熱対策と振動対策をリンクした工作機械統合最適化設計のための基礎的研究

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本研究では,工作機械構造各部に各種骨材を最適条件で充填し,振動エネルギーを可能な限り熱エネルギーに変換した後,その統合化された全熱エネルギーをバランス化および除去することにより,動的・熱的に安定した高品位工作機械を設計するための設計方針,設計手法,設計データを構築することを目的とした.その結果をまとめると以下のとおりである.(1)振動エネルギー→熱エネルギーの変換の基礎データ整理: 振動エネルギーを熱エネルギーに変換・コントロールするために,さまざまな振動数と振幅に対して,最適な骨材パウダー,充填率,充填量,圧力の関係を明らかにした.その結果,アルミナパウダーを94%充填し,予圧を与えて分離防止したものが,実験の全ての範囲で優れた変換効率を示した.(2)振動エネルギー→熱エネルギーの変換を支配するキャノニカルフォームの構築: 振動エネルギー対策と熱エネルギー対策をリンクした統合対策を設計方法として利用できるように,(1)の結果をもとに単体の骨材同士の摩擦と衝突のモデル化とそれを確率論的に拡張することを通して,振動と熱の変換を支配するキャノニカルフォームを構築した.その結果,骨材同士の摩擦と衝突を組合せたモデルによって振動エネルギー→熱エネルギーの変換現象を表現できることを確認した.(3)卓上旋盤モデルを利用した総合評価: 現有のプロトタイプ卓上旋盤に対して,(1)と(2)を用いて,振動エネルギーをできる限り熱エネルギーに変換し,しかもその熱エネルギーの1部を熱変形対策に利用できる可能性を検討した.その結果,振動を熱エネルギーに変換できたものの,その絶対量が小さく,全体の熱変形抑制に影響を与えるには至らなかった.