2018 Fiscal Year Research-status Report

オンマシン動剛性計測に基づく低剛性工作物の加工プロセスの提案

Research Project

Project/Area Number	17K06078
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	河野大輔京都大学, 工学研究科, 准教授 (80576504)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	機上計測 / 動剛性 / 低剛性工作物 / 切削加工
Outline of Annual Research Achievements	プローブによる動剛性の測定値と加工における工作物の動剛性を比較するために，開発したプローブを用いた測定結果から，エンドミル加工中に再生びびり振動が発生する条件を推定できるかを検証した．再生びびり振動が発生しやすい回転数と，そのときのびびり周波数をおおよそ推定することができた．開発した動剛性の測定プローブを用いた測定において，測定系の動剛性の影響を調査した．具体的には，1200 Hzから1400 Hzの帯域において打撃試験とDSPE法のコンプライアンスが異なる原因を調査するために，加振装置を対象に打撃試験を行った．その結果，主軸系の振動モードが動剛性測定結果に影響を及ぼすことが分かった．ファイバーレーザ干渉計を用いた機上動剛性測定装置を開発した．本装置は，レーザ干渉計を用いて工作物変位を測定することで，加振装置が工作物に接触していたない状態でも動剛性測定を行うことができる．この特性を活用して，断続的な切削力を模擬した加振力を入力し，動剛性を測定した．開発した動剛性測定用のプローブを工作機械に搭載し，NCプログラムを用いて自動で複数点の動剛性を測定するシステムを構築した．同システムは動剛性測定用のプローブと測定の自動化のためのシステムから構成されている．測定の自動化のためのシステムでは，工作機械のCNCと外部制御装置を使用して，加振装置の位置決め，予圧の管理，加振の開始・終了，コンプライアンスの測定を自動で行うことができる．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason H30年度実施予定内容である「プローブによる動剛性の測定値と加工における工作物の動剛性の比較」と「動剛性測定法における測定系の動剛性の考慮」を実施することができた．前者では，プローブによって測定した動剛性から，エンドミル加工中に再生びびり振動が発生しやすい回転数を推定することができることが分かった．つまり，加工中の動特性がプローブによって測定できていると言える．後者では，開発したプローブでは，主軸系の固有振動数付近で測定系の動剛性の影響を無視できないことが分かった．今回使用した工作機械では，影響を無視できない周波数帯域は具体的には1200 Hz～1400 Hzであった．さらに，計画通りに進まなかった際の対応としていた変位計内蔵の動剛性測定プローブを開発できたことに加えて，予定していなかった測定システム自動化のためのシステムも構築することができた．これらの結果から，当初の計画以上に研究が進展しているため．
Strategy for Future Research Activity	機上動剛性計測に基づいた加工プロセスを提案する．動剛性測定システムを用いて測定した工作物の動剛性から，加工時の振動の時間領域シミュレーションを行い，振動振幅が許容値以下となる条件を求めることを予定している．既にシミュレーションモデルの構築と，検証実験を開始している．