JP4897438B2 - Friction welding equipment - Google Patents
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Description
本発明は、摩擦による熱を利用してワーク同士を接合させる摩擦圧接装置に関する。 The present invention relates to a friction welding apparatus that joins workpieces using heat generated by friction.
この種の摩擦圧接装置として、例えば、特許文献1、2が既に知られている。特許文献1では、クラッチの噛み合わせによって停止装置を動作させて両ワークの位相合わせを実施する技術が開示されている。また、特許文献2では、サーボモータのトルク制御および回転数制御によって両ワークの位相合わせを実施する技術が開示されている。
しかしながら、上述した特許文献1では、両クラッチを噛み合わせる回転数が、例えば300rpmであるため、両クラッチを噛み合わせた時に、噛み合わせ部位が破損するという問題が発生していた。また、この噛み合わせのとき、大きな衝撃音が発生するという問題が発生していた。例えば、両クラッチの噛み合わせ部位が主軸側のクラッチ1回転に対して2個所存在する場合、すなわち、主軸側のクラッチが半回転(180°)するごとに、両クラッチの噛み合わせ部位が存在する場合、両クラッチの位相を検出することなく噛み合わせているため、両クラッチを噛み合わせるとき、両クラッチが接触しはじめた後、相手側のクラッチに対して、主軸側のクラッチが1°回転して噛み合う場合もあれば、主軸側のクラッチが179°回転して噛み合う場合もある。前者の場合(主軸側のクラッチが1°回転して噛み合う場合)であれば、クラッチ噛み合わせによる主軸の回転エネルギの損失は少ないため、主軸の回転エネルギによって停止装置を所定の動作をさせることができる。この場合、両ワークの接合の位相精度が良い状態である。一方、後者の場合(主軸側のクラッチが179°回転して噛み合う場合)であれば、クラッチ噛み合わせによる主軸の回転エネルギの損失は大きいため、主軸の回転エネルギによって停止装置を所定の動作をさせることができない。この場合、両ワークの接合の位相精度が悪い状態である。このように両ワークの接合の位相精度が良い状態もあれば悪い状態もあり、位相精度にバラツキが生じることになっていた。 However, in Patent Document 1 described above, since the rotational speed at which both clutches are engaged is, for example, 300 rpm, there has been a problem that when the both clutches are engaged, the engagement portion is damaged. Further, there has been a problem that a large impact sound is generated during the meshing. For example, when there are two engagement sites for both clutches with respect to one rotation of the main shaft side clutch, that is, every time the main shaft side clutch makes a half rotation (180 °), there is an engagement region for both clutches. In this case, since the clutches are engaged without detecting the phase of both clutches, when both clutches are engaged, the clutches on the main shaft side rotate by 1 ° with respect to the other clutches after both clutches start to contact each other. The main shaft side clutch may rotate 179 ° to engage. In the former case (when the main shaft side clutch is rotated by 1 ° and meshed), the loss of rotational energy of the main shaft due to clutch engagement is small, so that the stop device can be operated in a predetermined manner by the rotational energy of the main shaft. it can. In this case, the phase accuracy of the joining of both workpieces is good. On the other hand, in the latter case (when the clutch on the main shaft side rotates and engages with 179 °), the loss of the rotational energy of the main shaft due to the clutch engagement is large, so that the stop device is caused to perform a predetermined operation by the rotational energy of the main shaft. I can't. In this case, the phase accuracy of the joining of both workpieces is poor. As described above, there are some cases where the phase accuracy of the joining of both the workpieces is good, and there are some cases where the phase accuracy is poor.
また、上述した特許文献2では、両ワークが固着する寸前に主軸を回転させるサーボモータへの通電を遮断(サーボオフ)させることにより主軸を停止させている。これにより、サーボオフ以降において、主軸は慣性力で回転可能となっているため、両ワークは接触部の軟化状態まかせ(粘性次第)で固着してしまう、すなわち、両ワークの位相が一致する点に到達する前、または、両ワークの位相が一致する点に到達した後に両ワークは接合されるという新たな問題が発生していた。 Moreover, in patent document 2 mentioned above, the main axis | shaft is stopped by interrupting | blocking (servo-off) electricity supply to the servomotor which rotates a main axis | shaft just before both workpiece | work adheres. As a result, since the spindle can rotate with inertial force after the servo is turned off, both workpieces will be stuck in the softened state of the contact part (depending on the viscosity), that is, the phases of both workpieces will coincide. There has been a new problem that both workpieces are joined before reaching or after reaching the point where the phases of both workpieces coincide.
本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、両ワークの接合の位相精度を向上させることができる摩擦圧接装置を提供することである。 The present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a friction welding apparatus capable of improving the phase accuracy of the joining of both workpieces.
本発明は、上記の目的を達成するためのものであって、以下のように構成されている。
請求項1に記載の発明は、対向した2つのワークを所定位相でそれぞれ把持する把持装置と、前記把持装置を互いに接近させる向きに付勢する付勢装置と、前記一方の把持装置を備えた主軸を駆動するサーボモータと、前記主軸と特定位相で係合するクラッチ装置と、一端が上記クラッチ装置と係合して搖動する槓杆の他端と係合して直動し、前記主軸の停止位相を規整する復帰可能な停止装置と、前記停止装置に従動して前記主軸の回転に抵抗を付加するダンパ装置と、予圧縮された積層弾性体からなり前記停止装置の動作端を拘束する停止緩衝装置と、からなる摩擦圧接装置であって、前記サーボモータを通電させ前記主軸を回転させることによって一方のワークと他方のワークとに一定の相対回転運動を付与しつつ、該一方のワークと他方のワークとを接触させて摩擦推力を付与することにより両ワークの接合界面を軟化させた後に、前記主軸の回転数を前記主軸と前記クラッチ装置とを特定位相で係合させる位相合わせ回転数となるまで減速させていき、前記主軸の回転数が位相合わせ回転数に到達すると共に、前記主軸の位相が前記主軸と前記クラッチ装置とが係合する特定位相に一致すると、
前記クラッチ装置を前記主軸に係合させると共に前記サーボモータへの通電を遮断させて前記主軸の回転を停止させる構成である。
この構成によれば、両クラッチを係合させるとき、主軸の回転数が低速回転数(例えば、150rpm)となるように、且つ、主軸側のクラッチの位相と相手側のクラッチの位相とが一致するように両クラッチを係合させることができる。これにより、従来技術の特許文献1で生じていた噛み合わせ部位が破損することや大きな衝撃音が発生することはない。また、このようにクラッチを係合させると、両クラッチの噛み合わせによる主軸の回転エネルギの損失は少ないため、主軸の回転エネルギによって停止装置を所定の動作をさせることができる。そのため、両ワークの接合の位相精度が常に良い状態となる。これにより、従来技術の特許文献2で生じていた両ワークは接触部の軟化状態まかせで固着してしまうといったことはない。
The present invention is for achieving the above object, and is configured as follows.
The invention described in claim 1 includes a gripping device that grips two opposed workpieces in a predetermined phase, a biasing device that biases the gripping device in a direction to approach each other, and the one gripping device. A servo motor that drives the main shaft, a clutch device that engages with the main shaft at a specific phase, and one end that engages with the other end of the rod that swings by engaging with the clutch device, and linearly moves to stop the main shaft. A reversible stop device that regulates the phase, a damper device that follows the stop device to add resistance to the rotation of the spindle, and a stop that consists of a pre-compressed laminated elastic body that restrains the operating end of the stop device A friction welding device comprising: a shock absorber, wherein a constant relative rotational motion is imparted to one workpiece and the other workpiece by energizing the servo motor and rotating the spindle; After softening the bonding interface of two workpieces by contacting the square of the workpiece to impart friction thrust, phasing the rotational speed of engaging the rotational speed of the main shaft and the main shaft and the clutch device in a particular phase become gradually slows until both the rotational speed of the spindle reaches the phasing rpm, when the phase of the main shaft and the clutch device and the main shaft matches a specific phase of the engagement,
The clutch device is engaged with the main shaft and the energization to the servo motor is interrupted to stop the rotation of the main shaft.
According to this configuration, when both clutches are engaged, the rotation speed of the main shaft becomes a low speed rotation speed (for example, 150 rpm), and the phase of the main shaft side clutch coincides with the phase of the counterpart clutch. Both clutches can be engaged as described above. Thereby, the meshing site | part which had arisen in patent document 1 of a prior art is not damaged, and a big impact sound does not generate | occur | produce. Further, when the clutch is engaged in this manner, the loss of rotational energy of the main shaft due to the engagement of both clutches is small, so that the stop device can be operated in a predetermined manner by the rotational energy of the main shaft. For this reason, the phase accuracy of the joining of both workpieces is always good. As a result, the two workpieces generated in Patent Document 2 of the prior art are not fixed due to the softened state of the contact portion.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明する。図1に示すように、筐体1に軸受2a、2b、2cを介して回転可能に支持された主軸3に、チヤック4を介して主軸3と同心に把持された一方のワーク5は、筐体1と一体の摺動体6に前記主軸3の軸心方向に摺動可能なテーブル7を介してチヤック8に把持された他方のワーク9に対し摩擦接触せしめられる。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, one work 5 held concentrically with a
そのためにテーブル7は油圧装置10によって主軸3に対して近接、離間及び加圧が可能である。主軸3はプーリ11、ベルト12、プーリ13及び電磁クラッチ14を介してサーボモータ15によって回転駆動される。
Therefore, the table 7 can be brought close to, separated from, and pressurized with respect to the
主軸3のチヤック4と反対側には一体的な爪16を持つカム付きクラッチ17が設けられ、それに対向して爪18をもつカム付きクラッチ19が軸20にキー21によって摺動可能に支持されており、該軸20は主軸3と同心で相対回転可能のように主軸3及び筐体1に支持されている。クラッチ19は筐体1にピン24aを介して枢支されたクラッチ摺動レバー24によって、第1図の右方に摺動されれば爪18と16との噛み合いが生じてクラッチ17との係合が行われ、反対に左方に摺動されればその係合は解放される。
A cam-equipped
図4に示すように、クラッチ摺動レバー24はピン24bを介して油圧シリンダ25のピストン26と一体のヨーク27によって図示右方にスプリング28の張力に抗して常に引っ張られており、したがって常にはクラッチ17と19とは離脱状態に保持されるが、ピストン26のロッド側の油圧が解放されれば(要すればロッド側の室をタンクに接続する)、スプリング28の張力によってクラッチ17と19とが係合し得る状態になる。
As shown in FIG. 4, the clutch
一方、上記筐体1には図2及び図3に示す停止装置30の主体31が結合されており、該主体31に嵌挿された中間軸32の上部露出端には、該主体31の座板部31aと対向する位置決め板33が締着されている。そして主体31から延出するフランジ部31bには上記軸20と平行状をなす軸22が架設され、該軸22に枢支された槓杆23の一端は上記クラッチ19と一体的に形成された鉤部19aに係合し、該槓杆23の他端は主体31の切欠部31cを介して上記中間軸32の鉤部32aに係合されている。
On the other hand, a
また、主体31の図示下方部分は中間軸32を通じて位置決め板33に常態への復帰を促すシリンダ室34に形成され、中間軸32から一体状に延びるロッド上のピストン35が該シリンダ室34に嵌挿されている。なお、SVはポート36aを介してシリンダ室34に圧力油を給排する電磁切替弁であり、PVはパイロット制御によりポート36bを介して背圧室34aに作動油を給排するプレフィル弁である。
The lower portion of the
上記位置決め板33には主体31の胴部を跨ぐ対象位置に一対の押動杆37が垂設され、該押動杆37は上記座板部31a上に固着されたスリーブ38によって案内されるとともに、その下端面は座板部31aの下面にそれぞれ同心的に装着されたダンパ装置40のピストンキャップ41と干渉するようになされている。
A pair of push rods 37 are suspended from the
該ダンパ装置40の詳細は図示されていないが、位置決め板33と共に作動(下降)する押動杆37により、衝接したピストンキャップ41を介して内部のピストンが押し込められると、シリンダの側面に設けられたオリフィス群から作動油が噴出され、噴出時の動圧抵抗損失によって衝撃エネルギ(主軸3の回転エネルギ)は熱エネルギに変換されるとともに、この熱エネルギはダンパ装置40の表面から大気中に自然放熱されるように構成されている。つまりかかるダンパ装置40のエネルギ吸収により、一連の伝動系を介して主軸3の回転に効果的な抵抗を付加するものである。
Although details of the
上記座板部31aには、さらに位置決め板33の動作端を拘束する馬蹄形状の停止緩衝装置42が中間軸32を囲繞するように配設されており、該停止緩衝装置42に介装された平板状のウレタンゴムからなる積層弾性体43には調節ボルト44によって所用の予圧縮が与えられている。なお、45は位相角調整のために重装される交換可能なスペーサ、50は停止衝撃に基づく中間軸32の物理的変位(伸び)量を検出する例えばひずみゲージからなるセンサで、予め定められた検出値により図示しない警告装置を介して停止装置40の過負荷を警告し、これによって圧接条件などの検討、変更に資するものである。
The
サーボモータ15は、図6に示す制御装置によって回転数が変化するもので、本実施例においては摩擦発熱のために主軸3に与える高速回転数が1800rpm、位相修正のために主軸3に与える低速回転数が150rpmとなるように設定されており、そして回転系の1800rpmの高速回転から150rpmの低速までの急速減速はサーボモータ15のトルク制御によって行われる。
The
この制御装置は、CRT120とデジタルスイッチ121とからなる操作盤122がコントローラ123に接続されている。コントローラ123には、回転用サーボドライバ(サーボアンプ)125を介してサーボモータ15が接続されている。さらに、コントローラには、CRT126とCPU127とからなる品質保証装置128が接続され、このCPU128には、主軸回転計129が接続され、これにより主軸3の回転(回転、位相、トルク)に関連した信号の伝達が可能となっている。また、回転信号をサーボモータ15のものを用いてもよい。なお、本実施形態で用いられるサーボモータ15としては、1回転、つまり、360度に対して10000パルスの信号を出力するものが用いられ、コントローラ23によって高精度の回転位置が検出される。
In this control device, an
本実施例は上述のように構成したものであり、以下その作用について説明する。2個のワーク5及び9をそれぞれチヤック4及び8に予め設定された位相で挟持させ、電磁クラッチ14を接にした常態で主軸3をサーボモータ15により規定の高速回転数、例えば1800rpmで回転させながら油圧装置10によりテーブル7を摺動台6に沿って前進(図示左方へ摺動)させ、両ワーク5、9をある圧力の下に接触摩擦させる。両ワーク5、9の接触部が溶着に充分な温度に達した時点を摩擦発熱工程の完了とし(図7のA点)、その時期はタイマまたはすえこみ量等によって検出される。この検出信号によってサーボモータ15の回転数制御およびトルク制御が行われ、主軸3が規定の低速回転数、例えば150rpm(図7のB点)に達するまで急速に減速される。
This embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described below. Two workpieces 5 and 9 are respectively held between the chucks 4 and 8 at a preset phase, and the
しかして、主軸3が規定の低速回転数に減速される直前、若しくは略同時に油圧シリンダ25の油圧を解放させ、スプリング28によって(あるいは油圧シリンダ25に積極的に反対側から圧力もかけて)クラッチ摺動レバー24を介してクラッチ19を軸20に沿って図示右方へ摺動させると、該クラッチ19は主軸と共に回転しているクラッチ17と図5(A)、図5(B)のように係合され、位相修正のための装置(クラッチ19、槓杆23及び停止装置30を含む)と主軸3とが定位相関係に係合されて、位相修正のための準備段階が完了する。
Thus, the
なお、これら両クラッチ17、19を係合させるとき、主軸3の回転数が低速回転数(この例では、150rpm)となるように、且つ、主軸3側のクラッチ17の位相と相手側のクラッチ19の位相とが一致するように両クラッチ17、19を係合させている。このときの主軸3の回転数と位相が、特許請求の範囲に記載の「位相合わせ回転数」に相当する。このように位相合わせ回転数とは、単に回転数だけでなく位相までも考慮した回転数である。
When engaging both the
このことは、制御装置によってサーボモータ15を制御することで行われている。このように両クラッチ17、19を係合させるため、従来技術の特許文献1で生じていた噛み合わせ部位が破損することや大きな衝撃音が発生することはない。制御装置は、サーボモータ15への通電を両クラッチ17、19を係合させたときから位置決め板33の下降端(積層弾性体43との接触位置)の間の適当位置で通電を遮断させる。
This is performed by controlling the
このクラッチ19の係合動作に関連して電磁切替弁SVはa位置からb位置に切り替えられ、クラッチ19の回転に伴って該クラッチ19上の鉤部19aと係合する槓杆23は軸22を中心に揺動し、同時に槓杆23の対象端が係合する鉤部32aを介して、それまで上昇端に在った中間軸32も連動して直動する(図2参照)。
In association with the engagement operation of the clutch 19, the electromagnetic switching valve SV is switched from the a position to the b position. As the clutch 19 rotates, the
中間軸32には位置決め板33を介して押動杆37が結合されており、下降する押動杆37はピストンキャップ41と干渉してダンパ装置40内の図示しないシリンダを押し込め、該ダンパ装置40独特の機能、すなわちオリフィス群からの作動油の噴出に伴う動圧抵抗損失によって衝撃エネルギを吸収し、一連の伝動系を介して主軸3に急速な抵抗(制動)が付加される。
A pushing rod 37 is coupled to the
このようにして主軸3はサーボモータ15による駆動を継続したままの状態で減速され、位置決め板33が停止緩衝装置42に衝突し、かつ積層弾性体43が弾性変位した位置で停止装置30の下降動作は制止され、主軸3の定位相停止によって両ワーク5、9の位相は整合する。
In this way, the
また、この主軸3の停止の際、既に説明したように、互いの位相が一致するように両クラッチ17、19を係合させているため、両クラッチ17、19の噛み合わせによる主軸3の回転エネルギの損失は少ないため、主軸3の回転エネルギによって停止装置30を所定の動作をさせることができる。そのため、両ワーク5、9の接合の位相精度が常に良い状態となる。したがって、従来技術の特許文献1で生じていた位相精度にバラツキが生じることはない。また、このように主軸3は停止装置30によって停止するため、従来技術の特許文献2で生じていた両ワークは接触部の軟化状態まかせで固着してしまうといったことはない。
Further, when the
その後、クラッチ14の解離とアプセット加圧の暫時継続をまって摩擦圧接は完了する。この場合、停止装置30の動作端において中間軸32は停止衝撃の反発力が作用することになるが、中間軸の下降中、背圧室34aにはプレフィル弁PVを介して作動油が導入されており、同弁PVのもつ逆流防止作用により上記反発力は有効に抑制される。
Thereafter, the disengagement of the clutch 14 and the upset pressurization are continued for a while, and the friction welding is completed. In this case, the repulsive force of the stop impact acts on the
また、停止衝撃を緩和する積層弾性体43は所定の予圧縮を与えられて弾性反力は巧みに減衰せしめられており、しかもワーク5、9の摩擦抵抗に基づいて位置決め板33の衝撃力に若干の不同が生じたとしても、これは積層弾性体43の微小な変位量の範囲内で効果的に吸収される。
Further, the laminated
圧接完了後は油圧シリンダ25へ圧力油が吸収されてクラッチ19は解離され、引き続き電磁切替弁SVが再びa位置に切り替えられてシリンダ室34にも圧力油が供給され、停止装置30、槓杆23及びクラッチ19は共に元常態へ復帰する。特に本実施例では、中間軸32に停止衝撃に基づく物理的変位(伸び)を検出するセンサ(ひずみゲージ)50が装着されており、予め定められた検出値に従って警告装置により停止装置30の過負荷が警告されるので、異常個所の修復や圧接条件の検討、変更にも好適に利用することができる。
After the press contact is completed, the pressure oil is absorbed into the
なお、厚さの異なる交換可能なスペーサ45を数種準備し、選択されたスペーサ45を停止緩衝装置42に重装するか、または位置決め板33の下面に被装することによって、位相角の整合精度を一層高い水準で微調整することができる。
It should be noted that several kinds of
上述した内容は、あくまでも本発明の一実施の形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。
実施例では、回転側である主軸3と対向する側がスライドする構成を例に説明した。しかし、これに限定されるものでなく、回転側である主軸3側がスライドする構成であっても構わない。
The contents described above are only related to one embodiment of the present invention, and do not mean that the present invention is limited to the above contents.
In the embodiment, the configuration in which the side facing the
3 主軸
5 ワーク
9 ワーク
15 サーボモータ
17 クラッチ
19クラッチ
23 槓杆
30 停止装置
32 中間軸
33 位置決め板
40 ダンパ装置
42 停止緩衝装置
43 積層弾性体
45 スペーサ
50 センサ
3 Spindle 5 Work 9
Claims (1)
前記把持装置を互いに接近させる向きに付勢する付勢装置と、
前記一方の把持装置を備えた主軸を駆動するサーボモータと、
前記主軸と特定位相で係合するクラッチ装置と、
一端が上記クラッチ装置と係合して搖動する槓杆の他端と係合して直動し、前記主軸の停止位相を規整する復帰可能な停止装置と、
前記停止装置に従動して前記主軸の回転に抵抗を付加するダンパ装置と、
予圧縮された積層弾性体からなり前記停止装置の動作端を拘束する停止緩衝装置と、
からなる摩擦圧接装置であって、
前記サーボモータを通電させ前記主軸を回転させることによって一方のワークと他方のワークとに一定の相対回転運動を付与しつつ、該一方のワークと他方のワークとを接触させて摩擦推力を付与することにより両ワークの接合界面を軟化させた後に、
前記主軸の回転数を前記主軸と前記クラッチ装置とを特定位相で係合させる位相合わせ回転数となるまで減速させていき、
前記主軸の回転数が位相合わせ回転数に到達すると共に、前記主軸の位相が前記主軸と前記クラッチ装置とが係合する特定位相に一致すると、
前記クラッチ装置を前記主軸に係合させると共に前記サーボモータへの通電を遮断させて前記主軸の回転を停止させる摩擦圧接装置。 A gripping device for gripping two opposed workpieces in a predetermined phase, and
A biasing device that biases the gripping devices in directions toward each other;
A servo motor for driving a spindle provided with the one gripping device;
A clutch device engaged with the main shaft at a specific phase;
A reversible stop device that has one end engaged with the clutch device and the other end of the rod that swings and linearly moves to regulate the stop phase of the main shaft;
A damper device that follows the stop device and adds resistance to rotation of the spindle;
A stop shock absorber made of a pre-compressed laminated elastic body and restraining the operating end of the stop device;
A friction welding apparatus comprising:
By energizing the servo motor and rotating the spindle, a constant relative rotational motion is applied to one work and the other work, and the one work and the other work are brought into contact with each other to apply a friction thrust. After softening the joint interface between both workpieces,
The rotational speed of the main shaft is decelerated until it reaches a phase matching rotational speed that engages the main shaft and the clutch device in a specific phase ,
When the rotational speed of the spindle reaches the phasing rpm both when the phase of the main shaft and the clutch device and the main shaft matches a specific phase of the engagement,
A friction welding apparatus that engages the clutch device with the main shaft and stops energization of the servo motor to stop the rotation of the main shaft.
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