Trajectory error estimation for machining center cutter path due to motion error between interpolation segments
| Project/Area Number |
21K03811
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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 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Kyushu Sangyo University |
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Principal Investigator |
丘 華 九州産業大学, 理工学部, 教授 (40227335)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 機械エンジニアリング / 工作機械加工精度 / ＮＣ加減速制御 / 運動誤差解析モデル / 工具経路運動軌跡のシミュレーション方法 / 実験検証 / マシニングセンタ / 工具経路運動誤差推定 / 加減速運動制御 / パラメータ同定 / 運動軌跡シミュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
本課題では、MCの使用者の立場から、MC上に簡単な実験を通して必要なMCのNC加減速制御のパラメータを同定する方法と、多数の短い補間セグメントからなる工具経路を対象に、セグメント間の加減速運動に起因する工具経路をシミュレーションしてその軌跡誤差を効率的に推定する方法の確立を目的とする。また、近年にMCのNCシステムに多く採用されているAI先行制御技術やNC加工モードと工具経路運動誤差抑制との関連について、実験と解析の両面から検討を加え、それらの技術の現場での効率的な活用に実用的な参考を提供する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
マシニングセンタ（MC）を使用して曲線輪郭を精密に加工する場合、得られた輪郭の形状精度が加工中に用いた工具経路の運動誤差と強く関連している。MCのNC装置内部の工具経路構成セグメントの加減速運動制御方式と関連パラメータの値が分かれば、切削実験をせずに切削条件に対応する工具経路の運動誤差ないし加工輪郭の形状誤差を把握することは可能であるが、通常では、MCの使用者にとって、このようなNC制御の詳細情報が開示されていない。
本課題では、MCの使用者の立場から、比較的簡単な手段によって必要なMCのNC加減速制御のパラメータを確定する方法と、多数の短い補間セグメントからなる工具経路を対象に、指定される運動条件に対して、セグメントの加減速運動に起因する工具経路をシミュレーションしてその軌跡誤差を効率的に推定する方法の確立を目的とする。また、近年にMCのNCシステムに多く採用された加工モードやAI先行・輪郭制御技術と工具経路運動誤差抑制との関連についても検討を加え、それらの技術の現場活用に実用的な参考を提供する。前年度の結果に基づき、本年度の主な研究成果として、以下の通りである。
１．円弧補間セグメントのNC加減速運動モデルを確立した。それに基づいてMCの円弧補間工具経路運動軌跡のシミュレーション方法を提案した。
２．実測したMC工具経路の運動軌跡、シミュレーションした工具経路軌跡、加工したワーク輪郭の実測輪郭形状誤差を比較する結果から、提案した運動誤差モデルと工具経路シミュレーション方法の妥当性が確認された。
３．対象MCの円運動半径減少量を便利に見積もる式がまとめられ、その妥当性も確認された。また、工具経路運動軌跡のシミュレーション結果から、各補間円弧部の運動誤差をNC工具経路に逆補正することにより、送り速度を下げずに工具経路の運動精度を向上する可能性が実機実験によって検証された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理由：これまでの研究は基本的に計画通りに実施されている。
１．対象MCに採用されたNC加減速制御方式における関連パラメータについて、実測したMCの工具経路運動軌跡から、必要なパラメータを確定することができた。また、測定実験と数値検証の両面から、これらのパラメータの実際値について、NCシステムの取説に記録した値、または、それから簡単な換算によって推定する値を利用可能であることも確認できた。
２．現在広く利用されているNC直線加減速制御について、短いセグメントを含め、比較的簡単な形を持ち、必要なパラメータが少ない直線補間セグメントおよび円弧補間セグメントのNC加減速運動モデルを提案した。工具経路を構成する各セグメントの運動がそれぞれ独立に作動し、それらの合成運動により実際の工具経路を生成するという条件の下で、MCの直線補間工具経路および円弧補間工具経路の運動軌跡シミュレーション方法を提案した。この方法はアルゴリズムが簡明でプログラミング作業も容易である。
３．KGM交差格子測定装置を使用して、種々の運動条件で実測したMC工具経路の運動軌跡を同じ運動条件を用いてシミュレーションした工具経路軌跡、および実際に加工したワーク輪郭の実測輪郭形状誤差と比較する結果から、提案した運動誤差モデルと工具経路シミュレーション方法の妥当性が確認された。その結果、対象MCについて、切削実験をせずに工具経路に及ぼす直線補間セグメントおよび円弧補間セグメントのNC加減速運動の影響を推定して把握する可能性が確認された。また、対象MCの円運動半径減少量を推定する式が非常に簡単で使いやすい形にまとめられた。
４．シミュレーションした工具経路運動軌跡の結果に基づき、NC工具経路に各補間円弧の半径誤差を逆補正することにより、送り速度を維持しながら工具経路の運動精度を有効に改善する可能性が確認された。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度には当初の計画に従い、以下の研究内容を実施する予定である。
１．2022年度に得られた研究結果を整理して論文にまとめ、学術専門誌に投稿して公表する。
２．工具経路運動軌跡のシミュレーション結果に基づき、切削実験をせずにNCプログラムに補間セグメントの運動誤差を逆補正することにより、工具経路運動精度を改善する方法の実用性を検討する。
３．提案した工具経路運動軌跡のシミュレーション方法をツールとして、MCのNC加工モードやNCシステムに採用されるAI先行・輪郭制御技術と実際の工具経路運動誤差抑制との関連と効果について検討する。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
