センサ機能付加切削工具を用いた超精密切削加工の能動制御に関する研究

带传感器功能刀具超精密切削主动控制研究

• 批准号: 17760101
• 负责人: 吉岡 勇人
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760101/
• 关键词: 超精密加工; 加工計測; インプロセス; 能動制御; マイクロセンサ; 切削温度; ナノ加工; モニタリング; 加工状態認識; 加工制御

今後,三次元複雑形状を対象とした超精密加工に対する需要の増加が予想され,高能率かつ柔軟な機械加工を実現するためには,加工中の状態をインプロセスで認識し状況に応じて加工条件を能動的に変化させることで加工制御を行うことが必要である.中でも加工点の温度は,工具摩耗,加工面性状などに大きく影響することから,加工中の管理が重要となる.しかし,現状で超精密加工に対応可能なインプロセスセンサはほぼ皆無であり,超精密加工に最適化された新たなセンサの実現と,それを用いた加工の能動制御技術の確立が必要である.本研究では研究代表者が以前から提案するマイクロセンサを用いた能動加工制御に取り組んだ.これは半導体製造技術を用いてダイヤモンド切削工具すくい面の刃先近傍に薄膜温度センサを直接製作するものであり,従来の熱電対や赤外線カメラを用いた温度測定と比較して,高感度かつ高応答な測定を実現する.本研究では従来と比較して,ガラス基板を用いてセンサ保護膜を強化することでさらに刃先近傍へのセンサ設置を可能とし,センサ機能付加のダイヤモンド工具を試作した.さらに実際に試作したマイクロセンサ搭載工具を用いて,超精密旋盤による加工実験を実際に行い加工条件とセンサ出力の関係を詳細に検討した.具体的には,温度,温度変化率,信号中の高周波成分など複数のパラメータを設定し,加工条件変化時の影響を評価することで,センサ出力から加工条件変化の検出可能性を確認した.さらに,加工中のセンサ出力を超精密加工機へフィードバックすることにより加工条件を能動的に変化可能な微細加工システムを構築し,実際に超精密切削加工を行うことでセンサ出力,すなわち加工点の温度を一定とする能動制御加工を実現した.

未来，复杂三维形状的超精密加工需求预计将增加，为了实现高效、柔性加工，需要在加工过程中识别状态并根据加工状态进行加工。需要通过主动改变条件来控制加工。加工点的温度对刀具磨损、加工表面质量等影响很大，因此加工过程中的管理很重要。但是，目前可用于超精密加工。加工几乎没有过程中的传感器，因此有必要创建针对超精密加工优化的新型传感器，并建立使用它们进行加工的主动控制技术。我们致力于使用微传感器的主动加工控制。这涉及直接制造薄膜。金刚石切削刀具前刀面切削刃附近的温度传感器采用半导体制造技术，并使用传统的热电偶和红外摄像机测温。与传统方法相比，本研究实现了高灵敏度和高响应性的测量。与传统方法相比，本研究使用玻璃基板来强化传感器保护膜，使得可以将传感器安装在更靠近尖端的位置。我们制作了原型。具有传感器功能的金刚石工具。此外，我们使用配备微型传感器的原型工具在超精密车床上进行了加工实验，并详细检查了加工条件和传感器输出之间的关系。具体来说：，温度，温度变化通过设置信号中的速率和高频分量等多个参数，并评估加工条件变化的影响，我们确认了从传感器输出检测加工条件变化的可能性。我们构建了一个可以主动改变的微加工系统。通过向精密加工机反馈加工条件，并通过实际进行超精密加工，实现了使传感器输出即加工点的温度保持恒定的主动控制加工。

项目成果

マイクロセンサ搭載工具によるナノ加工

使用配备微传感器的工具进行纳米处理

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本機械学会関東支部・精密工学会共催山梨講演会 講演論文集
• 作者: 松下幸生;吉岡勇人;橋詰等;新野秀憲
• 通讯作者: 新野秀憲