マシニングセンタ用ハイブリッド主軸による工具振動変位の推定

• 研究課題/領域番号: 21K03813
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分18020:加工学および生産工学関連
• 研究機関: 鹿児島工業高等専門学校
• 研究代表者: 島名 賢児 鹿児島工業高等専門学校, 電子制御工学科, 教授 (90353359)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
• キーワード: 振動変位 / 切削抵抗 / 小径エンドミル / ハイブリッド主軸 / 磁気軸受 / 小径エンドミル加工 / 工具たわみ / エンドミル加工

研究開始時の研究の概要

複雑な形状をした精密金型の深リブ溝、深隅部などの切削加工は、小径エンドミル工具を用いて、突き出し量を大きくする必要があるため、工具たわみやびびり振動が発生しやすく、金型の高能率加工の障害になっている。そこで本研究では、転がり軸受と磁気軸受で支えられ、渦電流センサが組み込まれたハイブリッド主軸を導入し、高い精度で工具の振動変位を推定し、小径エンドミル工具に発生する工具たわみやびびり振動の抑制につなげることを目指す。これにより、工具たわみやびびり振動の測定装置の取付けやセンサの取り付けなどの制約といった問題のない、高精度で実用性と汎用性が高い小径工具の振動変位の推定が可能になる。

研究成果の概要

本研究では、玉軸受と磁気軸受で支持される複合型主軸に組み込まれた渦電流センサにより小径エンドミル先端部のたわみ量の高精度な推定を目的としている。軸方向の切込み深さを直線的に増加させる切削実験を行い、ケイ素鋼板を取り付けたツールホルダ下端部の変位を渦電流センサにより工具先端の変位量を推定する手法について検証を行った。切削では、送り方向の加工誤差は、ダウンカットとアップカット共に垂直方向の切削抵抗と定性的にほぼ一致する傾向が見られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

主軸系に通常の転がり軸受を用いたマシニングセンタを用い、電磁力によりエンドミル先端を制御し、さらにラジアル磁気軸受に取り付けた変位センサによりエンドミル先端の振動変位を推定しようとする研究はこれまでにない。また一つの装置で加工能率と加工精度の向上が可能な装置の開発を目指す研究もこれまでにない。さらに磁気軸受を用いた場合よりも装置は簡素なため、提案している制御システムを組み込んだツーリングシステムの実用化が期待できる。