Digital twin of machining for process planning utilizing characteristic of individual multi-axis machine tool

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04101
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Fumiki Tanaka 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (30207138)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 多軸工作機械 / 誤差モデル / デジタルツイン / 工作機械モデル / 加工シミュレーション / 工程設計

Outline of Final Research Achievements

In order to maximize the performance of multi-axis machine tools, micro process planning for creating machining data is important. As promising approaches to micro process planning, a micro process planning system was proposed that reuses actual machining cases and analyzes case data to derive the necessary rules. However, it is not always effective for multi-axis machining, because enough case data are not collected for micro process planning of a specific multi-axis machine tool.
In this study, a digital twin of multi-axis machine tool in cyberspace is proposed to collect real and virtual machining case data for micro process planning. A realization of the twinning function of the digital twin by autonomous feedback of actual machining shape measurement is also proposed. The digital twin has the same machining capabilities as a real machine tool with kinematic errors to generate the required machining case data using the proposed method.

Free Research Field

生産システム

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

日本の優位性を保つため，生産システムには，多軸工作機械を用いた高効率・高機能・高精度加工が要求される．多軸工作機械の性能を十分に生かすためには，加工データを作成する工程設計が重要になる．工程設計では，実加工データを解析することで必要なルールを導出するが，多軸加工に対して有効ではない．つまり，多軸工作機械の構造が多様であり機械固有の運動誤差を含むため，他の機械の加工事例が利用できない．
本研究は，多軸工作機械の誤差を含む加工運動機能をサイバー空間で実現するデジタルツインを提案，実加工事例とデジタルツインによる仮想加工事例により上述の問題を解決，個々の多軸工作機械の特性を生かすことができる．