2017 Fiscal Year Research-status Report
温度・変位制御機能と高い熱的安定性を有する超高速高剛性水静圧スピンドルの開発
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17K06093
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
中尾 陽一 神奈川大学, 工学部, 教授 (00260993)
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2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スピンドル / 静圧軸受 / 温度制御 / 熱的安定性 / 超精密工作機械 / 水圧制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.熱的安定性に関する評価： 高速回転中のスピンドル各部の温度と供給部ならびに排出部の水温を測定し，スピンドルの熱的安定性に関する実験的評価を行った．スピンドル本体の温度ならびに水温測定にはサーミスタ式温度計などを利用し，回転中のロータ温度測定には，赤外線放射温度計により測定した．一連の実験の結果，潤滑流体として供給される水は，スピンドル内の発熱の８０％程度をスピンドル外部に放出することがわかった．
2.高精度高応答水温制御システムの開発 開発するスピンドルの特長の一つは，スピンドル本体の基本性能として高い熱的安定性を具備させることである．これは，熱的安定化設計によって，スピンドルが高速回転する際においても発熱を冷却水で取り除けるように，設計することで可能になる．一方，この場合においても，チラーの性能上の制約に伴う水温変動は避けられない．そこで，スピンドルの温度変動を制御することを目的にして，水温制御手法を検討した．その上で，基礎的な実験を行い，考案した手法が水温制御に有用であることを明らかにした．
3.静圧軸受の変位制御システムの開発 開発するスピンドルの静圧軸受には，高い軸受剛性を具備させるため，加工負荷による軸受変位は小さい．一方，切削／研削工具を回転させるロータ変位をナノオーダ分解能で直接制御できれば，将来，さらに高まる高精度な加工要求にも応えられる．そこで，水静圧スラスト軸受部に供給する潤滑流量を外部信号で制御可能な流量制御弁によって制御し，軸受変位を直接制御するシステム開発を行った．開発したフィードバック制御システムの制御性能を評価した結果，高い制御分解能を有することが確認された．
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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
研究全体としては順調に進行している．一方，研究課題の一つである高速スピンドルの設計については，ほかの研究課題に注力したために，当初の研究計画よりは遅れが発生している．
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| Strategy for Future Research Activity |
熱的安定化設計に基づく高速高剛性水静圧スピンドルの設計 本研究課題で開発するのは，高い定格回転数と軸受剛性を有する水静圧スピンドルである．運転中の温度変化を目標温度以下に収まるように，スピンドル構造と供給する水の温度と流量を決定する．本計算には申請者が開発したスピンドルの温度変化と軸受性能を連立させた解析手法を採用する予定である．
高精度高応答水温制御システムの開発 開発するスピンドルの特長の一つは，スピンドル本体の基本性能として高い熱的安定性を具備させることである．これは，熱的安定化設計によって，スピンドルが高速回転する際においても発熱を冷却水で取り除けるように，設計することで可能になる．一方，この場合においても，チラーの性能上の制約に伴う水温変動は避けられない．そこで，水温を高精度に制御する手法を考案し，これで制御された水温をスピンドルに供給してスピンドルの温度変動を抑制できるシステム構築を目指す．
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| Causes of Carryover |
当初の研究計画では，スピンドル製作費を計上する予定であったが，研究の進捗の遅れから製作するに至らなかったために，２年目に繰り越すことになった．しかしながら，スピンドル設計は継続して進めているため，今後，研究費を執行する予定である．
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| Remarks |
研究代表者が主宰する研究室のホームページ
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