| 研究課題/領域番号 |
23K26009
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01314 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18020:加工学および生産工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
吉岡 勇人 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90361758)
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| 研究分担者 |
ニン シューイ 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (30926118)
田島 真吾 明治大学, 理工学部, 専任講師 (70862308)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2025年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2024年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | 主軸 / 刃先位置決め / モニタリング / プロセス制御 / 振動 / 加工力 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究ではミリング加工を対象に，高速回転工具の軸方向および平面内の局所駆動機能および加工力モニタリング機能の実現により，加工プロセス制御を実現する．具体的には，主軸に超磁歪駆動素子を組込むことで軸方向変位を得ると共に，主軸頭に設置した慣性加振システムにより主軸頭自体を微小変位させる機構を実現する．また超磁歪素子の逆磁歪効果を利用すること，加工力のモニタリング機能を実現し，加工プロセスの能動制御を実現する．
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| 研究実績の概要 |
現有の主軸系に対してインパルス加振を実施することにより，振動モードおよび固有振動数を測定し，振動モードの同定を行った．その結果から，主軸頭へ設置する加速度計の位置を検討し，加工中の振動を効果的に測定可能な位置にセンサを固定することで切削力が比較的小さな小径工具による切削加工中の振動を効率的に測定することを可能とした．それにより，主軸系を振動系にモデル化することで工具先端に作用する加工力と主軸系振動との関係を定義し，加工中に測定される加速度計による振動信号を用いることでインプロセスの加工力推定を可能とした．
また加速度信号には高周波のノイズも含まれるため，測定した信号に逐次二次回帰近似の処理を適応することで，講習は振動成分を除去し一刃ごとの加速度変動のモニタリングを実現した．さらに加工中にリアルタイムで信号計測を継続すると膨大なデータ量となることから，データ量の軽減を目的として信号処理した加速度信号および推定切削力のそれぞれに特徴量を新たに定義し，その評価を行うことでモニタリングを行った．その結果，これらの特徴量を監視することで工具摩耗などの加工状態を検出可能であることを確認した．
以上の成果により，研究目的であるアクティブ主軸に対して重要となる，加工力と主軸系の振動変位との関係が明らかとなり，その実現に大きく寄与することが期待できる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2023年度の研究により，主軸系へ作用する加工中の切削力と振動との関係が明らかになった．これにより，開発するアクティブ主軸の具体的な設計に必要となる加工力と主軸振動変位の定量的な把握および評価が可能となった．したがって，初年度として順調に研究が進展していると考えられる．
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度の成果に基づき，2024年度以降は主軸変位を能動的に制御するための加振ユニットの具体的な検討および詳細設計に取り組む．XY平面内およびZ軸方向の変位制御を実現するための具体的なメカニズムおよびそのフィードバック系を含めたシステム全体の検討および設計を行う．最終的には，実際に加工システムを構築し，加工中の特性について評価を行う．
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