2020 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 – 2022-03-31
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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．
第１ステップでは，ブラシにより磨き加工が可能かどうかの検証を行うため，半径120mmで，表面粗さRa5μmの凸型円弧面および凸型球面において，磨き加工を実施した．目標面の表面粗さは汎用的な金型の表面粗さであるRa0.2μmを目標とした．その結果，凸型円弧および球で磨き加工が可能であることが確認できた．なお，加工対象としてはアルミ合金を用いた．
第２ステップでは，対象形状に半径120mmの凹型円弧と凹型球面を追加し，送り速度や主軸回転数，ブラシ径，切り込み量を変えて磨き加工実験を行った．また３ＤＣＡＤであるRhinocerosのAPIを用いて等高線工具経路と走査線工具経路を生成するＣＡＭの基本システムを構築した．そして，磨き加工実験には生成された等高線および走査線工具経路で比較実験を行った．その結果，凹凸面における切り込み量の意味が異なり，凹凸状態により切り込み量や回転数を変える必要がある事がわかった．また，工具経路については差異がなく，面に対して同一姿勢が連続する方が磨けないことがわかった．
今後は凹凸面が組み合わさった円弧面や球面，また凹凸で曲率の異なる形状を対象に，機上ポリッシングツールや多結晶ダイヤモンド焼結体(PCD)を利用した磨き加工を適用し，システムの構築を進める必要がある．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
平成３０年度は，直径15mmのブラシを用いて，半径120mmの凸型の円弧面および球面を対象に磨き加工実験を行った．まずは３軸制御と５軸制御での磨き加工を同一工具，同一経路で行い，３軸では幾何形状が劣化する一方，５軸では劣化無しに，目標のRa0.2μmで磨き加工できることを確認した．また主軸回転数は遠心力により接触面接が減らない2400rmpが適切であり，送り速度も1200mm/minが適切である事が明らかになった．また工具経路は，法線ベクトルが常に変化する工具経路が有効である事が明らかになった．
令和元年度，凸型および凹型の円弧面および球面を対象に，磨き量を0.2，0.0，-0.2mm（Ｚ軸上方向）に変えて磨き加工を行った．その結果，凹凸面では切り込みの意味が異なり，同一条件では磨くことができないことが明らかになった．またブラシ径を6，15，25mmに変えて凸面を磨いた結果，ブラシの形状の差異による剛性の違いにより，6，25mmではブラシが変形して磨くことができないことが明らかになった．
令和２年度は，凹凸型が複合した円弧面および球面の磨き加工実験に取り組んだ．まず，半径120mmの凹凸型円弧面が連続する形状に磨き加工を行ったが，凹凸面で切り替え条件と，凹，凸面での条件を連続的に切り替える必要がある事がわかった．また，新たに小さな半径の凹凸面を対象に機上ポリッシングツールおよびPCB工具を利用した磨き加工実験を行うためにツールを導入した．しかし，コロナウイルスの影響で登校禁止となり，学生と一緒に加工実験ができなくなったため，凹凸面での磨き加工実験ができなかった．
なお，オンマシン自動磨き加工用５軸ＣＡＭシステムとして，RhinocerosのAPIを用いることで選択した面に対して断面線から点群を生成し，等高線および走査線工具経路を生成するＣＡＭシステムの基本機能を開発した．
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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，凹凸面での切り込み量の違いが大きく，凹凸面において切り込み量を適切に切り替える必要がある事が明らかになった．今後は，複合した凹凸面を対象に，ブラシを用いて切り込み量をどう制御すべきか検討を進めていく必要がある．また新たな磨き加工用ツールとして導入した，機上ポリッシングツール砥石（ラバーボンド砥石）について，まずは，対象となる形状や大きさ，および適切な工具経路の生成から，磨き加工方法を含め，磨き加工が可能化の検証を行う必要がある．そして，磨き加工実験を行うことにより条件の特性を調べ，磨きに適用できるか，またその有効性を検証する必要がある．
さらにオンマシンで利用できる磨き加工用ツールとして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，対象となる形状や大きさ，および適切な工具経路の生成方法を含め，磨き加工の特性について検証する必要がある．併せて，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を開発する．
採取段階として，曲率の異なる凹凸面を含む比較的簡単な形状を対象に，部位と工具による磨き加工条件を磨き加工実験により求める．そして，凹凸面を含む比較的簡単な形状を対象に，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．そして磨かれた曲面の形状精度と仕上げ面あらさに基づいて，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 |
１年遅れで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）を導入したが，従来使用していたセラミックファイバーブラシとの加工条件，特に切削油の条件が異なるため，その調整にメーカとの打ち合わせと調整の時間を要し，その間にコロナウェスが広まり，打ち合わせができず，加工実験に至らなかった．同時に，機上ポリッシングツール砥石の導入とメーカとの磨き加工条件の調整が遅れ，併せてその次のステップとなる，鏡面磨き加工用ツールである多結晶ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）工具の導入も遅れている．現状でも新型コロナウイルスの関係もあり，メーカとの調整が遅れているため，加工実験が進められず，全体的に大幅な遅れが生じている状況である．企業再開に併せて，早急に加工実験を開始し，ツールの導入及び専用ＰＣ導入によるＣＡＭシステムの開発も進める必要がある．
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Research Products
(1 results)
