使用旋转速度比自由地并可选择性地控制旋转体内的多个切削刀具的轨道式切削装置的制作方法

本发明涉及一种轨道式切削装置，更具体而言，涉及一种取决于同步轮的旋转速度比，能够自由地并可选择性地控制进入材料的多个切削刀具的运动的轨道式切削装置。

背景技术：

与管道的切削技术相关，当管道的尺寸和重量逐渐增大时，人们开发出轨道式切削装置，其中切削刀具在围绕固定管道的外周旋转时进行切削，将固定管道的外周逐渐剥除至预定深度。目前，用于管道的轨道式切削装置能够通过配备切削刀具和倒角刀具两者来进行倒角和切削。

作为上述轨道式切削/倒角装置的实例，已公开了一种图1和图2中所示的装置（在下文中称为“现有技术1”）。如图1和图2中所示，现有技术1包括主体部10，其配置为固定定位在其中心的管道材料P。当管道材料P经过主体部10的任何一侧（前侧）时，配置为由电动机15旋转的旋转体20连接至管道材料P。切削刀具31和倒角刀具32在旋转体20的前侧相对于彼此（或相平衡的两个或更多个刀具）安装，以将切削刀具31和倒角刀具32配置为每当旋转体20旋转一次便竖直地（朝向管道材料的中心）运动预定深度。此处，将切削刀具31和切削刀具32安装在块部40上，块部40经导向能够朝向旋转体20的前表面上的管道材料P的中心往复运动，且块部40经螺纹连接至旋转轴50，旋转轴50的上端形成有齿轮51。因此，每当齿轮51与伸出主体部10的指形止挡60接触时，旋转轴50便将块部40竖直地运动与齿轮51的旋转角相对应的节距，以使切削刀具31和倒角刀具32向前朝向管道材料P的中心运动。

如上文中所述，现有技术1涉及一种当切削刀具31和倒角刀具围绕管道材料旋转一圈时，能够通过促使切削刀具31和倒角刀具32凿入管道材料P预定的深度来切削管道材料或同时对管道材料进行切削和倒角的装置，但其是一种有限的技术，不能随意地控制切削刀具和倒角刀具的运动。换言之，现有技术1不能在旋转体20运动时，随意地调节切削刀具和倒角刀具。

当切削刀具和倒角刀具不能调节时，意味着切削条件不能依据工件的尺寸、材料、种类等改变。这可能会自然地降低切削效率，且还可能损坏切削本身。另外，麻烦在于，在完成切削操作后将切削刀具和倒角刀具恢复至其初始位置，需要再次对旋转体逆向进行旋转，或者使用单独的反向旋转装置将旋转体恢复至其初始位置。

另外，在现有技术1中的切削/倒角装置的情况下，很难预测切削刀具和/或倒角刀具何时变钝或受到损坏，从而使工件由于切削刀具和/或倒角刀具的损坏而经常受到损坏。换言之，在现有技术1的切削/倒角装置中的刀具处于变钝或受损情况下，即使由于该刀具的异常条件使工件处于非切削状态下，该刀具也会通过齿轮的旋转而持续地凿入工件。当此状态重复时，刀具与工件之间的荷载增大，以致荷载可能会导致整个刀具或工件受到损坏。

另外，该切削/倒角装置的问题在于，不能够加工各种形状，不能够切削具有比预定厚度还厚的管道材料，齿轮与指形止挡之间的碰撞可能导致损坏，不能调节切削深度，切削刃口应取决于切削角度和形状而经常更换。

这些问题将结合一个案例更详细地描述，其中现有技术1按图3中所示的操作顺序加工管道材料。换言之，切削刀具31和倒角刀具32如图3中的第一个附图所示凿入管道材料P，且在促使切削刀具31和倒角刀具32按照第二个至第四个附图中所示的顺序逐渐且更深地凿入管道材料P以便管道材料P在切削的同时进行倒角时进行加工。因此，现有技术1加工管道材料的局限之处在于，现有技术1能够进行的加工限于图4(a)中所示的切削和图4(b)中所示的一侧倒角。

如图5中所示，自然的是，供切削管道材料使用的切削刀具31应具有与待切削的管道材料的厚度t相比较长的长度以便切削管道材料。然而，当增加切削刀具的长度L以便切削具有数十毫米或更大的厚度t的管道材料时，切削刀具可能不能承受施加在其上的力且因此可能容易受到损坏。

另外，如图6中所示，自然的是，用于改进和加工管道材料的切削表面的倒角刀具32的刃口的长度lb应长于管道材料的倾斜表面的长度。然而，如图7中所示，由于倒角刃口的长度lb基本上长于切削刃口的长度lc，倒角刃口还应耐受对应于施加至其上的力的相当大的荷载。

另外，可理解，现有技术1以如下方式工作：切削刀具每旋转一圈便切削中心部分一预定值，且在进行切削时受到的荷载和进行倒角时受到的荷载彼此不同，亦即，切削阻力P可变化地起作用。此处，切削阻力P由比切削阻力Ks根据待切削的材料数量、切削宽度l和加工深度dp决定，并可使用如下方式表示：

P = Ks×l×dp

因此，如图7(b)中所示，在使用用于切削的切削尖部时，可通过估算切削宽度lc和加工深度dp，同时根据待切削的材料质量忽略比切削阻力来计算节距。然而，在进行倒角时，如图7(a)中所示，由于切削宽度lb取决于管道材料的厚度t而变化，难以计算适合倒角的节距值（每旋转一圈加工的深度）。由于此原因，倒角可能不能满足各种加工要求，这使得商业化困难，且倒角刀具经常受到损坏，这也会导致用来克服它的机械设计问题。

齿轮与指形止挡啮合，以便当齿轮旋转固定角度时，切削刀具和倒角刀具降低以进行预定深度的切削。当打算对具有数十毫米厚度的管道材料进行切削和倒角时，问题在于，当齿轮和指形止挡彼此碰撞数百次时，齿轮、齿轮下方的附件、指形止挡等可能受到损坏。例如，假定齿轮具有五个齿时，齿轮旋转一圈时的节距为1mm，管道厚度是20mm，指形止挡和齿轮将相互碰撞5次以将管道材料切削1mm，并将相互碰撞100次以加工200mm。当每天执行该加工100次时，将发生10,000次碰撞，且当执行该加工100天时，将发生1,000,000次碰撞。当在高速旋转期间发生该碰撞时，将产生相当大的冲击，这将对该装置的耐久性施加有害的影响。

另外，在现有技术1中，由于仅当指形止挡与齿轮啮合时才执行切削预定深度，不可能随意地调节切削深度且工件的选择范围变窄。换言之，取决于工件的材料和刀具的种类，确定切削速度、切削深度等。然而，现有技术1的问题在于，即使存在加工条件，其也不能对该加工条件进行调节。

另外，倒角角度可取决于管道材料的种类和设计而变化。然而，现有技术1的不方便之处在于，为了改变倒角角度，需要更换倒角刀具。

为克服如上所述的现有技术的问题，本申请案的发明人已研究能够自由地控制切削刀具向前运动和向后运动的措施，使切削刀具不仅能够在垂直于待切削的圆形材料的方向上运动，而且能够在待切削的材料的轴向方向上运动，从而能够实现各种形状的加工以及切削和倒角，且能够同时进行具有数十毫米或更大厚度的重型管道（例如管道材料或难以切削材料）的切削和倒角操作。

具体而言，发明人已研究用于一种能够自由地控制刀具在旋转体内的运动的方法的各种措施。因此，提出了基于无线通信的第一种控制方法，基于离心力的第二种控制方法，以及基于液压的第三种方法，且最后一种使用旋转速度比的控制方法。

本申请案的申请人和发明人在韩国专利第1407327号（于2014年6月9日登记）提出一种基于无线通信（这是第一种建议的技术）的刀具控制方法，在韩国专利第1407328号（于2014年6月9日登记）还提出一种基于离心力（这是第二种建议的技术）的刀具控制方法，在韩国专利第1415513号（于2014年6月30日登记）提出一种基于液压（这是第三种建议的技术）的刀具控制方法，在未公布的韩国专利第2014-0066480号（于2014年5月30日提出申请）提出一种使用旋转速度比的刀具控制方法。

使用用于多个轮的旋转速度比（这是第四种建议的技术）的刀具控制方法的代表性相关技术如下：

现有技术2：USP 5,605,083（于1997年2月25日公布）（发明标题：具有差动速度可旋转环形刀具致动的管道切削装置）。

现有技术3：日本专利特许公开号第2001-096421号（2001年4月10日公布）（发明标题：管道切削装置）。

现有技术4：日本专利特许公开号第2003-117720号（2003年4月23日公布）（发明标题：管道切削装置）。

现有技术5：EP 2085169:（2012年7月11日公布）（发明标题：管道切断装置）。

现有技术2和现有技术5以发明的名义提出申请，提出一种通过在刀具上安装旋转体且然后安装与刀具联锁的环形齿轮（环形齿轮相对于旋转体相对地旋转）并根据旋转体与环形齿轮之间的速度比来控制刀具的运动的方法。

现有技术3提出一种通过如下步骤控制刀具运动的方法：在旋转体内安装多个行星齿轮；在行星齿轮上安装刀具；且然后促使行星齿轮相对于行星齿轮相对旋转。

另外，现有技术4提出一种通过在旋转体上安装刀具且然后安装与旋转体内的刀具联锁的两级综合齿轮并根据刀具是否与两级综合齿轮内的具体齿轮啮合来控制刀具运动的方法。

总之，人们已发现，与旋转速度比相关的现有技术具有旋转体和相对旋转的控制轮以控制安装在旋转体上的刀具的竖直运动或枢转运动，且发明人旨在提出的一种技术已经被现有技术已知。

发明人新近提出的与一种使用轨道式管道切削装置内的旋转速度比相关的刀具控制方法的项目涉及一种技术，其中，将两个或更多个刀具安装在旋转体上，且然后可选择性地控制所述两个或更多个刀具。现有技术2和现有技术5不能选择性地、也不能独立地分别控制一个或多个刀具。

技术实现要素：

技术问题

本发明旨在提供一种轨道式切削装置，其能够自由地并可选择性地控制多个切削刀具的前后运动，使切削刀具能够前后运动并在待切削的材料的轴向方向上运动，从而实现各种形状的加工以及切削和倒角，且其能够同时对具有数十毫米或更大厚度的管道材料或重型管道进行切削和倒角操作。

技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种能够使用旋转速度比自由地并可选择性地控制旋转体内的多个切削刀具的轨道式切削装置。该轨道式切削装置包括：芯轴旋转单元，其连接至主体部的任何一个表面以便旋转（C轴）；多个相连接的刀具单元，其在芯轴旋转单元的前表面上朝向芯轴旋转单元的中心往复运动（X轴），以轨道方式切削和加工夹紧的材料；相对运动单元，其在与芯轴旋转单元的相对侧连接至主体部以能够与芯轴旋转单元同步地旋转，并构造成将动力传递至多个刀具单元以促使刀具单元往复运动；连接齿轮，每一者均在刀具单元的传动轴的每一者的一端形成，以便可选择性地与相对运动单元接合以接收相对运动单元的动力；操作单元，其构造成促使所选择的连接齿轮与相对运动单元接合或与相对运动单元脱离；控制单元，其构造成控制芯轴旋转单元和相对运动单元的运动。

此时，连接齿轮可与相对运动单元接合或与相对运动单元脱离，同时由操作单元在传动轴的端部往复运动，以致动或停用刀具。

此处，可将连接齿轮构造成可重复地由操作单元的推动装置按照一次接触方式进入和移出。

可替代地，操作单元可包括构造成水平地往复运动的推动装置，且两个推动装置可单独地配备或双重构造，以推动连接齿轮或压紧用于固定连接齿轮的止动装置。

另外，与相对运动单元啮合的连接齿轮的起始部分具有成形为逐渐变细的的外径部分，以便当连接齿轮和相对运动单元彼此最初啮合时可产生啮合间隙。

另外，控制单元靠传感器检查多个连接单元与相对运动单元是接合还是脱离，同时旋转芯轴旋转单元一次到数次，以监视每个刀具的连接状态。

另外，控制单元可确定连接齿轮的每一者是否安装在正确位置，并可将连接齿轮对齐，以通过操作单元重新安装一次连接齿轮的每一者。

本发明可提供一种轨道式切削装置，其能够使用旋转速度比自由地并可选择性地控制旋转体内的多个切削刀具。该轨道式切削装置包括：芯轴旋转单元，其连接至主体部的任何一个表面以便旋转；多个相连接的刀具单元，其在芯轴旋转单元的前表面上朝向芯轴旋转单元的中心往复运动，以轨道方式切削夹紧的材料；相对运动单元，其在与芯轴旋转单元的相对侧连接至主体部以能够与芯轴旋转单元同步地旋转，并构造成将动力传递至多个刀具单元以促使刀具单元往复运动；控制单元，其构造成控制芯轴旋转单元和相对运动单元的运动。在相对运动单元中，多个控制轮分别与多个刀具单元相连接，且多个控制轮构造成与芯轴旋转单元同步以分别控制刀具单元的往复运动。

此处，可将控制轮与待固定至主体部的固定轮相连接，且将自由轮置于控制轮之间以使轴承能够自由运动。

优选地，轨道式切削装置的刀具单元可通过传动轴接收相对运动单元的动力，以将旋转运动转换为竖直往复式运动。

另外，可将主体部构造成靠控制单元的控制在材料的纵向方向（Z轴）上往复运动。

另外，可将主体部构造成取决于材料的口径向上或向下运动。

另外，控制单元可包括人机接口（HMI）触摸屏，其构造成输入或输出部件的运动和加工条件。

另外，该轨道式切削装置还可包括支架单元，其安装在主体部的每一侧或任何一侧，以向主体部供应材料/从主体部排放材料。

此处，该轨道式切削装置还可包括水平运动装置，其置于支架单元与主体部之间，并构造成靠控制单元的控制进行往复运动，以准确地输入或输出待供应或排放的材料。

另外，该轨道式切削装置可包括刀具传感器，其构造成检测切削刀具的位置，以提供在X轴方向上运动的基准点。

此处，该刀具传感器可包括接触板，其构造成检测是否接触相应刀具单元的刀具尖端，且可将刀具传感器安装成可分离/可附接，以便在更换相应刀具单元的刀具后感测基准点。

本发明的轨道式切削装置可包括夹紧单元，其安装在主体部的每一侧或任何一侧以固定材料。该夹紧单元可使用至少一个驱动装置旋转夹紧轮，并可运动以回缩或扩张，以便多个夹爪可靠夹紧轮的旋转来紧固材料，且夹紧轮或驱动装置可具有刻度盘，刻度盘构造成将运动反馈至控制单元，以便准确地控制夹紧单元的运动。

此处，夹爪构造成通过回缩到材料的外侧来紧固材料，或者通过扩张到材料的内侧来紧固材料。

另外，在本发明的轨道式切削装置中，芯轴旋转单元和相对运动单元的驱动单元可相互监视对应部件各自的物理数量，以增强同步准确度。

有益效果

根据本发明的轨道式切削装置具有如下优点：安装在旋转体上的切削刀具能够由外部控制自由地前后运动。

根据本发明的轨道式切削装置具有如下优点：该轨道式切削装置内提供的一个或多个切削刀具能够朝向管道的中心并在管道的纵向方向上运动，同时围绕材料旋转，以便能够进行材料切削，以及与切削同时进行的倒角、表面切削和特殊形状加工。

根据本发明的轨道式切削装置能够使用一个刀具按照“V形形状”形式、“U形形状”形式、“双重改进”形式等的顺序进行加工，即使在对具有数毫米到数十毫米厚度的重型管道或材料同时进行倒角和切削的加工。因此，对于可降低切削刀具的范围内的厚度，可使用一个刀具以高速将任何材料切削成各种形状。

根据本发明的轨道式切削装置使用标准切削刀具，且因此与使用应立即切削相对宽表面的昂贵倒角刀具的现有技术相比，在维护和管理方面具有经济优势。另外，优点在于，可在可自由设置的范围内进行倒角，而不需如现有技术中取决于倒角角度更换倒角刀具。

根据本发明的轨道式管道切削装置可自由地固定尚未在车床加工中进行加工的非直线材料，且然后可加工到期望的形状，从而可使用该装置代替车床。

根据本发明的轨道式管道切削装置可通过输入与待加工材料、加工方法、加工条件和加工形状等相关的信息来实现工厂自动化。

附图说明

图1是例示根据现有技术1的管道切削和斜面机的正视图；

图2是例示根据现有技术1的管道切削和斜面机的侧视图；

图3按顺序例示在根据现有技术1的管道切削和斜面机中进行的操作工艺，在其中每一者中同时进行切削和倒角；

图4是侧视图，例示可在根据现有技术1的管道切削和斜面机中进行的加工的实例；

图5是侧视图，例示在根据现有技术1的管道切削和斜面机中切削刀具的长度与管道材料的厚度之间的关系；

图6是侧视图，例示在根据现有技术1的管道切削和斜面机中倒角刀具的长度与管道材料的厚度之间的关系；

图7是例示在如图6中所示进行切削时施加至倒角刀具的力的关系的视图；

图8是例示根据本发明的第一实施例的轨道式切削装置的视图；

图9是以放大比例例示芯轴旋转单元和相对运动单元的主要部件的视图；

图10是例示连接齿轮致动或停用状态的每一者的视图；

图11是示意性例示夹紧单元的视图；

图12是例示支架单元和水平运动装置的状态的视图，支架单元和水平运动装置构造成向根据本发明的轨道式切削装置供应材料/从根据本发明的轨道式切削装置排放材料；

图13是例示可使用根据本发明的轨道式切削装置进行加工的实例的视图；

图14是例示与在图13中的第一示例中的切削同时在倾斜方向上进行改进操作的加工方法；

图15是用于描绘一种情况的示例性视图，在该情况中，根据本发明的轨道式切削装置需要多个切削刀具；

图16是例示用于刀具设置的接触传感器的视图；

图17是用于描绘在夹紧材料时夹爪和刻度盘动作的视图；以及

图19是仅例示根据本发明的第二实施例的轨道式切削装置的主要部件的视图。

具体实施方式

作为基本构造，根据本发明的轨道式切削装置包括芯轴旋转单元和相对运动单元，芯轴旋转单元构造成在其上安装刀具以便按轨道方式切削材料，相对运动单元靠近芯轴旋转单元安装并构造成向刀具传递动力以促使刀具相对于材料侧向前或向后运动，且相对运动单元和芯轴旋转单元彼此同步。因此，通过调节相对运动单元的与芯轴旋转单元的旋转速度成比例的旋转速度，即使在刀具跟随芯轴旋转单元围绕材料旋转时，也可由从相对运动单元传递的动力自由地控制刀具的切入、退刀和停止。

根据本发明的轨道式切削装置包括多个刀具，并构造成能够自由地且可选择性地控制多个刀具中的一个或多个。根据如上所述的控制多个刀具的方法，第一实施例的特征在于，多个刀具中的一个或多个可选择性地同时控制，且第二实施例的特征于，刀具中的每一者都可独立地控制。

本发明可包括两个或多个轴，视切削刀具的运动方向而定。换言之，将芯轴旋转单元产生用于刀具切削材料的力的旋转运动（主分力）称为“C轴”运动，并将使刀具通过相对运动单元的旋转运动相对于材料向前或向后运动的往复运动（推力切削力）称为“X轴”运动。另外，连接有芯轴旋转单元的主体部可沿材料的纵向方向进给，且将主体部的该水平往复运动（进给分力）称为“Z轴”运动。

切削力、径向力和进给力是切削杆材料和管道材料的车床加工中经常并主要使用的术语。在车床加工中，杆材料接合在芯轴中且然后以高速旋转，切削刀具向前运动以向旋转的杆材料施加切削力和径向力，以使杆材料经受切削工艺。

在该情况下，由于车床应以高速旋转材料，例如杆材料，在根据直线形状的杆材料和杆材料的厚度施加加工时存在局限。换言之，由于杆以高速旋转，为维持准确的同心度，偏心杆的使用受限，且因此，在加工凸轮轴、非线性材料等时根本不使用车床。

然而，在根据本发明的轨道式切削装置中，刀具单元在材料固定的状态下通过芯轴围绕材料旋转。因此，不一定需要如车床中一样调节材料的偏心度，且另外消除了材料的形状等许多限制，以便根据本发明的轨道式切削装置可在对应于车床加工的技术中使用。

在后文中，结合附图描述一种能够根据实施例使用旋转速度比自由地并可选择性地控制旋转体内的多个切削刀具的轨道式切削装置。

[第一实施例]

参见图8和图9，一种根据本发明的第一实施例的轨道式切削装置100包括主体部101，芯轴旋转单元110，多个刀具单元120，相对运动单元130，操纵单元170，夹紧单元140和控制单元，它们基本上为轨道式切削装置100提供。芯轴旋转单元110和相对运动单元130通过控制单元进行同步。

首先，简要地描述本发明中待使用的材料。待使用的材料p可为附图中所示的细长管道材料或杆材料，且该管道材料或杆材料具有圆形形状或角形形状。另外，材料p不一定限于细长直线形状，且可使用任何产品（例如，具有弯曲形状的弯管）¾只要该产品能够定位在主体部101的中心。尽管本发明的实施例已将管道例示为材料以帮助充分的理解，但应注意材料可以不是管道。

主体部101作为基部，其包括安装在主体部101的内侧和外侧的各个部件，例如芯轴旋转单元110和相对运动单元130。主体部101可具有取决于组成元件的布置和连接条件等所确定的形状，并不限于具体形状。在该情况下，主体部101的中心呈穿孔形式，以使材料p贯穿其中。可替代地，尽管未在附图中绘示，当根据本发明的轨道式切削装置用作仅加工材料端面的专用装置时，主体部101可不呈材料贯穿其中的穿孔形式。

芯轴旋转单元110安装在主体部101的任何一个表面上。

芯轴旋转单元110构造成进行“C轴（主分力）”运动以便切削材料，包括以可旋转方式安装在主体部101上的驱动轮111，且其通过单独的芯轴驱动单元112进行旋转。芯轴旋转单元112可为例如电动机，且可优选地使用伺服马达，以便与相对运动单元同步，以准确地控制相对运动单元。芯轴驱动单元112和驱动轮111可构造成经由动力传递单元（例如齿轮、皮带和链条）彼此连接以传递动力。在本发明的实施例中，在驱动轮111上形成芯轴皮带轮，且正时皮带V缠绕在芯轴皮带轮和芯轴驱动单元112上，以便将芯轴皮带轮和芯轴驱动单元112互连。

芯轴旋转单元110的驱动轮111具有构造成切削材料p的多个刀具单元120。

在提供根据本发明的两个或多个刀具单元120时，可不用改变刀具而完成具体形状的加工。当然，可以使用一个刀具通过重复操作来加工期望的形状。然而，考虑到旋转运动的平衡和加工的有效性，建议安装至少两个刀具单元作为基本构造。

刀具单元120的每一者都包括经连接以在驱动轮111的前面朝向驱动轮111的中心进行“X轴（推力切削力）”运动的刀具支架122，安装在刀具支架122的端部的切削工具121，且还包括构造成在驱动轮111的后侧接收相对运动单元130的旋转运动的传动轴123，构造成接收传动轴123的旋转运动以使刀具支架122直线运动的运动转换单元。

作为运动转换单元，可例示现有技术2，其中改变旋转运动的方向，且然后使用滚珠丝杠将旋转运动转换成直线运动。然而，可在本发明的实施例中采用任何运动转换单元¾只要其具有将旋转运动转换成直线往复运动的机构。本发明并未具体地建议现有运动转换机构之外的任何机构。因此，将省略关于运动转换单元的具体构造和动作的说明。

在上述刀具单元120的每一者的传动轴123上形成连接齿轮125，以接收相对运动单元130的旋转运动。可将每个连接齿轮125选择性地连接至进行水平往复运动的相应刀具单元120，以便将相应刀具单元120与相对运动单元130连接以进行致动，或者不与相对运动单元130连接以便停用。此连接齿轮125与传动轴123接合以便能够进行水平往复运动，同时在旋转方向上具有高约束力，且其设计为通过从外侧施加的力进行往复运动。换言之，连接齿轮125为一次接触型，以便连接齿轮125被向后推且然后通过一次推停止，并向前伸出且然后通过下一次推停止。

例如，可将下压按钮型例示为以一次接触方式进出。另外，第一次推可推动连接齿轮125，以便连接齿轮125可运动且然后停止，且第二次推可推动用于固定连接齿轮125的止动装置，以便可释放对连接齿轮125的固定。另外，可使推进器进行旋转，且旋转运动可促使连接齿轮125经由滚珠丝杠进行直线往复运动。

图10是例示连接齿轮致动或停用状态的每一者的视图。如附图中所示，以对应于如上所述三个实例中第二个实例的形式实施本发明的实施例。换言之，在弹簧127的反作用力产生将连接齿轮125推动到传动轴123的端部的力的状态中，连接齿轮125由外部推进器推动到传动轴的内侧，以使连接齿轮向下运动（第一次推），安置在传动轴123内侧的止动装置可向上弹起以挡住连接齿轮125的前部从而使连接齿轮125停止。另外，当此时止动装置126被推进器的第二次推推动时，已经向后运动的连接齿轮125从止动装置126释放，导致连接齿轮125通过弹簧127的反作用力向前运动。

如图9中的放大视图所示，根据本发明的连接齿轮125可具有在连接齿轮125的一侧形成的锥形倾斜表面125a，亦即，连接齿轮125开始与控制轮131啮合的起始部分。提供此锥形倾斜表面125a，以确保连接齿轮125的每个齿进入控制轮131的齿轮齿之间，以便当连接齿轮125与控制轮131的齿轮接合时，即使连接齿轮125的齿未与控制轮131的齿轮齿正确对齐，连接齿轮125也与控制轮131啮合。另外，为使连接齿轮125致动，需要将连接齿轮125从图10中所示的第二次推状态移动到第一次推状态。当齿的位置未在此移动过程中正确对齐时，可能会导致干涉，以防止连接齿轮125插入。因此，当每个齿轮齿在连接齿轮125的前端部形成为锥形倾斜表面125a时，齿轮齿减小一锥度角，且因此，当前端部进入时，提供很大的间隙以便可实现平滑的连接。

接下来，将描述相对运动单元130，其与芯轴旋转单元110同步以促使刀具单元120进行直线往复运动。

再次参见图8和图9，相对运动单元130可包括控制轮131和传动轴132，控制轮131可旋转地连接至主体部101并与至少一个刀具单元120的连接齿轮125啮合，传动轴132构造成旋转控制轮131。在本发明的实施例中，将伺服电机选择作为驱动单元132，皮带轮形成在控制轮131上，且驱动单元132和皮带轮通过正时皮带V连接。当然，除正时皮带外，各种动力传递单元，例如在芯轴旋转单元110中例示的齿轮、皮带和链条也可用于连接。

此控制轮131包括内轮齿轮，内轮齿轮的内圆周表面上形成有齿，使得至少一个连接齿轮125与内轮齿轮的内圆周相啮合。可替代地，此控制轮131可包括外轮齿轮，外轮齿轮的外圆周表面上形成有齿，使得至少一个连接齿轮125与内轮齿轮的外圆周相啮合。换言之，考虑到连接齿轮125和控制齿轮131的组成元件之间的连接关系和结构稳定性，连接齿轮125和控制齿轮131是外接还是内切，但未将接触方向指定为任何一个方向。

接下来，将结合附图10描述构造成使连接齿轮125选择性地与相对运动单元130的接触轮131接合或脱离的操作单元170。

可将操作单元170构造成具有推动如上述连接齿轮125的实施例中的连接齿轮125的推进器功能。换言之，在第一次推中，操作单元170起作用以推动连接齿轮125，且在第二次推中，操作单元170起作用以挡住连接齿轮125并挤压止动装置126。

如上所述，需要操作驱动单元171，其构造成进行两次推的直线运动，并可使用液压缸或气压缸、直线马达等作为操作驱动单元171。可替代地，所选的连接齿轮125的致动和停用是指在芯轴旋转单元110停止在如下状态¾即连接齿轮停止在操作单元170的预定位置¾之后，驱动所选的连接齿轮，且因此操作驱动单元不一定构造成被自动驱动。因此，也可采用可手动操作的推杆或把手。然而，由于根据本发明的轨道式切削装置旨在完全自动化，使用液压缸或气压缸的操作驱动单元171是理想的。

构造成推动连接齿轮125的推进器172安装在此操作驱动单元171的杆端部。此时，取决于连接齿轮125的类型，推进器172可为单个推进器或者双重推进器，或者可具有两个操作单元。换言之，当连接齿轮125构造成当其每次以一次接触方式推动一次进出时，第一次推和第二次推可由单个推进器进行。

另外，在连接齿轮125在一个时刻被推动且止动装置126在另一时刻被压紧的实施例中，可将推进器实施为双重推进器形式。换言之，在推动连接齿轮125时，双重推进器126的内径可大于传动轴且小于连接齿轮的外径，且当推动止动装置126时，双重推进器的内径可对应于传动轴123的外径。在上文中描述连接齿轮125时，尚未对止动装置126的形式进行详细描述。由于止动装置126形成有倾斜表面，当双重推进器向前运动时，推进器的内表面逐渐地推动止动装置126，同时搭放在倾斜表面上。于是，所有止动装置126都形成为当推进器的端部靠近连接齿轮125时朝下运动。因此，在双重推进器的内径和外径制作为适合此条件时，可在内径内形成凹槽以选择性地推动或不推动止动装置126。用于推动或不推动止动装置126的凹槽可构造为使双重推进器旋转预定角度，以便双重推进器的旋转运动可按自动模式或手动模式进行。

另外，并非使上述双重推进器重叠，而是将构造为推动连接齿轮125的第一推动操作单元和构造为压紧止动装置126的第二推动操作单元分别放置在旋转主体部101的任何运动线上，其中传动轴123旋转以便可将每一单元选择的连接齿轮进行致动和停用。

接下来，将描述夹紧单元140，其被构造为可固定地夹紧经受切削工艺的材料p。

夹紧单元140可在主体部101的每一侧或任何一侧形成。换言之，当切削或加工细长材料的中间部时，由于需要在材料穿过主体部101后将材料固定在主体部的101的相对侧，夹紧单元140应在主体部101的每一侧形成。在加工材料的任何一个端面时，仅固定一侧而不是两侧就足够了。

图11是示意性地例示夹紧单元的视图。参见本附图，根据本发明的夹紧单元140包括多个夹爪141，构造为移动立即回缩或扩张的夹爪141的夹紧轮142以及构造为将夹紧轮142旋转预定角度的驱动装置143。夹紧单元140的构造可采用例如现有技术1中提出的技术，所属领域的技术人员可将夹紧单元实施为与现有技术1相同或相似。因此，将省略关于夹紧单元的详细描述。然而，本发明中的夹紧单元140还包括刻度盘145，刻度盘145构造为感测夹紧单元140的运动并将运动反馈至控制单元。该刻度盘145可为构造成感测夹紧轮142的旋转的角度刻度盘或构造成感测驱动单元143的直线刻度盘。

接下来，将描述使根据本发明的轨道式切削装置能够进行“Z轴”（进给分力）运动的构造。

参见图8和图9，上述主体部101安装在地面或基座上，并可构造为通过使主体部101在材料的纵向方向上往复运动来具有进给分力。因此，进给单元150（例如，LM导向件）、滚珠丝杠或驱动装置可在主体部101之下构造，以便主体部101可在控制单元的控制下在Z轴方向上运动。在本发明的一实施例中，将伺服电机用作被精确控制的进给单元150的驱动装置。

除用于支撑材料p的夹紧单元140外，根据本发明的轨道式切削装置可包括支架单元，其构造为向夹紧单元140供应材料p或者接收从夹紧单元140排放的材料。

图12是例示支架单元和水平运动装置的状态的视图，支架单元和水平运动装置构造成向根据本发明的轨道式切削装置供应材料/从根据本发明的轨道式切削装置排放材料。

参见图12，支架单元180不是本发明的轨道式切削装置的必要元件，但可作为工厂自动化的元件。换言之，在移动重型管道的操作中，仅靠人力或起重机或叉车难以给送重型管道。因此，当从重物装载装置接收材料并将其放置在支架单元180上时，通过支架单元180的辊子或输送机将材料移动至主体部101。

因此，支架单元180具有水平布置的细长钢框架支架181、在钢框架支架181的顶部表面上形成的管道辊子182、以及旋转管道辊子182的驱动电动机183。

另外，根据本发明的轨道式切削装置还可包括支架单元180与主体部101之间的水平移动装置190。

水平移动装置190执行将从支架单元180馈送的材料p正确地移动至加工材料p的位置的操作。因此，水平移动装置190包括进给滚筒191和基准探测器195，进给滚筒191构造为输送材料以使每小时的进给距离恒定地输出，基准探测器195构造为感测材料进给的起始和结束。

基准探测器195感测当材料通过基准探测器195时的情况并将探测的结果传送至控制单元，且控制器基于从基准探测器195传送的值计算进给滚筒191的回转数量和时间，以便能够正确地控制材料的进给值。尽管在实施例中将光传感器用作基准探测器195，可使用其他感测技术（例如限位开关、接近传感器和成像照相机）来代替光传感器。

另外，基准探测器195和进给滚筒191两者都构造成在控制单元的控制下操作以实现自动化。可替代地，在不需要连续操作的短材料情况下，也可使用手动操作的把手，以便使操作人员水平地移动材料，同时使用裸眼观察材料。

接下来，将描述控制根据本发明的轨道式切削装置的控制单元和控制单元执行的主要运动。

控制单元的主要功能是通过使芯轴旋转单元110与相对运动单元130彼此同步来控制相对运动单元，以致当芯轴旋转单元110执行用于切削材料的切削刀具121的“C轴”运动时，切削刀具121的“X轴”运动也同时执行。除“C轴”运动和“X轴”运动外，用于“Z轴”运动的进给单元150也会同步，以便自由地控制刀具的所有运动方向。

根据本发明的轨道式切削装置100经制作为除了芯轴（C轴）加工外，还实现在两个轴线（X轴和Z轴）上的加工，以便加工各种形式的材料p。

作为参考，在与重型管道相关的行业中，要求坡口焊接所需的改进操作形成表1中所示的“V形”焊接坡口、“U形”焊接坡口、“双重改进”焊接坡口等。换言之，“I形”焊接坡口主要在管道厚度为3mm或较小的情况中使用的焊接方法中形成，并可稳定地进行焊接而不需改进操作。然而，在管道材料的厚度逐渐增加的情况中，“V形”焊接坡口可用于高达20mm，但焊接坡口应为“U形”或应形成为“双重改进”形状。

[表1]

根据管道厚度的焊接坡口改进操作的截面形状实例

在传统切削装置或其他切削/倒角装置中尚未实现此改进操作要求，且因此，应额外地执行使用研磨机的手动操作。

然而，在根据本发明的轨道式切削装置100中，可以形成此坡口焊接所需的任何焊接坡口形状，以便能够实现工厂自动化。

图13是例示可使用根据本发明的轨道式切削装置进行加工的实例的视图。从图13中的第一加工例示图可见，与切削同时进行的是，可在切削表面上沿对角方向执行改进操作（加工“V形”焊接坡口）。另外，从第二加工例示图可见，与切削同时进行的是，可按圆形形式执行改进操作（加工“U形”焊接坡口）。另外，从第三加工例示图可见，可加工“双重改进”焊接坡口，且从第四加工例示图可见，可加工特殊的形状。

图14是例示与在图13中的第一示例中的切削同时在倾斜方向上进行改进操作的加工方法。

参见图8和图9，将切削刀具121定位在材料p上待加工的部分，如图14中所示。为将切削刀具121定位在材料上待加工的部分，可选择一种操作进给单元150以移动主体部101的方法以及一种使用材料的水平移动装置190移动材料的方法。

在如上所述设置加工位置后，旋转芯轴旋转单元110进行加工。在该情况中，当旋转芯轴旋转单元110时，安装在芯轴旋转单元110上并与相对运动单元130啮合的传动轴123进行相对地旋转，且因此，切削刀具121移动。因此，相对运动单元130的控制轮131旋转与驱动轮121的转数相同的转数，且因此，在将传动轴123控制为不旋转时，切削刀具121停止而不运动。

当芯轴旋转单元110旋转以执行“C轴”运动时，相对运动单元130的控制轮131被控制为旋转较快，以便切削刀具121向前运动到材料p，同时进行“X轴”运动。在该情况下，应考虑到切削条件根据材料的种类和厚度确定适当深度。

根据本发明的轨道式切削装置的芯轴旋转单元110和相对运动单元130不仅可具有同步功能，而且可具有相互监视功能。换言之，假定根据一个物体的旋转速度确定对应物具有预定旋转速度称为同步，相互监视意指监视反向的对应物的物理变化量以便主动地与其相对应。例如，当切削刀具执行“C轴”或“X轴”的切削运动时，取决于刀具的状态和切削深度，载荷可能会瞬时增大。载荷接收自相应的电动机，且取决于载荷，峰值电流等可能改变。因此，可更主动和精确地执行同步，同时相互监视从对应物的电动机接收的物理量，例如峰值电流。

接下来，在X轴运动停止的状态下，主体部101在Z轴方向上进给以便执行加工。在该情况下，可通过基于材料的厚度t和改进的角度（度）进行提前计算来轻易地获得在Z轴方向上的运动距离。通过数次到数十次重复地执行X轴方向上的加工和Z轴方向上的加工，可以完成期望的切削和倒角操作。

如上文中所述，本发明的切削装置100如图14中所示，在与切削同时进行的改进操作时，从宽外侧表面向前运动到逐渐变窄的内侧，且因此，切削刀具不需要如现有技术1中一样具有与管道材料的厚度成比例的长度。换言之，在本发明的切削装置100中，切削刀具121在X轴方向上的运动距离成为确定管道材料的厚度的因素。另外，由于根据本发明的切削装置100可以高速度旋转驱动轮111，即使加工程序很复杂，也可在短时间内完成加工操作。

图15是用于描绘一种情况的示例性视图，在该情况中，根据本发明的轨道式切削装置需要多个切削刀具。

根据本发明的轨道式切削装置100包括多个切削刀具121，且经构造使得多个切削刀具121中的至少一个致动。因此，各个切削刀具121可用于不同的操作。例如，切削刀具的任何一个都可执行切削操作且另一个切削刀具可执行倒角操作。例如，从图15中可见，切削刀具121可能不适合进行竖直切削。因此，仅当更换用于竖直切削的刀具时才能实现结束操作。因此，可在刀具单元120上安装不同类型的切削刀具121和121’进行连续加工，以便按照目的进行加工操作。

另外，当材料是厚而且难以切削的材料时，根据本发明的轨道式切削装置难以仅使用一个刀具长时间地进行操作。因此，可安装不同种类的刀具，以使用刃口未充分消耗的粗切削刀具每次增加切削量，且然后使用中等切削刀具或精切削刀具来平稳地完成。

可替代地，在材料是管道的情况下，外径加工刀具与内径加工刀具可具有不同的形状。因此，当在刀具单元120上安装用于内径加工和外径加工两者的多个刀具时，可选择性地使用刀具而不用更换刀具。

在同时执行切削和倒角的情况下，或者使用多个切削刃口进行粗切削、中间切削和精切削，相应的切削刃口可执行加工一次，然后后面的切削刀具向前运动以重复地执行两次或三次加工。然而，当通过将切削刃口设置为高度相位差来将切削刃口设置为具有时间差的向前运动时，加工可仅执行一次且然后结束。

如上文中所述，通过控制器的控制，切削刀具121在“C轴”、“X轴”和“Z轴”方向上运动，且因此，需要设置用于精确加工的基准位置。刀具的位置基本上存储在芯轴旋转单元110和相对运动单元130的伺服电机中，但在更换刀具时可能出现位置错误。因此，需要在更换刀具后设置刀具的位置。

当在刀具的外侧使用光传感器时，可简单地执行刀具设置。然而，在本实施例中，将使用接触传感器进行更精确的测量。

图16是例示用于刀具设置的接触传感器的视图。如本图中所示，当接触板20以可移除方式安装在被更换的切削刀具121前面或下方时，且将刀具逐渐地降低以使刀具的尖端与接触板200接触，控制单元识别它并存储基准位置。仅当接触板200在刀具或者待设置的刀具前面的夹紧单元140的下方连接至主体部101时，才可使用接触板200。

接触传感器的原理如下：控制单元识别正（+）电流何时流至接触板200，负（-）电流何时基本上流入刀具以及何时切削装置与接触板200接触。在此情况中，接触板200可构造成由弹簧201弹性支撑，以防止当切削刀具121与接触板200接触时切削刀具121受到损坏。

另外，控制单元负责所有控制以将轨道式切削装置100自动化，并包括用于方便的输入和输出的触摸屏。考虑到用户的便利性，触摸屏可构造为人机接口（HMI）。

将简要描述一种用于夹紧单元140的刻度盘的控制方法，其尚未在对本发明的实施例的说明中进行描述。

夹紧单元140夹紧的材料具有各种标准，且夹紧压力可取决于不同的材料而变化。可通过夹紧单元140的驱动装置来调节材料夹紧压力。然而，可在夹爪提前回缩至靠近待夹紧的外径的部分之后，立刻执行回缩已大大地扩张的夹爪141的动作以便夹紧具有小直径的材料，因为材料未定位在夹爪的中心，但停靠在中心的下方。

图17是用于描绘在夹紧材料时夹爪和刻度盘动作的视图。如图中所示，控制单元基于刻度盘145的反馈将驱动装置143控制至靠近材料的外径的位置，所述刻度盘145的反馈的值输入至控制单元。

另外，如上文中所述，在使用具有不同口径的各种材料的情况下，可能出现如下情况：在支架单元180和水平移动装置190的侧面的高度不等于主体部101和夹紧单元140的侧面的高度。换言之，由于放置在支架单元180和水平移动装置190上的材料的轴向中心取决于材料的口径发生变化，需要提供措施使中心贴合主体部101侧面，以便使用各种材料。此对中心是通过主体部101上下运动的动作或者支架单元180的上下运动的动作来实现。

在本发明的实施例中，主体部101构造成向上和向下运动。换言之，如图8中所示，在主体部101的进给单元150的下方提供提升单元160，以将主体部101向上和向下移动距离地面预定的高度。此提升单元160可经编程，以当输入材料标准时，其自动地受控制单元控制，并可手动操作以调节其高度。

在该情况下，更优选的是：如果将提升单元160设置为使主体部101和夹紧单元140与支架单元180水平，且将水平移动装置190和夹紧单元140与主体部101结合成整体。它们可不结合成整体，而是与单独的基座安装在一起，以便立刻向上或向下移动。

另外，可能出现如下情况：一件类型材料很短，难以被充分地夹紧。在此情况下，由于夹爪141构造为回缩或扩张，而不是替换为单独的夹爪，以夹紧材料，如图18中所示，也可将回缩的夹爪141插入材料p的内径，并通过扩张夹爪141来促使夹爪141夹紧材料p。

根据本发明的轨道式切削装置可具有刀具状态确认功能和刀具对齐功能。首先，将简要描述刀具状态确认功能。

在根据本发明的轨道式切削装置中，控制单元记忆哪个刀具被致动或停用，但记忆功能可能由于突然释放等丢失。即使被记忆，它也是一种用于稳定地操作该装置以检查刀具在用于操作该装置的初始步骤的当前状态的方法。因此，靠传感器感测存在连接齿轮125的位置，同时逐渐地转动芯轴旋转单元110，且取决于该位置检查刀具的当前状态。为此目的，通过各种感测技术（光传感器、图像传感器、或超声波）感测连接齿轮125是位于第一次推位置还是第二次推位置，且所感测的结果被传送至控制单元。

另外，应理解，刀具对齐功能是指基于上述刀具状态确认或存储器再次安装刀具。换言之，在多个刀具中，一些刀具可能经常使用，且一些刀具可能长时间地不会经常使用。长时间地不经常使用的刀具，当它们原样保留时，可能偏离安装位置，且因此可通过刀具对齐功能再次安装刀具来校正安装位置的偏离。因此，连接齿轮的每一者都制作为根据控制单元的控制由操作单元重复地进出，以便再次安装刀具。

[第二实施例]

图19是仅例示根据本发明的第二实施例的轨道式切削装置的主要部件的视图。

参见图8中的第一实施例和图19，根据本发明的第二实施例的轨道式切削装置提出通过使相对运动单元130的形式从第一实施例的构造部分地变形来独立地控制多个刀具单元120。

尽管第一实施例的相对运动单元构造成使多个刀具单元传动轴连接至一个控制轮，在第二实施例中，各控制轮131的每一者都连接至刀具单元传动轴123中的一个。因此，所需控制轮131的数量为传动轴132的数量，且所需用于旋转控制轮的驱动单元（未示出）的数量为传动轴123的数量。

对于此构造，将多个控制轮131构造为向内和向外彼此重叠以便独立地运动，并在与传动轴123的每一者啮合的控制轮131的每一者的内表面或外表面上形成齿轮。将多个驱动单元（其中每一者都形成为伺服电机）连接至控制轮131，控制轮131分别与在控制轮131相对侧的传动轴123通过正时皮带V啮合，从而对控制轮131的旋转运动进行精确地控制。当然，与在第一实施例中相同，驱动单元与受控制单元的控制予以控制的芯轴旋转单元110同步。

为使多个控制轮131彼此重叠，由于介于它们之间的轴承应自由地旋转，无论控制轮131的旋转方向或旋转速度如何，不受任何控制轮131或轴承约束的自由轮137连接在控制轮131之间。用于将控制轮131支撑到主体部101的固定轮138、自由轮137等连接在控制轮131与自由轮137、或者最里面区域、或者最外面区域之间。

如上文中所述构造的第二实施例的相对运动单元130可通过仅控制驱动单元的转数来独立地控制多个刀具单元，而不需要单独的操作单元。

除上文中所述的构造差异外，各种感测方法和控制类似地适用于根据本发明的第二实施例的轨道式切削装置，关于控制方法等的描述将予以省略。

尽管已结合本发明的实施例进行了描述，所属领域的技术人员能够理解，可对本发明进行各种修改和变化，而不会偏离本发明的技术概念和范围。