CN107530825A - 摩擦搅拌接合用刀具和机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供摩擦搅拌接合用刀具和机床。摩擦搅拌接合用刀具包括：销支架(110)，具有与旋转主轴(14b)结合的柄部(114)；搅拌销(140)，安装于销支架；以及壳体(120)，具有内插销支架的筒状部和与主轴框架(14a)结合的卡合部。筒状部的一个端部形成有肩部(152)。

Description

摩擦搅拌接合用刀具和机床

技术领域

本发明涉及摩擦搅拌接合用刀具和应用该摩擦搅拌接合用刀具的机床，尤其涉及设有能自动更换分体构成的销和肩部的装拆机构的自动更换型的摩擦搅拌接合用刀具，以及能自动更换所述摩擦搅拌接合用刀具的销和肩部的机床。

背景技术

以往，公知一种在旋转头上独立地安装销和肩部，对工件的对接部进行摩擦搅拌接合的接合装置(参照专利文献1)。

按照这种接合装置，通过使接触工件上表面的肩部相对于工件不旋转，并在将旋转的销压入工件的对接部的状态下进行接合，存在仅利用销的旋转就能充分得到接合所必要的摩擦生热的优点。

另一方面，还公知一种具备自动更换装置的摩擦搅拌接合装置，所述自动更换装置进行在主轴单元上装拆旋转刀具的更换作业，所述旋转刀具用于进行摩擦搅拌接合(参照专利文献2)。

按照这种接合装置，能够利用简单的结构容易地进行更换作业，还可以缩短更换时间。

专利文献1：日本专利第5404389号

专利文献2：日本专利公开公报特开2009-208116号

专利文献1记载的接合装置通过独立地形成销和肩部，当接合的工件的板厚发生变化等情况下，可以调整从肩部突出的销的长度。

可是，由于需要将保持销的刀具柄安装于主轴，所以在更换销时，必须拆除由螺栓等固定连接于主轴壳体的下部壳体，耗费人手和工时，其中，所述主轴位于具备肩部(非旋转滑动肩部)的下部壳体的内部。

另一方面，专利文献2记载的接合装置由于可以在主轴单元和自动更换装置的刀库之间自动交接旋转刀具，所以能削减人手和工时。

可是，由于构成为使销与肩部一体形成的旋转刀具相对于主轴单元进行装拆，所以不能直接应用销和肩部构成为独立个体的接合刀具。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种在销和肩部构成为独立个体的基础上，适合刀具自动更换的摩擦搅拌接合用刀具，以及应用所述摩擦搅拌接合用刀具的机床。

为了实现所述目的，本发明的摩擦搅拌接合用刀具包括：销支架，具有与旋转主轴结合的柄部；搅拌销，安装于所述销支架；以及壳体，具有内插所述销支架的筒状部和与主轴框架结合的被卡合部，所述筒状部的一个端部形成有肩部。

在本发明的摩擦搅拌接合用刀具的一个实施例中，所述被卡合部为拉钉。

此外，在本发明的摩擦搅拌接合用刀具的另一实施例中，所述被卡合部为定位环。

而且，在所述筒状部的周围配置有多个所述被卡合部。此时，所述销支架可以具有握持槽。

在本发明的摩擦搅拌接合用刀具的另一实施例中，所述壳体的筒状部具备形成有所述肩部的更换模块。此时，所述更换模块可以具有握持槽。

此外，所述更换模块还具有从所述肩部突出的垫肩部。

本发明的机床包括：主轴框架，内含旋转主轴；摩擦搅拌接合用刀具，安装于所述主轴框架；加工台，保持工件；刀具保管装置，临时保管所述摩擦搅拌接合用刀具；以及NC装置，控制所述主轴框架和所述加工台的动作，其中，所述摩擦搅拌接合用刀具包括：销支架，具有与所述旋转主轴结合的柄部；搅拌销，安装于所述销支架；以及壳体，具有内插所述销支架的筒状部和与主轴框架结合的被卡合部，所述筒状部的一个端部形成有肩部，所述刀具保管装置包含配置在所述加工台上的壳体承载台。

在本发明的机床的一个实施例中，所述刀具保管装置还包含保管所述销支架的库存的刀库。

此外，所述壳体的筒状部具备形成有所述肩部的更换模块，所述刀库还保管所述更换模块的库存。

在本发明的机床的另一实施例中，所述NC装置具有接合程序和切削程序，从所述刀具保管装置自动更换由所述接合程序或所述加工程序指定的刀具并实施加工。

此外，所述接合程序包含所述搅拌销和所述肩部各自的识别编号的数据，所述NC装置在判断为由所述接合程序指定的所述搅拌销的识别编号与所述肩部的识别编号的组合，不能采用储备于所述刀库的所述销支架上安装的所述搅拌销和储备于所述壳体承载台的所述更换模块上形成的所述肩部来实施时，发出警报并且停止刀具的自动更换。

而且，所述接合程序还包含所述搅拌销和所述肩部各自的寿命时间的数据，所述NC装置对合计接合时间进行计时，并且当判断为所述合计接合时间达到所述寿命时间时，自动更换具有所述搅拌销的所述销支架或具有所述肩部的所述更换模块。

本发明的摩擦搅拌接合用刀具通过具备以上的结构，可以在销和肩部构成为独立个体的基础上，应用于刀具的自动更换。

此外，通过构成为在壳体上安装更换模块，不必每次更换重量和尺寸较大的壳体，仅更换包含肩部的更换模块就能应对，所以能够降低更换品所花费的成本。

而且，还可以将更换模块与切削刀具支架和销支架一起保管于刀具保管装置(刀库)。

应用本发明的摩擦搅拌接合用刀具的机床通过具备以上的结构，可以仅利用加工头的动作分别实施销支架和壳体的自动更换，其结果，能削减人手和工时。

此外，利用接合程序自动实施接合处理的期间，可以将摩擦搅拌接合用刀具的寿命时间的推移通知给操作员，并且自动执行刀具更换并继续接合。

附图说明

图1是表示具备应用本发明第一实施例的工作台夹紧装置的随行夹具更换装置的机床的立体图，表示了包含外罩的外观。

图2是表示图1所示的机床的加工头的概要的断面图。

图3A是表示本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的概要的图，是第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的断面图。

图3B是表示本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的概要的图，是图3A所示的销支架的立体图。

图3C是表示本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的概要的图，是图3A所示的壳体的立体图。

图4是表示本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具和加工头的具体安装结构的断面图。

图5A是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的加工台上设置的壳体承载台的概要的立体图，表示了未承载壳体的情况。

图5B是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的加工台上设置的壳体承载台的概要的立体图，表示了承载壳体的情况。

图6A是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的壳体拆除作业的概要的立体图，表示了接合中的状态。

图6B是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的壳体拆除作业的概要的立体图，表示了向壳体承载台移动中的状态。

图6C是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的壳体拆除作业的概要的立体图，表示了壳体承载在壳体承载台上的状态。

图6D是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的壳体拆除作业的概要的立体图，表示了拆除壳体后的状态。

图7A是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的销支架更换作业的概要的立体图，表示了刚刚拆除壳体后的状态。

图7B是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的销支架更换作业的概要的立体图，表示了向刀库移动中的状态。

图7C是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的销支架更换作业的概要的立体图，表示了将销支架交接至刀库的状态。

图7D是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的销支架更换作业的概要的立体图，表示了刀库将另一销支架准备在交接位置的状态。

图7E是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的销支架更换作业的概要的立体图，表示了从刀库接收了另一销支架的状态。

图7F是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的销支架更换作业的概要的立体图，表示了再次向壳体承载台移动中的状态。

图8是表示在应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床中，包含自动刀具更换的接合作业的一例的流程图。

图9A是表示本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的概要的图，是第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的断面图。

图9B是表示本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的概要的图，是图9A所示的壳体的立体图。

图9C是表示本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的概要的图，是安装在图9B所示的壳体下端的更换模块的立体图。

图10A是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的加工台上设置的壳体承载台的概要的立体图，表示了未承载壳体和更换模块的情况。

图10B是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的加工台上设置的壳体承载台的概要的立体图，表示了承载壳体和更换模块的情况。

图11A是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的壳体拆除作业的概要的立体图，表示了接合中的状态。

图11B是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的壳体拆除作业的概要的立体图，表示了向壳体承载台移动中的状态。

图11C是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的壳体拆除作业的概要的立体图，表示了向壳体承载台的握持爪拆除更换模块的状态。

图11D是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的壳体拆除作业的概要的立体图，表示了壳体承载在壳体承载台上的状态。

图11E是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的壳体拆除作业的概要的立体图，表示了拆除壳体后的状态。

图12A是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的更换模块自动更换作业的概要的立体图，表示了握持爪握持更换模块的动作。

图12B是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的更换模块自动更换作业的概要的立体图，表示了更换模块拆除动作。

图12C是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的更换模块自动更换作业的概要的立体图，表示了另一更换模块安装动作。

图12D是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的更换模块自动更换作业的概要的立体图，表示更换了更换模块后的状态。

图13是表示在应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床中，包含自动刀具更换的接合作业的一例的流程图。

图14是表示本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的更换模块自动更换作业的变形例的立体图。

图15A是表示本发明第三实施例的摩擦搅拌接合用刀具和加工头的具体安装结构的断面图，表示了摩擦搅拌接合用刀具安装前的状态。

图15B是表示本发明第三实施例的摩擦搅拌接合用刀具和加工头的具体安装结构的断面图，表示安装了摩擦搅拌接合用刀具的状态。

图16是表示在应用本发明第四实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床中，包含自动刀具更换的接合作业的一例的流程图。

图17是表示本发明第五实施例的摩擦搅拌接合用刀具与工件之间的关系的主要部分断面图。

图18A是表示采用本发明第五实施例的摩擦搅拌接合用刀具对箱状工件实施摩擦搅拌接合的动作的概要的立体图，表示了在第一路径中接合的状态。

图18B是表示采用本发明第五实施例的摩擦搅拌接合用刀具对箱状工件实施摩擦搅拌接合的动作的概要的立体图，表示了在与第一路径交叉的第二路径中接合的状态。

附图标记说明

1 机床

10 主体部

12 加工台

14 加工头

14a 主轴框架

14b 旋转主轴

14c 弹簧夹头

14d 组装部

16 刀库

16a 爪部

16b 圆板构件

18 壳体承载台

18a 台座

18b 收容孔

18c 突出设置部

18d (突出设置部的)上表面

18e 凸部

18f 握持爪

20 外罩

30 人机接口

100、200、300、400 摩擦搅拌接合用刀具

110、210、310、410 销支架

116b、258 握持槽

120、220、320、420 壳体

122、222、322、422 筒状部

124、224、324 板状部

126、226 拉钉

140、240、340、440 搅拌销

150、252、352、452 插通孔

152、254、354、454a 肩部

230 拉伸夹具

250、350、450 更换模块

326 定位环

430 球塞

454b 垫肩部

具体实施方式

(第一实施例)

图1是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的概要的立体图。

如图1所示，应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床1包括主体部10、外罩20和人机接口30。

机床1的主体部10包括：加工台12，保持工件W；加工头14，能够相对于工件W分别在XYZ方向移动；刀库16，保管后述的销支架和切削刀具支架等各种刀具支架的库存；以及壳体承载台18，配置在所述加工台12上。

加工台12的上表面安装有用于保持并固定工件W的固定装置(未图示)，以及临时保管后述的摩擦搅拌接合用刀具的壳体的壳体承载台18。

外罩20配置成围绕机床1的主体部10的周围，以使该主体部10不会直接暴露于风和水等外部环境。

此外，外罩20包括：开口部22，用于从外部空间进入内部空间；第一隔板24，在所述内部空间中将存在有主体部10的加工台12的区域划分成两个加工区域；以及第二隔板26，用于划分配置有所述刀库16的收纳区域和所述加工区域。

在外罩20的所述开口部22的附近安装有人机接口30。

人机接口30包括：NC装置，控制机床1整体的动作；输入装置，用于供操作员输入所述NC装置执行的加工控制的加工条件等；以及显示装置，向操作员显示加工条件和各种传感器的检测结果等。

NC装置具有主控制部以及存储接合程序和切削程序等各种控制程序的存储器。

图2是表示图1所示的机床的加工头的概要的断面图。

如图2所示，加工头14包含呈箱体的中空的主轴框架14a，以及内含于所述主轴框架的旋转主轴14b。

加工头14的主轴框架14a安装于省略图示的XYZ驱动机构，能在XYZ这三轴方向移动。

此外，旋转主轴14b的一端构成为与同样省略图示的电机连接而旋转。

而且，本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具100装拆自如地安装在加工头14的下端。

图3是表示本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的概要的图，图3A是第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的断面图，图3B是图3A所示的销支架的立体图，图3C是图3A所示的壳体的立体图。

如图3A所示，本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具100包括：销支架110，与图2所示的加工头14的旋转主轴14b结合；以及壳体120，内含所述销支架110，并且安装于加工头14的主轴框架14a。

如图3B所示，销支架110包括：支架主体112，一端安装有后述的搅拌销140；柄部114，形成在另一端侧；以及握持部116，位于所述支架主体112与柄部114的中间部。

支架主体112的端部形成有收容搅拌销140的收容孔，在将搅拌销140插入所述收容孔之后，利用螺栓等固定机构，将搅拌销140安装固定。

此外，握持部116构成为在从支架主体112朝外突出的凸缘部116a上形成有握持槽116b，并且握持部116由后述的刀库的爪部握持。

如图3C所示，壳体120包括：筒状部122，内插销支架110；板状部124，在所述筒状部122的一端一体形成；以及多个拉钉126，安装在所述板状部124的上表面中的所述筒状部122周围的位置。

此外，如图3A所示，在筒状部122的另一端形成有插通孔150和肩部152，所述插通孔150供安装于销支架110的搅拌销140的顶端插通，所述肩部152围绕所述插通孔150的周围。

而且，在板状部124的下表面上，在与后述的壳体承载台18的上表面上形成的突起对应的位置形成有多个承受孔(未图示)。

如图3A所示，本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具100构成为使安装在销支架110顶端的搅拌销140从形成在壳体120的一端的肩部152的插通孔150突出。

此外，壳体120的筒状部122的内表面与销支架110的支架主体112的外表面构成为两者在正常的位置组合时形成有间隙G。

利用这种结构，壳体120上形成的肩部152相对于工件W不旋转，并且安装于销支架110的搅拌销140相对于所述肩部152旋转。

图4是表示本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具和加工头的具体安装结构的断面图。

如图4所示，在摩擦搅拌接合用刀具100中，在壳体120的板状部124的上表面安装有多个拉钉126。

另一方面，在加工头14的主轴框架14a的下表面上，在与所述多个拉钉126的位置对应的位置形成有多个弹簧夹头14c。

而且，通过使多个拉钉126嵌合于所述多个弹簧夹头14c，壳体120被安装固定于主轴框架14a，并且通过驱动所述弹簧夹头14c，可以容易地释放拉钉126。

如此，壳体120的板状部124上形成的多个拉钉126形成被卡合部，该被卡合部被动地与主轴框架14a上设置的弹簧夹头14c卡合。

此外，销支架110的柄部114具有朝向顶端尖头的锥状。

而且，通过以公知的方式将所述柄部114安装于加工头14的旋转主轴14b，从而销支架110与旋转主轴14b结合成一体地旋转自如。

通过如此配置，摩擦搅拌接合用刀具100的销支架110和壳体120分别安装于加工头14的旋转主轴14b和主轴框架14a。

而且，机床1通过采用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具100，从而在形成于壳体120的肩部152不旋转的状态下，仅安装于销支架110的搅拌销140旋转，由此进行摩擦搅拌接合。

本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具100通过采用使安装有搅拌销140的销支架110与形成有肩部152的壳体120为独立个体，并把销支架110和壳体120分别单独安装于加工头14的旋转主轴14b和主轴框架14a的结构，从而适合应用于具备刀具自动更换功能的机床。

以下使用图5至图8，说明应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合刀具的机床的刀具自动更换功能的概要。

图5是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的加工台上设置的壳体承载台的概要的立体图，图5A表示了未承载壳体的情况，图5B表示了承载壳体的情况。

如图5A所示，壳体承载台18包括台座18a、收容孔18b和多个突出设置部18c，所述收容孔18b形成在所述台座18a的上表面，所述多个突出设置部18c设置在收容孔18b的周围。

例如图1所示，台座18a配置在加工台12上且配置在加工头14的可动范围内。

此时，可以根据需要设置多个台座18a，或者在一个台座18a上进一步设置多个收容孔18b及其周围的多个突出设置部18c，由此可以在壳体承载台18上承载或者储备多个壳体。

此外，台座18a只要处于加工头14的可动范围内，则可以配置在主体部10内部的任意场所。

例如图5A所示，多个突出设置部18c配置在收容孔18b周围的三个部位，如图5B所示，所述三个部位的突出设置部18c的上表面18d支持并承载从加工头14拆除的壳体120的板状部124的下表面。

利用这种结构，由于突出设置部18c与壳体120的板状部124的下表面的接触面积极小化，所以能够减少承载时弄伤壳体120的板状部124的下表面等损伤。

此外，在突出设置部18c的上表面18d中的两个部位，形成有例如半球状的凸部18e。另一方面，如上所述，在壳体120的板状部124的下表面上，在与所述凸部18e对应的位置形成有承受孔(未图示)。

利用所述的结构，所述两个凸部18e与承受孔嵌合，在壳体120承载于壳体承载台18的状态下作为定位机构(止转机构)发挥功能。

如图5B所示，收容孔18b具有在壳体120承载于突出设置部18c的状态下，不与旋转主轴14b上结合的销支架110的搅拌销140的顶端发生干扰的程度的深度。

此外，可以在收容孔18b的内部设置支承部(未图示)，所述支承部将收容的壳体120的筒状部122从侧方支承。

图6是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的壳体拆除作业的概要的立体图，图6A表示了接合中的状态，图6B表示了向壳体承载台移动中的状态，图6C表示了壳体承载在壳体承载台上的状态，图6D表示了拆除壳体后的状态。

如图6A所示，机床1在加工头14的下端安装有摩擦搅拌接合用刀具100，机床1对加工台12上保持的工件W的上表面的接合部进行摩擦搅拌接合。

在结束了规定的接合，并且例如从NC装置(未图示)发出更换摩擦搅拌接合用刀具100的壳体120或者搅拌销140的指令时，如图6B所示，加工头14暂时离开工件W的上表面并移动到Z方向的规定的回避高度，随后在所述回避高度向XY方向移动并配置到壳体承载台18的上方。

此时，摩擦搅拌接合用刀具100的搅拌销140配置成与壳体承载台18的收容孔18b的中心轴一致。

接下来，加工头14从图6B的位置向Z方向下方移动，如图6C所示，停止在摩擦搅拌接合用刀具100的壳体120的板状部124的下表面与壳体承载台18的突出设置部18c的上表面18d接触的位置。

在所述位置处，通过解除图4所示的加工头14的主轴框架14a上设置的多个弹簧夹头14c与壳体120上设置的多个拉钉126的结合，使壳体120从主轴框架14a亦即加工头14分离。

而且，通过使加工头14从图6C的位置再次在Z方向上升，如图6D所示，完成从加工头14拆除壳体120的作业。

图7是表示应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的销支架更换作业的概要的立体图，图7A表示了刚刚拆除壳体后的状态，图7B表示了向刀库移动中的状态，图7C表示了将销支架交接至刀库的状态，图7D表示了刀库将另一销支架准备在交接位置的状态，图7E表示从刀库接收了另一销支架的状态，图7F表示了再次向壳体承载台移动中的状态。

在进行销支架110的更换作业时，如图7A所示，加工头14上安装的壳体120被拆除，成为承载在壳体承载台18上的状态。另外，也可以代替图7A的状态，而是以图6D所示的位置关系开始作业。

接下来，如图7B所示，加工头14根据来自NC装置(未图示)的指令，在销支架110露出的状态下朝向刀库16移动。

此时，加工头14经过图1所示的第二隔板26上形成的开口部26a(参照图7B)而接近或远离刀库16。

在此，刀库16包括：旋转机构(未图示)，具有Z方向的旋转轴；圆板构件(参照后述的图14的附图标记16b)，以成为与所述旋转轴垂直的面的方式安装；以及多个爪部16a，安装在所述圆板构件的外周部。

此外，在图7所示的第二隔板26处，也可以在开口部26a安装例如滑动式的开闭门。由此，抑制了尘埃等污染物从加工区域进入收纳区域。

在图7B所示的动作中，加工头14移动到如下位置：销支架110上形成的握持部116的握持槽116b(参照图3B)与所述刀库16上设置的多个爪部16a中的一个爪部处于相同高度。

随后，通过使加工头14维持所述高度并在XY平面上移动，由此刀库16的爪部16a握持销支架110的握持槽116b。

而且，如果NC装置检测到爪部16a握持了握持槽116b，则解除加工头14的旋转主轴14b与销支架110的柄部114的结合。

接下来，如图7C所示，加工头14以比销支架110的柄部114的长度大的距离在Z方向上升。

由此，柄部114从旋转主轴14b完全脱离，完成销支架110向爪部16a的交接。

接下来，如图7D所示，通过使刀库16的圆板构件旋转，从而面向加工头14的爪部16a的位置改变，应重新安装的销支架110a被配置到加工头14的旋转主轴14b的正下方。

而且，如图7E所示，通过使加工头14在Z方向移动，从而销支架110a的柄部进入旋转主轴14b，销支架110a与旋转主轴14b结合。

随后，通过使加工头14维持所述高度并在XY平面上移动，从而从刀库16的爪部16a解除对销支架110a的握持，完成新的销支架110a的交接。

接下来，如图7F所示，加工头14朝向壳体承载台18向下方移动。此时，销支架110a上安装的搅拌销140配置成与壳体承载台18上承载的壳体120的插通孔150的中心轴一致。

在如此进行销支架的自动更换作业之后，NC装置按照从图6D返回图6B的顺序，实施将壳体120安装于主轴框架14a的作业，结束摩擦搅拌接合用刀具100的更换作业。

图8是表示在应用本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床中，包含自动刀具更换的接合作业的一例的流程图。

另外，在图8所示的第一实施例的流程图中，搅拌销和肩部分别被预先赋予固有的编号或者记号。

如图8所示，图1所示的机床1的人机接口30所含的NC装置首先从内置的存储器读取适合当前的工件W的接合程序(步骤S101)。

接下来，判断由读取的接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号是否与当前加工头上安装的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号一致(步骤S102)。

在步骤S102中，当由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号与当前加工头上安装的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号不一致时，NC装置判断为需要更换为安装有指定的搅拌销的销支架，并前进至步骤S103。

当更换销支架时，NC装置在加工头移动到壳体承载台的上方之后，按照图6所示的顺序，从主轴框架拆除壳体(步骤S103)。

而后，将拆除壳体而露出的销支架按照图7所示的顺序，更换为安装有指定的搅拌销的销支架(步骤S104)。

接下来，判断由读取的接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号是否与步骤S103中从加工头拆除的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号一致(步骤S105)。

在步骤S105中，当由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号与加工头上预先安装的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号一致时，NC装置判断为可以用原来安装的摩擦搅拌接合用刀具进行接合，并前进至步骤S106。

在步骤S106中，使加工头向壳体承载台的上方移动，按照与图6所示的顺序相反的顺序，将利用接合程序暂时拆除的壳体再次安装于加工头的主轴框架。

随后，NC装置认定由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具已被正确地安装于加工头，前进至接合程序所含的接合动作控制子程序(SS01)，与第一实施例相同，按照预先设定的接合参数对工件实施摩擦搅拌接合，随后结束程序。

另一方面，在步骤S105中，当由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号与步骤S103中从加工头拆除的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号不一致时，NC装置判断为需要更换为包含被赋予指定的肩部编号或者肩部记号的肩部的壳体，并前进至步骤S109。

在此，在步骤S105中，当摩擦搅拌接合用刀具在结构上能组合的搅拌销与肩部的组合中不包含由接合程序指定的搅拌销与肩部的组合时，也判断为需要更换壳体。

此外，在步骤S102中，当判断为由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号与当前加工头上安装的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号一致时，NC装置判断是否需要仅更换当前加工头上安装的壳体(步骤S107)。

即，NC装置判断由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号是否与当前加工头上安装的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号一致。

在此，在步骤S107中，当摩擦搅拌接合用刀具在结构上能组合的搅拌销与肩部的组合中不包含由接合程序指定的搅拌销与肩部的组合时，也判断为需要更换壳体。

在步骤S107中，当判断为由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号与当前加工头上安装的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号一致时，NC装置判断为能用原来安装的摩擦搅拌接合用刀具进行接合，并前进至接合动作控制子程序(SS01)。

而后，在接合动作控制子程序SS01中，根据工件的形状和材质及其与摩擦搅拌接合用刀具的组合，设定刀具转速和接合速度等各种接合参数，NC装置按照所述的接合参数对工件实施摩擦搅拌接合，随后结束程序。

另一方面，在步骤S107中，当判断为由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号与当前加工头上安装的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号不一致时，NC装置使加工头移动到壳体承载台的上方之后，按照图6所示的顺序，从主轴框架拆除壳体(步骤S108)。

接下来，在步骤S109中，按照与图6所示的顺序相反的顺序，将由接合程序指定的另一壳体安装于加工头的主轴框架。此时，使壳体承载台预先保管有应更换的另一壳体。

在步骤S109中将另一壳体安装于加工头之后，NC装置认定由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具已被正确地安装于加工头，前进至接合动作控制子程序(SS01)。

而后，如上所述，在接合动作控制子程序SS01中，NC装置按照预先设定的接合参数对工件实施摩擦搅拌接合，随后结束程序。

本发明第一实施例的摩擦搅拌接合用刀具和应用该摩擦搅拌接合用刀具的机床通过具备图1至图8所示的上述结构和动作，从而销支架与旋转主轴之间以及壳体与主轴框架之间都构成为通过一次操作而装拆自如，所以能够在销和肩部构成为独立个体的基础上，应用于刀具的自动更换。

此外，机床包括对更换的销支架的库存进行保管的刀库，以及对从主轴框架拆除的壳体进行承载保持的壳体承载台，本发明通过应用于这种机床，可以仅靠加工头的动作分别实施销支架和壳体的自动更换，其结果，能削减人手和工时。

(第二实施例)

接下来，参照图9至图14，对本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具和应用该摩擦搅拌接合用刀具的机床的概要进行说明。

另外，在第二实施例中，由于安装有摩擦搅拌接合用刀具的机床与图1和图2所示的第一实施例相同，所以以下对共通的结构使用相同的附图标记，此处省略说明。

图9是表示本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的概要的图，图9A是第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的断面图，图9B是图9A所示的壳体的立体图，图9C是安装在图9B所示的壳体下端的更换模块的立体图。

如图9A所示，本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具200包括：销支架210，与图2所示的加工头14的旋转主轴14b结合；以及壳体220，内含所述销支架210，并且安装于加工头14的主轴框架14a。

如图9B所示，壳体220包括：筒状部222，内插销支架210；板状部224，在所述筒状部222的一端一体形成；以及多个拉钉226，安装在所述板状部224的上表面中的所述筒状部222周围的位置。

在筒状部222和板状部224的内部，形成有向例如球锁式的拉伸夹具230供给空气等流体压的连通路径228，有底筒状的更换模块250借助所述拉伸夹具230装拆自如地安装在筒状部222的另一端。

此外，与第一实施例的情况相同，在板状部224的下表面上，在与壳体承载台18的上表面上形成的突起对应的位置形成有多个承受孔(未图示)。

如图9C所示，更换模块250具有：插通孔252，形成在底部的中央，供搅拌销240的顶端插通；肩部254，围绕所述插通孔252的周围；卡合孔256，供所述拉伸夹具230插通；以及握持槽258，被设置于壳体承载台或者刀库的爪部握持。

多个拉伸夹具230配置在筒状部222的下端，在拉伸夹具230的顶端与卡合孔256卡合时，球突出而夹紧，并且通过对内部施加流体压而解除球的突出从而松开。

如图9A所示，本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具200使安装在销支架210的顶端的搅拌销240从安装在壳体220一端的更换模块250的插通孔252突出。

此外，与第一实施例的情况相同，壳体220的筒状部222的内表面和销支架210的支架主体212的外表面构成为两者在正常的位置组合时形成有间隙G。

利用这种结构，壳体220的更换模块250上形成的肩部254相对于工件W不旋转，并且安装于销支架210的搅拌销240相对于所述肩部254旋转。

图10是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的加工台上设置的壳体承载台的概要的立体图，图10A表示了未承载壳体和更换模块的情况，图10B表示了承载壳体和更换模块的情况。

如图10A所示，在第二实施例中，壳体承载台18包括：台座18a；收容孔18b，形成在所述台座18a的上表面；多个突出设置部18c，设置在收容孔18b周围；以及握持爪18f，收容图9所示的更换模块250。

与第一实施例相同，台座18a配置在加工台12上且配置在加工头14的可动范围内，可以根据需要在壳体承载台18上承载或者储备多个壳体。

此外，台座18a只要处在加工头14的可动范围内，则可以配置在主体部10内部的任意场所。

例如图10A所示，多个突出设置部18c配置在收容孔18b周围的三个部位，与第一实施例相同，如图10B所示，所述三个部位的突出设置部18c的上表面18d支持并承载从加工头14拆除的壳体220的板状部224的下表面。

此外，与第一实施例的情况相同，在突出设置部18c的上表面18d中的两个部位形成有例如半球状的凸部18e，与第一实施例相同，所述两个凸部18e与壳体220的板状部224的承受孔嵌合，作为定位机构(止转机构)发挥功能。

如图10B所示，收容孔18b具有在将壳体220承载于突出设置部18c的状态下，不与旋转主轴14b上结合的销支架210的搅拌销240的顶端发生干扰的程度的深度。

此外，也可以在收容孔18b的内部设置支承部(未图示)，所述支承部将收容的壳体220的筒状部222从侧方支承。

在第二实施例的壳体承载台18的上表面设置有多个握持爪18f，所述握持爪18f与该上表面平行且向侧方突出。

多个握持爪18f通过使更换模块250的握持槽258从顶端侧进入，从而握持更换模块250，如图10B所示，能保管多个更换模块250。

图11是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的壳体拆除作业的概要的立体图，图11A表示了接合中的状态，图11B表示了向壳体承载台移动中的状态，图11C表示了向壳体承载台的握持爪拆除更换模块的状态，图11D表示了壳体承载在壳体承载台上的状态，图11E表示了拆除壳体后的状态。

如图11A所示，机床1在加工头14的下端安装有摩擦搅拌接合用刀具200，机床1对加工台12上保持的工件W的上表面的接合部进行摩擦搅拌接合。

在结束了规定的接合，并且例如从NC装置(未图示)发出更换摩擦搅拌接合用刀具200的搅拌销240或者更换模块250的指令时，如图11B所示，加工头14暂时离开工件W的上表面并移动到Z方向的规定的回避高度，随后在所述回避高度向XY方向移动并配置到壳体承载台18的上方。

随后，如图11C所示，加工头14下降到壳体承载台18的握持爪18f的高度后，使握持爪18f握持壳体220上安装的更换模块250，来拆除更换模块250。

接下来，加工头14从图11C的位置朝向壳体承载台18的收容孔18b的上方在XYZ方向移动，将搅拌销配置成与收容孔18b的中心轴一致。

随后，加工头14在Z方向下降，以使壳体220收容到收容孔18b内的方式移动，如图11D所示，停止在摩擦搅拌接合用刀具200的壳体220的板状部224的下表面与壳体承载台18的突出设置部18c的上表面18d接触的位置。

在所述位置处，通过解除图4所示的加工头14的主轴框架14a上设置的多个弹簧夹头14c与图9所示的壳体220上设置的多个拉钉226的结合，使壳体220从主轴框架14a亦即加工头14分离。

而且，如图11E所示，通过使加工头14再次在Z方向上升，完成壳体220的拆除作业。

图12是表示应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床的更换模块自动更换作业的概要的立体图，图12A表示了握持爪握持更换模块的动作，图12B表示了更换模块拆除动作，图12C表示了另一更换模块安装动作，图12D表示更换了更换模块后的状态。

另外，在图12中，壳体承载台18形成有两个握持爪18f，设所述两个握持爪18f中的一方预先保管有应更换的另一更换模块250a。

在对第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具200的壳体220上安装的更换模块250进行更换时，NC装置如图12A所示，在使加工头14下降到使更换模块250的握持槽258与壳体承载台18的握持爪18f成为同一高度后，使加工头14在XY方向进一步移动，使握持爪18f握持更换模块250的握持槽258。

如果NC装置检测到握持爪18f握持了握持槽258，则向图9A所示的拉伸夹具230供给流体压，解除壳体220的筒状部222与更换模块250的结合。

在解除了筒状部222与更换模块250的结合之后，NC装置使加工头14如图12B所示在Z方向上升。

接下来，如图12C所示，使加工头14在维持Z方向的高度的状态下在XY方向移动，配置成使加工头14上安装的搅拌销240的中心轴与预先保管的另一更换模块250a的插通孔252的中心一致。

随后，NC装置如图12D所示，使加工头14在Z方向下降，从而使壳体220的筒状部222的下端与另一更换模块250a的上表面抵接。

如果检测到筒状部222与另一更换模块250a抵接，则NC装置解除对所述拉伸夹具230施加的流体压并驱动夹具，使壳体220的筒状部222与另一更换模块250a结合。

而后，通过使加工头14在XY方向移动，解除握持爪18f对另一更换模块250a的握持槽(未图示)的握持，从而结束更换模块的自动更换作业。

图13是表示在应用本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床中，包含自动刀具更换的接合作业的一例的流程图。

另外，在图13所示的第二实施例的流程图中，也与第一实施例相同，搅拌销和肩部分别被赋予固有的编号或者记号。

如图13所示，图1所示的机床1的人机接口30所含的NC装置首先从内置的存储器读取适合当前的工件W的接合程序(步骤S201)。

接下来，判断由读取的接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号是否与当前加工头上安装的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号一致(步骤S202)。

在步骤S202中，当由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号与当前加工头上安装的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号不一致时，NC装置判断为需要更换为安装有指定的搅拌销的销支架，并前进至步骤S203。

在更换销支架时，与第一实施例相同，NC装置使加工头移动到壳体承载台的上方之后，按照图6所示的顺序，从主轴框架拆除壳体(步骤S203)。

而且，将拆除壳体而露出的销支架按照图7所示的顺序，更换为安装有指定的搅拌销的销支架(步骤S204)，随后将加工头移动到壳体承载台的上方，按照与图6所示的顺序相反的顺序，将利用接合程序暂时拆除的壳体再次安装于加工头的主轴框架(步骤S205)。

接下来，判断由读取的接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号是否与加工头上预先安装的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号一致(步骤S206)。

在步骤S206中，当由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号与加工头上预先安装的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号一致时，NC装置判断为能用原来安装的摩擦搅拌接合用刀具进行接合，并前进至接合程序所含的接合动作控制子程序(SS01)。

在接合动作控制子程序(SS01)中，与第一实施例相同，按照预先设定的接合参数对工件实施摩擦搅拌接合，随后结束程序。

另一方面，在步骤S206中，当由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号与加工头上预先安装的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号不一致时，NC装置判断为需要更换为指定的更换模块，并前进至步骤S208。

在此，与第一实施例相同，在步骤S206中，当摩擦搅拌接合用刀具在结构上能组合的搅拌销与肩部的组合中不包含由接合程序指定的搅拌销与肩部的组合时，也判断为需要对更换模块进行更换。

此外，在步骤S202中，当判断为由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号与当前加工头上安装的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号一致时，NC装置判断是否需要仅更换当前加工头上安装的肩部(步骤S207)。

即，NC装置判断由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号是否与当前加工头上安装的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号一致。

在此，在步骤S207中，当摩擦搅拌接合用刀具在结构上能组合的搅拌销与肩部的组合中不包含由接合程序指定的搅拌销与肩部的组合时，也判断为需要对更换模块进行更换。

在步骤S207中，当判断为由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号与当前加工头上安装的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号一致时，NC装置判断为能用原来安装的摩擦搅拌接合用刀具进行接合，并前进至接合动作控制子程序(SS01)。

而且，如上所述，在接合动作控制子程序SS01中，NC装置按照预先设定的接合参数对工件实施摩擦搅拌接合，随后结束程序。

另一方面，在所述的步骤S206或者步骤S207中，当判断为由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号与当前加工头上安装的摩擦搅拌接合用刀具的肩部编号或者肩部记号不一致时，NC装置按照图12所示的顺序，从壳体拆除更换模块(步骤S208)，接着，在壳体上安装由接合程序指定的另一更换模块(步骤S209)。

在步骤S209中将另一更换模块安装于加工头的壳体之后，NC装置认定由接合程序指定的摩擦搅拌接合用刀具已被正确地安装于加工头，前进至接合动作控制子程序(SS01)。

而且，如上所述，在接合动作控制子程序SS01中，NC装置按照预先设定的接合参数对工件实施摩擦搅拌接合，随后结束程序。

另外，在图13所示的流程图中，例示了更换销支架后安装原来的壳体的情况，但是有时根据想要接合的工件的厚度和材质等，安装搅拌销的销支架的大小也会发生改变，而不能安装原来的壳体进行接合。

此时，例如在图13的步骤S204之后，追加用于判断安装的销支架与原来的壳体的组合是否适合的步骤，只要在判断销支架与壳体的组合不合适时，在安装壳体承载台上储备的另一壳体之后前进至步骤S206即可。

本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具和应用该摩擦搅拌接合用刀具的机床通过具备图9至图13所示的上述结构和动作，从而销支架与旋转主轴之间、壳体与主轴框架之间、以及壳体与更换模块之间都构成为通过一次操作而装拆自如，所以能够在销和肩部构成为独立个体的基础上，应用于刀具的自动更换。

此外，按照第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具，在不更换搅拌销亦即销支架而仅更换肩部时，由于不必每次更换重量和尺寸较大的壳体，而仅更换包含肩部的更换模块就能应对，所以能够降低更换品所花费的成本。

此外，在图10和图11中，例示了将更换模块的库存保管于壳体承载台所设置的握持爪的情况，但是也可以将所述更换模块的库存保管于图7等所示的刀库所设置的爪部。采用图14说明这样的第二实施例的变形例。

图14是表示本发明第二实施例的摩擦搅拌接合用刀具的更换模块自动更换作业的变形例的立体图。

如图14所示，刀库16的多个爪部16a安装于圆板构件16b的外周部，所述圆板构件16b在与未图示的旋转机构的旋转轴垂直的面内旋转。

而且，刀库16的爪部16a除了保管安装有切削刀具的切削刀具支架260和安装有搅拌销的销支架210以外，还可以保管多个摩擦搅拌接合用刀具200的更换模块250，通过移动加工头14使爪部16a握持所述更换模块250的握持槽258，从而应用于更换模块250等的自动更换作业。

利用这种结构，由于不必在壳体承载台18上设置追加的握持爪18f，所以能够简化机床1的结构，并且抑制装置成本。

(第三实施例)

接下来，参照图15，说明本发明第三实施例的摩擦搅拌接合用刀具和应用该摩擦搅拌接合用刀具的机床的概要。

另外，在第三实施例中，安装有摩擦搅拌接合用刀具的机床与图1和图2所示的第一实施例的机床相同，所以以下对共通的结构使用相同的附图标记，这里省略说明。

图15是表示本发明第三实施例的摩擦搅拌接合用刀具和加工头的具体安装结构的断面图，图15A表示了摩擦搅拌接合用刀具安装前的状态，图15B表示安装了摩擦搅拌接合用刀具的状态。

如图15A所示，在摩擦搅拌接合用刀具300中，在壳体320的板状部324的上表面装入有多个定位环326，所述定位环326具有与主轴框架14a卡合的孔，在定位环326的孔的内周面，形成有向内侧突出的环状凸部326a。

此外，与第二实施例相同，更换模块350装拆自如地安装在壳体320的筒状部322的一端。

另一方面，在加工头14的主轴框架14a的下表面上，在与所述多个定位环326的位置对应的位置安装有组装部14d(例如商品名为“パレットクランプ(Pallet clamp)”而公知)，所述组装部14d与所述定位环326的内周面上形成的环状凸部326a卡合。

而且，如图15B所示，通过使主轴框架14a上设置的多个组装部14d与所述壳体320的多个定位环326的环状凸部326a嵌合，从而将壳体320安装固定于主轴框架14a。

组装部14d具有通过被赋予例如液压等压力而使突起部进退的结构，通过被赋予所述压力来解除组装部14d与定位环326的内周面的环状凸部326a的卡合，可以容易地拆除壳体320。

如此，壳体320的板状部324上形成的多个定位环326构成被卡合部，该被卡合部被动地与主轴框架14a上设置的多个组装部14d卡合。

本发明第三实施例的摩擦搅拌接合用刀具300如图15A所示，构成为使安装在销支架310的顶端的搅拌销340从安装在壳体320的一端的更换模块350的插通孔352突出。

此外，与第一实施例的情况相同，壳体320的筒状部322的内表面和销支架310的支架主体312的外表面构成为两者在正常的位置组合时形成有间隙G。

利用这种结构，壳体320的更换模块350上形成的肩部354相对于工件W不旋转，并且安装于销支架310的搅拌销340相对于所述肩部354旋转。

本发明第三实施例的摩擦搅拌接合用刀具通过具备所述结构，从而设置在壳体侧的被卡合部形成为承受主轴框架侧设置的组装部的孔，所以能削减壳体自身及包含壳体的摩擦搅拌接合用刀具整体的重量。

此外，由于被卡合部是孔状的凹部，所以例如将壳体拆除到壳体承载台上并保管时，不存在从板状部的上表面突出的物体，因此能够减小加工头在所述壳体承载台的附近移动时发生碰撞等的风险。

(第四实施例)

接下来，参照图16，说明应用本发明第四实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床中的包含自动刀具更换的接合控制的概要。

另外，在第四实施例中，摩擦搅拌接合用刀具和安装有该摩擦搅拌接合用刀具的机床与第一实施例至第三实施例相同，所以以下对共通的结构使用相同的附图标记，这里省略说明。

图16是表示在应用本发明第四实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床中，包含自动刀具更换的接合作业的一例的流程图。

另外，在图16所示的第四实施例的流程图中，也与第一实施例相同，搅拌销和肩部分别被赋予固有的编号或者记号。

如图16所示，图1所示的机床1的人机接口30所含的NC装置首先从内置的存储器读取适合当前的工件W的接合程序(步骤S301)。

接下来，NC装置基于读取的接合程序所含的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销编号或者搅拌销记号以及肩部编号或者肩部记号，执行自动更换为指定的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销和肩部的组合的刀具更换子程序(子程序SSTC)。

在此，“刀具更换子程序”可以例示第一实施例中的图8的步骤S102至步骤S109所示的动作，或者第二实施例中的图13的步骤S202至步骤S209所示的动作，也可以不是所述步骤所示的动作。

接下来，NC装置基于读取的接合程序所含的各种接合参数，执行接合处理(步骤S302)。

在此，接合程序包含将工件的多个部位以多个路径摩擦搅拌接合的情况，以及在同一接合条件下以多个路径执行多组工件的摩擦搅拌接合等情况，在步骤S302中，实施所述多个路径的接合中的一个路径的接合。

接下来，NC装置对使用了当前安装于加工头的摩擦搅拌接合用刀具的摩擦搅拌接合用刀具合计使用时间进行累计处理(步骤S303)。

在此，“合计使用时间”是指利用计时器等对新品状态下配备于机床的摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销或者肩部分别与工件接合时接触的时间进行累计所得的时间，例如是按照每1路径对摩擦搅拌接合用刀具和工件的接触时间进行计时，在接合结束后将多个路径的接触时间进行合计所得的时间。

接下来，NC装置基于接合程序的接合参数，判断第一路径的接合是否已结束(步骤S304)。

在步骤S304中，当判断为第一路径的接合未结束时，在使路径编号保持原状的状态下返回步骤S302，继续接合。

另一方面，在步骤S304中，当判断为第一路径的接合已结束时，NC装置判断当前安装于加工头的摩擦搅拌接合用刀具的当前时点的合计使用时间是否短于预先设定的寿命时间(步骤S305)。

在此，“预先设定的寿命时间”设定为摩擦搅拌接合用刀具整体的寿命时间，但是也可以对摩擦搅拌接合用刀具的搅拌销和肩部分别单独设定寿命时间，并单独累计合计使用时间。

在步骤S305中，在判断为当前安装于加工头的摩擦搅拌接合用刀具的当前时点的合计使用时间短于预先设定的寿命时间时，NC装置判断为当前使用的摩擦搅拌接合用刀具能继续使用，并前进至步骤S306。

另一方面，在步骤S305中，在判断为当前安装于加工头的摩擦搅拌接合用刀具的当前时点的合计使用时间长于预先设定的寿命时间时，由于当前使用的摩擦搅拌接合用刀具存在因达到寿命而破损的风险或者在接合中存在破损的可能性，所以NC装置判断为需要更换，并前进至步骤S307。

在步骤S307中，NC装置判断在机床所设置的刀库和壳体承载台上，是否存在成为当前安装于加工头的摩擦搅拌接合用刀具的替代品的安装有搅拌销的销支架和设置有肩部的壳体(或者更换模块)。

在此，关于成为替代品的摩擦搅拌接合用刀具，例示了根据是否存在销支架和壳体(或者更换模块)双方来进行判断，但是也可以意图单独更换销支架和壳体(或者更换模块)，而执行是否存在适合更换的任意一方的替代品的判断。

在步骤S307中，当判断为刀库和壳体承载台上存在成为当前摩擦搅拌接合用刀具的替代品的销支架和壳体(或者更换模块)时，NC装置存储接合程序中的加工头的当前的坐标位置(步骤S308)，执行用于进行摩擦搅拌接合用刀具的更换的刀具更换子程序(SSTC)。

在此，刀具更换子程序(SSTC)与所述步骤S301执行后执行的刀具更换子程序相同。

执行刀具更换子程序(SSTC)而在加工头上安装了新的摩擦搅拌接合用刀具后，NC装置针对新安装的摩擦搅拌接合用刀具更新合计使用时间的参数(步骤S309)。

此时，新安装的摩擦搅拌接合用刀具为未接合的新品时，设合计使用时间为零，当安装了已经在另一接合中实际使用的摩擦搅拌接合用刀具时，承继到此为止实施的接合的合计使用时间的数据。

随后，NC装置对图1所示的人机接口30的显示装置输出已经进行了自动刀具更换的信息，以通知操作员(步骤S310)。

而后，使加工头返回到与步骤S308中存储的刀具更换前的加工头的坐标位置相同的位置(步骤S311)，并前进至步骤S306以继续接合程序的接合处理。

此外，在步骤S307中，当判断为刀库和壳体承载台上不存在成为当前摩擦搅拌接合用刀具的替代品的销支架和壳体(或者更换模块)时，NC装置向未图示的警报装置输出发出警报的指令(步骤S312)，随后向机床输出接合中止指令(步骤S313)，中止接合处理。

此时，可以采用警报装置向操作员通知刀具的寿命，并且在所述人机接口30的显示装置上显示当前使用的摩擦搅拌接合用刀具存在因达到寿命而破损的风险或者在接合中存在破损的可能性。

另一方面，经过步骤S305或者步骤S311并转移到步骤S306时，NC装置判断当前实施过的接合的路径是否完成了接合程序所含的全部路径。

在此，在同一接合路径应用于多组工件时，步骤S306中的判断也可以判断是否已将所有组的工件接合。

在步骤S306中，当判断为当前实施过的接合的路径未完成接合程序所含的全部路径时，NC装置更新接合的路径数的数据，并且返回到步骤S302再次执行接合处理。

此外，在步骤S306中，当判断为当前实施过的接合的路径已完成了接合程序所含的全部路径时，NC装置认定结束了全部接合处理而结束接合程序。

本发明第四实施例的摩擦搅拌接合用刀具和应用该摩擦搅拌接合用刀具的机床通过具备图16所示的接合程序的执行动作，从而在利用接合程序自动实施接合处理的期间，可以将摩擦搅拌接合用刀具的寿命时间的推移通知给操作员，且自动执行刀具更换并继续接合。

此外，由于每次在接合的路径结束时，实施摩擦搅拌接合用刀具的合计使用时间与寿命时间的比较，因此不必在接合的路径中将接合处理中断，就可以转移到自动刀具更换处理。

而且，通过针对每条接合的路径进行判断，即使因摩擦搅拌接合用刀具破损而产生接合不良，也可以容易地把握在哪条路径的接合时超过了刀具的寿命，因此能容易地确定工件中的接合不良部位。

(第五实施例)

接下来，参照图17和图18，说明应用本发明第五实施例的摩擦搅拌接合用刀具的机床中的接合处理的概要。

另外，在第五实施例中，摩擦搅拌接合用刀具和安装有该摩擦搅拌接合用刀具的机床与第一实施例至第三实施例相同，所以以下对共通的结构使用相同的附图标记，这里省略说明。

图17是表示本发明第五实施例的摩擦搅拌接合用刀具与工件之间的关系的主要部分断面图。

此外，图18是表示采用本发明第五实施例的摩擦搅拌接合用刀具对箱状工件实施摩擦搅拌接合的动作的概要的立体图，图18A表示了在第一路径中接合的状态，图18B表示了在与第一路径交叉的第二路径中接合的状态。

如图17所示，在第五实施例中，针对接触衬垫治具460的上表面的第一工件W1与接触所述衬垫治具460的侧面的第二工件W2之间的对接部进行摩擦搅拌接合。

例如借助球塞430等多个卡合机构，将更换模块450装拆自如地安装在摩擦搅拌接合用刀具的筒状部422的端部。

筒状部422在顶端内含有安装了搅拌销440的销支架410，并且在外周面形成有承受所述球塞430的顶端的多个凹部422a。

更换模块450为有底筒状的构件，其底部具有肩部454a和垫肩部454b，所述肩部454a与第一工件W1接触，所述垫肩部454b使所述肩部454a的一部分在更换模块450的轴向延长，并从侧面接触第二工件W2。

此外，与第二实施例相同，更换模块450形成有握持槽458，所述握持槽458被设置于壳体承载台或者刀库的爪部握持。

球塞430例如在有底筒状的主体的内部收容有弹簧，所述弹簧始终对球朝向主体的外部施加作用力。

而且，当摩擦搅拌接合用刀具的筒状部422从更换模块450的开口侧进入时，所述筒状部422的外周面与球塞430接触，从而球进退，球在凹部422a的位置处被施加作用力而从外侧嵌合，将更换模块450装拆自如地固定于筒状部422。

本发明第五实施例的摩擦搅拌接合用刀具400使安装在销支架410顶端的搅拌销440从安装在壳体420一端的更换模块450的插通孔452突出。

而且，利用这种结构，与第一实施例至第三实施例的情况相同，通过在壳体420的筒状部422的内表面与销支架410的支架主体412的外表面之间形成间隙G，从而壳体420的更换模块450上形成的肩部454a和垫肩部454b相对于工件W不旋转，并且搅拌销440相对于肩部454a和垫肩部454b旋转。

如图18A所示，针对在四个侧面上配置第二工件W2并在上表面配置第一工件W1的箱状的工件，在对第二工件W2中的一个与第一工件W1之间的Y方向的接合线进行摩擦搅拌接合时，采用将第一更换模块450a安装在筒状部422顶端的摩擦搅拌接合用刀具400进行接合，所述第一更换模块450a具备在X方向从侧面接触第二工件W2的垫肩部454b。

另一方面，如图18B所示，对第一工件W1与另一第二工件W2之间的X方向的接合线进行摩擦搅拌接合时，采用更换为第二更换模块450b的摩擦搅拌接合用刀具400进行接合，所述第二更换模块450b将垫肩部454b配置在相对于图18A所示的更换模块450偏转90°的位置。

本发明第五实施例的摩擦搅拌接合用刀具和应用该摩擦搅拌接合用刀具的机床通过具备图17和图18所示的所述结构和动作，从而采用在肩部具备追加的垫肩部的壳体或者更换模块，例如对配置成箱状的工件的角接接头也能够进行摩擦搅拌接合。

此外，通过应用形成有所述垫肩部的壳体或者更换模块，当接合线的方向变更时，可以自动更换为具备与所述接合线方向匹配的垫肩部的壳体或者更换模块，其结果，能削减人手和工时。

另外，本发明不限于所述实施例的结构，还包含各种变形例。

例如，在所述的第一实施例至第五实施例的摩擦搅拌接合用刀具中，作为壳体与主轴框架之间或者壳体与更换模块之间的结合机构，例示了应用拉钉、球式的拉伸夹具或球塞等的情况，但是作为所述结合机构，只要是能通过一次操作而自动装拆，例如也可以应用气动夹具和电磁式夹具等替代机构。

此外，使用具备更换模块的壳体时，也可以组合应用所述多种结合机构。

而且，在第一实施例至第五实施例中，由于搅拌销和肩部由独立个体构成，所以它们能够用相同或不同的的材料形成。

特别是，由于搅拌销比肩部直径小，所以通过使搅拌销的材料为强度高的材料，可以延长搅拌销的寿命以防止破损。

另一方面，为了使肩部在不旋转的状态下与工件表面接触并移动，通过使肩部的材料为硬度高的材料，可以提高肩部的耐磨损性。

此时，通过使肩部的材料为铝合金等比钢材轻的材料，并对肩部的与工件表面接触的接触面实施陶瓷等涂覆，还能够兼顾壳体整体的轻量化和耐磨损性双方。

在第五实施例的摩擦搅拌接合用刀具中，例示了垫肩部从肩部呈直角突出的情况，但是肩部与垫肩部所呈的角度也可以小于90°。

此外，垫肩部的形状也可以是圆形等支承面。

Claims (14)

1.一种摩擦搅拌接合用刀具，其特征在于，包括：

销支架，具有与旋转主轴结合的柄部；

搅拌销，安装于所述销支架；以及

壳体，具有内插所述销支架的筒状部和与主轴框架结合的被卡合部，

所述筒状部的一个端部形成有肩部。

2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合用刀具，其特征在于，所述被卡合部为拉钉。

3.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合用刀具，其特征在于，所述被卡合部为定位环。

4.根据权利要求2或3所述的摩擦搅拌接合用刀具，其特征在于，在所述筒状部的周围配置有多个所述被卡合部。

5.根据权利要求4所述的摩擦搅拌接合用刀具，其特征在于，所述销支架具有握持槽。

6.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合用刀具，其特征在于，所述壳体的筒状部具备形成有所述肩部的更换模块。

7.根据权利要求6所述的摩擦搅拌接合用刀具，其特征在于，所述更换模块具有握持槽。

8.根据权利要求7所述的摩擦搅拌接合用刀具，其特征在于，所述更换模块还具有从所述肩部突出的垫肩部。

9.一种机床，包括：主轴框架，内含旋转主轴；摩擦搅拌接合用刀具，安装于所述主轴框架；加工台，保持工件；刀具保管装置，临时保管所述摩擦搅拌接合用刀具；以及NC装置，控制所述主轴框架和所述加工台的动作，所述机床的特征在于，

所述摩擦搅拌接合用刀具包括：

销支架，具有与所述旋转主轴结合的柄部；

搅拌销，安装于所述销支架；以及

壳体，具有内插所述销支架的筒状部和与主轴框架结合的被卡合部，

所述筒状部的一个端部形成有肩部，

所述刀具保管装置包含配置在所述加工台上的壳体承载台。

10.根据权利要求9所述的机床，其特征在于，所述刀具保管装置还包含保管所述销支架的库存的刀库。

11.根据权利要求10所述的机床，其特征在于，

所述壳体的筒状部具备形成有所述肩部的更换模块，

所述刀库还保管所述更换模块的库存。

12.根据权利要求11所述的机床，其特征在于，所述NC装置具有接合程序和切削程序，从所述刀具保管装置自动更换由所述接合程序或所述切削程序指定的刀具并实施加工。

13.根据权利要求12所述的机床，其特征在于，

所述接合程序包含所述搅拌销和所述肩部各自的识别编号的数据，

所述NC装置在判断为由所述接合程序指定的所述搅拌销的识别编号与所述肩部的识别编号的组合，不能采用储备于所述刀库的所述销支架上安装的所述搅拌销和储备于所述壳体承载台的所述更换模块上形成的所述肩部来实施时，发出警报并且停止刀具的自动更换。

14.根据权利要求13所述的机床，其特征在于，

所述接合程序还包含所述搅拌销和所述肩部各自的寿命时间的数据，

所述NC装置对合计接合时间进行计时，并且当判断为所述合计接合时间达到所述寿命时间时，自动更换具有所述搅拌销的所述销支架或具有所述肩部的所述更换模块。