2019 Fiscal Year Research-status Report
温度・変位制御機能と高い熱的安定性を有する超高速高剛性水静圧スピンドルの開発
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17K06093
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
中尾 陽一 神奈川大学, 工学部, 教授 (00260993)
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2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 工作機械 / スピンドル / 温度制御 / 熱的安定性 / 静圧軸受 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，微細形状を有する金型を含む各種精密部品の加工用途に適した，これまでのスピンドル性能を大きく上回る高速高剛性スピンドルの開発を目的にして実施している．特に，高い加工精度を達成するために，高い熱的安定性を有するスピンドル開発を目指している．具体的には，毎分10 万回転の超高速回転時においても，スピンドルの初期温度が保てるようにスピンドルの基本設計を目指している．さらに，チラーの温度制御性能を超える高精度高応答水温制御系に加え，スピンドル温度のフィードバック制御機能を具備させることによって，従来にない高性能スピンドルシステムの実現を図ろうとするものである．今年度の主な研究実績の概要は次の通りである．
1. 熱的安定化設計に基づく高速高剛性水静圧スピンドルの設計
定格回転数10万min-1で高い軸受剛性を有し，さらに，熱的安定性に優れたスピンドルの基本設計を完了した．その後，詳細設計を進め，ほぼ詳細設計が完了している．これに合わせてビルトインモータの選定を終えている．
2. 高精度高応答水温制御システムの開発
開発するスピンドルの特長の一つは，スピンドル本体の基本性能として高い熱的安定性を具備させることである．これは，熱的安定化設計によって，スピンドルが高速回転する際においても発熱を冷却水で取り除けるように，設計することで可能になる．一方，この場合においても，チラーの性能上の制約に伴う水温変動は避けられない．そこで，昨年度の研究において，冷却液温を制御するシステム開発と行うとともに，液温制御だけではなく，スピンドル温度を制御するシステムを開発した．今年度は，制御応答性を向上させるために，制御システムに外乱オブザーバを組み込み，その有用性を実験により検証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
スピンドルの開発については，昨年度の基本設計結果に基づいて詳細設計を行った．詳細設計では，製作依頼予定企業担当者との交渉に時間を要した．一方，スピンドルの温度制御に関する研究は順調に行えたため，今後も研究を遂行することにより，当初の目的を達成できると思われる．
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| Strategy for Future Research Activity |
継続中のスピンドルの設計を進めるとともに，当初の計画に沿って次の研究課題に取り組む予定である．
1. スピンドルの開発 スピンドルの温度をフィードバック制御するためのシステム開発を行う．なお，本制御には本申請課題において開発した高精度高応答水温制御システムを用いる．
2. 開発スピンドル性能評価 開発予定のスピンドルの性能評価実験を行う．具体的には，スピンドルの熱的安定性評価，軸受性能などである．さらに，開発した温度制御システムによるスピンドルの温度制御評価，さらにはスピンドルによる簡単な加工実験も予定している．
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| Causes of Carryover |
開発予定のスピンドルの詳細設計に時間を要したため，スピンドル製作費が未執行になったためである．しかしながら，これは次年度に執行できる予定である．
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