センサレス自己診断と帯域制限トルク制御によるびびり振動抑制システムの開発

采用无传感器自诊断和带限扭矩控制的颤振抑制系统的开发

基本信息

批准号：
15J00421
负责人：
小池綾
金额：
$ 1.09万
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

数値制御工作機械は，加工精度や生産効率の向上や生産コストの低減など，あらゆる産業の発展に貢献してきた一方で，事前に作成されたプログラムを忠実に実行する特性のために，加工中の想定外の異常に対応できない．特に生産効率を向上させるためには，びびり振動の回避・抑制は不可欠であり，安定加工条件の高精度な同定法，高応答な振動抑制技術の実現が強く望まれている．しかしながら，従来のびびり振動回避・抑制手法は工具系伝達関数を高精度に把握する必要があるものが多いが，動特性は機械の動作や加工熱で変化してしまうため，より実用的で広汎用な手法が求められている．本研究ではまず，工作機械が自律的かつ高精度にびびり振動に対する安定加工条件を同定する自己診断手法その有用性を評価した．実験結果から，外乱オブザーバによって主軸回転減速中のびびり周波数の急激なシフトをサーボ情報から検出でき，急激なシフトが発生した主軸回転数は確かに大きな切込量を与えても加工が安定的であることを示せた．また，時間領域切削シミュレータを構築することで，提案手法の同定誤差を理論的に明らかにし，補正式の導出に成功した．また，周波数近傍のみ加工トルク制御を実現する帯域制限トルク制御を提案し，高速スピンドル制御系を構築し適用することで，びびり振動の能動的抑制を試みた．しかし，びびり振動の抑制効果はほとんど確認できなかった．時間領域切削シミュレータを用いて評価したところ，主軸回転角度の変更では切取量をほとんど操作できず，再生効果を低減できないことがわかった．一方で，工作機械ステージに同制御法を適用した場合には切取量を容易に操作できるため，びびり振動を抑制できる可能性を確認できた．これらの研究成果によって，原著論文1編と国際会議2回の発表を行った．また，2016年度には国際会議用論文が受理され1回の発表を予定している．

数控机床通过提高加工精度、生产效率、降低生产成本为各行业的发展做出了贡献，但是，由于它们能够忠实地执行预先编写的程序，因此无法对意外的异常情况做出反应。特别是，为了提高生产效率，必须避免和抑制颤振，迫切需要实现稳定加工条件的高精度识别方法和高响应性振动抑制技术。然而，许多传统的颤振避免/抑制方法需要高度准确地了解刀具系统传递函数，但由于动态特性会因机器操作和加工热量而变化，因此需要更实用且广泛适用的方法。。在本研究中，我们首先评估了机床自诊断方法的实用性，该方法可以自主且高精度地识别针对颤振的稳定加工条件。从实验结果来看，扰动观测器能够从伺服信息中检测到主轴旋转减速期间颤振频率的突然变化，并且发生突然变化的主轴转速确实表明即使在大深度加工时加工也是稳定的我能够展示一些东西。此外，通过构建时域切削模拟器，从理论上澄清了该方法的辨识误差，并成功推导了修正公式。我们还提出了仅在频率附近实现加工扭矩控制的带限扭矩控制，并尝试通过构建和应用高速主轴控制系统来主动抑制颤振。然而，几乎无法确认抑制颤振的效果。当使用时域切削模拟器进行评估时发现，改变主轴旋转角度几乎无法控制切削量，并且不能降低再生效果。另一方面，当将相同的控制方法应用于机床平台时，可以容易地操纵切削量，这证实了抑制颤振的可能性。这些研究成果发表了一篇原创论文并在国际会议上进行了两次演讲。此外，一篇国际会议的论文已被接受，并计划于 2016 年进行一次演讲。