JP2023020192A - Friction stir welding device, friction stir welding method - Google Patents

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Abstract

To provide a friction stir welding device which suppresses meandering due to rotational shake of a joining tool, can cause the joining tool to advance along a joint line with good accuracy, and is high in reliability.SOLUTION: A friction stir welding device 18 inserts a joining tool 6 in a component 9 to be welded to a target depth while rotating the joining tool at a target rotational speed, softens an insertion part of the component 9 to be welded and the vicinity thereof, causes the joining tool 6 to advance, and solid phase-welds the component to be welded. The friction stir welding device 18 comprises a rotation vibration suppression mechanism which sandwiches a spindle housing 17 via an advancement auxiliary member without preventing advancement of the joining tool 6 and continuously restricts an operation range of the spindle housing 17 in a lateral direction with respect to a joining direction when the joining tool 6 solid phase-welds the component 9 to be welded while advancing in the joining direction, thereby suppressing meandering due to rotational shake.SELECTED DRAWING: Figure 2B

Description

本発明は、被接合部材同士を摩擦攪拌接合により接合する摩擦攪拌接合装置の構成とその制御に係り、特に、高品質(高精度)な接合が要求される被接合部材の接合に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to the configuration and control of a friction stir welding apparatus that joins members to be joined by friction stir welding, and is particularly applicable to the joining of members to be joined that require high-quality (high-precision) joining. Regarding effective technology.

円柱状の接合ツールを回転させて発生する摩擦熱で被接合材料を軟化させ、その部分を攪拌することで被接合材料同士を接合する摩擦攪拌接合(FSW:Friction Stir Welding)は、材料以外の素材を用いないため、疲労強度が高く、材料も溶融しないことから溶接変形(ひずみ)の少ない接合が可能であり、航空機や自動車のボディなど、幅広い分野での応用が期待されている。 Friction Stir Welding (FSW), in which the materials to be welded are joined together by softening the materials to be welded by the frictional heat generated by rotating a cylindrical welding tool and stirring the softened part, is Because it does not use any raw material, it has high fatigue strength, and since the material does not melt, it is possible to join with less welding deformation (distortion).

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献1のような技術がある。特許文献1には「押圧用モータ(本願のZ軸上下動駆動モータ16に相当)と攪拌用モータ(本願の主軸モータ14に相当)とを備え、前記攪拌用モータと先端に前記ピンを有し後端が攪拌用モータの出力軸側に接続された接合ツールとを同一軸線上に配置した摩擦攪拌スポット接合装置において、前記攪拌用モータの後端側にボールナットを固定すると共にLMガイドを設け、該LMガイドが移動するガイドレールを前記攪拌用モータの軸線方向に接近した部位に設け、前記攪拌用モータの出力軸に後方からボ―ルねじが格納される穴を形成して該穴にボールねじを配置し、前記押圧用モータの回転力を前記ボールねじに伝達し、該ボールねじと螺合するボールナットにより前記攪拌用モータを前後進させるようにした摩擦攪拌スポット接合装置」が開示されている。 As a background art of this technical field, there is a technique such as Patent Document 1, for example. In Patent Document 1, "a pressing motor (corresponding to the Z-axis vertical movement drive motor 16 of the present application) and a stirring motor (corresponding to the main shaft motor 14 of the present application) are provided, and the stirring motor and the pin are provided at the tip. In a friction stir spot welding apparatus in which a welding tool whose rear end is connected to the output shaft side of a stirring motor is arranged on the same axis, a ball nut is fixed to the rear end side of the stirring motor and an LM guide is attached. a guide rail along which the LM guide moves is provided at a position close to the stirring motor in the axial direction; A friction stir spot welding device in which a ball screw is arranged in the body, the rotational force of the pressing motor is transmitted to the ball screw, and the stirring motor is moved forward and backward by a ball nut screwed with the ball screw. disclosed.

特許文献1によれば、LMガイドと攪拌用モータの偏心量を少なくして振動を低く抑え、接合動作が容易にできるとしている。 According to Patent Literature 1, the eccentricity of the LM guide and the stirring motor is reduced to suppress vibrations, thereby facilitating the joining operation.

特開2005-211989号公報JP 2005-211989 A

摩擦攪拌接合の接合ステップにおいては、高品質の接合状態を保持するために、接合線に忠実に従って進行させる必要がある。しかしながら、接合ツールを目標回転速度で回転させながら被接合部材に挿入し、被接合部材を塑性加工により固相接合するときには、被接合部材の変形抵抗により摩擦攪拌接合装置は反力を受けることとなる。 In the welding step of friction stir welding, it is necessary to proceed faithfully along the welding line in order to maintain a high-quality welded state. However, when the welding tool is inserted into the members to be welded while being rotated at the target rotational speed, and the members to be welded are solid-phase welded by plastic working, the friction stir welding apparatus receives a reaction force due to the deformation resistance of the members to be welded. Become.

反力は、被接合部材の強度が高いほど大きく、また、その影響は工作機械の様な固定設置タイプの摩擦攪拌接合装置より多関節ロボットのアーム先端に接合ユニットを取り付けたロボットタイプの摩擦攪拌接合装置のほうがより大きくなる。これは、ロボットタイプの摩擦攪拌接合装置の剛性が低く、ぶれやすいことによる。 The higher the strength of the member to be welded, the greater the reaction force, and the effect is more pronounced than that of a fixed installation type friction stir welding device such as a machine tool. The splicing device is larger. This is because the robot-type friction stir welding apparatus has low rigidity and is easily shaken.

摩擦攪拌接合装置は、被接合部材を摩擦攪拌する際の変形抵抗による反力を受けると、接合方向に進行する動きと接合ツールの回転する動きとの作用により偏心回転振動(偏心力)を生じることがある。この偏心力は、接合ツールの回転方向と接合方向が一致するAS(Advancing Side:アドバンシングサイド)より接合ツールの回転方向と接合ツールの回転方向が反対方向となるRS(Retreating Side:リトリーティングサイド)に対して大きく作用することから、接合ツールがRSに偏心する。この偏心回転振動(偏心力)が回転ブレによる蛇行を引き起こす。摩擦攪拌接合装置では、高精度の接合品質を保持するにはこの回転ブレによる蛇行の抑制が重要となる。 Friction stir welding equipment generates eccentric rotational vibration (eccentric force) due to the action of the movement advancing in the welding direction and the rotating movement of the welding tool when receiving a reaction force due to deformation resistance when friction stirring the members to be welded. Sometimes. This eccentric force is generated on the RS (Retreating Side) where the rotating direction of the welding tool and the rotating direction of the welding tool are opposite to the AS (Advancing Side) where the rotating direction of the welding tool and the welding direction are the same. ), the welding tool is eccentric to RS. This eccentric rotational vibration (eccentric force) causes meandering due to rotational shake. In friction stir welding equipment, it is important to suppress meandering due to this rotational shake in order to maintain high-precision welding quality.

しかしながら、上記特許文献1に開示された接合ツールで被接合部材を固相接合する方法では、接合ツールの回転ブレによる蛇行を確実に抑制することはできない。 However, in the method of performing solid-phase welding of members to be welded using the welding tool disclosed in Patent Document 1, it is not possible to reliably suppress meandering due to rotational shake of the welding tool.

特に、多関節ロボットのアーム先端に接合ツールを含む接合ユニットを取付けたロボット型摩擦攪拌接合装置においては、接合ツールの回転ブレはより顕著であり、回転ブレによる蛇行の抑制は非常に困難である。 In particular, in a robot-type friction stir welding apparatus in which a welding unit including a welding tool is attached to the tip of an arm of an articulated robot, rotational vibration of the welding tool is more pronounced, and it is extremely difficult to suppress meandering due to rotational vibration. .

また、ロボット摩擦攪拌接合装置においては、接合ツールが目標回転速度で回転する際に発生する回転反力がロボットアームにも影響を与えることとなり、特許文献1の方法では当該影響による回転ブレによる蛇行を抑制できない。 In addition, in the robot friction stir welding apparatus, the rotational reaction force generated when the welding tool rotates at the target rotational speed also affects the robot arm. cannot be suppressed.

そこで、本発明の目的は、接合ツールの回転ブレによる蛇行を抑制し、精度よく接合線に従って接合ツールを進行させることが可能な信頼性の高い摩擦攪拌接合装置及び摩擦攪拌接合方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly reliable friction stir welding apparatus and friction stir welding method capable of suppressing meandering of the welding tool due to rotational shake and advancing the welding tool along the welding line with high accuracy. It is in.

上記課題を解決するために、本発明は、接合ツールを目標回転速度で回転させながら被接合部材に目標深度まで挿入し、前記被接合部材の挿入部およびその近傍を軟化させ、前記接合ツールを進行させて前記被接合部材を固相接合する摩擦攪拌接合装置であって、前記摩擦攪拌接合装置は、前記接合ツールが接合方向に進行しながら前記被接合部材を固相接合する際に、進行補助部材を介して接合ツールの進行を妨げることなく主軸ハウジングを挟持して前記接合方向に対して前記主軸ハウジングの横方向の動作範囲を連続的に制限することにより回転ブレによる蛇行を抑制する回転振動抑制機構を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention inserts a welding tool into a member to be welded to a target depth while rotating at a target rotational speed, softens an insertion portion of the member to be welded and its vicinity, and moves the welding tool. A friction stir welding apparatus for performing solid-phase welding of the members to be welded by advancing the welding tool, wherein the welding tool advances in the welding direction to solid-phase weld the members to be welded. Rotation that suppresses meandering due to rotational shake by sandwiching the spindle housing via an auxiliary member without interfering with the movement of the welding tool and continuously limiting the movement range of the spindle housing in the lateral direction with respect to the welding direction. It is characterized by comprising a vibration suppressing mechanism.

また、本発明は、上記の摩擦攪拌接合装置を用いて被接合部材を固相接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記接合ツールにより前記被接合部材を固相接合する前段階において、前記接合ツールを前記目標回転速度で回転させながら前記目標深度まで挿入する挿入ステップと、接合部が目標とする入熱状態となるまで前記接合ツールを進行させずに継続回転させる入熱ステップと、ガイド受け部材がRSガイド部材と接触し、ASガイド部材との間にクリアランスを有する状態でRSガイド部材とASガイド部材により前記ガイド受け部材を挟持し、前記接合ツールを前記目標回転速度で回転させて、前記RSガイド部材方向の偏心力による回転ブレを前記RSガイド部材で抑制し、前記ASガイド部材方向の偏心力による回転ブレを前記ASガイド部材により抑制しながら、接合方向に接合開始位置から接合終了位置まで進行させる接合ステップと、前記接合ツールが前記接合終了位置まで進行したときに前記接合ツールを被接合部材から引き抜く抜去ステップと、を含むことを特徴とする。 The present invention also provides a friction stir welding method for performing solid phase welding of members to be welded using the above-described friction stir welding apparatus, wherein the welding tool is used to perform solid phase welding of the members to be welded. an inserting step of inserting the tool to the target depth while rotating at the target rotational speed; a heat input step of continuously rotating the welding tool without advancing until the joint reaches the target heat input state; and a guide receiving step. The guide receiving member is sandwiched between the RS guide member and the AS guide member in a state in which the member is in contact with the RS guide member and has a clearance with the AS guide member, and the welding tool is rotated at the target rotation speed, Rotational blur due to eccentric force in the direction of the RS guide member is suppressed by the RS guide member, and while rotational blur due to eccentric force in the direction of the AS guide member is suppressed by the AS guide member, welding is completed from the welding start position in the welding direction. and a withdrawal step of withdrawing the welding tool from the members to be welded when the welding tool has advanced to the welding end position.

本発明によれば、接合ツールの回転ブレによる蛇行を抑制し、精度よく接合線に従って接合ツールを進行させることが可能な信頼性の高い摩擦攪拌接合装置及び摩擦攪拌接合方法を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a highly reliable friction stir welding apparatus and friction stir welding method capable of suppressing meandering due to rotation blurring of the welding tool and advancing the welding tool along the welding line with high accuracy. .

これにより、被接合部材同士の高品質(高精度)な摩擦攪拌接合が可能となる。 This enables high-quality (high-precision) friction stir welding of the members to be welded.

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

本発明の実施例1に係るロボット型摩擦攪拌接合装置の全体概要を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the whole outline|summary of the robot-type friction stir welding apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 図1の摩擦攪拌接合ユニット18の側面図である。FIG. 2 is a side view of the friction stir welding unit 18 of FIG. 1; 図1の摩擦攪拌接合ユニット18の正面図である。FIG. 2 is a front view of the friction stir welding unit 18 of FIG. 1; 主軸モータ負荷率とツール挿入動作の関係を概念的に示す図である。FIG. 4 is a diagram conceptually showing the relationship between a spindle motor load factor and a tool insertion operation; 図2A,図2Bのガイド受け部材24の上面図である。2B is a top view of the guide receiving member 24 of FIGS. 2A and 2B; FIG. 図4Aの側面図である。4B is a side view of FIG. 4A; FIG. 図4Aの変形例である。(変形例1)It is a modification of FIG. 4A. (Modification 1) 図4Bの変形例である。(変形例2)It is a modification of FIG. 4B. (Modification 2) ガイド部材23とガイド受け部材24の位置関係の例を示す図である。4 is a diagram showing an example of a positional relationship between a guide member 23 and a guide receiving member 24; FIG. 本発明の実施例2に係るガイド受け部材24の上面図である。FIG. 8 is a top view of a guide receiving member 24 according to Example 2 of the present invention; 図6Aの側面図である。6B is a side view of FIG. 6A; FIG. 図6Bの変形例である。(変形例3)It is a modification of FIG. 6B. (Modification 3) 本発明の実施例3に係るガイド受け部材24の上面図である。FIG. 11 is a top view of a guide receiving member 24 according to Example 3 of the present invention; 図7Aの側面図である。7B is a side view of FIG. 7A; FIG. 図7Bの変形例である。(変形例4)It is a modification of FIG. 7B. (Modification 4) 本発明の実施例4に係るガイド受け部材24の側面図である。FIG. 11 is a side view of a guide receiving member 24 according to Example 4 of the present invention;

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same configurations are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions of overlapping portions are omitted.

図1から図5を参照して、本発明の実施例1の摩擦攪拌接合装置の構成とその制御について説明する。 A configuration and control of a friction stir welding apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.

図1は、本実施例に係るロボット型摩擦攪拌接合装置の全体概要を示す図である。図2Aは、図1の摩擦攪拌接合ユニット18の側面図であり、図2Bは、図1の摩擦攪拌接合ユニット18の正面図である。図3は、主軸モータ負荷率とツール挿入動作の関係を概念的に示す図である。図4Aは、図2A,図2Bのガイド受け部材24の上面図であり、図4Bは、図4Aの側面図である。図4Cは、図4Aの変形例(変形例1)であり、図4Dは、図4Bの変形例(変形例2)である。図5は、ガイド部材23とガイド受け部材24の位置関係の例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an overall outline of a robot-type friction stir welding apparatus according to this embodiment. 2A is a side view of the friction stir welding unit 18 of FIG. 1, and FIG. 2B is a front view of the friction stir welding unit 18 of FIG. FIG. 3 is a diagram conceptually showing the relationship between the spindle motor load factor and the tool insertion operation. 4A is a top view of the guide receiving member 24 of FIGS. 2A and 2B, and FIG. 4B is a side view of FIG. 4A. FIG. 4C is a modification (modification 1) of FIG. 4A, and FIG. 4D is a modification (modification 2) of FIG. 4B. FIG. 5 is a diagram showing an example of the positional relationship between the guide member 23 and the guide receiving member 24. As shown in FIG.

本実施例のロボット型摩擦攪拌接合装置1は、図1に示すように、主要な構成として、多関節ロボットアーム2と、多関節ロボットアーム2の先端に取り付けられた摩擦攪拌接合ユニット18を備えている。 The robot-type friction stir welding apparatus 1 of this embodiment, as shown in FIG. ing.

多関節ロボットアーム2は、一般的に「ロボットアーム」と呼ばれる垂直多関節ロボットであり、多関節構造とサーボモーターによって三次元空間を自在に動作(移動)することができる。関節の数(軸数)によって可動範囲が変化するが、ここでは台座部2a上に脚部2b、下腕部2c、上腕部2d、手首部2e,2f,2gを有する多軸タイプの多関節ロボットアームの例を示す。 The articulated robot arm 2 is a vertical articulated robot generally called a "robot arm", and can freely operate (move) in three-dimensional space by means of an articulated structure and servo motors. Although the movable range changes depending on the number of joints (the number of axes), here, a multi-axis type multi-joint having a leg portion 2b, a lower arm portion 2c, an upper arm portion 2d, and wrist portions 2e, 2f, and 2g on a pedestal portion 2a. An example of a robotic arm is shown.

多関節ロボットアーム2の手首部2gの先端には、摩擦攪拌接合ユニット18が接続されている。 A friction stir welding unit 18 is connected to the distal end of the wrist portion 2g of the articulated robot arm 2 .

摩擦攪拌接合ユニット18は、図2Aに示すように、Z軸上下動駆動モータ16を有するZ軸上下動駆動機構部3と、主軸支持部4を介してZ軸上下動駆動モータ16(Z軸上下動駆動機構部3)に取り付けられた主軸15及び主軸ハウジング17と、主軸ハウジング17の内部に配置されたツールホルダ(接合ヘッド)5と、ツールホルダ(接合ヘッド)5に支持された接合ツール6と、接合ツール6に間接的に連結されて接合ツール6を所定の回転数で回転させる主軸モータ14とを有して構成されている。 As shown in FIG. 2A, the friction stir welding unit 18 includes a Z-axis vertical motion drive mechanism 3 having a Z-axis vertical motion drive motor 16 and a Z-axis vertical motion drive motor 16 (Z-axis A spindle 15 and a spindle housing 17 attached to the vertical motion drive mechanism 3), a tool holder (bonding head) 5 arranged inside the spindle housing 17, and a welding tool supported by the tool holder (bonding head) 5 6 and a spindle motor 14 indirectly connected to the welding tool 6 to rotate the welding tool 6 at a predetermined number of revolutions.

主軸モータ14を所定の回転速度で回転させて回動力を発生させ、主軸モータ14の回転軸に取り付けられた駆動側回転体(プーリー等)20と、接合ツール6に取り付けられた従動側回転体(プーリー等)19と、駆動側回転体20と従動側回転体19とを接続する接合手段(ベルト等)21とを含んで構成する回動力伝達機構を介して主軸モータ14の回動力を間接的に接合ツール6に伝達する。 The main shaft motor 14 is rotated at a predetermined rotational speed to generate a rotational force. (pulley or the like) 19 and a connecting means (belt or the like) 21 that connects the driving side rotating body 20 and the driven side rotating body 19 to each other. directly transmitted to the welding tool 6 .

Z軸上下動駆動機構部3には、図2Aに例示するように、例えばボールスクリューやリニアガイドなどが用いられ、Z軸上下動駆モータ16により多関節ロボットアーム2の手首部2g(主軸支持部4)に対して主軸15をZ軸方向(上下方向)に駆動させることができる。 As shown in FIG. 2A, for example, a ball screw, a linear guide, or the like is used for the Z-axis vertical motion drive mechanism 3, and a Z-axis vertical motion drive motor 16 drives the wrist portion 2g (main shaft support) of the articulated robot arm 2. The main shaft 15 can be driven in the Z-axis direction (vertical direction) with respect to the portion 4).

接合ツール6はショルダ部7及びプローブ部(接合ピン)8で構成され、従動側回転体19、駆動側回転体20、接合手段21を介して、主軸モータ14と間接的に連結されている。主軸モータ14は、接合ツール6を所定方向に回転させる。 The joining tool 6 is composed of a shoulder portion 7 and a probe portion (joining pin) 8 , and is indirectly connected to the spindle motor 14 via a driven side rotating body 19 , a driving side rotating body 20 and a joining means 21 . The spindle motor 14 rotates the welding tool 6 in a predetermined direction.

多関節ロボットアーム2は、Z軸上下動駆動機構部3を介して主軸支持部4及び主軸15、主軸ハウジング17を支持し、多関節ロボットアーム2に搭載(付属)された制御部(制御装置)11からZ軸上下駆動モータ16と主軸モータ14に駆動信号を付与して主軸15をZ軸方向(上下方向)に駆動および接合ツール6を回転させながら接合線に沿って進行させる。つまり、多関節ロボットアーム2は、主軸支持部4と、主軸15と、ツールホルダ(接合ヘッド)5を保持し、接合ツール6を回転させると共に、接合ツール6を図1のX軸方向に移動させる。 The articulated robot arm 2 supports the main shaft support portion 4, the main shaft 15, and the main shaft housing 17 via the Z-axis vertical movement drive mechanism 3. ) 11, a drive signal is applied to the Z-axis vertical drive motor 16 and the main shaft motor 14 to drive the main shaft 15 in the Z-axis direction (vertical direction) and rotate the welding tool 6 to advance along the welding line. That is, the articulated robot arm 2 holds the main shaft support 4, the main shaft 15, and the tool holder (joining head) 5, rotates the joining tool 6, and moves the joining tool 6 in the X-axis direction in FIG. Let

接合ツール6を所定の回転数で回転させながら、載置台10上に載置された被接合部材9(9a,9b)表面の接合線上にショルダ部7とプローブ部8とを押し付けることにより摩擦熱を発生させて被接合部材9を軟化させ、ショルダ部7とプローブ部8とを被接合部材9に必要量挿入し、当該回転数を保持することで塑性流動が生じ、挿入部が攪拌される。接合ツール6を引き抜く、又は移動することで攪拌部(接合部)が冷却され、被接合部材9は接合される。 While rotating the welding tool 6 at a predetermined number of rotations, the shoulder portion 7 and the probe portion 8 are pressed onto the bonding line of the surfaces of the members to be welded 9 (9a, 9b) placed on the mounting table 10 to generate frictional heat. is generated to soften the member to be welded 9, the shoulder portion 7 and the probe portion 8 are inserted into the member to be welded 9 by the required amount, and the number of rotations is maintained to generate plastic flow and stir the insertion portion. . By pulling out or moving the welding tool 6, the stirring portion (joining portion) is cooled, and the members 9 to be joined are joined.

なお、ショルダ部7とプローブ部(接合ピン)8とが同一である接合ツール(つまりプローブを有さず、ショルダのみ)であっても良く、また、ショルダ部7が回転しない構造であっても良い。 The shoulder portion 7 and the probe portion (joining pin) 8 may be the same joining tool (that is, only the shoulder without the probe), or even if the shoulder portion 7 does not rotate. good.

また、図1では、多関節ロボットアーム2と載置台10が同じ架台12及び架台の脚部13上に設置されている例を示しているが、多関節ロボットアーム2と載置台10を別々に設置しても良い。 FIG. 1 shows an example in which the articulated robot arm 2 and the mounting table 10 are installed on the same pedestal 12 and the legs 13 of the pedestal. You can install it.

ロボット型摩擦攪拌接合装置1は、モータコントローラーやCPUユニットなどが収納された制御部(制御装置)11を備えており、この制御部(制御装置)11からの指令(プログラム信号)により多関節ロボットアーム2の動きと摩擦攪拌接合ユニットの接合条件を総合的にコントロールする。 The robot-type friction stir welding apparatus 1 includes a control unit (control device) 11 containing a motor controller, a CPU unit, and the like. It comprehensively controls the movement of the arm 2 and the welding conditions of the friction stir welding unit.

制御部(制御装置)11は、接合ツール6による接合条件を決定する接合条件信号やZ軸上下動駆動機構部3による接合ツール6の鉛直方向(Z方向)の保持位置(接合ピン8の挿入量)を決定する保持位置決定信号などの接合パラメータ(FSW接合条件)を記憶する記憶部(図示せず)を備えている。 A control unit (control device) 11 outputs a welding condition signal for determining the welding condition of the welding tool 6 and a vertical (Z direction) holding position of the welding tool 6 by the Z-axis vertical movement drive mechanism 3 (insertion position of the welding pin 8). A storage unit (not shown) for storing bonding parameters (FSW bonding conditions) such as a holding position determination signal for determining the amount) is provided.

なお、制御部11は、例えば多関節ロボットアーム2の台座部2a等に内蔵しても良く、図1のように制御装置として多関節ロボットアーム2とは別に構成しても良い。また、摩擦攪拌接合ユニットの制御部は、多関節ロボットアーム2の制御部とは共用してもよいし、別に構成しても良い。 Note that the control unit 11 may be built in, for example, the pedestal 2a of the articulated robot arm 2, or may be configured separately from the articulated robot arm 2 as a control device as shown in FIG. Further, the control section of the friction stir welding unit may be shared with the control section of the articulated robot arm 2, or may be configured separately.

ここで、本実施例のロボット型摩擦攪拌接合装置1は、回転振動抑制機構を備えて構成されている。回転振動抑制機構により、接合ツール6が被接合部材9の固相接合を開始してから固相接合を終了するまで、接合方向に対して接合ツール6の横方向の動作範囲を制限することにより、接合ツール6の回転ブレによる蛇行を抑制する。 Here, the robot-type friction stir welding apparatus 1 of this embodiment is configured to include a rotational vibration suppressing mechanism. By restricting the movement range of the welding tool 6 in the lateral direction with respect to the welding direction from the time when the welding tool 6 starts solid phase welding of the member to be welded 9 to the time when the solid phase welding is completed by the rotation vibration suppressing mechanism , to suppress meandering due to rotational shake of the welding tool 6 .

図2A及び図2Bに、回転振動抑制機構の概略構成を示す。 2A and 2B show a schematic configuration of the rotational vibration suppressing mechanism.

回転振動抑制機構は、接合ツール6を回転させる主軸15を収納する主軸ハウジング17に取り付けたガイド受け部材24と、被接合部材9を載置する載置台10の載置面に接合ツール6の接合方向に直交する方向に対向して配置された一対のガイド支持部材22と、ガイド支持部材22に支持されて目標深度において少なくともガイド受け部材24の側面の一部と載置面からの垂直方向の位置が同じである係合状態となるようにガイド受け部材24の両側に配された一対のガイド部材23と、を含んで構成されている。 The rotational vibration suppressing mechanism includes a guide receiving member 24 attached to a spindle housing 17 that accommodates a spindle 15 that rotates the welding tool 6, and a mounting surface of a mounting table 10 that mounts the workpiece 9 on which the welding tool 6 is mounted. a pair of guide support members 22 arranged to face each other in a direction orthogonal to the direction, and a vertical direction from at least a part of the side surface of the guide receiving member 24 and the mounting surface at the target depth supported by the guide support members 22 A pair of guide members 23 arranged on both sides of the guide receiving member 24 so as to be in an engaged state with the same position.

なお、目標深度は、被接合部材9の接合条件(被接合部材9の材質及び厚さ)によって定めるものであり、目標深度まで接合ツール6を被接合部材9に挿入して固相接合することで高品質の接合精度を得ることが可能となる。 The target depth is determined by the welding conditions of the members to be welded 9 (the material and thickness of the members to be welded 9). , it is possible to obtain high-quality joining accuracy.

回転ブレは、接合ツール6、主軸15、主軸ハウジング17に同様に生じることとなる。従って、主軸ハウジング17の回転ブレを抑制することで主軸15及び接合ツール6の回転ブレも抑制することが可能となる。 Rotational blurring occurs in the welding tool 6, the spindle 15, and the spindle housing 17 as well. Therefore, by suppressing rotational shake of the spindle housing 17, it is possible to suppress rotational shake of the spindle 15 and the welding tool 6 as well.

回転振動抑制機構では、接合ツール6を挿入ステップにより挿入した位置、すなわち接合開始位置である接合ステップの開始位置から接合ステップの終了位置まで、主軸ハウジング17に取り付けたガイド受け部材24と、接合ツール6を目標深度に挿入してガイド受け部材24と係合状態となる一対のガイド部材23とにより、主軸ハウジング17を挟持することにより主軸ハウジング17の横方向の動作範囲を制限して回転ブレを抑制する。 In the rotation vibration suppressing mechanism, the guide receiving member 24 attached to the spindle housing 17 and the welding tool 6 are mounted on the spindle housing 17 from the position where the welding tool 6 is inserted by the insertion step, that is, the welding start position, which is the welding start position, to the welding step end position. 6 is inserted to the target depth and the pair of guide members 23 engaged with the guide receiving member 24 hold the main shaft housing 17, thereby limiting the lateral movement range of the main shaft housing 17 and preventing rotational shake. Suppress.

ガイド受け部材24は、図4Aに示すように、主軸15を収納する主軸ハウジング17に、例えば、スベリ加工部材26を取り付けて構成する。 As shown in FIG. 4A, the guide receiving member 24 is configured by attaching, for example, a sliding member 26 to a spindle housing 17 that accommodates the spindle 15 .

なお、ガイド受け部材24は、図4Aに示すように、ガイド部材23と係合する位置において主軸ハウジング17の外周全体に配置してもよいし、図4Cに示すように、ガイド部材23と接触する一部分だけに配置してもよい。 4A, the guide receiving member 24 may be arranged on the entire outer periphery of the spindle housing 17 at a position where it engages with the guide member 23, or may contact the guide member 23 as shown in FIG. 4C. may be placed only on a part of the

また、図5に示すように、接合ツール6(接合ピン8)の偏心力のより大きいRS(Retreating Side:リトリーティングサイド)においては、ガイド受け部材24とガイド部材23とが常に接触するように、接合ツール6(接合ピン8)を目標深度に挿入した時点においてガイド受け部材24と対応するガイド部材23とを接触させる。 Further, as shown in FIG. 5, on the RS (Retreating Side) where the eccentric force of the joining tool 6 (joining pin 8) is greater, the guide receiving member 24 and the guide member 23 are kept in contact with each other. , the guide receiving member 24 and the corresponding guide member 23 are brought into contact when the joining tool 6 (joining pin 8) is inserted to the target depth.

一方、AS(Advancing Side:アドバンシングサイド)においては、挿入ステップにおいて接合ツール6(接合ピン8)をスムーズに挿入するために、接合ツール6(接合ピン8)を目標深度に挿入した時点において、ガイド受け部材24と対応するガイド部材23との間に若干のクリアランス(G:ギャップ)を設ける。 On the other hand, in the AS (Advancing Side), in order to smoothly insert the joining tool 6 (joining pin 8) in the insertion step, when the joining tool 6 (joining pin 8) is inserted to the target depth, A slight clearance (G: gap) is provided between the guide receiving member 24 and the corresponding guide member 23 .

ガイド受け部材24とガイド部材23とは、接触しても接合ツール6の進行の妨げとならないように、接触部を次のように構成する。 The contact portion between the guide receiving member 24 and the guide member 23 is configured as follows so as not to hinder the movement of the welding tool 6 even if they come into contact with each other.

ガイド受け部材24とガイド部材23との接触する部分において、ガイド受け部材24またはガイド部材23の何れか一方に、接合ツール6の進行を補助する進行補助部材を取り付ける。進行補助部材は、ガイド受け部材24とガイド部材23との接触部に摩擦係数を小さくしてスリップさせるようにスリップ加工したる摺動体を取り付けるか、回転自在な回転体を取り付ける。 At the portion where the guide receiving member 24 and the guide member 23 contact each other, an advancement assisting member is attached to either the guide receiving member 24 or the guide member 23 to assist the advancement of the welding tool 6 . As the movement assisting member, a sliding member processed to slip is attached to the contact portion between the guide receiving member 24 and the guide member 23 to reduce the coefficient of friction so as to slip, or a rotatable rotating member is attached.

本実施例では、図4A及び図4Bに示すように、進行補助部材として、主軸ハウジング17の外周部にスベリ加工部材26を取り付けている。回転自在な回転体等、他の構成例については、実施例2以降で後述する。 In this embodiment, as shown in FIGS. 4A and 4B, a sliding member 26 is attached to the outer peripheral portion of the spindle housing 17 as a movement assisting member. Other configuration examples such as a rotatable rotating body will be described later in the second embodiment.

ガイド受け部材24は、RSガイド部材23及びASガイド部材23に接触したときにスリップするように外側面部をスリップ加工した摺動面を有する摺動体を主軸ハウジング17の外周部の一部にまたは全周を囲むように取り付けて進行補助部材を構成する。ガイド受け部材24及びガイド部材23は、それぞれ接触する部分を平坦加工または曲面加工する。 The guide receiving member 24 has a sliding body having a sliding surface whose outer side surface is slip-processed so that it slips when it comes into contact with the RS guide member 23 and the AS guide member 23. It is attached so as to surround the periphery to form a movement assisting member. The contacting portions of the guide receiving member 24 and the guide member 23 are flattened or curved.

なお、図4Dに示すように、主軸ハウジング17に段加工を施し、その段差部分にスベリ加工部材26を取り付けることも可能である。 In addition, as shown in FIG. 4D, it is also possible to perform step processing on the spindle housing 17 and attach the sliding member 26 to the stepped portion.

また、スベリ加工部材26を張り付けずに、主軸ハウジング17に直接スベリ加工を施してもよい。 Alternatively, the spindle housing 17 may be directly subjected to the sliding process without attaching the sliding member 26 to the spindle housing 17 .

また、主軸ハウジング17側にスベリ加工部材26を取り付けるのに替えて、ガイド部材23側にスベリ加工部材26またはスベリ加工を設けることも可能である。RSガイド部材23及びASガイド部材23は、ガイド受け部材24に接触したときにスリップするように、RSガイド部材23及びASガイド部材23のガイド受け部材側側面部を少なくとも接合ツール6の接合開始位置から接合終了位置までスリップ加工した摺動面を有する摺動体を取り付けて進行補助部材を構成する。 Further, instead of attaching the sliding member 26 to the spindle housing 17 side, it is also possible to provide the sliding member 26 or the sliding processing to the guide member 23 side. The RS guide member 23 and the AS guide member 23 are arranged such that the side surfaces of the RS guide member 23 and the AS guide member 23 on the side of the guide receiving member are at least at the welding start position of the welding tool 6 so that the RS guide member 23 and the AS guide member 23 slip when contacting the guide receiving member 24 . A slide member having a slip-processed sliding surface is attached to the joining end position to form a movement assisting member.

ガイド受け部材24のRSガイド部材23及びASガイド部材23に接触する部分は、平坦加工または曲面加工する。 A portion of the guide receiving member 24 that contacts the RS guide member 23 and the AS guide member 23 is flattened or curved.

次に、図3を用いて、主軸モータ負荷率とツール挿入動作の関係について説明する。図3に示すように、接合ツール位置は主軸モータ14の負荷率と関係がある。 Next, the relationship between the spindle motor load factor and the tool insertion operation will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the welding tool position is related to the load factor of the spindle motor 14 .

プローブ部(接合ピン)8を被接合部材9に接触させて接合ツール6の挿入を開始すると、接合ツール位置が深くなるに従い主軸モータ14の負荷率は上昇する。 When the probe portion (joining pin) 8 is brought into contact with the member 9 to be joined and the insertion of the joining tool 6 is started, the load factor of the spindle motor 14 increases as the position of the joining tool becomes deeper.

接合ツール6の挿入中にショルダ部7が被接合部材9に接触すると、主軸モータ14の負荷率の上昇率は一時的に低下するが、接合ツール6の挿入がさらに進むと、主軸モータ14の負荷率の上昇率は再び上昇する。 When the shoulder portion 7 contacts the workpiece 9 while the welding tool 6 is being inserted, the rate of increase in the load factor of the spindle motor 14 temporarily decreases. The rate of increase in load factor rises again.

接合ツール6の挿入時の目標負荷率又は目標接合ツール位置に到達した時点で、接合ツール6の挿入処理を終了し、接合ツール位置を固定した状態で、接合ツール6を一定の時間回転させて被接合部材9への入熱処理を行う。 When the welding tool 6 reaches the target load factor or the target welding tool position when the welding tool 6 is inserted, the welding tool 6 insertion process is terminated, and the welding tool 6 is rotated for a certain period of time while the welding tool position is fixed. An input heat treatment is performed on the members to be joined 9 .

その後、被接合部材9の摩擦攪拌接合処理を行う。摩擦攪拌接合処理の間は、主軸モータ負荷率と接合ツール位置をともに一定の値(目標値)を保持するように、主軸モータ14及びZ軸上下動駆動モータ16の駆動を制御する。 After that, the members to be welded 9 are subjected to friction stir welding. During the friction stir welding process, the driving of the spindle motor 14 and the Z-axis vertical movement drive motor 16 is controlled so that both the spindle motor load factor and the welding tool position are held at constant values (target values).

摩擦攪拌接合処理が終了した時点で、接合ツール6の引き抜きを開始すると、接合ツール位置が浅くなるに従い主軸モータ14の負荷率は低下する。 When the welding tool 6 is pulled out when the friction stir welding process ends, the load factor of the spindle motor 14 decreases as the welding tool position becomes shallower.

ここで、図3及び図5を参照しながら、上記で説明した本実施例の回転振動抑制機構を備えた摩擦攪拌接合装置の動作を説明する。 Here, with reference to FIGS. 3 and 5, the operation of the friction stir welding apparatus equipped with the rotational vibration suppressing mechanism of the present embodiment described above will be described.

先ず、挿入ステップにおいては、次のように接合ツール6を挿入する。 First, in the inserting step, the joining tool 6 is inserted as follows.

主軸15を目標回転速度で回転させながら、ASガイド部材23とRSガイド部材23の中央を狙いASガイド及びRSガイドの両ガイドに干渉しないように下降移動し、被接合部材9の接合開始位置に挿入していく。接合ツール6が目標深度に到達するまで主軸15を下降移動して接合ツール6を挿入する。接合ツール6が被接合部材9に目標深度に到達したら主軸15の下降移動を停止する。 While rotating the main shaft 15 at the target rotational speed, it is moved downwards so as not to interfere with the AS guide member 23 and the RS guide member 23, aiming at the center of the AS guide member 23 and the RS guide member 23, to the welding start position of the member 9 to be welded. keep inserting. The welding tool 6 is inserted by moving the spindle 15 downward until the welding tool 6 reaches the target depth. When the welding tool 6 reaches the target depth in the member 9 to be welded, the descending movement of the main shaft 15 is stopped.

この時点において、被接合部材9に変形抵抗による反力が生じていると、偏心力によりRSにおいてガイド受け部材24と対応するガイド部材23とが接触することとなる。一方、ASにおいてはガイド受け部材24と対応するガイド部材23との間に所定のクリアランス(G:ギャップ)を確保した状態である。 At this point, if a reaction force due to deformation resistance is generated in the joined member 9, the guide receiving member 24 and the corresponding guide member 23 will come into contact with each other at RS due to the eccentric force. On the other hand, in AS, a predetermined clearance (G: gap) is secured between the guide receiving member 24 and the corresponding guide member 23 .

なお、接合ツール6が被接合部材9の表面に接触する前段階において主軸15をRS方向に移動してRSのガイド受け部材24と対応するガイド部材23とが接触する位置にポジショニングしても良い。 Before the welding tool 6 comes into contact with the surface of the member 9 to be welded, the main shaft 15 may be moved in the RS direction and positioned at a position where the guide receiving member 24 of the RS contacts the corresponding guide member 23 . .

また、クリアランス(G:ギャップ)の大きさについては、摩擦攪拌接合装置の実運用を開始する前段階において、試験接合などを行い設定すればよい。 Also, the size of the clearance (G: gap) may be set by performing test welding or the like before starting the actual operation of the friction stir welding apparatus.

入熱ステップにおいては、挿入ステップにおいて接合ツール6を挿入した位置において、接合部が所望の入熱状態となるまで目標回転速度で接合ツール6を回転する。 In the heat input step, the welding tool 6 is rotated at a target rotational speed until the desired heat input state is achieved at the position where the welding tool 6 was inserted in the insertion step.

接合ステップにおいては、次のように接合ツール6を進行して接合する。 In the joining step, the joining tool 6 is advanced and joined as follows.

ガイド受け部材24がRSガイド部材23と接触し、ASガイド部材23との間に所定のクリアランス(G:ギャップ)を有する形でRSガイド部材23とASガイド部材23によりガイド受け部材24を挟持しながら、目標回転速度で回転しながら接合方向に進行する。 The guide receiving member 24 is in contact with the RS guide member 23, and the guide receiving member 24 is sandwiched between the RS guide member 23 and the AS guide member 23 with a predetermined clearance (G: gap) between the RS guide member 23 and the AS guide member 23. while rotating at the target rotational speed.

偏心力はRSガイド部材方向により大きくなるので、通常はこの状態が保持してRSガイド部材側の回転ブレを抑制し、偏心力がASガイド部材方向に大きくなっても設定したクリアランス(G:ギャップ)に到達した時点で横方向の回転ブレを抑制することとなる。 Since the eccentric force increases in the direction of the RS guide member, this state is normally maintained to suppress rotational shake on the RS guide member side. ), lateral rotational shake is suppressed.

つまり、RSガイド部材方向に偏心力が大きいときはRSガイド部材23で主軸15の横方向の回転ブレを抑制し、ASガイド部材方向に偏心力が大きいときはASガイド部材23で主軸15の横方向の回転ブレを抑制することで接合ツール6の蛇行を抑制する。この状態を接合ツール6の接合開始位置から接合終了位置まで継続して、接合ステップにおいて回転ブレによる接合ツールの蛇行を抑制する。 That is, when the eccentric force in the direction of the RS guide member is large, the RS guide member 23 suppresses the horizontal rotational shake of the main shaft 15. The meandering of the welding tool 6 is suppressed by suppressing the rotational deviation in the direction. This state is continued from the welding start position to the welding end position of the welding tool 6 to suppress meandering of the welding tool due to rotational shake in the welding step.

抜去(引抜)ステップにおいては、接合ステップが終了したら接合ツール6を被接合部材9から引き抜く。 In the removing (pulling out) step, the welding tool 6 is pulled out from the member 9 to be welded after the welding step is completed.

以上により、回転ブレによる接合ツール6の蛇行を抑制し、高精度の接合品質を確保することが可能となる。 As described above, it is possible to suppress meandering of the welding tool 6 due to rotational shake and to ensure high-precision welding quality.

なお、図2Bに示すように、被接合部材9を部材クランプ25により載置台10に固定することにより、摩擦攪拌接合時の被接合部材9のズレを防止し、より高精度な摩擦攪拌接合を行うことができる。 As shown in FIG. 2B, by fixing the member to be welded 9 to the mounting table 10 by the member clamp 25, the member to be welded 9 is prevented from being displaced during the friction stir welding, and the friction stir welding can be performed with higher accuracy. It can be carried out.

図6Aから図6Cを参照して、本発明の実施例2の摩擦攪拌接合装置について説明する。本実施例は、実施例1で説明したスベリ加工部材26に替えて、ベアリングを用いた実施例である。 A friction stir welding apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A to 6C. This embodiment uses a bearing instead of the sliding member 26 described in the first embodiment.

図6Aは、本実施例のガイド受け部材24の上面図であり、図6Bは、図6Aの側面図である。図6Cは、図6Bの変形例(変形例3)である。 6A is a top view of the guide receiving member 24 of this embodiment, and FIG. 6B is a side view of FIG. 6A. FIG. 6C is a modification (modification 3) of FIG. 6B.

ガイド受け部材24は、RSガイド部材23及びASガイド部材23に接触したときに回転するように回転自在な環状体を主軸ハウジング17の外周部を囲むように取り付けて構成されている。ガイド受け部材24及びガイド部材23は、それぞれ接触する部分を平坦加工または曲面加工する。 The guide receiving member 24 is configured by attaching a rotatable annular body so as to surround the outer peripheral portion of the spindle housing 17 so as to rotate when it comes into contact with the RS guide member 23 and the AS guide member 23 . The contacting portions of the guide receiving member 24 and the guide member 23 are flattened or curved.

なお、環状体は、主軸ハウジング17に固定して取り付ける部材とベアリングによって接合ツールの接合方向に回転自在な回転部材とで構成する。 The annular body is composed of a member fixedly attached to the spindle housing 17 and a rotating member rotatable in the joining direction of the joining tool by a bearing.

また、ガイド部材23に当接するベアリングの外周部(進行補助部材27)を交換可能に構成することで、ベアリングの外周部が摩耗した際に、ベアリング全体を交換する必要がないため、コスト的なメリットが得られる。 In addition, since the outer peripheral portion of the bearing (advancement assisting member 27) that abuts against the guide member 23 is configured to be replaceable, it is not necessary to replace the entire bearing when the outer peripheral portion of the bearing is worn. You get the benefits.

本実施例においても、図6Cに示すように、主軸ハウジング17に段加工を施し、その段差部分にベアリングを取り付けることも可能である。 Also in this embodiment, as shown in FIG. 6C, the spindle housing 17 can be stepped and the bearing can be attached to the stepped portion.

図7Aから図7Cを参照して、本発明の実施例3の摩擦攪拌接合装置について説明する。本実施例は、実施例2で説明したベアリングに替えて、トラックボール型回転体を用いた実施例である。 A friction stir welding apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A to 7C. This embodiment is an embodiment using a trackball type rotating body instead of the bearing described in the second embodiment.

図7Aは、本実施例のガイド受け部材24の上面図であり、図7Bは、図7Aの側面図である。図7Cは、図7Bの変形例(変形例4)である。 7A is a top view of the guide receiving member 24 of this embodiment, and FIG. 7B is a side view of FIG. 7A. FIG. 7C is a modification (modification 4) of FIG. 7B.

ガイド受け部材24は、RSガイド部材23及びASガイド部材23に接触したときに回転するように回転自在なトラックボール型回転体を主軸ハウジング17の外周部においてRSガイド部材23との接触部、及びASガイド部材23との接触部に少なくともそれぞれ一つ取り付けて進行補助部材を構成する。 The guide receiving member 24 includes a rotatable trackball-type rotating body that is rotatable so as to rotate when it comes into contact with the RS guide member 23 and the AS guide member 23. At least one member is attached to each of the contact portions with the AS guide member 23 to constitute a movement assisting member.

ガイド部材23は、トラックボール型回転体と接触する部分を平坦加工または曲面加工する。 A portion of the guide member 23 that contacts the trackball-type rotator is flattened or curved.

また、主軸ハウジング17側にトラックボール型回転体を取り付けるのに替えて、ガイド部材23側にトラックボール型回転体を設けることも可能である。RSガイド部材23及びASガイド部材23は、ガイド受け部材24に接触したときに回転するようにRSガイド部材23及びASガイド部材23のガイド受け部材側側面部に回転自在なトラックボール型回転体を少なくとも接合ツール6の接合開始位置から接合終了位置まで所定の間隔で複数個取り付けて進行補助部材を構成する。 Further, instead of attaching the trackball type rotor to the spindle housing 17 side, it is also possible to provide the trackball type rotor to the guide member 23 side. Each of the RS guide member 23 and the AS guide member 23 has a rotatable trackball rotating body on the side surface of the RS guide member 23 and the AS guide member 23 on the side of the guide receiving member so that the RS guide member 23 and the AS guide member 23 rotate when they come into contact with the guide receiving member 24 . At least from the joining start position of the joining tool 6 to the joining end position, a plurality of the joining tools 6 are attached at predetermined intervals to form a movement assisting member.

トラックボール型回転体を取り付ける間隔は、摩擦攪拌接合装置の実運用を開始する前段階において、試験接合などを行って設定し、RSガイド部材23に設定する間隔とASガイド部材23に設定する間隔を同じにする。 The interval at which the trackball-type rotors are attached is set by performing test welding or the like in the stage prior to starting the actual operation of the friction stir welding apparatus, and the interval is set for the RS guide member 23 and the interval is set for the AS guide member 23. be the same.

なお、トラックボール型回転体は、ガイド部材23と当接する位置にあればよく、例えば、2箇所に設置してもよい。主軸ハウジング17の向きを変えずに直角に進行方向を変える場合は、上下左右の4箇所以上に設置するのが望ましく、斜めに進行方向を変える場合は、斜めの進行方向軌跡に合わせた位置にも必要である。 Note that the trackball-type rotator may be placed at a position where it abuts against the guide member 23, and may be installed at two locations, for example. When changing the direction of travel at right angles without changing the direction of the spindle housing 17, it is desirable to install them at four or more locations on the top, bottom, left, and right. is also necessary.

図8を参照して、本発明の実施例4の摩擦攪拌接合装置について説明する。本実施例は、主軸15及び主軸ハウジング17の先端付近をキャップ状のガイド受け部材24で覆い、ガイド部材23と当接する先端付近に、実施例1から3で説明した構成を適用する実施例である。 A friction stir welding apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment in which the vicinity of the tip of the spindle 15 and the spindle housing 17 is covered with a cap-shaped guide receiving member 24, and the configuration described in the first to third embodiments is applied to the vicinity of the tip that abuts on the guide member 23. be.

ガイド受け部材24のガイド部材23と当接する部分の消耗が激しいことが想定されるため、主軸15及び主軸ハウジング17の先端付近をキャップ状のガイド受け部材24(進行補助部材27)で覆う構成とすることで、ワンタッチで交換することができる。 Since it is assumed that the portion of the guide receiving member 24 that abuts on the guide member 23 will be heavily worn, the vicinity of the leading end of the main shaft 15 and the main shaft housing 17 is covered with the cap-shaped guide receiving member 24 (advance assisting member 27). By doing so, it can be replaced with one touch.

以上、進行補助部材27の取り付け方の組み合わせについて詳述したが、上記の組み合わせに限定されるものではなく、進行補助部材27をRSにおいてはガイド受け部材24に取り付け、ASにおいてはガイド部材23に取り付ける組みあわせ、また、この逆の組み合わせでもよい。しかしながら、コストなどの点を考慮すると、RS及びASの両側においてガイド受け部材24に進行補助部材27を取り付けるのが好適である。進行補助部材27は消耗品であるため、ガイド受け部材24に進行補助部材27を取り付けるほうが交換するときに作業性が良い。 Although the combination of mounting methods of the advance assisting member 27 has been described in detail above, the advance assisting member 27 is not limited to the above combinations. A combination of mounting and vice versa may be used. However, in consideration of cost and the like, it is preferable to attach the advance assisting member 27 to the guide receiving member 24 on both sides of RS and AS. Since the advance assist member 27 is a consumable item, attaching the advance assist member 27 to the guide receiving member 24 facilitates replacement work.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

1…ロボット型摩擦攪拌接合装置、2…多関節ロボットアーム、2a…台座部、2b…脚部、2c…下腕部、2d…上腕部、2e,2f,2g…手首部、3…Z軸上下動駆動機構部、4…主軸支持部、5…ツールホルダ(接合ヘッド)、6…接合ツール、7…ショルダ部、8…プローブ部(接合ピン)、9,9a,9b…被接合部材、10…載置台、11…制御部(制御装置)、12…架台、13…架台の脚部、14…主軸モータ、15…主軸、16…Z軸上下動駆動モータ、17…主軸ハウジング、18…摩擦攪拌接合ユニット、19…従動側回転体(プーリー)、20…駆動側回転体(プーリー)、21…接合手段(ベルト)、22…ガイド支持部材、23…ガイド部材、24…ガイド受け部材、25…部材クランプ、26…スベリ加工部材、27…進行補助部材、28…トラックボール、G…ギャップ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Robotic friction stir welding apparatus, 2... Articulated robot arm, 2a... Base part, 2b... Leg part, 2c... Lower arm part, 2d... Upper arm part, 2e, 2f, 2g... Wrist part, 3... Z-axis Vertical motion driving mechanism 4 Main shaft support 5 Tool holder (joining head) 6 Joining tool 7 Shoulder 8 Probe (joining pin) 9, 9a, 9b Members to be joined DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Mounting base 11... Control part (control apparatus) 12... Base 13... Leg part of a base 14... Spindle motor 15... Main shaft 16... Z-axis vertical motion drive motor 17... Main shaft housing 18... Friction stir welding unit 19 driven side rotating body (pulley) 20 driving side rotating body (pulley) 21 joining means (belt) 22 guide support member 23 guide member 24 guide receiving member 25... Member clamp, 26... Sliding member, 27... Advancing assisting member, 28... Trackball, G... Gap.

Claims (9)

接合ツールを目標回転速度で回転させながら被接合部材に目標深度まで挿入し、前記被接合部材の挿入部およびその近傍を軟化させ、前記接合ツールを進行させて前記被接合部材を固相接合する摩擦攪拌接合装置であって、
前記摩擦攪拌接合装置は、前記接合ツールが接合方向に進行しながら前記被接合部材を固相接合する際に、進行補助部材を介して接合ツールの進行を妨げることなく主軸ハウジングを挟持して前記接合方向に対して前記主軸ハウジングの横方向の動作範囲を連続的に制限することにより回転ブレによる蛇行を抑制する回転振動抑制機構を備えることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
The welding tool is rotated at a target rotational speed and inserted into the member to be welded to a target depth, softening the insertion portion of the member to be welded and the vicinity thereof, and advancing the welding tool to perform solid phase welding of the member to be welded. A friction stir welding apparatus,
In the friction stir welding apparatus, when the welding tool advances in the welding direction and the members to be welded are solid-phase welded, the spindle housing is clamped without interfering with the advancement of the welding tool via the advancement assisting member. A friction stir welding apparatus comprising a rotational vibration suppressing mechanism that suppresses meandering due to rotational shake by continuously restricting the lateral movement range of the spindle housing with respect to the welding direction.
請求項1に記載の摩擦攪拌接合装置であって、
前記回転振動抑制機構は、前記接合ツールを回転させる主軸を収納する主軸ハウジングに取り付けられたガイド受け部材と、
前記被接合部材を載置する載置台の載置面に前記接合ツールの接合方向に直交する方向に対向して固定配置された一対のガイド支持部材と、
前記ガイド支持部材に支持されて前記目標深度において少なくとも前記ガイド受け部材の側面の一部と前記載置面からの垂直方向の位置が同じである係合状態で前記接合ツールが前記被接合部材の固相接合を開始する位置を示す開始位置から固相接合を終了する位置を示す終了位置まで延伸して前記ガイド受け部材の両側に固定して平行配置された一対のガイド部材と、を含んで構成され、
前記ガイド受け部材または前記一対のガイド部材の、少なくとも一方に前記進行補助部材が配設されていることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
The friction stir welding apparatus according to claim 1,
The rotational vibration suppressing mechanism includes a guide receiving member attached to a spindle housing that accommodates a spindle that rotates the welding tool;
a pair of guide support members fixedly arranged on a mounting surface of a mounting table on which the members to be welded are mounted so as to face each other in a direction perpendicular to the welding direction of the welding tool;
The welding tool is supported by the guide support member and is engaged with the member to be welded in an engaged state in which at least a part of the side surface of the guide receiving member and the position in the vertical direction from the mounting surface are the same at the target depth. a pair of guide members fixed to both sides of the guide receiving member and arranged in parallel, extending from a start position indicating a position at which solid phase bonding is started to an end position indicating a position at which solid phase bonding is terminated; configured,
A friction stir welding apparatus, wherein the advance assisting member is disposed on at least one of the guide receiving member or the pair of guide members.
請求項2に記載の摩擦攪拌接合装置であって、
前記一対のガイド部材のうち、前記接合ツールのRS(Retreating Side:リトリーティングサイド)に配置されたRSガイド部材を、前記接合ツールを前記被接合部材の前記目標深度に挿入した時点において前記ガイド受け部材に接触させ、
前記一対のガイド部材のうち、前記接合ツールのAS(Advancing Side:アドバンシングサイド)に配置されたASガイド部材を、前記接合ツールを前記被接合部材の前記目標深度に挿入した時点において前記主軸ハウジングとの間に所定のクリアランスを設けることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
The friction stir welding apparatus according to claim 2,
Of the pair of guide members, the RS guide member disposed on the RS (Retreating Side) of the welding tool is placed on the guide receiver when the welding tool is inserted to the target depth of the member to be welded. contact the member,
Of the pair of guide members, the AS guide member disposed on the AS (Advancing Side) of the welding tool is positioned in the spindle housing at the time when the welding tool is inserted to the target depth of the member to be welded. A friction stir welding apparatus characterized in that a predetermined clearance is provided between.
請求項3に記載の摩擦攪拌接合装置であって、
前記ガイド受け部材は、前記RSガイド部材および前記ASガイド部材に接触した際に回転するように回転自在な環状体を前記主軸ハウジングの外周部を囲むように取り付けて前記進行補助部材が構成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
The friction stir welding apparatus according to claim 3,
The guide receiving member is configured by attaching a rotatable annular body so as to surround the outer peripheral portion of the spindle housing so as to rotate when it comes into contact with the RS guide member and the AS guide member. A friction stir welding apparatus characterized by:
請求項3に記載の摩擦攪拌接合装置であって、
前記ガイド受け部材は、前記RSガイド部材および前記ASガイド部材に接触した際にスリップするように外側面部をスリップ加工した摺動面を有する摺動体を前記主軸ハウジングの外周部の一部または全周を囲むように取り付けて前記進行補助部材が構成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
The friction stir welding apparatus according to claim 3,
The guide receiving member is formed of a sliding body having a sliding surface with an outer side surface subjected to slip processing so that it slips when it comes into contact with the RS guide member and the AS guide member. A friction stir welding apparatus, wherein the advancing assisting member is attached so as to surround the.
請求項3に記載の摩擦攪拌接合装置であって、
前記ガイド受け部材は、前記RSガイド部材および前記ASガイド部材に接触した際に回転するように回転自在なトラックボール型回転体を前記主軸ハウジングの外周部においてRSガイド部材との接触部およびASガイド部材との接触部に少なくともそれぞれ1つ取り付けて前記進行補助部材が構成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
The friction stir welding apparatus according to claim 3,
The guide receiving member includes a rotatable trackball-type rotating body that is rotatable so as to rotate when it comes into contact with the RS guide member and the AS guide member. A friction stir welding apparatus, wherein at least one of said advancing assisting members is attached to each contact portion with said members.
請求項3に記載の摩擦攪拌接合装置であって、
前記RSガイド部材および前記ASガイド部材は、前記ガイド受け部材に接触した際にスリップするように、前記RSガイド部材および前記ASガイド部材の前記ガイド受け部材側側面部を少なくとも前記接合ツールが前記開始位置から前記終了位置までスリップ加工した摺動面を有する摺動体を取り付けて前記進行補助部材が構成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
The friction stir welding apparatus according to claim 3,
At least the side surfaces of the RS guide member and the AS guide member on the side of the guide receiving member are supported by the joining tool so that the RS guide member and the AS guide member slip when contacting the guide receiving member. A friction stir welding apparatus, wherein the advance assisting member is configured by attaching a sliding body having a sliding surface processed to slip from a position to the end position.
請求項3に記載の摩擦攪拌接合装置であって、
前記RSガイド部材および前記ASガイド部材は、前記ガイド受け部材に接触した際に回転するように前記RSガイド部材および前記ASガイド部材の前記ガイド受け部材側側面部に回転自在なトラックボール型回転体を少なくとも前記接合ツールが前記開始位置から前記終了位置まで所定の間隔で複数個取り付けて前記進行補助部材が構成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
The friction stir welding apparatus according to claim 3,
The RS guide member and the AS guide member are rotatable on side surfaces of the RS guide member and the AS guide member on the side of the guide receiving member so as to rotate when contacting the guide receiving member. at least a plurality of the welding tools are attached at predetermined intervals from the start position to the end position to form the movement assisting member.
請求項1から8のいずれか1項に記載の摩擦攪拌接合装置を用いて被接合部材を固相接合する摩擦攪拌接合方法であって、
前記接合ツールにより前記被接合部材を固相接合する前段階において、前記接合ツールを前記目標回転速度で回転させながら前記目標深度まで挿入する挿入ステップと、
接合部が目標とする入熱状態となるまで前記接合ツールを進行させずに継続回転させる入熱ステップと、
ガイド受け部材がRSガイド部材と接触し、ASガイド部材との間にクリアランスを有する状態でRSガイド部材とASガイド部材により前記ガイド受け部材を挟持し、前記接合ツールを前記目標回転速度で回転させて、前記RSガイド部材方向の偏心力による回転ブレを前記RSガイド部材で抑制し、前記ASガイド部材方向の偏心力による回転ブレを前記ASガイド部材により抑制しながら、接合方向に接合開始位置から接合終了位置まで進行させる接合ステップと、
前記接合ツールが前記接合終了位置まで進行したときに前記接合ツールを被接合部材から引き抜く抜去ステップと、
を含む摩擦攪拌接合方法。
A friction stir welding method for solid-phase welding members to be welded using the friction stir welding apparatus according to any one of claims 1 to 8,
an inserting step of inserting the welding tool to the target depth while rotating the welding tool at the target rotational speed in a step prior to solid-phase welding the members to be welded by the welding tool;
a heat input step of continuously rotating the welding tool without advancing until the joint reaches a target heat input state;
The guide receiving member is held between the RS guide member and the AS guide member in a state in which the guide receiving member is in contact with the RS guide member and has a clearance with the AS guide member, and the welding tool is rotated at the target rotation speed. The RS guide member suppresses the rotational blur due to the eccentric force in the direction of the RS guide member, and the AS guide member suppresses the rotational blur due to the eccentric force in the direction of the AS guide member. a joining step of proceeding to a joining end position;
a withdrawal step of withdrawing the welding tool from the members to be welded when the welding tool has advanced to the welding end position;
A friction stir welding method comprising:
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