センサ機能付加切削工具を用いた超精密切削加工の能動制御に関する研究

今後,三次元複雑形状を対象とした超精密加工に対する需要の増加が予想され,高能率かつ柔軟な機械加工を実現するためには,加工中の状態をインプロセスで認識し状況に応じて加工条件を能動的に変化させることで加工制御を行うことが必要である.中でも加工点の温度は,工具摩耗,加工面性状などに大きく影響することから,加工中の管理が重要となる.しかし,現状で超精密加工に対応可能なインプロセスセンサはほぼ皆無であり,超精密加工に最適化された新たなセンサの実現と,それを用いた加工の能動制御技術の確立が必要である.本研究では研究代表者が以前から提案するマイクロセンサを用いた能動加工制御に取り組んだ.これは半導体製造技術を用いてダイヤモンド切削工具すくい面の刃先近傍に薄膜温度センサを直接製作するものであり,従来の熱電対や赤外線カメラを用いた温度測定と比較して,高感度かつ高応答な測定を実現する.本研究では従来と比較して,ガラス基板を用いてセンサ保護膜を強化することでさらに刃先近傍へのセンサ設置を可能とし,センサ機能付加のダイヤモンド工具を試作した.さらに実際に試作したマイクロセンサ搭載工具を用いて,超精密旋盤による加工実験を実際に行い加工条件とセンサ出力の関係を詳細に検討した.具体的には,温度,温度変化率,信号中の高周波成分など複数のパラメータを設定し,加工条件変化時の影響を評価することで,センサ出力から加工条件変化の検出可能性を確認した.さらに,加工中のセンサ出力を超精密加工機へフィードバックすることにより加工条件を能動的に変化可能な微細加工システムを構築し,実際に超精密切削加工を行うことでセンサ出力,すなわち加工点の温度を一定とする能動制御加工を実現した.

今後,三次元複雑形状を対象とした超精密加工に対する需要の増加が予想され,高能率かつ柔軟な機械加工を実現するためには,加工中の状態をインプロセスで認識し状況に応じて加工条件を能動的に変化させることで加工制御を行うことが必要である.中でも加工点の温度は,工具摩耗,加工面性状などに大きく影響することから,加工中の管理が重要となる.しかし,現状で超精密加工に対応可能なインプロセスセンサはほぼ皆無であり,超精密加工に最適化された新たなセンサの実現と,それを用いた加工の能動制御技術の確立が必要である.本研究では研究代表者が以前から提案するマイクロセンサを用いた能動加工制御に取り組んだ.これは半導体製造技術を用いてダイヤモンド切削工具すくい面の刃先近傍に薄膜温度センサを直接製作するものであり,従来の熱電対や赤外線カメラを用いた温度測定と比較して,高感度かつ高応答な測定を実現する.本研究では従来と比較して,ガラス基板を用いてセンサ保護膜を強化することでさらに刃先近傍へのセンサ設置を可能とし,センサ機能付加のダイヤモンド工具を試作した.さらに実際に試作したマイクロセンサ搭載工具を用いて,超精密旋盤による加工実験を実際に行い加工条件とセンサ出力の関係を詳細に検討した.具体的には,温度,温度変化率,信号中の高周波成分など複数のパラメータを設定し,加工条件変化時の影響を評価することで,センサ出力から加工条件変化の検出可能性を確認した.さらに,加工中のセンサ出力を超精密加工機へフィードバックすることにより加工条件を能動的に変化可能な微細加工システムを構築し,実際に超精密切削加工を行うことでセンサ出力,すなわち加工点の温度を一定とする能動制御加工を実現した.