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．

尽管数值控制的机床已经有助于所有行业的发展，例如提高加工精度，生产效率和降低生产成本，但由于它们忠实执行预制计划的能力，它们在加工过程中无法应对意外的异常。特别是，避免和抑制颤动的振动对于提高生产效率至关重要，并且有强烈的愿望希望实现一种高度准确的识别方法，用于稳定的处理条件和高度响应的振动抑制技术。但是，尽管用于避免和抑制振动的常规方法需要对工具系统传输功能有高度的理解，但动态特性会根据机器的运行和加工加热而发生变化，但需要采用更实用和更广泛的方法。在这项研究中，我们首先评估了一种自我诊断方法的有用性，在该方法中，机床自动且准确地识别稳定的加工条件以进行颤动。实验结果表明，在主轴旋转减速过程中摇晃的频率突然变化可以通过干扰观察者从伺服信息中检测到，并且即使在应用大量切割的情况下，突然发生的主轴旋转的数量也肯定是稳定的。此外，通过构建时间域切割模拟器，我们能够从理论上阐明所提出方法的识别误差，并成功地得出了校正方程。我们还提出了一个限制的扭矩控制，该控制只能在频率附近实现加工扭矩控制，并试图通过构建和应用高速纺锤体控制系统来积极抑制摇晃的振动。但是，抑制颤动的振动几乎没有影响。当使用时间域切割模拟器进行评估时，发现更改主轴旋转角度几乎不会操纵切割量，并且无法降低再生效果。另一方面，当将控制方法应用于机床阶段时，可以轻松操纵切割量，从而抑制颤动的振动。基于这些研究结果，介绍了一篇原始论文，并提出了两次国际会议。此外，2016年已经接受了国际会议论文，并计划介绍一次。