JPH02139159A - 切削装置の切削状況監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、鋼管や丸棒などの鋼材の端面を切削する面取
機などの切削装置の切削状況を監視する方法に関する。

〈従来の技術〉 通常、圧延機などで製造された鋼管や丸棒などの鋼材は
、所定の長さに切断されて製品とされるのであるが、そ
の切断加工の段階で生じた切断面の不揃いやパリなどを
除去するため、あるいは需要家の端面取りとか外面取り
などの要求を満たすために、面取加工が施される。

この面取加工をけう面取機とし”Ｃは、例えば第３図に
示すように、鋼管Ｉをクランプ２で固定した４ｆｆｉ７
１！で、バイト３を取付けたバイトホルダ４を回転軸５
を介して駆動装置６によって鋼管ｌの軸心と同一軸上で
回転させながら、サーボモータフによってバイト３をＩ
管ｌの端面に押し当てて切削するものが多く用いられて
いる。

その切削に用いられるバイト３には、フェーシングと称
する端面取りや、リーミングと呼ばれる内面取り、さら
にチャンファリングあるいはベベリングと呼ばれる外面
取りの３種類があり、目的に応じてその１個ないし３個
を組み合わせてバイトホルダ４にセットして面取加工が
行われる。

例えば、第４図（ａ）は外面取りの場合を示したもので
、バイトホルダ４に固定されたシャンク８ａの先端にク
ランプされたベベル用チップ９ａによって外面が切削さ
れるが、その際、シャンク８ｂ。

８ｃにクランプされたチップ９ｂ、９ｃによって端面の
ルートフェースおよび内面のチャンファも同時に切削さ
れる。

また、第４図（ｂ）は端面取りを示したもので、シャン
ク８ｄにクランプされたフェーシング用チップ９ｄによ
って端面が切削されると同時に、シャンク８ｅ、Ｏｆに
クランプされたチップ９ｅ、９ｒにより外面のチャンフ
ァおよび内面のリーミングも切削されるのである。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記したような面取作業において、面取機の
切削状況を監視するために、それぞれの面取機毎に少な
くとも１人の作業具を配置しなければならないという問
題がある。その理由としては、以下の２点が挙げられる
。

■　バイトの欠損あるいは摩耗などにより、いつ切削不
良が発生するか予測がつかないため、作業員による常時
監視を必要とすること。

バイトの欠損について、発明者らが調査したところ、ク
レータ摩耗やヒビ割れが主なもので、その原因として前
工程の定尺切断時において発生した内面パリによるヒー
トクラックや街７カによるものであることが判明してい
る。

■　バイトの欠損あるいは摩耗が発見された場合には、
速やかにバイトを交換して再度面取りを行う必要がある
こと。

さらに、この面取工程の下流に設けられている面検場に
おいて、通常の端面検査以外に、面取晶質の保証および
面取機作業員の人的ミス防止のために、面取部のチエツ
クを行う必要があり、その作業負荷を増大化させるとい
う問題もある。

このような問題に対処するために、例えば特開昭６１−
３８８４７号公報に開示されているように、切削中の切
削振動または加速度を測定し、第１の時間帯の所定の周
波数帯域の面積パワーと、第２の時間帯の所定の周波数
（１）域の面積パワーとの比の変化を監視して切削状態
の異常や切削工具の欠損などを検出する方法が提案され
ている。

しかしながら、この方法では、切削監視に適した周波数
帯域を事前に探索しておかねばならないこと、また、切
削装置をメンテナスした後は必ずその周波数帯域の適・
不適を調査しておかねばならないこと、さらに、周波数
帯域の面積パワーを求めるために、ＦＦＴ（高速フーリ
エ解析装置）を必要とするが、その人力信号は適当な前
処理を施さなければ目的に適した最適な解析結果が得ら
れないことなどの使用上の難問があり、再現性のある結
果を得ることは困難である。また、装置の構成が複雑で
あり、かつ高価であるという問題もある。

本発明は、上記のような課題を解決すべくなされたもの
であって、既存の切削装置にも容易に装着でき、また市
販の安価な測定器を用いて切削中における切削工具の欠
ｔｎや摩耗などを検出することの可能な方法を提供する
ことを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明者らは、切削装置の切削監視について鋭意検討し
た結果、切削装置の軸方向トルクを測定することにより
、バイトの欠損や＋？耗などを精度よく検出することが
できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成
させるに至った。

すなわち、本発明の要旨とするところは、鋼材鋼材の一
部を把持手段によって把持して、この鋼材の端面をバイ
トを用いて切削する際の切削状況を監視する方法であっ
て、 切削される鋼材のロットの最初の複数本の切削時におけ
る切削開始から切削終了までの軸方向トルクを測定する
工程と、 測定された軸方向トルクのピークトルクの平均値を算出
する工程と、 このピークトルクの平均値を用いて欠損判定設定値、摩
耗判定設定値および未完切削判定設定値をそれぞれ算出
して設定する工程と、 引き続き切削される鋼材の切削時の軸方向トルクを測定
して、予め設定された前記欠損判定設定値、摩耗判定設
定値および未完切削判定設定値とそれぞれ順次比較する
工程と、 上記いずれかの設定（直を超えたと判定されたときには
、異常の警報信号を発する工程と、を組み合わせること
により、上記目的を達成するものである。

〈作　用〉 鋼材の端面加工は、回転方向トルクと軸長手方向トルク
の剛性トルクによって切削加工がなされることがよく知
られている。そのうち、回転方向トルクは、バイトを装
着したバイトホルダを回転させるモータなどの駆動装置
の負荷電流を測定することにより得ることができる。し
かし、それらの駆動系の慣性モーメントが大きいことか
ら、回転方向トルクのみではバイトが大きく欠損した場
合は検出できることもあるが、小さい欠陥・摩耗が発生
した場合は検出することが困難である。

一方、軸長手方向トルクはバイトに直接作用する力であ
るから、この軸長手方向トルクを測定することにより、
バイトの欠損や摩耗によって生じる小さなトルクの変化
を検出することが可能である。

そこで、本発明者らが、切削装置の切削時における切削
トルクを精度よく検出可能なロードセルを種々調査した
ところ、レボウ社製の“ボルトフォースセフす（ＢＯＬ
丁ＦＯＲＣＥ　５ＩＥＮＳＯＲ’）　”なるワッシャ型
圧縮ストレンゲージロードセル（以下、ロードワッシャ
と略称する）が適していることを見出した。

このロードワッシャによる測定実験の状況について、以
下に詳しく説明する。

まず、第５図に示すように、チャック装置２のＡＢ、Ｃ
の３点における組付はボルトｌｌａ、１１ｂ、ｌｌｃに
ロードワッシャ（モデルに３７１１−３１２゜容ｆｆｉ
３１７５ｋｇ）　１０　ａ　、　１０　ｂ　、　１０　
ｃをそれぞれ装着してナツト１２ａ、１２ｂ、１２ｃで
固定して、鋼管ｌの端面を切削している間における軸方
向トルクによって生じる反力（以下、単に反力という）
の測定を行ってみた。

その結果を第６図（ａ）、（ロ）、（Ｃ）にそれぞれ示
す。

図から明らかなように、０点での反力の測定値が、他の
Ａ、Ｂの２点に比べて切削装置の特性をよく現しており
、切削監視を行うのに適していることがわかる。

ついで、前記０点におけるロードワッシャｌｌｃを用い
て、内面チップが正常なものと摩耗量の大きいものとの
比較実験を、外径；　１５９．０−φ×肉厚；６．Ｏａ
ｍｔの鋼管について行った。そのときの反力の変化の状
況を、ピース毎に平均して第７図（ａ）に示した。内面
チップが正常であるピースｋｌ〜３については、反力が
ほぼ２０ｋｇであるのに対し、摩耗量が大きい内面チッ
プの場合はピースＮａ　４　。

５はいずれも２１ｋｇ以上と５％以上の差があり、その
有意差が明らかである。

さらに、同様にして、端面チップの正常なものと欠損し
たものとのそれぞれの反力の変化を比較測定した結果を
第７図（ｂ）に示した。＠面チップが正常であるピース
Ｎα１〜３については、反力がほぼ２０ｋｇであるのに
対し、欠損したチップを用いたピース魔４．５はいずれ
も２３ｋｇ以上と１５％以上の差があり、その有意差は
明らかである。

これらの知見をもとにしてさらに種々の測定試験を行っ
たところ、切削加工時の反力は、正常な切削時と切削工
具の欠ｔｎ時では、被切削材の外径。

管厚、そのグレードや端面加工の形状、また面取機の主
軸回転数、切削送り速度などの要因によって変化するこ
とも判明した。したがって、上記の諸条件に対する正常
な切削時における反力を標準化しておく必要がある。

第８図は、チップが正常なときの切削１サイクルの反力
の特性の一例を示したものである０図において、反力Ｔ
を時刻り、でチャッキング開始から測定開始すると、反
力零点Ｔ０から立ち上がりはじめ、チャフキング終了の
時刻ｔ１で初期反力値Ｔ、になり、切削を開始した時刻
り、でピーク反力値Ｔ、に到達する。そして、切削を完
了した時刻ｔ３までのΔｔ　（＝ｔｓ　−ｔｔ　）の間
は、反力ＴはΔＴの幅で変動しながらピーク反力Ｔ、が
出現し、測定終了時刻し、で再びＴｏに戻る。

そこで、このピーク反力Ｔ、を標準値として、同一ロッ
ドの鋼管を同一条件で切削する時におけるピーク反力Ｔ
、と比較するようにすれば、バイトの欠損あるいは摩耗
状況を検出することが可能である。

しかし、実際には、ロードワッシャあるいはチャッキン
グ装置の締め付は変動などの影響を受けて、ピーク反力
Ｔ、あるいは初期反力値Ｔ、が変動するから、それらの
影響をなくするために、標準値を切削開始時刻（ｔから
切削完了時刻り、までのΔｔにおける反力Ｔを積分して
、下記（１）式に基づいて積分反力値Ｓを求めるように
してもよい。

あるいは、初期反力値Ｔ８を風袋とみなして、下記（２
）式に示すようにピーク反力（ａ　Ｔ、と初期反力値Ｔ
、との差Ｔイを監視するようにしてもよい。

Ｔｏ＝Ｔ、−Ｔ、−−−−−−−・・・−・−−−一−
・・・・−・・・・・・・−（２）なお、ピーク反力値
Ｔ、の測定は、サンプリングによらざるを得ないが、所
定のサンプリング時間におけるサンプリング値の最大値
を選択するようにすればよい。

ここで、上記したピーク反力値Ｔ、あるいは積分反力値
Ｓ９反力差値Ｔ９を標準値として用いる場合は、１本の
測定値のみでは不安定であるので、例えば３本など複数
本について測定し、それらの平均値を用いるようにする
のがよい。

このようにして求められた標準値を、バイトの欠損判定
または摩耗判定あるいは未完切削判定に用いる場合は、
以下のような処理を行ってそれぞれの設定値とする。

■　欠損判定モードの場合； 欠損判定モードにおいてピーク反力値Ｔ、を標準値に用
いる場合の設定値Ｔ、Ｍは、下記（３）式により決定す
る。

Ｔｅ１−ｋｌｌ・〒ｐ　　　　　　　　・・・−・−・
−（３）ここで、ｋｌｌは定数、Ｔ、はピーク反力値の
平均値である。

上記したロードワッシャの測定実験結果から、バイトが
欠損したときの反力の大きさは、正常時の１５％以上で
あることが判明している。したがって、この定数ｋ１１
は、例えば１．１５の係数とするよ、うにすればよい。

そして、この設定値Ｔ、３を超えた場合にバイトが“欠
ｔ１”したと判定して警報を発するとともに、例えば切
削装置を緊急停止させる処置を講するようなインクロッ
クを組むようにする。

なお、積分反力値Ｓ１反力差値Ｔ、１を！１’＊値とす
る場合は、下記（４）、　（５１式を用いるようにすれ
ばよい。

Ｓｓ−に＋＊・＄　　−・−・・・・・−−−ｍ−−−
−−−・・・−・・・・・−・−・（４）Ｔ□−ｋｌｌ
・〒Ｈ・・・・−・・・−・・−一−−−−・−・−・
・・・・・・・・−（５）ここで、ｋｌｔ、ｋｌｌは定
数、≦、〒Ｍは標準値である積分反力値Ｓ９反力差値Ｔ
９それぞれの平均値である。

■　摩耗判定モードの場合： 摩耗判定モードにおいてピーク反力値Ｔ、を標準値に用
いる場合の設定値Ｔ、７は、下記（６）式により決定す
る。

Ｔ、ｆ−に！ｌ・〒、　　　　　・・−・・−・−・・
・・・−・・・・−・・（６）ここで、ｋｌは定数であ
る。

上記した欠損判定設定値の決定と同様に、測定実験結果
から、バイトが摩耗したときの反力の大きさは、正常時
の５％以上であることが判明しているから、定数に□の
値は例えば１．０５とする。そして、この設定４ｔｉＴ
ｐｖを超えた場合にバイトが“摩耗”したと判定して警
報を発する。

なお、積分反力値≦１反力差（直〒２を標準値とする場
合は、下記（７）、　（８）式を用いるようにすればよ
い。

Ｓ　ｒ　＝　ｋ　ｚｔ−３−−−−−−−−−−−−（
７）Ｔｓｔ”ｋｚｓ・〒Ｈ−・・・・−・−・−・−・
−・・・（８）ここで、ｋ、、ｉ２は定数である。

■　未完切削判定モードの場合； 未完切判定モードにおいてピーク反力値Ｔ、を標準値に
用いる場合の設定値Ｔｐｔｌは、下記（９）式により決
定する。

Ｔ、１Ｊｆｆｉｋ！、・〒、　・・・・・−・・−・・
・−・−・−・−・・・・・−・−・（９）ここで、ｋ
ｌ１は定数である。

例えば鋼管に付着したパリが大きい場合あるいは鋼管の
位置決めが拙い場合に、バイトが切削すべき端面に当た
らずに切削ができないことが時々生じる。このような状
態を早期に検出して改善しようとするのが、この未完切
削判定モードである。

それ故、例えば反力が標準値の５０％以下であれば警報
を発するようにするとよいので、定数に３１は例えば０
．５０とする。

なお、積分反力値Ｓ１反力差値〒９を標準値とする場合
は、下記０ω、　（１１１式を用いるようにすればよい
。

Ｓｔｌ””ｋｌ１・Ｓ　　−・−・−・・・・・−・・
・・・・−・・・・・・・・−一−０［ＤＴ□＝ｋｓｉ
・〒、ｌ　−・・・・・・・・−・−・・−一−−−−
−−・−・−・−（１０ここで、ｋ３！、に３３は定数
である。

これらの工程の流れを第１図にまとめて示した。

なお、上記の説明において、軸方向トルクを検出する際
に、チャッキング装置に加わる反力を用いるようにした
が、本発明は、それに限定されるものではなく、例えば
面取機を軸方向に位置制御するサーボモータ７（前出第
３図参照）の軸に取付けても同様の作用を得ることが可
能である。

また、上記したサーボモータ７の負荷電流を検出するよ
うにすれば、軸方向トルクを検出するのと同等の作用を
得ることができる。

すなわち、第９図は、デツプが正常なときのサーボモー
タの負荷電流の１サイクルの波形の一例を示したもので
あるが、負荷電流Ａは、切削開始時刻Ｌ８で無負荷電流
Ａ、（電流零点）から立ち上がり始めて、ピーク電流Ａ
、に到達し切削完了時刻り、までピーク電流Ａ、を維持
することから、前出第８図の反力Ｔと同様の特性を描く
ことがわかる。したがって、ピーク電流Ａ、の変動を監
視するようにすれば、バイトの欠損状況を把握すること
が可能である。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例について、第２図を参照して説
明する。第２図は、本発明方法に係る監視装置の一実施
例を示す構成図である０図中、従来例と同一部材は同一
符号を付し°ζある。

図に示すように、チャック装置２のベース固定ボルト１
１にロードワッシャ１０を装着してナラ目２をトルクレ
ンチで締め付けて固定した。このロードワッシャ１０の
検出信号Ｔを動歪アンプ１３で増・幅し、演算装置１４
に入力して演算される。

また、演算装置１４には、設定装置１５を介して欠損判
定モードおよび摩耗判定モードさらに未完切削判定モー
ドの各設定値が設定される。

さらに、警報制御装置１６によって、欠損警報あるいは
摩耗警報、未完切削警報が発せられるとともに、欠損と
いう重大故障が発生した場合は、面取機の駆動装置６を
非常停止させる。

外径ｉ１７？、８ｉｗ＊φ×肉厚；　３０．０閤ｔの鋼
管の端面取りの切削を実施する際に、上記のように構成
した監視装置を適用した。

そのときの面取機の切削回転数は２ＢＯｒｐｍ、フィー
ド速度は０　、４６　ｒｍ　／　ｓである。

まず、最初の３木について反力を測定したところ、その
ピーク反力の平均値が１４８ｋｇであったので、欠損判
定設定値を１７０．２ｋ［、また摩耗判定設定植を１５
５．４ｋｇ、さらに未完切削設定値を７４ｋｇに、それ
ぞれ設定装置ｉ！１５を介して設定した。

その結果、最初の３本は順調に切削することができたが
、４木目で端面チップが欠損して警報を発したので、直
ちぐ面取機を停止して端面チップを交換し、引き続き切
削を行った。

なお、上記した実施例は面取機を対象にして説明したが
、本発明はそれに限るものではなく、例えば管端のネジ
切削などにも適用できることはいうまでもない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、簡易な手段で軸
方向のトルクを検出することができるから、早期にバイ
トの欠損あるいは摩耗さらには未完切削を判定すること
ができ、切削能率および製品品質を向上させることがで
き、さらに省力化に大いに寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の工程を示す流れ図、第２図は、本発
明方法に係る監視装置の一実施例を示す構成図、第３図
は、面取機の従来例を示す側面図、第４図は、面取りの
例を部分的に示す側面図、第５図は、ロードワッシャの
測定実験の状態を示す側面図、第６図は、ロードワッシ
ャの測定実験における測定データを示す特性図、第７図
は、チップの比較実験の結果を示す特性図、第８図は、
切削加工Ｉサイクルにおける反力の推移を示す特性図、
第９図は、切削加工１サイクルにおけるサーボモータの
負荷電流の１１１移を示す特性図である。 １・・・鋼管（鋼材）、２・・・チャック装置（把持装
置）、　　３・・・バイト、　　４・・・バイＩ・ホル
ダ。 ５・・・回転軸、　　６・・・駆動装置、　　７・・・
サーボモータ、　　８・・・シャンク、　　９・・・チ
ップ、　　１０・・・ロードワッシャ（ワッシャ型圧縮
ストレンゲージロードセル）、１１・・・取付はボルト
、１２・・・ナツト、１３・・・動歪アンプ、１４・・
・演算装置。 １５・・・設定装置、１６・・・警報制御装置。 特許出願人　　川崎製鉄株式会社 第１図 第２図 第３図 第 図 （ａ） （ｂ） 第 図 第　７ 図 ＜ａ＞ （ｂ） ピース魚 認 〒− 賂 １さ、 廊 〒＼ 第 図 一時 間 第 図 一時 間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋼材の一部を把持手段によって把持して、この鋼材
   の端面をバイトを用いて切削する際の切削状況を監視す
   る方法であって、 切削される鋼材のロットの最初の複数本の 切削時における切削開始から切削終了までの軸方向トル
   クを測定する工程と、 測定された軸方向トルクのピークトルクの 平均値を算出する工程と、 このピークトルクの平均値を用いて欠損判 定設定値、摩耗判定設定値および未完切削判定設定値を
   それぞれ算出して設定する工程と、引き続き切削される
   鋼材の切削時の軸方向 トルクを測定して、予め設定された前記欠損判定設定値
   、摩耗判定設定値および未完切削判定設定値とそれぞれ
   順次比較する工程と、上記いずれかの設定値を超えたと
   判定され たときには、異常の警報信号を発する工程と、からなる
   ことを特徴とする切削装置の切削状況監視方法。 ２、前記軸方向トルクは、前記把持手段の反力であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の切削装置の切削状況監視
   方法。 ３、前記軸方向トルクを、前記バイトを位置制御するサ
   ーボモータの負荷電流としたことを特徴とする請求項１
   記載の切削装置の切削状況監視方法。 ４、前記軸方向トルクのピークトルク平均値を、ピーク
   トルク平均値と初期トルク平均値との差としたことを特
   徴とする請求項１もしくは２記載の切削装置の切削状況
   監視方法。 ５、前記軸方向トルクのピークトルク値を、軸方向トル
   クの切削開始から切削終了までの積分値としたことを特
   徴とする請求項１もしくは２記載の切削装置の切削状況
   監視方法。