パラレルメカニズムを用いた高速走査NC電解加工による3次元複雑形状加工

利用并联机构的高速扫描NC电解加工进行3D复杂形状加工

• 批准号: 22K03860
• 负责人: 小谷野 智広
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kanazawa 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-22K03860/
• 关键词: 電解加工; パラレルメカニズム; 高速走査; NC; 数値制御

本研究では， NC電解加工（NC: Numerically controlled，数値制御）において，パラレルメカニズムを用いて工具電極を高速で走査させることで，3次元複雑形状を高速・高精度，かつフレキシブルに加工可能な電解加工を実現することを目的としている．3次元的な高速走査を可能とするために，3自由度のパラレルメカニズム電解加工機を開発した．本装置では，高速駆動が可能なリニアモータを用いたアクチュエータを水平に等間隔で３軸配置した．本装置を用いることで，通常のNC電解加工で用いられている走査速度の数百倍以上の走査速度である，500mm/sでの工具電極の3次元走査が可能となった．本装置を用いて溝加工を行った結果，走査速度を速くするほど，加工面の表面粗さが良好となった．これは，走査速度を速くすることで，工具電極周辺の低電流密度の領域が加工面上に滞在する時間が減少するためである．また，工具電極をXYZ方向に走査させながら1層ずつ除去して形状加工を行った．高速走査するほど1層あたりの除去厚さが減少するので，加工面の凹凸が減少した．さらに，溝加工において，電極を静止させた場合の単位除去形状から，走査加工を行った場合の加工形状のシミュレーションを行った．その結果，シミュレーションにより得られた溝の断面形状と，実験により得られた溝の断面形状はよく一致した．一方で，高速走査による加工の問題点として，往復運動する場合などにおいて運動の方向が切り替わる際に走査速度が減少するため，運動の方向が切り替わる点において滞在時間が増加し，加工深さが深くなってしまうということがある．そこで，加工において用いる印可電圧をパルス化し，走査速度に応じてパルス幅を短くする制御方法を開発した．その結果，運動の方向が切り替わる点においても，走査速度が変わらない理想的な場合とほぼ同じ加工形状が得られた．

在本研究中，我们将证明在数控电解加工（NC：数控）中，通过使用并联机构高速扫描工具电极，电解加工可以高速、高精度地加工复杂的三维形状，并且目的是实现加工的灵活性。为了实现高速三维扫描，我们开发了三自由度并联机构电解加工机。在该装置中，使用能够高速驱动的线性电机的致动器在三个轴上等间隔地水平布置。通过使用该装置，可以以500毫米/秒的扫描速度对工具电极进行三维扫描，这比普通数控电解加工中使用的扫描速度快数百倍。由于使用该装置进行沟槽加工，扫描速度越快，加工表面的表面粗糙度越好。这是因为通过提高扫描速度，工具电极周围的低电流密度区域在加工表面上停留的时间会减少。另外，通过在XYZ方向上扫描工具电极的同时一次去除一层来进行形状加工。扫描速度越高，每层去除的厚度越少，从而导致加工表面的不平整度越小。此外，在槽加工中，根据电极静止时的单位去除形状，模拟了扫描加工时的加工形状。结果，通过模拟获得的槽的截面形状和通过实验获得的槽的截面形状非常一致。另一方面，使用高速扫描进行加工的问题在于，当运动方向改变时，例如往复运动的情况下，扫描速度会降低，因此在运动方向改变的点处的停留时间会增加，导致加工深度过深，有时会发生这种情况。因此，我们开发了一种控制方法，可将加工中使用的施加电压脉冲化，并根据扫描速度缩短脉冲宽度。其结果，即使在移动方向切换的点，也能够得到与扫描速度不变的理想情况几乎相同的加工形状。