インプロセス状態認識機能を備えた超精密自由曲面加工システム

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本研究では加工状態認識機能を備え,広範囲における複雑3次元形状の超精密加工を実現可能かつコンパクトな自由曲面加工システムの実現を目的として,高精度かつコンパクトな旋回位置決め機構の開発と超精密切削加工におけるインプロセス加工状態認識を研究対象としている.前年度までに空気圧アクチュエータと電磁アクチュエータを組み合わせることで,旋回位置決め機構に適した特性を有するハイブリッドアクチュエータを提案するとともに,新たな設計コンセプトに基づきコンパクトかつ高精度なトップテーブル形旋回位置決め機構を開発している.本年度は,開発しているトップテーブル形旋回位置決め機構を新たに構築した直動3軸位置決め機構と組み合わせることで4軸制御超精密自由曲面加工システムを実現した.さらに,詳細な特性評価実験ならびに加工実験を行いその有用性を評価している.具体的には,旋回位置決め機構に切削力が加わらない状態において10万分の1度の位置決め分解能を,切削力が加わる状態で1万分の1度の位置決め追従精度を実現している.また,旋回位置決め機構の制御系に運動指令値と実際の機構の運動の差から旋回位置決め機構に加わる切削反力を推定する機能(外乱オブザーバ)を組み込むことで,切削力のインプロセス認識を実現している.外乱オブザーバを用いて切削反力を正確に認識可能なことは,本研究の中で提案しているハイブリッドアクチュエータが高い精度のトルク制御か可能な点および提案しているトップテーブル形旋回位置決め機構に存在する摩擦や振動等の誤差要因が小さいことが挙げられる.本年度の研究成果として,提案しているハイブリッドアクチュエータおよびトップテーブル形旋回位置決めシステムを用いた4軸自由曲面加工システムを実現し,駆動実験や加工実験を通して申請者らが提案している設計コンセプトの妥当性を確認している.