| Project/Area Number |
19K04267
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Ariake National College of Technology |
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Principal Investigator |
柳原 聖 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (90313113)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | 研削加工 / テレメトリー計測 / スマートホイール / インプロセス制御 / 速度制御 / フィードバック制御 / ダイナミックコントロール / 超砥粒ホイール / 研削砥石 / 軽量高剛性 / ダイナミクス / コントロール / 省エネルギー / インプロセス / デザイン / 低慣性モーメント / 表面技術 |
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| Outline of Research at the Start |
研削加工における回転工具ならびに被加工物の使用方法について，加工中に動的に速度を可変制御するインプロセス速度制御法とその効果を検証する．このようなインプロセス制御の実現によって，仕上げ加工中の再生びびり振動の抑制，工作物表面のトポグラフィ制御，残留応力，熱応力といった表面品質の制御などを検証し，研削加工における回転工具まわりのダイナミクスコントロールによって新たな機能を提供できることを示したい．
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| Outline of Annual Research Achievements |
まずは前年度までの研究成果をもとに本年度は円筒研削盤を利用した実験装置の構築を図った．この円筒研削実験装置では，インプロセスでの砥石軸（工具軸），および工作物軸の可変速制御機能の実現を目指した．このインプロセス可変速制御システムの構築においては，もともと円筒研削盤に取り付けてあったモータのモータドライバの制御系に自作のマイコン制御ボードを介入させることで，最低限の改造により機能の実現を試みた．そして，種々の制御応答実験からシステムの機能が実現されたことが確認できた．
次に新たに加工中の砥石の負荷をできるかぎり加工点近傍から得てテレメトリーモニタリングするために，ひずみゲージとトランスミッターを内蔵したCBN超砥粒スマートホイールを開発した．開発したスマートホイールは，まずは基本的な研削性能にテレメトリーシステムが影響しないかどうかが調査され，影響がないことが確認された．その後加工中の砥石にかかる負荷をひずみゲージからのひずみ出力によりテレメトリーモニタリングできることが確認され，負荷のフィードバックによる動的な制御実現できる可能性が示された．
そこで，スマートホイールからテレメトリー送信されてくる負荷データをマイコンで判断し，あらかじめ設定したスレッショルドレベルを超えると工具速度（砥石周速）を変速させるという実験を試行した．
その結果，このような負荷モニタリングによる制御をしない場合には工作物表面の粗さが劣化するが，負荷に応じて工具－工作物間の相対速度をインプロセスで可変速度制御することで，そのような劣化を低減できることが明らかとなってきた．
このことから，砥石の切れ味低下（パフォーマンス劣化）を加工点近傍からセンシングし，そのセンサー情報を利用したフィードバックシステムを構築するという本研究の基本構想の一つが達成できた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究における主な課題は下記の３つである．
項目1. 低慣性モーメント超砥粒ホイール開発と，研削抵抗制御によるダイナミクスコントロール
項目2. 工作物表面構造の制御
項目3. 研削加工点における熱の制御による熱応力のコントロール．
このうち工具-工作物間インプロセス速度制御研削盤の開発とスマートホイールによるフィードバック速度インプロセス制御が達成できたことから，概ね項目2までの課題が達成できたと考えている．
項目3については本来本年度までで達成したかった項目であるが新型コロナの影響でまだ達成できていない．したがって当初予定よりは遅れてしまっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究課題の検討項目の一つとして挙げていた，研削加工点における熱の制御による熱応力のコントロール手法については，本来2022年度にて完了しておきたかった項目であるが，現状では着手できていない．この項目について本年は検討しながら本研究計画のとりまとめを行いたい．
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