又は押さないようにする窪んだ溝を設けて選択するようにできる。ストッパ１２６を押すか押さない溝は、二重プッシャーが一定角度に回転されることができるように構成して、二重プッシャーの回転運動を自動または手動モードで作動させることができる。
【００８３】
また、上で説明した二重プッシャーを一つに二重に重なるようにするよりは、駆動軸１２３が公転する本体部１０１のいずれかの動線上に、接続ギヤ１２５をプッシュする第１のプッシュの操作部と、ストッパ１２６を押す第２のプッシュの操作部を別途に各々形成して、各部で選択される接続ギヤの活性化と非活性化を行うこともできる。
【００８４】
次は、切削加工する素材ｐを固定するように把持するクランプ部１４０を説明する。
【００８５】
クランプ部１４０は、本体部１０１の両側またはいずれか一側に形成されることができる。すなわち、長い素材の中間を切断するか加工する時は、素材が本体部１０１を貫通した後、その両側で素材を固定しなければならないため、両側に各々クランプ部１４０が形成されなければならず、素材のいずれか一端面を加工する場合は、両側固定ではなくいずれか一側のみ固定すれば十分であるためである。
【００８６】
図１１は、クランプ部を概略的に示した図面であり、同図面を参考とすると、本発明によるクランプ部１４０は、素材を把持する複数のジョー１４１と、これらジョー１４１を一度に狭まったり広がったりするように動かすクランプホイール１４２と、このクランプホイール１４２を一定角度だけ回す駆動機１４３とを含んで構成される。このようなクランプ部１４０の構成は、先行技術１で提示した技術を例として用いることができ、当業界の通常の技術者ならば先行技術１と同一または類似にクランプ部を実施することができるため、詳細な説明は省略することにする。但し、本発明におけるクランプ部１４０は、クランプ部１４０の動きをセンシングして制御部にフィードバックするスケール１４５がさらに含まれる。このようなスケール１４５は、クランプホイール１４２が回転される角度スケールや駆動機１４３が動く線形スケールであり得る。
【００８７】
次は、本発明によるオービタル式切削装置が“Ｚ軸（送り分力）”運動することができる構成を説明する。
【００８８】
図８及び図９を参考とすると、上述された本体部１０１は、地面またはベッド上に設けられるものであり、本体部１０１を素材の長手方向に往復運動可能にして送り分力を持つようにすることができる。よって、本体部１０１の下部にＬＭガイド、ボールねじ及び駆動機などの移送部１５０を構築して制御部のコントロールによりＺ軸方向へ移動可能にすることができる。本発明の望ましい実施例では、移送部１５０の駆動機としてサーボモータを用いて精密制御が可能なように構成した。
【００８９】
本発明によるオービタル式切削装置は、素材ｐを支持するためのクランプ部１４０の他にも、このクランプ部１４０に素材ｐを供給したり、クランプ部１４０から素材の排出を受けるスタンド部を含むことができる。
【００９０】
図１２は、本発明によるオービタル式切削装置に素材を供給及び排出させるスタンド部及び水平移動装置が設けられた態様を示した図面である。
【００９１】
図１２を参考とすると、スタンド部１８０は、本発明のオービタル式切削装置の必須要素ではないが、工場自動化の要素として作用することになる。すなわち、ヘビーパイプ（HEAVY  PIPE）を移す作業は、単純に人の力またはクレーンおよびフォークリフトなどだけでは供給が難しい。よって、重量物ローダーから素材を受けてスタンド部１８０上に載せれば、この載せられた素材がスタンド部１８０のローラーまたはコンベヤに乗って本体部１０１に移動されるようにする。
【００９２】
よって、スタンド部１８０は、水平で長く設けられた鉄骨支持物１８１と、これら鉄骨支持物１８１の上部面上に形成されるパイプローラー１８２と、これらパイプローラー１８２を回す駆動モータ１８３とで構成される。
【００９３】
また、本発明によるオービタル式切削装置は、スタンド部１８０と本体部１０１との間に水平移動装置１９０をさらに含んで構成されることができる。
【００９４】
水平移動装置１９０は、スタンド部１８０によって供給される素材ｐを加工する位置まで正確に移動させる作業を行う。従って、水平移動装置１９０は、時間当りの移送距離が一定に出力されるように素材を搬送させる移送ロ−ル１９１と、素材移送の開始と終了をセンシングする基準検出器１９５とを含んで構成される。
【００９５】
基準検出器１９５は素材が通過する瞬間を感知して制御部に送出し、制御部はこの基準検出器１９５から送出された値を移送ロ−ル１９１の回転数と時間で演算して素材の移送値を正確に制御することができるようになる。本発明の望ましい実施例では、基準検出器１９５として光センサを用いたが、その他にもリミットスイッチ、近接センサ、画像カメラなど各種センシング技術に代替して活用されることもできる。
【００９６】
また、基準検出器１９５及び移送ロ−ル１９１は全て制御部のコントロールによって作動されるようにして自動化が可能なように構成される。または、連続作業が必要ない短い素材の場合、作業者が肉眼で見ながら素材を水平移動させることができるように手動ハンドルでも作動可能であり得る。
【００９７】
次に、本発明によるオービタル式切削装置をコントロールする制御部及びこの制御部による主要な動きを説明する。
【００９８】
制御部の主な機能は、主軸回転部１１０と相対運動部１３０を同期化させて回転速度比を制御することにより、素材を切削する切削ツール１２１が主軸回転部１１０によって“Ｃ軸”運動をしている間に“Ｘ軸”運動が同時に起きるようにすることである。そして、“Ｃ軸”及び“Ｘ軸”だけでなく“Ｚ軸”運動のための移送部１５０も共に同期化させて、全方向へのツールの動きを自在に制御するようにする。
【００９９】
このように本発明によるオービタル式切削装置１００を主軸（Ｃ軸）の他にも２軸（Ｘ軸、Ｚ軸）加工が可能なようにする理由は、素材ｐを多様な形態に加工するためである。
参考として、ヘビーパイプ関連産業では、下の［表１］に示されているように、溝熔接に必要な開先作業を“Ｖ”字形、“Ｕ”字形、“二重開先”などになるように求めている。すなわち、“Ｉ”字形熔接溝は、管厚さ３ｍｍ以下で主に用いられる熔接方法で、開先作業なしでも安定的な溶接が可能なためである。しかし、管材の厚さが徐々に厚くなり始めると、２０ｍｍまでは“Ｖ”字形溶接溝でも可能であるが、その以上では“Ｕ”字形か“二重開先”形態でなければならないためである。
【０１００】
【表１】
0006378825.tif 000004
このような開先作業の要求事項は、先行技術の切断装置でも、またその他の切断／面取装置でも実現されておらず、全てグラインダーにより手作業でなされているのが実情である。
【０１０１】
しかし、本発明によるオービタル式切削装置１００では、このような溝溶接に必要な溶接溝加工がどのような形状でも可能になることから、工場自動化を成し遂げることができる。
【０１０２】
図１３は、本発明によるオービタル式切削装置を用いて加工できる例を示した図面であり、図１３の一番目の加工例示図に示されているように、切断と同時にその切断面に斜線方向に開先作業を行うことができる（“Ｖ”字溶接溝加工）。そして、二番目の加工例示図に示されているように、切断と同時にラウンド形態の開先作業を行うことができる（“Ｕ”字溶接溝加工）。また、三番目の加工例示図に示されているように、“二重開先”溶接溝を加工することができ、四番目の加工例示図に示されているように、特殊形状を加工することもできる。
【０１０３】
図１３の一番目の例示のような切断と同時に斜線方向の開先作業が可能な加工方法を図１４を参考にして説明する。
【０１０４】
図８及び図９を参考として、図１４に示されているように、切削ツール１２１を素材ｐの加工する部分に位置させる。切削ツールを素材の加工部分に位置させるためには、本体部１０１の移送部１５０を作動させて本体部１０１を動かす方法と、素材の水平移動装置１９０を用いて素材を動かす方法を選択することができる。
【０１０５】
上述のように加工位置が設定された後は、加工のために主軸回転部１１０を回転させる。この時、主軸回転部１１０が回転されると、この主軸回転部１１０に装着され相対運動部１３０に噛合されている駆動軸１２３が相対的に回転運動して結局切削ツール１２１が動くことになる。したがって、相対運動部１３０の制御ホイール１３１を駆動ホイール１１１の回転数と同一に回転させて駆動軸１２３が回転しないように制御すると、切削ツール１２１は動かずに停止することになる。
【０１０６】
このように主軸回転部１１０が回転して“Ｃ軸”運動がなされるときに相対運動部１３０の制御ホイール１３１をより早く回転するようにコントロールして、切削ツール１２１が“Ｘ軸”運動をしながら素材ｐに進入するようにする。この時、素材の種類及び厚みによる切削条件などを考慮して適正な深さを考慮しなければならない。
【０１０７】
本発明によるオービタル式切削装置の主軸回転部１１０と相対運動部１３０は、同期化だけではなく相互監視する機能を有することもできる。すなわち、相手方の回転運動によって一定の回転速度を有するようにすることが同期化ならば、相互監視は相手方の物理的な変化量までも予め監視して積極対応することをいう。例えば、切削ツールが“Ｃ軸”または“Ｘ軸”に切削運動するときに素材の状態及び切削深さなどによって負荷量が瞬間的に上がることもあるが、このような負荷量を該当するモータから受け、この負荷量によってピーク電流などが変化されることが可能になるのである。したがって、相手方のモータから受けるピーク電流などの物理量を相互監視しながらより積極的に且つ精密に同期化させることができるようになる。
【０１０８】
次に、Ｘ軸移動は停止した状態でＺ軸方向に本体部１０１を移送させて加工する。この時、Ｚ軸方向の移動距離は素材の厚さ（ｔ）と開先角（゜）を予め計算すれば容易に得ることができる。このようなＸ軸方向加工及びＺ軸方向加工を数回〜数十回繰り返し行って所望の切断と面取作業を完了させることができる。
【０１０９】
このような本発明の切削装置１００は、図１４に示されているように、切断と同時に開先作業をする時に広い外部面から徐々に狭くなる内部に進入する方式であるため、先行技術１のように管材の厚さに比例するように切削ツールの長さを備えなくてもよい。すなわち、本発明の切削装置１００では、切削ツール１２１のＸ軸方向移動距離が管材の厚さを決定する要因になるのである。また、本発明による切削装置１００は、駆動ホイール１１１を高速で回転してもよいため、加工の手順が複雑であっても短時間内に加工作業を完了させることができる。
【０１１０】
図１５は、本発明によるオービタル式切削装置に複数個の切削ツールが必要な場合を説明するための例示図である。
【０１１１】
本発明によるオービタル式切削装置１００は、複数個の切削ツール１２１で構成され、この複数個の切削ツール１２１が少なくとも一つ以上活性化されるように構成されている。したがって、いずれか一つの切削ツールは切断作業を行い、もう一つは面取作業を行うことができるようにするなど各々の切削ツール１２１が互いに異なる作業用として用いられるようにすることもできる。一例として、図１５に示されているような切削ツール１２１は、垂直切断用としての使用には適していない傾向がある。したがって、垂直切断のためのツールに取り換えてこそ仕上げ作業が可能になることから、連続加工のために複数個のツールユニット部１２０に互いに異なる形態の切削ツール１２１、１２１’を装着して目的に合う加工作業を行うことになる。
【０１１２】
または、本発明によるオービタル式切削装置は、素材が厚く難削材であるほど一つのツールだけでは長い作業を連続して行うことが難しい。したがって、色々な種類の切削ツールを装着しておいて、刃の消耗が大きくない荒削り用ツールで１回の切削量を大きくした後、中削りや仕上げ削り用刃で滑らかに仕上げる方法でも可能になる。
【０１１３】
または、素材がパイプの場合、外径加工用ツールと内径加工用ツールの形態が異なり得るが、これを全て複数個のツールユニット部１２０に装着しておき、ツールの取り換えなしに所望のツールを選択して使うこともできる。
【０１１４】
このように切断と面取を同時に行うか又は荒削り、中削り、仕上げ削りなどのように複数個の切削刃を使う場合は、該当する切削刃の１回の加工が終わった後に次の切削刃が進入して２回、３回などが繰り返される場合もあるが、切削刃の高さ位相差を設けて時間差をおいて進入されるようにすることにより、１回の加工だけで仕上げることもできる。
【０１１５】
上述のように、制御部のコントロールによって切削ツール１２１が“Ｃ軸”、“Ｘ軸”、“Ｚ軸”方向に動くことになるが、精密加工のためにはツールの基準位置セッティングが必要になり得る。基本的にツールの位置は主軸回転部１１０及び相対運動部１３０のサーボモータによってメモリされてツールの位置を記憶しているが、ツールを取り換える場合は一部誤差が生じ得る。したがって、ツール取り換え後、ツールの位置をセッティングする必要がある。
【０１１６】
ツールセッティングは、ツールの外部で光センサを利用すれば簡単に解決されることができるが、より正確な測定のために、本発明の望ましい実施例ではタッチセンサを使用することにする。
【０１１７】
図１６は、ツールセッティング用タッチセンサを示した図面であり、同図面に示されているように、取り換えられた切削ツール１２１の前側または下側にタッチ板２００を着脱型で備え、ツールを徐々に下降させながらツールの先端がタッチ板２００に接触すると、これを制御部が認識して基準となる位置をメモリする。タッチ板２００は、ツールの下側の本体部１０１またはツールの前側のクランプ部１４０などに取り付けられ、セッティングする時にのみ用いる。
【０１１８】
タッチセンサの原理は、タッチ板２００に（＋）電流を流し、ツール及び切削装置に基本的に流れている（−）電流がタッチ板２００に接触すると、これを制御部が認識する方式である。この時、切削ツール１２１とタッチ板２００が接触するときにツールが破損することを防止するためにタッチ板２００がスプリング２０１によって弾持されるように構成することが望ましい。
【０１１９】
制御部は、この他にもオービタル式切削装置１００の自動化のための全てのコントロールを担当し、簡便な入出力のためのタッチスクリーンを含む。タッチスクリーンは、使用者の利便性を考慮してＨＭＩ（Human  Machine  Interface）で構成されることができる。
【０１２０】
本発明の望ましい実施例で説明されていない作用として、クランプ部１４０のスケールに対する制御方法を簡略に説明する。
【０１２１】
クランプ部１４０で把持する素材は、その規格が多様であり、多様な素材別に把持する圧力も相違する。素材を把持する圧力は、クランプ部１４０の駆動機で調整が可能である。しかし、小さな口径の素材を把持するために大きく広がったジョー１４１を一度に狭める作用は、素材が各ジョーの中心に位置しているのではなく下側に位置しているため、把持する素材の外径と近接する部分まではジョーを予め狭めておくことが望ましい。
【０１２２】
図１７は、素材を把持するときのジョーとスケールの作用を説明するための図面であり、同図面に示されているように、制御部に入力された素材の外径値を考慮してこれと近接する位置までスケール１４５のフィードバックによって制御部が駆動機１４３を制御する。
【０１２３】
また、上述のように口径が様々な種類の素材を使う場合、スタンド部１８０及び水平移動装置１９０側の高さと本体部１０１及びクランプ部１４０側の高さが合わない場合も発生する。すなわち、素材の口径別にスタンド部１８０及び水平移動装置１９０に載せられた素材の軸中心（センター）が全て異なるため、多くの種類の素材を使おうとすると、このセンターを本体部１０１側にも合わせる方案が提示されなければならない。このようなセンタリングは、本体部１０１を昇降させる作用またはスタンド部１８０を昇降させる作用で可能になる。
【０１２４】
本発明の望ましい実施例では本体部１０１を昇降させる作用で構成されるようにした。すなわち、図８に示されているように、本体部１０１の移送部１５０の下側に地面から一定高さだけ本体部１０１を持ち上げたり下げたりするリフト部１６０を構成する。このようなリフト部１６０は、素材の規格が入力されれば制御部によって自動で合わせられるようにプログラムされることができ、手動で操作して高さを合わせることもできる。
【０１２５】
この時、リフト部１６０は、本体部１０１及びクランプ部１４０をスタンド部１８０及び水平移動装置１９０と水平になるようにセッティングするものであり、クランプ部１４０は本体部１０１と一体になることがより望ましく、一体にならないとしても、別途のベッド上に共に設けて一度に上がったり下がったりすることができるようにしてもよい。
【０１２６】
また、クランプ部１４０によって十分な把持が難しいくらい短い切れ端形態の素材を加工する場合があり得る。このような場合、素材の把持のために別途のジョーに取り換えるよりは、現在のジョー１４１が狭まったり広がったりすることが可能なように構成されているため、図１８に示されているように、素材ｐの内径側に狭められたジョー１４１を挿入しジョー１４１を広げながら素材ｐを把持するようにする作用も可能である。
【０１２７】
本発明によるオービタル式切削装置は、ツール状態確認及びツール整列機能を有することができる。先ず、ツール状態確認機能を簡略に説明する。
【０１２８】
本発明によるオービタル式切削装置は、制御部によってどのツールが活性化されているか又は非活性化されているかをメモリすることになるが、突然の放電などによってメモリ機能が喪失されることもあり得る。または、メモリされているとしても装備を稼動するための初期段階では現在のツール状態をチェックすることも安定的な装備運用の一つである。したがって、主軸回転部１１０を徐々に回しながら接続ギヤ１２５の位置がどちらにあるかセンサを通して感知し、この位置によるツールの現在状態をチェックすることになる。このために接続ギヤ１２５が第１のプッシュ位置にあるのか第２のプッシュ位置にあるのかを光センサ、画像センサ、超音波などの各種センシング技術で感知して制御部に伝送するようにすることができる。
【０１２９】
また、ツール整列機能は、上述のツール状態確認やメモリに基づいてツールを再装着することと理解すればよい。すなわち、複数個のツールのうち、よく使うツールもあれば、長い間あまり使わないツールもあるはずである。このようによく使わないツールの場合、長時間放置したときに装着位置から離脱されることもあるため、このような装着位置を離脱したツールをツール整列機能を通して再装着させるのである。したがって、制御部のコントロールによって各々の接続ギヤが操作部により一回ずつ出入りを繰り返して再装着することになる。
【実施例２】
【０１３０】
図１９は、本発明の第２実施例によるオービタル式切削装置の主要部だけを示した図面である。
【０１３１】
第１実施例の図８及び図１９を参考にすると、本発明の第２実施例によるオービタル式切削装置は、第１実施例の構成から相対運動部１３０の形態を一部変形して、複数個のツールユニット部１２０を独立的に制御できるように提示される。
【０１３２】
第１実施例での相対運動部は、一つの制御ホイールに複数個のツールユニット部の駆動軸が接続されるようにしたが、第２実施例では各々のツールユニット部の駆動軸１２３に各々個別の制御ホイール１３１が接続されるようにしたものである。したがって、制御ホイール１３１は駆動軸１２３の個数だけ必要になり、制御ホイール１３１を回転させるための駆動手段（図示せず）も駆動軸１２３の個数だけ必要になる。
【０１３３】
このような構成のために複数個の制御ホイール１３１が内外に重なるようにして各々個別運動が可能なように構成し、この各々の制御ホイール１３１の内面または外面にギヤを形成して駆動軸１２３が噛合されるように構成する。そして、駆動軸１２３が噛合された各々の制御ホイール１３１の反対側にサーボモータからなる複数の駆動手段をタイミングベルトＶで各々連結して制御ホイール１３１の回転運動を精密に制御する。もちろん、駆動手段は第１実施例と同様に主軸回転部１１０と同期化されて制御部のコントロールにより制御される。
【０１３４】
制御ホイール１３１が複数個重なるためには、その間に内蔵されるベアリングが各制御ホイール１３１の回転方向や回転速度に関係なく自在に回転しなければならないため、各制御ホイール１３１の間にはいずれの制御ホイール１３１やベアリングにも拘束されない自由ホイール１３７が結合される。そして、制御ホイール１３１及び自由ホイール１３７の間または最内郭及び最外郭には制御ホイール１３１及び自由ホイール１３７などを本体部１０１に支持するための固定ホイール１３８が結合される。
【０１３５】
このように構成された第２実施例の相対運動部１３０は、別途の操作部が必要なく駆動手段の回転数だけコントロールして複数個のツールユニット部を独立的に制御することができるようになる。
【０１３６】
本発明の第２実施例によるオービタル式切削装置は、上述の構成の差異点の他には各種センシング及び制御などが同一に適用されるため、このような制御方法などの説明は省略することにする。
【０１３７】
以上、本発明の望ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者は、特許請求の範囲に記載の本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明の多様な修正及び変更が可能であることを理解できるはずである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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