切削初期の AE 信号と被削材の取付け誤差

図2.7 は，表2.1 の工具刃先位置検出における実験条件において，AE 信号を 検出できたときのAE原波形である．図2.7（a），（b）はそれぞれA1070とC1020 の切込み深さ 10 nm で外周から中心に向かって端面加工したときに検出した切 削初期のAE原波形を示す．図2.7（a），（b）ともに，10 ms近傍からある一定の 周期で検出した信号が加工に伴うAE信号である．AE信号の周期は，最初に検 出した信号から約40 msであった．本実験の回転速度は1500 min^-1で被削材が1 回転するのに要する時間が40 msであり，検出されたAE信号の周期と同じであ った．このとき，被削材の取付け誤差は外周の振れ精度で 10 μm であった．こ のことから，この周期は被削材の取付け誤差により，被削材の外周部を切削後, 被削材から離れて1回転したのちにまた切削する断続切削時の信号といえる．

ここで，被削材の振れ精度の違いによる AE 信号の変化について調べた．図 2.8は切込み深さ2 μmにおける端面加工のAE原波形である．図2.8は，図2.7 の結果よりも，AE信号の取得時間（0.8 s）を長く計測した．図2.8（a）は偏心 なし，つまり被削材の外周に振れがないときのAE原波形で，（b）は外周の振れ

を約10 μm与えたときのAE原波形である．このように，図2.8（a）の外周の振

れがないときは，1回転の周期である40 msの周期が見られず，連続的な波形で あった．図2.8（b）は，図2.7と同様に断続的な波形となった．図2.8のAE原 波形より，点A（約0.2 s）で切削初期の信号を検出しており，AB間（約0.2～

0.7 s）では，AE信号振幅に増加がみられた．点B（0.7 s）以降からほぼ一定の

振幅になっていた．

図2.9は，加工中の工具刃先の接触弧長さの変化について示した図である．図 2.9は，工具刃先が被削材の外周（図の上方）から中心（図の下方）へ加工して いる様子を示している．図2.9のAB間において，点Aでは工具刃先が被削材に 接触した瞬間に接触弧長さが最小となり，それ以降の点 B に達成するまでは，

接触弧長さが徐々に増加し，点B以降は一定となる．図2.9のAB間は図2.8に 示すAB間に相当する．図2.9のAB間の距離は，切込み深さ2 μm，コーナ半径

0.5 mmから算出すると45 μmとなる．図2.9のAB間（45 μm）の加工時間は，

1回転当たりの周期 40 ms，送り速度 3.3 μm/revから算出すると，約 0.5 s とな る．この加工時間は，図2.8のAB間の時間と同等であった．図2.8，図2.9よ

– 38 – (a) A1070

(b) C1020

Fig. 2.7 AE signal waveform at the initial stage of cutting in facing

(Outer circumferential radial runout accuracy 10 μm , a = 10 nm, N = 1500 min ^-1, f = 3.3 μm / rev,

from the outer circumference towards the center).

– 39 –

り，刃先と被削材の接触弧長さが増加するとAE信号振幅も増加することがわか った．

よって，これらのAE信号からAE技術によりダイヤモンド工具による微小な 切込みを検出でき，被削材の取付け誤差の有無を判断できることがわかった．さ らにAE技術は，工具切れ刃の接触弧長さの変化を検出できるので，切削状態の 監視の可能性があることがわかった．

(a) Workpiece with no eccentricity.

(b) Workpiece with eccentricity (Total runout: approx. 10 μm).

Fig. 2.8 AE signal waveforms during facing operation with a workpiece setup error (A1070, a = 2 μm, N= 1500 min^-1, f = 3.3 μm/rev,

from the outer circumference towards the center).

0 0.4

0.4 0.8

0.8

Amplitude,V

Time, s

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

A B

Noise

0 0.4

0.4 0.8

0.80 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Amplitude,V

Time, s

A B

Noise

– 40 –

Fig. 2.9 Changes in contact area between tool cutting edge and workpiece during cutting operation.

X

Z Workpiece Y

Diamond cutting tool

Facing

Cutting depth 2 μm

Feed per revolution (3.3μm/rev)

Contact arc length A

B Change in contact arc length 45 μm

Tool edge

(Corner radius 0.5mm)

Workpiece

Cutting tool

– 41 –