2016 Fiscal Year Research-status Report
環境に配慮した工程短縮型高精度歯車加工法－振動歯切り加工法の開発－
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16K00591
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| Research Institution | Oita National College of Technology |
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Principal Investigator |
軽部 周 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70370054)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 環境負荷低減 / ドライ加工 / 歯車 / 高硬度鋼加工 / 工作機械 / 振動切削 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は「環境負担が少なく経済性・生産性の高い高精度ドライ歯車加工法の開発」である．今年度の研究では，前年度までに開発し，顕著な加工温度低減効果が得られた「ホブ振動歯切り装置」について，(1)装置のメカニズム解明，(2)加工温度低減効果の定量化，の二点を行う計画であった．以下，詳細を示す．
１．「ホブ振動歯切り装置のメカニズム解明」について，ホブ振動機構全体のモデル化を行った．ホブ振動機構は複数枚の皿バネに与圧をかけて使用している．今回，アルメンラズロ式およびニュートン法により合成ばね定数を算出し，これを用いたホブ振動機構の数学モデルを提案した．更にホブを振動数600Hz～1,000Hzの範囲で強制振動させホブ振幅を測定する実験を行い，実験結果と数学モデルより得られた計算値が良く一致することを確認した．以上から強制外力の振動数に対応するホブ振幅の理論値が計算可能となり，これまで経験的に行ってきた振動ホブの設定を論理的に行うことができるようになった．本成果は国際会議ＭＰＴ２０１７にて発表した．
２．「ホブ振動歯切り装置における加工温度低減効果の定量化」について，熱電対を用いた加工中の工作物温度の直接測定を行った．また，従来よりも信頼性の高い，熱放射温度計を用いた加工温度の間接測定法を考案した．熱放射温度計は測定対象の材質により放射率が変化するため，測定対象を切りくずのみに限定し材質を一種類に絞ることで，より直接測定に近い測定が可能であることを確認した．本手法により，歯車加工における簡便かつ精度の良い加工温度測定を実現することができる．本成果について学会発表を行った．
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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
平成28年度は，(1)ホブ振動歯切り装置のメカニズム解明，(2)ホブ振動歯切り装置における加工温度低減効果の定量化，の二点について主に研究を行った．
【現在までの達成度】上記(1)について，本年度の目標であった「ホブ振動歯切り装置のモデル化」を実現し，実験装置と同等の特性を有することを確認した．今後，本モデルを利用した装置の最適化について考える必要がある．上記(2)について，本年度の目標であった加工温度の直接測定および間接測定の高精度化を実現した．ただし加工温度の直接測定について，まだ連続的な温度測定が可能なシステムとはなっていないため，今後もシステムの改良が必要である．
一方，「工作物振動歯切り装置の新規開発」の研究にも着手し，装置の設計，試作を行っている．試作により振動装置の剛性不足など様々な問題が明らかになっており，今後の装置改良について有益な情報を得ることができた．本装置は「ホブ振動歯切り装置」と比較し，既存の工作機械への簡便な実装が可能であるため，振動切削加工による歯車の高精度化，低コスト化を推進するために必要な技術である．更に，本研究の母体となる振動切削の研究，歯車の衝突振動に関連するバウンシングボール系の研究など，関連事項についても積極的に研究を進めている．
以上の理由から，研究はおおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．「工作物振動歯切り装置の開発」の推進．工作物振動歯切り装置は「工作物を軸方向に微小振動させる」ことで，歯車歯面に生成される送りマークを除去し高精度な仕上げ面を得るための装置であるが，工作物を確実に固定できないため実現が難しい．今年度の試作を踏まえた改良点として，工作物を上下させる機構の剛性およびモータの回転数を上げる必要があるため，これを実行する．また，自励振動を利用して工作物に振動を与える方法も有効であると考えられるため，この方法も視野に入れ，目標である「工作物振動歯切り装置の開発」を目指す．
２．今年度開発したホブ振動機構の力学モデルを用い数値シミュレーションを行い，振動機構の最適化について検討する．更に，実験装置に生じるホブの振動が減衰する等の異常現象についても考察する．また，ホブ振動歯切り装置の直接温度測定を継続して行い，本装置の有効性を定量的に評価する．以上の研究を論文化する．
３．ホブ振動歯切り加工装置の切削力推定法について検討する．当初考案した，ホブアーバのねじり振動測定による切削力推定法の実現を目指し，実験を行う．本研究の課題として，装置上に生じるねじり振動が微小で測定が困難な場合が考えられる．その場合の代替案の一例として，ホブ振動歯切り加工装置に内蔵してあるスラストベアリングをスリップリングに置き換え，歪みゲージによりホブアーバのねじれを直接測定する手法などが考えられる．
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[Presentation] Dynamic Behavior of a Bouncing Ball2016
Author(s)
Shu KARUBE, Takuji KOUSAKA, Yuya KAWAZU
Organizer
The 2016 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2016)
Place of Presentation
ニューウエルシティ湯河原（熱海市）
Year and Date
2016-11-27 – 2016-11-30
Int'l Joint Research
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