耐摩耗性に優れた人工関節を創成する超音波援用研削盤の開発とそれによる加工機構解明

开发用于制造具有优异耐磨性的人工关节的超声波辅助研磨机并阐明其加工机理

• 批准号: 22K03848
• 负责人: 藤本 正和
• 金额: $ 2.25万
• 依托单位: Kindai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03848/
• 关键词: 研削盤; 幾何精度; 超音波援用研削; デスクトップ型研削盤; セラミックス; 加工機構

本研究は，耐摩耗性に優れた人工関節摺動面を創成するための超音波援用研削装置の開発と，それを用いた加工機構の解明を目的とするものである．研究年度内で①卓上型5軸NC精密研削盤の製作，②単粒工具を用いた超音波援用研削機構の実験的検討，③砥石構造の最適化，④創成された表面の機能性評価を実施することを計画し，2022年度は①および②の推進を試みた．新たな加工機として，リニアモータによる直動3軸と，ACサーボモータによる回転2軸を備えた卓上型5軸NC研削盤の製作を実施した．はじめに，試作した研削盤の幾何精度測定を実施した．真直度誤差試験の結果，各軸のそれは要求される人工関節の加工精度を満たすものであった．一方，位置決め誤差試験においては，X軸の幾何精度は要求精度を達することができなかった．したがって，X軸を支える案内面の仕上げ加工精度と設計を見直し，追加工ならびに再製作を行った．その結果，すべての軸において，要求される加工精度に対して十分な幾何精度を満たすことができた．次に，これらの運動精度が，加工に及ぼす影響について検討するため，ジルコニアセラミックスを工作物に用いた超音波を援用しない慣用型研削（平面研削）を実施した．設定の総切込み量0.1mmに対して，加工後の実切込み量を測定すると0.1mmを達成しており，要求された精度を有する卓上型5軸研削盤の試作に成功した．以上の成果は，雑誌論文1件にて報告している．また，加工後の工作物の表面を三次元形状測定機を用いて測定した結果，脆性破壊がみられた領域は3%程度であり，従来の研究と同程度であることが確認された．以上の結果から，加工機構の一部を明らかにすることができた．

这项研究旨在开发一种超声波辅助磨削装置，以创建具有出色耐磨性的人造关节滑动表面，并阐明使用它的加工机制。在研究年内，我们计划进行1）制造桌面5轴NC精确研磨机，2）使用单粒辅助工具对超声波辅助研磨机制进行实验检查，3）优化磨轮结构，4）4）评估创建表面的功能，并在2022年尝试促进5个机器，并促进了2），我们已经制作了一个机器，我们已经制作了2）。使用线性电动机和两个旋转轴使用AC伺服电动机的三个线性轴。首先，在原型研磨机上进行了几何精度测量。直度误差测试的结果表明，每个轴都满足人造关节所需的加工精度。另一方面，在定位错误测试中，未达到X轴所需的准确性。因此，审查了支撑X轴的指南表面的精确度和设计，并进行了其他工作和重新制作。结果，所有轴都能够满足所需的加工精度足够的几何精度。接下来，为了检查这些运动准确性对加工的影响，我们使用氧化锆陶瓷作为无超声波波的工件进行了常规的研磨（平面研磨）。测量加工后的实际切割量，总切割量为0.1mm，并以所需的精度成功地构造了原型的原型。以上结果在一篇期刊文章中报告。此外，在使用三维形状测量机加工后测量工件的表面时，可以证实观察到脆性断裂的区域约为3％，这与先前的研究相似。以上结果揭示了一些处理机制。

项目成果

デスクトップ型5軸NC精密研削盤の試作と幾何精度測定

台式五轴数控精密磨床样机制作及几何精度测量

• 发表时间: 2023
• 期刊: 近畿大学工学部研究報告
• 作者: 川畠丈志;橋本洋平;細川晃;久綱敦也;江面篤志;古本達明;佐藤 純也，松尾 繁樹;花井宏旭，小澤幹生，廣垣俊樹，青山栄一;藤本正和，山本智哉，大崎健汰
• 通讯作者: 藤本正和，山本智哉，大崎健汰