2016 Fiscal Year Research-status Report
5軸工作機械の加工時の熱状態に適応した「自己最適化」の方法論
| Project/Area Number |
15K05721
|
|---|
| Research Institution | Hiroshima University |
|---|
Principal Investigator |
茨木 創一 広島大学, 工学研究院, 教授 (80335190)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 工作機械 / 5軸工作機械 / 切削 / 幾何誤差 / 運動精度 / 熱変形 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
工作機械の運動精度は，熱変形や経年変化の影響を強く受ける．そのため，機械設計と組み立て調整の技術を磨くだけでは，長い期間にわたって加工精度を維持することは難しいと考える．本研究の目的は，工作機械が自ら，自分自身の精度を測定し，それを最適に補正するという，工作機械の「自己最適化」の手法を具体化することである．特に実際の加工では，主軸モータや送り系モータなどの発熱，クーラントによる冷却などが原因で，誤差を測定するときと，実際の加工では熱状態が大きく異なる場合が少なくない問題に着目した．本研究では，実際の加工に使用する工具を主軸に付けた状態で，実際の加工と同じ条件で主軸を回転し，実際の加工と同様の熱状態において，5軸工作機械の「自己最適化」を行うシステムを構築することを目的とする．
この研究課題において，実際の加工に使用する工具を主軸に付け，実際の加工と同じ条件で主軸を回転した状態で，工具とテーブル間の相対変位を測定するために，非接触式の工具測定システムを使うことを考案した．非接触式の工具測定システムは，工具長や工具径を測定する装置として加工現場に広く普及しており，それを機械の「自己最適化」に流用する．
本年度は，市販の5軸マシニングセンタに提案した手法を適用し，幾何誤差の診断を行う試験を行った．また，主軸を停止した状態で誤差キャリブレーションを行う従来法の代表例として，R-test測定を実施した．両者を比較するために，加工試験を実施した．その結果，加工物の形状誤差の原因である5軸加工機の幾何誤差を，提案法によって正確に評価できていることが分かった．R-test測定では，主軸の回転に伴う熱変形の影響を評価できないため，実際の加工物の形状誤差とは差が大きかった．また，提案法を用いて同定された幾何誤差を数値的に補正し，加工試験を行ったところ，加工物の形状誤差は大きく低減された．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は，市販の5軸マシニングセンタに提案した手法を適用し，幾何誤差の診断を行う試験を行った．また，主軸を停止した状態で誤差キャリブレーションを行う従来法の代表例として，R-test測定を実施した．両者を比較するために，加工試験を実施した．その結果，加工物の形状誤差の原因である5軸加工機の幾何誤差を，提案法によって正確に評価できていることが分かった．R-test測定では，主軸の回転に伴う熱変形の影響を評価できないため，実際の加工物の形状誤差とは差が大きかった．また，提案法を用いて同定された幾何誤差を数値的に補正し，加工試験を行ったところ，加工物の形状誤差は大きく低減された．
本研究で提案する「自己最適化」手法のアルゴリズムの構築は完了し，その有用性を加工試験で示すことができたと考える．
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度までに，本研究で提案する「自己最適化」手法のアルゴリズムを構築し，実際の機械加工で有用性を示すことができた．「自己最適化」により，工作機械が熱変形や経年変化の影響を受けても，加工物の形状精度を一定水準以上を維持できることを示すための，基礎的試験を行うことができたと考える．
工作機械の熱変形の影響を，分かりやすい形でユーザに示すためには，実際に切削加工を行い，加工物の形状精度を評価する加工試験は，有効であると考える．本研究で実施した加工試験を，より広くユーザが実施できることを目標に，これまでの研究成果をもとに，ソフトウェア開発を進める．
さらに，本研究で提案する「自己最適化」手法のアルゴリズムをソフトウェアとして実装し，本手法の有効性を示すための試験を，様々な工作機械で実施する．
|
| Causes of Carryover |
本年度中の研究代表者の所属研究機関の変更に伴い，物品費の支出が当初計画よりも少なかったため．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
提案法の有効性を実際の加工試験で検証するため，加工試験で使用する工具や金属素材などの購入に主に使用する計画である．
|
