• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

センサレス切削力推定を応用した実時間主軸速度制御による能動的びびり振動抑制

研究課題

研究課題/領域番号 19J13204
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分18020:加工学および生産工学関連
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

大和 駿太郎  慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードびびり振動 / 能動抑制 / プロセス制御 / プロセス監視 / 切削力推定 / センサレス / 自己最適化機械加工システム / 切削加工 / 機械加工 / SSV / センサレス切削力推定
研究開始時の研究の概要

機械加工中に発生するびびり振動と呼ばれる不安定振動は,高精度・高能率な加工を制約する大きな要因となっているため,工作機械のおける永遠の課題と言われている.加工中に主軸回転数を適切な振幅・周波数で周期変動させること(CSSV)で,びびり振動を効果的に抑制可能であることが知られているが,その最適設計は極めて複雑であり体系化なされていない.本研究では,CSSVと無線工学における位相変調との技術的相似性に着目することで,その最適設計則を理論的に導出し,体系化する.また,工作機械内部情報に基づくセンサレス切削力推定を応用し,びびり振動状態に応じた最適CSSVによる能動的びびり振動抑制システムを実現する.

研究実績の概要

本研究では,センサレス切削力推定を応用したびびり振動監視に基づき主軸回転数などのプロセスパラメータを実時間制御することで,付加的センサやアクチュエータ無しに,機械加工における最重要課題の一つであるびびり振動を自律抑制する知能化工作機械システムの開発を目的とした.最終年度である令和2年度では,特に(1):正弦波主軸速度変動(SSSV)による自律型びびり振動抑制システムの開発,(2):パラレルエンドミル加工における主軸回転速度差制御による自律びびり振動抑制に取り組んだ.
(1)に関しては,びびり周波数に基づくSSSVの最適設計理論は前年度に構築済みである.本年度は,推定切削力を利用したびびり振動監視と,それに基づく最適SSSVによるびびり振動抑制の一連の機能を大型工作機械に実装・統合した.その結果,推定切削力から加工中にリアルタイム推定したびびり振動周波数に基づきSSSVをin-situ最適設計し,工作機械がびびり振動を自律的に抑制可能であることを確認した.また,提案したSSSVの理論を応用し,パラレル旋削加工における揺動加工法(上下工具を工作物円周上に揺動運動させることでびびりを抑制する加工法)の最適設計にも展開させた.
(2)におけるパラレルエンドミル加工では,びびり周波数に基づき計算されるびびり振動位相差が上下工具間で逆位相になるように主軸回転数差を与えることで,びびり振動をキャンセレーションすることを試みた.パラレルエンドミル加工におけるプロセスモデル・時間領域シミュレーションを構築し,その有効性を理論的に解析するとともに,加工中の推定切削力からリアルタイム推定したびびり周波数に基づき回転数差を適応制御するシステムをマルチタレット工作機械に実装した.その結果,加工状態の変化(つまり,びびり周波数の変化)に対応しながら,びびり振動をロバストに抑制可能であることを確認した.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 6件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Development of Automatic Chatter Suppression System in Parallel Milling by Real-Time Spindle Speed Control with Observer-Based Chatter Monitoring2021

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Yamato, Kenichi Nakanishi, Norikazu Suzuki, Yasuhiro Kakinuma
    • 雑誌名

      International Journal of Precision Engineering and Manufacturing

      巻: 22 号: 2 ページ: 227-240

    • DOI

      10.1007/s12541-021-00469-2

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Experimental verification of design methodology for chatter suppression in tool swing?assisted parallel turning2020

    • 著者名/発表者名
      Yamato Shuntaro、Nakanishi Kenichi、Suzuki Norikazu、Kakinuma Yasuhiro
    • 雑誌名

      The International Journal of Advanced Manufacturing Technology

      巻: 110 号: 7-8 ページ: 1759-1771

    • DOI

      10.1007/s00170-020-05951-1

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Precompensation of machine dynamics for cutting force estimation based on disturbance observer2020

    • 著者名/発表者名
      Yamato Shuntaro、Kakinuma Yasuhiro
    • 雑誌名

      CIRP Annals

      巻: 69 号: 1 ページ: 333-336

    • DOI

      10.1016/j.cirp.2020.04.068

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-acting optimal design of spindle speed variation for regenerative chatter suppression based on novel analysis of internal process energy behavior2020

    • 著者名/発表者名
      Yamato Shuntaro、Ito Takamichi、Matsuzaki Hirohiko、Fujita Jun、Kakinuma Yasuhiro
    • 雑誌名

      International Journal of Machine Tools and Manufacture

      巻: 159 ページ: 103639-103639

    • DOI

      10.1016/j.ijmachtools.2020.103639

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Multi-encoder-based cutting force estimation with Kalman filter in machine tools with multiple-inertia dynamics2020

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Keisuke, Yamato Shuntaro, Kakinuma Yasuhiro
    • 学会等名
      18th International Conference on Precision Engineering (ICPE2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel modelling, interpretation and design of spindle speed variation machining for regenerative chatter suppression2020

    • 著者名/発表者名
      Yamato Shuntaro, Kakinuma Yasuhiro
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium on Applied Abstraction and Integrated Design (AAID2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of correlation between process energy balance and phase shift variation of chatter vibration in spindle speed variation2020

    • 著者名/発表者名
      Yamato Shuntaro, Ito Takamichi, Matsuzaki Hirohiko, Kakinuma Yasuhiro
    • 学会等名
      The JSME 2020 Conference on Leading Edge Manufacturing/Materials and Processing (LEMP2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Precise cutting force estimation by hybrid estimation of DC/AC components2020

    • 著者名/発表者名
      Sato Taiki, Yamato Shuntaro, Imabeppu Yasuhiro, Irino Naruhiro, Kakinuma Yasuhiro
    • 学会等名
      2020 International Symposium on Flexible Automation (ISFA2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of automatic chatter suppression system in parallel milling by real-time control strategy of spindle speed with observer-based chatter monitoring2019

    • 著者名/発表者名
      Yamato Shuntaro, Nakanishi Kenichi, Suzuki Norikazu, Kakinuma Yasuhiro
    • 学会等名
      The 8th International Conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology (ASPEN2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhancement of sensor-less cutting force estimation by tuning of observer parameters from cutting test2019

    • 著者名/発表者名
      Yamato Shuntaro, Imabeppu Yasuhiro, Irino Naruhiro, Suzuki Norikazu, Kakinuma Yasuhiro
    • 学会等名
      8th Manufacturing Engineering Society International Conference (MESIC2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 主軸速度変動によるびびり振動抑制の自動最適化設計 ー変調指数に基づくびびり振動エネルギ最小化によるパラメータ選択ー2019

    • 著者名/発表者名
      大和駿太郎,伊東隆充,松崎敬彦,柿沼康弘
    • 学会等名
      日本機械学会第13回生産加工・工作機械部門講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 揺動運動を援用したパラレルターニングによるびびり振動の抑制2019

    • 著者名/発表者名
      大和駿太郎,中西賢一,鈴木教和,柿沼康弘
    • 学会等名
      精密工学会切削加工専門委員会・知的ナノ計測専門員会令和1年度ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] 工作機械,数値制御装置および振動抑制方法2019

    • 発明者名
      柿沼康弘,大和駿太郎,伊東隆充,藤田純,松崎敬彦,澤崎誠
    • 権利者名
      柿沼康弘,大和駿太郎,伊東隆充,藤田純,松崎敬彦,澤崎誠
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi