CN111315528A - 摩擦压焊方法及机床 - Google Patents

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Abstract

一种摩擦压焊方法和实施该摩擦压焊方法的机床(1)，该摩擦压焊方法的特征在于，具有：加热工序，对于以相向的一对主轴(3a、3b)分别夹住的一对材料(W1、W2)，将一对材料(W1、W2)的相向的端面分别作为接合面(S1、S2)，在从一对材料(W1、W2)彼此的轴错开的状态到彼此的轴一致的方向上，使接合面(S1、S2)相互接触并移动至规定的位置对一对所述材料(W1、W2)进行摩擦加热；以及，压焊工序，将一对材料(W1、W2)在规定的位置压焊，一边使各个材料(W1、W2)从轴向的一侧观察以相同转速向相同方向旋转一边进行加热工序和压焊工序。

Description

摩擦压焊方法及机床
技术领域
本发明涉及摩擦压焊方法及机床。
背景技术
以往，作为使用具有相向的一对主轴的车床等机床来对一对材料进行摩擦压焊的方法，已知如下的摩擦压接压焊方法：在使以一对主轴分别夹住的一对材料从轴向的一侧观察彼此反向地旋转的同时，从彼此的轴错开的状态到彼此的轴一致使接合面相互接触来对一对材料进行摩擦加热，并且在一对材料的轴彼此一致后对该一对材料进行压焊(参考例如专利文献1)。
现有技术
专利文献
专利文献1：日本特开平6-312279号公报。
发明内容
发明要解决的课题
在上述专利文献1所记载的以往的摩擦压焊方法中，使一对材料从轴向的一侧观察相互反向地旋转来进行摩擦加热，进行了摩擦加热后需要使各个材料的旋转停止再进行压焊，为了使各个材料的旋转停止，在使各主轴停止的工序中，有时不容易将各个材料维持在能够摩擦压焊的状态。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供能够在使各个材料旋转的状态下进行摩擦压焊的摩擦压焊方法及机床。
用于解决课题的方案
本发明的摩擦压焊方法的特征在于，具有：加热工序，对于以相向的一对主轴分别夹住的一对材料，将一对所述材料的相向的端面分别作为接合面，在从一对所述材料彼此的轴错开的状态到彼此的轴一致的方向上，使所述接合面相互接触并移动至规定的位置来对一对所述材料进行摩擦加热；以及压焊工序，在所述规定的位置对一对所述材料进行压焊，一边使各个所述材料从轴向的一侧观察以相同转速向相同方向旋转一边进行所述加热工序和所述压焊工序。
在上述构成中，本发明的摩擦压焊方法优选在一对所述材料的轴彼此一致的位置进行所述压焊工序。
在上述构成中，本发明的摩擦压焊方法优选在所述压焊工序之后进行切削工序，在所述切削工序中，使所述材料从轴向的一侧观察以所述加热工序和所述压焊工序中的相同转速向所述加热工序和所述压焊工序中的相同方向旋转着切削所述材料。
本发明的机床的特征在于，具有：相向的一对主轴；以及控制部，控制一对所述主轴的移动和旋转以进行以下的工序：加热工序，对于以一对所述主轴分别夹住的一对材料，将一对所述材料的相向的端面分别作为接合面，在从一对所述材料彼此的轴错开的状态到彼此的轴一致的方向上，使所述接合面相互接触并移动至规定的位置来对一对所述材料进行摩擦加热；以及压焊工序，在所述规定的位置对一对所述材料进行压焊，所述控制部进行控制，从而一边使一对所述主轴从轴向的一侧观察以相同转速向相同方向旋转一边进行所述加热工序和所述压焊工序。
在上述结构中，本发明的机床优选所述控制部进行控制，从而在一对所述材料的轴彼此一致的位置进行所述压焊工序。
在上述结构中，本发明的机床优选具有通过所述控制部控制移动的工具，所述控制部在所述压焊工序之后进行切削工序，在所述切削工序中，使一对所述主轴从轴向的一侧观察以所述加热工序和所述压焊工序中的相同转速向所述加热工序和所述压焊工序中的相同方向旋转着使所述工具移动来通过该工具切削所述材料。
发明的效果
根据本发明，能够提供能够在使各个材料旋转的状态下进行加热工序和压焊工序、容易地将各个材料维持在能够摩擦压焊的状态的摩擦压焊方法及机床。
附图说明
图1为概略地示出能够实施作为本发明的一个实施方式的摩擦压焊方法的机床的结构的说明图。
图2(a)～图2(c)分别为示出进行着加热工序的状态的说明图。
图3(a)～图3(d)分别为示出加热工序中的一对接合面的状态的说明图。
图4为示出进行着压焊工序的状态的说明图。
图5为示出进行着切削工序的状态的说明图。
图6为示出第一工件和第二工件的各工序中的转速的线图。
图7为示出各工序中的第一工件相对于第二工件的X轴方向的位置的线图。
图8(a)、图8(b)为示出进行着变形例的加热工序的状态的说明图。
图9(a)～图9(c)为示出变形例的加热工序中的一对接合面的状态的说明图。
具体实施方式
图1所示的机床1具有配置在基台2上的一对主轴即第一主轴3a和第二主轴3b。第一主轴3a旋转自如地支承于第一主轴台4a，第二主轴3b旋转自如地支承于第二主轴台4b。第一主轴3a和第二主轴3b空开规定的间隔彼此相向。
第一主轴3a在前端具有第一卡盘5a，能够通过第一卡盘5a夹住第一工件W1。第二主轴3b在前端具有第二卡盘5b，能够通过第二卡盘5b夹住第二工件W2。
第一主轴3a由第一驱动源6a旋转驱动，第二主轴3b由第二驱动源6b旋转驱动。作为第一驱动源6a和第二驱动源6b，能够采用例如电动马达。通过以第一驱动源6a旋转驱动第一主轴3a，能够使第一主轴3a所夹住的第一工件W1旋转。通过以第二驱动源6b旋转驱动第二主轴3b，能够使第二主轴3b所夹住的第二工件W2旋转。
第一主轴台4a经由第一Z轴导轨9a、第一滑鞍10a和第一X轴导轨11a搭载于基台2，所述第一Z轴导轨9a在第一主轴3a的轴线方向(Z轴方向)上延伸，所述第一滑鞍10a滑动自如地安装于第一Z轴导轨9a，所述第一X轴导轨11a支承于第一滑鞍10a在相对于第一主轴3a的轴线方向正交的水平方向(X轴方向)上延伸。第一主轴3a经由分别设置在第一滑鞍10a与基台2之间以及第一滑鞍10a与第一主轴台4a之间的滚珠螺杆等，通过对该滚珠螺杆进行旋转驱动的马达等与第一主轴台4a一体地在Z轴方向和X轴方向上移动驱动。
第二主轴台4b经由第二Z轴导轨9b、第二滑鞍10b和第二X轴导轨11b搭载于基台2，所述第二Z轴导轨9b在第二主轴3b的轴线方向(Z轴方向)上延伸，所述第二滑鞍10b滑动自如地安装于第二Z轴导轨9b，所述第二X轴导轨11b支承于第二滑鞍10b在相对于第二主轴3b的轴线方向正交的水平方向(X轴方向)上延伸。第二主轴3b经由分别设置在第二滑鞍10b与基台2之间以及第二滑鞍10b与第二主轴台4b之间的滚珠螺杆等，通过对该滚珠螺杆进行旋转驱动的马达等与第二主轴台4b一体地在Z轴方向和X轴方向上移动驱动。
虽然图示的情况为第一主轴3a和第二主轴3b两者在Z轴方向和X轴方向上移动驱动的结构，但是只要是第一主轴3a和第二主轴3b能够在Z轴方向和X轴方向上相对地移动的结构即可，例如为第一主轴3a和第二主轴3b中的任一者在Z轴方向和X轴方向上移动驱动的结构等。
机床1具有用于切削加工的工具7。工具7安装于移动单元8，通过移动单元8自由移动。第一工件W1、第二工件W2通过在以对应于切削加工的规定的转速(旋转速度)与第一主轴3a、第二主轴3b一起旋转的状态下触碰工具7的刃部7a来由工具7切削加工。也能够分别设置用于第一主轴3a中的第一工件W1的加工的工具7和用于第二主轴3b中的第二工件W2的加工的工具7。
在为第一主轴3a和第二主轴3b两者在Z轴方向和X轴方向上移动驱动的结构的情况下，也能够为不设置移动单元8而将工具7固定于工具台的结构，为通过使第一主轴3a和第二主轴3b相对于工具7相对移动来将工具7的刃部7a与接合工件W3触碰进行切削加工的结构。
机床1具有控制部C。控制部C能够以具有例如CPU(中央运算处理装置)、存储器等存储单元的微型计算机构成。控制部C与第一驱动源6a、第二驱动源6b、移动单元8、两主轴台4a、4b的Z轴和X轴的滑动移动机构等连接，能够综合控制两主轴3a、3b的旋转、工具7的移动、两主轴台4a、4b的移动等工作。机床1能够由例如CNC车床等车床构成。
第一工件W1和第二工件W2能够为例如朝向轴向的端面即第一接合面S1、第二接合面S2分别具有相对于轴向垂直的平坦面的金属制的圆棒等。使第一工件W1为从第一主轴3a的后端插入的长条的圆棒材料，能够将在第一主轴3a中被切削加工而作为残留材料残留的第一工件W1作为第二工件W2。
在使第一主轴3a夹住第一工件W1并且使第二主轴3b夹住第二工件W2的图1所示的状态下，通过第一主轴3a和第二主轴3b向Z轴和X轴的相对移动，如图2(a)所示，以如下的方式配置第一工件W1和第二工件W2：第一接合面S1和第二接合面S2的Z轴方向位置一致，并且彼此的轴在X轴方向上错开成为第一接合面S1和第二接合面S2在X轴方向上彼此分离的状态。
通过第一主轴3a和第二主轴3b的工作，在第一工件W1和第二工件W2从轴向的一侧观察以相同转速向相同方向旋转的状态下，从图2(a)所示的状态，使第一工件W1相对于第二工件W2在X轴方向上相对移动，使以相同转速向相同方向旋转的第一接合面S1和第二接合面S2相互接触来进行摩擦加热(加热工序)。加热工序如下地进行：使第一工件W1和第二工件W2从图2(b)所示的彼此的轴错开的状态过渡到图2(c)所示的彼此的轴一致的状态。在第一工件W1相对于第二工件W2向X轴方向相对移动时，也能够根据需要使第一工件W1和第二工件W2以相互推压的状态接触。
在上述加热工序中，因为第一工件W1和第二工件W2从轴向的一侧观察以相同转速向相同方向旋转，所以从图3(a)所示的第一接合面S1和第二接合面S2在X轴方向上彼此互相分离的状态起，如图3(b)所示，第一接合面S1和第二接合面S2当在外周边缘的部分处开始相互接触时具有最大的相对速度，产生由旋转差引起的最大的摩擦热，伴随着大幅温度上升而被加热，在维持着能够接合的接合面的温度连续地被摩擦加热，直到成为图3(d)所示的彼此的轴一致的状态为止。
在加热工序中，如图3(c)所示，第一接合面S1的中心部分以具有旋转差的方式与第二接合面S2的外周边缘部分接触，第二接合面S2的中心部分以具有旋转差的方式与第一接合面S1的外周边缘部分接触，因此第一接合面S1的中心部分和第二接合面S2的中心部分也由摩擦热加热。
如图3(d)所示，当第一主轴3a和第二主轴3b的轴彼此一致时，第一主轴3a和第二主轴3b在一起旋转的状态下相对的转速之差为0，成为第一主轴3a和第二主轴3b彼此不相对旋转的状态，加热工序结束。
当第一工件W1与第二工件W2的轴一致从而加热工序完成时，接下来进行压焊工序，该压焊工序对第一工件W1和第二工件W2进行压焊。如图4所示，压焊工序通过如下的方式进行：使通过彼此的轴一致并且以相同转速向相同方向旋转成为彼此相对地旋转停止了的状态的第一工件W1和第二工件W2以相互靠近的方式在Z轴方向上相对移动，以规定的压力(镦锻压力)在轴线方向(Z轴方向)上推压第一接合面S1和第二接合面S2。
通过加热工序后的压焊工序，作为一对材料的第一工件W1和第二工件W2由摩擦压焊接合。本机床1将第一工件W1和第二工件W2摩擦压焊来作为接合工件W3。在本实施方式中，压焊工序如下地进行：基于对于两个主轴3a、3b的使第一工件W1和第二工件W2向相互挤压的方向移动的移动指令，使第一主轴3a和第二主轴3b一起向相互靠近的方向移动。
使第一主轴3a和第二主轴3b一起向靠近的方向移动，因此与例如在使一个主轴在Z轴方向上停止的状态下使另一个主轴在Z轴方向上移动来相互挤压第一工件W1和第二工件W2的情况相比，能够容易地避免基于第一主轴3a和第二主轴3b的位置与移动指令的位置的误差造成的控制部C的错误。
在本实施方式的摩擦压焊方法中，如上所述，在加热工序中，第二接合面S2的外周边缘部分与第一接合面S1的中心部分接触，第一接合面S1的外周边缘部分与第二接合面S2的中心部分接触，由此与使第一工件W1和第二工件W2成为同轴彼此相对旋转来进行摩擦加热的情况相比，第一接合面S1的中心部分和第二接合面S2的中心部分分别被充分地摩擦加热。因此，在压焊工序中，产生由整体摩擦第一接合面S1和第二接合面S2引起的温度上升，使由摩擦压焊的造成的接合面的面积增加，能够对第一工件W1和第二工件W2进行接合强度更加提高的摩擦压焊。
如上所述，在本实施方式的摩擦压焊方法中，使第一工件W1和第二工件W2以相同转速向相同方向旋转来进行加热工序，因此当第一工件W1和第二工件W2的轴一致从而加热工序完成时，成为第一接合面S1和第二接合面S2相对停止的状态。因此，如图6所示，加热工序完成后，能够不使第一工件W1和第二工件W2的旋转停止而使第一工件W1和第二工件W2以与加热工序相同的转速向与加热工序相同的旋转方向旋转着连续地进行上述的压焊工序。
为了在加热工序结束时第一接合面S1和第二接合面S2的温度维持摩擦压焊所需要的温度，考虑由相对的旋转差的降低导致的所述温度的降低，控制使第一工件W1相对于第二工件W2在X轴方向上相对移动的第一主轴3a和第二主轴3b向X轴方向的移动。通过第一主轴3a和第二主轴3b向X轴方向的移动速度等移动的控制，能够维持着第一接合面S1和第二接合面S2能够接合的温度连续且容易地进行摩擦加热，直到成为第一工件W1和第二工件W2的彼此的轴一致的状态为止。
另外，如图7所示，使第一工件W1相对于第二工件W2的X轴方向的位置X变化来进行加热工序，第一工件W1和第二工件W2的轴一致，位置X成为0从而加热工序完成，因此在将第一工件W1和第二工件W2同心地接合的情况下，在加热工序完成后，能够不使第一工件W1相对于第二工件W2的X轴方向的位置X变化而直接进行压焊工序。因此，能够缩短加热工序之后到开始压焊工序的时间，迅速地进行摩擦压焊。
本实施方式的摩擦压焊方法能够为压焊工序之后连续地进行切削工序的构成，所述切削工序使作为材料的接合工件W3从轴向的一侧观察以加热工序和压焊工序中的相同转速向加热工序和压焊工序中的相同方向旋转着进行切削。
加热工序和压焊工序中的第一工件W1和第二工件W2的转速优选为能够进行适度的摩擦加热并且适于利用工具7的切削加工的转速。
如图4所示，由于第一工件W1和第二工件W2的摩擦热软化了的部分在压焊时被向径向外侧挤出，由此有时在接合工件W3的接合部的外周面产生毛刺B。在上述切削工序中，如图5所示，通过利用移动单元8使工具7的刃部7a在Z轴方向上移动，能够进行用于去除毛刺B的切削加工。
在本实施方式的摩擦压焊方法中，从切削工序中的接合工件W3的轴向的一侧观察到的旋转方向和转速与加热工序和压焊工序中的第一工件W1和第二工件W2的旋转方向和转速相同，因此，在压焊工序完成后，能够不调节第一工件W1和第二工件W2的转速而使第一工件W1和第二工件W2以与加热工序和压焊工序相同的转速向与加热工序和压焊工序相同的旋转方向旋转着连续地进行上述的切削工序。即，如图6所示，能够不使第一主轴3a和第二主轴3b的旋转停止而相同地维持着第一工件W1和第二工件W2的旋转方向、转速进行加热工序、压焊工序、切削工序的全部工序。因此，在对第一工件W1和第二工件W2进行摩擦压焊后，能够迅速地过渡到接合工件W3的切削加工，能够缩短加工时间。
另外，如图7所示，在摩擦压焊完成后，能够不使第一工件W1相对于第二工件W2的X轴方向的位置X变化而直接连续地进行切削工序，进而，从在压焊工序与切削工序之间不需要松开第一卡盘5a和第二卡盘5b这方面出发也能够缩短加工时间。需要说明的是，通过切削加工除去接合工件W3的毛刺B后，在为了切削加工以第一主轴3a再次夹住接合工件W3时，需要松开第一卡盘5a和第二卡盘5b。
图8(a)、图8(b)为示出加热工序的变形例的顺序的说明图，图9(a)～图9(c)为示出从变形例的加热工序中的一对材料的轴向的一侧观察到的位置关系和旋转方向的说明图。在图8、图9中，对与上述的构件对应的构件标注相同的附图标记。
在上述实施方式中，如图2(a)所示，以如下的方式配置第一工件W1和第二工件W2：第一接合面S1和第二接合面S2的Z轴方向位置彼此一致、并且彼此的轴在X轴方向上错开成为第一接合面S1和第二接合面S2在X轴方向彼此分离的状态，之后，使第一工件W1相对于第二工件W2在X轴方向上相对移动使第一接合面S1和第二接合面S2相互接触来开始加热工序。
与此相对，如图8(a)所示，以如下的方式配置第一工件W1和第二工件W2：第一接合面S1和第二接合面S2仅在外周边缘侧的一部分处以彼此相向的方式在Z轴方向上空开间隔、并且使彼此的轴在X轴方向上错开，之后，使第一工件W1和第二工件W2以相互靠近的方式在Z轴方向上相对移动，由此如图8(b)所示，能够成为使第一接合面S1的外周边缘侧部分和第二接合面S2的外周边缘侧部分相互接触、开始加热工序的结构。在这种情况下，能够通过简单的控制以规定的推压力使第一接合面S1和第二接合面S2可靠地接触。
在上述变形例中，如图9(a)所示，第一接合面S1和第二接合面S2在外周边缘的部分处开始相互接触，如图9(b)所示，第一接合面S1的中心部分和第二接合面S2的中心部分由摩擦热加热，之后，维持着能够接合的接合面的温度连续地进行摩擦加热，直到成为图9(c)所示的彼此的轴一致的状态为止。
本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。
例如，本实施方式的摩擦压焊方法不限于使用图1所示的机床1实施，如果是具有相向的一对主轴的机床，也能够使用其他机床等实施。另外，也能够使第二工件W2以第二主轴3b以外的与第一主轴3a相向设置的主轴夹住来进行摩擦压焊。在该情况下，第二主轴3b以外的夹住第二工件W2的主轴优选与第二主轴3b一起设置于第二主轴台4b。能够在摩擦压焊以外的切削加工等中使用第二主轴3b。第二主轴3b中的摩擦压焊以外的切削加工能够与利用第二主轴3b以外的主轴的摩擦压焊同时进行。
在上述实施方式中，用为了成为第一接合面S1和第二接合面S2在外周边缘的部分处相互接触后彼此的轴一致的状态而使第一主轴3a移动的例子进行了说明，但也可以使第二主轴3b移动，还可以使两个主轴相对移动。
在上述实施方式中，示出了将直到成为第一接合面S1和第二接合面S2在外周边缘的部分处相互接触后彼此的轴一致的状态为止的移动的轴作为X轴的情况，但如果是能够在Y轴方向上移动驱动的结构，也能够是利用向Y轴方向的移动的本发明的摩擦压焊方法。
除了使直到成为第一接合面S1和第二接合面S2在外周边缘的部分处相互接触后彼此的轴一致的状态为止的X轴的移动速度为固定以外，也能够进行如下的控制：与外周边缘的部分相比，朝向轴心依次或阶段性地增加上述移动速度来使彼此的轴心一致。通过控制加热工序中的移动速度，能够精密地控制接合面的温度。
在上述实施方式中，示出了第一工件W1、第二工件W2为朝向轴向的第一接合面S1、第二接合面S2分别成相对于轴向垂直的平坦面的金属制的圆棒的情况，但作为第一工件W1、第二工件W2，如果朝向轴向的第一接合面S1、第二接合面S2分别为相对于轴向垂直的平坦面的话，也能够是其他材质的、多棱柱状等不同的外径尺寸、形状的。
在上述实施方式中，摩擦压焊之后，使第一工件W1和第二工件W2以与加热工序和压焊工序相同的转速向与加热工序和压焊工序相同的旋转方向旋转着连续地进行切削工序，但也能够成为如下的构成：使第一工件W1和第二工件W2的转速成为适于摩擦压焊的转速进行了摩擦压焊后，将第一工件W1和第二工件W2的转速变更为适于切削加工的转速再进行切削加工。在该情况下，也能够不停止第一工件W1和第二工件W2的旋转而进行加热工序、压焊工序和切削工序，因此能够缩短加工时间。
在上述实施方式中，在第一工件W1的轴和第二工件W2的轴彼此一致的位置进行压焊工序，但也可以在第一工件W1的轴和第二工件W2的轴彼此错开的位置进行压焊工序。
附图标记说明
1：机床
2：基台
3a：第一主轴
3b：第二主轴
4a：第一主轴台
4b：第二主轴台
5a：第一卡盘
5b：第二卡盘
6a：第一驱动源
6b：第二驱动源
7：工具
7a：刃部
8：移动单元
9a：第一Z轴导轨
9b：第二Z轴导轨
10a：第一滑鞍
10b：第二滑鞍
11a：第一X轴导轨
11b：第二X轴导轨
W1：第一工件(材料)
W2：第二工件(材料)
W3：接合工件(材料)
C：控制部
S1：第一接合面
S2：第二接合面
B：毛刺

Claims (6)

1.一种摩擦压焊方法，其特征在于，具有：
加热工序，对于以相向的一对主轴分别夹住的一对材料，将一对所述材料的相向的端面分别作为接合面，在从一对所述材料彼此的轴错开的状态到彼此的轴一致的方向上，使所述接合面相互接触并移动至规定的位置来对一对所述材料进行摩擦加热；以及
压焊工序，在所述规定的位置对一对所述材料进行压焊，
一边使各个所述材料从轴向的一侧观察以相同转速向相同方向旋转一边进行所述加热工序和所述压焊工序。
2.根据权利要求1所述的摩擦压焊方法，其中，
在一对所述材料的轴彼此一致的位置进行所述压焊工序。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦压焊方法，其中，
在所述压焊工序之后进行切削工序，在所述切削工序中，使所述材料从轴向的一侧观察以所述加热工序和所述压焊工序中的相同转速向所述加热工序和所述压焊工序中的相同方向旋转着切削所述材料。
4.一种机床，其特征在于，具有：
相向的一对主轴；以及
控制部，控制一对所述主轴的移动和旋转以进行以下的工序：
加热工序，对于以一对所述主轴分别夹住的一对材料，将一对所述材料的相向的端面分别作为接合面，在从一对所述材料彼此的轴错开的状态到彼此的轴一致的方向上，使所述接合面相互接触并移动至规定的位置来对一对所述材料进行摩擦加热；以及
压焊工序，在所述规定的位置对一对所述材料进行压焊，
所述控制部进行控制，从而一边使一对所述主轴从轴向的一侧观察以相同转速向相同方向旋转一边进行所述加热工序和所述压焊工序。
5.根据权利要求4所述的机床，其中，
所述控制部进行控制，从而在一对所述材料的轴彼此一致的位置进行所述压焊工序。
6.根据权利要求4或5所述的机床，其中，
具有通过所述控制部控制移动的工具，
所述控制部在所述压焊工序之后进行切削工序，在所述切削工序中，使一对所述主轴从轴向的一侧观察以所述加热工序和所述压焊工序中的相同转速向所述加热工序和所述压焊工序中的相同方向旋转着使所述工具移动来通过该工具切削所述材料。
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