CFRP適用工作機械の熱変形-動特性連成解析による省エネルギー加工システムの開発

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本研究では，温度変化にも対応した高能率加工により，工作機械の周辺機器の使用時間削減による省エネルギー化を目指している．本年度は，昨年度構築したCFRPを利用した主軸構造の動特性モデルと多点での温度計測および機械学習が可能なIoTシステムを基に，主軸ユニットにおける温度依存性を考慮した動特性の実験解析およびモデル化を行った．実験解析には，多点に対して一般化したレセプタンスカップリングにより，シャフトモデルと軸受モデルを組み合わせた主軸モデルを用いた．加振試験で測定した動特性から，数値解析により構築したシャフトモデルを差し引くことで，軸受モデルの等価ばね定数と減衰係数を同定可能である．そこで，主軸回転指令による発熱によって生じた温度変化中に加振試験を行うことで，様々な温度下での軸受の機械特性を取得した．このときIoTシステムを用いて加振時の主軸ユニットの温度を取得することで，同定した機械特性に対する温度のデータセットを作成し，温度情報から軸受モデルを推定する回帰モデルを構築した．次に，回帰モデルの高能率加工制御への応用のため，レセプタンスカップリングの理論拡張を行った．軸受モデルをシャフトモデルと組み合わせるのみならず，様々なホルダや工具を組み合わせたモデルまで導出できる．これにより，温度情報から軸受モデルを推定し，シャフト・ホルダ・工具モデルと組み合わせることで工具下端までの動特性を推定することが可能となった．そして，温度情報から推定した工具下端の動特性に基づく安定限界線図より，CFRP主軸ユニットにおける高能率加工のための主軸回転数を決定する制御手法を提案した．コールドスタート時から切削試験を行い，提案モデルと提案手法の妥当性を実証した．