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振動モード空間上での切削力推定に基づくびびり振動検知手法と安定化加工法の開発

Research Project

Project/Area Number 17J06232
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Production engineering/Processing studies
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

山田 雄基  慶應義塾大学, 理工学部, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsびびり振動検知 / 振動モード / ボールねじ / 切削力推定 / オブザーバ / 振動抑制制御 / 帯域分離
Outline of Annual Research Achievements

本研究は,ボールねじ送り駆動の工作機械を対象に,推定切削力に基づく高応答なびびり振動検知技術とフィードバック型の実時間びびり振動抑制技術の開発を目的として行われた.振動モード空間上で切削力推定・びびり振動検知/抑制制御を行うことで,ボールねじ送り駆動系のような多自由度系における加工状態監視・加工制御の簡略化を試みた.また,切削力と振動変位間の位相差を指標とする既存技術と統合することで,一意な閾値設定に基づき時間領域でびびり振動を検知することを試みた.提案手法は外部センサを必要とせず,モータの電流・角度情報とステージの位置情報という加工機の内部情報のみを用いるため,よりサステイナブルで信頼性の高い加工状態監視システムを構築できる.
まず,提案するびびり振動検知手法の有効性を評価するため,切込み量を単調増加させる切削試験を行った.その結果,振動モード空間での状態監視により,1自由度系としてモデル化可能なリニアモータ送り駆動ステージと同様に閾値を設定できることが示された.また,びびり振動の検知結果は,評価用として主軸に取り付けた加速度センサ情報を周波数解析した結果と一致することが確認された.
次に,振動モード空間で得られた推定切削力を制御器にフィードバックすることにより,能動的に振動を抑制できるかを評価した.当初の計画では,ステージの駆動力で加工点での切削力が相殺されるように位相補償器を設計することとしていたが,ステージ位置とモータ角度間の相対加速度情報を利用することで,振動モード部のみに位相進みを付与でき,帯域分離型の制御系設計を実現できることが明らかになった.びびり振動を伴わない加工条件下でエンドミル加工試験を行った結果,振動抑圧特性は向上することが確認され,特に,切削力の送り分力の比率が高くなる際に効果的であることが明らかになった.

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (3 results)

All 2017

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Vibration Suppression Control by Band-Limited Disturbance/Internal Disturbance Cancelation Using Relative Acceleration2017

    • Author(s)
      YAMADA Yuki、KAKINUMA Yasuhiro
    • Journal Title

      Journal of the Japan Society for Precision Engineering

      Volume: 83 Issue: 11 Pages: 1041-1048

    • DOI

      10.2493/jjspe.83.1041

    • NAID

      130006855982

    • ISSN
      0912-0289, 1882-675X
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Development of Sensorless Chatter Detection Method in Ball Screw Drive System Applying Mode Decoupling2017

    • Author(s)
      A. Sugiyama, Y. Yamada, S. Yamato, Y. Kakinuma
    • Organizer
      43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Phase shift monitoring based on mode-decoupled disturbance observer for chatter detection2017

    • Author(s)
      S. Yamato, Y. Yamada, T. Ito, H. Matsuzaki, Y. Kakinuma
    • Organizer
      9th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (LEM21)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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