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

使用无传感器切削力估计的实时主轴速度控制来主动抑制颤振

基本信息

批准号：
19J13204
负责人：
大和駿太郎
金额：
$ 1.15万
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：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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．

这项研究旨在开发一种智能的机床系统，该系统通过控制过程参数（例如，使用无传感器或执行器的无传感器切割力估算，基于搅动器振动监测，可以自主抑制摇晃的振动，这是加工中最重要的问题之一，这是加工中最重要的问题之一。在2020财政年度的最后一年，我们特别研究（1），使用正弦波纺锤体速度波动（SSSSV）和（2）在平行最终磨机处理中通过控制纺锤体旋转速度差来制定自主旋转振动。关于（1），基于聊天频率的SSSV的最佳设计理论已在上一年构建。今年，我们使用估计的切割力实现并集成了一系列的功能，以使用最佳的SSSV在大型机床中使用最佳SSSV来监测聊天振动，并抑制了聊天振动。结果，SSSV是根据估计的切割力在实时加工过程中实时估算的聊天振动频率最佳设计的，并确认机床可以自主抑制摇晃的振动。此外，提出的SSSV理论应用于平行转动的秋千加工方法的最佳设计（一种加工方法，通过导致上下工具在工件的圆周上摆动来抑制chat不休）。在（2）中的并行端铣削中，我们试图通过在主轴旋转速度上差异来取消颤动振动，以便根据chater频率计算出的颤动振动相位差在上部和下部工具之间相反的相位。构建了用于平行端铣削的过程模型和时域模拟，并在理论上分析了其有效性，并在多毛雷机床中实现了系统，该系统在加工过程中根据估计的切割力的实时估计的聊天频率适应旋转速度差异。结果，可以证实，在响应处理状态的变化时，可以稳健地抑制摇动振动（即，聊天频率的变化）。