JP2010269362A

JP2010269362A - 摩擦圧接機及び摩擦圧接方法

Info

Publication number: JP2010269362A
Application number: JP2009125312A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Kamino; 清一紙野; Hiromitsu Matsuda; 博光松田
Original assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2010-12-02

Abstract

【課題】機械加工と摩擦圧接とが相互に連続的に行うことができ、生産性の高い摩擦圧接機及びそれを用いた接合及び加工方法の提供を目的とする。
【解決手段】主軸モーターにて回転駆動制御された回転チャックを左右に対向して有し、少なくとも一方の主軸モーターは溶融圧接する据え込み時に必要な圧力と前記主軸モーターの停止後のアプセット時に必要な押圧力とを生じるように制御された送りモーターとを有し、対向する前記主軸モーター間の中心線と直交する方向から送り位置制御された刃物台を少なくとも一台以上有していることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ワーク同士を摩擦圧接接合するための摩擦圧接機及びこれを用いた摩擦圧接方法に関し、特に外径の異なるワーク間や長尺ワーク間の摩擦圧接および機械加工との連続化に適する。

ワーク同士の接合面に回転摩擦力を生じさせ、この回転摩擦で生じた熱エネルギーを利用し、押圧、固相圧接合する摩擦圧接法は公知である（特許文献１）。
このような摩擦圧接法において高い接合強度を得るには接合面の品質が重要であり、また接合面が発熱により軟化状態になったワーク同士をアプセット推力により押圧するので全長の寸法変化や接合部に発生しやすいバリにも考慮する必要がある（特許文献２）。

一方、例えば図４（ａ）に示すようにフランジ部Ｗ１を有する長尺製品を加工する場合にフランジ部の付け根部分の加工には、スピンドル１４６に、突き出しの長い刃物１４７を取り付けて加工することになるが、刃先に振れが生じやすく、加工精度が低下する問題がある。
そこで、このような製品の場合にフランジ部Ｗ１とシャフト部Ｗ２とを別々に加工し、その後でＷ１とＷ２とを摩擦圧接する方法が有効となるが、従来は加工機とは異なる別の摩擦圧接機にそれぞれワークをチャックして摩擦圧接していたので、例えば図４（ｃ）に示すようにフランジ部Ｗ１の端面を加工する際に、ワークがチャック治具から一度外されているために再度回転方向の位相決めをしなければならない問題があった。

特開２００８−２７２８３４号公報特開平９−１４１４５４号公報

本発明は、機械加工と摩擦圧接とが相互に連続的に行うことができ、生産性の高い摩擦圧接機及びそれを用いた接合及び加工方法の提供を目的とする。

本発明に係る摩擦圧接機は、主軸モーターにて回転駆動制御された回転チャックを左右に対向して有し、少なくとも一方の主軸モーターは溶融圧接する据え込み時に必要な圧力と前記主軸モーターの停止後のアプセット時に必要な押圧力とを生じるように制御された送りモーターとを有し、対向する前記主軸モーター間の中心線と直交する方向から送り位置制御された刃物台を少なくとも１台以上有していることを特徴とする。
ここで、主軸モーターにて回転駆動制御された回転チャックを左右に対向配置させたことにより刃物台と組み合せ、それぞれの回転チャックにチャック固定されたワークを個別に旋削加工やミーリング加工等の機械加工を行うことができる。

従って、主軸モーターにて回転駆動制御された回転チャックを左右に対向して有し、少なくとも一方の主軸モーターは溶融圧接する据え込み時に必要な圧力と前記主軸モーターの停止後のアプセット時に必要な押圧力とを生じるように制御された送りモーターとを有し、対向する前記主軸モーター間の中心線と直交する方向から送り位置制御された刃物台を少なくとも１台以上有し、一方の回転チャックにワークＷ１をチャック固定して当該ワークＷ１に必要に応じて所定の加工をし、他方の回転チャックにワークＷ２をチャック固定して当該ワークＷ２に必要に応じて所定の加工をし、その後に両方の回転チャックにチャック固定されたワークＷ１とＷ２とを摩擦圧接することも可能であり、さらには、ワークＷ１とＷ２とを摩擦圧接後に当該ワークを一方の回転チャックに引き渡し、さらに加工することも可能になる。
ここで、刃物台は少なくとも１台有すればよいが、左右に対向する２主軸を有することから刃物台は２台以上設けるのがよく、さらにはタレット刃物台であるのが望ましい。

本発明に係る摩擦圧接機においては、主軸モーターにて回転駆動制御された回転チャックを左右に対向配置し、少なくとも一方の主軸モーターは溶融圧接時の据え込み圧力と、アプセット時の押圧力が得られるように制御された送りモーターを有し、その他に１台以上の刃物台を備えたことにより、機械加工と摩擦圧接とを相互に連続的に行うことができるようになり、加工精度が高く、生産性に優れる。

外径の異なるＷ１とＷ２とを加工及び接合する例を示す。比較的長尺材の接合及び加工例を示す。本発明に係る摩擦圧接機の構成例を模式的に示す。従来の加工例を示す。

本発明に係る摩擦圧接機の構成例を図３に基づいて説明する。
ベース１の上の左側にＬ側主軸２０とこの主軸モーターにより回転駆動制御されたＬ側チャック２１を有する。
Ｌ側主軸と軸線が一致するように右側にＲ側主軸１０を対向配置し、この主軸モーターにはＲ側チャック１１が回転駆動制御されている。
本実施例では、Ｒ側主軸１０がＲ側送りモーター１２とボールネジ１３とにてＺ軸方向に移動制御された例になっている。
左右対向配置した２つの主軸は少なくとも一方がＺ軸方向に位置制御された送りモーターを有すればよい。
Ｒ側送りモーター１２はサーボモーターになっていて、摩擦圧接接合工程において据え込み圧力とアプセット推力（押圧力）が得られるようになっている。

Ｌ側主軸２０とＲ側主軸１０との軸線上より図３の紙面上側には第１タレット３１を有する第１刃物台３０を備える。
第１刃物台３０は、ボールネジ３２ａを介してＺ軸方向移動制御する送りモーター３２と、主軸線と直交する方向から主軸線に向けてＸ軸方向送り位置制御する送りモーター３３及びＹ軸方向位置制御する送りモーター３４を有している。

同様に主軸線の下側には第２タレット４１を有する第２刃物台４０が備えられている。
第２刃物台４０もボールネジ４２ａを有する送りモーター４２、送りモーター４３，４４にてそれぞれＺ軸方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の位置が制御されている。
なお、本実施例では２組のタレットからなる２タレットタイプを示したが３タレットタイプや４タレットタイプでもよい。
また、刃物台はＢ軸廻り制御された刃物台が備えられていてもよい。

次に図１に基づいて、相対的に外径の大きいワークＷ１と、それより外形が小さいシャフト部を形成するワークＷ２を例にとり、摩擦圧接接合する手順例を説明する。
図１（ａ）に示すように、Ｌ側チャック２１にワークＷ２をチャック固定し、ワークＷ２を回転させながら、図示を省略した第１タレット３１に取り付けたバイト３６等の工具にて接合面の加工等を実施する。
一方、Ｒ側主軸１０にはワークＷ１をチャック固定し、第２タレット４１に取り付けた工具軸４６及び回転工具４７等にて、接合面やその他必要な加工を実施する。
図１（ｂ）に示すようにワークＷ２は回転を停止させて固定し、Ｒ側主軸１０に取り付けたワークＷ１を圧接しながら高速回転させる。
このときの据え込み力は図示を省略したＲ側送りモーター１２にて制御され、接合面が摩擦熱により溶融軟化すると回転を停止、Ｒ側送りモーター１２にてアプセット押圧し、圧接する。
このときの据え込み力、アプセット押圧力はサーボ制御されている。
図１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、接合が終了したワークはＬ側主軸２０とＲ側主軸１０とで相互にワークを引き渡し、ミーリングツール４７や、バイトツール４８等にて必要な加工を連続的に行うことができる。

図２は、比較的長尺材の摩擦圧接及び機械加工の手順例を示す。
Ｌ側主軸２０及びＲ側主軸１０に、ワークＷ２，Ｗ１をそれぞれチャック固定し、工具３６，４８等を用いて接合面等に必要な加工を施し、そのまま図２（ｂ）に示すように摩擦圧接をする。
ワークＷ１とＷ２とを接合することで長尺材になった場合には、タレットに取り付けた芯押台４９のセンターピン４９ａにてワーク中心を芯押ししながらバイト３６等にて必要な加工を施したり、接合部に発生したバリｄを除去することもできる。
さらには図２（ｄ）に示すようにワークをＲ側主軸１０に引き渡し、さらに必要な加工を施すこともできる。
従来の摩擦圧接機では片側が固定チャックになっていたのに対して、本発明では、このように、主軸モーターに回転制御された回転チャックを左右対向配置し、さらに、刃物台と組み合わせたことにより、旋削や切削等の機械加工と摩擦圧接とが連続的に行うことが可能になり、ワークの位置決め精度が高く、製品寸法精度が向上し、接合部のバリ取り等も連続して行え、生産性が向上する。

１０Ｒ軸主軸
１１Ｒ側チャック
１２Ｒ側送りモーター
２０Ｌ側主軸
２１Ｌ側チャック
３０第１刃物台
３１第１タレット
４０第２刃物台
４１第２タレット

Claims

主軸モーターにて回転駆動制御された回転チャックを左右に対向して有し、
少なくとも一方の主軸モーターは溶融圧接する据え込み時に必要な圧力と前記主軸モーターの停止後のアプセット時に必要な押圧力とを生じるように制御された送りモーターとを有し、
対向する前記主軸モーター間の中心線と直交する方向から送り位置制御された刃物台を少なくとも１台以上有していることを特徴とする摩擦圧接機。
主軸モーターにて回転駆動制御された回転チャックを左右に対向して有し、
少なくとも一方の主軸モーターは溶融圧接する据え込み時に必要な圧力と前記主軸モーターの停止後のアプセット時に必要な押圧力とを生じるように制御された送りモーターとを有し、
対向する前記主軸モーター間の中心線と直交する方向から送り位置制御された刃物台を少なくとも１台以上有し、
一方の回転チャックにワークＷ１をチャック固定して当該ワークＷ１に、必要に応じて所定の加工をし、他方の回転チャックにワークＷ２をチャック固定して当該ワークＷ２に、必要に応じて所定の加工をし、その後に両方の回転チャックにチャック固定されたワークＷ１とＷ２とを摩擦圧接することを特徴とする摩擦圧接方法。
ワークＷ１とＷ２とを摩擦圧接後に当該ワークを一方の回転チャックに引き渡し、さらに加工することを特徴とする請求項２記載の摩擦圧接方法。