マシニングセンタの熱変形が加工誤差に及ぼす影響

• Project/Area Number: 15H00346
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 工学Ⅰ(機械系)
• Research Institution: Kagoshima National College of Technology
• Principal Investigator: 山下 俊一 鹿児島工業高等専門学校, 技術室, 技術職員
• Project Period (FY): 2015
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2015: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
• Keywords: マシニングセンタ / 加工位置精度 / 熱変形解析

Outline of Annual Research Achievements

工作機械の加工精度は、設備の状態、工具及び加工条件等の様々な要因によって変化するが、その一つに、モータ発熱、ベアリング等の摩擦熱及び周囲温度等の温度変化が影響する工作機械構造の熱変形が挙げられる。切削加工の工作機械としてマシニングセンタは産業界で多く活用され、中でもC型の構造形状を持つ、立て型マシニングセンタは作業性が良いため広く流通されている。しかし、側面が非対称の構造形状をしているため、構造部内外の発熱源から受ける熱影響で構造形状が変形することにより、加工位置のずれが生じ、加工精度が低下する。このため、高精度加工を行うには熱変形対策を必要とする。
これまでに、位置精度の向上を目的に加工位置補正制御に関する研究を行ってきた。本研究では、C型構造形状の立て型マシニングセンタの構造部の温度変化が起因となって生じる主軸ヘッドの傾斜により、主軸に取り付けた加工具の倒れが加工精度に及ぼす影響について、熱変形の状態を明らかにする熱変位測定実験および解析を行った。
温度変化で起こる工具の倒れ状態を測定するために、本研究で作成した自動測定プログラムを用いて、主軸回転始動後、一定時間毎に構造部温度と、電気マイクロメータを用いて主軸に取り付けた丸棒の上下位置の変位を測定し、温度変化時の工具傾斜を求めた。
また、前述の実験で得られたヘッド、コラム及びベッド構造部の表面温度の測定結果から、構造変形の状態を把握するためにCAEを用いた解析を行った。
これらの結果から、構造部の温度変化によってY軸方向の工具倒れが生じ、この倒れによる位置決め精度への影響は小さいが、加工形状に及ぼす影響があることが分かった。
さらに、今後の加工精度向上を目的にした研究を進行する上で、長時間の測定実験を効率化するために、本研究の取り組みによりCAEを活用した解析技術の向上を図った。