2021 Fiscal Year Research-status Report
Sophistication of air turbine-driven aerostatic spindle and improvement of the performance of planetary milling
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20K04203
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| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
加藤 友規 福岡工業大学, 工学部, 准教授 (20390429)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 静圧スピンドル / ＭＲダンパ / ホールセンサ / 圧力制御 / 回転数制御 / 外乱オブザーバ / 剛性制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，空気圧サーボの制御技術を応用して、主に超精密加工に用いられるエアタービンスピンドルの高機能化と，それによる切削加工の高精度・高効率化を実現することを目標としているが、２０２１年度の研究実績の概要は次の通りである。
１）「ホール素子によるセンサとＭＲ可変ダンパを用いたエアタービンスピンドルの回転制御とそれによる生産加工装置の高機能化」については、装置の製作を完成させ、可変ダンパの基礎特性実験として ＭＲ可変ダンパのトルク実験を行い、ＭＲ可変ダンパが速度に依存して出力トルクが変化していることを検証した。また、ＭＲ可変ダンパを制御するために印加電流と磁場印加により生じたトルクの関係を明らかにした。また、ＭＲ可変ダンパを用いた回転数制御機構を提案し，1000rpm以下における応答性・安定性について確認した。
２）「自公転ミーリングユニットのエアスピンドルの剛性・回転数の制御」については、電空ハイブリッド超精密鉛直位置決め装置に静圧空気軸受エアタービンスピンドルを装着し、バランスシリンダ内圧を制御することにより鉛直方向の力を発生させる方法を提案し、実証実験を試みた。実験の結果、超精密鉛直位置決め装置のバランスシリンダ内圧を制御することで従来の加工方式に比べ、提案方法での加工方式では加工中のトルク指令値を下げることにより、モータへの負荷を低減できる可能性があることが確認できた．また、外乱オブザーバを用いた外力推定の精度は0.1N程度であることを確認した。
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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
研究計画に照らすとおおむね順調に進んでいる。ただし、２０２０年度に引き続き、コロナ禍の影響で、大学の実験室の利用時間に制限が生じたり実験のための出張が制限されるなど、研究を妨げる要因としての影響は決して小さくなかった。２０２２年度は研究のペースを更に上げる必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）「ホール素子によるセンサとＭＲ可変ダンパを用いたエアタービンスピンドルの回転
制御とそれによる生産加工装置の高機能化」については、工具取り付け側と反対側に非接触回転計ユニットとMR可変ダンパを設置するところまでは２０２１年度にほぼ完成した。２０２２年度は、ホール素子を用いた粘度センサを用いて粘性を制御する実験を２０２１年度に引き続き行う。また、回転制御性能や外力に対する応答や振れ回り等について試験を行い、評価・改善・調整する。
２）「自公転ミーリングユニットのエアスピンドルの剛性・回転数の制御」については、２０２１年度に引き続き静圧軸受の剛性の可変化の調整を進めるとともに、電空ハイブリッドステージの位置制御との連成問題について考慮する。自公転ミーリングユニットのエアスピンドルを静圧エアスピンドルに改造し、光電変換方式の非接触型回転計を設置し、上記１）の回転数制御機構を適用する。
上記１）および２）について、ユニットとしての特性（回転性能・振れ回り・剛性等）を評価し，従前のものと比較するとともに、軟質金属の超精密切削加工を行い表面形状を評価する。
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