超音波楕円振動切削法を用いた金型の高能率かつ高精度加工

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本研究では超音波楕円振動切削法を用いた金型の高能率・高精度加工に着目し、より広範囲の加工環境・加工分野における低コストでの鏡面仕上げ加工の実現を目的とする。楕円振動切削中に発生する摩擦型びびり振動の発生メカニズムを解明してその抑制法まで提案し検証を行った。摩擦型びびり振動とは、工具が仕上げ面に切り込む瞬間に工具逃げ面へ発生する摩擦力が加振力として働き動剛性が弱い周波数成分がびびり振動として励起され成長するものである。その抑制法として以下の案が提案された。切削方向に対して工具リード角を前傾させることる切削を行った。その結果、摩擦力を小さくなり、摩擦力が振動加振へ寄与する割合が減少されるため、摩擦型びびり振動が成長しないことが実験的に確認された．本研究によって特殊なプロセスである楕円振動切削における摩擦型びびり振動問題の発生メカニズムが解明されて，簡単な抑制手法も提案され、その有効性が確認できた成果が述得られた。楕円振動切削プロセスの新しいモニタリング手法が提案された。楕円振動切削の振動モデルの提案より、各切削力成分が振動モデルのバネや減衰として工具振動へどのような影響を及ぼすかについて考察を行った。一方で、加工中に生じる外部力に対して一定の振動を出力するために設計されている楕円振動制御装置内での各振動方向に対する消費電力変化量及び楕円振動の発振周波数の変化量が加工プロセスモニタリングに必要なパラメータとして用いられた。結果として、切削方向振動に対する消費電力の変化量は工具摩耗量と相関があり、切込み方向振動に対する消費電力の変化量は切込み深さと相関があることが示された。本研究より、センサレスで工具摩耗度の推定及び過度負荷警告の機能が付加された超精密切削技術として楕円振動切削技術の高性能化・高精度化が実現できた。