JP3878862B2

JP3878862B2 - Method for manufacturing cutting tool with wear sensor circuit

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Publication number: JP3878862B2
Application number: JP2002041653A
Authority: JP
Inventors: 浩志大畑
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: JP2003236704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は切削加工に使用する切削工具に関し、特に切れ刃の摩耗を検知するセンサ回路を設けた損耗センサ回路付切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、切削工具の熱的、機械的、電気的変化を利用して切削工具の寿命を検知する方法が検討されている。例えば、特開２０００−９４２７２号公報では、母材表面の逃げ面の切れ刃部分に沿って一定幅のセンサライン（薄膜回路）を形成したスローアウェイチップを作製し、該チップで被削材を切削しながらセンサラインの電気抵抗を測定することにより、工具寿命を判定する方法が開示されている。なお、同号公報によれば、センサラインを含むセンサ回路の形成方法として母材表面に薄膜形成法により導電性被覆層を成膜した後、レーザー加工によりセンサ回路パターンに加工する方法が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開２０００−９４２７２号のように、薄膜形成法で導電膜を被覆してレーザー加工により導電性被覆層を欠如させてセンサ回路（導電路）を形成する方法では、レーザー加工が施される加工部は局所的に非常に高温になり、被加工部の導電性被覆層が溶融して再付着しやすいために、導電性被覆層が除去されるべき欠如部表面に導電性被覆層の残渣が付着してセンサ回路のライン間の一部が短絡して、切れ刃の損耗量を測定するために作製したセンサ回路が正常に動作しなくなることがあった。
【０００４】
また、かかるレーザー加工においては、導電性被覆層のみを除去する必要があるために、レーザー照射のパワーを制御しなければならないことから、センサ回路のライン間の間隔に対してレーザー加工が可能な幅が小さくなる場合が多く、この場合にはレーザーの走査位置を少しずつずらしながら繰り返して走査・加工することになり、導電性被覆層の欠如によって露出した絶縁部の断面は図７のように平坦にならず、略円弧状の凹部が並んだ形状となってしまい、また導電性母材２まで露出してしまうとレーザー加工時に溶融した導電性被覆層５１の残渣（不図示）が再付着して、短絡を引き起こす結果、センサ回路が正常に動作しなくなることがあった。
【０００５】
さらに、上記露出した絶縁性母材２または絶縁性被覆層１４の表面が図７のように荒れることにより、露出部５５への切りくずやその破片、溶着物、水分５６等が付着しやすく、短絡の原因になったり、強度低下の要因となる恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、センサ回路の正常動作に必須となる電気絶縁部に損傷のない損耗センサ回路付切削工具を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の損耗センサ回路付切削工具の製造方法では、絶縁性母材または表面に絶縁性被覆層を形成した導電性母材の表面に導電性被覆層を被着形成する工程と、この導電性被覆層を除去すべき部分に放電加工機の突起状電極を当接させてこの突起状電極と前記導電性被覆層との間で放電を生ぜしめてこの突起状電極が当接した部分の前記導電性被覆層を除去して切削工具の損耗状態を検知するためのセンサ回路を形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１４】
上記損耗センサ回路付切削工具の製造方法では、前記導電性被覆層を０．０５ｍｍ以上の幅（Ｗ）で除去することが望ましい。
【００１５】
また、上記損耗センサ回路付切削工具の製造方法では、前記放電加工機に前記切削工具の複数個分の突起状電極を形成し、この複数個の切削工具の導電性被覆層に同時に前記センサ回路を形成することが望ましい。
【００１６】
また、上記損耗センサ回路付切削工具の製造方法では、前記放電加工機の突起状電極の周囲に前記切削工具の側面に当接する突出部を設けて、前記切削工具の表面側と側面側とに同時に前記センサ回路形成できるようにすることが望ましい。
【００１７】
また、上記損耗センサ付切削工具の製造方法では、前記センサ回路の形成を液体中で行ってもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の損耗センサ回路付切削工具の好適例であるスローアウェイチップの一例について、その概略斜視図（（ａ）は手前上方から見た斜視図、（ｂ）は手前下方から見た斜視図）である図１を基に説明する。
【００１９】
スローアウェイチップ１は、略直方体形状を呈するチップ１の一方の主面にすくい面５、他方の主面に着座面６を、側面に逃げ面７を形成し、すくい面５と逃げ面７との交差稜部分、特に図１のような主面が多角形状の場合には、逃げ面７が複数の平面からなり、すくい面５と隣接する２つの逃げ面７とが交差するコーナー部８に切れ刃９が形成された形状からなる。
【００２０】
切れ刃９近傍に切れ刃９に沿って平行に導電帯からなるセンサライン１５が設けられており、センサライン１５の形成位置と幅によって、工具寿命（摩耗量）の許容摩耗幅を規定することができる。
【００２１】
着座面６には一対の接続端子２０、２０（２０’、２０’）が形成されており、これによってセンサ回路１３を着座面６と接する後述のチップホルダ３０に形成した一対の外部回路３６、３６に容易に接続できる。また、一対の接続端子２０、２０を隣接して形成しており、これによって、一対の接続領域と接続される外部端子の位置決めが容易にできる。
【００２２】
また、一方の接続端子２０とセンサライン１５との間はチップ１の側面（逃げ面７）に形成された第１の側面ライン２４を介して接続され、またセンサライン１５の他方端は逃げ面７に形成された折り返しライン２６に接続され、さらに折り返しライン２６と他方の接続端子２０との間は逃げ面７（側面）に形成した第２の側面ライン２８を介して接続されている。つまり、図１によれば、第１の接続端子２０−第１の側面ライン２４−接続部２７ａ−センサライン１５−接続部２７ｂ−折り返しライン２６−第２の側面ライン２８−第２の接続端子２０と経由してセンサ回路１３が構成される。なお、センサ回路１３はチップ１に対して絶縁された状態で設けられ、センサ回路１３はそれ自体が所定の電気抵抗値を有する導電体で構成される。
【００２３】
例えばセンサライン１５の位置を切れ刃９の寿命基準量（切れ刃９の摩耗限界幅）、例えば０．０５〜０．７ｍｍに一致させておき、切れ刃９で切削加工を行うことにより、切れ刃９の近傍に形成されたセンサライン１５の少なくとも一部が摩耗等の損傷により断線した時点で、センサライン１５間、すなわちセンサ回路１３が断線され、このセンサ回路１３の両端に形成された一対の接続端子２０、２０（２０’、２０’）間の抵抗値を測定することによって、切れ刃９の寿命を検知することができる。
【００２４】
スローアウェイチップ１の両主面の各コーナー部８それぞれに切れ刃９が形成され、かつセンサライン１５が各切れ刃９近傍に１つずつ配設されている。つまり、チップ１の主面が多角形状からなり、逃げ面７が複数（図１では４つ）形成されるとともに、主面２と隣接する２つの逃げ面７とが交差するコーナー部８を有する場合には、各コーナー部８それぞれ（図１では８つ）にセンサライン１５を形成することが望ましく、これによって、後述する使用方法により、８つのコーナー部８を順に用いて切削加工をすることができる。
【００２５】
なお、逃げ面７に形成された第１の側面ライン２４および第２の側面ライン２８は、センサ回路１３の接続端子２０、２０の配置位置と、該センサ回路１３の接続端子２０、２０の反対面に他のセンサ回路１３’の接続端子２０’、２０’の配置位置とが主面上の同じ位置となるように配置し、ともに後述する図６のチップホルダ３０の同じ外部端子３６に接続できるように、センサライン１５に対して（換言すれば切れ刃９に対して）、直交方向ではなく、所定の傾斜角度を有するように配設されている。
【００２６】
また、スローアウェイチップ１の形状としては、図１に示すように主面（すくい面５および着座面６）が正方形に限定されるものではなく、円形、楕円形、正三角形等の他の正多角形、平行四辺形、菱形等が適応可能であり、また、スローアウェイチップ１の断面形状は長方形に限定されるものではなく、台形形状であってもよい。以上説明した形状の他、溝入れチップ等にもこの発明を適用することが可能である。
【００２７】
本発明によれば、図２に示すように、スローアウェイチップ１には、表面に絶縁性被覆層１４を形成したチップ１の表面に導電性被覆層１２を被着形成するとともに、導電性被覆層１２の一部を欠如させて絶縁性母材２または絶縁性被覆層１４を露出させることにより、チップ１の損耗状態を検出するための図１に示すセンサ回路１３が形成され、このセンサ回路１３の導通状態を監視することによって切れ刃９の損耗状態を検知することができる。
【００２８】
母材２は導電性または絶縁性のいずれであってもよいが、本発明においては、母材２が導電性である場合であっても、センサ回路１３のライン間が短絡することなくセンサ回路１３を正常に機能させることができる。
【００２９】
本発明では、図２に示すように、導電性被覆層１２が欠如してスローアウェイチップ１表面に露出した絶縁性被覆層１４（または絶縁性母材）の表面粗さ（Ｒ_y1）が２μｍ以下、特に１．５μｍ以下、さらに１．０μｍ以下であることが大きな特徴であり、これによってチップ１の強度が低下して欠けやすくなったり、センサ回路１３のライン間の絶縁性が損なわれてセンサ回路１３が正常に機能しなくなることを極力防止でき、チップ１およびセンサ回路１３の安定動作を維持できる。すなわち、チップ１表面に露出した絶縁性被覆層１４（または絶縁性母材）の表面粗さ（Ｒ_y1）が２μｍを越えると、チップ１の強度が低下して欠けやすくなったり、センサ回路１３のライン間の絶縁性が損なわれてセンサ回路１３が正常に機能しなくなる恐れがある。また、本発明によれば、露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層１４の算術平均表面粗さ（Ｒ_a1）では０．４μｍ以下、１０点平均表面粗さ（Ｒ_z1）は２μｍ以下であることが望ましい。
【００３０】
センサ回路１３をなす導電性被覆層１２の表面粗さ（Ｒ_y2）は、導電性被覆層１２が切削加工中に切りくずと衝突したり摩擦によって剥離したりして損傷するのを防止するために、また使用前の取扱い等によってこすれて磨耗することを防止するために、６μｍ以下であることが望ましく、特に３μｍ以下であることが望ましい。
【００３１】
導電性被覆層１２の端部には加工法に起因する隆起部を有しており、この隆起部の高さｈは導電性被覆層１２の厚みの３倍以下であるとともに、導電性被覆層１２の隆起部以外の部分の表面粗さ（Ｒ_y3）は２μｍ以下であることが望ましい。切削加工中の切りくずとの衝突や摩擦による剥離や損傷を抑制するためである。
【００３２】
導電性被覆層１２の端部の側面（端面）と露出した絶縁性被覆層１４（または絶縁性母材）の表面とのなす角（θ）が７０〜１２０°であることが望ましい。この範囲内であれば、切りくずやその破片、溶着物、水分等が露出部へ付着することを抑制でき、センサ回路の短絡を抑止できるとともに、センサ回路のライン間の高密度化ができ、複雑なセンサラインを形成できるからである。
【００３３】
なお、本発明における露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層１４の表面粗さ（Ｒ_y1）、導電性被覆層１２表面の端部の隆起部の高さを含めた表面粗さ（Ｒ_y2）の測定は、接触式表面粗さ計を用いて測定でき、またレーザー等を利用した非接触式の表面粗さ計を使用して測定できる。また、導電性被覆層１２表面の端部の隆起部の高さ（ｈ）及び導電性被覆層１２の端部の側面と放電加工により露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層１４表面とのなす角θは、上記手法で測定した実測プロファイルから読み取って算出することができる。
【００３４】
スローアウェイチップ１の母材２としては、アルミナ質焼結体、窒化珪素質焼結体、サーメット、超硬合金、立方晶窒化ホウ素質焼結体（ＣＢＮ／Cubic Boron Nitride）、ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ／Poly Crystalline Diamond）等が好適に使用できるが、特にサーメットや超硬合金等の導電性を有する材質からなる場合には、母材と導電性被覆層１２との間に絶縁性被覆層１４を介装する必要がある。
【００３５】
絶縁性被膜層１０としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、炭化ケイ素、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドの群から選ばれる少なくとも１種を用いることができる。電気絶縁性と耐摩耗性の点では、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウムが好適である。絶縁性被覆層１４は、電気絶縁性と絶縁性被覆層１４の剥離防止のために、０．２〜５μｍ、特に０．５〜３μｍの膜厚みに形成されることが望ましい。
【００３６】
センサ回路１３の表面に、保護用の硬質被覆層（図示せず）を設けてもよい。このような硬質被覆層としては、センサ回路の保護および耐摩耗性、そして電気絶縁性の観点から、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、炭化ケイ素、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドの群から選ばれる少なくとも１種を用いることができる。酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素から選ばれることが望ましい。目視でセンサ回路パターンを確認できるようにするためには、硬質被覆層の総厚みは、５０μｍ以下、特に２０μｍ以下、さらに１０μｍ以下であることが望ましい。
【００３７】
センサライン１５、接続ライン（一対の接続端子２０、２０、第１および第２の接続ライン１５、１８、折り返しライン２６、接続部２７）等のセンサ回路１３を形成する導電帯は、スローアウェイチップ１のチップ１に対する接合力が強いこと、被削材と反応せずにセンサライン１５の電気抵抗値が常に所定値を示すこと、スローアウェイチップ１の摩耗度合いや欠損の発生の有無を正確に検出できること、被削材の加工表面に反応生成物が発生しにくいこと、酸化物生成によるセンサライン１５の電気抵抗値の変化がないように耐酸化性に優れること、及び放電加工性等の理由から、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等の４ａ、５ａ、６ａ族金属、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の鉄族金属、あるいはＡｌなどの金属材料やＴｉＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ₃Ｃ₂、Ｍｏ₂Ｃ、ＷＣ、Ｗ₂Ｃ、ＴｉＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＶＣＮ、ＮｂＣＮ、ＴａＣＮ、ＣｒＣＮ等の４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの群から選ばれる少なくとも１種、またはそれらの複合化合物、特にＴｉＮ、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ、Ａｌ）ＣＮ、ＣｒＮの群から選ばれる少なくとも１種、さらにはＴｉＮが好適である。
【００３８】
次に、上述した損耗センサ回路付切削工具の製造方法を説明する。
まず、超硬合金、サーメット、セラミック、ｃＢＮ、ダイヤモンド等の原料を用いて混合し、所定の工具形状に成形して焼成した後、所望により加工し、さらに所望により表面にＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いてＴｉ（Ｃ、Ｎ）やＡｌ₂Ｏ₃からなる硬質コーティング膜を成膜することによって母材を作製する。
【００３９】
次に、センサ回路１３の作製に先立ち、母材２の表面の洗浄を行う。洗浄は、ブラシ洗浄、ブラスト処理、高圧エアブロー等による処理を１〜３０分行う機械的除去洗浄工程と、酸、アルカリ、有機溶剤、純水等の液体中で超音波洗浄を５分〜６０分程度行う洗浄工程と、温風乾燥、真空乾燥による乾燥工程を組み合わせて行う。
【００４０】
そして、所望により母材２の表面に、物理気相蒸着（ＰＶＤ）及び／または化学気相蒸着（ＣＶＤ）を用いて絶縁性被覆層１４を被着形成する。成膜方法としては、イオンプレーティング法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法が望ましい。
【００４１】
次に、絶縁性母材または絶縁性被覆層１４の表面に、物理気相蒸着（ＰＶＤ）及び／または化学気相蒸着（ＣＶＤ）、特にイオンプレーティング法、スパッタリング法を用いて導電性被覆層１２を被着形成する。
【００４２】
次に、図３および図４に示すように、センサ回路１３を形成するために必要な放電加工機の電極４１を準備する。電極４１の１面にはセンサ回路１３と逆のパターンからなる突起部４３が形成され突起状電極とされている。この電極４１の材料としては、銅−タングステン、銅、グラファイトが望ましく、特に銅−タングステンが望ましい。
【００４３】
絶縁性被覆層１４上に形成した導電性被覆層１２をセンサ回路１３のパターンに加工するには、電極４１の突起部４３を導電性被覆層１２に当接させてこの突起部４３と導電性被覆層１２との間で放電を生ぜしめてセンサ回路１３以外の部分の導電性被覆層１２を選択的に除去する。これによってレーザー加工によってセンサ回路１３を形成する方法のように導電性被覆層が除去されて露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層表面が加工痕によって荒れたり、除去された導電性被覆層が再付着することによってセンサ回路のライン間が短絡するようなことがなく、露出部の表面粗さ（Ｒ_y1）が２μｍ以下で、かつ付着物のない加工が可能となる。
【００４４】
放電加工機４４の電極４１の突起部４３を導電性被覆層１２の上部に配設し、この電極４１を下方に下降させながら突起部４３と切削工具の導電性被覆層１２との間で放電を生ぜしめて導電性被覆層１２を局所的に除去する。なお、加工は導電性被覆層１２の厚み分だけ下降できるように制御し、絶縁性被覆層１４が露出した時点で終了する。
【００４５】
導電性被覆層１２の除去されたものが加工部に再付着することを防止するために、放電加工を液体中で行うことが望ましく、特に灯油などの石油類中で行うことが望ましい。
【００４６】
放電加工では導電性被膜１２が除去されて絶縁性母材もしくは絶縁性被膜１４が露出した時点で電極１４と被加工部の間の放電が発生しなくなるため、絶縁性母材もしくは絶縁性被膜１４に何ら損傷を与えることなく、センサ回路１３のパターンを作製することができる。
【００４７】
切りくず処理性能向上のために切削工具２の表面が種々の凹凸状となったいわゆる三次元チップブレーカを形成したものであっても、チップブレーカ面すなわちセンサ回路の加工面のプロファイルに沿った形状の突起部４３を有する電極４１を作製して用いることにより、センサ回路パターンの作製が可能である。
【００４８】
放電加工機４４の電極４１に切削工具複数個分の突起部４３のパターンを形成するか、または複数個の電極４１を放電加工機４４に取り付けて、切削工具を複数個ならべて使用すれば、同時に複数個の切削工具のセンサ回路の形成が可能である。
【００４９】
また、図５に示すように、電極４１の突起部４３の周囲に突出部４８を形成するとともに、この突出部４８でチップ１の側面を覆うように電極４１を取り付けて放電加工を施すこともできる。この方法によれば、チップ１の上面と側面のパターンを同時形成できるので、加工の位置ずれによるセンサ回路の接続不良を防止できる。そして、所望により、センサ回路の形成が必要な導電性被覆層の表面を全て放電加工した後、全回路に対して電気抵抗を測定する検査を行う。
【００５０】
さらにまた、本発明によれば、導電性被覆層１２が欠如した部分の幅（Ｗ）が０．０５ｍｍ以上である場合においても、図７に示すレーザーによる加工面のように、加工部を少しずつずらしながら何度も走査するものではなく、もって加工面に凹凸ができることもなく、露出した絶縁性被覆層１１の表面粗さ（Ｒ_y1）を２μｍ以下に制御できるとともに、加工に要する時間を短縮できる。
【００５１】
図６に示すように、スローアウェイチップ１は、クランプ孔２９にクランプねじ３４が螺合されるか、もしくは、金具（図示せず）ですくい面５側から押さえられることによりチップホルダ３０等に装着される。
【００５２】
また、チップホルダ３０の先端にはチップ装着用のポケット３１が形成されている。ポケット３１の底面はチップ座３２となっている。またポケット３１の側面はチップの側面に当接し、チップを拘束するための拘束面３３となっている。スローアウェイチップ１はこのポケット３１に納められ、着座面６がチップ座３２に、またチップ１１の側面が拘束面３３に当接される。そして上方からクランプねじ３４がスローアウェイチップ１のクランプ孔２９に差し込まれて、その先端がチップ座３２の中央に形成されたねじ孔３５に螺合されることによりスローアウェイチップ１はチップホルダ３０に装着される。
【００５３】
チップ座３２には、装着されたスローアウェイチップ１の切削に使用するコーナー部に設けられたセンサライン１５と接続された一方の接続端子２０、２０に対向する位置に、例えば上方へ弾力付勢され、チップ座３２から数ｍｍ突出した一対の外部端子３６、３６が突設されている。スローアウェイチップ１がポケット３１に装着されると、スローアウェイチップ１の着座面６によって外部端子３６、３６は押し下げられ、外部端子３６、３６の上端はチップ座３２と面一となる。このとき外部端子３６、３６の上端はスローアウェイチップ１の着座面６に設けられた一対の接続端子２０、２０とそれぞれ電気的に接触した状態となる。
【００５４】
また、外部端子３６、３６には、一点鎖線で示すように、チップホルダ３０内に配設されたリード線３８がつながれていて、このリード線３８はオーム計等の抵抗値の検知回路３９に接続されており、これによりポケット３１に装着されたスローアウェイチップ１の切れ刃９（切削に使用するコーナー部８）に設けられたセンサライン１５の抵抗値を測定することができる。
【００５５】
なお、図６の装着状態では、スローアウェイチップ１のコーナー部８Ａの切れ刃９が切削に用いられる。そして、コーナー部８Ａの切れ刃９が摩耗した場合には、クランプねじ３４や押さえ金具を緩めて、すくい面５の中央を中心にしてスローアウェイチップ１を９０°回転させて、コーナー部８Ａと隣接する別のコーナー部８を切れ刃９として切削に使用できる。このようにスローアウェイチップ１を９０°ずつ回転させて、チップ１の一方の主面側の４つのコーナー部を順次切削に使用することができる。さらに、スローアウェイチップ１の上下を反転させてホルダ等に装着すれば、他方の主面の４つのコーナー部を順に切削に使用することができ、合計８つのコーナー部８を使用することができる。なお、他方の主面のコーナー部を使用する場合は、すくい面と着座面が逆転して機能する。
【００５６】
【実施例】
（実施例１）
ＷＣ８４重量％、ＴｉＣ６重量％、ＮｂＣ３重量％、Ｃｏ７重量％の割合で混合し、ＳＮＭＧ１２０４０８の工具形状に成形した後、真空中、１５００℃で１時間焼成し、熱ＣＶＤ法でＴｉ（Ｃ，Ｎ）−Ａｌ₂Ｏ₃層をコーティングしたスローアウェイチップを作製した。
【００５７】
上記切削工具を酸、アルカリ、有機溶剤、純水中に浸漬して超音波洗浄を行ない、ついで回転ブラシによる機械的洗浄を行った後、再度、アルカリ、有機溶剤、純水中に浸漬して超音波洗浄し、有機溶剤で蒸気乾燥した。
【００５８】
次に、イオンプレーティング装置を用いて表１に示す絶縁性被覆層と導電性被覆層を形成した。
【００５９】
次いで、センサ回路と逆パターンの突起部を片面に６個刻設した銅―タングステン製の放電加工機の電極を作製し、この電極の突起部と対向する面を放電加工機のヘッドに取り付けてこの突起部を母材の導電性被覆層に当接させて放電加工機の電極に１００Ｖの電圧を印加せしめることにより突起部と導電性被覆層との間で放電を生ぜしめてセンサ回路以外の部分を除去した。チップの向きを変えて同様の放電加工を施すことにより、センサ回路の存在する６面について、すべて同様の手法で回路作製を行い、図１のパターンからなるセンサ回路を形成した。
【００６０】
センサ回路を作製した後、接触式表面粗さ計で導電性被覆層、露出した絶縁性母材もしくは絶縁性被覆層の表面粗さを測定し、得られた図２のようなチャートからＲｙ、隆起部の高さｈ、導電性被覆層の端面と露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層のなす角θを算出した。
【００６１】
また、得られた切削工具のセンサ回路について、全回路の導通検査、導電被覆層と露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層間の絶縁検査を行った。なお、導通検査は１０オーム以下、絶縁検査は１００キロオーム以上を合格とし、１００個の試料についての加工不良率を算出した。
【００６２】
そして、得られた損耗センサ付切削工具を使って下記切削条件１、２により切削加工を行なった。一方、損耗センサ回路を形成しない以外は上記と全く同様の方法により作製した切削工具についても同様に切削性能を評価し、この損耗センサ回路を形成していない切削工具の摩耗量および損傷までの衝撃回数を基準（１００％）として、損耗センサ付切削工具の各試料について切削性能を比較した。
【００６３】
（切削評価条件）
テスト１−摩耗試験
被削材：クロムモリブデン合金鋼（ＳＣＭ４３５）
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他条件：湿式切削
テスト２−損傷試験
被削材：クロムモリブデン合金鋼（ＳＣＭ４３５）［４本溝付鋼材］
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他条件：乾式切削
なお、摩耗試験においては、損耗センサ回路を形成していない切削工具が最大摩耗量０．２ｍｍに達するまでの時間と、損耗センサ回路付切削工具が最大摩耗量０．２ｍｍに達するまでの時間を計測し、損耗センサ回路付与前の切削工具の工具寿命に対する損耗センサ回路付切削工具の工具寿命の比率を算出した。損傷試験においては、損耗センサ回路付与前の切削工具が欠損して使用できない状態になるまでの衝撃回数と、損耗センサ回路付切削工具が欠損して使用できない状態になるまでの衝撃回数を計測し、損耗センサ回路付与前の切削工具の衝撃回数に対する損耗センサ回路付切削工具の衝撃回数の比率を算出した。また、損耗センサの動作試験を行ない、試験数に対し、設定した損耗センサ部の幅で正常に動作しなかったサンプル数の比率を算出して動作不良率とし、損耗センサの動作安定性とした。
【００６４】
また、試料Ｎｏ．２については、レーザー加工によりセンサ回路パターンを形成する以外は試料Ｎｏ．１と同様に作製して評価した。結果は表１に示した。
（実施例２）
ＷＣ８０重量％、ＴｉＣ３重量％、ＴａＣ５重量％、ＮｂＣ４重量％、Ｃｏ８重量％の割合で混合し、ＳＮＭＧ１２０４０８の工具形状に成形した後、真空中、１５００℃で１時間焼成し、スローアウェイチップを作製した。
【００６５】
実施例１と同様に洗浄を行った後、試料３はプラズマＣＶＤ法で、試料４はイオンプレーティング法でそれぞれ表１に示す絶縁性被覆層を形成し、イオンプレーティング法で導電性被覆層を成膜した。
【００６６】
そして、実施例１と同様の手法で放電加工機の電極の作製、センサ回路パターンの作製、センサ回路の検査を行った後、下記切削条件３、４により切削加工を行ない、実施例１と同様に損耗センサ回路を形成していない切削工具を作製し、その摩耗量および損傷までの衝撃回数を基準（１００％）として損耗センサ付切削工具の切削性能を比較した。
【００６７】
（切削評価条件）
テスト３−摩耗試験
被削材：クロムモリブデン合金鋼（ＳＣＭ４３５）
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
その他条件：湿式切削
テスト４―損傷試験
被削材：クロムモリブデン合金鋼（ＳＣＭ４３５）［４本溝付鋼材］
切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他条件：乾式切削
（実施例３）
Ｓｉ₃Ｎ₄９０重量％、Ｅｒ₂Ｏ₃８重量％、ＳｉＯ₂２重量％の割合で混合し、ＳＮＭＡ１２０４０８の工具形状に成形した後、窒素３０気圧、１８５０℃で２時間焼成したのち、ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理し、スローアウェイチップを作製した。また、試料７については、さらに熱ＣＶＤ法でＴｉ（Ｃ，Ｎ）−Ａｌ₂Ｏ₃層を５μｍ被着形成した。
【００６８】
そして、実施例１と同様の手法で洗浄を行った後、試料７についてはイオンプレーティング法で表１の絶縁性被覆層を形成した。さらに、各試料についてイオンプレーティング法で導電性被覆層を成膜した。
【００６９】
その後、実施例１と同様の手法で放電加工機の電極の作製、センサ回路パターンの作製、センサ回路の検査を行った後、下記切削条件５、６により切削加工を行ない、損耗センサ回路を形成していない切削工具の摩耗量および損傷までの衝撃回数を基準（１００％）として比較した。
【００７０】
なお、試料Ｎｏ．６については、センサ回路のパターン形成をレーザー加工で行う以外は試料Ｎｏ．５と全く同様な方法で作成し、評価した。結果は表１に示した。
【００７１】
（切削評価条件）
テスト５−摩耗試験
被削材：ねずみ鋳鉄（ＦＣ２５０）
切削速度：５００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２．０ｍｍ
その他条件：乾式切削
テスト６−損傷試験
被削材：ねずみ鋳鉄（ＦＣ２５０）［４本溝付］
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：３．０ｍｍ
その他条件：乾式切削
【００７２】
【表１】

【００７３】
表１の結果より、従来手法であるレーザー加工でセンサ回路を形成し、露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層の表面粗さ（Ｒ_y1）が２μｍより大きい試料Ｎｏ．２、６は、導電性被覆層の溶融物の再付着や、絶縁性被覆層まで除去されることに起因する短絡や断線等によってセンサ回路が正常に構成できず、導通検査で不良と判定されるものが３０％以上あり、また切削評価した場合、露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層や導電性被覆層の表面が荒れるために、露出部等への切りくずやその破片、溶着物、水分等が付着しやすく、センサ回路の短絡や異常動作、被膜層の剥離に起因する損傷が発生した。
【００７４】
これに対して、本発明による試料Ｎｏ．１、３、４、５、７では、いずれも露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層の表面粗さＲ_y1が２μｍ以下で、導電性被覆層の表面粗さ（Ｒ_y2）が６μｍ以下であり、センサ回路の短絡や断線等による加工不良の発生率は十分に低く、また切削工具としての性能は、損耗センサ回路を形成していない切削工具に対する工具摩耗量の比率と欠損までの衝撃回数の比率は、ともに損耗センサ回路を形成してない切削工具を１００％とするとその±１０％以内で、損耗センサ回路形成前の切削工具と同等レベルの性能を有し、損耗センサ回路形成前の切削工具と同一条件で切削加工することが可能であった。切削加工に供した損耗センサ付切削工具は、設定した損耗センサ幅まで摩耗した時点で、正常にセンサ回路が動作して切削加工機停止の信号が出ており、損耗センサ付切削工具の狙いである切削工具の状態監視と工具寿命限界までの切削工具使用が可能であることが確認できた。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の損耗センサ回路付切削工具の製造方法によれば、絶縁性母材または表面に絶縁性被覆層を形成した導電性母材の表面に導電性被覆層を被着形成する工程と、この導電性被覆層を除去すべき部分に放電加工機の突起状電極を当接させてこの突起状電極と前記導電性被覆層との間で放電を生ぜしめて突起状電極が当接した部分の導電性被覆層を除去して切削工具の損耗状態を検知するためのセンサ回路を形成する工程とを具備することから、高い動作安定性で工具損耗状態を検出するセンサ回路を容易かつ確実に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の切削工具を示す図であり、（ａ）は手前上方からみた斜視図、（ｂ）は手前下方からみた斜視図である。
【図２】本発明の切削工具の要部を示す図である。
【図３】本発明の切削工具の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明の切削工具の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は放電加工機の電極を手前下方からみた図、（ｂ）は電極で形成されたセンサ回路パターンを有する切削工具を示す図である。
【図５】本発明の切削工具の他の製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の切削工具をチップホルダへ装着する例を示す分解斜視図である。
【図７】従来の切削工具を示す図である。
【符号の説明】
１スローアウェイチップ
２母材
５すくい面
６着座面
７逃げ面
８コーナー部
９切れ刃
１０凹部
ｗ幅
ｔ厚み
Ａ角部
１２導体
１３センサ回路
１４絶縁層
１５センサライン
１７接読ライン
１４接続端子
２４第１の側面ライン
２６折り返しライン
２７接続部
２８第２の側面ライン
２９クランプ孔
３０チップホルダ
３１ポケット
３２チップ座
３３拘束面
３４クランプねじ
３５ねじ孔
３６外部回路
３８リード線
３９検知回路
４０放電加工機ヘッド
４１電極
４３電極突起部
４６電極凹部
４８底面から側面にわたる電極突起部
５１隆起部
５２レーザー加工痕
５５溶融付着物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cutting tool used for cutting, and more particularly to a cutting tool with a wear sensor circuit provided with a sensor circuit for detecting wear of a cutting edge.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, methods for detecting the life of a cutting tool by utilizing thermal, mechanical, and electrical changes of the cutting tool have been studied. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-94272, a throw-away tip in which a sensor line (thin film circuit) having a constant width is formed along a cutting edge portion of a flank on the surface of a base material, and a work material is used with the tip. A method for determining tool life by measuring the electrical resistance of a sensor line while cutting is disclosed. According to the publication, a method for forming a sensor circuit including a sensor line by forming a conductive coating layer on the surface of a base material by a thin film forming method and then processing the sensor circuit pattern by laser processing is described. ing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-94272, in a method of forming a sensor circuit (conductive path) by coating a conductive film by a thin film formation method and lacking a conductive coating layer by laser processing, laser processing is performed. Since the processed portion is locally extremely hot and the conductive coating layer of the workpiece is melted and easily reattached, the conductive coating layer is formed on the surface of the missing portion where the conductive coating layer is to be removed. As a result, a part of the sensor circuit line is short-circuited, and the sensor circuit manufactured for measuring the wear amount of the cutting edge may not operate normally.
[0004]
Further, in such laser processing, since it is necessary to remove only the conductive coating layer, it is necessary to control the power of laser irradiation, and therefore laser processing is possible with respect to the interval between the lines of the sensor circuit. In many cases, the width becomes smaller. In this case, the scanning position of the laser is gradually shifted and scanned and processed repeatedly. The cross section of the insulating portion exposed due to the lack of the conductive coating layer is as shown in FIG. When the conductive base material 2 is exposed to a shape that is not flat but has substantially arc-shaped concave portions, the residue (not shown) of the conductive coating layer 51 melted during laser processing is reattached. As a result of causing a short circuit, the sensor circuit may not operate normally.
[0005]
Furthermore, since the surface of the exposed insulating base material 2 or the insulating coating layer 14 is rough as shown in FIG. 7, chips and fragments, a welded material, moisture 56, etc. are easily attached to the exposed portion 55. There was a risk of causing a short circuit or a decrease in strength.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a cutting tool with a wear sensor circuit that does not damage the electrical insulating portion that is essential for the normal operation of the sensor circuit.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the method for manufacturing a cutting tool with a wear sensor circuit according to the present invention, an insulating base material or a surface is coated with an insulating coating. A step of depositing and forming a conductive coating layer on the surface of the conductive base material on which the covering layer is formed, and the conductive coating; The protruding electrode of the electric discharge machine is brought into contact with the portion where the layer is to be removed, and the protruding electrode and the conductive The conductive coating layer is removed from the portion where the projecting electrode is in contact with the coating layer due to discharge. And forming a sensor circuit for detecting a worn state of the cutting tool. And features.
[0014]
In the manufacturing method of the cutting tool with wear sensor circuit, it is desirable to remove the conductive coating layer with a width (W) of 0.05 mm or more.
[0015]
In the method for manufacturing a cutting tool with a wear sensor circuit, a plurality of projecting electrodes of the cutting tool are formed on the electric discharge machine, and the sensor circuit is simultaneously formed on the conductive coating layer of the plurality of cutting tools. It is desirable to form.
[0016]
Further, in the method of manufacturing a cutting tool with a wear sensor circuit, a protruding portion that contacts the side surface of the cutting tool is provided around the protruding electrode of the electric discharge machine, and is provided on the surface side and the side surface side of the cutting tool. It is desirable that the sensor circuit can be formed at the same time.
[0017]
In the method for manufacturing a cutting tool with a wear sensor, the sensor circuit may be formed in a liquid.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Schematic perspective view of an example of a throw-away tip which is a preferred example of the cutting tool with wear sensor circuit of the present invention ((a) is a perspective view seen from the front upper side, (b) is a perspective view seen from the lower front side) This will be described with reference to FIG.
[0019]
The throwaway tip 1 is formed by forming a rake face 5 on one main surface of the tip 1 having a substantially rectangular parallelepiped shape, a seating surface 6 on the other main surface, and a flank 7 on the side surface. 1, especially when the main surface as shown in FIG. 1 is a polygonal shape, the flank 7 is composed of a plurality of planes, and the rake face 5 and two adjacent flank 7 intersect each other at the corner 8. It consists of the shape in which the cutting edge 9 was formed.
[0020]
A sensor line 15 made of a conductive band is provided in the vicinity of the cutting edge 9 in parallel along the cutting edge 9 and the allowable wear width of the tool life (wear amount) is defined by the formation position and width of the sensor line 15. Can do.
[0021]
A pair of connection terminals 20, 20 (20 ′, 20 ′) are formed on the seating surface 6, and thereby a pair of external circuits 36 formed on a chip holder 30 (described later) in contact with the

seating surface

6, 36 can be easily connected. Further, the pair of

connection terminals

20 and 20 are formed adjacent to each other, whereby the external terminals connected to the pair of connection regions can be easily positioned.
[0022]
One connection terminal 20 and the sensor line 15 are connected via a first side line 24 formed on the side surface (flank 7) of the chip 1, and the other end of the sensor line 15 is the flank. 7 is connected to a fold line 26, and the fold line 26 and the other connection terminal 20 are connected via a second side line 28 formed on the flank 7 (side surface). That is, according to FIG. 1, the first connection terminal 20-the first side line 24-the connection part 27a-the sensor line 15-the connection part 27b-the folding line 26-the second side line 28-the second connection terminal. 20, the sensor circuit 13 is configured. The sensor circuit 13 is provided in an insulated state with respect to the chip 1, and the sensor circuit 13 is composed of a conductor having a predetermined electric resistance value.
[0023]
For example, the position of the sensor line 15 is made to coincide with the life reference amount of the cutting edge 9 (the wear limit width of the cutting edge 9), for example, 0.05 to 0.7 mm, and cutting is performed with the cutting edge 9. When at least a part of the sensor line 15 formed in the vicinity of the blade 9 is disconnected due to damage such as wear, a pair of sensor lines 15, that is, the sensor circuit 13 is disconnected, and a pair formed at both ends of the sensor circuit 13. The lifetime of the cutting edge 9 can be detected by measuring the resistance value between the connection terminals 20 and 20 (20 ′ and 20 ′).
[0024]
Cutting edges 9 are formed at the respective corner portions 8 of both main surfaces of the throw-away tip 1, and one sensor line 15 is disposed in the vicinity of each cutting edge 9. In other words, the main surface of the chip 1 has a polygonal shape, a plurality of flank surfaces 7 (four in FIG. 1) are formed, and the corner surface 8 intersects the main surface 2 and two adjacent flank surfaces 7. In this case, it is desirable to form the sensor lines 15 in each corner portion 8 (eight in FIG. 1), and thereby cut by sequentially using the eight corner portions 8 according to the usage method described later. Can do.
[0025]
The first side surface line 24 and the second side surface line 28 formed on the flank 7 are opposite to the arrangement positions of the

connection terminals

20 and 20 of the sensor circuit 13 and the

connection terminals

20 and 20 of the sensor circuit 13. It arrange | positions so that the arrangement position of connection terminal 20 ', 20' of other sensor circuit 13 'may become the same position on a main surface on a surface, and it connects to the same external terminal 36 of the chip holder 30 of FIG. In order to do so, the sensor line 15 (in other words, with respect to the cutting edge 9) is arranged so as to have a predetermined inclination angle instead of an orthogonal direction.
[0026]
As shown in FIG. 1, the shape of the throw-away tip 1 is not limited to a square main surface (rake face 5 and seating face 6), but other positive shapes such as a circle, an ellipse, and a regular triangle. Polygons, parallelograms, rhombuses, and the like are applicable, and the cross-sectional shape of the throw-away tip 1 is not limited to a rectangle, but may be a trapezoidal shape. In addition to the shape described above, the present invention can be applied to a grooving chip or the like.
[0027]
According to the present invention, as shown in FIG. 2, the throw-away tip 1 is formed by depositing a conductive coating layer 12 on the surface of the chip 1 having an insulating coating layer 14 formed on the surface, and a conductive coating. The sensor circuit 13 shown in FIG. 1 for detecting the worn state of the chip 1 is formed by exposing the insulating base material 2 or the insulating coating layer 14 by omitting a part of the layer 12, and this sensor circuit is formed. The worn state of the cutting edge 9 can be detected by monitoring the 13 conduction states.
[0028]
The base material 2 may be either conductive or insulating. However, in the present invention, even if the base material 2 is conductive, the sensor circuit is not short-circuited between the lines of the sensor circuit 13. 13 can function normally.
[0029]
In the present invention, as shown in FIG. 2, the surface roughness (R) of the insulating coating layer 14 (or the insulating base material) exposed on the surface of the throw-away tip 1 due to the lack of the conductive coating layer 12._y1) Is 2 μm or less, in particular 1.5 μm or less, and further 1.0 μm or less. As a result, the strength of the chip 1 is reduced and the chip 1 is easily chipped, and the insulation between the lines of the sensor circuit 13 is reduced. It can be prevented as much as possible that the sensor circuit 13 does not function normally due to damage, and the stable operation of the chip 1 and the sensor circuit 13 can be maintained. That is, the surface roughness (R) of the insulating coating layer 14 (or the insulating base material) exposed on the surface of the chip 1_y1) Exceeds 2 μm, the strength of the chip 1 may be reduced and the chip 1 may be easily chipped, or the insulation between the lines of the sensor circuit 13 may be impaired and the sensor circuit 13 may not function normally. In addition, according to the present invention, the arithmetic average surface roughness (R) of the exposed insulating base material or insulating coating layer 14 is also shown._a1) 0.4 μm or less, 10-point average surface roughness (R_z1) Is desirably 2 μm or less.
[0030]
Surface roughness (R) of the conductive coating layer 12 forming the sensor circuit 13_y2) Prevents the conductive coating layer 12 from being damaged by colliding with chips during cutting or peeling off due to friction, and by rubbing and wearing due to handling before use. Therefore, the thickness is desirably 6 μm or less, and particularly desirably 3 μm or less.
[0031]
The end portion of the conductive coating layer 12 has a raised portion resulting from the processing method, and the height h of the raised portion is not more than three times the thickness of the conductive coating layer 12. Surface roughness of parts other than 12 raised parts (R_y3) Is desirably 2 μm or less. This is to suppress peeling and damage due to collision and friction with chips during cutting.
[0032]
The angle (θ) between the side surface (end surface) of the end portion of the conductive coating layer 12 and the exposed surface of the insulating coating layer 14 (or insulating base material) is preferably 70 to 120 °. If it is within this range, it is possible to suppress chips and fragments, welded materials, moisture, and the like from adhering to the exposed part, while suppressing the short circuit of the sensor circuit and increasing the density between the lines of the sensor circuit, This is because a complicated sensor line can be formed.
[0033]
In addition, the surface roughness (R of the exposed insulating base material or insulating coating layer 14 in the present invention)_y1), The surface roughness including the height of the raised portion at the end of the surface of the conductive coating layer 12 (R_y2) Can be measured using a contact-type surface roughness meter, or can be measured using a non-contact-type surface roughness meter using a laser or the like. Further, the height (h) of the raised portion at the end of the surface of the conductive coating layer 12 and the side surface of the end of the conductive coating layer 12 and the surface of the insulating base material or the insulating coating layer 14 exposed by electric discharge machining The formed angle θ can be calculated by reading from the actual measurement profile measured by the above method.
[0034]
The base material 2 of the throw-away tip 1 includes an alumina sintered body, a silicon nitride sintered body, a cermet, a cemented carbide, a cubic boron nitride sintered body (CBN / Cubic Boron Nitride), and a diamond sintered body. (PCD / Poly Crystalline Diamond) or the like can be suitably used. In particular, in the case of a conductive material such as cermet or cemented carbide, an insulating coating layer is provided between the base material and the conductive coating layer 12. 14 need to be interposed.
[0035]
As the insulating coating layer 10, at least one selected from the group consisting of silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, silicon carbide, diamond-like carbon, and diamond can be used. In terms of electrical insulation and wear resistance, aluminum oxide, zirconium oxide, and aluminum nitride are preferable. The insulating coating layer 14 is desirably formed to have a film thickness of 0.2 to 5 μm, particularly 0.5 to 3 μm, in order to prevent electrical peeling and peeling of the insulating coating layer 14.
[0036]
A protective hard coating layer (not shown) may be provided on the surface of the sensor circuit 13. Such hard coating layers include silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, silicon carbide, diamond-like carbon from the viewpoints of sensor circuit protection and wear resistance, and electrical insulation. At least one selected from the group of diamonds can be used. It is desirable to be selected from aluminum oxide, zirconium oxide, aluminum nitride, and silicon nitride. In order to make it possible to visually confirm the sensor circuit pattern, it is desirable that the total thickness of the hard coating layer is 50 μm or less, particularly 20 μm or less, and further 10 μm or less.
[0037]
The conductive band forming the sensor circuit 13 such as the sensor line 15, the connection line (a pair of

connection terminals

20 and 20, the first and second connection lines 15 and 18, the return line 26, and the connection portion 27) is a throw-away chip. It is possible to accurately determine whether the joining force of the tip 1 to the tip 1 is strong, the electrical resistance value of the sensor line 15 always shows a predetermined value without reacting with the work material, the degree of wear of the throw-away tip 1 and the occurrence of chipping. Reasons such as being detectable, reaction products are less likely to be generated on the work surface of the work material, oxidation resistance is excellent so that there is no change in the electrical resistance value of the sensor line 15 due to oxide formation, and electrical discharge workability 4a, 5a, 6a group metals such as Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, etc., iron group metals such as Co, Ni, Fe, etc., or metal materials such as Al, TiC, V, etc. , NbC, TaC, Cr_ThreeC₂, Mo₂C, WC, W₂C, TiN, VN, NbN, TaN, CrN, TiCN, VCN, NbCN, TaCN, CrCN, 4a, 5a, 6a group metal carbide, nitride, carbonitride, (Ti, Al) N In particular, at least one selected from the group consisting of TiN, (Ti, Al) N, (Ti, Al) CN, and CrN, and TiN are preferable.
[0038]
Next, the manufacturing method of the cutting tool with a wear sensor circuit mentioned above is demonstrated.
First, mixed using raw materials such as cemented carbide, cermet, ceramic, cBN, diamond, etc., molded into a predetermined tool shape and fired, then processed as desired, and further subjected to CVD method, PVD method, etc. on the surface as desired Ti (C, N) or Al₂O_ThreeA base material is produced by forming a hard coating film made of
[0039]
Next, prior to the production of the sensor circuit 13, the surface of the base material 2 is cleaned. Cleaning is a mechanical removal cleaning process in which brush cleaning, blasting, high-pressure air blow, etc. are performed for 1 to 30 minutes, and ultrasonic cleaning is performed in a liquid such as acid, alkali, organic solvent, or pure water for 5 to 60 minutes. The cleaning process is performed in combination with the drying process by hot air drying and vacuum drying.
[0040]
Then, if desired, the insulating coating layer 14 is deposited on the surface of the base material 2 using physical vapor deposition (PVD) and / or chemical vapor deposition (CVD). As a film forming method, an ion plating method, a sputtering method, or a plasma CVD method is desirable.
[0041]
Next, a conductive coating layer is formed on the surface of the insulating base material or the insulating coating layer 14 using physical vapor deposition (PVD) and / or chemical vapor deposition (CVD), in particular, ion plating or sputtering. 12 is deposited.
[0042]
Next, as shown in FIGS. 3 and 4, an electrode 41 of an electric discharge machine necessary for forming the sensor circuit 13 is prepared. A projection 43 having a pattern opposite to that of the sensor circuit 13 is formed on one surface of the electrode 41 to form a projection electrode. The material of the electrode 41 is preferably copper-tungsten, copper, or graphite, and particularly preferably copper-tungsten.
[0043]
In order to process the conductive coating layer 12 formed on the insulating coating layer 14 into the pattern of the sensor circuit 13, the projection 43 of the electrode 41 is brought into contact with the conductive coating layer 12 and the projection 43 and the conductive layer 12 are electrically conductive. A discharge is generated between the cover layer 12 and the conductive cover layer 12 other than the sensor circuit 13 is selectively removed. As a result, the surface of the insulating base material or insulating coating layer exposed by removing the conductive coating layer is roughened by processing marks as in the method of forming the sensor circuit 13 by laser processing, or the removed conductive coating layer is removed. The surface roughness of the exposed portion (R) does not cause a short circuit between the lines of the sensor circuit due to reattachment._y1) Is 2 μm or less, and processing without deposits is possible.
[0044]
The protrusion 43 of the electrode 41 of the electric discharge machine 44 is disposed on the upper portion of the conductive coating layer 12, and the electric discharge is generated between the protrusion 43 and the conductive coating layer 12 of the cutting tool while lowering the electrode 41 downward. And the conductive coating layer 12 is locally removed. The processing is controlled so as to be lowered by the thickness of the conductive coating layer 12 and is finished when the insulating coating layer 14 is exposed.
[0045]
In order to prevent the removal of the conductive coating layer 12 from reattaching to the processed portion, it is desirable to perform electric discharge machining in a liquid, particularly in petroleum such as kerosene.
[0046]
In the electric discharge machining, the discharge between the electrode 14 and the workpiece is not generated when the conductive coating 12 is removed and the insulating base material or insulating coating 14 is exposed. Therefore, the insulating base material or insulating coating 14 is removed. The pattern of the sensor circuit 13 can be produced without any damage.
[0047]
Even if a so-called three-dimensional chip breaker in which the surface of the cutting tool 2 has various irregularities is formed in order to improve chip disposal performance, the shape along the profile of the chip breaker surface, that is, the processing surface of the sensor circuit By producing and using the electrode 41 having the protruding portion 43, a sensor circuit pattern can be produced.
[0048]
If the electrode 41 of the electric discharge machine 44 is formed with a pattern of projections 43 corresponding to a plurality of cutting tools, or if a plurality of electrodes 41 are attached to the electric discharge machine 44 and a plurality of cutting tools are used, It is possible to form sensor circuits for a plurality of cutting tools at the same time.
[0049]
In addition, as shown in FIG. 5, a protrusion 48 is formed around the protrusion 43 of the electrode 41, and the electrode 41 is attached so as to cover the side surface of the chip 1 with the protrusion 48 and subjected to electric discharge machining. it can. According to this method, since the pattern of the upper surface and the side surface of the chip 1 can be formed at the same time, it is possible to prevent the connection failure of the sensor circuit due to the processing position shift. Then, if desired, the entire surface of the conductive coating layer that needs to be formed with a sensor circuit is subjected to electrical discharge machining, and then an inspection for measuring the electrical resistance is performed on all the circuits.
[0050]
Furthermore, according to the present invention, even when the width (W) of the portion lacking the conductive coating layer 12 is 0.05 mm or more, the processed portion is slightly changed as in the laser processed surface shown in FIG. The surface roughness of the exposed insulating coating layer 11 (R_y1) Can be controlled to 2 μm or less, and the time required for processing can be shortened.
[0051]
As shown in FIG. 6, the throw-away tip 1 is attached to the tip holder 30 or the like by the clamp screw 34 being screwed into the clamp hole 29 or being pressed from the rake face 5 side with a metal fitting (not shown). Installed.
[0052]
A tip mounting pocket 31 is formed at the tip of the tip holder 30. The bottom surface of the pocket 31 is a chip seat 32. The side surface of the pocket 31 is in contact with the side surface of the chip and serves as a restraining surface 33 for restraining the chip. The throw-away tip 1 is stored in the pocket 31, the seating surface 6 is brought into contact with the tip seat 32, and the side surface of the tip 11 is brought into contact with the restraining surface 33. Then, the clamp screw 34 is inserted into the clamp hole 29 of the throw-away tip 1 from above, and the tip thereof is screwed into the screw hole 35 formed in the center of the tip seat 32, whereby the throw-away tip 1 is inserted into the tip holder 30. It is attached to.
[0053]
The tip seat 32 is elastically biased upward, for example, at a position facing one of the

connection terminals

20, 20 connected to the sensor line 15 provided at the corner portion used for cutting the attached throw-away tip 1. A pair of

external terminals

36 and 36 projecting several mm from the chip seat 32 are provided. When the throw-away tip 1 is mounted in the pocket 31, the

external terminals

36 and 36 are pushed down by the seating surface 6 of the throw-away tip 1, and the upper ends of the

external terminals

36 and 36 are flush with the tip seat 32. At this time, the upper ends of the

external terminals

36 and 36 are in electrical contact with the pair of

connection terminals

20 and 20 provided on the seating surface 6 of the throw-away tip 1.
[0054]
Further, as shown by a one-dot chain line, the

external terminals

36 and 36 are connected to a lead wire 38 disposed in the chip holder 30, and this lead wire 38 is connected to a resistance value detection circuit 39 such as an ohm meter. Thus, the resistance value of the sensor line 15 provided on the cutting edge 9 (the corner portion 8 used for cutting) of the throw-away tip 1 attached to the pocket 31 can be measured.
[0055]
6, the cutting edge 9 of the corner portion 8A of the throw-away tip 1 is used for cutting. When the cutting edge 9 of the corner portion 8A is worn, the clamp screw 34 and the holding fitting are loosened, and the throw-away tip 1 is rotated by 90 ° about the center of the rake face 5, so that the corner portion 8A Another adjacent corner portion 8 can be used as a cutting edge 9 for cutting. Thus, the throw-away tip 1 can be rotated by 90 °, and the four corners on one main surface side of the tip 1 can be sequentially used for cutting. Furthermore, if the throwaway tip 1 is turned upside down and mounted on a holder or the like, the four corner portions of the other main surface can be used in order for cutting, and a total of eight corner portions 8 can be used. . In addition, when using the corner part of the other main surface, a rake surface and a seating surface function in reverse.
[0056]
【Example】
Example 1
WC 84 wt%, TiC 6 wt%, NbC 3 wt%, Co 7 wt% mixed, formed into a tool shape of SNMG120408, fired in vacuum at 1500 ° C for 1 hour, Ti (C, N ) -Al₂O_ThreeA throwaway tip coated with a layer was produced.
[0057]
The cutting tool is immersed in acid, alkali, organic solvent and pure water for ultrasonic cleaning, then mechanically cleaned with a rotating brush, and then immersed again in alkali, organic solvent and pure water. Ultrasonic cleaning and vapor drying with an organic solvent.
[0058]
Next, an insulating coating layer and a conductive coating layer shown in Table 1 were formed using an ion plating apparatus.
[0059]
Next, an electrode of a copper-tungsten electric discharge machine having six protrusions opposite to the sensor circuit formed on one side is prepared, and the surface opposite to the electrode protrusion is attached to the head of the electric discharge machine. This projection is brought into contact with the conductive coating layer of the base material and a voltage of 100 V is applied to the electrode of the electric discharge machine, thereby generating a discharge between the projection and the conductive coating layer, and other parts than the sensor circuit Was removed. By performing the same electric discharge machining by changing the direction of the chip, all the six surfaces on which the sensor circuit exists were manufactured by the same method, and the sensor circuit having the pattern of FIG. 1 was formed.
[0060]
After producing the sensor circuit, the surface roughness of the conductive coating layer, the exposed insulating base material or the insulating coating layer is measured with a contact surface roughness meter, and Ry, The height h of the raised portion and the angle θ between the end surface of the conductive coating layer and the exposed insulating base material or insulating coating layer were calculated.
[0061]
In addition, the sensor circuit of the obtained cutting tool was subjected to continuity inspection of all circuits and insulation inspection between the conductive coating layer and the exposed insulating base material or insulating coating layer. The continuity test was 10 ohms or less and the insulation test was 100 kiloohms or more, and the processing defect rate for 100 samples was calculated.
[0062]
And it cut by the following

cutting conditions

1 and 2 using the obtained cutting tool with a wear sensor. On the other hand, the cutting performance of a cutting tool manufactured in exactly the same manner as described above, except that no wear sensor circuit is formed, is evaluated in the same manner. Using the number of times as a reference (100%), the cutting performance of each sample of the cutting tool with wear sensor was compared.
[0063]
(Cutting evaluation conditions)
Test 1-Wear test
Work material: Chromium molybdenum alloy steel (SCM435)
Cutting speed: 200 m / min
Feeding speed: 0.3mm / rev
Cutting depth: 2mm
Other conditions: Wet cutting
Test 2-Damage test
Work Material: Chromium Molybdenum Alloy Steel (SCM435) [Steel Material with 4 Grooves]
Cutting speed: 100 m / min
Feeding speed: 0.3mm / rev
Cutting depth: 2mm
Other conditions: Dry cutting
In the wear test, the time required for the cutting tool not forming the wear sensor circuit to reach the maximum wear amount of 0.2 mm and the time required for the cutting tool equipped with the wear sensor circuit to reach the maximum wear amount of 0.2 mm were determined. The ratio of the tool life of the cutting tool with the wear sensor circuit to the tool life of the cutting tool before the wear sensor circuit was measured was calculated. In the damage test, measure the number of impacts until the cutting tool before the wear sensor circuit was lost and become unusable, and the number of impacts until the cutting tool with the wear sensor circuit was broken and unusable. The ratio of the number of impacts of the cutting tool with the wear sensor circuit to the number of impacts of the cutting tool before applying the wear sensor circuit was calculated. In addition, an operation test of the wear sensor was performed, and the ratio of the number of samples that did not operate normally with the set wear sensor width to the number of tests was calculated as the operation failure rate, and the operation stability of the wear sensor was determined. .
[0064]
Sample No. For sample 2, sample No. 2 was used except that the sensor circuit pattern was formed by laser processing. 1 was prepared and evaluated. The results are shown in Table 1.
(Example 2)
WC 80% by weight, TiC 3% by weight, TaC 5% by weight, NbC 4% by weight, Co 8% by weight are mixed into a tool shape of SNMG120408 and then fired in vacuum at 1500 ° C for 1 hour to produce a throw-away tip. did.
[0065]
After cleaning in the same manner as in Example 1, sample 3 was formed by plasma CVD, and sample 4 was formed by ion plating to form an insulating coating layer shown in Table 1, respectively. Was deposited.
[0066]
And after producing the electrode of the electric discharge machine, the production of the sensor circuit pattern, and the inspection of the sensor circuit by the same method as in the first embodiment, the cutting is performed under the following cutting conditions 3 and 4, and the same as in the first embodiment. A cutting tool without a wear sensor circuit was prepared, and the cutting performance of the cutting tool with a wear sensor was compared based on the amount of wear and the number of impacts until damage (100%).
[0067]
(Cutting evaluation conditions)
Test 3-Wear test
Work material: Chromium molybdenum alloy steel (SCM435)
Cutting speed: 100 m / min
Feeding speed: 0.2mm / rev
Cutting depth: 1.5mm
Other conditions: Wet cutting
Test 4-Damage test
Work Material: Chromium Molybdenum Alloy Steel (SCM435) [Steel Material with 4 Grooves]
Cutting speed: 80 m / min
Feeding speed: 0.3mm / rev
Cutting depth: 2mm
Other conditions: Dry cutting
(Example 3)
Si_ThreeN_Four90% by weight, Er₂O_Three8% by weight, SiO₂After mixing at a ratio of 2% by weight and forming into a tool shape of SNMA120408, it was fired at 30 atmospheres of nitrogen and 1850 ° C. for 2 hours, and then subjected to HIP (hot isostatic pressing) to produce a throw-away tip. For sample 7, Ti (C, N) -Al is further formed by thermal CVD.₂O_ThreeA 5 μm layer was deposited.
[0068]
And after washing | cleaning by the method similar to Example 1, about the sample 7, the insulating coating layer of Table 1 was formed by the ion plating method. Further, a conductive coating layer was formed on each sample by ion plating.
[0069]
After that, after making the electrode of the electric discharge machine, making the sensor circuit pattern, and inspecting the sensor circuit by the same method as in Example 1, the cutting process is performed under the following cutting conditions 5 and 6 to form the wear sensor circuit. The amount of wear of the cutting tool that was not used and the number of impacts until damage were compared as a reference (100%).
[0070]
Sample No. For sample 6, sample No. 6 was used except that the sensor circuit pattern was formed by laser processing. This was prepared and evaluated in the same manner as in No. 5. The results are shown in Table 1.
[0071]
(Cutting evaluation conditions)
Test 5-Wear test
Work material: Gray cast iron (FC250)
Cutting speed: 500 m / min
Feeding speed: 0.5mm / rev
Cutting depth: 2.0mm
Other conditions: Dry cutting
Test 6-Damage test
Work material: Gray cast iron (FC250) [4 grooves]
Cutting speed: 100 m / min
Feeding speed: 0.3mm / rev
Cutting depth: 3.0mm
Other conditions: Dry cutting
[0072]
[Table 1]

[0073]
From the results shown in Table 1, the surface roughness (R_y1) Is larger than 2 μm. 2 and 6, the sensor circuit cannot be properly configured due to short-circuiting or disconnection caused by re-adhesion of the melt of the conductive coating layer or removal of the insulating coating layer, and it is determined that the sensor circuit is defective in the continuity test. If there is more than 30%, and the surface of the exposed insulating base material or insulating coating layer or conductive coating layer is roughened when cutting is evaluated, chips or fragments on exposed parts, welds, etc. Moisture and the like were likely to adhere, causing damage due to short circuit and abnormal operation of the sensor circuit and peeling of the coating layer.
[0074]
On the other hand, sample no. 1, 3, 4, 5 and 7, the exposed surface roughness R of the insulating base material or the insulating coating layer is exposed._y1Is 2 μm or less, the surface roughness of the conductive coating layer (R_y2) Is 6 μm or less, the incidence of machining defects due to short circuits or disconnections of the sensor circuit is sufficiently low, and the performance as a cutting tool is the ratio of the amount of tool wear to the cutting tool that does not form a wear sensor circuit. The ratio of the number of impacts until breakage is within ± 10% of the cutting tool that does not have a wear sensor circuit, and the performance is equivalent to that of the cutting tool before the wear sensor circuit is formed. Cutting was possible under the same conditions as the cutting tool before forming the sensor circuit. When a cutting tool with a wear sensor used for cutting is worn down to the set wear sensor width, the sensor circuit operates normally and a cutting machine stop signal is output. It was confirmed that it was possible to monitor the condition of a cutting tool and use the cutting tool up to the tool life limit.
[0075]
【The invention's effect】
According to the manufacturing method of the cutting tool with a wear sensor circuit of the present invention, the insulating base material or the surface is insulated. Forming a conductive coating layer on the surface of the conductive base material on which the conductive coating layer has been formed; The projecting electrode of the electric discharge machine is brought into contact with the portion where the coating layer is to be removed, and the projecting electrode and the conductive electrode Remove the conductive coating layer at the part where the projecting electrode abuts by generating a discharge with the conductive coating layer. And forming a sensor circuit for detecting the wear state of the cutting tool. Thus, a sensor circuit for detecting a tool wear state with high operational stability can be easily and reliably formed.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are views showing a cutting tool of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view seen from the upper front side, and FIG. 1B is a perspective view seen from the lower front side.
FIG. 2 is a view showing a main part of a cutting tool of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining a method for manufacturing a cutting tool according to the present invention.
4A and 4B are diagrams for explaining a method for manufacturing a cutting tool according to the present invention, in which FIG. 4A is a view of an electrode of an electric discharge machine as viewed from the lower front side, and FIG. 4B is a sensor circuit pattern formed by the electrode. It is a figure which shows the cutting tool which has.
FIG. 5 is a view for explaining another manufacturing method of the cutting tool of the present invention.
FIG. 6 is an exploded perspective view showing an example in which the cutting tool of the present invention is mounted on a chip holder.
FIG. 7 is a view showing a conventional cutting tool.
[Explanation of symbols]
1 Throw away chips
2 Base material
5 Rake face
6 Seating surface
7 flank
8 Corner
9 Cutting edge
10 recess
w width
t thickness
A corner
12 conductors
13 Sensor circuit
14 Insulating layer
15 Sensor line
17 Reading line
14 Connection terminal
24 First side line
26 Folding line
27 connections
28 Second side line
29 Clamp hole
30 Chip holder
31 pockets
32 chip seat
33 Restraint surface
34 Clamp screw
35 Screw hole
36 External circuit
38 Lead wire
39 Detection circuit
40 Electric discharge machine head
41 electrodes
43 Electrode protrusion
46 Electrode recess
48 Electrode protrusion from bottom to side
51 Uplift
52 Laser processing marks
55 Molten deposit

Claims

A process of depositing and forming a conductive coating layer on the surface of an insulating matrix or a conductive matrix having an insulating coating layer formed on the surface;
A portion where the projecting electrode of the electric discharge machine is brought into contact with a portion where the conductive coating layer is to be removed, and a discharge is generated between the projecting electrode and the conductive coating layer so that the projecting electrode is in contact with the projecting electrode. And a step of forming a sensor circuit for detecting a worn state of the cutting tool by removing the conductive coating layer. A method for producing a cutting tool with a wear sensor circuit, comprising:

Method for producing a wear sensor with circuit cutting tool according to claim 1, wherein removing the electrically conductive coating layer at 0.05mm or more width (W).

Wherein forming the protruding electrodes of the plurality component of the cutting tool in the electric discharge machine, according to claim 1 or claim and forming the sensor circuit simultaneously conductive coating layer of the plurality of cutting tools The manufacturing method of the cutting tool with a wear sensor circuit of 2 description.

Claim 1, wherein the electric discharge machine the protrusion abuts against the side surface of the cutting tool around the protruding electrodes provided in simultaneously the sensor circuit formed on the surface side and side surface side of the cutting tool The manufacturing method of the cutting tool with a wear sensor in any one of thru | or 3 .

Method for producing a wear sensor with circuit cutting tool according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the formation of the sensor circuit in the liquid.