Challenge to develop high-precision boring tools based on self-excited vibration theory

基于自激振动理论开发高精度镗削刀具的挑战

基本信息

批准号：
21K03949
负责人：
劉孝宏
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Oita University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ドリル加工やリーマ加工などに代表されるボーリング加工では，加工中に工具が振動し，加工穴が多角形化する現象が多発している。この現象は，多角形化現象と呼ばれ，この現象が発生した場合，加工穴の真円度を著しく低下させる。本研究では，ボーリング加工の中でも特に，リーマ加工を主たるターゲットとし，多角形化現象を完全に抑制可能な，最適切れ刃角度配置を求めることが第一の目的である。また，リーマには刃数や直径の異なるものがあり，統一的に評価することが難しい問題がある。そこで，本研究では，多角形化現象を抑制可能な角度配置を，統一的に評価できる理論的基準値（以後，基準値と呼ぶ）を決定することを第二の目的としている。令和4年度は，(1)遺伝的アルゴリズムを用いた4枚刃リーマの多角形化現象を最も抑制可能な不等分割刃リーマの理論的最適化，(2)数値計算により最適化された4枚刃リーマの試作と基礎実験，(3)基準値としての準静的特性根の検討と数値計算，(4)7枚刃および8枚刃リーマの最適化の検討開始を主な計画としていた。4枚刃リーマに関しては，令和3年度に作成した遺伝的アルゴリズムを活用し，最適な不等分割刃配置を複数選定し，試作および基礎実験を行った。基礎実験の結果，等分割刃リーマと比較し，極めて良好な真円度形状を得ることができた。基準値に関しては，準静的特性根と特性根の実部最大値の相関を調査した。これらの研究成果を日本機械学会Dynamics and Design Conference 2022で研究発表した。また，7枚刃および8枚刃リーマに関しては，数値計算をスタートし，試験的な実験も実施した。

在镗孔加工中，例如钻孔和铰孔，刀具在加工过程中经常会振动，从而产生多边形孔。这种现象称为多边形化现象，当这种现象发生时，加工孔的圆度显着降低。本研究的主要目标是铰孔，尤其是镗削加工，首要目标是找到能够完全抑制多边形化现象的最佳切削刃角度排列。此外，铰刀的刀片数量和直径各不相同，因此很难对其进行统一评估。因此，本研究的第二个目标是确定能够统一评价能够抑制多边形化现象的角度排列的理论参考值（以下简称参考值）。 2020财年，我们将（1）利用遗传算法理论上优化最能抑制四刃铰刀多边形现象的不等刀头铰刀，（2）利用数值计算对其进行优化。主要计划包括原型生产和生产。 4刃铰刀的基础实验，（3）作为参考值的准静态特性根的检查和数值计算，以及（4）7刃和8刃铰刀的优化研究的开始。对于四刃铰刀，我们利用2021年创建的遗传算法选择多个最优的不等刃排列，并进行了原型制作和基础实验。经过基础实验，我们获得了与等分刃铰刀相比圆度极其良好的形状。对于参考值，我们研究了准静态特征根与特征根最大实部之间的相关性。这些研究成果已在 2022 年日本机械工程学会动力学与设计会议上公布。我们还开始了7刃和8刃铰刀的数值计算和试制实验。