专利名称：摩擦压焊装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及由作为焊接方法之一的摩擦压焊方法将工件相互结合在一起的摩擦压焊装置。
作为将工件相互结合在一起的方法，摩擦压焊方法是公知的。这种摩擦压焊方法，是通过在使两个工件之间产生相对移动的状态下将两个工件相互挤压，利用摩擦热使两个工件的接触面软化而相互结合的方法。摩擦压焊方法具有能够将不同金属彼此结合在一起，可降低结合所需的成本，可简单且容易结合，以及结合精度高等优点。目前，特别广泛应用于棒材及管材的结合。
图5-图7是表示现有摩擦压焊装置的一个例子。这种摩擦压焊装置用于将三个工件W11，W12，W13结合在一起。如图5及图7所示，该摩擦压焊装置在基座30的上表面30a上，具有第一线性导轨34及第二线性导轨40。第一及第二线性导轨34，40分别沿基座30的长度方向延伸(图中用Y表示)。第一主轴机构31，以可沿第一线性导轨34移动的方式支承在第一线性导轨34上。第二主轴机构32以可沿第二线性导轨40移动的方式支承在第二线性导轨40上。
第一主轴机构31的主轴31a通过设置在主轴箱31b内的多个齿轮31c与伺服电机31d连接。在主轴31a的前端上安装有用于夹持工件W12的卡盘31e。在第一主轴机构31的下面，设有在基座30内延伸的臂35。由伺服电机36驱动的圆头螺栓37螺合到臂35上。随着圆头螺栓37的转动，第一主轴机构31沿第一线性导轨34移动。
第二主轴机构32与第一主轴机构31具有同样的结构。即，主轴32a通过配置在主轴箱32b内的多个齿轮32c连接到伺服电机32d上。在主轴32a的前端上安装有用于夹持工件W13的卡盘32e。在第二主轴32的下面设有在基座30内延伸的臂39。由伺服电机驱动的圆头螺栓38螺合到臂39上。随着圆头螺栓38的旋转，第二主轴机构32沿第二线性导轨40移动。
如图5及图7所示，在第一及第二主轴机构31、32之间设置有共同夹持工件W11的固定卡具42及移动卡具43。固定卡具42备有固定在基座30的上表面30a上的脚部42a。如图7所示，固定卡具42还备有夹持中间工件W11的一对夹持臂42b，42c。夹持臂42b，42c可相互接近及远离地向与基座30的长度方向正交的水平方向移动。
如图5及图7所示，移动卡具43备有支承在第二线性导轨40上的脚部43a。从而，移动卡具可沿第二线性导轨40移动。如图7所示，移动卡具43还备有夹持中间工件W11的一对夹持臂43b，43c。夹持臂43b，43c可相互接近及远离地向与基座30的长度方向正交的水平方向移动。
如图7所示，由两个卡具42，43所夹持的中间工件W11的中心轴线Lo，分别与夹持在主轴31，32的卡盘31e，32e上的工件W12，W13的中心轴线一致。
上述摩擦压焊装置以如下的方式将三个工件W11，W12，W13接合在一起。首先，如图5及图7所示，将中间工件W11用固定卡具42及移动卡具43夹持的同时，分别将工件W12，W13夹持在主轴机构31，32的卡盘31e，32e上。然后，利用伺服电机31d，32d驱动主轴31a，32b，使工件W12，W13以预定的速度旋转。
接着，用伺服电机36，41驱动圆头螺栓37，38，使主轴31，32向相互接近的方向，即向中间工件W11移动。当两侧旋转的工件W12，W13与中间非旋转的工件W11接触施以预定的第一挤压力时，在旋转工件W12，W13与非旋转工件W11的接触部分别摩擦生热，这些接触部软化。进行适度的软化后，使两侧的工件W12，W13停止旋转，同时两侧的工件W12，W13对中间工件W11的挤压力增大到比前述第一个力大的第二个挤压力。从而，将三个工件W11，W12，W13接合在一起。
如图6及图7所示，固定卡具42的夹持臂42b，42c及移动卡具43的夹持臂43b，43c，从基座30的两侧向水平方向伸出。由中间工件W11的中心轴线Lo到夹持臂42b，42c，43b，43c外端的距离L1，作为卡具42，43结构上的必须值是确定的，不能比它更小。然而，从基座30伸出的夹持臂42b，42c，43b，43c，会妨碍操作者中间工件相对于两个卡具42，43的拆装，使中间工件W11的拆装操作困难。
主轴机构31，32的移动，通过将圆头螺栓37，38的旋转变换成与该圆头螺栓37，38螺合的臂35，39的直线运动来实现。当将两侧的工件W12，W13对中间工件W11挤压时，对圆头螺栓37，38与臂35，39之间的结合部分加上很大的负荷。从而，为维持摩擦压焊装置良好的动作，特别要经常维修圆头螺栓37，38及臂35，39。
然而，圆头螺栓37，38及臂35，39设置在基座30内。因此，为进行维修，例如，必须卸下设置在基座30上的主轴机构31，32。这使得维修变得十分麻烦。
本发明的第一个目的是提供一种可使工件装卸操作十分容易进行的摩擦压焊装置。
本发明的第二个目的是提供一种容易进行维修的摩擦压焊装置。
为达到上述目的，本发明的摩擦压焊装置备有基座及设置在基座上的压焊机构。该压焊机构在可将工件拆卸下来的安装状态下，通过摩擦压焊将这些工件接合起来。基座具有纵向配置的设置面，压焊机构设置在该设置面上。
通过将压焊机构设置在纵向配置的设置面上，构成压焊机构的构件不会向水平方向伸出。从而，操作者可以尽可能地靠近压焊机构，因而能够很容易地对压焊进行工件的装卸操作。
设置面最好大体上是垂直面。
基座备有位于设置面对向侧的背面。在该背面最好设置使有必要进行维修的压焊机构的部位暴露在外部的开口。这样，操作者可以很容易地通过开口，从没有设置压焊机构的背面对压焊机构进行维修。
压焊机构最好包含至少夹持多个工件中的第一工件的移动机构及夹持多个工件中的第二工件的卡夹机构。移动机构能够以使第一工件可接近及远离第二工件的方式，在基座设置面上大致水平的方向上移动。
用于使移动机构的驱动装置最好通过开口暴露在外。这样一来，操作者就可以通过开口从基座的背面很容易地对驱动装置进行维修。
驱动装置最好包含电机及将电机的旋转变换成移动机构的直线运动的螺栓机构。在这种情况下，螺栓机构最好通过开口露出外部。从而，操作者可很容易地通过开口从基座的背面对螺栓机构进行维修。
运动机构最好备有在夹持第一工件的状态下旋转的主轴。通过该主轴的旋转，在第一工件与第二工件之间产生相对旋转。
移动机构最好包含分别设置在卡紧机构两侧的第一移动机构及第二移动机构。这样，将夹持在夹紧机构中间的工件，从两侧将一对工件接合在一起。
卡紧机构最好备有夹持第二工件的上，下一对夹持臂。夹持臂可相互接近及远离，沿大致垂直的方向移动。这样，由于夹持臂只向垂直方向伸出而不向水平方向伸出，所以在工件相对于卡紧机构装卸时，夹持臂不会造成障碍。是本发明的一个具体实施例的摩擦压焊装置的正视图。是
图1的摩擦压焊装置的右侧视图。是主要表示图1的摩擦压焊装置的基座的正视图。是图1的摩擦压焊装置的平面图。是现有技术的摩擦压焊装置的正视图。是图5的摩擦压焊装置的左侧视图。是图5的摩擦压焊装置的平面图。
下面，根据图1～图4对本发明的一个具体实施例进行说明。该摩擦压焊装置10与图5～图7所示的现有技术的摩擦压焊装置相同，是用来将三个工件W1，W2，W3接合在一起的。
如图1～图4所示，摩擦压焊装置10备有方框状基座11，该基座11由四个支承脚11a支承在地面上。基座11的前面11b是纵向配置的垂直面，它具有作为用于设置进行摩擦压焊的压焊机构的设置面的作用。在图3的正视图中，从基座11的前面11b卸下了压焊机构。
在基座11的两侧，第一及第二贯通孔11c，11d是从基座11的前面11b一直贯通到背面11e形成的。这些贯通孔11c，11d在基座11的背面11e上形成开口。如图3所示，两贯通孔11c，11d沿基座的长度方向(图中用Y表示)延伸，但第一贯通孔11c比第二贯通孔11d在基座11的长度方向上的长度短。两贯通孔11c，11d在垂直方向上的宽度相同。如图3及图4所示，在基座11的背面11e上，于两贯通孔11c，11d之间的位置处形成长方形的凹部11f。凹部11f在垂直方向上的宽度与两贯通孔11c，11d在垂直方向上的宽度相同。
如图3及图4所示，基座11在其两端备有侧壁11g，11k。此外，基座11在第一贯通孔11c与凹部11f之间备有第一间隔11h的同时，在第二贯通孔11d与凹部11f之间还备有第二间隔壁11j。即，第一贯通孔11c设在左侧壁11g与第一间隔壁11h之间，第二贯通孔11d设置在右侧壁11k与第二间隔壁11j之间，凹部11f设置在两间隔壁11h与11j之间。这些壁11g，11h，11k分别具有位于同一轴线Lx上的支承孔11m，11n，11o，11p。
第一圆头螺栓18，位于第一贯通孔11c的内部空间中，可旋转地支承在左侧壁11g的支承孔11m及第一间隔壁11h的支承孔11n上。第一伺服电机19固定在左侧壁11g的外端上，以可驱动第一圆头螺栓18的方式与该圆头螺栓18的一端连接。
第二圆头螺栓20位于第二贯通孔11d的内部空间中，可旋转地支承在右侧壁11k的支承孔11p及第二间隔壁11j的支承孔11o上。第二伺服电机21固定在右侧壁11k的外端面上，以可驱动第二圆头螺栓的方式连接到该圆头螺栓20的一端。
如图3所示，在基座11的前面11b上，在第一贯通孔11c的上、下两侧的位置上设置一对第一线性导轨12。第一线性导轨12沿基座11的长度方向相互平行地延伸。在基座11的前面11b上还在第二贯通孔11d的上、下两侧的位置上设置一对第二线性导轨13。第二线性导轨13沿基座11的长度方向相互平行延伸，它们的一端一直达到与凹部11f相对应的位置处。
两个第一线性导轨12相对于含有支承孔11m，11n，11o，11p的轴线Lx的水平面是对称的。两个第二线性导轨13也相对于含有支承孔11m，11n，11o，11p的轴线Lx的水平面对称的。上侧的第一线性导轨12与上侧的第二线性导轨13配置在同一轴线上。下侧的第一线性导轨12与下侧的第二线性导轨13配置在同一轴线上。
如图1及图4所示，固定卡具14于两线性导轨12，13之间配置在基座11的前面11b上。固定卡具14备有固定在前面11b上的脚部14a、用于夹持作为第二工件的中间工件W3的上、下一对夹持臂14b，14c。两夹持臂14b，14c可相互靠近和远离地与基座11的长度方向正交的垂直方向移动。
移动卡具17与固定卡具14对向地可移动地设置在第二线性导轨13上。移动卡具17备有支承在第二线性导轨13上的脚部17a及用于夹持中间工件W3的上、下一对夹持臂17b，17c。两夹持臂17b，17c可相互靠近和远离地在与基座11的长度方向正交的垂直方向上移动。固定卡具14及移动卡具17构成夹持中间工件W3的夹持机构。
如图1及图4所示，作为第一移动机构的第一主轴机构15，可沿第一线性导轨12移动地支承在第一线性导轨12上。第一主轴机构15的主轴15b，通过配置在主轴箱15a内的多个齿轮15c连接到伺服电机15d上。在主轴15b的前端上，安装有用于夹持作为第一工件的工件W1的卡盘15e。夹持在卡盘15e上的工件W1的中心轴线，与夹持在固定卡具14及移动卡具17上的中间工件W3的中心轴线Lo一致。
如图4所示，在主轴箱15a的背面15f上设有在前述第一贯通孔11c内延伸的臂15g。该臂15g可与主轴箱15a整体形成，也可通过焊接等相对于主轴箱15a固定。前述第一圆头螺栓18螺合到形成于臂15g的前端的螺孔15h上。另外，第一圆头螺栓18，第一伺服电机19及臂15g构成使第一主轴机构15移动的驱动机构。即，利用第一伺服电机19驱动第一圆头螺栓18时，第一主轴机构15与臂15g一起沿着第一线性导轨12在基座11的前表面11b上沿水平方向移动。
如图1，图2及图4所示，作为第二移动机构的第二主轴机构16，以可沿第二线性导轨13移动的方式支承在第二线性导轨13上。第二主轴机构16的主轴16b，通过配置在主轴箱16a内的多个齿轮16c与伺服电机16d连接。在主轴16b的前端安装有用于夹持作为第一工件的工件W2的卡盘16e。夹持在卡盘16e上的工件W2的中心轴线，与夹持在固定卡盘14和移动卡具17上的中间工件W3的中心轴线Lo一致。
如图4所示，在主轴箱16a的背面16f上，没有在前述第二贯通孔11d上延伸的臂16g。该臂16g可与主轴箱16a整体形成也可用焊接等方式相对于主轴箱16a固定。前述第二圆头螺栓螺合在形成于臂16g前端的螺孔16h上。臂16g和第二圆头螺栓20构成螺栓机构。同时，第二圆头螺栓20，第二伺服电机21及臂16g，构成用于移动第二主轴机构16的驱动机构。即，当用第二伺服电机21驱动第二圆头螺栓20时，第二主轴机构16与臂16g一起，沿第二线性导轨13在基座11的前面11b上沿水平方向移动。
上述摩擦压焊装置10以如下的方式将三个工件W1，W2，W3接合在一起。首先，如图1及图4所示，将中间工件W3夹持在固定卡具14及移动卡具17上的同时，分别用主轴机构15，16的卡盘15e，16e夹持工件W1，W2。此外，可根据中间工件W3的长度调整移动卡具17相对于固定卡具14的位置。即，在将中间工件W3的一端夹持在固定卡具14上的状态下，将移动卡具17移动到适于夹持中间工件W3的另一端的位置后，利用移动卡具17将中间工件W3的另一端夹持。
其次，通过利用伺服电机15d，16d驱动主轴15b，16b，使两侧的工件W1，W2按预定的旋转速度旋转。
接着，利用伺服电机19，21驱动圆头螺栓18，20，使两主轴机构15，16向相互靠近的方向，即，向中间工件W3移动。当两侧的旋转的工件W1，W2与中间的非旋转工件W3接触、以一定的第一个力挤压时，在旋转的工件W1，W2与非旋转的工件W3的接触部分分别摩擦生热，使这些接触部分软化。当适度地进行软化后，在使两侧的工件W1，W2的旋转停止的同时，两侧的工件W1，W2对中间工件W3的挤压力增大到比前述第一个力大的第二个力。从而将三个工件W1，W2，W3接合到一起。
下面对上述结构的摩擦压焊装置10的优点加以描述。
基座11具有垂直的前表面11b，面对该前表面11b，设置有用于进行摩擦压焊的压焊机构，即，第一主轴机构15，第二主轴机构16，固定卡具14及移动卡具17。固定卡具14及移动卡具17分别设置从基座11向垂直方向伸出的夹持臂14b，14c，17b，17c。换句话说，夹持臂14b，14c，17b，17c不向水平方向伸出。因此，在装卸中间工件W3时，夹持臂14b，14c，17b，17c不会造成妨碍。
如图4所示，从工件W1，W2，W3的中心轴线Lo到位于摩擦压焊装置10的最外端的支承脚11a的端部的距离L，与图7所示的现有装置的距离L1相比要小。从而，操作者能够在尽可能靠近主轴机构15，16与卡具14，17的状态下，很容易地进行装卸工件W1～W3的操作。
移动主轴机构15，16的圆头螺栓18，20，通过贯通孔11c，11d从基座的背面11e露出。从而操作者可以从基座11的背面11e通过贯通孔11c，11d对圆头螺栓18，20及与圆头螺栓18，20螺合的臂15g，16g很容易地进行维修。就是说，在维修圆头螺栓18，20及臂15g，16g进行维修时，不必进行将主轴机构15，16拆卸下来的复杂操作。
此外，本发明的实施例也可以作如下的变更例。
基座11的前表面11b可以不必是完全垂直的，也可相对于垂直面有一定的倾斜。此外，也可设置可以将前表面11b的倾斜角度调整到任意的角度的机构。
基座11的背面11e的凹部11f也可省略。此外，凹部11f及贯通孔11c，11d的形状及配置结构也可适度变更。就是说，如果使需要维修的部位(圆头螺栓18，20)露出外部的开口设置在基座11的背面11e上的话，凹部11f及贯通孔11c，11d可设置成任何形状。
贯通孔11c，11d及凹部11f也可省略。在这种情况下，用于圆头螺栓18，20及臂15g，16g不露出外部，对于维修必须以和现有装置同样的步骤进行，但是，至少工件W1～W3的装卸操作比现有装置更容易进行。
在图1～图4的实施例中，在摩擦压焊时，第一及第二主轴机构15，16同时动作，但两个主轴机构15，16也可分别动作。
如图4中双点划线所示，在第一及第二贯通孔11c，11d的背面侧的开口部，也可分别设置防尘罩11s，11t。防尘罩11s，11t可以能够装卸或开闭地设置。
本发明适用于具有与图1所示的摩擦压焊装置10不同的结构的各种摩擦压焊装置。例如，驱动主轴15b，16b的电机不仅限于伺服电机15d，16d，也可采用通常的电机。此外，作为移动主轴机构15，16的机构，也可以采用油压缸来代替圆头螺栓18，20及伺服电机19，21。
也可以采用使夹持在两个卡具14，17上的中间工件W3旋转、而使两侧的工件W1，W2不旋转的结构。
也可采用省略第一及第二主轴机构15，16中任何一个而将一对工件接合在一起的摩擦压焊装置。
也可省略固定卡具14及移动卡具17中任何一个。
线性导轨12，13也可采用V形槽等槽状结构。
如上面所详细描述的，利用本发明，可容易地进行工件的装卸操作。此外，利用本发明，也很容易地对装置进行维修。
权利要求
1.摩擦压焊装置，在具有基座(11)和在该基座(11)上设置压焊机构(14，15，16，17)，于压焊机构(14，15，16，17)处于将多个工件(W1，W2，W3)能够卸下的安装状态下，通过摩擦压焊将这些工件(W1，W2，W3)接合起来的摩擦压焊装置中，其特征为，前述基座(11)具有纵向配置的设置面(11b)，压焊机构(14，15，16，17)设置在该设置面(11b)上。
2.如权利要求1所述的摩擦压焊装置，其特征在于，前述设置面(11b)大致为垂直面。
3.如权利要求1或2所述的摩擦压焊装置，其特征在于，基座(11)备有位于前述设置面(11b)对向侧的背面(11e)，该背面(11e)具有使必须进行维修的压焊机构(14，15，16，17)的部位露在外部的开口(11c，11d)。
4.如权利要求3所述的摩擦压焊装置，其特征在于，前述压焊机构至少含有夹持多个工件中第一工件(W1，W2)的移动机构(15，16)，夹持多个工件中的第二工件(W3)的卡紧机构(14，17)，移动机构(15，16)能够以使第一工件(W1，W2)接近或远离第二工件(W3)的方式在基座(11)的设置面(11b)上沿水平方向移动。
5.如权利要求4所述的摩擦压焊装置，其特征在于，用于使前述移动机构(15，16)移动的驱动机构(15g，18，19，16g，20，21)通过前述开口(11c，11d)露出外部。
6.如权利要求5所述的摩擦压焊装置，其特征在于，前述驱动机构含有电机(19，21)，及将电机(19，21)的旋转变换为移动机构(15，16)的直线移动的螺栓机构(15g，18，16g，20)，螺栓机构(15g，18，16g，20)通过前述开口(11c，11d)露在外部。
7.如权利要求4所述的摩擦压焊装置，其特征在于，前述移动机构(15，16)备有在夹持第一工件(W1，W2)的状态下旋转的主轴(15b，16b)。
8.如权利要求4所述的摩擦压焊装置，其特征在于，前述移动机构(15，16)含有分别设置在卡紧机构(14，17)两侧的第一移动机构(15)及第二移动机构(16)。
9.如权利要求4所述的摩擦压焊装置，其特征在于，前述卡紧机构(14，17)备有夹持第二工件(W3)的上、下一对夹持臂(14b，14c，17b，17c)，夹持臂(14b，14c，17b，17c)可相互接近及远离地在大致垂直的方向上移动。
全文摘要
一种摩擦压焊装置,具有基座及设在该基座上的压焊机构。压焊机构在可以卸下多个工件的安装状态下,通过摩擦压焊将这些工件接合在一起。基座具有垂直的前表面,压焊机构设置在该前表面上。从而,构成压焊机构的构件不向水平方向伸出,可容易地进行装卸操作。基座的背面具有使有必要进行维修的压焊机构的部位露在外部的贯通孔。从而可从基座的背面通过贯通孔很容易地对压焊机构进行维修。
文档编号B23K20/12GK1247786SQ9911054
公开日2000年3月22日 申请日期1999年7月29日 优先权日1998年7月30日
发明者川浦広一, 石川修 申请人:株式会社丰田自动织机制作所