工件的接合装置及接合方法 本发明涉及用于将多工件接合在一起的接合装置及接合方法，更具体地说，涉及使多个工件之间产生摩擦热，利用这种摩擦热将多个工件接合在一起的接合装置及接合方法。
作为将多个工件在其轴向方向接合起来的方法，摩擦焊接方法是众所周知的。在该方法中，将待接合的多个工件沿其轴向方向排成一行。一面顶压对向各工件的端面，一面使多个工件绕其轴相对旋转。从而，在各接触面上产生摩擦热，由于该热量，各接触面处的金属软化，两个端面相互接合。当接触面的金属硬化时，多个工件被接合在一起，得到一个工件。
利用这种接合方法，可将不同金属制成的多个工件接合在一起。可减少材料及电能等的浪费，同时可提高生产率及接合精度。因此，作为大批量用的焊接法，特别广泛得应用于棒材及管材等材料的接合。
图4～图6表示现有的工件接合装置。利用装置接合装置将三个工件W11，W12，W13接合在一起。图4的装置备有工作基座30，在其表面30a上进行接合操作。在上表面30a上，沿箭头所示的Y轴配置左侧导辊34及右侧导辊40。左侧机构31设置在左侧导辊34上，右侧机构32设置在右侧导辊40上。各机构31，32可沿导辊34，40移动。
左侧机构31具有左侧主轴31a，左侧罩盖31b，左侧齿轮31c，左侧伺服电机31d及左侧卡盘31e。左侧主轴31a通过左侧31c由左侧伺服电机31d转动，左侧卡盘31e用于夹持工件W12安装在左侧主轴31a的前端，可与左侧主轴31a整体的旋转。左侧齿轮31c及左侧主轴31a由左侧罩盖31b覆盖。
右侧机构32具有右侧主轴32a，右侧罩盖32b，右侧齿轮32c，右侧伺服电机32d及右侧卡盘32e。右侧主轴32a经右侧齿轮32c由右侧伺服电机32d旋转。右侧卡盘32e用于夹持工件W13，安装在右侧主轴32a的前端，可与右侧主轴32a整体地转动。右侧齿轮32c及右侧主轴32a由右侧罩盖32b覆盖。
在工作基座30内分别水平配置分别有外螺纹的左旋转轴37及右旋转轴38。左侧旋转轴37由左侧伺服电机36驱动，右侧旋转轴38由右侧伺服电机41驱动。左侧臂35从左侧机构31的底面向下突出。左侧臂35具有与左侧旋转轴37相对应地内螺纹。当左侧旋转轴37旋转时，左侧机构31沿Y轴滑动。左侧机构31的滑动方向由左侧旋转轴37的旋转方向来决定。同样地，右侧臂39具有与右侧旋转轴38相对应的内螺纹。当右侧旋转轴38旋转时，右侧臂沿Y轴滑动。
在左侧及右侧机构31，32之间设置固定老虎钳42及移动老虎钳43。中间工件W11夹持在两个老虎钳42，43上。移动老虎钳43设置在右侧导辊40上。移动老虎钳43可沿右侧导辊40在Y轴上滑动，并可固定在任意位置上。
如图4～6所示，固定老虎钳42备有脚部42a及一对夹板42b，42c。脚部42a固定在上表面30a上。夹板42b，42c，相对于脚部42a，在与Y轴正交的水平方向上移动，夹持工件W11。同样地，移动老虎钳43也备有脚部43a及一对夹板43b，43c。夹板43b，43c相对于脚部43a在与Y轴正交的水平方向上移动，夹持中间工件W11。
固定老虎钳42及移动老虎钳43夹持中间工件W11使得中间工件W11的中心轴线与夹持在左侧及右侧机构31，32上的工件W12，W13的中心轴线一致。
在将三个工件W11，W12，W13接合时，如图4及图6所示，首先，将中间工件夹持在固定老虎钳42及移动老虎钳43上。这时，根据中间工件W11的长度L5来移动移动老虎钳43，通过调节移动老虎钳43与固定老虎钳42之间的距离来十分平衡地支承中间工件W11。
其次，将工件W12，W13分别夹持在左侧及右侧卡盘31e，32e上。分别利用旋转用伺服电机31d，32d以预定的转数旋转工件W12，W13。
当利用滑动用伺服电机36，41将旋转轴37，38按预定方向旋转时，左侧及右侧机构31，32分别沿Y轴向中间工件W11滑动。
当旋转的工件W12，W13的各端面与中间工件W11的两个端面接触时，在其接触面上产生摩擦热。由于这种摩擦热，工件W11，W12，W13的各接触面软化。当软化进行到所需的状态后，工件W12，W13的旋转停止，并且工件W12，W13向中间工件W11压紧。这样，工件W12，W13的各接触面以原子级的方式压入中间工件W11的各接触面，使三个工件成为一体。从而得到一个工件。
在这种接合加工中，要求相对于中间工件W11，对工件W12，W13接合后的旋转方向位置的定位，即要求位相重合。这种位相的重合通过控制左侧及右侧伺服电机31d，32d的停止位置来实现。通过这种控制，工件W12，W13停止时，使之相对于中间工件W11的位相(旋转方向停止位置)相一致。
可是，利用这种装置，在将三个工件W11，W12，W13接合成一体时，能够进行接合的中间工件W11的最小长度，依赖于固定老虎钳42及移动老虎钳43沿Y轴的距离。这里，如图4所示，令固定老虎钳42沿Y轴的长度为L4L，移动老虎钳沿Y轴的长度为L4R，中间工件的长度为L5。如果中间工件W11的长度L5大于L4L+L4R的话，可以把工件W12，W13压焊到中间工件W11上。反之，如果中间工件W11的长度L5等于或小于L4L+L4R的话，工件W12，W13就不可能压焊到中间工件W11上。
因此，为了缩小L4L+L4R的值，提出省略掉老虎钳42，43中之一的方案。例如，省略掉固定老虎钳42，仅用移动老虎钳43夹持中间工件W11。然而，这种结构的装置适合于短的中间工件W11的情况，而不适于远长于移动老虎钳43的中间工件W11的情况。这是因为，在把尺寸很长的中间工件W11仅仅用移动老虎钳43夹持时，中间工件W11的一端或两端会从移动老虎钳43伸出很长。因此，在将工件W12，W13向中间工件W11上压焊时，中间工件W11的伸出部分会发生偏斜(偏心)。这种偏斜使压焊加工精度下降。
本发明的第一个目的是提供一种能够适用于长度范围很宽的工件的接合的工件接合装置及接合方法。本发明的第二个目的是提供一种价格低廉的工件接合装置。
为达到上述目的，在权利要求1的发明中，提供一种使多个工件之间产生摩擦热、利用这种摩擦热将工件软化把多个工件接合在一起的接合装置。该接合装置备有：工作基座，设置在前述工作基座上的导向构件，可移动地设置在前述导向构件上、分别夹持应被接合的第一及第二工件且进行旋转的第一及第二旋转机构，沿着前述导向构件移动前述第一及第二旋转机构、且将其固定在前述导向构件上的预定位置处用的滑动机构，用于夹持第三个构件(W1)的单一的老虎钳。该单一的老虎钳设置在工作基座上，位于前述第一及第二旋转机构之间，可沿导向构件移动。
在权利要求2的发明中，单一老虎钳具有一对用于夹紧第三工件的夹持片。其主旨在于，沿着导向构件的各夹持片的长度(L3)比第三工件的长度(L1，L2)短。
在权利要求3的发明中，其主旨在于，第一及第二旋转机构可分别可将第一及第二工件相对于第三工件在同一轴上进行支承。
在权利要求4的发明中，其主旨在于，第一和第二旋转机构中之一可以限制夹持在单一老虎钳上的第三工件向沿着导向构件方向的移动。
在权利要求5的发明中，其主旨在于，第一及第二旋转机构中之一的旋转停止位置，可根据另一个旋转机构的旋转停止位置加以控制。
在权利要求6的发明中，第一及第二旋转机构分别备有用于使第一及第二工件旋转的电机。其主旨在于，一个旋转机构的电机是伺服电机，而另一个旋转机构的电机是伺服电机以外形式的电机。
在权利要求7的发明中，提供了一种使多个工件之间产生摩擦热，通过利用该摩擦热使工件软化，将多个工件接合在一起的接合方法。其主旨在于，该方法具有以下工序：将第一及第二工件分别夹持在第一及第二旋转机构上的工序，将第三工件与前述第一及第二工件同轴地夹持在单一老虎钳上的工序，用第一旋转机构限制夹持在单一老虎钳上的第三工件的移动的工序，利用第二限制机构将所夹持的第二工件相对于第三工件旋转并通过压紧进行接合的第一接合工序。
在权利要求8的发明中提供了一种接合方法，该方法包括以下工序：在第一接合工序之后、采用第二旋转机构限制夹持在单一的老虎钳上已经接合的第三工件的移动的工序，通过令夹持在第一限制机构上的第一工件相对于第三工件旋转并压紧进行接合的第二接合工序。
在权利要求9的发明中提供了一种具有根据第二旋转机构的旋转停止位置来控制第一旋转机构的旋转停止位置的工序的方法。
利用权利要求1的发明，由于老虎钳只有一个，不要固定的老虎钳，从而降低该接合装置的制造成本。同时，可对长度范围很大的工件进行接合。
利用权利要求2的发明，可以对短的工件进行接合。
利用权利要求3的发明，可以在同一个轴上对多个工件进行接合。
利用权利要求4的发明，可以利用第一或第二旋转机构限制夹持在可移动的单个老虎钳上的第三工件的移动。
利用权利要求5的发明，第一及第二工件可相对于第三工件同位相地接合。
利用权利要求6的发明，与两个电机均采用伺服电机的情况相比，可廉价地制造该接合装置。
利用权利要求7至9的发明，可对长度范围很大的工件进行接合。同时，可将多个工件进行同轴地接合。由第一或第二旋转机构对夹持在可移动的老虎钳上的第三工件的移动进行限制。进而，它还不需要用于将单一老虎钳固定在导向构件上的专用构件。
作为本发明的新颖之处的特征，将在所附的权利要求范围内变得更加清楚。下面参照附图对最佳实施例的说明，会进一步理解本发明的目的和优点。
图1是表示本发明的第一个实施例的工件接合装置的正视图。
图2是表示图1的工件接合装置的右侧视图。
图3是表示图1的工件接合装置的平面图。
图4是表示现有技术的工件接合装置的正视图。
图5是表示图4的工件接合装置的左侧视图。
图6是表示图4的工件接合装置的平面图。
下面将根据图1～图3来说明实施本发明的第一个实施例。
图1～图3表示本实施例的工件接合装置10。工件接合装置10具有工作基座11。在工作基座11的上表面11a上，设置相互平行的两个线性导辊12。
在图1中，于工作基座11左侧的上表面上，设有可沿导辊12移动的左侧机构13。在工作基座11右侧的上表面上设有与左侧机构13对向的可沿导辊12移动的右侧机构14。
如图3所示，左侧机构13具有左侧罩盖13a，主轴13b，左侧齿轮13c及旋转用伺服电机13d。在主轴13b的前端安装有卡盘13e。主轴13b及左侧齿轮13c由左侧罩盖13a覆盖。旋转用伺服电机13d固定在左侧罩盖13a上。旋转用伺服电机13d经左侧齿轮13c驱动主轴13b。
如图1所示，臂13g从左侧罩盖13a的底面13f向下方突出。臂13g位于工作基座11的内部。在臂13g的前端上形成内螺纹13h。
如图1所示，在外周有外螺纹的旋转轴16可旋转地被支承在工作基座11上，与外螺纹13h螺纹配合。当旋转轴16旋转时，臂13g沿旋转轴16直线式的移动，左侧罩盖13a沿导辊12直线式地移动。
滑动用伺服电机17设置在工作基座11的左侧面。旋转轴16由伺服电机17驱动。
如图1及图2所示，左侧机构14具有右侧罩盖14a，右侧主轴14b，皮带轮P1，P2，感应电动机14d及右侧卡盘14e。在右侧主轴14b的基端部，固定有被动皮带轮P1。在右侧主轴14b的前端安装有右侧卡盘14e。在右侧罩盖14a的外面装有感应电动机14d。在该感应电动机14d的输出轴上固定有驱动皮带轮P2。被动皮带轮与驱动皮带轮P2经皮带14c连接。右侧主轴14b的中心轴线与左侧机构13的主轴13b的中心轴线重合。
臂14g从右侧罩盖14a的底面14f向下方突出。臂14g位于工作基座11的内部。在臂14g的前端上，形成外螺纹14h。
如图1所示，外周具有外螺纹的旋转轴18可旋转地支承在工作基座11上，与内螺纹14h螺纹配合。当旋转轴18旋转时，臂14g沿旋转轴18直线式地移动。滑动用伺服电机19设置在工作基座11的右侧面上。旋转轴18由伺服电机19驱动。
用于夹持中间工件W1的老虎钳20位于左侧及右侧机构13，14之间，配置在导辊12上。老虎钳20可沿导辊12在Y轴方向上移动。如图2及图3所示，老虎钳20备有脚部20a及一对夹具20b，20c。夹具20b，20c向与Y轴正交的方向打开，可夹持工件W1。
下面，对工件接合装置的操作进行说明。
在接合装置10中，三个工件W1，W2，W3被分阶段地进行接合。即，在第一阶段，将右侧工件W3接合到中间工件W1上。然后，在第二阶段，将左侧工件W2接合到中间工件W1上。
如图1及图3所示，中间工件W1具有以L2表示的长度。夹具20b，20c具有轴线方向(Y轴)的长度L3。当长度L2仅稍大于长度L3时，中间工件W1的中央部分被夹持在老虎钳20上。左侧工件W2夹持在左侧肌肤13的卡盘13e上。右侧工件W3夹持在右侧机构14的右侧卡盘14e上。然后，移动左侧机构13，使左侧工件W2与中间工件W1接触。这样，由左侧机构13及左侧工件W2限制老虎钳20及中间工件W1向左方的移动。即，左侧机构13起着中间工件W1的制动器的作用。
其次，由电机14d旋转右侧主轴14b，一面令右侧工件W3以预定的转数旋转，一面使右侧机构14向中间工件W1滑动。令旋转的右侧工件W3与不旋转的中间工件W1接触，在两个工件W1，W3的接触面上产生摩擦热，利用该摩擦热将两个工件W1，W3的接触面软化。当软化到所需的状态后，停止右侧工件W3的旋转，为完成接合，沿着两个工件W1，W3的轴向方向，对两个工件W1，W3施加顶锻力。从而，两个工件W1，W3的接触每相互压入，使工件W1，W3接合在一起。
在这种接合之后，由图中未示出的传感器检测出右侧主轴14b的旋转停止位置。这个位置例如可通过将把右侧工件W3安装到主轴14b上时右侧主轴14b的基准停止位置(位相)与工件W1，W3接合完毕时右侧主轴14b的停止位置进行比较而求得。为使接合后的工件W1，W3与左侧工件W2的位相一致，一度解除由老虎钳20对中间工件W1的夹持。然后，使工件W1，W3与右侧主轴同时旋转，调整工件W1，W3的调整位置。这被称作主轴定位。在定位结束后，中间工件W1再次被夹持在老虎钳20上。另一方面，夹持再次工件W2的左侧机构返回到预定位置的左方。
其次，利用旋转用伺服电机13d旋转主轴13b，以预定的转数旋转左侧工件W2。与此同时，利用滑动用伺服电机17通过旋转轴16使左侧机构13向中间工件W1移动。当旋的转左侧工件W2与不旋转的中间工件W1的端面夹持时，在两个工件W1，W2的夹持面上产生摩擦热。利用该摩擦热软化两工件W1，W2的夹持面。当软化进行到所需的状态后，左侧工件W2的旋转停止。左侧工件W2的停止位置由伺服电机13d控制，左侧工件W2停止在与通过主轴定位所确定的右侧工件W3的位相重合的位置处。在与旋转停止的同时，对工件W2与W1施加顶锻力。从而两工件我，为的夹持面相互压入，使两工件W1，W2接合在一起。这样，将三个工件W1，W2，W3接合在一起，获得一个工件。
用本实施例的工件接合装置10，对于尺寸较小的中间工件我，可将左侧工件为及右侧工件W3与之接合。并且，可以令左侧工件W2与右侧工件W3的旋转方向的位置正确地重合进行接合。
下面，如图1中的虚线所示，对具有长度为L1的尺寸长的中间工件W1，将左侧工件为及右侧工件3与之接合的情况加以说明。中间工件W1的长度L1远大于夹具20b，20c在Y轴方向的长度L3。左侧工件W2夹持在左侧机构13的卡盘13e上。右侧工件W3夹持在右侧机构14的右侧卡盘14e上。
首先，如图1及图3所示，中间工件W1在其右端附近夹持在老虎钳20上。从老虎钳20向右侧突出的中间工件W1的长度被设定成在接合操作中不会发生偏心的长度。
移动左侧机构13，直到中间工件W1的左端面与左侧工件W2的右端面接触的位置。利用左侧机构13限制在接合操作中夹持在老虎钳20上的中间工件W1向轴线方向的移动。
然后，由电机14d驱动右侧主轴14b，以预定的转数旋转右侧工件W3。与此同时，利用滑动用伺服电极19以预定的旋转方向旋转旋转轴18，令右侧机构14向中间工件W1移动。当旋转的右侧工件W3与不旋转的中间工件W1接触时，在两工件W1，W3的接触之间产生摩擦热。利用该摩擦热使两工件W1，W3的接触面软化。当软化进行到所述的状态后，停止右侧工件W3的旋转，同时在两工件W1，W3之间施加顶锻力。从而，两工件W1，W3的接触面相互压入，将两工件W1，W3接合在一起。
在两工件W1，W3接合之后，放松夹具20b，20c，将老虎钳20移动到中间工件W1的左端附近。左侧机构13返回到预定的位置。此后，检测出右侧主轴14b的旋转停止位置，根据该检测出的位置进行主轴的定位。再次紧固夹具20b，20c，将中间工件夹持在其左端附近。从老虎钳20向左侧突出的中间工件W1的长度设定成在接合操作中不会发生偏心的长度。
然后，用旋转用伺服电机13d驱动主轴13b，以预定的转数旋转左侧工件W2。利用滑动用伺服电机17按预定方向旋转轴16，令左侧机构13向中间工件W1移动。当旋转的左侧工件W2与不旋转的中间工件W1的左侧端面接触时，两个工件W1，W2的接触面之间产生摩擦热。利用该摩擦热使两工件W1，W2的接触面软化。当软化进行到所需的状态之后，左侧工件W2旋转停止。左侧工件W2的停止位置由伺服电机13d控制，左侧工件W2停止在由主轴定位所决定的右侧工件W3位相重合的位置。在旋转停止的同时，在两工件W1，W2之间施加顶锻压力。这样，工件W2压入中间工件W1，两工件W1，W2被接合在一起。从而，对于长尺寸的中间工件W1，左侧工件W2及右侧工件W3也可与之接合。而且，还可以使左侧工件W2与右侧工件外的旋转方向的位置正确重合地接合。
第一个实施例的接合装置10可达到以下的效果：
(1)可利用一台工件接合装置，对长度范围很广的中间工件W1进行接合。
(2)在右侧机构上采用感应电动机14d。感应电动机14d远比伺服电机13d便宜，与两侧均备有伺服电机的现有工件接合装置相比，可提供廉价的工件接合装置。
(3)中间工件W1由一个老虎钳20夹持。从而，与备有用于中间工件W1的固定老虎钳和移动老虎钳的现有工件接合装置相比，由于结构简单，从而可提供廉价的工件接合装置。
(4)在将中间工件W1与右侧工件W3接合时，左侧机构13起着对中间工件W1的制动器的作用，在中间工件我与左侧工件W2接合时，右侧机构14起着对中间工件W1的制动器的作用。即，在工件接合装置中，不需要现有的固定紧固器。此外，也不需要用于固定中间工件W1的移动的专用制动构件。从而由于工件接合装置结构简单，所以提供了廉价的工件接合装置。
(5)根据接合到中间工件W1上的右侧工件W3的旋转位置，控制驱动左侧工件W2的伺服电机13d的停止位置。从而可在左侧工件W2与右侧工件W3的位相正确地吻合的状态下，将工件W1，W2，W3接合在一起。
第一个实施例也可以变更成如下形式。
可使老虎钳、工件旋转结构、滑动结构及位相控制方式不同于第一个实施例。例如，可以将旋转轴16，18及滑动用伺服电机17，19改变成油压缸驱动机构。老虎钳20也可以是不能滑动的。在这种情况下，也可以获得与第一个实施例几乎同样的效果。
也可以在进行第一阶段几乎工序的右侧机构14上装配检测右侧主轴14b的旋转方向停止位置的编码器。编码器检测出在第一阶段接合工序结束时右侧主轴14b的停止位置，根据该停止位置，在第二阶段的接合工序时，由左侧机构13进行两个工件W2，W3之间的位相重合。这时，在可以获得几乎与第一个实施例相同的效果的同时，还可以省略用右侧机构14所进行的主轴定位。
用于驱动主轴13b，14b的电机也可以是伺服电机和感应电动机以外的电机。同时，可用一个老虎钳和一个工件代替制动器。特别是，右侧机构14的电机也可变更为象直流电机这样的廉价电机。
右侧主轴14b是与感应电动机14d通过皮带轮P1，P2，皮带14c进行驱动的，但也可以改变成用齿轮来代替皮带轮P1，P2和皮带14c。
也可以将驱动右侧主轴14b的感应电动机14d变成伺服电机。在这种情况下，可以获得第一个实施例的(1)，(3)，(4)项的效果。
与之间工件W1的接合，也可以从与左侧工件W2的接合开始，然后在与右侧工件W3接合。
导辊12也可以是分别设置用于两个机构13，14及老虎钳20的多个导辊。
导辊12包含V字槽等其它形式的导向构件。
上面参照附图对本发明的实施例进行了说明，但本发明并不限于上述实施例。可以在所附的权利要求范围内所述的及其等效物的范围内进行变更。