WO2020031608A1 - 工作機械 - Google Patents

工作機械 Download PDF

Info

Publication number
WO2020031608A1
WO2020031608A1 PCT/JP2019/027579 JP2019027579W WO2020031608A1 WO 2020031608 A1 WO2020031608 A1 WO 2020031608A1 JP 2019027579 W JP2019027579 W JP 2019027579W WO 2020031608 A1 WO2020031608 A1 WO 2020031608A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spindle
work
workpiece
main shaft
main
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/027579
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敏之 鈴木
春彦 御園
Original Assignee
シチズン時計株式会社
シチズンマシナリー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シチズン時計株式会社, シチズンマシナリー株式会社 filed Critical シチズン時計株式会社
Priority to JP2020536401A priority Critical patent/JPWO2020031608A1/ja
Publication of WO2020031608A1 publication Critical patent/WO2020031608A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool capable of friction-welding a pair of works.
  • Patent Document 1 has a problem that a dedicated high-frequency induction heating coil must be provided on the machine tool in order to heat a workpiece having a higher softening point.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a machine tool capable of easily joining two works having different softening points.
  • a machine tool includes a first spindle that grips a first workpiece, a second spindle that grips a second workpiece and can face the first spindle, and a first spindle that grips a friction heating member.
  • a third main shaft capable of facing the first main shaft, an axial moving mechanism that moves the first main shaft relative to the second main shaft and the third main shaft in the axial direction, and a third main shaft that moves the first main shaft to the second main shaft and the third main shaft.
  • a lateral movement mechanism for performing relative movement in a lateral direction orthogonal to the axial direction with respect to the three main shafts, and a first main shaft, the second main shaft, the third main shaft, the axial movement mechanism, and the lateral movement mechanism.
  • Control means for controlling operation of the machine tool wherein the control means causes the first main spindle to face the third main spindle by the lateral movement mechanism and to approach the third main spindle.
  • Relative movement in the direction A friction heating step of frictionally heating the first work by bringing the first work gripped by the first spindle and the friction heating member gripped by the third spindle into contact with each other in a state of being relatively rotated with each other;
  • the first workpiece heated by the friction heating step by causing the first main shaft to face the second main shaft by the lateral movement mechanism and to move in the axial direction so as to approach the second main shaft.
  • the operation of the first main shaft, the second main shaft, the third main shaft, the axial movement mechanism, and the lateral movement mechanism is controlled so as to perform the joining step of joining.
  • control unit may contact the first work gripped by the first spindle and the second workpiece gripped by the second spindle in the heating step. It is preferable to control the operation of the first main shaft and the second main shaft so that the first work and the second work are frictionally heated by being relatively rotated while being kept.
  • the second work is preferably made of a material having a lower softening point than the first work.
  • the friction heating member is made of a material having the same softening point as the first work.
  • the control means unloads the joined work joined in the joining step and transfers the friction heating member from the third spindle to the first spindle to generate the friction.
  • (A)-(c) is explanatory drawing which shows the procedure which makes each of three main spindles hold
  • (A)-(d) is an explanatory view showing a procedure of friction-welding two works having different softening points using three main shafts. It is a characteristic diagram which shows the temperature change of two workpiece
  • the machine tool 1 shown in FIG. 1 has a configuration in which a function of friction welding is added to a lathe such as a CNC lathe, for example, and is arranged on a base 2 such that three axial directions are arranged along the Z-axis direction. It has a main shaft, that is, a first main shaft 3a, a second main shaft 3b, and a third main shaft 3c.
  • First spindle 3a is provided with a first chuck 4a at the tip, can be by the first chuck 4a grips the first workpiece W 1.
  • First spindle 3a can be rotated with a driving source such as an electric motor built-in, not shown, the first workpiece W 1 gripped by the first chuck 4a is driven by a driving source.
  • Second spindle 3b is provided with a second chuck 4b at the tip, it can be by the second chuck 4b grips the second workpiece W 2.
  • Second spindle 3b can be rotated with a driving source such as an electric motor built-in, not shown, the second workpiece W 2 which is gripped by the second chuck 4b are driven by a drive source.
  • the third spindle 3c is provided with a third chuck 4c at the tip, and the third chuck 4c can grip the friction heating member.
  • the friction heating member is a third work W 3.
  • the third main spindle 3c can be rotated a third workpiece W 3 to a driving source such as an electric motor built-in, not shown, it is gripped by the third chuck 4c is driven by a driving source.
  • the first main shaft 3a is arranged with the first chuck 4a facing one side (the right side in FIG. 1) in the Z-axis direction, whereas the second main shaft 3b and the third main shaft 3c are respectively arranged in the second main shaft 3b.
  • the chuck 4b to the third chuck 4c are arranged facing the other side (left side in FIG. 1) in the Z-axis direction.
  • the machine tool 1 is an X-axis direction moving mechanism (lateral moving mechanism) for relatively moving the first main shaft 3a in the X-axis direction (lateral direction) perpendicular to the Z-axis direction with respect to the second main shaft 3b and the third main shaft 3c.
  • the X-axis direction moving mechanism 5 includes an X-axis stage 5a on which the first main shaft 3a is mounted, and a pair of X-axis guide rails 5b fixed to the base 2 and movably supporting the X-axis stage 5a. Each of the pair of X-axis guide rails 5b extends in the X-axis direction.
  • the X-axis direction moving mechanism 5 is provided with an X-axis driving source 5c and a ball screw mechanism (not shown).
  • the X-axis driving source 5c drives the X-axis stage 5a in the X-axis direction via the ball screw mechanism.
  • the first main shaft 3a can be moved in the X-axis direction along the X-axis guide rail 5b together with the X-axis stage 5a.
  • the first main shaft 3a can selectively oppose the second main shaft 3b and the third main shaft 3c by moving in the X-axis direction.
  • the machine tool 1 also has a first Z-axis direction moving mechanism (axial direction moving mechanism) 6 for moving the first main shaft 3a relative to the second main shaft 3b and the third main shaft 3c in the Z-axis direction.
  • the first Z-axis direction moving mechanism 6 includes a pair of first Z-axis guide rails 6a fixed to the X-axis stage 5a and movably supporting the first main shaft 3a. Each extends in the Z-axis direction.
  • the first Z-axis direction moving mechanism 6 is provided with a first Z-axis drive source 6b and a ball screw mechanism (not shown), and drives the first main shaft 3a via the ball screw mechanism by the first Z-axis drive source 6b.
  • the first main shaft 3a can be moved in the Z-axis direction along the first Z-axis guide rail 6a.
  • the machine tool 1 has a second Z-axis direction moving mechanism 7 for moving the second main shaft 3b in the Z-axis direction.
  • the second Z-axis direction moving mechanism 7 includes a pair of second Z-axis guide rails 7a fixed to the base 2 and movably supporting the second main shaft 3b. It extends in the Z-axis direction.
  • the second Z-axis direction moving mechanism 7 is provided with a second Z-axis drive source 7b and a ball screw mechanism (not shown), and drives the second main shaft 3b via the ball screw mechanism by the second Z-axis drive source 7b.
  • the second main shaft 3b can be moved in the Z-axis direction along the second Z-axis guide rail 7a.
  • the machine tool 1 has a third Z-axis direction moving mechanism 8 for moving the third main shaft 3c in the Z-axis direction.
  • the third Z-axis direction moving mechanism 8 includes a pair of third Z-axis guide rails 8a fixed to the base 2 and movably supporting the third main shaft 3c. It extends in the Z-axis direction.
  • the third Z-axis direction moving mechanism 8 is provided with a third Z-axis drive source 8b and a ball screw mechanism (not shown), and drives the third main shaft 3c via the ball screw mechanism by the third Z-axis drive source 8b.
  • the third main shaft 3c can be moved in the Z-axis direction along the third Z-axis guide rail 8a.
  • a servo motor (electric motor) can be used as each of the first Z-axis drive source 6b, the second Z-axis drive source 7b, and the third Z-axis drive source 8b.
  • the machine tool 1, and the second workpiece W 2 loader 9a is provided adjacent to the second spindle 3b, it is possible to automatically supply the second workpiece W 2 from the loader 9a to the second main shaft 3b together, and it is capable of carrying out for the next step by the first workpiece W 1 to the second joint joining the workpiece W 2 workpiece W 4 loader 9a. Furthermore, the machine tool 1, the third and the third workpiece W 3 loader 9b are provided adjacent to the main shaft 3c, to automatically provide a third workpiece W 3 from the loader 9b to the third main spindle 3c Is available.
  • the machine tool 1 has a control unit 10 as control means.
  • the control unit 10 can be configured by a microcomputer including storage means such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory.
  • Control unit 10 first main shaft 3a, the second spindle 3b, third spindle 3c, the 1Z-axis driving source 6b, the 2Z-axis driving source 7b, the 3Z-axis driving source 8b, the second workpiece W 2 loader 9a and are connected to a third loader 9b of the workpiece W 3, these are controlled integrated according to the following procedure, the first workpiece W 1 and gripped by the first spindle 3a is gripped by the second spindle 3b the second and the workpiece W 2 was capable of friction welding.
  • a CPU Central Processing Unit
  • the second workpiece W to the second chuck 4b supplies the second workpiece W 2 from the second workpiece W 2 loader 9a to the second main spindle 3b 2 together to grip the third to hold the workpiece W 3 from the third workpiece W 3 loader 9b supplies the third workpiece W 3 to the third main spindle 3c in the third chuck 4c.
  • the first main shaft 3a faces the third main shaft 3c without gripping the work.
  • the third workpiece W 3 of the third main spindle 3c were delivered to the first spindle 3a is moved in the Z axis direction so as to be separated from the first spindle 3a original position the return and supply a new third workpiece W 3 to the third main spindle 3c from the third workpiece W 3 loader 9b, third to hold the workpiece W 3 in the third chuck 4c.
  • the third and third workpiece W 3 from the loader 9b of the workpiece W 3 is supplied to the third main spindle 3c, and the first workpiece W 1 gripped by the first spindle 3a made of a material of the same softening point It is.
  • the second workpiece W 2 are of low softening point material than the first workpiece W 1 to the third workpiece W 3.
  • a steel rod or the like can be used, but another metal material or a material other than metal is used. It is also possible to use various shapes.
  • the first spindle 3a holding the first workpiece W 1 and the third main spindle 3c gripping the third workpiece W 3 are opposed, the second spindle 3b is gripping a second work W 2 State.
  • the first workpiece W 1 gripped by the first spindle 3a performs frictional heating process of friction heat.
  • the first main shaft 3a facing the third main shaft 3c is rotated at a rotation speed suitable for friction heating, and in this state, the first main shaft 3a is moved to the third main shaft 3a. It is moved in the Z-axis direction to approach the 3c, a third relative to each other and a joint surface of the workpiece W 3 which is gripped by the first bonding surface of the work W 1 gripped by the first spindle 3a and the third main spindle 3c Make contact while rotating.
  • the bonding surface of the first workpiece W 1 it is frictionally heated from room temperature to a predetermined temperature at which the said first softening point of the workpiece W 1 TN 1 or more.
  • the friction in the heating step, relative to the first workpiece W 1 is rotated only by a rotational speed suitable for frictional heating third spindle 3c while stopping the rotation of the first spindle 3a and the third workpiece W 3 may be rotated, it may be first spindle 3a and the third main spindle 3c and the first workpiece W 1 is rotated in the same direction at different rotational speeds and a third workpiece W 3 so as to rotate relative , first spindle 3a and the third main spindle 3c and the first workpiece W 1 is rotated in opposite directions at different rotational speeds or the same rotational speed and a third workpiece W 3 may be caused to rotate relative to each other.
  • the rotation of the first main shaft 3a is stopped, and then, as shown in FIG. 3B, the first main shaft 3a is moved in the Z-axis direction so as to be separated from the third main shaft 3c. from moving in the X-axis direction until the opposite position to the second spindle 3b, to face the first workpiece W 1 gripped by the first spindle 3a second to the work W 2 held by the second spindle 3b. Then, as shown in FIG. 3C, the first main shaft 3a and the second main shaft 3b are moved in the Z-axis direction so as to approach each other, and the first main shaft 3a is frictionally heated to a predetermined temperature in the friction heating step.
  • the first main shaft 3a and the second main shaft 3b are stopped without rotating.
  • the first work W 1 heat heated by the frictional heating process that is transmitted to the second workpiece W 2, the second workpiece W 2 second workpiece W 2 the softening point TN 2 or more is heated to a predetermined temperature.
  • first the work W 1 which has been heated by friction heating step, and a second workpiece W 2 simply because it is possible to heat the second workpiece W 2 in contact, softening than the first workpiece W 1 thereby heating the low point second workpiece W 2 to the softening point TN 2 or higher.
  • the first temperature of the workpiece W 1 that temperature by heat is transferred to the second work W 2 is lowered, it is the softening point TN 1 or at the completion of the heating step.
  • the bonding surface of the first workpiece W 1 and the second workpiece W first spindle 3a remains the bonding surface was contacted with each other for 2 and the second main spindle 3b by causing relative rotation, even when the first workpiece W 1 and a second workpiece W 2 to be heated by friction heat Good. Accordingly, the temperature of the first bonding surface of the workpiece W 1 and the second workpiece W 2, it is possible to enhance the respective softening point TN 1, TN 2 or more.
  • FIG. 3 (d) When the heating process is completed, FIG. 3 (d), the is moved in the Z axis direction so as to approach the first spindle 3a to the second main shaft 3b, a second that is heated first workpiece W 1 bonding step of bonding is performed by pressing the workpiece W 2.
  • the bonding step the bonding surface of the first workpiece W 1 is pressed in the direction along the Z-axis direction in the second workpiece W 2 of the predetermined pressure required to joined to the joint surface (upset pressure), the first work W 1 and second workpiece W 2 and is pressed in a state capable of solid-phase bonding is a joining work W 4.
  • Machine tool 1 of this embodiment first main shaft 3a, by using the three principal axes of the second spindle 3b, and the third main spindle 3c, first different softening point from each other workpiece W 1 and the second workpiece W 2 upon for friction welding the door, and frictional heating of high softening point first workpiece W 1 between the third workpiece W 3 of the same material having the same softening point and which is heated to a predetermined temperature, the first work W 1 a second workpiece W 2 to the contacted first the first temperature of the workpiece W 1 by causing transferring heat workpiece W 1 to the second workpiece W 2 softening point TN 1 or more and after friction heating since the second temperature of the workpiece W 2 was set as the softening point TN 2 or more with a, it is possible to easily bond the first work W 1 and the second workpiece W 2 having different softening point from each other .
  • the first work W 1 and the second workpiece W 2 is friction welding, a first workpiece W 1 and the second workpiece W 2 and is integrated by bonding the workpiece W 4 Become.
  • the first work W 1 and is softened portion of the second workpiece W 2 burr B is caused by being pushed radially outwardly during pressing, the machine tool 1 functions as a lathe with the result, can be configured for cutting by a tool (not shown) the burr B generated in the bonding work W 4.
  • the cutting to remove the remains burr B holding the bonded workpiece W 4 in the first spindle 3a and the second main spindle 3b can be carried out continuously, I am possible to shorten the processing time.
  • First spindle 3a is the X-axis direction movement mechanism 5 moves to a position opposed to the loader 9a, gripping the junction workpiece W 4 according to the first chuck 4a is released, joining the workpiece W 4 is being passed to the loader 9a the It is carried out to the next process by the loader 9a.
  • the present invention relates to a machine tool provided with a plurality of spindles provided with a tool rest capable of processing a workpiece with a tool, in a friction welding step, a heating step, a joining step, and a cutting step of a workpiece held by each spindle at opposing positions. Therefore, it is possible to perform a cutting process such as a cutting process on the work before the friction heating process and a deburring process on the work after the joining. Therefore, it is possible to easily perform frictional heating and joining of the work with a structure necessary for processing the work without newly providing equipment in the machine tool.
  • the X-axis direction moving mechanism 5 is not limited to moving the first main shaft 3a in the X-axis direction, and moving the second main shaft 3b and the third main shaft 3c without moving the first main shaft 3a in the X-axis direction. It may be configured to move in the axial direction.
  • the second main axis 3b to the third main axis 3c are moved in the Z-axis direction without moving the first main axis 3a in the Z-axis direction. It may be configured to move in the direction.
  • the first temperature of the workpiece W 1 at the completion of the heating step is set to be the softening point TN 1 above, the first temperature of the workpiece W 1 at the completion of the heating step the softening point TN It may be less than one .
  • machine tool 1 of this embodiment for applications where friction joining the first workpiece W 1 to the difference in softening point from each other and a second workpiece W 2, the machine tool 1 Can also be used for the purpose of frictionally joining a pair of works having the same softening point to each other.
  • the friction heating member is held on the third main spindle 3c, the first spindle 3a a first workpiece W 1 as the first workpiece W 1 is delivered to the first main shaft 3a after friction heating the third was the work W 3 being gripped, not limited to this, frictional heating element, without being used as a work, always gripped by the third main spindle 3c, frictionally heating a first workpiece W 1 May be used as a dedicated member.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

第１主軸（３ａ）、第２主軸（３ｂ）、第３主軸（３ｃ）、軸方向移動機構（６）、横方向移動機構（５）及び制御手段（１０）を有する工作機械（１）であって、制御手段（１０）が、第１ワーク（Ｗ１）と摩擦加熱用部材（Ｗ３）とを互いに相対回転させた状態で接触させて第１ワーク（Ｗ１）を摩擦加熱する摩擦加熱工程と、摩擦加熱された第１ワーク（Ｗ１）を第２ワーク（Ｗ２）に接触させて第２ワーク（Ｗ２）を加熱する加熱工程と、第１ワーク（Ｗ１）を第２ワーク（Ｗ２）に押圧して接合させる接合工程と、を行うように、第１主軸（３ａ）、第２主軸（３ｂ）、第３主軸（３ｃ）、軸方向移動機構（６）及び横方向移動機構（５）の作動を制御することを特徴とする工作機械（１）。

Description

工作機械
　本発明は、一対のワークを摩擦圧接することができる工作機械に関する。
　従来、軟化点が相違する２つワークを摩擦圧接する工作機械として、特許文献１に記載されるように、２つのワークを摩擦接合する前に、高周波誘導加熱コイルを用いて軟化点の高い方のワークを予め加熱しておくことで、摩擦接合時に２つのワークを同程度に変形させるようにしたものが知られている。
特開昭６３－１８８４８４号公報
　特許文献１に記載される工作機械には、軟化点の高い方のワークを加熱するために専用の高周波誘導加熱コイルを工作機械に設けなければならないという問題点があった。
　本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、軟化点が互いに相違する２つのワークを容易に接合することができる工作機械を提供することにある。
　本発明の工作機械は、第１ワークを把持する第１主軸と、第２ワークを把持するとともに前記第１主軸に対向可能な第２主軸と、摩擦加熱用部材を把持するとともに前記第１主軸に対向可能な第３主軸と、前記第１主軸を前記第２主軸及び前記第３主軸に対して軸方向に相対移動させる軸方向移動機構と、前記第１主軸を前記第２主軸及び前記第３主軸に対して前記軸方向に直交する横方向に相対移動させる横方向移動機構と、前記第１主軸、前記第２主軸、前記第３主軸、前記軸方向移動機構及び前記横方向移動機構の作動を制御する制御手段と、を有する工作機械であって、前記制御手段が、前記第１主軸を前記横方向移動機構によって前記第３主軸に対向させるとともに前記第３主軸に接近するように軸方向に相対移動させることで前記第１主軸に把持された前記第１ワークと前記第３主軸に把持された前記摩擦加熱用部材とを互いに相対回転させた状態で接触させて前記第１ワークを摩擦加熱する摩擦加熱工程と、前記第１主軸を前記横方向移動機構によって前記第２主軸に対向させるとともに前記第２主軸に接近するように軸方向に相対移動させることで前記摩擦加熱工程により加熱された前記第１ワークを前記第２主軸に把持された前記第２ワークに接触させて前記第２ワークを加熱する加熱工程と、前記摩擦加熱工程により加熱された前記第１ワークと、前記第２ワークとを押圧して接合させる接合工程と、を行うように、前記第１主軸、前記第２主軸、前記第３主軸、前記軸方向移動機構及び前記横方向移動機構の作動を制御することを特徴とする。
　本発明の工作機械は、上記構成において、前記制御手段が、前記加熱工程において、前記第１主軸に把持された前記第１ワークと前記第２主軸に把持された前記第２ワークとを互いに接触させたまま相対回転させて前記第１ワーク及び前記第２ワークを摩擦加熱するように、前記第１主軸及び前記第２主軸の作動を制御するのが好ましい。
　本発明の工作機械は、上記構成において、前記第２ワークが前記第１ワークよりも軟化点の低い材質のものからなるのが好ましい。
　本発明の工作機械は、上記構成において、前記摩擦加熱用部材が前記第１ワークと同じ軟化点の材質からなるのが好ましい。
　本発明の工作機械は、上記構成において、前記制御手段が、前記接合工程によって接合された接合ワークを搬出するとともに、前記第３主軸から前記第１主軸に前記摩擦加熱用部材を受け渡して該摩擦加熱用部材を第１ワークとして前記第１主軸に把持させ、前記第３主軸に新たな摩擦加熱用部材を把持させるワーク搬出入工程を行うとともに、前記摩擦加熱工程、前記加熱工程、前記接合工程及び前記ワーク搬出入工程を連続して繰り返し行うように、前記第１主軸、前記第２主軸、前記第３主軸、前記軸方向移動機構及び前記横方向移動機構の作動を制御するのが好ましい。
　本発明によれば、軟化点が互いに相違する２つのワークを容易に接合することができる工作機械を提供することができる。
本発明の一実施形態である工作機械の構成を概略で示す説明図である。 （ａ）～（ｃ）は、３つの主軸のそれぞれにワークを把持させる手順を示す説明図である。 （ａ）～（ｄ）は、３つの主軸を用いて軟化点が相違する２つのワークを摩擦圧接する手順を示す説明図である。 加熱工程における２つのワークの温度変化を示す特性線図である。
　図１に示す工作機械１は、例えばＣＮＣ旋盤等の旋盤に摩擦圧接の機能を付加した構成のものであり、基台２上に、軸方向をＺ軸方向に沿う姿勢として配置される３つの主軸つまり第１主軸３ａ、第２主軸３ｂ及び第３主軸３ｃを有している。
　第１主軸３ａは先端に第１チャック４ａを備え、第１チャック４ａにより第１ワークＷ１を把持することができる。第１主軸３ａは、図示しないビルトイン式の電動モータ等の駆動源を備え、駆動源により駆動されて第１チャック４ａで把持した第１ワークＷ１を回転させることができる。
　第２主軸３ｂは先端に第２チャック４ｂを備え、第２チャック４ｂにより第２ワークＷ２を把持することができる。第２主軸３ｂは、図示しないビルトイン式の電動モータ等の駆動源を備え、駆動源により駆動されて第２チャック４ｂで把持した第２ワークＷ２を回転させることができる。
　第３主軸３ｃは先端に第３チャック４ｃを備え、第３チャック４ｃにより摩擦加熱用部材を把持することができる。本実施の形態では、摩擦加熱用部材は第３ワークＷ３である。第３主軸３ｃは、図示しないビルトイン式の電動モータ等の駆動源を備え、駆動源により駆動されて第３チャック４ｃで把持した第３ワークＷ３を回転させることができる。
　第１主軸３ａは第１チャック４ａをＺ軸方向の一方側（図１中において右側）に向けて配置されており、これに対して、第２主軸３ｂ及び第３主軸３ｃは、それぞれ第２チャック４ｂないし第３チャック４ｃをＺ軸方向の他方側（図１中において左側）に向けて配置されている。
　工作機械１は、第１主軸３ａを第２主軸３ｂ及び第３主軸３ｃに対してＺ軸方向に直交するＸ軸方向（横方向）に相対移動させるＸ軸方向移動機構（横方向移動機構）５を有している。Ｘ軸方向移動機構５は、第１主軸３ａが搭載されるＸ軸ステージ５ａと、基台２に固定されてＸ軸ステージ５ａを移動自在に支持する一対のＸ軸ガイドレール５ｂとを備えており、一対のＸ軸ガイドレール５ｂは、それぞれＸ軸方向に向けて延びている。Ｘ軸方向移動機構５にはＸ軸用駆動源５ｃとボールネジ機構（不図示）とが設けられており、Ｘ軸用駆動源５ｃによってボールネジ機構を介してＸ軸ステージ５ａをＸ軸方向に駆動することで、第１主軸３ａをＸ軸ステージ５ａとともにＸ軸ガイドレール５ｂに沿ってＸ軸方向に移動させることができる。第１主軸３ａは、Ｘ軸方向に移動することで、第２主軸３ｂ及び第３主軸３ｃに選択的に対向することができる。
　また、工作機械１は、第１主軸３ａを第２主軸３ｂ及び第３主軸３ｃに対してＺ軸方向に相対移動させる第１Ｚ軸方向移動機構（軸方向移動機構）６を有している。第１Ｚ軸方向移動機構６は、Ｘ軸ステージ５ａに固定されて第１主軸３ａを移動自在に支持する一対の第１Ｚ軸ガイドレール６ａを備えており、一対の第１Ｚ軸ガイドレール６ａは、それぞれＺ軸方向に向けて延びている。第１Ｚ軸方向移動機構６には第１Ｚ軸用駆動源６ｂとボールネジ機構（不図示）とが設けられており、第１Ｚ軸用駆動源６ｂによってボールネジ機構を介して第１主軸３ａを駆動することで、第１主軸３ａを第１Ｚ軸ガイドレール６ａに沿ってＺ軸方向に移動させることができる。
　工作機械１は、第２主軸３ｂをＺ軸方向に移動させる第２Ｚ軸方向移動機構７を有している。第２Ｚ軸方向移動機構７は、基台２に固定されて第２主軸３ｂを移動自在に支持する一対の第２Ｚ軸ガイドレール７ａを備えており、一対の第２Ｚ軸ガイドレール７ａは、それぞれＺ軸方向に向けて延びている。第２Ｚ軸方向移動機構７には第２Ｚ軸用駆動源７ｂとボールネジ機構（不図示）とが設けられており、第２Ｚ軸用駆動源７ｂによってボールネジ機構を介して第２主軸３ｂを駆動することで、第２主軸３ｂを第２Ｚ軸ガイドレール７ａに沿ってＺ軸方向に移動させることができる。
　工作機械１は、第３主軸３ｃをＺ軸方向に移動させる第３Ｚ軸方向移動機構８を有している。第３Ｚ軸方向移動機構８は、基台２に固定されて第３主軸３ｃを移動自在に支持する一対の第３Ｚ軸ガイドレール８ａを備えており、一対の第３Ｚ軸ガイドレール８ａは、それぞれＺ軸方向に向けて延びている。第３Ｚ軸方向移動機構８には第３Ｚ軸用駆動源８ｂとボールネジ機構（不図示）とが設けられており、第３Ｚ軸用駆動源８ｂによってボールネジ機構を介して第３主軸３ｃを駆動することで、第３主軸３ｃを第３Ｚ軸ガイドレール８ａに沿ってＺ軸方向に移動させることができる。
　第１Ｚ軸用駆動源６ｂ、第２Ｚ軸用駆動源７ｂ及び第３Ｚ軸用駆動源８ｂとしては、それぞれサーボモータ（電動モータ）を用いることができる。
　工作機械１には、第２主軸３ｂに隣接して第２ワークＷ２のローダー９ａが設けられており、ローダー９ａから第２主軸３ｂに第２ワークＷ２を自動的に供給することができるとともに、第１ワークＷ１に第２ワークＷ２を接合した接合ワークＷ４をローダー９ａにより次工程に向けて搬出することができるようになっている。また、工作機械１には、第３主軸３ｃに隣接して第３ワークＷ３のローダー９ｂが設けられており、ローダー９ｂから第３主軸３ｃに第３ワークＷ３を自動的に供給することができるようになっている。
　工作機械１は制御手段としての制御部１０を有している。制御部１０は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）やメモリ等の記憶手段を備えたマイクロコンピュータで構成することができる。制御部１０は、第１主軸３ａ、第２主軸３ｂ、第３主軸３ｃ、第１Ｚ軸用駆動源６ｂ、第２Ｚ軸用駆動源７ｂ、第３Ｚ軸用駆動源８ｂ、第２ワークＷ２のローダー９ａ及び第３ワークＷ３のローダー９ｂに接続されており、これらを以下に示す手順で統合制御して、第１主軸３ａに把持された第１ワークＷ１と第２主軸３ｂに把持された第２ワークＷ２とを摩擦圧接することができる。
　以下に、工作機械１により各主軸にワークを把持させる手順について説明する。
　まず、図２（ａ）に示すように、ワーク搬出入工程として、第２ワークＷ２のローダー９ａから第２主軸３ｂに第２ワークＷ２を供給して第２チャック４ｂに第２ワークＷ２を把持させるとともに、第３ワークＷ３のローダー９ｂから第３主軸３ｃに第３ワークＷ３を供給して第３チャック４ｃに第３ワークＷ３を把持させる。このとき、第１主軸３ａはワークを把持せずに第３主軸３ｃと対向している。次に、図２（ｂ）に示すように、第３主軸３ｃを第１主軸３ａに接近するようにＺ軸方向に移動させ、第３主軸３ｃが把持している第３ワークＷ３を第１主軸３ａに受け渡し、第３ワークＷ３を第１ワークＷ１として第１主軸３ａの第１チャック４ａに把持させる。次に、図２（ｃ）に示すように、第３ワークＷ３を第１主軸３ａに受け渡した第３主軸３ｃを第１主軸３ａから離間するようにＺ軸方向に移動させて元の位置に戻し、第３ワークＷ３のローダー９ｂから第３主軸３ｃに新たな第３ワークＷ３を供給し、第３チャック４ｃに第３ワークＷ３を把持させる。
　ここで、第３ワークＷ３のローダー９ｂから第３主軸３ｃに供給される第３ワークＷ３と、第１主軸３ａに把持されている第１ワークＷ１とは同じ軟化点の材質のものである。一方、第２ワークＷ２は、第１ワークＷ１ないし第３ワークＷ３よりも軟化点の低い材質のものである。なお、第１ワークＷ１、第２ワークＷ２及び第３ワークＷ３としては、例えば鋼材製の丸棒などを用いることができるが、他の金属材料製のものや金属以外の材料を用いることもでき、また、種々の形状のものを用いることもできる。
　上記ワーク搬出入工程により、第１ワークＷ１を把持した第１主軸３ａと第３ワークＷ３を把持した第３主軸３ｃとが対向するとともに、第２主軸３ｂが第２ワークＷ２を把持した状態とされる。
　次に、工作機械１により第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とを摩擦圧接する手順について説明する。
　第１主軸３ａに把持された第１ワークＷ１を摩擦加熱する摩擦加熱工程を行う。摩擦加熱工程においては、図３（ａ）に示すように、第３主軸３ｃに対向する第１主軸３ａを摩擦加熱に適した回転速度で回転させ、この状態で第１主軸３ａを第３主軸３ｃに接近するようにＺ軸方向に移動させ、第１主軸３ａに把持された第１ワークＷ１の接合面と第３主軸３ｃに把持された第３ワークＷ３の接合面とを互いに相対回転させた状態で接触させる。これにより、図４に示すように、第１ワークＷ１の接合面が、常温から当該第１ワークＷ１の軟化点ＴＮ１以上となる所定の温度にまで摩擦加熱される。
　なお、摩擦加熱工程においては、第１主軸３ａの回転を停止させたまま第３主軸３ｃのみを摩擦加熱に適した回転速度で回転させて第１ワークＷ１と第３ワークＷ３とを相対回転させるようにしてもよく、第１主軸３ａと第３主軸３ｃとを異なる回転速度で同一方向に回転させて第１ワークＷ１と第３ワークＷ３とを相対回転させるようにしてもよく、第１主軸３ａと第３主軸３ｃとを異なる回転速度または同一の回転速度で互いに逆方向に回転させて第１ワークＷ１と第３ワークＷ３とを相対回転させるようにしてもよい。
　摩擦加熱工程が完了すると、第１主軸３ａの回転を停止させた後、図３（ｂ）に示すように、第１主軸３ａを第３主軸３ｃから離間するようにＺ軸方向に移動させてから第２主軸３ｂに対向する位置にまでＸ軸方向に移動させ、第１主軸３ａに把持された第１ワークＷ１を第２主軸３ｂに把持された第２ワークＷ２に対向させる。そして、図３（ｃ）に示すように、第１主軸３ａと第２主軸３ｂとが接近するようにＺ軸方向に移動させて、摩擦加熱工程において所定の温度にまで摩擦加熱された第１ワークＷ１の接合面を第２主軸３ｂに把持された第２ワークＷ２の接合面に接触させて加熱工程を行う。加熱工程においては、第１主軸３ａ及び第２主軸３ｂは共に回転せずに停止した状態とされる。
　図４に示すように、加熱工程においては、摩擦加熱工程で加熱された第１ワークＷ１の熱が第２ワークＷ２に伝達されることで、第２ワークＷ２は第２ワークＷ２の軟化点ＴＮ２以上となる所定の温度にまで加熱される。このとき、摩擦加熱工程で加熱された第１ワークＷ１と、第２ワークＷ２とを、単に接触させて第２ワークＷ２を加熱することができるので、第１ワークＷ１よりも軟化点が低い第２ワークＷ２を軟化点ＴＮ２以上の温度にまで加熱させることができる。一方、第２ワークＷ２に熱が伝達されることにより温度が低下する第１ワークＷ１の温度は、加熱工程の完了時に軟化点ＴＮ１以上とされる。
　また、加熱工程において第１ワークＷ１ないし第２ワークＷ２のいずれか一方の接合面の温度が軟化点よりも下がってしまう場合には、第１ワークＷ１の接合面と第２ワークＷ２の接合面とを互いに接触させたまま第１主軸３ａと第２主軸３ｂとを相対回転させることで、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とを摩擦加熱によって加熱するようにしてもよい。これにより、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２の接合面の温度を、それぞれの軟化点ＴＮ１、ＴＮ２以上に高めることができる。
　加熱工程が完了すると、図３（ｄ）に示すように、第１主軸３ａを第２主軸３ｂに接近するようにＺ軸方向に移動させることで、第１ワークＷ１を加熱された第２ワークＷ２に押圧して接合させる接合工程が行われる。接合工程においては、第１ワークＷ１の接合面が第２ワークＷ２の接合面に接合に必要な所定の圧力（アプセット圧）でＺ軸方向に沿う方向に押し付けられることで、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが固相接合の可能な状態で圧接されて接合ワークＷ４とされる。
　本実施の形態の工作機械１は、第１主軸３ａ、第２主軸３ｂ及び第３主軸３ｃの３つの主軸を用いることで、互いに軟化点が相違する第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とを摩擦圧接するに際し、軟化点の高い第１ワークＷ１をこれと同一の軟化点を有する同材質の第３ワークＷ３との間で摩擦加熱して所定の温度にまで加熱し、当該摩擦加熱後の第１ワークＷ１を第２ワークＷ２に接触させて第１ワークＷ１の熱を第２ワークＷ２に伝達させることで第１ワークＷ１の温度を軟化点ＴＮ１以上としつつ第２ワークＷ２の温度を軟化点ＴＮ２以上とするようにしたので、互いに軟化点の相違する第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とを容易に接合することが可能となる。
　図３（ｄ）に示すように、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが摩擦圧接されると、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが一体化して接合ワークＷ４となる。接合ワークＷ４の接合部における外周面には、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２の軟化した部分が圧接の際に径方向外側に押し出されることによりバリＢが生じるが、工作機械１が有する旋盤としての機能により、接合ワークＷ４に生じたバリＢを図示しない工具により切削する構成とすることもできる。この場合、接合ワークＷ４を第１主軸３ａ及び第２主軸３ｂで把持したままバリＢを取り除く切削加工を連続して行うことができるので、当該加工の時間を短縮することができる。
　接合工程及びバリＢの切削加工が完了すると、第２主軸３ｂの第２チャック４ｂによる接合ワークＷ４の把持が解除され、第２主軸３ｂがＺ軸方向に移動して接合ワークＷ４から離間する。第１主軸３ａがＸ軸方向移動機構５によりローダー９ａに対向する位置に移動し、第１チャック４ａによる接合ワークＷ４の把持が解除され、接合ワークＷ４はローダー９ａに受け渡されて当該ローダー９ａにより次工程に搬出される。接合ワークＷ４がローダー９ａから次工程に搬出されると、図２（ａ）～図２（ｃ）の手順に従って第１主軸３ａ、第２主軸３ｂ及び第３主軸３ｃにそれぞれ第１ワークＷ１、第２ワークＷ２及び第３ワークＷ３を把持させるワーク搬出入工程が行われる。以降、上記した摩擦加熱工程、加熱工程、接合工程及びワーク搬出入工程を連続して繰り返し行うことで、順次第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とを接合して多数の接合ワークＷ４を連続して容易に製造することができる。
　本発明は、ワークを工具で加工が可能な刃物台を備えた複数の主軸が設置された工作機械において、対向位置における各主軸が把持したワークの摩擦圧接工程、加熱工程、接合工程、切削工程が可能な構成であるため、摩擦加熱工程の前のワークへの切削加工や接合後のワークへのバリ取り加工のような切削加工も可能となる。従って工作機械に新たに設備を設けることなく、ワークの加工に必要な構造でワークの摩擦加熱と接合を容易に行うことが可能である。
　本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
　例えば、Ｘ軸方向移動機構５は、第１主軸３ａをＸ軸方向に移動させるものに限らず、第１主軸３ａをＸ軸方向に移動させることなく第２主軸３ｂ及び第３主軸３ｃをＸ軸方向に移動させる構成としてもよい。また、第１Ｚ軸方向移動機構６を設けることなく、摩擦加熱工程、加熱工程及び接合工程において、第１主軸３ａをＺ軸方向に移動させることなく第２主軸３ｂないし第３主軸３ｃをＺ軸方向に移動させる構成としてもよい。
　前記実施の形態においては、加熱工程の完了時に第１ワークＷ１の温度が軟化点ＴＮ１以上となるようにしているが、加熱工程の完了時における第１ワークＷ１の温度は軟化点ＴＮ１未満であってもよい。
　前記実施の形態においては、互いに軟化点の相違する第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とを摩擦接合する用途に本実施の形態の工作機械１を用いるようにしているが、工作機械１は、軟化点が互いに同一の一対のワークを摩擦接合する用途に用いることもできる。
　前記実施の形態においては、第３主軸３ｃに把持される摩擦加熱用部材を、第１ワークＷ１を摩擦加熱した後に第１主軸３ａに受け渡されて第１ワークＷ１として第１主軸３ａに把持される第３ワークＷ３としたが、これに限らず、摩擦加熱用部材を、ワークとして用いられることなく、常に第３主軸３ｃに把持されて、第１ワークＷ１を摩擦加熱するための専用の部材として用いられるものとすることもできる。
　１　　工作機械
　２　　基台
　３ａ　第１主軸
　３ｂ　第２主軸
　３ｃ　第３主軸
　４ａ　第１チャック
　４ｂ　第２チャック
　４ｃ　第３チャック
　５　　Ｘ軸方向移動機構（横方向移動機構）
　５ａ　Ｘ軸ステージ
　５ｂ　Ｘ軸ガイドレール
　５ｃ　Ｘ軸用駆動源
　６　　第１Ｚ軸方向移動機構（軸方向移動機構）
　６ａ　第１Ｚ軸ガイドレール
　６ｂ　第１Ｚ軸用駆動源
　７　　第２Ｚ軸方向移動機構
　７ａ　第２Ｚ軸ガイドレール
　７ｂ　第２Ｚ軸用駆動源
　８　　第３Ｚ軸方向移動機構
　８ａ　第３Ｚ軸ガイドレール
　８ｂ　第３Ｚ軸用駆動源
　９ａ　第２ワークのローダー
　９ｂ　第３ワークのローダー
１０　　制御部（制御手段）
　Ｗ１　第１ワーク
　Ｗ２　第２ワーク
　Ｗ３　第３ワーク（摩擦加熱用部材）
　Ｗ４　接合ワーク
ＴＮ１　第１ワークの軟化点
ＴＮ２　第２ワークの軟化点
　Ｂ　　バリ

Claims (5)

  1. 　第１ワークを把持する第１主軸と、
    　第２ワークを把持するとともに前記第１主軸に対向可能な第２主軸と、
    　摩擦加熱用部材を把持するとともに前記第１主軸に対向可能な第３主軸と、
    　前記第１主軸を前記第２主軸及び前記第３主軸に対して軸方向に相対移動させる軸方向移動機構と、
    　前記第１主軸を前記第２主軸及び前記第３主軸に対して前記軸方向に直交する横方向に相対移動させる横方向移動機構と、
    　前記第１主軸、前記第２主軸、前記第３主軸、前記軸方向移動機構及び前記横方向移動機構の作動を制御する制御手段と、を有する工作機械であって、
    　前記制御手段が、
    　前記第１主軸を前記横方向移動機構によって前記第３主軸に対向させるとともに前記第３主軸に接近するように軸方向に相対移動させることで前記第１主軸に把持された前記第１ワークと前記第３主軸に把持された前記摩擦加熱用部材とを互いに相対回転させた状態で接触させて前記第１ワークを摩擦加熱する摩擦加熱工程と、
    　前記第１主軸を前記横方向移動機構によって前記第２主軸に対向させるとともに前記第２主軸に接近するように軸方向に相対移動させることで摩擦加熱工程により加熱された前記第１ワークを前記第２主軸に把持された前記第２ワークに接触させて前記第２ワークを加熱する加熱工程と、
    　前記摩擦加熱工程により加熱された前記第１ワークと、前記第２ワークとを押圧して接合させる接合工程と、
    　を行うように、前記第１主軸、前記第２主軸、前記第３主軸、前記軸方向移動機構及び前記横方向移動機構の作動を制御することを特徴とする工作機械。
  2. 　前記制御手段が、
    　前記加熱工程において、前記第１主軸に把持された前記第１ワークと前記第２主軸に把持された前記第２ワークとを互いに接触させたまま相対回転させて前記第１ワーク及び前記第２ワークを摩擦加熱するように、前記第１主軸及び前記第２主軸の作動を制御する、請求項１に記載の工作機械。
  3. 　前記第２ワークが前記第１ワークよりも軟化点の低い材質からなる、請求項１または２に記載の工作機械。
  4. 　前記摩擦加熱用部材が前記第１ワークと同じ軟化点の材質からなる、請求項１～３の何れか１項に記載の工作機械。
  5. 　前記制御手段が、
    　前記接合工程によって接合された接合ワークを搬出するとともに、前記第３主軸から前記第１主軸に前記摩擦加熱用部材を受け渡して該摩擦加熱用部材を第１ワークとして前記第１主軸に把持させ、前記第３主軸に新たな摩擦加熱用部材を把持させるワーク搬出入工程を行うとともに、前記摩擦加熱工程、前記加熱工程、前記接合工程及び前記ワーク搬出入工程を連続して繰り返し行うように、前記第１主軸、前記第２主軸、前記第３主軸、前記軸方向移動機構及び前記横方向移動機構の作動を制御する、請求項４に記載の工作機械。
PCT/JP2019/027579 2018-08-08 2019-07-11 工作機械 WO2020031608A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020536401A JPWO2020031608A1 (ja) 2018-08-08 2019-07-11 工作機械

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-149424 2018-08-08
JP2018149424 2018-08-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020031608A1 true WO2020031608A1 (ja) 2020-02-13

Family

ID=69413797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/027579 WO2020031608A1 (ja) 2018-08-08 2019-07-11 工作機械

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPWO2020031608A1 (ja)
TW (1) TW202026080A (ja)
WO (1) WO2020031608A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10202373A (ja) * 1997-01-21 1998-08-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 摩擦圧接方法および装置
JP2002224856A (ja) * 2001-02-07 2002-08-13 Kawasaki Steel Corp 棒材の摩擦圧接方法および装置
WO2010004961A1 (ja) * 2008-07-10 2010-01-14 シチズンマシナリー株式会社 ワーク加工装置及びワーク加工方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10202373A (ja) * 1997-01-21 1998-08-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 摩擦圧接方法および装置
JP2002224856A (ja) * 2001-02-07 2002-08-13 Kawasaki Steel Corp 棒材の摩擦圧接方法および装置
WO2010004961A1 (ja) * 2008-07-10 2010-01-14 シチズンマシナリー株式会社 ワーク加工装置及びワーク加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW202026080A (zh) 2020-07-16
JPWO2020031608A1 (ja) 2021-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111315528B (zh) 摩擦压焊方法及机床
TWI791119B (zh) 工作機械
KR20110010561A (ko) 마찰압접 방법
WO2020149372A1 (ja) 工作機械
JP7312762B2 (ja) 工作機械
WO2020031608A1 (ja) 工作機械
JP7312763B2 (ja) 工作機械
TWM554404U (zh) 加工機之力量感應單元
JP5441499B2 (ja) 摩擦圧接方法
JP2010269362A (ja) 摩擦圧接機及び摩擦圧接方法
JP7494145B2 (ja) 摩擦接合装置及び摩擦接合方法
JP2011152617A (ja) 工作物支持装置及び加工装置
JP7309563B2 (ja) 工作機械
JP2018187738A (ja) 工作機械
KR20120005708A (ko) 마찰 압접기 및 마찰 압접 방법
JP6501583B2 (ja) 工作機械及び工作機械の制御方法
CN102310263A (zh) 摩擦压接机和摩擦压接方法
JP2021112747A (ja) 工作機械
WO2020085455A1 (ja) 工作機械
TW201200276A (en) Friction welding machine and friction welding method
JP2010269363A (ja) 摩擦圧接機及び摩擦圧接並びに機械加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19847832

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020536401

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19847832

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1