JPH03124384A - 摩擦圧接機とその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明が解決しようとする課題］ ところが、摩擦圧接により接合する場合、主軸モータに
より一方のワークを所定の回転数で回転し、他方のワー
クを送りモータにより一方のワークに押付ける。最初の
間は第４図に示すように、他方のワークを一方のワーク
に比較的小さい押圧力Ｐ、で押し付けながら回転させる
が、摩擦熱により両方のワークの接合部分が加熱されて
変形し易（なり、両方のワークの端部が押し潰される。

更にこの状態を続けると、やがて、接合部分が溶融状態
になる。この状態の期間を据え込み期間という。ここで
、一方のワークの回転を停止するとともに、送りモータ
により比較的大きな押圧力Ｐ２になるように押圧する。

この期間をアップセット期間という。

このように、送りモータと主軸モータをタイミング良く
回転数とトルクを複雑に制御し、据え込み期間およびア
ップセット期間の押圧力を適正な値に変化させる必要が
ある。

押圧力の適正値をコイルスプリングのたわみ量［産業上
の利用分野］ 本発明は摩擦による発熱を利用してワークを接合する摩
擦圧接機とその制御方法に関する。

［従来の技術］ 従来、摩擦圧接機は二つのワークを突き合わせて、一方
を回転させ、他方を回転させずに一方に押し付けること
により、接触面に発生する摩擦熱を利用して二つのワー
クを接合するものである。

その構成の一例は、一方のワークを保持するチャックは
主軸駆動モータにより回転され、他方のワークは、送り
モータでクラッチを介して駆動される回転軸と、回転軸
に係合するカム装置等を介して軸方向に移動される。こ
の移動量に応じてたわむコイルスプリングが設けられ、
このたわみにより二つのワークの接触圧を生じるように
しである（例えば特開昭６１−２８３４７８号公報）。

また、他方のワークが油圧シリンダにより押圧されるよ
うにして、油圧シリンダの圧力を設定することにより適
正な押圧力を得るものがある（例えば特開昭５９−１９
７３８９号公報）。

によって求める方法では、押圧力を複雑に変化させるこ
とは難しく、構造が複雑になるなどの欠点があった。

また、油圧シリンダによって他方のワークを押圧するも
のは、油温の変化や油の劣化等によって油圧が変化する
ことがあり、押圧力をタイミングよく調整して所定の圧
力に保つことが難しい。さらに、圧接するワークの材質
や大きさが変わると、押圧力を変える必要があるが、そ
の都度油圧を調整バルブにより調整することは非常に煩
わしいなどの欠点があった。

本発明は、押圧力を正確に管理し、容易に押圧力を変え
られるようにして、摩擦圧接の接合品質を向上させ、さ
らに、段取りに手間がかからないようにすることを目的
とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、一方のワークを保持して主軸モータによって
回転駆動される回転チャックと、他方のワークを保持す
る固定チャックを固定し、かつ回転チャックの軸方向に
移動されるテーブルとを備え、回転する前記一方のワー
クに前記他方のワクを前記テーブルを移動することによ
り押圧し、前記両方のワーク相互の摩擦熱により溶融圧
接する摩擦圧接機において、前記テーブルに係合するネ
ジと、前記ネジを回転駆動させて前記テーブルを軸方向
に移動させる送りモータと、溶融圧接する据え込み期間
に必要な押圧力と、前記主軸モータの停止後のアップセ
ット期間に必要な押圧力とを生じるように前記主軸モー
タおよび送りモータを制御する制御装置とを備えた摩擦
圧接機である。

また、前記摩擦圧接機において、主軸モータと送りモー
タとの出力トルクの偏差を、前記据え込みトルク設定器
の設定値と一致させるように、前記送りモータのトルク
を制御し、前記主軸モータが停止後はアップセットトル
ク設定器の設定値と一致させるように、前記送りモータ
のトルクを制御する摩擦圧接機の制御方法である。

［作用］ 据え込み期間中は主軸を一定の回転数に制御するととも
に、送りモータは、主軸モータと送りモーに設けられて
いる。テーブル５には固定チャック６が固定され、他方
のワークＷ２が保持されるようにしである。また、テー
ブル５にはポールネジのナツト部５１が設けられ、ベツ
ド４に軸受５２を介して支持されているポールネジ５３
と係合されて、ポールネジ５３の回転によりテーブル５
が軸方向に移動されるようにしである。ポールネジ５３
は送りモータ７によりベルト７１を介し回転されるよう
にしである。送りモータ７には回転検出器７２とトルク
検出器７３が設けられている。

摩擦圧接機の制御装置８は第２図に示すように、主軸モ
ータ３の回転数を設定する回転数設定器８１と、主軸モ
ータ３の速度を制御する速度制御器８２と、主軸モータ
３を駆動するインバータ８３とが設けられている。また
、送りモータ７の回転数を設定する回転数設定器８４と
、送りモータ７の速度を制御する速度制御器８５と、送
りモータ７を駆動するインバータ８６とが設けられてい
る。

また、据え込み期間に必要な押圧力を発生するための据
え込みトルク設定器８７とアップセットタとの両方のト
ルク検出値との偏差を据え込みトルク設定値と一致させ
、送りモータのトルク電流指令として、ポールネジを駆
動し、ポールネジによるテーブルの推力を制御する。し
たがって、摩擦トルクによる摩擦発熱量が適正値に制御
され、テーブルを介して押圧力が自動的に制御される。

また、アップセット期間中は主軸モータを停止し、送り
モータのトルクをアップセットトルク設定値と一致させ
て所定の押圧力を与える。

［実施例］ 本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例を示す側面図で、一方のワーク
Ｗ１を保持して回転するチャック１が、主軸台２に軸受
２１．２１を介して支持された主軸２２に固定され、主
軸２２は主軸モータ３によりベルト３１を介して回転さ
れるようにしである。

主軸モータ３には回転検出器３２とトルク検出器３３が
設けられている。主軸台２と一体に形成されたベツド４
の上にはスライド面４１が設けられ、テーブル５が主軸
２２の軸方向に摺動じつるよう期間に必要な押圧力を発
生するためのアップセットトルク設定器８８が設けられ
ている。減算器８９は主軸モータ３のトルク検出器３３
の出力と、送りモータ７のトルク検出器７３の出力との
偏差を取り、その出力は比較器９０および比較器９１に
送られる。比較器９０は切替えスイッチ９２のａ接点を
介して据え込みトルク設定器８７の設定値との偏差をト
ルク制御器９３に送り、トルク制御器９３ではその偏差
を零にするように送りモータ７のインバータ８６を介し
て送りモータ７をトルク制御する。

一方、比較器９１は切替えスイッチ９２のｂ接点を介し
てアップセットトルク設定器８８の設定値との偏差をト
ルク制御器９３に送り、トルク制御器９３ではその偏差
を零にするようにインバータ８６を介して送りモータ７
をトルク制御する。

なお、切替えスイッチ９２は主軸モータ３の起動スイッ
チと同期して作動するようにしてあり、速度制御器８２
と速度制御器８５に対する動作指令は摩擦圧接に必要な
動作プログラムを備えたプログラマブルコントローラ］
、Ｏから出力されるようにしである。

ここで、据え込み期間に必要な押圧力Ｐ、と主軸モータ
３および送りモータ７のトルクＴｍＴｌとの関係につい
て説明する。

主軸モータ３の回転数ｎ□、送りモータ７の回転数ｎ、
が一定の場合、 （Ｔｍ−ＴＩ）・ｎ□＝Ｃ−Ｐｌ・ｖ−ｎから次の式（
１）が成り立つ。

Ｐｌ＝Ｃ・（’ｒｍ＝”ｒ＋）　　・ｎｌ／Ｖ−ｎ。−
＝（１）ここで、Ｃは比例定数、■は溶融金属の体積で
一定とする。

したがって、押圧力Ｐ１を一定にするためには、主軸モ
ータ３および送りモータ７のトルクの差である（Ｔ□−
Ｔ、）を一定に制御すれば良い。

摩擦圧接を行なう場合、回転チャック１にワークＷ１を
保持するとともに、固定チャラック６にワークＷ２を保
持し、第３図に示すように、まず時間ｔ０で主軸モータ
３を起動させ、時間ｔ１まで加速して所定回転数ｎ□で
ワークＷｌを回転させる。

点を介してアップセットトルク設定器８８の設定値と比
較器９１の出力、すなわち送りモータ７のトルク検出器
７３の出力との偏差をトルク制御器９３に送り、その偏
差が零になるようにインバータ８６を介して送りモータ
７のトルクを制御し、押圧力がＰ２になるようにする。

したがって、据え込み期間中は主軸モータ３と送りモー
タ７とのトルクの偏差が据え込みトルク設定器の設定値
になるように制御される。すなわち、第３図に示す斜線
の範囲の摩擦トルクによる摩擦発熱量が適正値に制御さ
れ、テーブル５を介して押圧力Ｐ１が自動的に制御され
る。

また、主軸モータ３の停止後、時間ｔ６までは、アップ
セットトルク設定器８５の設定値に従って押圧力Ｐ２が
加わり、所定の接合強度が得られる。

なお、他の実施例として、主軸駆動モータ３および送り
モータ７をベクトル制御により制御する場合は、第５図
に示すように、主軸駆動モータ３および送りモータ７に
装着したトルク検出器３３および７３を省略し、制御装
置８をベクトル制御この場合、速度制御器８２は回転数
設定器８１により設定された設定回転数と主軸モータ３
の回転検出器３２の出力との偏差が零となるように主軸
２２の回転数の一定制御を行なう。

次に時間ｔ２で送りモータ７を起動し、ボールネジ５３
を回転させて、テーブル５を移動させ、時間ｔ３でワー
クＷ２をワークＷ１に押し付ける。接触面で押圧力が発
生すると、主軸モータ３と送りモータ７のトルク検出器
３３および７３の出力の差が減算器８９から出力される
。そして、切替えスイッチ９２のａ接点を介して据え込
みトルク設定器８７の設定値と減算器８９の出力との偏
差が比較器９０から出力される。その偏差が零になるよ
うに、すなわち、据え込みトルク設定器８７の設定値に
一致するようにトルク制御器９３ににより、インバータ
８６を介して送りモータ７のトルクを制御し、押圧力が
Ｐｌになるようにする。

所定の時間が経過して、据え込みに必要な摩擦熱が発生
した後、時間ｔ４で主軸モータ３の電源が切られ、切替
えスイッチ９２が切り替わり、ｂ接方式のインバータ１
００に代替し、各モータのトルクをインバータ１００の
電流値で検出するようにしである。主軸駆動モータ３お
よび送りモータ７を停止させる場合はダイナミックブレ
ーキが作用するようにブレーキユニット１１０が設けら
れている。

この場合、プログラマブルコントローラｌＯは第６図に
示すロジックフローに従ってシーケンス制御指令を発生
し、インバータ１００、主軸駆動モータ３および送りモ
ータ７を制御する。

すなわち、次の（１）〜（１４）までのステップを行う
ようにしである。

（１）まず、回転チャック１でワークＷｌを、固定チャ
ック６でワークＷ２をクランプする。

（２）主軸モータ３を回転する。

（３）送りモータ７を回転し、テーブル５を前進させる
。

（４）主軸モータ３、送りモータ７の電流値ｉ□、ｉ　
＋が急上昇したことを検出し、ワークＷ１とワークＷ２
が接触したことを検出する。

（５）主軸モータ３の電流値１０を所定値１□。に設定
する。

（６）電流値１１と電流値ｉ、との差を、据え込みトル
クを生じる電流値である所定値１８になるように電流値
１１を制御する。

（７）電流値ｉ□と電流値ｉ、との差の積分値が据え込
みに必要な摩擦熱に相当する据え込み値に達したかどう
かを検出する。

（８）主軸モータ３に制動をかけて停止する。

（９）電流値ｉ、をアップセット用指令電流値１１ｕに
設定する。

（１，０）アップセット時間に達したかを検出する。

（１１）送りモータ７に制動をかけて停止する。

（１２）回転チャック１を解放する。

（１３）テーブル５を後退させる。

（１４）固定チャック６を解放する。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば主軸モータと送りモ
ータの両方のトルクの偏差を所定の設定値になるように
制御することにより、実際のワークの接合面に発生する
摩擦トルクが設定された摩擦トルクに自動的に制御され
るので、段取り時間を殆ど必要とせず、生産管理が容易
となるとともに、圧接部分の強度が極めて安定した摩擦
圧接機を提供する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す側面図で一部を断面で示
しである。第２図は制御装置のブロック図、第３図は主
軸モータおよび送りモータのトルクと回転数の関係を示
す説明図、第４図は押圧力の説明図、第５図は他の実施
例の制御装置のブロック図、第６図はそのトフローチャ
ーである。 １・・・回転チャック、２・・・主軸台、３・・・主軸
駆動モータ、３２・・・回転検出器、３３・・・トルク
検出器、５・・・テーブル、５１・・・ナツト部、５３
・・・ボールネジ、６・・・固定チャック、７・・・ネ
ジ駆動モータ、７３・・・トルク検出器、８・・・制御
装置、８１．８４・・・回転数設定器、８２．８５・・
・速度制御器、８３．８６・・・インバータ、８７・・
・据え込みトルク設定器、８８・・・アップセットトル
ク制御器、８９・・・減算器、９０．９１・・・比較器
、９２・・・切り換えスイッチ、９３トルク制御器、１
０・・・プログラマブルコントローラ、１００・・・イ
ンバータ ９ 緻田Ｒ♂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一方のワークを保持して主軸モータによって回転駆
   動される回転チャックと、他方のワークを保持する固定
   チャックを固定し、かつ回転チャックの軸方向に移動さ
   れるテーブルとを備え、回転する前記一方のワークに前
   記他方のワークを前記テーブルを移動することにより押
   圧し、前記両方のワーク相互の摩擦熱により溶融圧接す
   る摩擦圧接機において、 前記テーブルに係合するネジと、 前記ネジを回転駆動させて前記テーブルを軸方向に移動
   させる送りモータと、 溶融圧接する据え込み期間に必要な押圧力と、前記主軸
   モータの停止後のアップセット期間に必要な押圧力とを
   生じるように前記主軸モータおよび送りモータを制御す
   る制御装置とを備えたことを特徴とする摩擦圧接機。 ２、前記主軸モータの回転数を設定する回転数設定器と
   、 前記主軸モータの速度を制御する速度制御器と、前記据
   え込み期間に必要な押圧力を発生させるためのトルクを
   設定する据え込みトルク設定器と、前記アップセット期
   間に必要な押圧力を発生させるためのトルクを設定する
   アップセットトルク設定器とを備えた制御装置を設けた
   請求項１記載の摩擦圧接機。 ３、請求項１または２に記載の摩擦圧接機において、 前記主軸モータと送りモータとの出力トルクの偏差を、
   前記据え込みトルク設定器の設定値と一致させるように
   、前記送りモータのトルクを制御し、前記主軸モータが
   停止後はアップセットトルク設定器の設定値と一致させ
   るように、前記送りモータのトルクを制御することを特
   徴とする摩擦圧接機の制御方法。 ４、請求項１に記載の摩擦圧接機において、前記制御装
   置がセンサーレスベクトル制御により前記主軸モータお
   よび送りモータを制御するインバータにより構成し、 前記主軸モータの電流値と前記送りモータの電流値との
   差を、据え込みトルクを生じる電流値になるように前記
   送りモータの電流値を制御するステップと、 前記主軸モータの電流値と前記送りモータの電流値との
   差の積分値が据え込みに必要な摩擦熱に相当する据え込
   み値に達したかどうかを検出するステップと、 前記主軸モータに制動をかけて停止するステップと、 前記送りモータの電流値をアップセット用指令電流値に
   設定するステップと、 アップセット時間に達したかを検出するステップと、 前記送りモータに制動をかけて停止するステップとを実
   行することを特徴とする摩擦圧接機の制御方法。