ドライエンドミル加工における加工精度補償システムの開発

干端铣加工精度补偿系统的开发

• 批准号: 11750105
• 负责人: 松村 隆
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Denki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750105/
• 关键词: エンドミル; 切削温度; 加工精度; 有限差分法; 有限要素法; 温度解析; 熱膨張

本研究ではマシニングセンタにおけるドライエンドミル加工を対象として,切削熱に起因する工具・工作物の熱変形解析とこれに基づいた工具経路の修正による精度補償を試みた.昨年度の段階では加工プロセスに応じて解析モデルが変化する問題の非定常解析手法と,解析に必要な熱特性値の迅速同定手法を開発した.今年度は有限要素法によって工具,工作物の加工誤差予測を行い,精度補償を試みた.加工誤差の予測では簡単のため切削力による力学的変形量の解析と,切削熱による温度分布,熱変形量解析を独立して行い,両者を足し合わせて見積もった.解析では汎用有限要素法解析ツールANSYSを使用し,これまでの研究で開発してきた境界条件設定や一連の解析流れを同ソフトの開発プログラミング機能であるAPDL上で実現した.得られた解析結果に基づいて実際の切削試験により加工精度補償を試みた.その結果精度補償による精度改善の効果は確認できたが,以下の問題が明らかになった.(1)切削力による変形解析が静的な構造解析であったため,動的な効果を無視したモデルによる力学的変形量の解析誤差が精度補償に影響を及ぼす.(2)当初工具・工作物の温度分布解析では有限差分法によってプログラムを作成し,その上で解析モデルが変化する非定常解析手法と熱的境界条件の迅速同定法を開発したが,汎用有限要素法解析ツールに同手法を適用した結果,計算時間が大幅にかかり実用性が下がった.前者の問題に対しては,エンドミル加工の動的切削過程の解析とこれによる工具軸の振動および偏心のシミュレーションを開発し始め,その成果の一部を学会にて発表する.(「11.研究発表」参照).一方後者については,温度解析および熱特性値の同定に関しては有限差分法による解析を行い,その結果を有限要素法解析の初期条件として与える方式で時間短縮ができると考えている.

This study is aimed at analyzing the causes of cutting heat, thermal deformation of tools and workpieces, and accuracy compensation for tool path correction. A method of unsteady analysis for solving the problem of heat transfer in the last stage of processing is proposed. This year, the finite element method is used to predict the machining error of the workpiece, and the accuracy compensation is tested. The prediction of machining errors is simple, the analysis of mechanical deformations due to cutting force, and the analysis of temperature distribution and thermal deformations due to cutting heat are performed independently, and the results are well integrated. The finite element method is used to analyze the finite element analysis system. The APDL is implemented on the APDL. Based on the analysis results, the machining accuracy compensation is obtained. The accuracy of the results of precision compensation and accuracy improvement of the results of confirmation, the following problems are clear. (1)Cutting force analysis static structural analysis dynamic analysis results regardless of mechanical analysis error precision compensation (2)The analysis of temperature distribution of tool and workpiece is based on finite difference method. The unsteady analysis method and rapid identification method of thermal boundary condition are developed. The finite element method is widely used to analyze the temperature distribution. The calculation time is greatly reduced. The former problem is related to the analysis of the dynamic cutting process in the machining process, the development of the vibration and eccentricity of the tool shaft, and the development of part of the results. (Refer to "11. Research Development Form"). On the other hand, the temperature analysis method and the thermal characteristic value are the same. On the other hand, the finite difference method and the finite element method are the initial conditions of the analysis method and the time shortening method.

项目成果

Takashi MATSUMURA,Eiji Usui: "Temperature Analysis of Tool and Workpiece in Milling Process"Proc.of the Japan USA Symposium on Flexible Automation. (発表予定). (2000)

Takashi MATSUMURA​​、Eiji Usui：“铣削过程中刀具和工件的温度分析”日本美国柔性自动化研讨会论文集（即将发表）。

Takashi Matsumura,Eiji Usui: "Temperature Analysis of Tool and Workpiece in Milling Process"Proceedings of 2000 Japan-USA Symposium on Flexible Automation. (CD-ROM 13022). (2000)

Takashi Matsumura、Eiji Usui：“铣削过程中刀具和工件的温度分析”2000年日美柔性自动化研讨会论文集。

松村隆,植原貴宏,臼井英治: "ボールエンドミルによる切削中の動特性に関する研究"日本機械学会関東支部第7期総会講演会. (発表予定). (2001)

Takashi Matsumura、Takahiro Uehara、Eiji Usui：“球头立铣刀切削时的动态特性研究”日本机械工程学会关东分会第 7 次大会（待提交）。

松村隆,古木俊充,臼井英治: "ボールエンドミル加工における動的切削過程の解析(第1報)-振動モードの推定と動的切削過程の解析-"2001年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. (予定). (2001)

Takashi Matsumura、Toshimitsu Furuki、Eiji Usui：“球头铣削动态切削过程分析（第1次报告）-振动模式的估计和动态切削过程分析-”2001年精密工程学会春季会议学术讲座论文集。 （计划）。