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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

利用CFRP机床热变形-动态特性耦合分析开发节能加工系统

基本信息

批准号：
21J10977
负责人：
加藤慎
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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．

This study aims to reduce the operating time of peripheral machines in order to reduce the cost of production and improve the efficiency of high energy machining. This year, the CFRP was used to construct the dynamic characteristics of the main shaft structure. The temperature measurement at multiple points and the mechanical learning were possible. The temperature dependence of the main shaft structure was considered. The dynamic characteristics were analyzed. The analysis of multi-point is generalized, and the main axis is composed of multi-point. Vibration test to determine the dynamic characteristics, numerical value analysis, construction, differential analysis, shaft load, differential analysis, attenuation coefficient, uniform determination. The mechanical properties of the shaft at temperature are obtained. The temperature of the main shaft during vibration is obtained. The temperature of the main shaft during vibration is determined. Second, the high energy processing system of the high energy processing system of the application of the high energy processing system. The shaft is loaded with a set of tools. The tool is loaded with a set of tools. The temperature information of the shaft is estimated. The temperature information is used to estimate the dynamic characteristics of the lower end of the tool, and the stability limit line is used to determine the control method of the CFRP spindle rotation. When the cutting test is carried out, the proposal is made and the correctness of the proposal method is proved.