岡山大学 機械加工学研究室
切削・研削・砥粒加工の高度化･最適化技術の開発
アブレイシブ・ジェットによるマイクロ加工技術

砥石表面の高能率クリーニング技術
ドライ研削で目詰まりした砥石表面をドライアイス・ブラストを用いて高能率にクリーニングすることで切れ味を回復する技術を開発しています。

アブレイシブ・ジェット加工により要求されるマイクロ形状を高能率・高精度に生成する技術を研究しています。加工制御による３次元的な精密パターニングなどの高度なマイクロ砥粒加工法を開発しています。
ノズル
13mm

-w

ヘリングボーン
パターニングマスク

w

単位時間あたりの加工量分布

砥粒工作物
r(-5) r(-4) r(-3) r(-2) r(-1) r(0) r(+1) r(+2) r(+3) r(+4) r(+5) r(+6)r(-6)

既存ドレッシングによる問題

ブラスト条件x =16mm

After dry ice blasting

アブレイシブジェット加工によるパターニング法

p=400kPa

ワーク回転速度

SEM
image

加工形状

p=250kPa砥石表面のクリーニング法

Profileimage

ドライアイスによるクリーニング・メカニズムe ≧55② HV≧2050

・「どんな連携を希望するか」-0.5 -0.3 0.0 0.3 0.5

e ≧26

YES

④ e ≧47
YES

DDs
L

S45C
GC 1000
P= 0.5 MPa

055 mm10

ヘリングボーン動圧軸受溝の断面形状

PC

HV≧572NO

YES⑤ φ≧0.75
YES

NO

YES

NO

e <36s <2300

HV<495

YES

NO

ターゲットデータNOYES⑥ s <322ℓz

YESθ

8BP GC

YES

NO

NO

研削砥石カタログ

NO

HV≧950

HV<135

YES

NO

YES

NO

WRA 8BP

WARA

PA

HV≧300HRC
MRR

加工形状 目標形状

データマイニング

NO③w

研削砥石決定NO①0
ノズル軸方向位置 x mm
ノズル送り速度の演算結果

砥粒決定のための決定木出力結果

データマイニング
D
推奨切削条件が不明の工具
Ds
プロセス
Ll・グループ化
z・データの特徴抽出 θMRR
サポートシステム・データの予測HRC

YESNO

HV<374e ≧51

YESNO

YESNO

32A 32A WA

97A

WA

9A

WA

WA

RARegression Coefficients

20ℓ/De15

 D 0002.50   Ad ( R0.79)  0.87  0.13 0.12
HRC
 Rd ( R0.30)   0.07  0.04
00002.39   L 
 S ( R0.26)   222
530 132007978   l 220090581  F ( R0.04)    22  
 V ( R0.04)   00.45
000.58  0.81 74    z 000000.039  f ( R0.06)  0.002
 1 105050

100 150L/ℓ200250最適研削砥石決定を支援する 視覚化図
砥粒の種類
②2050

8BP

HVs
HV

8BP

Input: エンドミル工具形状

Output: 切削条件

L/ℓ=5, ℓ/De=3WAWAWA

3742300

s

495
PA

135

砥石
01020x1 x10

定寸ゲージ 工作物

研削開始前

砥石後退時

32A

正味の寸法生成量を予測できる知能化システム
定寸ゲージ

主分力 F N
研削終了

研削時間 t s

砥石ひずみゲージ

VwVs

センタPC

知能化研削システムを使った研削実験の結果（目標の取り代:f125mm）
寸法生成量
SR，SRn mm

寸法生成量SR工作物
熱変形量工作物dw

工作物
熱変形量 dw

正味の寸法
生成量 SRn

研削終了後の工作物熱変形挙動
左の図では
砥石後退後に工作物の半径が1.5mm減少。
→熱膨張していた工作物が研削後に熱収縮。

Vp

工作物熱変形量の解析の流れ

正味の寸法生成量とは：研削中に熱膨張している工作物が，完全に熱収縮した後に得られる寸法生成量。
→正味の寸法生成量が，目標の取り代（加工量）と一致した瞬間に砥石を後退させ，熱膨張による寸法誤差を最小化。
本研究では，工作物熱変形量をシミュレーション解析し，定寸装置で測定された寸法生成量に加算することで，加工中に正味の寸法生成量を計算できる知能化研削システムを開発。
→研削実験により知能化研削システムの精度を検証。

寸法生成量の拡大図
SRn=125.6mmで砥石後退

126
124

SRn

取代の目標値 125mm
工作物冷却後の寸法生成量 SR=125.4mm

SR122150

10

切込

寸法生成量 SR，SRn，砥石台移動量 d mm

研削中に飛び散る火花
定寸装置の模式図
円筒プランジ研削（砥石を工作物の半径方向へ切り込む研削）では，定寸装置で寸法を測定しながら研削。
→研削中の熱変形により寸法精度が低下。

工作物mm

研削抵抗 主分力F
2.015.0mm N
側板熱変形量dp
工作物熱変形量dw
工作物熱変形量dw
3.7 mm
1.1 mm（シミュレーション結果）
寸法生成量 SR50.0 mm
寸法生成量の実測値 SR45.0 mm
正味の寸法生成量 SRn53.7 mm
正味の寸法生成量SRn46.1 mm
砥石後退 2
工作物熱変形量
パラメータの解析状況
1100 mm
所要の取代
目標の取代
01020 s1.84
熱変形量比 150(dw/dmmp)

SR128
触針e① 55

工作物冷却後砥石砥石

φ③ 26 36 ④ 47

円筒研削において熱変形が工作物の加工精度へ与える影響を最小化するために，工作物の熱変形量を・「どんな連携を希望するか」研削中にシミュレーション解析し，加工プロセスへフィードバックする知能化システムを開発しています。
正味の寸法生成量の予測

e⑤ 0.75

RA

研削加工における知能化システムを用いた高精度化
研削中に生じる工作物の熱変形

97A
51

⑥ 322

φ6φ670θ=45degree, PRICE=20685, Z=6GC

WA

RA

切削速度，送り速度，切り込み量など

32A

WA 300

9A WRA

57213

結合度

砥粒径

HV950

0

工具カタログデータ

視覚化
プロセス

切削条件決定式の導出

スパークアウト 寸法生成量の実測値 SR8120
WA80H8VSK-1
VP 1 = 5.0 mm/s
VP 2 = 2.5 mm/s
砥石台移動量 d（この図は直径表記のため，砥石台移動量は V =28.3 m/s
S
測定値の2倍の値をプロットしています。）
VW =0.273 m/s

正味の寸法生成量 SRn906064

工作物熱変形量dwの実測値

230
工作物熱変形量dwの解析結果

0-30

砥石後退

03060900120

工作物熱変形量 dｗ mm

PC

半軽減少量 R mm-w

目標形状に応じてノズル送り速度等の加工条件を制御することによって，高能率にマイクロ形状を加工することが可能です。

アブレイシブジェット加工によるHDDの動圧軸受溝の加工例（軸径：φ4mm）

YES

切込み

ah

目標形状のためのノズル送り速度を決定

ドライアイス・ブラストによるクリーニング効果

加工条件最適化支援システムの開発

スパークアウトa

シミュレーションにより仕上り加工形状を確認

カーボン等のドライ研削時に生じる砥石の目づまりを，ドライアイス・ブラストにより高能率に除去することが可能です。
その結果，砥石の総寿命が延長されるとともに，高能率に高品質な研削仕上げ面を安定して得ることが可能となります。

工作物

加工量分布

加工深さ S µm

Dry ice0.25mm

加工断面形状ノズルf(l =0.167g/s, v =0.02m/s, s =1mm)

工作物

ノズル送り速度 f mm/s

Before dry ice blasting(loading surface)

ノズル送り速度

工作物熱変形量の実測結果（下図の緑色の線）と解析結果（オレンジ色）はよく一致した。
直径87mmの工作物（S45C)を研削したところ，目標の取り代と，最終的な寸法生成量の差異は直径で0.6mmに抑制できた。
この研究事例の他にも・内面研削における微小テーパ形状の創製・長尺工作物の形状精度の改善など，研削中に生じる様々な物理量の変化をモニタリングし，加工条件を改善することでさらなる高精度化・高能率化を目的とした研削加工の知能化に取り組んでいます。

砥石後退からの経過時間 t s

本技術群で期待できる効果や実現できる事業：航空機や自動車構成部品の高精度・高能率加工を実現する技術，
インプロセスでの加工精度評価を支援する技術，加工条件の最適化システムを構成する技術など
希望する連携形態：持続可能な次世代型加工学分野の最新研究や技術動向情報の提供や指導，産学連携助成事
業下での共同研究の実施，社会人ドクター学生や研究員の受入れなど

問合せ先： 岡山大学 学術研究院 自然科学学域 大橋 一仁
E-mail k-ohashi@okayama-u.ac.jp，Tel 086-251-8041