KR20200087761A - 마찰 압접 방법 및 공작 기계 - Google Patents
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Abstract
대향하는 한 쌍의 주축 (3a, 3b)에서 각각 파지한 한 쌍의 재료 (W1, W2)를, 한 쌍의 재료 (W1, W2)의 대향하는 단면을 각각 접합면 (S1, S2)로 하고, 한 쌍의 재료 (W1, W2)의 서로의 축이 어긋난 상태에서 서로의 축이 일치하는 방향으로 접합면 (S1, S2)을 서로 접촉시켜 소정의 위치까지 이동시켜 마찰 가열하는 가열 공정과, 한 쌍의 재료 (W1, W2)을 소정의 위치에서 압접하는 압접 공정을 갖는 마찰 압접 방법이며, 각각의 재료 (W1, W2)을 축 방향의 일방 측으로부터 볼 때 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전시키면서 가열 공정 및 압접 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 마찰 압접 방법 및 이 마찰 압접 방법을 실시하는 공작 기계 (1)
Description
본 발명은 마찰 압접 방법 및 공작 기계에 관한 것이다.
종래, 대향하는 한 쌍의 주축을 구비한 선반 등의 공작 기계를 사용하여 한 쌍의 재료를 마찰 압접하는 방법으로, 한 쌍의 주축으로 각각 파지한 한 쌍의 재료를, 축 방향의 일방 측으로부터 볼 때 서로 역방향으로 회전시키면서 서로의 축이 어긋난 상태로부터 서로의 축이 일치 할 때까지 접합면을 서로 접촉시켜 마찰 가열함과 함께, 한 쌍의 재료의 축이 서로 일치 한 후에 해당 한 쌍의 재료를 압접하도록 한 마찰 용접 방법이 알려져 있다 (예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
상기 특허 문헌 1에 기재된 종래의 마찰 압접 방법은, 한 쌍의 재료를, 축 방향의 일방 측으로부터 볼 때 서로 반대 방향으로 회전시켜 마찰 가열을 실시하도록 하고 있기 때문에, 마찰 가열한 후 각각의 재료의 회전을 정지시킨 후 압접을 행할 필요가 있으며, 각각의 재료의 회전을 정지시키기 위하여 각 주축을 정지시키는 공정에 있어서, 각각의 재료를 마찰 압접이 가능한 상태로 유지하는 것이 용이하지 않는 경우가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 각각의 재료를 회전시킨 상태에서 마찰 압접 할 수 있는 마찰 압접 방법 및 공작 기계를 제공하는 데 있다.
본 발명의 마찰 압접 방법은, 대향하는 한 쌍의 주축으로 각각 파지한 한 쌍의 재료를, 한 쌍의 상기 재료의 대향하는 단면을 각각 접합면으로 하고, 한 쌍의 상기 재료의 서로의 축이 어긋난 상태로부터 서로 축이 일치하는 방향으로, 상기 접합면을 서로 접촉시키며 소정의 위치까지 이동시켜 마찰 가열하는 가열 공정과, 한 쌍의 상기 재료를 상기 소정의 위치에서 압접하는 압접 공정을 구비하는 마찰 압접 방법이고, 각각의 상기 재료를 축 방향의 일방 측으로부터 볼 때 동일한 방향으로 동일한 속도로 회전시키면서 상기 가열 공정 및 상기 압접 공정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마찰 압접 방법은, 상기 구성에 있어서, 한 쌍의 상기 재료의 축이 서로 일치하는 위치에서 상기 압접 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명의 마찰 압접 방법은, 상기 구성에 있어서, 상기 압접 공정 후, 상기 재료를 축 방향의 일방 측으로부터 볼 때 상기 가열 공정 및 상기 압접 공정에서와 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전시키는 상태로 절삭하는 절삭 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명의 공작 기계는, 대향하는 한 쌍의 주축과, 한 쌍의 상기 주축으로 각각 파지한 한 쌍의 재료를, 한 쌍의 상기 재료의 대향하는 단면을 각각 접합면으로 하고, 한 쌍의 상기 재료의 서로의 축이 어긋난 상태로부터 서로의 축이 일치하는 방향으로 상기 접합면을 서로 접촉시키며 소정의 위치까지 이동시켜 마찰 가열하는 가열 공정과, 한 쌍의 상기 재료를 상기 소정의 위치에서 압접하는 압접 공정을 실시하도록, 한 쌍의 상기 주축의 이동 및 회전을 제어하는 제어부를 구비하는 공작 기계에 있어서, 상기 제어부는, 한 쌍의 상기 주축을, 축 방향의 일방 측으로부터 볼 때 동일 방향으로 동일 회전수로 회전시키면서 상기 가열 공정 및 상기 압접 공정을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 공작 기계는, 상기 구성에 있어서, 상기 제어부가, 한 쌍의 상기 재료의 축이 서로 일치하는 위치에서 상기 압접 공정을 수행하도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 공작 기계는, 상기 구성에 있어서, 상기 제어부에 의하여 이동이 제어되는 공구를 구비하고, 상기 제어부가, 상기 압접 공정 후, 한 쌍의 상기 주축을, 축 방향의 일방 측으로부터 볼 때 상기 가열 공정 및 상기 압접 공정에서와 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전시킨 상태에서 상기 공구를 이동시켜 해당 공구에 의하여 상기 재료를 절단하는 절단 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 가열 공정 및 압접 공정을 각각의 재료를 회전시킨 상태에서 실시하여, 각각의 재료를 마찰 압접이 가능한 상태로 쉽게 유지할 수 있는 마찰 압접 방법 및 공작 기계를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예인 마찰 압접 방법을 실시 할 수 있는 공작 기계의 구성을 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 2 (a) ~ (c)는, 각각 가열 공정을 실시하고 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 3 (a) ~ (d)는, 각각 가열 공정에서 한 쌍의 접합면의 상태를 나타내는 설명도이다.
도 4는, 압접 공정을 실시하고 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 5는, 절삭 공정을 실시하고 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6은, 제 1 공작물 및 제 2 공작물의 각 공정에서의 회전수를 나타내는 선도이다.
도 7은, 각 공정에 있어서 제 1 공작물의 제 2 공작물에 대한 X 축 방향의 위치를 나타내는 선도이다.
도 8 (a), (b)는, 변형 예의 가열 공정을 실시하고 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 9 (a) ~ (c)는, 변형 예의 가열 공정에서 한 쌍의 접합면의 상태를 나타내는 설명도이다.
도 2 (a) ~ (c)는, 각각 가열 공정을 실시하고 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 3 (a) ~ (d)는, 각각 가열 공정에서 한 쌍의 접합면의 상태를 나타내는 설명도이다.
도 4는, 압접 공정을 실시하고 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 5는, 절삭 공정을 실시하고 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6은, 제 1 공작물 및 제 2 공작물의 각 공정에서의 회전수를 나타내는 선도이다.
도 7은, 각 공정에 있어서 제 1 공작물의 제 2 공작물에 대한 X 축 방향의 위치를 나타내는 선도이다.
도 8 (a), (b)는, 변형 예의 가열 공정을 실시하고 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 9 (a) ~ (c)는, 변형 예의 가열 공정에서 한 쌍의 접합면의 상태를 나타내는 설명도이다.
도 1에 도시한 공작 기계 (1)은, 기대 (2) 위에 배치되는 한 쌍의 주축, 즉 제 1 주축 (3a) 및 제 2 주축 (3b)를 구비하고 있다. 제 1 주축 (3a)는 제 1 주축 대 (4a)에 회전 가능하게 지지되고, 제 2 주축 (3b)는 제 2 주축대 (4b)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 1 주축(3a) 및 제 2 주축 (3b)는 소정의 간격을 두고 서로 마주하고 있다.
제 1 주축 (3a)는 선단에 제 1 척 (5a)를 구비하고, 제 1 척 (5a)에 의하여 제 1 공작물 W1을 파지 할 수 있다. 제 2 주축 (3b)는 선단에 제 2 척 (5b)를 구비하고, 제 2 척 (5b)에 의하여 제 2 공작물 W2를 파지 할 수 있다.
제 1 주축 (3a)는 제 1 구동원 (6a)에 의하여 회전 구동되고, 제 2 주축 (3b)는 제 2 구동원 (6b)에 의하여 회전 구동된다. 제 1 구동원 (6a) 및 제 2 구동원 (6b)로는, 예를 들면, 전기 모터를 채용 할 수 있다. 제 1 주축 (3a)를 제 1 구동원 (6a)으로 회전 구동함으로써 제 1 주축 (3a)에 파지된 제 1 공작물 W1을 회전시킬 수 있다. 제 2 주축 (3b)를 제 2 구동원 (6b)으로 회전 구동함으로써 제 2 주축 (3b)에 파지된 제 2 공작물 W2를 회전시킬 수 있다.
제 1 주축대 (4a)는, 제 1 주축 (3a)의 축선 방향 (Z 축 방향)으로 연장되어 돌출하는 제 1 Z 축 가이드 레일 (9a), 제 1 Z 축 가이드 레일 (9a)에 슬라이드 가능하게 장착된 제 1 안장 (10a) 및 제 1 안장 (10a)에 지지되어 제 1 주축 (3a)의 축선 방향에 직교하는 수평 방향(X 축 방향)으로 연장되어 돌출하는 제 1 X 축 가이드 레일 (11a)을 통하여 기대 (2)에 탑재되어 있다. 제 1 주축 (3a)는, 각각 제 1 안장 (10a)와 기대 (2) 사이 및 제 1 안장 (10a)과 제 1 주축대 (4a) 사이에 설치되는 볼 스크류 등을 통하여, 상기 볼 스크류를 회전 구동하는 모터 등에 의하여 제 1 주축대 (4a)와 일체로 Z 축 방향 및 X 축 방향으로 이동 구동된다.
제 2 주축대 (4b)는, 제 2 주축 (3b)의 축선 방향(Z 축 방향)으로 연장되어 돌출하는 제 2 Z 축 가이드 레일 (9b), 제 2 Z 축 가이드 레일 (9b)에 슬라이드 가능하게 장착된 제 2 안장 (10b) 및 제 2 안장 (10b)에 지지되어 제 2 주축 (3b)의 축 방향에 직교하는 수평 방향(X 축 방향)으로 연장되어 돌출하는 제 2 X 축 가이드 레일 (11b)를 통하여 기대 (2)에 탑재되어있다. 제 2 주축 (3b)는, 각각 제 2 안장(10b)와 기대 (2) 사이 및 제 2 안장 (10b)과 제 2 주축대 (4b) 사이에 설치되는 볼 스크류 등을 통하여, 상기 볼 스크류를 회전 구동하는 모터 등에 의하여 제 2 주축대 (4b)와 일체로 Z 축 방향 및 X 축 방향으로 이동 구동된다.
도시하는 경우에는, 제 1 주축 (3a)와 제 2 주축 (3b) 모두가 Z 축 방향 및 X 축 방향으로 이동 구동되는 구성으로 했으나, 예를 들면, 제 1 주축 (3a) 및 제 2 주축 (3b) 중 어느 쪽 하나만을 Z 축 방향 및 X 축 방향으로 이동 구동시키는 구성으로 하는 등, 제 1 주축 (3a) 및 제 2 주축 (3b)가 상대적으로 Z 축 방향 및 X 축 방향으로 이동 가능한 구성이면 좋다.
공작 기계 (1)은, 절삭 가공을 위한 공구 (7)을 구비하고 있다. 공구 (7)은 이동 수단에 장착되고, 이동 수단 (8)에 의하여 자유롭게 이동한다. 제 1 공작물 W1, 제 2 공작물 W2는, 제 1 주축 (3a) 및 제 2 주축 (3b)와 함께 절삭 가공에 대응하는 소정의 회전수(회전 속도)로 회전하는 상태로, 공구(7)의 블레이드부 (7a)가 눌러 접촉하는 것에 의하여, 공구 (7)에 의하여 절삭 가공된다. 공구 (7)은, 제 1 주축 (3a)에서의 제 1 공작물 W1 가공용과, 제 2 주축 (3b)에서의 제 2 공작물 W2 가공용을 각각 따로 설치할 수도 있다.
제 1 주축 (3a)과 제 2 주축 (3b) 모두가 Z 축 방향 및 X 축 방향으로 이동 구동되는 구성으로 한 경우에서는, 이동 수단 (8)을 설치하지 않고 공구 (7)를 공구대에 고정한 구성으로 하고, 제 1 주축 (3a)과 제 2 주축 (3b)을 공구 (7)에 대하여 상대 이동시킴으로써 공구 (7)의 블레이드부 (7a)를 접합 공작물 W3에 눌러 접촉하여 절삭가공을 행하는 구성으로 할 수도 있다.
공작 기계 (1)는 제어부 C를 구비하고 있다. 제어부 C는, 예를 들면 CPU (중앙 처리 장치) 나 메모리 등의 기억 수단을 구비한 마이크로 컴퓨터로 구성 할 수 있다. 제어부 C는, 제 1 구동원 (6a), 제 2 구동원 (6b), 이동 수단 (8), 양 주축대 (4a, 4b)의 Z 축 및 X 축 슬라이드 이동기구 등에 연결되고, 양 주축 (3a, 3b)의 회전, 공구 (7)의 이동, 양 주축대 (4a, 4b)의 이동 등의 작동을 통합 제어 할 수 있다. 공작 기계 (1)는, 예를 들어 CNC 선반 등의 선반에 의하여 구성 할 수 있다.
제 1 공작물 W1 및 제 2 공작물 W2는, 예를 들어, 축 방향을 향한 단면 즉 제 1 접합면 S1, 제 2 접합면 S2가 각각 축 방향에 수직인 평탄면을 구비하는 금속제의 환봉 등으로 할 수 있다. 제 1 공작물 W1을 제 1 주축 (3a)의 후단으로부터 삽입되는 긴 환봉 재료로 하고, 제 1 주축 (3a)에 있어서 절삭 가공된 잔재로서 남는 제 1 공작물 W1을 제 2 공작물 W2로 할 수 있다.
제 1 주축 (3a)에 제 1 공작물 W1을 파지시킴과 동시에 제 2 주축 (3b)에 제 2 공작물 W2를 파지시키는 도 1에 도시된 상태에서, 제 1 주축 (3a)와 제 2 주축 (3b)의 Z 축 및 X 축으로의 상대 이동에 의하여, 도 2 (a)에 도시한 바와 같이, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를, 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2의 Z 축 방향 위치가 서로 일치하고, 서로의 축이 X 축 방향으로 어긋나 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2가 서로 X 축 방향으로 이격된 상태가 되도록 배치한다.
제 1 주축 (3a)와 제 2 주축 (3b)의 작동에 의하여, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2가 축 방향의 일방 측으로부터 볼 때 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전하는 상태에서, 도 2 (a)에 도시한 상태에서, 제 1 공작물 W1을 제 2 공작물 W2에 대하여 X 축 방향으로 상대 이동시켜, 동일 방향으로 동일회전수로 회전하는 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2를 서로 접촉시켜 마찰 가열한다(가열 공정). 가열 공정은, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 도 2 (b)와 같이 서로의 축이 어긋난 상태에서, 도 2 (c)와 같이 서로의 축이 일치하는 상태로 전환시킬 때까지 진행된다. 제 1 공작물 W1의 제 2 공작물 W2에 대한 X 축 방향으로의 상대 이동의 경우에, 필요에 따라 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 서로 강하게 누른 상태로 접촉시키는 것도 가능하다.
상기 가열 공정에 있어서는, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2는, 축 방향의 일방 측으로부터 볼 때 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전하고 있으므로, 도 3 (a)와 같이, 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2가 X 축 방향으로 서로 이격된 상태로부터, 도 3 (b)에 나타낸 바와 같이, 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2가 외주 가장자리 부분에서 서로 접촉 시작한 때에 최대 상대 속도를 가지며, 회전차에 의한 가장 큰 마찰열을 발생하여 큰 온도 상승과 함께 가열되고, 도 3 (d)에 나타낸 바와 같이, 서로의 축이 일치한 상태로 될 때까지 접합이 가능한 접합면의 온도를 유지하면서 연속하여 마찰 가열된다.
가열 공정은, 도 3 (c)에 나타낸 바와 같이, 제 1 접합면 S1의 중심 부분은 제 2 접합면 S2의 외주 가장자리부분에 회전 차이를 가지고 접촉하고, 제 2 접합면 S2의 중심 부분은 제 1 접합면 S1의 외주 가장자리 부분에 회전 차이를 가지고 접촉하게 되므로, 제 1 접합면 S1의 중심 부분 및 제 2 접합면 S2의 중심 부분도 마찰열에 의해 가열된다.
도 3 (d)에 나타낸 바와 같이, 제 1 주축 (3a)과 제 2 주축 (3b)의 축이 서로 일치하면, 제 1 주축 (3a) 및 제 2 주축 (3b)은 함께 회전하는 상태로 상대적인 회전 수의 차이가 0이 되고, 제 1 주축 (3a) 및 제 2 주축 (3b)가 서로 상대 회전하지 않는 상태로 되어 가열 공정은 종료한다.
제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2의 축이 일치하여 가열 공정이 완료되면, 다음에, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 압접하는 압접 공정이 수행된다. 압접 공정은 도 4와 같이, 서로의 축이 일치하는 동시에 동일한 방향으로 동일 회전수로 회전하여 서로 상대적으로 회전이 정지한 상태가 된 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 서로 접근하도록 Z 축 방향으로 상대 이동시켜, 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2를 소정의 압력 (업셋 압력)으로 축 방향 (Z 축 방향)으로 강하게 누름으로써 행하여 진다.
가열 공정 후의 압접 공정에 의하여, 한 쌍의 재료로서의 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2가 마찰 압접에 의하여 접합된다. 본 공작 기계 (1)은, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 마찰 압접하여 접합 공작물 W3로 한다. 본 실시예에 있어서, 압접 공정은, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 서로 가압하는 방향으로 이동시키는 양방의 주축 (3a, 3b)에 대한 이동 지령에 기초하여, 제 1 주축 (3a) 및 제 2 주축 (3b)를 함께 서로 근접하는 방향으로 이동시켜 이루어진다.
제 1 주축 (3a) 및 제 2 주축 (3b)를 함께 근접하는 방향으로 이동시키기 때문에, 예를 들면 일방의 주축을 Z 축 방향으로 정지시킨 상태에서 타방의 주축을 Z 축 방향으로 이동시켜 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 서로 누르는 경우에 비교하여, 제 1 주축 (3a) 및 제 2 주축 (3b)의 위치와 이동 지령 위치와의 오차에 따른 제어부 C의 오류를 용이하게 회피 할 수 있다.
본 실시예의 마찰 압접 방법에서는, 상기와 같이, 가열 공정에 있어서, 제 1 접합면 S1의 중심 부분에 제 2 접합면 S2의 외주 가장자리 부분이 접촉하고, 제 2 접합면 S2의 중심 부분에 제 1 접합면 S1의 외주 가장자리 부분이 접촉함으로써, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 동축으로 한 채 서로 상대 회전시켜 마찰 가열하는 경우에 비하여, 제 1 접합면 S1의 중심 부분 및 제 2 접합면 S2의 중심 부분은 각각 충분히 마찰 가열된다. 따라서, 압접 공정에 있어서, 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2를 전체적으로 마찰에 의한 온도 상승이 생기게 하여, 마찰 압접에 의한 접합면의 면적을 증가시켜, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2에 대하여 보다 접합 강도가 향상된 마찰 압접을 하는 것이 가능하다.
상기와 같이, 본 실시 예의 마찰 압접 방법에서는, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전시켜 가열 공정을 실시하도록 하고 있으므로, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2의 축이 일치하여 가열 공정이 완료되면, 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2는 상대적으로 정지한 상태가 된다. 따라서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 가열 공정이 완료된 후, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2의 회전을 정지시키지 않고, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 가열 공정과 동일한 회전 방향으로 동일한 회전수로 회전시킨 상태에서 상기한 압접 공정을 연속적으로 할 수 있다.
제 1 공작물 W1을 제 2 공작물 W2에 대하여 X 축 방향으로 상대 이동시키는 제 1 주축 (3a) 및 제 2 주축 (3b)의 X 축 방향으로의 이동은, 가열 공정의 완료 시 제 1 접합면 (S1) 제 2 접합면 S2의 온도가 마찰 압접에 필요한 온도를 유지하도록, 상대적인 회전 차의 저하에 의한 상기 온도의 저하를 고려하여 제어된다. 제 1 주축 (3a) 및 제 2 주축 (3b)의 X 축 방향으로의 이동 속도 등, 이동의 제어에 의하여, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2의 서로의 축이 일치 한 상태가 될 때까지, 제 1 접합면 S1 과 제 2 접합면 S2의 접합이 가능한 온도를 유지하면서 연속하여 용이하게 마찰 가열 할 수 있다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제 1 공작물 W1의 제 2 공작물 W2 대한 X 축 방향의 위치 X를 변화시켜 가열 공정을 실시하고, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2의 축이 일치하고, 위치 X가 0이되어 가열 공정이 완료하도록 하고 있으므로, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 동심으로 접합하는 경우는, 가열 공정이 완료된 후에, 제 1 공작물 W1의 제 2 공작물 W2 대한 X 축 방향의 위치 X를 변화시키지 않고, 그대로 압접 공정을 할 수 있다. 따라서, 가열 공정 후, 압접 공정을 시작하기까지의 시간을 단축하여, 신속하게 마찰 압접을 할 수 있다.
본 실시 예의 마찰 압접 방법은, 압접 공정 후, 재료인 접합 공작물 W3를 축 방향의 일방 측에서 볼 때 가열 공정 및 압접 공정에서와 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전시킨 채로 절삭 하는 절삭 공정을 연속하여 수행하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
가열 공정 및 압접 공정에서의 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2의 회전수는, 적당한 마찰 가열을 할 수 있음과 동시에 공구 (7)에 의한 절삭 가공에 적합한 회전수로 하는 것이 바람직하다.
접합 공작물 W3의 접합부의 외주면에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2의 마찰열에 의하여 연화된 부분이 압접 시 반경 방향 외측으로 돌출됨으로써 버(burr) B 가 발생할 수 있다. 상기 절삭 공정에 있어서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 이동 수단 (8)에 의하여 공구 (7)의 블레이드부 (7a)를 Z 축 방향으로 이동시킴으로써, 버(burr) B를 제거하는 절삭 가공을 할 수 있다.
본 실시 예의 마찰 압접 방법에서, 절삭 공정에서 접합 공작물 W3의 축 방향의 일방 측에서 본 회전 방향 및 회전수는, 가열 공정 및 압접 공정에서의 제 1 공작물 W1 및 제 2 공작물 W2의 회전 방향 및 회전수와 동일하게 되어 있기 때문에, 압접 공정이 완료된 후, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2의 회전수를 조정하지 않고, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 가열 공정 및 압접 공정과 동일한 회전 방향으로 동일한 회전수로 회전시킨 상태에서 상기 절삭 공정을 연속적으로 할 수 있다. 즉, 제 1 주축 (3a) 및 제 2 주축 (3b)의 회전을 정지시키지 않고, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제 1 공작물 W1 및 제 2 공작물 W2의 회전 방향, 회전 수를 동일하게 유지하면서, 가열 공정, 압접 공정, 절삭 공정의 모든 공정을 할 수 있다. 따라서, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 마찰 압접한 후에, 신속하게 접합 공작물 W3의 절삭 가공으로 전환 할 수 있고, 가공 시간을 단축 할 수 있다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 마찰 압접이 완료된 후에, 제 1 공작물 W1의 제 2 공작물 W2에 대한 X 축 방향의 위치 X를 변화시키지 않고, 그대로 연속하여 절삭 공정을 수행 할 수 있으며, 또한, 압접 공정과 절삭 공정 사이에, 제 1 척 (5a) 및 제 2 척 (5b)의 해제가 불필요한 경우는, 이 점으로 인하여도 가공 시간을 단축 할 수 있다. 또한 접합 공작물 W3의 버 B를 절삭 가공에 의하여 제거한 후, 접합 공작물 W3를 절삭 가공을 위하여 제 1 주축 (3a)에서 다시 파지 하는 경우에는 제 1 척 (5a) 및 제 2 척 (5b)의 해제는 필요하게 된다.
도 8 (a), (b)는 가열 공정의 변형 단계를 나타내는 설명도이고, 도 9 (a) ~ (c)는, 변형 예의 가열 공정에서 한 쌍의 재료의 축 방향의 일방 측에서 본 위치 관계 및 회전 방향을 나타내는 설명도이다. 도 8, 도 9에서는, 전술한 부재에 대응하는 부재에 동일한 부호를 붙이고 있다.
상기 실시 예에서는, 도 2 (a)에 나타낸 바와 같이, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를, 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2의 Z 축 방향 위치가 서로 일치하게 함과 동시에, 서로 축이 X 축 방향으로 어긋나서 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2가 서로 X 축 방향으로 이격된 상태가 되도록 배치 한 후, 제 1 공작물 W1을 제 2 공작물 W2에 대하여 X 축 방향으로 상대 이동시켜 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2를 서로 접촉시켜 가열 공정을 시작하도록 하고 있다.
이에 대하여, 도 8 (a)에 나타낸 바와 같이, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2가 외주 가장자리측의 일부에서 있어서만 서로 대향하도록 에 Z 축 방향으로 간격을 비어놓음과 동시에 서로의 축을 X 축 방향으로 이동 배치 한 후, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 서로 접근하도록 Z 축 방향으로 상대 이동시킴으로써, 도 8 (b)에 나타낸 바와 같이, 제 1 접합면 S1의 외주 가장자리측 부분과 제 2 접합면 S2의 외주 가장자리부분을 서로 접촉시키고, 가열 공정을 시작하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 간단한 제어로, 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2를 소정의 압착력으로 확실하게 접촉시킬 수 있다.
상기 변형 예에 있어서도, 도 9 (a)에 나타낸 바와 같이, 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2는 외주 가장자리 부분에서 서로 접촉하기 시작하고, 도 9 (b)에 나타낸 바와 같이, 제 1 접합면 S1의 중심 부분 및 제 2 접합면 S2의 중심 부분이 마찰열에 의해 가열된 후, 도 9 (c)에 나타낸 바와 같이, 서로의 축이 일치한 상태가 될 때까지 접합이 가능한 접합면의 온도를 유지하면서 연속하여 마찰 가열이 이루어진다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
예를 들어, 본 실시예의 마찰 압접 방법은, 도 1에 도시된 공작 기계 (1)을 이용하여 실시되는 것에 한정되지 않고, 대향하는 한 쌍의 주축을 갖춘 것이면, 다른 공작 기계 등을 이용하여 실시 할 수 있다. 또한, 제 2 공작물 W2를, 제 2 주축 (3b)와는 별도로, 제 1 주축 (3a)에 대향하여 설치되는 주축으로 파지시켜 마찰 압접 할 수 있다. 이 경우, 제 2 주축 (3b)와는 별도의 제 2 공작물 W2를 파지하는 주축은, 제 2 주축 (3b)와 함께 제 2 주축대 (4b)에 설치되는 것이 바람직하다. 제 2 주축 (3b)를 마찰 압접과는 다른 절삭 가공 등으로 사용할 수 있게 된다. 제 2 주축 (3b)의 마찰 압접과는 다른 절삭 가공은, 제 2 주축 (3b)과는 다른 주축에 의한 마찰 압접과 동시에 진행시킬 수 있게 된다.
상기 실시 예에서는, 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2가 외주 가장자리 부분에 있어서 서로 접촉하고 서로의 축이 일치한 상태로 하기 위하여 제 1 주축 (3a)를 이동시키는 예로 설명을 하였으나, 제 2 주축 (3b)를 이동 시켜도 좋고, 양 방의 주축을 상대적으로 이동 시켜도 좋다.
상기 실시 예에 있어서는, 제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2가 외주 가장자리 부분에 있어서 서로 접촉하고 서로의 축이 일치한 상태가 될 때까지의 이동의 축을 X 축으로 한 경우를 나타냈지만, Y 축 방향으로 이동 구동 가능한 구성이면, Y 축 방향으로의 이동에 의한 본 발명의 마찰 압접 방법도 가능하다.
제 1 접합면 S1과 제 2 접합면 S2가 외주 가장자리 부분에서 서로 접촉하고 서로의 축이 일치한 상태가 될 때까지의 X 축 이동 속도를 일정하게 하는 것 이외, 외주 가장자리 부분에 비교하여, 축심 방향으로 순차적으로 또는 단계적으로 상기 이동 속도를 증가하고 서로의 축심을 일치시키는 제어를 하는 것도 가능하다. 가열 공정에서의 이동 속도를 제어함으로써 접합면의 온도를 정밀하게 제어 할 수 있게 된다.
상기 실시 예에 있어서는, 제 1 공작물 W1, 제 2 공작물 W2로, 축 방향을 향하는 제 1 접합면 S1, 제 2 접합면 S2가, 각각 축 방향에 대하여 수직인 평탄면으로 된 금속 환봉으로 한 경우를 나타냈지만, 축 방향을 향하는 제 1 접합면 S1, 제 2 접합면 S2가, 각각 축 방향에 대하여 수직인 평탄면으로 된 것이면, 다른 재질의 물건이나, 다각형 기둥 모양 등의 다른 외경 치수, 형상의 것으로도 할 수 있다.
상기 실시 예에 있어서는, 마찰 압접 후, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2를 가열 공정 및 압접 공정과 동일한 회전 방향으로 동일한 회전수로 회전시킨 상태에서 절삭 공정을 연속하여 수행하도록 하고 있으나, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2의 회전수를 마찰 압접에 적합한 회전수로 마찰 압접을 실시한 후, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2의 회전수를 절삭 가공에 적합한 회전수로 변경하여 절삭하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우에 있어서도, 가열 공정, 압접 공정 및 절단 공정을, 제 1 공작물 W1과 제 2 공작물 W2의 회전을 멈추지 않고 할 수 있기 때문에 가공 시간을 단축 할 수 있다.
상기 실시 예에 있어서는, 제 1 공작물 W1의 축과 제 2 공작물 W2 축이 서로 일치하는 위치에서 압접 공정을 실시하도록 하고 있으나, 제 1 공작물 W1의 축과 제 2 공작물 W2 축이 서로 어긋난 위치에서 압접 공정을 실시하도록 하여도 좋다.
1 공작 기계
2 기대
3a 제 1 주축
3b 제 2 주축
4a 제 1 주축대
4b 제 2 주축대
5a 제 1 척
5b 제 2 척
6a 제 1 구동원
6b 제 2 구동원
7 공구
7a 블레이드부
8 이동 수단
9a 제 1 Z 축 가이드 레일
9b 제 2 Z 축 가이드 레일
10a 제 1 안장
10b 제 2 안장
11a 제 1 X 축 가이드 레일
11b 제 2 X 축 가이드 레일
W1 제 1 공작물(재료)
W2 제 2 공작물(재료)
W3 접합 공작물(재료)
C 제어부
S1 제 1 접합면
S2 제 2 접합면
B 버
2 기대
3a 제 1 주축
3b 제 2 주축
4a 제 1 주축대
4b 제 2 주축대
5a 제 1 척
5b 제 2 척
6a 제 1 구동원
6b 제 2 구동원
7 공구
7a 블레이드부
8 이동 수단
9a 제 1 Z 축 가이드 레일
9b 제 2 Z 축 가이드 레일
10a 제 1 안장
10b 제 2 안장
11a 제 1 X 축 가이드 레일
11b 제 2 X 축 가이드 레일
W1 제 1 공작물(재료)
W2 제 2 공작물(재료)
W3 접합 공작물(재료)
C 제어부
S1 제 1 접합면
S2 제 2 접합면
B 버
Claims (6)
- 대향하는 한 쌍의 주축으로 각각 파지한 한 쌍의 재료를, 한 쌍의 상기 재료의 대향하는 단면을 각각 접합면으로 하고, 한 쌍의 상기 재료의 서로의 축이 어긋난 상태에서 서로의 축이 일치하는 방향으로, 상기 접합면을 서로 접촉시켜 소정의 위치까지 이동시켜 마찰 가열하는 가열 공정과, 한 쌍의 상기 재료를 상기 소정의 위치에 압접하는 압접 공정을 구비하는 마찰 압접 방법에 있어서,
각각의 상기 재료를 축 방향의 일방 측으로부터 볼 때 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전시키면서 상기 가열 공정 및 상기 압접 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 마찰 압접 방법. - 청구항 1에 있어서,
한 쌍의 상기 재료의 축이 서로 일치하는 위치에서 상기 압접 공정을 수행하는 마찰 압접 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 압접 공정 후, 상기 재료를 축 방향의 일방측으로부터 볼 때 상기 가열 공정 및 상기 압접 공정에서와 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전시킨 상태에서 절삭하는 절삭 공정을 수행하는 마찰 압접 방법. - 대향하는 한 쌍의 주축과,
한 쌍의 상기 주축으로 각각 파지한 한 쌍의 재료를, 한 쌍의 상기 재료의 대향하는 단면을 각각 접합면으로 하고, 한 쌍의 상기 재료의 서로의 축이 어긋난 상태에서 서로의 축이 일치하는 방향으로, 상기 접합면을 서로 접촉시켜 소정의 위치까지 이동시켜 마찰 가열하는 가열 공정과, 한 쌍의 상기 재료를 상기 소정의 자리에 압접하는 압접 공정을 수행하도록, 한 쌍의 상기 주축의 이동 및 회전을 제어하는 제어부를 구비하는 공작 기계에 있어서,
상기 제어부가, 한 쌍의 상기 주축을, 축 방향의 일방 측으로부터 볼 때 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전시키면서 상기 가열 공정 및 상기 압접 공정을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공작 기계. - 청구항 4에 있어서,
상기 제어부가, 한 쌍의 상기 재료의 축이 서로 일치하는 위치에서 상기 압접 공정을 수행하도록 제어하는 공작 기계. - 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 제어부에 의하여 이동이 제어되는 공구를 구비하고,
상기 제어부가, 상기 압접 공정 후, 한 쌍의 상기 주축을, 축 방향의 일방 측으로부터 볼 때 상기 가열 공정 및 상기 압접 공정에서와 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전시킨 상태로 상기 공구를 이동시켜 이 공구에 의하여 상기 재료를 절삭하는 절삭 공정을 수행하는 공작 기계.
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