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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．

This study aims to estimate the cutting force and control the time of spindle rotation based on vibration monitoring. It also aims to develop the most important problem in machining: self-regulation of vibration and the development of intelligent machine tools. In the final year and the second year, the special characteristics are (1): sine wave spindle speed variation (SSSV),(2): spindle speed difference control,(3) automatic vibration suppression,(4) automatic vibration suppression,(5) automatic vibration suppression,(6) automatic vibration suppression,(7) automatic vibration suppression. (1) The optimal design theory of SSSV is based on the frequency of the previous year. This year, the estimated cutting force is used to monitor vibration, and the basic function is to optimize SSSV and vibration suppression. As a result, it is estimated that the cutting force in the machining process is estimated to be the optimum design of the vibration cycle, the basic SSSV, and the possibility of suppressing the vibration of the working machine is confirmed. This paper proposes an optimum design method for SSSV theory application, rotary machining and machining (upper and lower tools, workpiece rotary motion and machining inhibition). (2) The vibration phase difference between upper and lower tools is the inverse phase difference between the main shaft and the vibration phase difference between upper and lower tools is the inverse phase difference between the main shaft and the vibration phase difference between upper and lower tools. The estimated cutting force in machining is estimated by the number of cycles and the number of cycles. As a result, the machining state is changed (the number of cycles is changed), and the vibration is suppressed.