2023 Fiscal Year Research-status Report
Monitoring of machining accuracy during machining by comparing results of cemented carbide cutting and machining conditions
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21K04539
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyama College |
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Principal Investigator |
山本 桂一郎 富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (40321418)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 超硬合金加工 / ロバストパラメーター設計 / 波形解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超硬合金は金属炭化物の粉末を焼結した金属であり，高い硬度を有している。また，高温になってもその硬度が低下しにくいという性質から，切削工具や金型部品で多く用いられている。このような超硬合金の加工法には，切削加工，研削加工，放電加工が主に用いられており，生産量や精度，用途によって使い分けられている。しかしながら，難加工材であるにも関わらず鍛造用金型用超硬合金に要求される加工精度は，形状精度で数μmのオーダーであり，かつ顧客からの納期や価格低減の要求が年々と厳しくなっている。そこで，高精度な仕上げ加工を実現し，かつ短納期と低コストの顧客要求を阻害する，加工後に不良が見つかるといった問題を解決するため，研削加工のモニタリングシステムのシステム開発を試みた。具体的には，超硬合金の加工時に得た電力量などの各種データより加工品質の良し悪しを評価し，良好な加工状態を把握することである。高精度な加工を実現しつつ，生産の手戻りなどを解消すれば，納期とコストの低減に寄与すると考え，検討を行っている。
加工品質の評価として，真円度の評価，積算加工電力量と加工重量との評価を行い，最終的には，その結果と加工時の振動波形データの評価結果との比較を行うことで，加工時に加工状態を把握することを目的としている。
実験結果より，真円度評価の確認実験の結果と，電力評価の確認実験結果から，SN比の利得の再現性があるとはいえなかった。一方で，電力評価の感度については，約2dbの利得が得られた。そこで，感度を重視して条件を選定することによって，品質特性のばらつきも減少して加工ができるのではないかと考えられた。
ここで得られた結果を踏まえ，同時に取得した，エネルギーデータである振動波形についても解析を進めて技術情報を収集することにする。
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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
現在まで行ってきた実験結果より，真円度評価の確認実験の結果と，電力評価の確認実験結果に示すSN比の利得を比較すると，再現性があるとはいえない。真円度評価では，４つの因子，電力評価では，５つの因子に交互作用，あるいは加法性がない結果となった。このことからも，SN比が再現しなかったことが推察される。実験方法についても，誤差因子の効果が出やすいような工夫をはじめとして，研削加工の評価については，さらに検討が必要であることが分かった。一方で，電力評価の感度については，約2dbの利得が得られ，実験結果に再現性があることが確認できた。今回の実験においても，感度を重視して条件を選定することによって，品質特性のばらつきも減少して加工ができるのではないかと考えられる。実験では，エネルギーの次元の関係から平方根を取って計算を行っている。仕事量の次元で評価した場合には，傾き（感度）に改善効果が見られたため，加工効率が向上し，効率の向上に伴って，ばらつきも低減するのではないかと考えられる。したがって，本実験においては，感度の評価が重要であることが分かった。
ここで得られた結果を踏まえ，同時に取得した，エネルギーデータである振動波形についても解析を進めて技術情報を収集することにする。
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| Strategy for Future Research Activity |
超硬合金の研削加工について，加工時に取得できる振動波形データから加工状態を把握できるようにするための基礎データとなる加工条件の評価を行った。その結果を以下に示す。
・真円度評価と電力評価のSN比の結果からは，再現性を得ることができなかったが，電力評価の感度において，傾向の一致とおおよその整合が得られた。
・加工と同時に測定したツール主軸の振動データ（周波数解析を行った結果）と電力データとの比較を行った結果，加工時の状態をモニタリングしながら加工状態を把握できる可能性を示した。
これらの結果より，良好な加工条件となる加工状態の把握は達成することができたが，振動波形による加工状態の把握にはさらに検討が必要であることが分かった。さらに検討を重ね，納期とコストの低減に寄与する。加工のモニタリングのシステムの仕組みを構築する。
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| Causes of Carryover |
当該年度においては，昨年度構築した計測システムで実験を行い，国内学会での発表を行った。現在，論文については，既に投稿をしており，審査を行っているところである。
次年度は，同時に取得した，エネルギーデータである振動波形についても解析を進め，その結果を国際会議で発表するための費用を見込んでいる。
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