センサレス切削力推定を応用した実時間主軸速度制御による能動的びびり振動抑制

使用无传感器切削力估计的实时主轴速度控制来主动抑制颤振

基本信息

批准号：
19J13204
负责人：
大和駿太郎
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，センサレス切削力推定を応用したびびり振動監視に基づき主軸回転数などのプロセスパラメータを実時間制御することで，付加的センサやアクチュエータ無しに，機械加工における最重要課題の一つであるびびり振動を自律抑制する知能化工作機械システムの開発を目的とした．最終年度である令和2年度では，特に（１）:正弦波主軸速度変動（SSSV）による自律型びびり振動抑制システムの開発，（２）:パラレルエンドミル加工における主軸回転速度差制御による自律びびり振動抑制に取り組んだ．（１）に関しては，びびり周波数に基づくSSSVの最適設計理論は前年度に構築済みである．本年度は，推定切削力を利用したびびり振動監視と，それに基づく最適SSSVによるびびり振動抑制の一連の機能を大型工作機械に実装・統合した．その結果，推定切削力から加工中にリアルタイム推定したびびり振動周波数に基づきSSSVをin-situ最適設計し，工作機械がびびり振動を自律的に抑制可能であることを確認した．また，提案したSSSVの理論を応用し，パラレル旋削加工における揺動加工法（上下工具を工作物円周上に揺動運動させることでびびりを抑制する加工法）の最適設計にも展開させた．（２）におけるパラレルエンドミル加工では，びびり周波数に基づき計算されるびびり振動位相差が上下工具間で逆位相になるように主軸回転数差を与えることで，びびり振動をキャンセレーションすることを試みた．パラレルエンドミル加工におけるプロセスモデル・時間領域シミュレーションを構築し，その有効性を理論的に解析するとともに，加工中の推定切削力からリアルタイム推定したびびり周波数に基づき回転数差を適応制御するシステムをマルチタレット工作機械に実装した．その結果，加工状態の変化（つまり，びびり周波数の変化）に対応しながら，びびり振動をロバストに抑制可能であることを確認した．

在这项研究中，我们将通过使用无传感器切削力估计的颤振监测来实时控制主轴转速等工艺参数，从而解决加工中最重要的问题之一。自主抑制颤振的智能机床系统。在2020财年，即最后一年，我们将重点关注（1）：使用正弦主轴速度变化（SSSV）的自主颤振抑制系统的开发，以及（2）：使用并行主轴转速差控制的自主颤振抑制系统我试图抑制它。关于（1），前一年构建了基于颤振频率的SSSV优化设计理论。今年，我们在大型机床中实现并集成了一系列功能，包括使用估计切削力进行颤振监测，以及基于颤振监测使用最佳 SSSV 抑制颤振。结果，根据加工过程中根据估计切削力实时估计的颤振频率，对 SSSV 进行了现场优化设计，并证实了机床可以自主抑制颤振。此外，所提出的SSSV理论还应用于平行车削加工中的摆动加工方法（通过在工件圆周上摆动上下刀具来抑制颤动的加工方法）的优化设计．在(2)中的平行端铣中，尝试通过提供主轴转速差来消除颤振，使得根据颤振频率计算出的颤振相位差在上下刀具之间呈反相。我们建立了平行端铣的工艺模型和时域仿真，从理论上分析了其有效性，并开发了一种多刀塔系统，该系统根据加工过程中估计的切削力实时估计的颤振频率自适应控制转速差。在机床上实现。结果，我们确认了可以在响应加工条件的变化（即颤振频率的变化）的同时，稳健地抑制颤振。