リニアモータ駆動工作機械による知的加工支援システムの実現

利用直线电机驱动机床实现智能加工支持系统

基本信息

批准号：
17760105
负责人：
茨木創一
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Kyoto University
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

项目摘要

リニアモータ駆動の送り系と静圧案内を持つ高精密マシニングセンタを主な対象として、加工中の送り速度などの加工条件を,オペレータの経験と加工中の修正に頼ることなく,自律的に最適化するシステムを実機上に構築することを目的として研究を行った.そのために必要な制御技術として,特に以下の点について研究を行った.(1)切削抵抗のモニタリング手法の提案・評価:加工中の切削抵抗をサーボモータ電流からリアルタイムでモニタリングするシステムを構築し,ボールねじ駆動・転がり案内を持つ従来型のマシニングセンタ,及びリニアモータ駆動・静圧案内を持つ高精密加工機において,そのモニタリング精度の評価を行った.従来型の機械では,ボールねじや案内面に生じる摩擦がサーボモータ電流に多大な影響を及ぼすため,十分な精度で切削抵抗の推定を行うことは難しい.リニアモータ駆動・静圧案内を持つ高精密加工機では,摩擦が小さいため10N程度の分解能で切削抵抗モニタリングを行うことができ,それを基礎として加工制御システムを実装することが現実的であることを実験的に示した.(2)工具寿命を制御するための加工制御法の提案・評価:切削抵抗のモニタリングを基礎として,その制御を基礎とした加工条件の最適制御法を提案した.工具摩耗の進行に伴う切削抵抗の上昇をモニタリングに基づき工具寿命の予測を行い,希望の工具寿命を得るために送り速度を長スパンでどのように調整すればよいかを決定する制御システムを構築し,その効果を実験的に検証した.(3)工具経路の最適化手法の提案・評価:エンドミル加工に通常用いられる等高線工具経路は,パス形状により工具負荷が変動することが避けられず,形状誤差の原因となる.切削関与角を適切に制御するような工具経路の生成法を提案し,それにより工具負荷を均一化し,形状精度の向上を図ることができることを実験的に示した.

主要针对配备直线电机驱动进给系统和静压导轨的高精度加工中心，自动优化加工过程中的进给速度等加工条件，无需依赖操作员经验或在实际机器上加工时进行修正。我们进行研究的目的是构建一个新系统。作为为此目的必要的控制技术，我们特别进行了以下几点研究：（1）切削力监测方法的建议和评估：加工过程中的切削力可以通过由伺服电机实时控制。我们使用传统系统构建了监控系统，并在具有滚珠丝杠驱动和滚动导轨的传统加工中心以及具有线性电机驱动和静压导轨的高精度加工机上评估了其监控精度。由于滚珠丝杠和导轨面产生的摩擦力对伺服电机电流的影响很大，因此要以足够的精度估算切削力。采用直线电机驱动和静压导轨的高精度加工机那么，由于摩擦力很小，1实验表明，可以以约0N的分辨率进行切削力监测，并且基于此实现加工控制系统是实用的。 (2)通过加工控制来控制刀具寿命该方法的建议和评估：基于。基于切削力的监测，我们提出了一种基于该控制的加工条件的优化控制方法。通过监测随着刀具磨损的进展切削力的增加来预测刀具寿命，增加进给速度以获得期望的刀具寿命。我们构建了一个确定如何调整跨度的控制系统，并通过实验验证了其有效性。（3）刀具路径优化方法的提出和评估：端铣削中常用的轮廓刀具根据路径形状构建路径。刀具载荷的波动是不可避免的，会导致形状误差。我们提出了一种生成刀具路径的方法，可以适当控制切削切入角度，从而使刀具载荷均匀并提高形状精度。我们通过实验证明了这是可能的。