超音波切削系における最適制御装置の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350116
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 佐藤 啓仁 宇都宮大学, 工学部, 教授 (80008044)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 勝俊 宇都宮大学, 工学部, 助教授 (20282379)
• Keywords: 超音波振動切削 / 非線形振動 / 機械振動

Research Abstract

本研究の目的は「超音波振動切削系における最適制御装置の開発」である。この目的達成の為に、超音波振動切削に生じる挙動等の解明(基礎研究)が求められる。本年度の研究成果は、実験結果・数値解析より、以下の研究成果(1〜3)を得た。更に、NC旋盤の主軸回転制御用のプログラム製作を行い期待される動作を得た。
1.超音波振動切削に生じる不安定現象の解明、及び、難作材加工に関する研究
2.超音波振動切削に関する動的挙動の分類
3.パーソナル・コンピュータを用いたNC旋盤の主軸回転制御
1の研究成果は、超音波振動切削加工時に生じる可能性がある異常現象(真円度の悪化)について実験を行った。本年度は工具振幅の値を大きくすることで、真円度悪化を防止することを目的とした実験を行った。その結果、真円度悪化と工具振幅の大きさには依存関係が無い事が分かった。今後、NC旋盤を用いた真円度悪化の防止とその真円度悪化の回避に関する研究を行っていく。更に、難作材加工に関して、工具刃先の丸みを考慮することにより、工具刃先の欠損を防止できた。その結果、工具寿命を延ばせることが可能となった。
2の研究成果は、数値シミュレーションにより、超音波振動切削における加工領域の分類を行った。その結果、超音波振動切削の加工に関する領域分けが可能となった。今後、実験によりこれらの領域に関して、より深く検討していく。また、この加工領域の分類に関して、講演会で発表を行った。
3の研究成果は、「最適制御装置の開発」に必要不可欠な部分である。本年度は、パーソナル・コンピュータを使用することにより、NC旋盤の主軸回転速度が任意に調節可能になり、びびり振動抑制実験を行った。来年度は、研究成果1の様な不安定現象が生じた場合、パーソナル・コンピュータを用いこの現象を検知し、不安定現象を回避できる制御システムを構築する。また、難削材の加工条件も今後検討していく。

Research Products

• [Publications] Keijin SATO: "The Effect of Tool Nose Radius in Ultrasonic Vibration Cutting of Hard Metal"International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2003・43. 1375-1382 (2003)
• [Publications] Keijin SATO: "Analysis of Vibration Cutting System using Stochastic Model"Proceedings of The 34th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications. 2003. 166-171 (2003)
• [Publications] Keijin SATO: "Influence of Random Noise for a Cutting Model"Proceedings of The 34th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications. 2003. 172-176 (2003)
• [Publications] 佐藤 啓仁: "振動切削モデルにおける動的挙動の分類"日本機械学会機械力学・計測制御講演論文アブストラクト集. 2003・9. 217-217 (2003)