CN110193609A - 切削方法和切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于通过使用具有环形的切削刃(55)的切削工具(50；250)来切削工件(W)的切削方法，工件(W)包含氧化铝，该切削方法包括：在切削工件(W)的同时，切削刃(55)被工件(W)中所包含的氧化铝涂覆，其中，切削工具的端面(54；254)被设定为后刀面，并且切削工具的外周表面(53)被设定为前刀面。

Description

切削方法和切削工具
技术领域
本发明涉及切削方法和切削工具。
背景技术
在日本专利申请公开No.2017-7003(JP 2017-7003 A)中，描述了一种在使具有环形切削刃的切削工具(下文中简称为“切削工具”或“环形工具”)旋转的同时切削柱形工件的技术，其中，切削刃的外周表面被设定为前刀面(rake face)。在使用环形工具的这种切削加工中，在环形工具旋转的同时执行切削加工。以这种方式，切削刃中产生的切削热分散在整个外周表面上，这延长了工具寿命。在环形工具的端面被设定为后刀面(flank)的情况下，在环形工具旋转的同时执行切削加工。
发明内容
在上述相关技术中，可以通过使切削工具和工件以较高速度旋转来执行高效的切削加工。同时，随着切削加工以更高的效率执行，切削期间产生的切削热增加。因此，切削工具磨损得更快并缩短了工具寿命。另外，在上述相关技术中，在切削期间沉积材料被沉积在环形工具的刃口上。沉积在环形工具的刃口上的沉积材料抑制在切削期间在加工部分中产生的切削热传递至该刃口。同时，当沉积在环形工具的端面上的沉积材料与工件的加工面接触时，在加工面上产生擦伤并使加工面的表面粗糙度恶化。另外，由于工件的加工面与沉积材料接触而在工件的加工面中产生的热在加工面上产生沿拉伸方向上的残余应力，因此成为降低工件质量的原因。
本发明提供了一种能够实现工作效率的提高和工具寿命的延长的切削方法和切削工具。
本发明的第一方面涉及一种用于通过使用具有环形的切削刃的切削工具来切削工件的切削方法，工件包含氧化铝，该切削方法包括：在切削工件的同时，切削刃被工件中所包含的氧化铝涂覆，其中，切削工具的端面被设定为后刀面，并且切削工具的外周表面被设定为前刀面。
在根据上述方面的切削方法中，在工件被切削的同时，切削刃被工件中所包含的氧化铝涂覆。因此，即使在通过将切削工具的旋转速度和进给速度设定为较高速度而使得在切削加工期间在加工部分中产生的切削热增加的情况下，也可以抑制切削热传递至切削刃。即，在根据上述方面的切削方法中，可以在切削工具的旋转速度和进给速度被设定得较高的同时抑制切削工具的磨损。因此，可以实现工作效率的提高和工具寿命的延长。
在上述第一方面，工件包含γ-氧化铝，并且当工件被切削刃切削时，可以产生处于下述温度的热：所述温度超过使γ-氧化铝转变成α-氧化铝时的温度。
在上述方面，该切削方法还可以包括：在切削工件时，外周表面被涂覆氧化铝。
在上述方面，该切削方法还可以包括：在切削工件时，切削工具的端面被涂覆氧化铝。
在上述第一方面，切削工具的端面可以是镜面抛光的。
在根据上述方面的切削方法中，在切削工件的同时，切削刃被工件中所包含的氧化铝涂覆。以这种方式，可以抑制在切削加工期间产生的切削热传递至切削工具。因此，在上述切削方法中，可以抑制切削工具的较早磨损。同时，在上述切削方法中，切削工具的端面是被镜面抛光的。因此，可以抑制在切削加工期间沉积材料沉积在端面上。以这种方式，在上述切削方法中，可以抑制沉积在端面上的沉积材料与工件的加工面之间的接触。因此，可以提高工件的加工面的表面粗糙度。
在上述切削方法中，可以抑制由沉积在端面上的沉积材料与工件的加工面之间的接触而引起的摩擦热的产生。因此，可以抑制在加工面上产生拉伸方向上的残余应力。
在上述方面，端面的表面粗糙度可以小于外周表面的表面粗糙度。
在上述第一方面，切削工具的端面可以是倾斜的，使得端面与如下平面之间的间隙随着端面沿切削工具的径向方向向内延伸而增大：该平面正交于切削工具的旋转轴线并且包括环形的切削刃。
在上述切削方法中，在工件被切削的同时，切削刃被工件中所包含的氧化铝涂覆。以这种方式，可以抑制在切削加工期间产生的切削热传递至切削刃。因此，在上述切削方法中，可以抑制切削工具的较早磨损。同时，在上述切削方法中，切削工具的端面是倾斜的，使得端面与下述平面之间的间隙随着端面沿切削工具的径向方向向内指向而增大：该平面正交于切削工具的旋转轴线并且包括切削刃。因此，可以将由端面和工件的加工面限定的间隙角设定成较大角度。
以这种方式，在上述切削方法中，可以抑制在切削加工期间沉积材料沉积在端面上。因此，在上述切削方法中，可以抑制沉积在端面上的沉积材料与工件的加工面之间的接触。因此，可以提高工件的加工面的表面粗糙度。另外，在上述切削方法中，可以抑制由沉积在端面上的沉积材料与工件的加工面之间的接触而引起的摩擦热的产生。因此，可以抑制在加工面上产生拉伸方向上的残余应力。
在上述第一方面，该切削方法还可以包括：将切削工具相对于工件的姿态设定成使得端面与工件之间的间隙角变成等于或大于指定角度。
在上述切削方法中，在工件被切削的同时，切削刃被工件中所包含的氧化铝涂覆。以这种方式，可以抑制在切削加工期间产生的切削热传递至切削刃。因此，在上述切削方法中，可以抑制切削工具的较早磨损。同时，在上述切削方法中，切削工具相对于工件的姿态被设定成使得由切削工具的端面和工件限定的间隙角变成等于或大于指定角度。因此，可以将由端面和工件限定的间隙角设定成较大角度。
以这种方式，在上述切削方法中，可以抑制在切削加工期间沉积材料沉积在端面上。因此，在上述切削方法中，可以抑制沉积在端面上的沉积材料与工件的加工面之间的接触。因此，可以提高工件的加工面的表面粗糙度。另外，在上述切削方法中，可以抑制由沉积在端面上的沉积材料与工件的加工面之间的接触而引起的摩擦热的产生。因此，可以抑制在加工面上产生拉伸方向上的残余应力。
在上述第一方面，该切削方法还可以包括：对工件进行粗加工；以及对被粗加工的工件进行精加工，其中，工件被精加工时的间隙角被设定成大于工件被粗加工时的间隙角。
本发明的第二方面涉及一种用于切削工件的切削工具，该切削工具包括：作为前刀面的外周表面；环形的切削刃；以及当工件被切削时作为后刀面的端面，该端面被镜面抛光。
在上述切削工具中，端面被镜面抛光。因此，可以抑制在切削加工期间沉积材料沉积在端面上。因此，上述切削工具可以提高切削加工中工件的加工面的表面粗糙度。另外，在上述切削工具中，可以抑制由沉积在端面上的沉积材料与工件的加工面之间的接触而引起的摩擦热的产生。因此，可以抑制在加工面上产生拉伸方向上的残余应力。
在上述第二方面，端面的表面粗糙度可以小于前刀面的表面粗糙度。
本发明的第三方面涉及一种用于切削工件的切削工具，该切削工具包括：作为前刀面的外周表面；环形的切削刃；以及当工件被切削时作为后刀面的端面，其中，切削工具的端面是倾斜的，使得端面与下述平面之间的间隙随着端面沿切削工具的径向方向向内延伸而增大：该平面正交于切削工具的旋转轴线并且包括切削刃。
在上述切削工具中，切削工具的端面是倾斜的，使得端面与下述平面之间的间隙随着端面沿切削工具的径向方向向内指向而增大：该平面正交于切削工具的旋转轴线并且包括切削刃。因此，可以将由端面和工件的加工面限定的间隙角设定成较大角度。
以这种方式，上述切削工具可以抑制在切削加工期间沉积材料沉积在端面上，同时在切削加工中用工件中所包含的氧化铝涂覆切削刃。在这种情况下，上述切削工具可以抑制在切削加工期间产生的切削热传递至切削刃。因此，可以防止切削工具的较早磨损。另外，上述切削工具可以抑制由沉积在端面上的沉积材料与工件的加工面之间的接触而引起的摩擦热的产生。因此，可以抑制在加工面上产生拉伸方向上的残余应力。因此，可以延长切削工具的寿命并提高被切削工件的质量。
附图说明
下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点、以及技术意义和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：
图1A是用于本发明的实施方式中的切削方法的切削装置的整体构型的平面图；
图1B是沿着图1A中的线IB-IB截取的切削装置的横截面图；
图2是由工具保持器保持的环形工具和工件的放大视图，并且示出了环形工具的切削刃与工件之间的接触状态；
图3是控制器的框图；
图4A是切削工件的环形工具的放大视图，其中，环形工具的刃口被放大；
图4B是加工之后环形工具的刃口的放大视图；
图5A示出了切削工件的第二实施方式中的环形工具；
图5B是加工之后第二实施方式中的环形工具的刃口的放大视图；
图6是示出了残余应力与加工距离之间的关系的曲线图，残余应力产生于已使用具有彼此不同的端面表面粗糙度的两个环形工具切削的工件中的每个工件的加工面上，并且加工距离是环形工具中的每个环形工具执行切削加工所行进的距离；
图7示出了第三实施方式中的环形工具；
图8是环形工具和工件的放大视图，并且示出了工件与由工具保持器保持的环形工具的切削刃之间的接触状态；
图9是示出了残余应力与加工距离之间的关系的曲线图，残余应力产生于以不同的间隙角已被切割的工件中的每个工件的加工面上，并且加工距离是环形工具中的每个环形工具执行切削加工所行进的距离；以及
图10是修改示例中的环形工具和工件的放大视图，并且示出了工件与由工具保持器保持的环形工具的切削刃之间的接触状态。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对应用了根据本发明的切削方法的每个实施方式进行描述。现在参照图1A至图3，将描述用于本发明的第一实施方式中的切削方法的切削装置1的构型。
如图1A和图1B所示，切削装置1是具有一个旋转轴(未图示的C轴)和彼此正交的三个线性轴(X轴、Y轴和Z轴)的四轴加工中心。切削装置1包括作为主要部件的工件保持器10、工件进给器20、工具保持器30和控制器100。
工件保持器10以允许工件W旋转的方式保持工件W。工件保持器10包括主轴箱11和尾座12。主轴箱11以允许工件W旋转的方式支承工件W的轴向端侧部(图1A中的右侧部)。主轴箱11包括：作为壳体的主轴箱本体13；旋转主轴14，旋转主轴14由主轴箱本体13以可旋转的方式支承；旋转主轴马达15，旋转主轴马达15向旋转主轴14施加驱动力以用于旋转。尾座12包括：作为壳体的尾座本体16；尾座中心件17，尾座中心件17以允许工件W旋转的方式支承工件W的另一轴向端侧部(图1A中的左侧部)。
在工件W的旋转轴线Aw与X轴方向平行地定向的状态下，工件保持器10通过旋转主轴14和尾座中心件17支承工件W的在旋转轴线Aw方向上的两个端部。当旋转主轴马达15被驱动时，工件W绕旋转轴线Aw旋转。
工件进给器20使工件W沿X轴方向进给。工件进给器20包括滑动件21和X轴驱动单元22(参见图3)。X轴驱动单元22未在图1A和图1B中示出。滑动件21设置成能够在机床2的上表面上沿X轴方向移动。更具体地，在机床2的上表面上设置有沿X轴方向延伸的一对X轴导轨23。滑动件21安置成能够在被X轴导轨23引导的同时沿X轴方向移动。X轴驱动单元22是使滑动件21相对于机床2沿X轴方向(沿工件W的旋转轴线Aw方向)进给的螺旋进给器。
主轴箱11和尾座12安置在滑动件21的上表面上。当X轴驱动单元22被驱动并使滑动件21沿X轴方向移动时，由主轴箱11和尾座12支承的工件W沿工件W的旋转轴线Aw方向进给。
工具保持器30将稍后将描述的切削工具(下文中称为“环形工具”)50保持成允许切削工具50旋转。工具保持器30包括柱31、Z轴驱动单元32(参见图3)、鞍座33、Y轴驱动单元34(参见图3)、工具主轴35和工具主轴马达36(参见图3)。Z轴驱动单元32和Y轴驱动单元34未在图1A和图1B中示出。
柱31设置成能够在机床2的上表面上沿Z轴方向移动。更具体地，在机床2的上表面上设置有沿Z轴方向延伸的一对Z轴导轨37。柱31安置成能够在被Z轴导轨37引导的同时沿Z轴方向移动。Z轴驱动单元32是使柱31相对于机床2沿Z轴方向进给的螺旋进给器。
鞍座33设置成能够在柱31的侧表面上沿Y轴方向移动。更具体地，在柱31的侧表面上设置有沿Y轴方向(竖向方向)延伸的一对Y轴导轨38。鞍座33设置成能够在被Y轴导轨38引导的同时沿Y轴方向移动。Y轴驱动单元34是使鞍座33沿Y轴方向进给的螺旋进给器。
工具主轴35以能够绕与Z轴方向平行的轴线旋转的方式支承在鞍座33上。工具主轴马达36是向工具主轴35施加驱动力以用于旋转的马达，并且工具主轴马达36容置在鞍座33中。用于切削工件W的环形工具50以可拆卸的方式附接至工具主轴35的梢部。环形工具50由工具保持器30保持成能够旋转，并且随着柱31和鞍座33的移动而相对于机床2平行于Z轴方向和Y轴方向(与进给方向正交的方向)移动。
在本文中，将参照图2对环形工具50进行描述。如图2所示，环形工具50包括工具本体51和工具轴部分52。工具本体51是用于切削工件W的部分，并且由立方氮化硼(CBN)制成。工具本体51形成为截锥形形状，并且工具本体51的外周表面53限定前刀面。工具本体51的大直径侧的端面54形成为平坦的后刀面，并且由外周表面53和端面54限定的脊线用作呈连续环形形状、即在中间没有分开的环形形状的切削刃55。工具轴部分52是从工具本体51的小直径侧的端面延伸的柱形部，并且工具轴部分52以可拆卸的方式附接至工具主轴35。环形工具50的旋转轴线Tw与工具主轴35同轴地设置，并且环形工具50随着工具主轴35的旋转而绕旋转轴线Tw旋转。
如图3所示，控制器100包括工件旋转控制部分110、工具旋转控制部分120、进给控制部分130和位移控制部分140。工件旋转控制部分110控制旋转主轴马达15的驱动来使由旋转主轴14和尾座中心件17支承的工件W旋转。工具旋转控制部分120控制工具主轴马达36的驱动来使附接至工具主轴35的环形工具50旋转。进给控制部分130控制X轴驱动单元22的驱动来使滑动件21沿X轴方向移动，并由此使由工件保持器10保持的工件W沿X轴方向进给。位移控制部分140控制Y轴驱动单元34和Z轴驱动单元32的驱动来使附接至工具保持器30的环形工具50平行于Y轴方向和Z轴方向移动。
接下来，参照图4A和图4B对通过使用切削装置1切削工件W的切削方法进行描述。工件W是含有少量氧化铝来作为夹杂物的钢材，并且工件W的示例是轴承钢。该实施方式中的工件W是作为经过热处理的轴承钢的高碳铬轴承钢(例如，日本工业标准中的SUJ2，下文中仅称为“SUJ2”)。更具体地，为SUJ2的工件W被淬火和回火来作为热处理。
如图4A所示，切削装置1使环形工具50绕旋转轴线Tw旋转并同时使工件W绕旋转轴线Aw旋转。然后，切削装置1使切削刃55与工件W接触，并同时在工具本体51的端面54与工件W之间提供指定的间隙(间隙角θ)以切削工件。此时，例如，切削装置1设定环形工具50的旋转速度和进给速度，使得在切削加工期间，由环形工具50在工件W的加工部分中产生的切削热至少超过工件W的淬火温度。
当工件W通过上述方法被切削时，如图4B所示，在切削加工期间工件W中所包含的成分在加工之后已经熔化并沉积在工具本体51的刃口上。发明人发现，沉积在区域P中的沉积材料C1的主要成分是氧化铝，区域P包括切削刃55、外周表面53的靠近切削刃55的部分和端面54的靠近切削刃55的部分。
关于SUJ2，在JIS G 4805(日本工业标准)中规定，非金属夹杂物的清洁度指数最大为0.18％，并且B型夹杂物和C型夹杂物的清洁度指数最大为0.05，并且氧化铝被分类为B型夹杂物。即，粘附至区域P的氧化铝是工件W中所包含的B型夹杂物的一部分，并且认为在切削加工期间工件W中所包含的氧化铝在加工之后已经熔化并沉积在工具本体51的刃口的区域P上。
沉积在区域P上的沉积材料C1对区域P进行涂覆并起到保护涂层的作用，该保护涂层抑制在切削加工期间产生的切削热传递至刃口。即，由于含有氧化铝作为主要成分的沉积材料C1对环形工具50的刃口进行涂覆，因此可以抑制刃口的磨损。正如所描述的，在切削装置1切削工件W的同时刃口被涂覆有含有氧化铝作为主要成分的沉积材料C1。因此，环形工具50的工具寿命可以延长。
关于在切削加工之后沉积在工具本体51的刃口上的沉积材料C，沉积在外周表面53和端面54的区域Q上的沉积材料C2的主要成分是硅氧化物。当与区域P相比时，区域Q远离切削刃55。沉积在外周表面53和端面54的区域R上的沉积材料C3的主要成分是氧化铁。当与区域Q相比时，区域R更加远离切削刃55。
氧化硅的熔点低于氧化铝的熔点，并且氧化铁的熔点低于氧化硅的熔点。因此，认为由环形工具50在工件W的加工部分中产生的切削热达到比氧化铝的熔点低且比氧化硅和氧化铁的熔点高的温度，并且沉积在区域P上的氧化硅和氧化铁被切削加工期间产生的切削热熔化。
即，切削装置1切削工件W，使得由环形工具50在工件W的加工部分中产生的切削热的温度比氧化铝的熔点低且比氧化硅和氧化铁的熔点高。以这种方式，切削装置1可以留下沉积在区域P上的氧化铝而通过切削热将沉积在区域P上的氧化硅和氧化铁熔化。因此，区域P(切削刃55和切削刃55附近的部分)可以涂覆有含有氧化铝作为主要成分的沉积材料C1。
沉积在区域P上的氧化铝的晶体结构是α-氧化铝。同时，热处理之后工件W中所包含的氧化铝的晶体结构是γ-氧化铝。即，认为SUJ2中包含的γ-氧化铝被切削加工期间产生的切削热加热并从γ-氧化铝转变为α-氧化铝。这里，α-氧化铝在耐热性和耐磨性方面优于γ-氧化铝，并且当与γ-氧化铝相比时，α-氧化铝作为涂覆刃口的保护涂层有利于延长环形工具50的工具寿命。
通常，在切削加工期间在加工部分中产生的切削热增加时，切削工具磨损得更快。因此，通常对切削工具的旋转速度和进给速度进行限制，以防止在切削加工期间在加工部分中产生的切削热变得过高。即，在常规的切削加工中，通常认为，在切削热达到使γ-氧化铝转变成α-氧化铝的温度的这种工作条件(例如，旋转速度和进给速度)下执行切削加工时切削工具磨损得更快。
同时，在切削装置1中，环形工具50的旋转速度和进给速度被设定为使得切削热会达到使γ-氧化铝转变成α-氧化铝的温度(转变点)的这种旋转速度和进给速度。以这种方式，在切削装置1切削工件W的同时，α-氧化铝沉积在刃口上。因此，在切削装置1中，可以通过将旋转速度和进给速度设定为较高速度来减少对工件W进行切削加工所需的时间，并且可以通过使工具本体51的刃口涂覆有含有α-氧化铝作为主要成分的沉积材料C1来减少刃口的磨损。因此，切削装置1可以实现环形工具50的工具寿命的延长和加工效率的提高。
在该实施方式中，在切削装置1中，环形工具50的旋转速度和进给速度被设定为使得切削热会达到转变点(例如1000摄氏度或更高)的这种旋转速度和进给速度，在切削装置1切削工件W的同时，含有α-氧化铝作为主要成分的沉积材料C1被沉积在区域P上。使γ-氧化铝转变成α-氧化铝的温度可能因工件W而不同。因此，环形工具50的旋转速度和进给速度可以设定为能够充分产生下述切削热的这种速度：该切削热的温度足够高以使工件W中所包含的γ-氧化铝转变成α-氧化铝。另外，加工部分中产生的热可以根据工件W来确定。
环形工具50包括环形切削刃55，并且切削装置1在使环形工具50旋转的同时切削工件W。因此，切削刃55的与工件W接触的部分随着环形工具50的旋转而改变。因此，切削刃55的与工件W接触的部分和沉积在这一部分中的沉积材料C从该部分和沉积材料C与工件W分开的时刻到该部分和沉积材料C再次与工件W接触的时刻被冷却。以这种方式，环形工具50可以抑制切削热传递至工具本体51。因此，环形工具50的工具寿命可以延长。
除了上述方面之外，切削刃55的接触工件W的部分随着环形工具50的旋转而改变。因此，与由如单点处理中那样切削刃55的特定部分不间断地接触工件W的情况下产生的所谓的堆积刃口相比，可以抑制其中沉积材料C1沉积在区域P中的部分的增厚。因此，在使用环形工具50进行的切削加工中，可以抑制环形工具50的刃口的形状因沉积在区域P上的沉积材料C1而改变。因此，在使用环形工具50进行的切削加工中，可以保持通过环形工具50得到的工件W的切削精度。
如目前为止描述的，在切削装置1切削工件W的同时，在切削加工期间工件W中所包含的氧化铝涂覆包括切削刃55、外周表面53的靠近切削刃55的部分和端面54的靠近切削刃55的部分在内的区域P。因此，在切削装置1中，利用含有氧化铝作为主要成分的沉积材料C1，可以抑制切削热传递至区域P，即使在通过将环形工具50的旋转速度和进给速度设定为较高速度而使得在切削加工期间在加工部分中产生的切削热增加的情况下，也是如此。即，在使用环形工具50进行的切削加工中，在将环形工具50的旋转速度和进给速度设定为较高速度时，可以抑制作为环形工具50的刃口的切削刃55、作为前刀面的外周表面53、和作为后刀面的端面54的较早磨损。因此，可以实现工作效率的提高和工具寿命的延长。
另外，切削装置1将环形工具50的旋转速度和进给速度设定为较高速度，使得产生超过使γ-氧化铝转变成α-氧化铝的温度的切削热。因此，可以提高工件W的加工效率。因此，使用环形工具50进行的切削加工可以实现工作效率的提高和工具寿命的延长。
在上述第一实施方式中，沉积材料可以粘附至端面54。当沉积在端面54上的沉积材料变厚时，工件W的加工面与沉积在端面54上的沉积材料之间的间隙减小。然后，当在切削加工期间沉积在端面54上的沉积材料与工件W的加工面接触时，在工件W的加工面上产生擦伤。另外，由于因加工面与沉积在端面54上的沉积材料的接触而产生的摩擦热，在加工面中产生沿拉伸方向上的残余应力(拉伸残余应力)。即，在沿拉伸方向上的残余应力产生于加工面中的状态下，当工件W随着使用年限而劣化或者工件被施加高载荷时，工件W的加工面可能会破裂。正如所描述的，沉积在端面54上的沉积材料可能是加工之后降低工件W的质量的原因。为了解决这样的问题，在第二实施方式中，端面54的表面粗糙度被减小。以这种方式，可以抑制沉积材料沉积在端面54上。因此，切削装置1可以抑制在切削加工期间沉积在端面54上的沉积材料与加工面之间的接触。因此，可以防止工件W的加工面的表面纹理(粗糙度)劣化。这里，与上述第一实施方式中的部件相同的部件将用相同的附图标记表示，并且将不再对其进行描述。
在工具本体51中，端面54的靠近切削刃55的部分是被镜面抛光的，并且端面54的镜面抛光部分的表面粗糙度低于外周表面53的表面粗糙度。更具体地，在工具本体51中，在外周表面53的算术表面粗糙度Ra设定为110μm时，端面54的镜面抛光部分的算术表面粗糙度Ra设定为20μm。
如图5B所示，当工件W被通过上述第一实施方式中的切削方法切削时，在加工之后沉积材料C沉积在工具本体51的刃口上。关于这一点，在第二实施方式中的工具本体51中，端面54的镜面抛光部分的表面粗糙度低于外周表面53的表面粗糙度。因此，沉积材料被抑制沉积在端面54的镜面抛光部分上。因此，切削装置1可以抑制沉积在端面54上的沉积材料与工件W的加工面之间的接触。因此，可以防止加工之后工件W的加工面的质量劣化。
工具本体51由CBN制成，并且因此是较硬的。因此，需要大量的工作来对整个端面54进行镜面抛光。同时，在该实施方式中，在环形工具50中，端面54的靠近切削刃55的部分、即端面54中的在切削加工期间沉积材料可能沉积在其上的区域是被镜面抛光的。因此，镜面抛光所需的面积是有限的。因此，可以减少对环形工具50进行镜面抛光所需的时间。
参照图6，本文中将描述由于端面的表面粗糙度的差异而产生的加工面上的残余应力的差异。图6是示出了通过使用两个环形工具A、B切削的工件W的加工面上的残余应力的曲线图，其中，所述两个环形工具A、B中的各个环形工具具有彼此不同的端面的算术表面粗糙度Ra。环形工具B的端面的算术表面粗糙度Ra的值为环形工具A的端面的算术表面粗糙度Ra的值的近似五分之一。在图6中，曲线图的竖向轴线表示残余应力，并且曲线图的水平轴线表示加工距离。
更具体地，在图6所示的曲线图中，残余应力超过0的情况表示在加工面上产生沿拉伸方向上的残余应力。残余应力低于0的情况表示在加工面上产生沿压缩方向上的残余应力(压缩残余应力)。应指出，在切削之前，已通过热处理将残余应力从工件W去除。另外，在工件W上产生沿压缩方向上的残余应力的状态是与在工件W上产生沿拉伸方向上的残余应力的状态相比工件W的表面的疲劳强度较高的状态。因此，在工件W上产生沿压缩方向上的残余应力的状态对于工件W是优选的。
如由图6所示的曲线图所表示的，存在这样的趋势：在加工面上产生的沿压缩方向上的残余应力在通过使用环形工具B切削的工件W中比在通过使用环形工具A切削的工件W中高。即使加工距离增加，也出现相同的趋势。
作为对加工之后环形工具A、环形工具B的端面检查的结果，沉积在环形工具B的端面上的沉积材料的厚度(沉积材料距切削刃55的距离)小于沉积在环形工具A的端面上的沉积材料的厚度。另外，在将沉积在端面上的沉积材料去除之后再次使用环形工具A进行切削加工的情况下，在切削加工之后在工件W上产生的压缩方向上的残余应力增大成高于通过使用沉积材料未被去除的环形工具A切削的工件W上的压缩方向上的残余应力。
正如所描述的，对于使用环形工具50进行的切削加工，工具本体51的端面54被镜面抛光以便减小端面54的表面粗糙度。关于这一点，在端面54未被镜面抛光的情况下，沉积材料的涂覆起点很可能被设定在端面54的不平坦部分中。因此，涂覆端面54变得更容易(锚固作用)。同时，在该实施方式中的环形工具50中，端面54是被镜面抛光的，因此减小了用作涂覆起点的端面54的不平坦性。因此，可以抑制在切削加工期间沉积材料沉积在端面54上。以这种方式，使用环形工具50进行的切削加工可以抑制沉积在端面54上的沉积材料与工件W的加工面之间的接触。因此，可以改善工件W的加工面的表面粗糙度。
另外，使用环形工具50进行的切削加工可以抑制由沉积在端面54上的沉积材料与工件W的加工面之间的接触而引起的摩擦热的产生。因此，可以抑制在加工面上产生拉伸方向上的残余应力。
换言之，即使在已通过使用环形工具50切削的工件W由于热等而变形成使得在工件W上产生拉伸方向上的残余应力的情况下，也可以保持在工件W上产生压缩方向上的残余应力的状态。此外，通过使用环形工具50进行的切削加工，即使在加工工件W上产生的残余应力的大小变化的情况下，也可以在工件W上产生压缩方向上的残余应力的状态下稳定地制造工件W。因此，通过使用环形工具50进行的切削加工，可以提高工件W的质量。
在这种情况下，不需要提供对加工工件W进行喷丸处理以在工件W上产生压缩方向上的残余应力的过程。因此，通过使用环形工具50进行的切削加工，可以提高工件W的制造效率。
如上所述，在第二实施方式的环形工具50中，可以通过减小端面54的表面粗糙度来抑制沉积材料沉积在端面54上。
在第二实施方式中，已经描述了通过减小端面54的表面粗糙度来抑制沉积材料在端面54上的沉积的情况。在第三实施方式中，沉积材料在端面254上的沉积通过将由端面254和工件W限定的间隙角θ设定为等于或大于指定角度来抑制。这里，除了部件中的一些部件，与上述实施方式中的部件相同的部件将用相同的附图标记表示，并且将不再对其进行描述。
如图7所示，在第三实施方式的环形工具250中，工具本体251的端面254形成为呈渐缩形状，以使端面254与假想平面之间的间隙随着从切削刃55沿工具本体251的径向方向向内指向而增大的方式倾斜，其中，该假想平面正交于环形工具250的旋转轴线且包括切削刃55。在下面的描述中，由端面254和假想平面限定的角度被定义为工具间隙角δ。
在这种情况下，如图8所示，在切削装置1中，与在其端面被形成为平坦表面形状的环形工具(参见图5A)中相比，虽然在由外周表面53和工件W的加工面限定的前角(rakeangle)被设定为相同的角度时，但是由端面254和工件W的加工面限定的间隙角θ可以设定为更大的角度。
因此，在环形工具250中，可以在端面254的远离切削刃55的部分中确保端面254与加工面之间的大间隙。因此，可以抑制在切削加工期间沉积材料在端面254上的沉积。另外，即使在沉积材料沉积在端面254上的情况下，也在沉积于端面254上的沉积材料与工件W之间确保了大间隙。因此，使用环形工具250进行的切削加工可以抑制沉积在端面254上的沉积材料接触加工面。因此，可以防止工件W的加工面的表面纹理(粗糙度)劣化。
另外，使用环形工具250进行的切削加工可以抑制由沉积在端面254上的沉积材料与工件W的加工面之间的接触而引起的摩擦热的产生。以这种方式，使用环形工具250进行的切削加工可以抑制在加工面上产生拉伸方向上的残余应力。因此，压缩方向上的残余应力可以在工件W的加工面上稳定地产生。因此，通过使用环形工具250进行的切削加工，可以延长环形工具250的寿命并提高工件W的质量。
使用环形工具250进行的切削加工可以抑制沉积材料的沉积，同时工件W中所包含的氧化铝涂覆区域P。在这种情况下，使用环形工具250进行的切削加工可以抑制在切削加工期间产生的切削热传递至切削刃55。因此，可以防止环形工具250的较早磨损。
参照图9，本文中将描述由于间隙角θ的差异而产生的加工面上的残余应力的差异。图9是示出了通过使用具有平坦端面的环形工具在间隙角θ被设定为10度的状态下切削的工件W的加工面上的残余应力和通过使用工具间隙角δ为10度的环形工具在间隙角θ被设定为20度的状态下切削的工件W的加工面上的残余应力的曲线图。该曲线图的竖向轴线表示残余应力，并且该曲线图的水平轴线表示加工距离。
如由图9所示的曲线图所表示的，存在这样的趋势：在加工面上产生的压缩方向上的残余应力在通过将间隙角θ设定为20度时切削的工件W中比通过将间隙角θ设定为10度时切削的工件W中高。即使加工距离增加，也出现相同的趋势。
正如所描述的，在切削装置1中，设定了大间隙角θ以抑制沉积材料在端面254上的沉积。以这种方式，可以在工件W的加工面上产生压缩方向上的高残余应力。换言之，即使在通过使用环形工具250切削的工件W由于热等而变形成使得在工件W上产生拉伸方向上的残余应力的情况下，也可以保持在工件W上产生压缩方向上的残余应力的状态。
以这种方式，通过使用切削装置1进行的切削方法，即使在加工工件W上产生的残余应力的大小变化的情况下，也可以在工件W上产生压缩方向上的残余应力的状态下稳定地制造工件W。因此，切削装置1可以使被切削的工件W的质量稳定。
目前为止，已经基于上述实施方式描述了本发明。然而，本发明在任何方面都不限于上述实施方式，并且可以容易地想到，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以对上述实施方式进行各种修改和改进。另外，在上述实施方式中描述的数值仅是示例，并且还可以采用其他数值。
例如，已经对在上述实施方式中的每个实施方式中工件W由SUJ2制成的情况进行了描述。然而，工件W不限于此。根据本发明的切削方法可以应用于除SUJ2之外的工件W的切削加工，只要工件W包含氧化铝即可。另外，在上述实施方式中，已经描述了环形工具50的工具本体51由CBN制成的情况作为示例。然而，工具本体51不限于此。工具本体51可以由除CBN之外的材料制成，比如由硬质合金或陶瓷制成。
在上述实施方式中，已经描述了切削装置1通过不使用冷却剂的干式加工来执行切削加工的情况。然而，在加工部分中可以产生足够高的切削热以产生氧化铝作为沉积在区域P中的沉积材料C1的主要成分的情况下，切削装置1可以在执行切削加工的同时供应冷却剂。例如，在切削加工期间在加工部分中产生的温度超过α-氧化铝的熔点的情况下，切削装置1可以供应冷却剂，以便将加工部分中产生的温度调节为等于或低于α-氧化铝的熔点。
例如，在上述第二实施方式中，已经描述了工具本体51的仅端面54被镜面抛光的情况。然而，端面54和外周表面53两者均可以被镜面抛光。在切削加工中，与其中外周表面53未被镜面抛光的环形工具50相比，通过使用这种情况下的环形工具50可以减小切削阻力的大小。
另外，在这种情况下，在环形工具50中，外周表面53和端面54可以被镜面抛光成使得外周表面53的表面粗糙度变成大于端面54的表面粗糙度。在这种情况下，在环形工具50中，与外周表面53相比，沉积材料在端面54上的沉积可以被抑制。因此，使用环形工具50执行切削加工，使得具有氧化铝作为主要成分的沉积材料涂覆外周表面53的区域P，同时沉积在端面54上的沉积材料与工件W的加工面之间的接触被抑制。
在上述第三实施方式中，已经描述了通过在使用环形工具250进行的切削加工中在端面254中提供工具间隙角δ来确保间隙角θ的情况。然而，用于确保间隙角θ的方法不限于此。例如，如图10所示，环形工具50的姿态可以设定成使得间隙角θ变成等于或大于指定角度。例如，在切削装置1中，可以通过调节环形工具50的旋转轴线Tw的倾斜度来设定大的间隙角θ。
使用上述环形工具50进行的切削加工在工件W中所包含的氧化铝涂覆切削刃55的同时执行。因此，可以抑制在切削加工期间产生的切削热传递至切削刃55。因此，通过使用上述环形工具50进行的切削加工，可以抑制环形工具50的较早磨损。
因此，可以抑制在使用上述环形工具50进行的切削加工期间沉积材料的沉积。以这种方式，使用上述环形工具50进行的切削加工可以抑制沉积在端面54上的沉积材料与工件W的加工面之间的接触。因此，可以改善工件W的加工面的表面粗糙度。另外，使用上述环形工具50进行的切削加工可以抑制由沉积在端面54上的沉积材料与工件W的加工面之间的接触而引起的摩擦热的产生。因此，可以抑制在加工面上产生拉伸方向上的残余应力。
在这种情况下，对工件W进行粗加工的粗加工处理和对已在粗加工处理中被粗加工的工件W进行精加工的精加工处理在通过环形工具50进行的切削加工中执行的情况下，精加工处理中的间隙角θ可以设定成大于粗加工处理中的间隙角θ。
在这种情况下，在使用上述环形工具50进行的切削加工中，由外周表面53和工件W的加工面限定的前角可以设定成在粗加工处理中比在精加工处理中大。因此，可以降低切削阻力。同时，在精加工处理中可以设定比在粗加工处理中大的间隙角θ。因此，在使用上述环形工具50进行的切削加工中，可以在精加工处理中抑制沉积材料在端面54上的沉积。

Claims (12)

1.一种切削方法，所述切削方法用于通过使用具有环形的切削刃(55)的切削工具(50；250)来切削工件(W)，所述工件(W)含有氧化铝，所述切削方法的特征在于包括：
在切削所述工件(W)的同时，所述切削刃(55)被所述工件(W)中所含有的氧化铝涂覆，其中，
所述切削工具(50；250)的端面(54；254)被设定为后刀面，并且所述切削工具(50；250)的外周表面(53)被设定为前刀面。
2.根据权利要求1所述的切削方法，其特征在于，
所述工件(W)含有γ-氧化铝，并且
当所述工件(W)被所述切削刃(55)切削时，产生处于下述温度的热：所述温度超过使γ-氧化铝转变成α-氧化铝的温度。
3.根据权利要求1或2所述的切削方法，其特征在于，还包括：
在切削所述工件(W)的同时，所述外周表面(53)被氧化铝涂覆。
4.根据权利要求1或2所述的切削方法，其特征在于，还包括：
在切削所述工件(W)的同时，所述切削工具(50；250)的所述端面(54；254)被氧化铝涂覆。
5.根据权利要求1所述的切削方法，其特征在于，
所述切削工具(50；250)的所述端面(54；254)被镜面抛光。
6.根据权利要求1或5所述的切削方法，其特征在于，
所述端面(54；254)的表面粗糙度小于所述外周表面(53)的表面粗糙度。
7.根据权利要求1所述的切削方法，其特征在于，
所述切削工具(50；250)的所述端面(54；254)是倾斜的，使得所述端面(54；254)与下述平面之间的间隙随着所述端面(54；254)沿所述切削工具(50；250)的径向方向向内延伸而增大：所述平面正交于所述切削工具(50；250)的旋转轴线(Tw)且包括环形的所述切削刃(55)。
8.根据权利要求1所述的切削方法，其特征在于，还包括：
将所述切削工具(50；250)相对于所述工件(W)的姿态设定成使得所述端面(54；254)与所述工件(W)之间的间隙角(θ)等于或大于指定角度。
9.根据权利要求8所述的切削方法，其特征在于，还包括：
对所述工件(W)进行粗加工；以及
对被粗加工的所述工件(W)进行精加工，其中，
所述工件(W)被精加工时的间隙角(θ)被设定成大于所述工件(W)被粗加工时的间隙角(θ)。
10.一种用于切削工件(W)的切削工具(50)，所述切削工具(50)的特征在于包括：
作为前刀面的外周表面(53)；
环形的切削刃(55)；以及
当所述工件(W)被切削时作为后刀面的端面(54)，所述端面(54)被镜面抛光。
11.根据权利要求10所述的切削工具(50)，其特征在于，
所述端面(54)的表面粗糙度小于所述前刀面的表面粗糙度。
12.一种用于切削工件(W)的切削工具(250)，所述切削工具(250)的特征在于包括：
作为前刀面的外周表面(53)；
环形的切削刃(55)；以及
当所述工件(W)被切削时作为后刀面的端面(254)，其中，
所述切削工具(250)的所述端面(254)是倾斜的，使得所述端面(254)与下述平面之间的间隙随着所述端面(254)沿所述切削工具(250)的径向方向向内延伸而增大：所述平面正交于所述切削工具(250)的旋转轴线(Tw)且包括所述切削刃(55)。
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