JP2007021675A - 総形回転切削工具及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度に被加工物を加工できると共に、長寿命化を図ることができる総形回転切削工具及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 総形回転切削工具１０は、ボディ１２と、切れ刃部材１６とを備えている。切れ刃部材１６は、超硬質材料から形成され、総形形状の切れ刃２２を有している。切れ刃部材１６は、ボディ１２と樹脂系接着剤により固着されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、切れ刃の輪郭を被加工物に転写する総形回転切削工具及びその製造方法に関する。

従来から、総形回転切削工具として、切れ刃が高速度鋼や超硬合金で構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２４６５１４号公報

近年、より高精度かつ長寿命の総形回転切削工具が求められている。しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の総形回転切削工具は、切れ刃に摩耗や欠け等が生じることがあるため、このような要求を満たすものではなかった。

本発明は、高精度に被加工物を加工できると共に、長寿命化を図ることができる総形回転切削工具及びその製造方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明者等は、上記目的を達成するために、ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ：PolycrystallineDiamond）、単結晶ダイヤモンド（例えば、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド）、立方晶窒化ホウ素焼結体（ＰＣＢＮ：Polycrystalline Cubic Boron Nitride）等といった、極めて高強度でかつ耐摩耗性のある超硬質材料から形成された切れ刃部材を用いることで、上記要求を満たすことのできる総形回転切削工具の開発を行った。

このような総形回転切削工具の開発にあたって、まず、ろう付けにより略長方形状の切れ刃部材をボディに固着した。その後、切れ刃部材をワイヤー放電加工し、あるいは所望の総形形状に対応する形状の砥石により切れ刃部材を研削することで、総形の切れ刃を得た。

ところが、ろう付けの際に鉄や超硬合金等からなるボディが７８０〜８００℃程度まで熱せられるため、ボディと切れ刃部材との線膨張率の差により、ボディに固着された切れ刃部材が歪んでしまう。このような状態の切れ刃部材をワイヤー放電加工して総形の切れ刃を形成した場合には、切れ刃部材が歪んだ箇所において、切れ刃の径（ボディの中心から切れ刃の縁までの距離）が異なってしまう。そのため、単に２次元的に放電加工を行っただけでは切れ刃が所望の総形形状とならないという問題があった。また、歪んだ状態の切れ刃部材を砥石で研削して総形の切れ刃を形成した場合、所望の総形形状の切れ刃を得られるが、砥石を作成するのにコストがかかってしまう。また、切れ刃部材が超硬質材料から形成されているため切れ刃部材を加工するのに長時間を要すると共に、砥石が磨耗してしまうので高精度の総形形状の切れ刃を得る場合には頻繁に砥石を修正する必要があるという問題があった。

そこで、本発明者等は、更に鋭意研究を行ったところ、樹脂系接着剤により切れ刃部材をボディに接着させた後、切れ刃部材をワイヤー放電加工することで、容易に所望の総形形状を得ることができることを見出すに至った。

かかる研究結果を踏まえ、本発明に係る総形回転切削工具は、ボディと、超硬質材料から形成された総形形状の切れ刃を有する切れ刃部材とを備え、ボディと切れ刃部材とが樹脂系接着剤により固着されていることを特徴とする。

本発明に係る総形回転切削工具では、切れ刃部材をボディに固着させるために、樹脂系接着剤を用いている。そのため、ボディの温度が２００℃よりも高くなることがなく、ボディと切れ刃部材との線膨張率差がそれほど問題とならないので、切れ刃部材に歪が生じることがほとんどない。その結果、２次元的に切れ刃部材の放電加工を行うことで、容易に所望の総形形状を得ることができるので高精度に被加工物を加工できる。また、切れ刃部材が超硬質材料から形成されているので、切れ刃に摩耗や欠け等が生じることが極めて少なく、総形回転切削工具の長寿命化を図ることができることとなる。

また、ボディにはボディの軸方向に延びる平坦面を有する切欠き部が設けられ、切れ刃部材は、切欠き部の平坦面上に切れ刃がオーバーハングした状態で固着されていることが好ましい。

また、切れ刃部材をボディに締着させる締着部材が更に設けられ、切れ刃部材が、切欠き部の平坦面と締着部材との間で挟持されることが好ましい。このようにすると、樹脂系接着剤による切れ刃部材とボディとの固着状態をより強固にすることができる。

一方、本発明に係る総形回転切削工具の製造方法は、ボディ及び超硬質材料から形成された切れ刃部材を用意する工程と、ボディの温度が２００℃以下の状態でボディと切れ刃部材とを固着させる工程と、切れ刃部材に総形形状の切れ刃を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る総形回転切削工具の製造方法では、ボディの温度が２００℃以下であるので、ボディと切れ刃部材との線膨張率差がそれほど問題とならないので、切れ刃部材に歪が生じることがほとんどない。その結果、２次元的に切れ刃部材の放電加工を行うことで所望の総形形状を容易に得ることができるので、高精度に被加工物を加工できると共に、切れ刃として超硬質材料を用いているので長寿命化を図ることができることとなる。

また、ボディと切れ刃部材とを固着させる際に、樹脂系接着剤を用いることが好ましい。このようにすると、ボディの温度を２００℃以上とすることなく、ボディと切れ刃部材とを固着させることができる。

また、ワイヤー放電加工を行うことで切れ刃部材に総形形状の切れ刃を形成することが好ましい。このようにすると、所望の総形形状の切れ刃を容易に得ることができる。

本発明によれば、高精度に被加工物を加工できると共に、長寿命化を図ることができる総形回転切削工具及びその製造方法を提供することができる。

本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１を参照して、本実施形態に係る総形回転切削工具１０の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る総形回転切削工具の要部を示す図である。本実施形態は、本発明をエンドミルに適用したものである。

総形回転切削工具１０は、自身が回転することで断続的に被加工物を切削し、後述する切れ刃２２の形状を被加工物に転写するための工具である。そのために、総形回転切削工具１０は、ボディ１２と、シャンク１４と、切れ刃部材１６と、クランプ１８とを備えている。

ボディ１２は、略円柱形状を呈している。ボディ１２の一端は、総形回転切削工具１０を回転させるための図示しない工作機械に保持される略円柱形状のシャンク１４と一体的に形成されている。ボディ１２は、ボディ１２の軸Ｘ方向から見て略Ｌ字形状に切り欠かれた切欠き部２０が、ボディ１２の軸方向に沿って設けられている。切欠き部２０は、その一部が平坦な平面である平坦面２０ａとなっている。

切れ刃部材１６は、略長方形状の薄い板状部材であり、ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ：PolycrystallineDiamond）、単結晶ダイヤモンド（例えば、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド）、立方晶窒化ホウ素焼結体（ＰＣＢＮ：Polycrystalline Cubic Boron Nitride）等の超硬質材料からなっている。切れ刃部材１６には、ボディ１２の軸Ｘに沿うと共にボディ１２の軸Ｘから離れた側の縁（切れ刃部材１６の外縁）に、切れ刃２２が形成されている。切れ刃２２は、ワイヤー放電加工により、所定の総形形状となっている。

また、切れ刃部材１６は、平坦面２０ａを覆うと共に切れ刃２２が平坦面２０ａよりも外側に突出した状態（オーバーハングした状態）で、平坦面２０ａ上に樹脂系接着剤により固着されている。この樹脂系接着剤としては、ボディ１２の温度が２００℃以下の状態でボディ１２と切れ刃部材１６とを接着できるものであればよく、例えば、エポキシ樹脂系接着剤の他、シアノアクリレート系、ウレタン系、変性アクリル系、フェノール系等の接着剤を用いることができる。

クランプ１８は、平坦面２０ａとの間で切れ刃部材１６を挟持するものである。クランプ１８は、ボディ１２の軸Ｘに沿う方向に複数（本実施形態では４つ）設けられている。クランプ１８は、ボディ１２と共に止めねじ２４と螺合することで、ボディ１２に切れ刃部材１６を締着している。クランプ１８と切れ刃部材１６との間には、クランプ１８から切れ刃部材１６に加わる力を緩和させるクッション材として機能する銅板２６が設けられている。

次に、図２を参照して、上述した総形回転切削工具１０の製造方法について説明する。図２は、（ａ）が切れ刃部材をボディに固着する工程を示す図であり、（ｂ）が切れ刃部材に切れ刃を形成した状態を示す図である。

まず、シャンク１４と一体的に形成された円柱形状のボディ１２と、略長方形状の切れ刃部材１６ａ（切れ刃２２の形成前であることを符号“ａ”によって区別する）とを用意する。次に、後に形成する切れ刃２２の総形形状に応じてボディ１２の外形を加工し、一部に平坦面２０ａを有する切欠き部２０をボディ１２の軸方向に沿うように設ける。そして、図２（ａ）に示されるように、ボディ１２に形成された平坦面２０ａに、樹脂系接着剤により切れ刃部材１６ａをその外縁が平坦面２０ａよりもオーバーハングした状態で固着する。

続いて、平坦面２０ａに対して垂直な方向から２次元的にワイヤー放電加工を行い、ボディ１２の軸Ｘに沿うと共にボディ１２の軸Ｘから離れた側の切れ刃部材１６ａの縁に切れ刃２２を形成する（図２（ｂ）参照）。その後、図１に示されるように、止めねじ２６をボディ１２及びクランプ１８に螺合して、クランプ１８により切れ刃部材１６をボディ１２に締着すると、総形回転切削工具１０が得られる。

ところで、図３に示されるような総形回転切削工具１００を形成する際には、ろう付けにより切れ刃部材１６ａをボディ１２に固着していた。このろう付けは、高温でろうを溶かして切れ刃部材１６ａとボディ１２とを接合した後、ろうを固化させるために冷却することにより行われる。この際、ボディ１２が７８０〜８００℃程度まで熱せられるため、ボディ１２と切れ刃部材１６ａとの線膨張率の差により、ボディ１２に固着した切れ刃部材１６ａが歪んでしまうことがあった。

この状態で、平坦面２０ａに対して垂直な方向から２次元的にワイヤー放電加工を行い、歪んだ状態の切れ刃部材１６ａに切れ刃２２を形成すると、以下のような問題が生じる。すなわち、図３（ａ），（ｂ）に示されるように、切れ刃２２が正しく形成されるべき位置Ｐ２に対して、実際に切れ刃２２が形成される位置Ｐ１が上方にずれてしまう（図３（ａ），（ｂ）では、切れ刃部材１６ａの歪みを誇張して示している）。これにより、実際に形成された切れ刃２２の径（ボディ１２の中心から切れ刃２２までの距離）Ｒ１が、正しく形成された場合における切れ刃２２の径Ｒ２と異なってしまう。従って、所望の総形形状の切れ刃２２を得ることができず、このような総形回転切削工具１００では高精度に被加工物を加工することができなかった。

また、切れ刃部材１６ａが接合前の平坦面２０ａから盛り上がったり、窪んだり、又はうねったような状態であっても（図３（ａ），（ｂ）参照）、ボディ１２を回転させながら総形砥石を用いて切れ刃部材１６ａを研削することで所望の総形形状の切れ刃２２を得ることができるが、砥石の作成のためのコストがかかってしまっていた。また、切れ刃部材１６ａが極めて高強度でかつ耐摩耗性のある超硬質材料で形成されているため、切れ刃部材１６ａを砥石によって加工するのに非常に時間がかかると共に、砥石が磨耗してしまい砥石を頻繁に修正する必要があった。

しかしながら、本実施形態に係る総形回転切削工具１０は、以上のような問題を解決することができるものとなっている。すなわち、本実施形態においては、切れ刃部材１６ａがボディ１２の平坦面２０ａに樹脂系接着剤によって固着されている。すなわち、ボディ１２が２００℃以下の状態で、切れ刃部材１６ａが平坦面２０ａに固着されることとなる。そのため、ボディ１２と切れ刃部材１６ａとの線膨張率の差による影響をほとんど無視でき、切れ刃部材１６ａに歪みが生じることがほとんどないから、２次元的にワイヤー放電加工を行うことで、所望の総形形状の切れ刃２２を容易に形成することができる。その結果、切れ刃２２の径が異なることもなく、高精度に被加工物を加工することができる。また、切れ刃部材１６が超硬質材料から形成されているため、切れ刃２２に磨耗や欠け等が生じることが極めて少なく、総形回転切削工具１０の長寿命化を図ることができる。

また、本実施形態においては、切れ刃部材１６がクランプ１８によってボディ１２に締着されている。このため、切れ刃部材１６をより強固にボディ１２に固着することができることとなる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、総形回転切削工具１０の大きさによっては、クランプ１８を設けずに、樹脂系接着剤のみを用いて切れ刃部材１６ａとボディ１２とを固着させてもよい。

また、切れ刃２２が磨耗等した場合には、樹脂系接着剤を剥がして新たな切れ刃部材１６ａをボディ１２に固着させることで、ボディ１２を再利用してもよい。

本実施形態に係る総形回転切削工具の要部を示す図である。 （ａ）が切れ刃部材をボディに固着する工程を示す図であり、（ｂ）が切れ刃部材に切れ刃を形成した状態を示す図である。 （ａ）が従来の総形回転切削工具の要部を示す斜視図であり、（ｂ）が（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１０…総形回転切削工具、１２…ボディ、１６，１６ａ…切れ刃部材、１８…クランプ、２０…切欠き部、２０ａ…平坦面、２２…切れ刃。

Claims (6)

1. ボディと、
   超硬質材料から形成され、総形形状の切れ刃を有する切れ刃部材とを備え、
   前記ボディと前記切れ刃部材とが樹脂系接着剤により固着されていることを特徴とする総形回転切削工具。
2. 前記ボディには前記ボディの軸方向に延びる平坦面を有する切欠き部が設けられ、
   前記切れ刃部材は、前記切欠き部の平坦面上に前記切れ刃がオーバーハングした状態で固着されていることを特徴とする請求項１に記載された総形回転切削工具。
3. 前記切れ刃部材を前記ボディに締着させる締着部材が更に設けられ、
   前記切れ刃部材が、前記切欠き部の平坦面と前記締着部材との間で挟持されることを特徴とする請求項２に記載された総形回転切削工具。
4. ボディ及び超硬質材料から形成された切れ刃部材を用意する工程と、
   前記ボディの温度が２００℃以下の状態で前記ボディと前記切れ刃部材とを固着させる工程と、
   前記切れ刃部材に総形形状の切れ刃を形成する工程と、を備えることを特徴とする総形回転切削工具の製造方法。
5. 前記ボディと前記切れ刃部材とを固着させる際に、樹脂系接着剤を用いることを特徴とする請求項４に記載された総形回転切削工具の製造方法。
6. ワイヤー放電加工を行うことで前記切れ刃部材に総形形状の切れ刃を形成することを特徴とする請求項４又は５に記載された総形回転切削工具の製造方法。
   

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