第 4 章 マシニングセンタにおけるエンドミル工具の
4.2 実験方法
4.2.3 スクエアエンドミルおよびボールエンドミルの
接触検知実験方法および実験条件 本実験では，機上計測システム構築を目的に，マシニングセンタにおける工具 と被削材の接触検知の適応範囲を確認する．図4.5にエンドミルおよびボールエ ンドミルによる接触検知のアプローチ方法を示す．一般的に例えば工具長を計 測もしくは，刃先位置を計測する場合，Z軸方向にアプローチを行い，刃先位置 の計測を行うが，本実験ではマシニングセンタにおける接触検知の適応範囲を 調査するために，ステップ・アプローチを用いた．ステップ・アプローチとは，
Z軸方向の工具長を計測する場合，図4.5（a）に示すように，まず被削材に接触 しない領域でエンドミルを Z 軸方向にステップ（切込み）した後に，X 軸方向 もしくは Y 軸方向から被削材にアプローチ（切削送り）し，接触させる．接触 が検知されない場合は，アプローチ開始位置に戻り，AE信号による接触が検知 されるまでステップとアプローチを繰り返す（以下，ステップ・アプローチと称 す）．エンドミルの底刃の接触が認識されると，工具の送りを停止させる．切込 みステップを変えることにより，適用範囲を調べる．図4.5（b）は，エンドミル の外周刃の接触方法であり，ステップ・アプローチの方向を変更して行う．図4.5
（c）は，ボールエンドミルの接触検知方法であり，傾斜した被削材にエンドミ ルの底刃を接触させる方法と同じようにステップ・アプローチを行う．傾斜角度 は，傾斜バイスにより自由に変更できるようにした．
本実験における切削条件を表4.1に示す．エンドミルにおける接触検知実験で は，φ10 mm（突出し量25 mm，刃長22 mm）とφ0.2 mm（突出し量12 mm，刃
長0.4 mm）の2枚刃エンドミル（超硬TiAlN系コーティング）を用いた．なお，
加工条件はカタログ値を参考に決定した．切削方式は，底刃加工および外周刃加 工（アップカット，ダウンカット）のそれぞれを行った．被削材は，一般的に機 械部品などに多く用いられる機械構造用炭素鋼 S50C と金型鋼に利用されるプ リハードン鋼NAK55を用いた．切削方式としてステップ・アプローチで接触検 知を行った．外周刃加工についても，同様の方法で加工方向のみを変更して行っ た．
φ10 mm のエンドミルにおいて，底刃加工の切込み深さは，半径方向切込み 深さ（ar）をエンドミルの直径と同じ10 mmとし，軸方向切込み深さ（aa）を0.1
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(a) Cutting by end cutting edge. (b) Cutting by peripheral cutting edge.
(c) Cutting by ball end cutting edge.
Fig. 4.5 Approach method of contact detection (step approach).
～0.4 μm（0.1 μm間隔），1 μm，10 μmで加工した．外周刃加工の切込み深さは，
底刃加工と切込み方向を変更し，軸方向切込み深さ（aa）を10 mm，半径方向切 込み深さ（ar）を0.1～0.4 μm（0.1 μm間隔），1 μm，10 μmとした．φ0.2 mmの 小径エンドミルの場合は，φ10 mmと同様の方法で，底刃加工のみ実験した．
マシニングセンタの最小設定単位は0.1 μmであるが，切込み深さは工作機械 の繰返し位置決め精度等で誤差が生じるため，φ10 mm のエンドミルでは，そ れぞれの切削方式で同じ被削材の上面（底刃加工）または側面（外周刃加工）の 同一面を同一条件で繰返し加工し，切込み深さが安定するようにした．φ0.2 mm
Machine table Contact distance
Approach
Step
Y X Z
Approach Workpiece
Contact distance
Step
Z Y
X
Contact distance
Work piece Approach
Machine table Step
Y X Z
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Table 4.1 Experimental conditions for contact detection using square end mill.
の小径エンドミルでは，切削状態の判別が困難であることから，φ10 mm と同 様に行うが，目視では接触検知を確認できないため，1 mm間隔で横にシフトし てステップ・アプローチにより加工を行い，加工痕深さの測定を行った．
ボールエンドミルにおける接触検知実験では，φ6 mm，半径3mm（突出し量
25 mm，刃長22 mm），2枚刃（超硬TiAlN系コーティング）を用いた．ボール
エンドミルは，焼きばめホルダで把持した．ボールエンドミル加工は，一般的に 三次元曲面形状を加工することが多く，形状により切れ刃箇所が異なるため切 削速度が変化する．ボールエンドミルでは，マシニングセンタのテーブル上に被 削材を取付けた傾斜バイスを固定し，傾斜角度を変化させた．表4.2はボールエ ンドミル工具による接触検知の実験条件である．ボールエンドミルでもエンド ミル同様にステップ・アプローチを行った．工具接触時に発生した弾性波をAE センサで検出する．加工前の被削材は，研削盤により加工を行い，研削加工方向
Diameter
Cutting speed V (Spindle speed N)
Feed speed fz
AE sensor attachment position Sampling frequency AE amplification factor
AE high-pass filter Tool
150 m/min
（4770 min-1） 0.05 mm/tooth
（477 mm/min）
12.5 m/min
（20000 min-1） 0.005 mm/tooth
（200 mm/min）
aa = 0.1～0.4 μm，
（0.1 μm interval）
1，10 μm
ar= 10 mm ar = 10 mm
Vice Workpiece
ar : Radial depth of cut aa : Axial depth of cut
5 MHz 60 dB 100 kHz S50C
（30 mm×30 mm×10 mm）
NAK55
（85 mm×55 mm×15 mm）
Up cut milling／Down cut milling
End milling Peripheral
milling
Depth of cut
aa = 10 mm
Cutting system Depth of cut
Depth of cut
aa = 0.1～0.4 μm，
（0.1 μm interval）
1，10，100 μm Square end mill
2 blades,Carbide (TiAlN-based coating)
Workpiece
φ10 mm φ0.2 mm
ar = 0.1～0.4 μm,
（0.1 μm interval）
1，10 μm
End milling
aa
ar
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Table 4.2 Experimental conditions for contact detection using ball end mill.
とボールエンドミル加工の方向が垂直になるように接触させた．被削材の表面 粗さは，Raで0.06 μm程度のものを使用した.