切削加工をはじめ加工現象の解明と次世代加工システムの創造

微細熱電対内蔵型刃先交換チップによる工具－切りくず接触界面の温度分布計測法について紹介します. 過去の計測法のほか，最新の工具－切りくず接触界面の温度分布を詳細に把握するため， 刃先近傍に７対のマイクロ熱電対を創成した刃先交換チップを紹介します．

微細溝群を超音波加工で創成するため，硬質材と軟質材を積層したサンドウィッチ工具を開発しました． この手法により，刃先交換チップの表面にマイクロセンサ群を内蔵するための微細溝を創成できます．

高速・超高速切削現象を実際に切削して検討するための 高速・超高速切削試験機を独自開発しています． 現在のところ，大気中で，切削速度150 m/sを実現できています． 真空中で，ヘリウムガスで発射すれば，切削速度210 m/sを実現できます． さらに高速切削速度を実現できるように改良しつづけます．

これは陽解法を用いた動的熱弾塑性有限要素法（FEMシミュレーション）を用いて解析した例です． 弾性衝突の解析例です． 開発言語はFortranで，描画ソフトは，Microsoft Visual C#.NETです． 全て，オリジナル開発です．

これは陽解法を用いた動的熱弾塑性有限要素法（FEMシミュレーション）を用いて解析した例です． 弾塑性衝突の解析例です． 開発言語はFortranで，描画ソフトは，Microsoft Visual C#.NETです． 全て，オリジナル開発です．

これは陽解法を用いた動的熱弾塑性有限要素法（FEMシミュレーション）を用いて解析した例です． 弾塑性衝突の解析例です． 開発言語はFortranで，描画ソフトは，Microsoft Visual C#.NETです． 全て，オリジナル開発です．

これは陽解法を用いた動的熱弾塑性有限要素法（FEMシミュレーション)を用いて解析した例です． 超高速での弾塑性衝突の解析例です． 開発言語はFortranで，描画ソフトは，Microsoft Visual C#.NETです．

これは陽解法を用いた動的熱弾塑性有限要素法（FEMシミュレーション）を用いて解析した例です． 超高速での弾塑性衝突の解析例です． 開発言語はFortranで，描画ソフトは，Microsoft Visual C#.NETです．

なぜ，非定常切りくずが生成するのかを検討するために， 陽解法による動的熱弾塑性FEM切削シミュレーションで切削現象を検討しました． 開発言語はやっぱりFortran，お絵かきソフトは， Microsoft Visual C#.NETで，全てオリジナル開発したものです． 非線形大変形で動的に解析しているものです．

応力波の伝播形態が切削機構に及ぼす影響を可視化して検討 するために，陽解法による動的熱弾塑性FEM切削シミュレーションにより， 超高速切削過程の切削現象を検討しました． 開発言語はやっぱりFortran，お絵かきソフトは， Microsoft Visual C#.NETで，全てオリジナル開発したものです． 非線形大変形で動的に解析しているものです．

本弾塑性有限要素法解析プログラムはフォートラン77で全て， 自作されたものです．計算は主にエンジニアリングワークステーション で行われました．計算機は HP9000 model 712,715です． また，計算結果の描画用のソフトはMicrosoft Bisual Basic ver.5で， これもまた全て自作ソフトです．

これらの計算結果は，反復収束法を併用した熱弾塑性有限要素法 により得られました．
これらの結果より，切削力，切りくず形状，工具すくい面上の 温度や応力分布など，実験では測定困難な物理量を詳細に しかも手軽に把握することが可能となります． もちろん，これらの物理量は，工具摩耗や工具欠損を詳細に予測 するためには不可欠な物理量であることは言うまでもありません． さらに，製品となる被削材の物性も予測することが可能です．
したがって，上記のシミュレーションにより 切削条件や工具形状が切削性能に及ぼす影響 を詳細に予測することが可能となるのです．

これらの解析結果は熱弾塑性有限要素法解析により 得られました．
このシミュレーションにより，切削条件あるいは 工具形状の選択により，切りくずが折れるのか折れないのか， さらに折れる場合には，どのような形状の切りくずとなるのかを 詳細に予測することが可能となります．
高性能切削工具を設計開発する時に， 切りくず処理性能は大きな評価因子となることは言うまでも ありません． しかしながら，今までは切りくず処理性能を詳細に評価するには 実際に加工してみる，という実験的手法に頼らざるを得ません でした． この手法は非常に困難であり非現実的でありました． なぜなら，切削条件と工具形状の組み合わせは無限にあるので，これら 全ての条件を網羅することは不可能であったからです． これにより熟練者の知識にのみ頼り，工具設計を行っていましたが， 本手法により，非常に能率的に設計開発を行うことが可能となります． いわゆる切削工具開発のCAE化が一歩前進したと言えるでしょう．

このエンジンは，地球環境に非常に優しいエンジンです． 排出ガスはありません． 温度差を作れるものであれば何でもエネルギ源に利用できます． すなわち太陽エネルギ，地熱エネルギ，海洋エネルギなどが利用できます．