2022 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of non-circular and non-axisymmetric inner cylinder machining method by controlling the axis' center position of the machine tool spindle
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20K04215
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
森本 喜隆 金沢工業大学, 工学部, 教授 (00290734)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 晃生 金沢工業大学, 工学部, 准教授 (50734430)
大島 政英 公立諏訪東京理科大学, 工学部, 教授 (70233103)
加藤 秀治 金沢工業大学, 工学部, 教授 (90278101)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 工作機械 / 主軸 / 軌跡制御 / 電磁力 / 歳差運動 / 外乱オブザーバ / 章動運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，地球温暖化対策のため電気自動車の普及と内燃機関のさらなる効率化が求められている．自動車の基幹部品であるEVモータ用ケーシング，自動車内燃機関の部品であるシリンダはマシニングセンタや専用内径加工機によるボーリング加工によって内筒形状が作られている．EVモータ用ケーシングでは，熱変形等により真円度が数十μm程度に，自動車用内燃機関もヘッド，シリンダ間を締結する際の弾性変形と熱変形で数十μm程度の非円形断面形状となる．本研究では，電磁力により主軸とモータステータが非接触支持され，かつラジアル方向力と回転トルクを同時に発生させるベアリングレスモータを主軸にビルトインする．この主軸により，主軸回転運動と主軸軸心の2次元位置制御が可能となり，主軸とモータステータ間の隙間をストローク限界として生じる主軸の歳差運動，章動運動と主軸回転角度位置を同期制御し，独自に算出する非軸対称非円形内筒加工によるボーリング加工を行う，EVモータや内燃機関の内筒形状を高精度に創生する世界初の高機能主軸の開発とそれを用いた加工技術の確立に挑戦する．
加えて，主軸がボーリング加工をする際に，切削抵抗により，軸心位置が変位してしまうことに対して，切削抵抗に打ち勝つような力を，外乱オブザーバを用いた制御モデルを追加することによって，切削抵抗による外乱を推定し，除去することを目指す．
この外乱オブザーバの制御モデルを作成し，シミュレーションを行うことによって制御モデルの妥当性を評価する．そのため，スピンドルの位置制御系の性能評価としてステップ応答による動特性を確認した．また，外乱オブザーバに用いるばね-ダンパ系のパラメータを同定する実験を経て，外乱オブザーバを追加した制御系のモデルを用いて外乱を除去するシミュレーションを行い，外乱オブザーバの機能を評価した．
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