2023 Fiscal Year Annual Research Report
Devlopment of high-speed spindle with pressurized bearings achieving improved thermal stability
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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 – 2024-03-31
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| Keywords | 工作機械 / 温度制御 / 熱的安定性 / スピンドル / 伝熱工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、高い性能を有するスピンドルの開発を目的にして実施したものである。特に、高い加工精度を達成するために、熱的安定性にすぐれた、すなわち内部発熱による熱変位を抑制する性能に着目して研究を実施した。この実施のために、スピンドルの内部の冷却構造を有効に利用して、スピンドルの熱変位の制御について検討を行った。具体的には、まず、スピンドルの温度分布変化とその結果によって生じる熱変形状態を予測する３次元モデルを構築した。さらに、冷却に使用するチラーの温度制御性を越える制御精度を実現させるために、高応答水温制御系を利用することにより、各方向の熱変位を制御可能なシステムを検討した。今年度の主な研究実績の概要は次の通りである。
1. スピンドルの熱変位特性の実験による評価：スピンドル内部による冷却構造の使用条件（冷却液の温度や流量）とスピンドル２方向の熱変位の関係を３次元モデルによるシミュレーションと実験により検討し、その特性を確認した。
２．開発したフィードバック温度制御システムによる軸端変位の制御効果の実験的検証：開発した温度制御システムを利用して、スピンドル温度をフィードバック制御したとき、加工精度に直接影響する軸端変位特性を実験的に明らかにし、制御効果と改善課題を示した。さらに、軸端熱変位のさらなる抑制を実現することを目指して、軸端熱変位の予測手法に関する検討を行った。
３．スピンドルに構成した軸心冷却構造内部の冷却特性の検討と高速回転時の冷却液の流れ解析：開発したスピンドル内部には、特殊構造の冷却構造を考案採用した。そこで、その冷却性能を３次元熱流体解析により詳細に検討を行った。その結果、回転数によって特異な現象が発生することを明らかにし、その原因の検討を行った。
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