外丸、フライスを用いたCNC自由曲面加工システムの研究

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本研究は,凹形断面の自由曲面を有する軸状の工作物を対象にして,その効率的な加工を目的にして行ったものである.本研究では,はじめに申請者が提案した外丸フライスを用いた新たな自由曲面加工を行うことのできるパーソナルコンピュータ制御のCNC工作機械を開発した.この工作機械の基本形態は旋盤に類似したものであるが,切削工具として外丸フライスを用いている点が旋盤とは異なる.また,この工作機械では,主軸の回転角が制御される点が特徴の一つになっており,単に回転数が制御される旋盤とは異なっている.提案した加工法の妥当性を検討するために,開発したCNC工作機械を用いて加工実験を行った.その結果,開発したCNC工作機械を用いれば,加工途中の段取り換えを行うことなく,凹形断面を有する自由曲面形状を効率的に創成できることを明らかにし,開発した工作機械がこの種の自由曲面の効率的な創成に非常に有効であることを示した.さらに,申請者が提案した一種の適応フィードフォワード制御を工作機械の3軸のサーボ系に適用することによって,高速高精度の自由曲面加工が行えることも確認した.なお,一連の加工実験において加工誤差は50μm程度であった.創成された工作物の表面粗さを測定した結果,外丸フライスの主軸回転数は,一般的にボールエンドミルやストレートエンドミルの主軸回転数よりも低く設定されるので,表面粗さは大きくなった.工作物の表面粗さを小さくするためには,工具の刃数を多くするなどの対策が必要であることを明らかにした.本加工法の実用化のためには,今後,さらに切削力の測定のほか,加工系の変形特性についても明らかにすることが重要になる.