工作機械では材料となる素材を切削、研削等の工程を用いて所定の寸法形状に加工します。求められる加工品質も高く、時には品質問題が発生します。品質で問題になる現象の一つにびびり振動があります。びびり振動は、加工品質の悪化や工具の破損を引き起こす可能性があり、回避すべき課題です。

In machine tools, materials are processed using cutting, grinding, and other techniques to achieve the desired dimensional shape. The required level of processing quality is high, and sometimes quality issues arise. One phenomenon that can cause quality problems is chatter vibration. Chatter vibration has the potential to degrade the processing quality and result in tool damage, making it a challenge to avoid.

金沢大学ではコマツNTCと共同でV-GENERATORを用いた無線電池レス異常振動通知システムを開発しています。工作機械には主軸と呼ばれる工作物に切削回転運動を与える軸があります。その主軸にデバイス（タイプSS）を設置し、主軸の回転による振動による発電で予めBLEモジュールを起動、スタンバイ状態にしておきます。そして加工中にびびり振動が発生した瞬間を別のデバイスで発電(検知)し、スタンバイ状態のBLEで無線を飛ばします。加工機はこの信号をトリガに加工を停止することで加工品質の悪化、工具の破損を防ぐことができます。

Kanazawa University, in collaboration with Komatsu NTC, is developing a wireless, battery-less abnormal vibration notification system using V-GENERATOR. Machine tools have a spindle, which provides rotational motion to the workpiece for cutting. We install a device (Type SS) on the spindle and use the generated power from the spindle’s vibration to pre-activate a BLE module and keep it in standby mode. When chatter vibration occurs during machining, another device generates power (detection) and transmits wireless signals using the standby BLE module. The machining equipment can then stop the processing based on this signal, preventing a deterioration in processing quality and tool damage.

2022年3月現在、主軸を加工していない状態で約10分間の回転振動による発電でBLEモジュールを起動させ、振動検知した0.4秒後に無線を送信することに成功しています。写真2は信号をスマートフォンで受信したときの画面です。まだ動作検証や改良が必要ですがびびり振動の検知だけでなく、工作機械の状態監視にも活用できる可能性があります。V-GENERATORで「加工トラブル０」に貢献します。

As of March 2022, we have successfully activated the BLE module through power generation from approximately 10 minutes of rotational vibration, without machining the spindle. The wireless transmission is triggered 0.4 seconds after detecting the vibration. Photo 2 shows the screen when receiving the signal on a smartphone. While further testing and improvements are required, this system has the potential not only for detecting chatter vibration but also for monitoring the condition of machine tools. It contributes to achieving ‘zero processing troubles’ with V-GENERATOR.

写真1　機械にデバイスを取り付けている様子

Photo 1: Installation of the device on the machine

写真2　 機械にデバイスを取付けた様子

Photo 2: Appearance of the device attached to the machine

動画1　動作時の様子

Video 1: Demonstration of the operation

グラフ1　待機時間のデバイスの電圧波形(開放電圧)

Graph 1: Voltage waveform of the device during standby time(Open-circuit voltage)

グラフ2　待機時の蓄電の様子と無線通信するタイミング（630秒頃）

Graph 2: Status of energy storage during standby and timing of wireless communication (around 630 seconds)

写真2　送信した信号をスマートフォンで受信した画面

Photo 2: Screen of the received signal on a smartphone