1986 Fiscal Year Annual Research Report
振動・位相差加熱による工作機械の熱変形解析と電子冷却素子によるその防止
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61460091
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
西脇 信彦 農工大, 工学部, 教授 (90016626)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
望月 貞成 東京農工大学, 工学部, 教授 (10013715)
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| Keywords | 工作機械 / 熱変形 / 振動加熱 / 電子冷却素子 / 熱伝達 / 熱源探査 |
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| Research Abstract |
機械加工に要求される加工精度は最近ますます厳しくなり常にumオーダの加工精度を維持することは極めて難しい。その最大の原因が工作機械の熱変形である。熱変形の原因としては内部熱源と周辺の温度変化とが考えられる。そこで本研究では、(1)内部熱源を周期的に変動させたとき、具体的にはモータの回転数を周期的に変動させたときの温度分布及び熱変形挙動を実験的に調べると共に数値計算により熱源の強度を等価的に算定できるプログラムを導出した。(2)その際に、工作機械の熱変形挙動に対して周辺の温度変化が大きく影響し、かつ従来工作機械の伝熱は自然対流によるものと考えられていたが、自然対流による伝熱量よりも熱放射による伝熱量の方が大きいことを明らかにした。(3)従来工作機械の構造は内部熱源対して対称となるように作られていたが、例えばマシニングセンタのコラムのように板厚が左右対称でも前後には非対称であるため周辺温度環境の変化と共に熱変形が生じ、その最大傾き量は熱伝達率が約10w/m・kのとき最大となることを示した。(4)工作機械の熱変形を防止するためモデル構造物の熱源近傍に電子冷却素子を取り付け、熱膨張量や熱源近傍の温度が常に一定となるように電子冷却素子の電流を制御し、即ち電子冷却素子の加熱冷却強度を制御した結果、制御しないとき約100μmの熱変形が約1μm前後へと減少させることができた。また、電子冷却素子の最適取り対け位置は熱源近傍であり、かつできるだけたくさん取り付け個々に温度制御した方が効果的であることが明らかになった。以上のように、61年度の研究では当初予定していた研究をほぼ終了することができ、上述のような有用な結果が得られた。
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