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工作機械のデジタルツイン適用にむけた取り組み
ー 工具先端温度の推定 ー
2022年2月
本資料は、2021年に実施したサイバネットROMチャレンジカップにて、石川県工業試験場様が取り組まれた「工作機械のデジタルツイン適用にむけた取り組み」事例をご紹介いたします。
本事例では、測定が困難な工具の刃先温度を、デジタルツインにて推定することに取り組まれました。工具の刃先温度を推定することにより、加工条件の適正化や工具寿命の推定に活用することが期待できます。取得したデータを活用することにより、工具の破損回避や高寿命化させることで、生産性向上を目指します。
※サイバネットROMチャレンジカップとは
お客さまのROM技術へのチャレンジの支援を目的とし、ROMを活用したシステムシミュレーションのアイデアを募集。ご考案いただいたアイデアを具現化するために、サイバネットからは必要なAnsysライセンスの無償提供や、技術支援をご提供させていただき、お客さまと一緒にアイデアの具現化に試みました。
工作機械のデジタルツイン適用にむけた取り組みの資料サンプル
工作機械の工具刃先温度の推定
工具の刃先温度は、切削抵抗とともに、工具寿命、工具破損、加工品質に影響する重要な物質量であるが、推定が困難であり、また指定方法に関する研究も行われておりません。工具刃先温度をデジタルツインにて推定することで、加工条件の適正化や工具寿命の推定に活用することが期待できます。
有限要素モデルの作成
半導体レーザにより、工具先端を加工する簡易実験を行い、有限要素モデルの妥当性を検証。
加工時の発熱量の推定（逆問題）
デジタルツインでは、計測した温度から熱流工具入熱量）や別の温度を推定する必要があり、逆問題を解く必要があります。
目次
- 石川県工業試験場の主要業務
- 工業試験場の業務
- 工作機械の工具刃先温度の推定
- 有限要素モデルの作成
- デジタルツインモデルの作成
- サイバネットROMチャレンジカップを活用
- 開発したシミュレーション技術の概要
- Ansys Twin Builderの概要
- Model Reduction inside Ansysの概要
- 有限要素モデルと状態空間モデルの精度検証
- 加工時の発熱量の推定（逆問題）
- 状態フィードバック制御による推定結果
- 実験概要
- 加工時の温度測定結果
- 放射温度計の実測値と推定値との比較
- 発熱量、工具先端温度の推定
- 結論と今後の展望
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