精密切削のための能動振れ止め機構に関する研究

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本研究では,長尺の工作物やセンタ支持できない工作物を旋削加工する場合に使用する振れ止め機構に着目した.回転する工作物の,ラジアル方向の位置を制御して工作物と切削工具の間の相対振動を抑制する能動振れ止め機構を提案・試作し,特性を調べた.工作物にはアルミニウム円管を使用し,内面旋削加工時の振れまわり振動を抑制した.フィードバック制御により振動を抑制する方向は,工作物のラジアル2方向のうち,水平方向のみとした.回転中の工作物の半径方向の変位は渦電流式非接触変位センサにより検出し,制御用電子回路を介してリニア変位アクチュエータにフィードバックして振動を抑制した.アクチュエータとしては,まず始めに油圧シリンダを用いた場合について検討した.その結果,制御しない場合に観察されていた,切削抵抗による工作物の変形を除去することができた.即ち切削系の静剛性を無限大にすることができた.しかし油圧シリンダの場合,応答帯域にやや問題があることが明らかとなったので,アクチュエータを高速応答可能な圧電アクチュエータに変更した.さらに,限界感度法で決定していた制御パラメータを,切削系の動的モデルの応答を計算機シミュレーションで観察することによって決定した.その際,切削抵抗を外乱力と見なし,外乱に対する剛性を高めるように制御パラメータを調整した.その結果,工作物の回転周期に同期した振動をも抑制することができ,普通旋盤で加工中の工作物の振幅を5μm以下に抑えることができた.以上によって,旋削加工において,工作物の切削点近傍をすべり軸受によって保持し,その保持部のラジアル方向の変位をリニアアクチュエータによって制御するという本方式が,加工の高精度化および高能率化に有効なことを明らかにした.