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2020 年度 実績報告書

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
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
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。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 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
      Yamato Shuntaro, Nakanishi Kenichi, Suzuki Norikazu, Kakinuma Yasuhiro
    • 雑誌名

      International Journal of Precision Engineering and Manufacturing

      巻: 22 ページ: 227-240

    • DOI

      10.1007/s12541-021-00469-2

    • 査読あり
  • [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 ページ: 1759-1771

    • DOI

      10.1007/s00170-020-05951-1

    • 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 ページ: 333-336

    • DOI

      10.1016/j.cirp.2020.04.068

    • 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

    • DOI

      10.1016/j.ijmachtools.2020.103639

    • 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)
    • 国際学会

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公開日: 2021-12-27  

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