2015 Fiscal Year Research-status Report
グリーンマシン対応水静圧スピンドル開発とナノ多結晶ダイヤモンドによる高硬度材切削
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25420069
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
中尾 陽一 神奈川大学, 工学部, 教授 (00260993)
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2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | スピンドル / 静圧軸受 / 超精密工作機械 / ナノ多結晶ダイヤモンド工具 / 水圧駆動システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最近，バインダレスのナノ多結晶ダイヤモンド製小径エンドミルが開発され，従来は困難であった高硬度材に対する高効率高精度な微細形状超精密切削の実用化が期待できるようになった．一方，その実現には超精密工作機械用の工具スピンドルの高回転数化と軸受の高剛性化の両立が必要不可欠であり，現状，これを満たすスピンドルは内外に存在しない．本申請課題は，高速高剛性水静圧スピンドルを開発し，ナノ多結晶ダイヤモンド小径エンドミルを用いて，高硬度材の高効率高精度切削を目指して進行中の研究である．
研究３年目における，研究実績の概要は次の通りである．
(1) ナノ多結晶ダイヤモンドバイトによる加工性評価：ナノ多結晶ダイヤモンドバイトによる各種加工材料に対する旋削特性の実験的評価を実施した．具体的には，旋削試験用に金属ガラス製の試料を作成し，切削試験を実施した．特に，切りくず生成の観察を行うために，切削現象の可視化実験を行った．さらに，被削材の違いによる切削現象への影響を検討するために，微細加工にも適用可能な切削比の推定方法を考案し，実際に金属ガラス，アルミニウム合金等に対する切削試験結果から，各条件における切削比を測定した．
(2) 複合サーボ機構による水静圧スピンドルの高剛性化と変位制御：過年度までの研究によって，水静圧軸受の高剛性化設計が行われている．2015年度は，さらに水静圧軸受に対する複合サーボ系による制御手法を考案し，シミュレーションと実験により，その有効性を示した．特に，本手法によれば，軸受剛性の高剛性化に加え，軸受の高精度変位制御が可能になることを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の研究計画の通り，ナノ多結晶ダイヤモンドバイトならびに単結晶ダイヤモンドバイトによる各種材料に対する旋削実験を実施し，加工面評価を行った．さらに，可視化実験を行い，加工材料による切りくずの生成の違いなどについて検討した．
水静圧スピンドルの水静圧軸受の性能評価については，複合サーボ系の設計を行い，その制御性能に関する評価をシミュレーションと実験により行い，良好な結果を得た．スピンドル開発については，設計中に明らかになった諸問題への対応の遅れから，当初の研究計画よりも遅延傾向になるが，着実に成果を上げている．また，スピンドルの熱的安定化設計と温度制御系に関する検討の必要性を再確認し，シミュレーションを実施した．現在，実験検証のための準備を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方策は次の通りである．
高速高剛性水静圧スピンドルの性能評価：スピンドルの熱的安定性の評価を行う．特に，スピンドル回転時におけるスピンドル各部，スピンドル前後の水温の測定を行い，設計時の計算結果と比較する．これらの検証結果から，高速スピンドルの熱的安定化設計技術の確立を目指す．
ナノ多結晶ダイヤモンドエンドミルによる加工評価：引き続き，ナノ多結晶ダイヤモンドエンドミルによる，高硬度材料を含めた各種材料に対する微細精密切削実験を行う．
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| Causes of Carryover |
当初の研究計画では、精密チラーの購入予定であった。しかしながら、仕様を決定するためのシミュレーションに時間を要したため、購入ができなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
現在、チラーについては、メーカとの仕様決定に関する打ち合わせを始めており、導入予定である。また、その他の研究課題についても研究が進行中である。
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