パラレルメカニズムを用いた高速走査NC電解加工による3次元複雑形状加工

Research Project

Project/Area Number	22K03860
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
Research Institution	Kanazawa University
Principal Investigator	小谷野智広金沢大学, 機械工学系, 准教授 (20707591)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords	電解加工 / パラレルメカニズム / 走査電解加工 / 高速走査 / NC / 数値制御
Outline of Research at the Start	電気化学現象を利用した加工方法である電解加工において，工具電極を走査して加工を行うNC電解加工は，通常の電解加工よりもフレキシブルな形状加工が可能という利点を有する．本研究では，従来の工作機械よりも高速駆動が可能なパラレルメカニズムを用いたNC電解加工機を開発し，従来よりも高速な工具電極走査により，3次元複雑形状を高速・高精度に加工可能な電解加工を実現する．
Outline of Annual Research Achievements	電解加工は電気化学的加工法であり，単純形状の工具電極を数値制御によって移動させることで加工を行う方法が走査電解加工である．本研究では，新たに開発した3自由度パラレルメカニズムを用いた電解加工機を用いて走査電解加工を行い，加工特性を調査した．100 mm程度の長い走査範囲の加工において，印加電圧一定の定電圧モードと，加工中に流れる電流が一定となるように電圧が制御される定電流モードで加工を行い，加工精度を調査した．その結果，加工量のばらつきの低減のためには，定電流モードが有用であること分かった．また，工具電極をXY方向に走査した場合の加工形状シミュレーションを行った．工具電極が静止した状態で加工を行い，それにより得られた加工形状を単位除去形状とする．この単位除去形状と，XY平面上での滞留時間分布から畳み込み積分を行い，予測される加工形状を得る．ポケット加工において，シミュレーション結果と実際の加工形状を比較した結果，加工形状はおおよそ一致した．さらに，目標とする加工形状と単位除去形状から，逆畳み込みにより滞在時間分布を求めることができた．しかし，実際の加工深さとシミュレーションで得られた形状には差が生じた．この理由として，シミュレーションで用いた単位除去形状は実際の加工で一定ではなく，加工深さなどによって変化していることが考えられる．この対策として，加工形状が変化した場合の単位除去形状を，電場解析によるシミュレーションによって求めることや，加工誤差を機上で測定し，追加工を行うことが考えられる．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 走査速度などの加工条件が加工精度や表面粗さに与える影響が明らかになってきている．また，単位除去形状と滞在時間分布から加工形状を求める順方向シミュレーション，および目標とする加工形状と単位除去形状から滞在時間分布を求める逆方向シミュレーションの両方が行えている．ただし，実際の加工形状とシミュレーションで得られた形状に誤差がある．
Strategy for Future Research Activity	設定した工具経路から加工形状を推定するシミュレーションは行えているが，実際の加工結果とシミュレーションで得られた形状にはどうしても誤差がある．そこで，電解液ジェットを用いた手法により加工形状の機上測定を行い，追加工による補正を行うことを試みる．また，3自由度パラレルメカニズムに，さらに2軸を追加した5自由度パラレルメカニズムNC電解加工機を開発する．5自由度の加工により，傾斜面や球面の加工において，より良好な加工精度となることが期待できる．