JP6033466B2 - 無線通信によって切削ツールを自由自在に制御して円形または角形管材や棒材を所望の形状に加工することができる装置 - Google Patents

Description

本発明は、円形または角形管材や棒材などの被加工物を加工する装置に関し、より詳しくは、被加工物の外郭を回る無線切削ツールを用いて一つの切削ツールで切断は勿論のこと、面取加工や特殊形状など被加工物を所望通りに自由に加工することができる加工装置に関する。

現在、配管の切断装置は大きく機械式切断装置と溶融切断装置とに区分され、機械式切断装置には切削砥石を利用する高速切断機と鋸刃を利用する鋸機械などがあり、溶融切断装置としては酸素切断装置とプラズマ切断装置がある。

機械式切断装置は、切断しようとする配管の直径以上の大きさを備えていてこそ一度に切断可能な装置で、小型管の切断に用いられており、大型管の切断には溶融切断装置が用いられている。

上述のような切断装置は、管の垂直切断が難しく、面取（Bevel）が不可能で、配管作業と溶接作業に長時間とコストがかかり、劣悪な作業環境と火事などが主な問題点となっている。

これらは全て切断時や面取（Bevel）のためのグラインド作業時に多くの騷音と粉塵が発生することになり、発生した微細粉塵は切削砥石の原料である石粉と接着剤そして切断される母材の粉で構成される。切断／グラインド時に発生する微細粉塵は作業環境を悪化させ、配管に固着して我々が飲む水の汚染を加重させ、生産設備に致命的な影響を及ぼすことになる。

特に、半導体／電子／ＬＣＤなどの先端産業生産の核心は、生産のための建築物の清浄度と配管の純度によって決まるため、配管の純度維持のために超硬刃を用いた切断装置を莫大な費用を投資して輸入／使用しており、高価な切断装置は一般建築配管の設備には拡大普及できずにいるのが実情である。また、規模の大きい配管材及び非鉄金属（銅、ステンレスなど）とプラスチックライニング配管材の特別な切断方法及び面取方法がなく、多くの時間と莫大な費用を消費している。

切断機の種類別切断方式及び問題点を下の表１にまとめた。

このような問題を解決しようと考案されたもので、作業場の環境／安全改善、原価節減、溶接品質向上は勿論のこと、飲用水の水質改善と産業現場の設備保護及び採算性向上のための経済的且つ効率的な配管専用加工機（切断、面取、溶接）である。従って、海外では約１５年前から超硬刃を用いた機械式切断機を使用して、技術開発に拍車をかけており、韓国内でも約５年前から超硬刃を用いた機械式切断機の開発がなされている。例えば、韓国公開特許公報第２００９−０１０１４２６号（2009.09.28.公開；以下、「先行技術１」と言う）と、韓国登録特許公報第１０７７２５２号（2011.10.27.公告；以下、「先行技術２」と言う）と、韓国公開特許公報第２０１２−００４０５２４号（2012.04.27.公開；以下、「先行技術３」と言う）がある。

超硬刃を用いた機械式切断機としては、図１及び図２に示されているように、既に１０余年前から開発された切断と面取を同時に行う先行技術１と類似のカッティング及びベベリングマシン（Cutting／Bevelling Machine）を代表的な例として挙げることができる。

図１及び２を参考に従来技術を説明すれば、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駆動ホイール２０を結合させ、駆動ホイール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、駆動ホイール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、駆動ホイール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。

上記のような従来技術は、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こ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、加工の速度が遅いという短所があった。即ち、歯車５１と回転軸５０がブロック４０に結合される際に単純螺子式で構成されているため、加工速度を高めるために駆動ホイール２０の回転速度を高めることになると、歯車５１と係部６０がぶつかる際に強くぶつかって所望角度よりも更に多く回転軸５０が回って適正加工深さを超過する弊害があった。または、歯車が１ピッチずつ回転してこそ次の回転時に係部との係りが円滑になされるが、高速回転時の慣性によって強くぶつかると１ピッチではなく１．５ピッチ回転して、次の回転時に係部６０と係らずにただすれすれに通り過ぎるという問題も生じる。また、管材（ｐ）を切断した後に切断ツール３１及び面取ツール３２を元の位置に戻すために、駆動ホイール２０を逆方向に長時間回転させなければならないか、または係部６０と歯車５１とが相互噛み合わないように係部６０を上にあげた後、歯車５１を手動で逆回転させて元の位置に戻すのが実情である。

このような従来技術の問題点を解決するために案出されたものがパイプ切断装置である先行技術２である。

上記先行技術２は、歯車の内部が回転軸とラチェット形態で結合されながらスプリングの反力が加えられるようにして一定の角度内でのみ回転が可能なようにしたものである。そして、回転軸の上側には選択的に回転軸の頭部を締めて逆回転させることができるようにする復帰手段を更に含んでいる。

しかし、先行技術２は、上述の先行技術１の問題点解決には役立っているが、先行技術１の慢性的な問題点である多様な形状の加工が不可能であるという問題点、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替えなければならない問題点などを解決することはできていない。

これら問題をより詳しく説明すると、先行技術１及び２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及び２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と、（ｃ）のようなカット及び両面面取加工に局限して加工可能であるとの限界がある。

また、図５から分かるように、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。

また、図６から分かるように、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から分かるように、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。

また、先行技術１及び２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。

従って、図７の（ｂ）から分かるように、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）から分かるように、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。

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。

更に、先行技術１及び２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１及び２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。

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１及び２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。

一方、先行技術３は、パイプの先端を加工するための装置であり、切削ツールである加工体が装着された本体が管材の先端面方向に進入しながら、且つ管材の中心方向か外郭方向に動くように調節して管材の外径切削は勿論のこと、内径切削及び複雑多様な形状の加工も可能になった技術である。

しかし、上記先行技術３は、切断が完了した管材の切断面の開先作業などに使用され得るもので、管材の切断と同時に面取が可能な先行技術１及び２よりもむしろ生産性において劣ることになり、別途の切断装置で先行して切断作業を行わなければならない問題がある。これは、海洋や造船そして石油化学プラントなどでパイプライン作業時、パイプ溶接のためには開先作業が必須であるが、管材口径の範囲が広く且つ管材の厚さ範囲が広い先行技術３のカット及び面取装置を用いると、何百Ｋｇ以上の管材を切断機でかろうじて切断した後、これを再び持ち上げて先行技術３のような装置に載せてまた開先作業をしなければならず煩わしくて非能率的であるとの問題がある。また、開先作業は、パイプ両端を両方ともしなければならないため、反対側の開先作業のためには重いパイプを再び反対に回して反対側にも開先作業をしなければならず煩わしくて非能率的であるとの問題がある。

韓国特許公開公報第２００９−０１０１４２６号（2009.09.28.公開） 韓国登録特許公報第１０７７２５２号（2011.10.27.公告） 韓国特許公開公報第２０１２−００４０５２４号（2012.04.27.公開）

本発明は、上記のような従来技術の問題点を全て解決できるもので、一つの切削チップを用いて切断及び面取は勿論のこと、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の切断と面取作業が同時に可能となる、無線通信によって切削ツールを自由自在に制御して円形または角形管材や棒材を所望の形状に加工することができる装置を提供しようとするものである。

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側に回転可能に結合されながら被加工物が貫通される駆動ホイールと、該駆動ホイールを回転（Ｃ軸方向）させるための主電動部と、駆動ホイールの前方に被加工物の中心方向（Ｘ軸方向）に精密に往復運動可能に結合される少なくとも一つ以上のステージと、該ステージに装着され被加工物の外側面または端面部位を切削する切削ツールと、ステージと主電動部をコントロールするための制御部とを含み、制御部とステージは無線で通信してコントロールすることを特徴とする無線通信によって切削ツールを制御する加工装置を提供する。

ここで、駆動ホイールの後方にはスリップリングが形成され、ステージに引入される電源の供給をスリップリングから接触式または非接触式で受けることが望ましい。

この時、本体部は、移動手段によって被加工物の長手方向（Ｚ軸方向）に精密に往復運動可能に設けられてもよく、または、被加工物の長手方向（Ｚ軸方向）にも精密に往復運動可能に２軸型ステージで構成されてもよい。

また、駆動ホイールには被加工物の中心方向（Ｘ軸方向）に制御部の無線通信によるコントロールによって精密に往復運動する少なくとも一つ以上のミーリングステージが結合され、ミーリングステージ上に設けられた主軸には被加工物の外側面または端面部位を加工するように様々なミーリングツールの中から選択されるいずれか一つのミーリングツールが装着され、主電動部は制御部によるコントロールによって精密に回転運動され得る。

この時、ステージにはステージブロックの動きを制御部に送信するリニアスケールが設けられ得る。

ここで、本体部の内径や、本体部のいずれか一側または両側には被加工物を固定するチャックが設けられることが望ましい。

そして、本体部には被加工物に表示されている切断位置マークをスキャンできるように切断位置感知センサが設けられることもできる。

本発明による加工装置は、少なくとも一つ以上を備えた切削ツールが被加工物を中心に回転しながら、これと同時に被加工物の中心方向または長手方向への精密制御による動きが可能となって、被加工物の切断加工、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となる。

本発明による加工装置は、数〜数十ｍｍ厚さの管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、どのような厚さの管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。

本発明による加工装置は、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替えなくても面取範囲を自由に設定して加工することができるという利点がある。

本発明による加工装置は、従来の技術のように歯車と係部による衝突回数によって切削深さが定まるのではなく、切削ツールを無線通信によって自由自在に動かすことが可能なため、装備の耐久性を確保できると共に被加工物の種類及び材質によって所望通りに切削条件を定めることができる利点がある。

また、本発明による加工装置は、各種ミーリングツールを追加で装着して精密制御により使用できることにより、上述の加工例の他にも更に多様な加工例を具現できるようになる。

また、本発明は、無線通信によってコントロールされるステージ及びミーリングステージに実際移動距離を測定して制御部に送信するリニアスケールを設けることにより、制御信号と実際移動距離を比較判断して加工エラーを未然に防止又は補正することが可能になる。

従来技術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。 従来技術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。 従来技術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。 従来技術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。 従来技術によるパイプカット及びベベルマシンでの切断ツール長さと管材厚さとの関係を示した図面である。 従来技術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。 本発明による加工装置の構成図を示した図面である。 本発明で使われる被加工物の種類を示した例示図である。 本発明による加工装置の本体部周辺を拡大して示した正面図及び側面図である。 図１０の正面図でミーリング加工部が更に設けられた形態を示した図面である。 本発明による加工装置を用いて加工することができる例示を示した図面である。 図１２の加工方法のうち一番目の例示方法である切断及び開先作業を同時に行う加工手順に関する例示図面である。 本発明による加工装置のミーリング加工部を用いて加工することができる例示を示した図面である。

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加工装置を説明する。

図８は、本発明による加工装置の全体構成図であり、この図面を参考すると、本発明による加工装置１００は、ベッド１１０と、該ベッド１１０の上部に設けられ、加工しようとする被加工物（ｐ）が貫通される本体部１２０と、本体部１２０のいずれか一側に回転可能に結合されながら被加工物（ｐ）が貫通される駆動ホイール１３０と、駆動ホイール１３０の前方に被加工物の中心方向に往復運動可能に装着され、被加工物（ｐ）の外側面または端面を切削する切削ツール１５０と、駆動ホイール１３０を回転させるための主電動部１６０と、切削ツール１５０及び主電動部１６０をコントロールする制御部１７０とを含んで構成される。

本発明で言及する被加工物（ｐ）とは、図９の被加工物の例示図面に示すように、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に限られるものではなく、エルボのように曲がった形態など、本体部１２０に貫通されて固定できるものであればどんなものでも可能である。

ベッド１１０は、本発明の加工装置１００の大部分の構成を支える基礎となるところで、水平で広い形態が望ましく、特定の形状に限定しなくてもよい。このようなベッド１１０は、地面または下部支持物１０１上に設けられるもので、場合によってはＺ軸方向に往復運動が可能な機能を有することもできる。すなわち、Ｚ軸方向とは被加工物の長手方向のことで、被加工物の切削位置へ切削ツール１５０を移動させる時に急移送する場合に使用さえ得る。または、急移送の他にも加工のための精密移動も可能にすることができる。従って、ベッド１１０の下部は、ＬＭガイド及びボールねじなどの移動手段１１５で構築され、制御部１７０のコントロールによって選択的にＺ軸方向への移動が可能になり得るものである。

ベッド１１０の上部に設けられる本体部１２０は、ベッド１１０と一体に形成されるか、またはベッド１１０に対して着脱可能に結合されることができる。このような本体部１２０の中間部には被加工物が水平を維持した状態で貫通されるため、貫通径も水平を要すると共に本体部１２０の外形も垂直を要することが望ましい。

図１０は、本発明の加工装置の本体部周辺を拡大して詳しく示した正面図及び側面図であり、同図面を参考すれば、駆動ホイール１３０は本体部１２０の前方に形成される。説明の便宜上、本体部１２０において切削ツール１５０が装着されたところを前方と称し、切削ツール１５０が装着されない反対側を後方と称することとする。駆動ホイール１３０は、本体部１２０から離脱されず、加工する被加工物を中心に自体の位置で回転が可能に結合される。従って、駆動ホイール１３０の後方面上には、本体部１２０の内部に延びベアリング１２１と結合される結合リング１２５が形成される。勿論、結合リング１２５は、駆動ホイール１３０側ではなく本体部１２０側に形成され駆動ホイール１３０の内部に延びることもできる。駆動ホイール１３０は、被加工物を加工するために回転がなされるものであるため、円滑な回転のために偏心していない円形の板状であることが望ましい。また、駆動ホイール１３０の外周面上には主電動部１６０から動力の伝達を受けるためのギア１３１が形成される。本発明による主電動部１６０と駆動ホイール１３０は、図示されているように、主電動部１６０と駆動ホイール１３０をギアの噛合により駆動させることもできるが、タイミングベルトやＶベルトまたはチェーンなどで連結して駆動させることもできる。ギアの噛合で連結する場合は、大きい直径を有する駆動ホイール１３０の外周面にギアを形成しなければならないため加工の困難さが伴うが、Ｖベルトを使うようになれば、ギアよりは製作及び加工面で容易であることと予想される。

このように形成された駆動ホイール１３０の前方に切削ツール１５０が装着された少なくとも一つ以上のステージ１４０が結合される。ステージ１４０は、駆動ホイール１３０の前方に結合され、Ｘ軸またはＸＺ軸方向に動きながら切削ツール１５０が被加工物（ｐ）を切削する際に切削される量と方向を決定することになる。ここで、Ｘ軸方向とは被加工物の軸中心方向のことで、Ｚ軸方向とは被加工物の長手方向のことを意味する。従って、本発明によるステージ１４０は、Ｘ軸方向にのみ動きが可能な１軸ステージを構成して被加工物の軸中心側へ往復運動しながら精密な制御が可能なようにしてもよく、または、ＸＺ軸方向に動く２軸ステージを構成して被加工物の軸中心方向はもちろん長手方向にも往復運動しながら精密な制御が可能なようにしてもよい。ここで、ステージ１４０がＸ軸方向にのみ往復運動可能なように１軸ステージに構築する時は、ベッド１１０の移動手段１１５を設けて、本発明による加工装置１００がＸ軸及びＺ軸の２軸方向に動けるようにすることが望ましい。または、ステージ１４０がＸＺ軸方向に各々往復運動可能なように２軸ステージに構築する時は、ベッド１１０の移動手段１１５は設けても設けなくてもよい。

本発明でのステージは、モータによって精密に制御可能な自動ステージ（Motorized Stage）を用い、モータ駆動のための電力が入力されながら制御信号を両方向送受信するよう構成されている。そして、ステージ１４０は、駆動ホイール１３０の前方に一つだけ設ける時は、駆動ホイール１３０の高速回転による偏心を深刻に考慮しなければならないため、両側に均衡に２個装着される方が望ましく、それ以上でも等間隔に配置して設けられることもできる。

切削ツール１５０は、ステージ１４０上に装着されるもので、被加工物の材質によって、炭素鋼、高速度鋼、超硬合金、セラミック、ダイヤモンドなどで製作され、ステージ１４０の動きによって被加工物と接触して被加工物の表面を駆動ホイール１３０の回転運動力で削り出す作用をする。

主電動部１６０は、駆動ホイール１３０を回すためのもので、主電動機１６１と、この主電動機１６１から駆動ホイール１３０へ動力を伝達する動力伝達手段とから構成される。主電動機１６１は、切削作業に必要なＲＰＭが得られるようＡＣモータかＤＣモータの使用が可能であり、駆動ホイール１３０の回転数及び回転角度を精密に制御する必要がある時にはサーボモータの使用も可能である。そして、動力伝達手段は、主電動機１６１の動力を加速または減速するギアボックスを備えることができ、このギアボックスには駆動ホイール１３０の外周面上に形成されたギアと噛合またはタイミングベルトやＶベルト及びチェーンで連結されるための出力ギアまたはプーリー１６２を有する。このような主電動部１６０は、装置全体の均衡性や安定性などを考慮して、ベッド１１０の上部面上または本体部１２０に設けることができる。

次に、再び図８を参考すると、制御部１７０は、ベッド１１０の移動手段１１５と、ステージ１４０と、主電動部１６０とをコントロールする。この時、ベッド１１０の移動手段１１５と主電動部１６０は、動力を発生させる主体である電動機が固定された状態で制御部１７０と隣接しているため、有線制御が可能になる。しかし、ステージ１４０は、高速または低速で回転する駆動ホイール１３０の前方に設けられることになるため、制御部１７０から有線で連結して使用することが困難な構造を有する。従って、本発明ではステージ１４０の制御信号を無線通信で構築する方案を提示する。

敷衍すれば、本発明によるステージ１４０は、高速で回転するか、または低速ででも継続して回転するように作用される駆動ホイール１３０に設けられているため、電源供給及び制御信号伝達に大きな困難が伴うことになる。即ち、先行技術１及び２のような場合にも、切削ツールの動きを自由自在に自動制御することができないという現実性のため、必ず切削ツールが１回転時毎に一定量進入するように開発されていたのである。

しかし、本発明では、ステージ１４０のコントロールを無線で制御するために制御部１７０には無線アクセスポイント（Wireless Access Point；ＷＡＰ）３００を設け、ステージ１４０には無線アダプタ３１０を設けて制御信号伝達の困難を解決した。そして、ステージ１４０に電源を供給するために、駆動ホイール１３０の後方にスリップリング１３２を形成し、このスリップリング１３２にブラシなどを通して接触させて電源を連結する接触式、または液体金属を用いる非接触式で適用させて使用され得る。上述のように回転される駆動ホイール１３０内に電源が供給されることができれば、その内部で少なくとも一つ以上のステージ１４０へ電源を配電することは難しい問題ではないため、詳しい配電の説明は省略することにする。

本発明による制御部１７０には、加工に必要な情報を入力したり、それによる情報データが内蔵されることができ、各種加工パターンや範囲などがプログラム化されることができる。また、現在の加工状態や動きなどを作業者（operator）に示すためのモニタリング部１８０が制御部１７０と連結されることができる。

本発明による加工装置１００は、被加工物（ｐ）を固定させるためのチャック部２００が本体部１２０の前側か後側または両側ともに設けられ得る。チャック部２００は、本体部１２０側へ往復運動可能に設けられることができ、必要な場合は、制御部１７０のコントロールによって精密な移動が可能なように構築されることもできる。即ち、ベッド１１０の移動手段１１５の動きに代わって、チャック部２００が被加工物（ｐ）を把持して直接動きながら加工することもできるのである。または、チャック部２００と本体部１２０に長い被加工物が挟まれた状態で被加工物を連続して切断／面取など加工することになる場合は、本体部１２０は自体の位置に留まった状態でチャック部２００が切断する長さだけ被加工物（ｐ）をクランプして移動させることもできる。

本発明による加工装置１００は、本体部１２０に切断位置感知センサ（図示せず）を設け、本体部１２０が動きながら、またはチャック部２００かベッド１１０が動きながら、被加工物（ｐ）に表示されている切断位置マークをスキャンして正確な切断位置を探し出すこともできる。このような切断位置感知センサは、近接センサやフォトセンサなどのセンシング技術を用いて行われることができ、被加工物（ｐ）の外周面に向かうことができれば、本体部１２０のどの位置でも構わないが、被加工物の外周面と最も近くに位置している本体部の内径面上に設けられることが最も望ましい。切断位置マークは被加工物（ｐ）上に作業者等が表示し、この切断位置マークが切断位置感知センサによって感知されれば、制御部ではこの感知位置と切断位置を演算して切断位置と切削ツールの位置が一致するように調整して加工されることができる。

本発明による加工装置１００は、被加工物（ｐ）が貫通される本体部１２０の内径上に少なくとも２方向以上に狭まったり広がったりするジョー（jaw）２１０が形成されることもできる。即ち、ジョー２１０は、本体部１２０を貫通する被加工物（ｐ）を本体部１２０で固定させるもので、このようなジョー２１０によって被加工物（ｐ）が固定された状態では本体部１２０がＺ軸方向に動くかチャック部２００がＺ軸方向に動くことが不可能なため、ステージ１４０のＸＺ軸移動によってのみ加工が可能である。この時、ジョー２１０は、本体部１２０の外側にレバー（図示せず）を設け、このレバーにより連動して狭まったり広がったりすることが可能なように構築できる。このようなレバーとジョー２１０との結合構造及び作用は、通常の技術者ならば十分に構築可能なことで、先行技術でも説明されているため、詳しい説明は省略する。

図１１は、駆動ホイールの前方に他の切削加工部を設けることができる例を示す図面で、同図面に示されているように、本発明による加工装置１００は、駆動ホイール１３０の前方面上にミーリング加工部１９０が更に形成されることもできる。ミーリング加工部１９０は、高速回転される主軸１９２に所望のミーリングツール１９５を装着してミーリングマシンにおけるような加工作業を行うことができるものである。従って、駆動ホイール１３０の前方面上にＸ軸に往復運動可能なように１軸ミーリングステージ１９１を形成し、このミーリングステージ１９１に高速回転される主軸１９２とミーリングツール１９５が装着される。この時にも、ミーリング加工部１９０へ伝達される電源はスリップリング１３１を介して供給され、ミーリングの制御信号は、ミーリング加工部１９０に無線アダプダ３１０を設け、制御部１７０の無線信号を通してコントロールされる。

このようにミーリング加工部１９０を構築した後にミーリングマシンの大部分の機能を全て行うためならば、Ｚ軸移動も可能でなければならないため、ベッド１１０の移動手段１１５の設置やチャック部２００の移動が必然的に必要になる。また、主電動部１６０は、ミーリング作業のための位置選択時に精密な制御が可能でなければならないため、単純に回転力だけ提供するよりはサーボモータを用いて精密な制御が可能に構築される必要がある。

従って、ミーリング加工部１９０は、自体回転によるミーリングツール１９５の切削作業が、ミーリングステージ１９１によるＸ軸移動の第１軸動きと、ベッド１１０の移動手段１１５またはチャック部２００の移動によるＺ軸移動の第２軸動きと、また駆動ホイール１３０の回転移動のＣ軸動きとが同時に制御されながら、どのような加工位置でどのような形態の加工でも万能に行えるようにするものである。

このようなミーリング加工部１９０は、駆動ホイール１３０の前方面上で少なくとも一つ以上のステージ１４０と均衡をなして、等間隔に配置されることが望ましい。

本発明による加工装置１００は、精密な制御が可能になるが、駆動ホイール１３０の回転が前提になるため、ステージ１４０及びミーリングステージ１９１の動きが加工中に実際に起きているかを確認しながら補正するためのリアルタイムモニタリングが付加され得る。従って、Ｘ軸、Ｚ軸、Ｃ軸の３軸の動きのうち少なくともステージ１４０及びミーリングステージ１９１での動きは特にモニタリングが必要である。このために、ステージ１４０及びミーリングステージ１９１の移送ブロックにはリニアスケール（図示せず）が設けられることができ、このリニアスケールが制御部１７０と無線通信によって送受信される。

以下、上述のように形成された本発明の加工装置１００により実現可能な加工方法及び例を装置の作用と共に説明する。

図１２は、本発明による加工装置の切削ツールを用いて加工することができる一例を示した図面で、図１２の一番目の図面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。そして、二番目の図面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。また、三番目の図面及び四番目の図面に示されているように、ラウンド形態の特殊形状を加工することもできるようになる。

加工方法の一例として、図１２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１３を参考にして説明する。

図１３に示されているように、切削ツール１５０を被加工物（ｐ）の加工する部分に位置させる。切削ツールを被加工物の加工部分に位置させるためには、ベッド１１０の移動手段１１５を作動させて加工位置を設定する方法と、チャック部２００を動かして加工位置を設定する方法のうち一つを選択して用いることができる。

上述のように加工位置が設定された後は、駆動ホイール１３０を回転させた状態で切削ツール１５０が被加工物の表面に進入するようにステージ１４０をＸ軸方向に移動させる。この時、被加工物の種類及び厚さによって適正な深さを考慮しなければならない。

次に、Ｘ軸移動は停止した状態でＺ軸方向に移動させて加工する。この時、Ｚ軸方向の移動距離は、被加工物の厚さ（ｔ）と開先角を予め計算すると移動距離を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。

このような本発明の加工装置１００は、図１３に示されているように、切断と同時に開先作業をする際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及び２のように被加工物の厚さに比例するように切削ツール１５０の長さを備えなくてもよい。即ち、本発明の加工装置１００では、ステージ１４０のＸ軸方向移動距離が被加工物の厚さを決定する要因になるのである。また、本発明による加工装置１００は、駆動ホイール１３０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。

また、多様な被加工物の種類によって加工条件をデータ（data）化することができるため、最適の加工条件を提示することができる。

図１２の３番目の図面及び４番目の図面のように、長く延びる形態に加工するためにはステージ１４０のＺ軸移動だけでは不可能になる。即ち、ステージのＺ軸移動は数十ｍｍ以内に設定することが構造的に適しているため、無制限に長くすることはできず、このような理由により上記のような広い幅の加工にはステージを利用するＺ軸移動よりはベッド１１０の移動手段１１５を用いてＺ軸方向に移動させることが望ましい。

本発明の望ましい実施例の図面では、被加工物（ｐ）の外部で切断、面取、特殊形状加工する一例を示したが、被加工物の断面部位を加工することも可能である。即ち、被加工物（ｐ）をいずれか一方のチャック部２００に固定した状態で被加工物（ｐ）の断面部位に向かって切削ツール１５０が進入するようにして、断面面取、断面面削り、断面内径加工など、本発明の加工装置１００を用いて被加工物（ｐ）の内外部加工が全て可能になるのである。

図１４は、本発明による加工装置にミーリングツールを装着して加工することができる一例を示した図面で、同図面の一番目の図面に示されているように、本発明によるミーリング加工部１９０は、ミーリングツール１９５を用いて被加工物の表面にドリリングを行なったり、タップ加工などを行なうことができ、二番目の図面に示されているように、エンドミル、溝掘りなどミーリングマシンで可能な作業を大部分できるようになる。このようなミーリング加工部１９０は、被加工物を主電動部１６０で精密に回転軸方向に回転させることができるため、被加工物の外径のいずれの位置でもミーリング加工が可能になる。そして、ミーリング加工部１９０は、ベッド１１０の移動手段１１５を共に使って被加工物の長手方向加工が可能になる。

上記では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の当業者は、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することができるはずである。

Claims (7)

1. 本体部のいずれか一側に回転可能に結合されながら被加工物が貫通される駆動ホイール；
   該駆動ホイールを回転（Ｃ軸方向）させるための主電動部；
   上記駆動ホイールの前方に上記被加工物の中心方向（Ｘ軸方向）に精密に往復運動可能に結合される少なくとも一つ以上のステージ；
   該ステージに装着され上記被加工物の外側面または端面部位を切削する切削ツール；
   上記ステージと主電動部をコントロールするための制御部；とを含み、
   上記制御部と上記ステージは無線で通信してコントロールし、
   上記ステージにはステージブロックの動きを上記制御部に送信するリニアスケールが設けられる、
   ことを特徴とする無線通信によって切削ツールを制御する加工装置。
2. 上記駆動ホイールの後方にはスリップリングが形成され、上記ステージに引入される電源の供給を上記スリップリングから接触式または非接触式で受けることを特徴とする請求項１に記載の無線通信によって切削ツールを制御する加工装置。
3. 上記本体部は、移動手段によって上記被加工物の長手方向（Ｚ軸方向）に精密に往復運動可能に設けられることを特徴とする請求項１に記載の無線通信によって切削ツールを制御する加工装置。
4. 上記ステージは、被加工物の長手方向（Ｚ軸方向）にも精密に往復運動可能に２軸型ステージで構成されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信によって切削ツールを制御する加工装置。
5. 上記駆動ホイールには上記被加工物の中心方向（Ｘ軸方向）に上記制御部の無線通信によるコントロールによって精密に往復運動する少なくとも一つ以上のミーリングステージが結合され、上記ミーリングステージ上に設けられた主軸には上記被加工物の外側面または端面部位を加工するように様々なミーリングツールの中から選択されるいずれか一つのミーリングツールが装着され、上記主電動部は上記制御部によるコントロールによって精密に回転運動されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信によって切削ツールを制御する加工装置。
6. 上記本体部の内径や、上記本体部のいずれか一側または両側には上記被加工物を固定するチャックが設けられることを特徴とする請求項１に記載の無線通信によって切削ツールを制御する加工装置。
7. 上記本体部には被加工物に表示されている切断位置マークをスキャンできるように切断位置感知センサが設けられることを特徴とする請求項１に記載の無線通信によって切削ツールを制御する加工装置。
   

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