2021 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 – 2023-03-31
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| Keywords | 工作機械 / 温度制御 / 熱的安定性 / スピンドル / 伝熱工学 |
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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、10 万min-1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. スピンドルの温度安定性の評価
スピンドル各部の温度は、スピンドル内部の熱源による影響に加えて、設置環境の温度変化、スピンドルに供給される水温変化、設置環境における他の要素との熱放射により、複雑に変化する。そこで、今年度は、設置環境の条件や供給水温などとスピンドル各部の温度、熱流束を実験によって測定し、熱的特性の基礎的検討を行なった。
２． スピンドルの軸心冷却構造の実験的評価
本研究では，特殊構造の冷却構造を回転するロータに具備させている。その冷却特性を検討するために、スピンドルの冷却機構に関する冷却特性を評価する実験を実施し、その基礎特性を評価し始めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
理由
今年度は、スピンドルの熱的評価実験を開始した。実験準備段階において、実験環境の整備に手間取ったため、実験開始が遅くなった。また、測定そのものも非常に難しく、データが取得できるようになるまでに時間を要した。その後、測定できるようになり、成果が出つつある．
また，コロナ禍の影響もあり、三密回避のために、研究室の活動時間を学生、院生ごとに制限を設けたため、計画よりも遅れた状況にある．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，以下の計画に沿って次の研究課題に取り組む予定である．
1. スピンドルの高速回転時の熱的特性の評価
本研究で考案，開発した特殊構造を有する軸心冷却機能について，スピンドルの高速回転時にその冷却性能の効果検証を行う。
2. 軸端変位の予測
回転軸の軸端の熱変位は、スピンドルで加工中に測定することは困難である。そこで、機械学習手法によって、取得可能な情報から軸端変位を予測する技術開発を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
実験環境の整備に予想以上に手間取った。一連の整備には、すでに研究室に整備済みのセンサー類を使用したため、支出がなかった。しかしながら、今後は、新たな実験を開始予定のために、科研費により支出予定である。
また、当初予定していた海外出張、国内出張による研究発表がいずれも、コロナ禍の影響により実現しなかったことも要因になっている。
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