超音波による主軸構造体の接触状態認識

本研究では,工作機械の加工精度に直接的に影響を及ぼす主軸受の結合部挙動を解明することを最終的な目標として,その際に基本的に重要となる結合部接触圧力及びその分布を主軸回転中に計測することのできる,超音波を用いた計測方法を提案し,その有効性について検討を行った.具体的には,工作機械主軸系モデルを製作し,軸受外輪-軸受ハウジング間結合部に超音波を投射してその反射波高を計測するシステムを構築するとともに,各種運転条件で実験を繰り返し,反射波高の測定結果を詳細に検討した結果,以下のような有用な成果が得られた.(1)超音波の反射波高値は,接触面圧に基づく結合部の接触状態変化を捉えており,軸受結合部における接触圧力の定性的な分布状態,すなわちコンタクトパターンの測定に有効であることを明らかにした.(2)反射波高値を評価することにより,軸受外輪-軸受ハウジング間のはめあい公差の差に基づく,結合部接触状態の差異を認識できることを明らかにした.(3)反射波高値の円周方向分布は,軸受結合部のコンタクトパターンを明確に捉えていることを明らかにした.(4)主軸回転中における反射波高値の経時変化は,軸受結合部の接触状態の動的挙動を反映していることを明らかにした.また反射波高値は,主軸の回転時と停止時とではその挙動が基本的に異なることを確認できた.(5)動的コンタクトパターンと主軸系の性能,特に主軸の半径方向の振れ回り量との関係を詳細に検討いた結果,両者の経時変化には一定の相関関係が認められることを明らかにした.以上のような一連の研究結果から,本研究で提案した,軸受結合部コンタクトパターンの超音波インプロセス計測方法の有効性が確認できた.今後は,反射波高値の定量的な評価を行うために,既知の接触圧力との相対関係を明らかにする較正実験を行うことを計画している.

本研究では,工作機械の加工精度に直接的に影響を及ぼす主軸受の結合部挙動を解明することを最終的な目標として,その際に基本的に重要となる結合部接触圧力及びその分布を主軸回転中に計測することのできる,超音波を用いた計測方法を提案し,その有効性について検討を行った.具体的には,工作機械主軸系モデルを製作し,軸受外輪-軸受ハウジング間結合部に超音波を投射してその反射波高を計測するシステムを構築するとともに,各種運転条件で実験を繰り返し,反射波高の測定結果を詳細に検討した結果,以下のような有用な成果が得られた.(1)超音波の反射波高値は,接触面圧に基づく結合部の接触状態変化を捉えており,軸受結合部における接触圧力の定性的な分布状態,すなわちコンタクトパターンの測定に有効であることを明らかにした.(2)反射波高値を評価することにより,軸受外輪-軸受ハウジング間のはめあい公差の差に基づく,結合部接触状態の差異を認識できることを明らかにした.(3)反射波高値の円周方向分布は,軸受結合部のコンタクトパターンを明確に捉えていることを明らかにした.(4)主軸回転中における反射波高値の経時変化は,軸受結合部の接触状態の動的挙動を反映していることを明らかにした.また反射波高値は,主軸の回転時と停止時とではその挙動が基本的に異なることを確認できた.(5)動的コンタクトパターンと主軸系の性能,特に主軸の半径方向の振れ回り量との関係を詳細に検討いた結果,両者の経時変化には一定の相関関係が認められることを明らかにした.以上のような一連の研究結果から,本研究で提案した,軸受結合部コンタクトパターンの超音波インプロセス計測方法の有効性が確認できた.今後は,反射波高値の定量的な評価を行うために,既知の接触圧力との相対関係を明らかにする較正実験を行うことを計画している.