2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of an On-machine Polishing CAM System Based on Five-axis Control
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18K03892
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| Research Institution | Numazu National College of Technology |
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Principal Investigator |
藤尾 三紀夫 沼津工業高等専門学校, 制御情報工学科, 教授 (70238541)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 磨き加工用ＣＡＭ / セラミックファイバーブラシ / 表面粗さ / ５軸制御 / 凹凸球面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
CAD/CAMシステムが高度化される中，切削加工後の金型表面の磨き加工は熟練技術と多くの手作業の時間を要し，自動化が求められている．一方，近年オンマシンでバリ取りや一部の磨き加工を実現する工具が市販され，これらを活用して自由曲面に対応した工具経路を生成することで磨き加工を自動化できる可能性が出てきた．そこで本研究ではこれらの工具を用いて5軸制御することで磨き加工をオンマシンで自動化する「オンマシン自動磨き加工用５軸CAMシステム」を開発し，自由曲面磨き加工の自動化の実現を目的としている．
本年度は，大きな面を有する曲面の磨き加工を対象に大径のセラミックファイバーブラシによる磨き加工の有効性と，加工条件および問題点について加工実験により検証を行った．具体的には平面磨きが可能であることを確認した後，半径200mmの凹凸型円弧面および凹凸型球面について，カプス高さ５μmの基準面から表面粗さRa0.2μmを目指して磨き加工を行い，加工条件による差異を実験により求めた．磨きの設定条件としては主軸回転数，切削送り，工具半径，磨き回数，切り込み量を変え，さらに工具経路を走査線と等高線の２種を用いて実験を行い加工後の表面粗さから各パラメータと磨き効果との関係を調べた．
その結果，主軸回転数は遅い方が，磨き回数は多い方が，切り込み量は多い方が良く磨けることが明らかになった．一方で，切削送り速度と走査線，等高線の工具経路には大きく影響を受けないことが明らかになった．工具半径については，工具の剛性が異なることから，単純に比較できないことが示された．また凹凸面での切り込み量による磨き量の違いおよび磨き過ぎによる幾何形状の劣化が生じることがわかり，新たな問題点となった．ファイバーブラシにおいては凹凸での切り込み条件設定などさらに条件を詰める必要があることが明らかになった．
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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
オンマシンで磨き加工を実現できる可能性のある工具として，今年度はセラミックファイバーブラシ（ブラシ）を用いて，磨きの加工条件を変えて加工実験を行った．まずはブラシで磨けるかを確認するため，平面を対象に３軸加工により磨き加工実験を行った結果，ブラシにより平面を磨くことが可能であることを確認した．その後，磨きの対象形状を半径200mmの凹凸型の円弧面および球面とし，カプス高さを5μm残した面について磨き加工を行い，表面粗さＲａで0.2μmを目標に実験を行った．磨きの条件として主軸回転数，切削送り，工具半径，磨き回数，切り込み量を変え，さらに工具経路を走査線と等高線の２種を用いて実験を行いその表面粗さから各パラメータと磨き効果との関係を調べた．また５軸制御の有効性を確認するため，凸型球面について等高線工具経路を用いて３軸加工と比較実験を行った．
その結果，３軸では球面に段差が生じて幾何形状が劣化し，磨くことができないことを確認した．一方，５軸制御では球面の幾何形状を劣化させることなく磨けることが確認できた．また加工条件について，主軸回転数は遅い方が，磨き回数は多い方が，切り込み量は多い方が良く磨けることが明らかになった．一方で，切削送り速度と走査線，等高線の工具経路には大きく影響を受けないことが明らかになった．工具半径については，工具の剛性が異なることから，単純に比較できないことが示された．
また凸面では幾何形状を劣化させることなく，目標の表面粗さを得ることが可能であることを確認した．一方，凹面についてはブラシがフラット面である事から，表面精度は切り込み量が少なくても得られるのに対し，同じ切り込み量であったも，磨きすぎが生じて幾何精度が劣化することが明らかになった．この結果からブラシについては凹面での磨き手法やブラシの形状，加工条件の再検討が必要である事が明らかになった．
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| Strategy for Future Research Activity |
オンマシンでの磨き加工用ツールとしてセラミックファイバーブラシを適用した結果，凹面への対応について，幾何形状が劣化する問題について検討が必要である事が明らかになった．今後は，切り込み量の変化および工具経路の制御，またはブラシ先端の変形により幾何形状を劣化させることなく磨く手法の検討を今年度行う．
また今年度は，新たな磨き加工用ツールとして，機上ポリッシングツール砥石（ラバーボンド砥石）を導入し，加工条件を変えて磨き加工実験を行うことにより，このツールが磨き加工に用いることができるか，またその特性，必要な工具経路の特徴について加工実験を行い検討する．さらに一部実用化されている多結晶ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）工具を用いた鏡面磨き加工についても導入し，加工実験を行い，その特性を検証する．さらにこれらの加工実験で得られた情報を反映したＣＡＭソフトの開発のため，３次元ＣＡＤのRhinocerosを活用した汎用的なコード開発に着手する．
これらの磨き加工実験およびＣＡＭソフトの開発を通し，最終年度には，複数の曲率や立壁を有する汎用的な磨き対象形状を総合評価モデルとして準備し，加工部位に応じて，適合する磨き加工用工具を使い分けて磨き加工実験を行うテスト加工を行う．そして磨かれた自由曲面の形状精度と仕上げ面あらさ等に基づいて，工具経路や磨き加工条件の評価を行い，最終的に提案するCAMシステムの総合的な検証と評価を行う．
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| Causes of Carryover |
当初購入予定であった，磨き加工用ツールである機上ポリッシングツール砥石（ラバーボンド砥石）の仕様についてメーカと合わせを行い，詳細な材料や粗さなど検討を続けて購入が遅れたため，次年度使用額が生じた．打ち合わせはほぼ終わっているので，早急に機上ポリッシングツールを導入し，加工実験を行う予定である．
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