表紙

2024年3月7日＠年度末セミナー■プロジェクト名
プロジェクトDX【第4次産業革命をもたらすデジタル・トランスフォーメーション（DX）の加速】■研究開発分野
デジタルテクノロジー・ICT■研究開発テーマ
DXと小型工作機械が織り成す機械加工工場の省エネ改革■研究リーダー名古屋大学 早坂 健宏■他の参画機関
名古屋工業大学
産業技術センター■事業化リーダー
寺倉 達雄

p.1

p.2

１.研究テーマの概要① 研究の目的
研究テーマ：DXと小型工作機械が織り成す機械加工工場の省エネ改革
中・大型工作機械＝余裕がある＝無駄を含む電力

正常な加工を担保するために，求められる加工に対して余裕＝無駄を持った機械が使用されている【出典: DMG森精機】

消費エネルギ大，占有スペース大
コスト大等が無駄により生まれる小型工作機械へ置き換え
小型工作機械＝無駄が少ない＝余裕がない・小占有スペース／エネルギ／コスト
・相対的に大きなモータ出力加速度・高主軸回転速度／テーブル移動速度
・高精度制御メリットだらけ？！

しかし…

余裕がない小型ならではの課題も存在
例1) 予想よりも厳しい加工プロセスのために生じる工作機械変化例2) 小型機特有の切削状態異常発生
DX技術により余裕のなさを補い，「大は小を兼ねる」概念を払拭！

面積・体積大幅減少
小型照明

空調【出典：SHARP】

大型加工物
搬送

小型工作機械に置き換えることで省エネ化！さらにインフラ(空調等)や小型機を製造する上での省資源化も考慮す
ると機械加工工場全体で50%以上省エネ！
機械加工工場における工作機械
エネルギ消費例【出典:トヨタ自動車】

目的：機械加工工場の省エネ化本研究で定義するDX技術①工作機械状態監視技術②切削状態監視技術③異常状態回避技術

製造業の第4次産業革命に必須１.研究テーマの概要② 実施概要その1

p.3①工作機械状態監視技術②切削状態監視技術

厳しい加工プロセスにより，一例として工作機械主軸の状態が変化
主軸の状態監視技術の開発

切削状態（切込み等）の情報から，切削状態異常の程度を知ることが可能
切削状態監視技術の開発
ミリングモデル

主軸

加速度計
内蔵工具
軸受損傷例【出典：JTEKT】
ホルダ担当：担当：目標目標～2023.3 同定トライアルと基礎データ取得～2023.3 加工トライアルと基礎データ取得～2023.9 工作機械情報同定アルゴリズムの構築 ～2023.9 切削情報同定アルゴリズムの構築～2025.3 工作機械情報を表示するソフトウェア ～2025.3 切削情報を表示するソフトウェアのの試作
試作

１.研究テーマの概要② 実施概要その2

p.4③異常状態回避技術 小型機械特有の切削状態異常発生
異常例①：加工液の過剰供給

異常例②：異常振動
強制振動により低精度！

（ニッセイでの伝導部品の加工例）

加工液の供給例【出典：MONOTO】

びびり振動により低精度！
（MHIAEL*1でのNi基エンジンケースの加工例）*1 三菱重工航空エンジン

切削に本質的に必要以上の加工液（エネルギ大）が供給されている
加工液過剰供給回避技術の開発

異常振動を防ぐために消費エネルギあたりの除去量を制限
異常振動回避技術の開発～2023.3 各種選定／技術検討担当：～2023.9 最適供給量算出手法構築／従来比
目標50%の除去量あたり消費エネルギ～2025.3 従来比50%の消費エネルギ／従来比50%の除去量あたり消費エネルギ

p.5

２.年次ロードマップ
本年度までのロードマップ

2023.3①工作機械状態監視
同定トライアルと基礎技術
データ取得

2023.9

工作機械情報同定
アルゴリズムの構築（例：工作機械の動剛性）

2024.3

同定トライアルと基礎
データ取得その2

2025.3

工作機械情報を表示するソフトウェアの試作○中間/2024年度目標達成②切削状態監視技術

加工トライアルと基礎データ取得

切削情報同定アルゴ
リズムの構築
（例：びびり振動の情報）

加工トライアルと基礎データ取得その2

切削情報を表示する
ソフトウェアの試作○中間/2024年度目標達成③異常状態回避技術

小型工作機械への実装
システムの試作と従来加工負荷から最適供給ターゲット材料に対小型工作機械への実装 比50%の消費エネルギ
加工液過剰供給回避技術 する最適油剤種の同定 量を算出する手法の構 技術の開発
実現
築◎最終目標を前倒しで達成

異常振動回避技術

回避技術検討・開発， 従来比80%の除去量あ 遺逢方法改良，加工トライアル実施その2加工トライアル実施 たりの消費エネルギ

従来比50%の除去量あたりの消費エネルギ○中間/2024年度目標達成④工場省エネ化（試算）

従来比70%の消費エネルギ

従来比50%の消費エネルギ

３.研究開発の実施状況①②①工作機械状態監視技術

本成果は主に名古屋大学博士前 p.6
期2年河合君・助教李先生の成果同定した動コンプライアンスの一例
青：提案手法黒：従来手法（インパルス応答法）

測定の様子

主軸回転時の軸受極微小歪みの加振により発生した振動を測定することで，工作機械の主軸回転中の動特性同定技術を開発！
②切削状態監視技術
実験の様子

開発したアルゴリズム
予想・実験結果の一例
増大傾向をリアル
タイム監視！

切削トルクの周波数解析結果の特徴に着目し，切込みと工具偏心をリアルタイムで監視する技術を開発！
①②共に中間/2024年度目標を達成，②に関しては論文公表済み!!

３.研究開発の実施状況② 産技セ（≒知の拠点）の成果

p.7

産技セの切削状態監視技術に関する取組み
目標：加速度計内蔵ホルダによる被削性（工具損耗・切りくず処理）評価技術の検討
エンドミル側面加工時の工具損耗の評価○ 工具欠損の評価○ 工具摩耗の評価
工具先端の微少欠損により，加速度工具逃げ面の摩耗の進行に伴い，加速度波形qx，qyの振幅が増加，減少する
qx，qyの増加を確認
ことを確認

ニッケル基合金（Inconel718）

工具

エンドミル（4刃）

加工方法

側面加工

評価
機器

加速度計内蔵ホルダ
切削動力計
マイクロスコープ－qx－qyqy(mm/s2)

qx(mm/s2)

VBmax 136μm

VBmax 163μm
qy(mm/s2)

被削材欠損あり（1刃0.15mm先端欠損）

qx(mm/s2)qy(mm/s2)

立型マシニングセンタ

qy(mm/s2)

－qx
－qy

加工機

VBmax 102μm

VBmax 68μm

欠損なし

qx(mm/s2)

qx(mm/s2)

産技セ（≒知の拠点）の工作機械，分析・評価機器を用い，周辺中小企業等の課題解決に取り組むp.8

３.研究開発の実施状況③-1
HT0目 標ターゲット材料の選定とそれに対する最適油剤種の同定
到達1）ターゲットの選定：■ Ni基合金のボールエンドミル加工

無潤滑

動粘度37cm2/s

動粘度51cm2/s

 切れ刃中心部

 切削速度反転

 切削速度反転

製品欠陥となる組織変化の発生は工具中心 工具付近の損傷と凝着に起因することを見出した． 中心部
現状，Ni基耐熱合金加工は水溶性加工液を大量供給する加工プロセスであり，“供給量の最適化”，“潤滑剤性能の最適化”による製品欠陥発生の抑制効果が大きい．
仕上面
欠陥拡大図

欠陥位置
曲面と平面の接続部に欠陥は発生

2）最適油剤種の同定：
微量油剤塗布潤滑条件による工具摩耗（損傷）観察を実施

ポリオールエステルを選択し切削距離0.5ｍ時の工具損傷を観察．動粘度が中心部付近の潤滑性能に影響することを見出した．

付近が送り量以上の範囲で平坦化(摩耗) 中心部付近のトロコイド運動に対応する
工具引き目が観察できない

部で工具損耗
部は健全（赤線囲部）  逃げ面摩耗，
 逃げ面摩耗は及び凝着が発僅か
生(赤線囲部)
MQL(Liquidparaffin ) 中心部付近の
 中心部付近のトロコイド運
工具引き目は動に対応する良好であるが，工具引き目は工具中心軌跡
観察に凝着発生３.研究開発の実施状況③-1

本成果は主に名古屋大学
博士前期1年西君の成果

p.9③-1 加工液過剰供給回避技術
省エネ加工技術を開発し，凝着／摩擦を抑制する切削油剤レス加工を実現※切削エネルギの考慮なし

Cutting speed V [m/min]❸消費エネルギ削減！

200○開発手法（切削油剤なし）○従来切削（切削油剤なし）○従来切削（切削油剤あり）

100
0050

100

150

200250

開発手法：消費エネルギ 38W

300

350

300

350

Cutting speed V [m/min]❷摩擦力低減！

200

従来比4.5%！

切削油剤：クーラントポンプ消費エネルギ
850W（カタログ値）

100
0050100❶凝着発生切削
速度域を縮小！

150

200

250

Cutting speed V [m/min]❶❷❸により凝着・摩擦を低減する省エネ加工を実現！

：開発手法の凝着発生領域：通常切削の凝着発生領域③-1の最終目標を前倒しで達成！

p.10

４.研究実績
□特許出願件数：0件（1件は出願検討中）¥□外部発表
論文投稿：1件（切削状態監視技術）□情報発信
展示会出展：3件
セミナー開催：2件□会議の開催件数
研究開発会議：9件
個別会議
：61件

HT0

５.事業化の見通し 取組紹介①

p.11①工作機械状態監視技術 – NTエンジニアリング・名大主体の取組
工作機械状態監視技術（主軸軸受監視）のソフトウェア試作を開始

開発技術
玉軸受，内輪玉軸受，外輪ころ軸受，外輪ころ軸受，転動体

玉軸受，転動体・軸受の極微小ひずみによる主軸の振動を加速度計内蔵工具ホルダで監視！
・開発技術により損傷箇所を検知・損傷の程度を検知する技術も開発中

試作ソフトウェア極初期段階の画面①の中間/2024年度目標を達成!!

５.事業化の見通し 取組紹介②

p.12③-2 異常振動回避技術 – ニッセイ・名大主体の取組
現状課題となっている部品を2つ選定し，それぞれの部品の加工中に問題となっている振動を分析

粗さ測定方向・部品A（左の写真）においては強制振動が問題になっていることを特定し，その対策（工具・条件の最適化）により解決可能！

従来（改善前）提案（改善後）

現状で従来比76%の除去量あたりの消費エネルギ達成，更なる高能率化に向けて試験計画中③-2（異常振動回避技術）の中間/2024年度目標達成!!

５.事業化の見通し 取組紹介③

p.13③-2 異常振動回避技術 – 三菱重工航空エンジン・名大の取組
エンジンケース加工時の振動問題を分析
突き出しの⾧い工具ホルダ・工具・動剛性が低く，加工条件が厳しいために複数のびびり振動問題が同時に発生

従来（改善前）提案（改善後）斜めのマークが特徴的なびびり振動発生(粗さ大)びびり抑制(粗さ小)!!

従来比20%の除去量あたりの消費エネル
ギ，さらに工具費83%削減の可能性！

③-2（異常振動回避技術）の基礎試験実施完了＋実部品加工計画中!!

６.県産業への貢献度，人材育成等

p.14

製造業における電力消費量(2016年度)

愛知県：23,454（100万kWh）→製造業(機械加工の割合が高い)の集積地【出典：経済産業省】

製造業が多いゆえに機械加工工場の50%の省エネは効果絶大
本研究で開発するDX小型工作
機械環境によって初めて実現
大学

技術／人財交流

技術／人財交流，若手研究者／技術者育成

伝導・モビリティ部品メーカ

愛知県

技術協力

あいち産業科学技術総合センター
中小企業人財育成

連携体制

工作機械・周辺機器・消耗品
メーカ

愛知県の多様な産業工場のDX小型工作機械環境化を加速愛知県産業の革新的省エネ化／環境負荷低減

p.15

６.県産業への貢献度，人材育成等《モノづくり人材循環サイクル》

主導技術者などとのディスカッションで最先端の技術／課題について聞く・発表する機会を設け実践的な教育

企業

大学
学生

産業界に人材輩出
産業界のニーズを反映することで実用的な研究実施

若手研究者育成
教員

最新研究シーズを展開

若手技術者育成

周辺企業

人材ネットワーク構築

愛知県

学生の研究活動や中小企業への成果普及活動を支援

・セミナー・講習会を開催，成果技術の普及と技術支援により，中小企業の人材育成を支援
・研究プロジェクトを通じて、産業技周辺企業に技術普及と術センター職員の人材育成を推進
若手技術者育成

モノづくり王国あいち

・学生を派遣して共同で研究・教員による研修講習会開催