適応型セミアクティブ動吸振器を用いた再生びびり振動抑制技術の開発

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04008
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 中野 寛 東京工業大学, 工学院, 准教授 (70433068)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 自励振動 / 再生びびり振動 / セミアクティブ動吸振器 / エンドミル加工

Outline of Annual Research Achievements

タービン翼など薄肉低剛性被削材をエンドミル加工する際に，再生びびり振動の発生を回避するために形状に応じて被削材を支持する冶具を取り付け，剛性を高める対策がなされている．しかし，被削材形状に応じた多数の支持点を持つ複雑な冶具の制作やその冶具の取り付け時間に多大なコストを要する．これに対して，固定冶具の支持を最小限にして，被削材に動吸振器を取り付けて，被削材の動剛性を上げて再生びびり振動の抑制を試みる研究が行われている．再生びびり振動の発生限界となる切込み深さは，主振動系の周波数応答の実部の逆数に比例するため，この周波数応答の実部の極値を最小化する動吸振器パラメータを探索することで発生限界の下限値を向上できる．しかし，高回転数領域の発生限界線図の極大値の大きさは，動吸振器取り付け前より低下する場合がある．動吸振器を適切に設計して，発生限界の極大値の位置を使用する回転数に任意に移動させることができれば，大幅な発生限界の向上が実現できると考えられる．そこで本研究は，発生限界線図の極大値を利用して再生びびり振動発生限界切込み深さを最大化する動吸振器の最適パラメータ（固有振動数，減衰比）を求め，固有振動数と減衰比を任意に調整可能なセミアクティブ動吸振器を用いて任意の回転数で常に極大値となるように動吸振器を適宜調整し，広い回転数領域で大幅な発生限界向上を実現することを目的とする．2018年度は，任意の回転数で再生びびり振動発生限界図の極大値とするための動吸振器の設計法について検討した．具体的には，動吸振器を付加した時の主振動系の周波数応答から発生限界の極大値とその回転数の関係式を求め，動吸振器の固有振動数や減衰比に対する発生限界の極大値とその回転数の調整可能範囲を導出し，任意の回転数で発生限界線図の極大値とするための動吸振器の固有振動数と減衰比のパラメータを導出した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2018年度は，任意の回転数で再生びびり振動発生限界線図の極大値とするための動吸振器の設計法について検討した．具体的には，1自由度系の低剛性被削材モデルに動吸振器を1個取り付けた解析モデルを例にとり，動吸振器を付加したときの主系の周波数応答を導出し，びびり振動発生限界の切込み深さとその回転数の関係式から，びびり振動発生限界線図が極大値をとる回転数を導出した．次に，動吸振器の固有振動数と減衰比を変化させたときの極大値をとる回転数および極大値の発生限界との関係を求め，任意の回転数で発生限界線図の極大値とするための動吸振器の固有振動数と減衰比のパラメータを導出した．求めた動吸振器パラメータを実験で簡易的に検証するため，単体の受動型動吸振器を制作し，任意の回転数で発生限界が最大化されるか動吸振器を被削材に取り付けた加工試験で効果を検証する予定であったが，2018年度中に実施することができなかった．

Strategy for Future Research Activity

2019年度は，単体の受動型動吸振器を用いた加工試験は実施せず，前年度に求めた任意の回転数で再生びびり振動発生限界線図を極大値とするための動吸振器の固有振動数および減衰比パラメータを元に，各回転数で，動吸振器の固有振動数や減衰比を適切に調整可能なセミアクティブ動吸振器を製作する．次に，加工試験を行って被削材エンドミル加工時の再生びびり振動発生限界線図を求め，広い回転数範囲で大幅な発生限界の向上が得られるか検証し，提案する動吸振器最適設計法の有効性を明らかにする．

Causes of Carryover

当初予定していた受動型動吸振器の検証実験を実施できなかったため，動吸振器製作費及び加工試験に伴う被削材や工具など実験に伴う消耗品費が未使用となった．次年度に繰り越した分は，2019年度に製作予定の動吸振器の製作費に使用する予定である．