JP3898427B2 - Throw-away tip and manufacturing method thereof - Google Patents
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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スローアウェイチップに関し、特に切刃の摩耗を検知するセンサラインを設けたスローアウェイチップに関する。
【0002】
【従来の技術】
ホルダー等に装着され、切削刃として機能するスローアウェイチップが公知である。スローアウェイチップは、刃先が摩耗したときに再研磨せずに取り換える使い捨てのチップである。スローアウェイチップは、通常は、四角形や三角形を基本とする略平板状の母材の各コーナ部分に切刃稜が形成されている。そしていずれかのコーナ部分の切刃稜が摩耗すると、他のコーナ部分の切刃稜を使用する。そしてすべてのコーナ部分の切刃稜が摩耗したときに取り換えられる。
【0003】
ところで、スローアウェイチップの切刃稜がどの程度摩耗したかを調べることは容易なことではない。特に、切削加工中に、切削加工を中断することなく、切刃稜の摩耗量を検出することは作業環境上大変難しい。
【0004】
従来の切刃稜の摩耗量検知方法としては、
(1)切削加工を中断し、スローアウェイチップをホルダー等から取り外し、工具顕微鏡等で切刃稜を観察するというやり方、
(2)切刃稜の摩耗に付随して起こる現象、たとえば切削力の低下や振動の増加、異音の発生等を、工作機械上の加工部近傍に設置したセンサで検出し、その検出信号に基づいて切刃稜の摩耗量を推定するやり方、
等があった。
【0005】
しかしながら、上記(1)のやり方は、切削加工を中断して行わなければならず、しかも切刃稜の摩耗量を定量的に検出できず、精度が良くないという課題があった。
【0006】
また、上記(2)のやり方は、複雑な検出装置を必要とし、しかも、摩耗量の検出感度が悪く、信頼性に欠けるという課題があった。
【0007】
これら課題を解決する提案が、実開平3−120323号公報に記載されている。この公報には、スローアウェイチップの逃げ面に、切刃稜に沿って導電膜でセンサラインを設けることが開示されている。センサラインの幅は、摩耗許容幅に対応させることも開示されている。従って、この公報に開示のスローアウェイチップによれば、切刃稜の摩耗に伴いセンサラインも摩耗し、センサラインが途切れたときに切刃稜が寿命に達したと判別することができる。
【0008】
また、特開平9−38846号公報には、スローアウェイチップではない通常の切削工具において、その逃げ面に薄膜回路を設け、逃げ面の摩耗に伴って薄膜回路が摩耗することに伴い電気抵抗が変化することを検知して、切削工具の寿命を自動的に判定する方法が提案されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなスローアウェイチップにおいて、センサラインを形成するには、図7に示すように、不必要なパターン部分(図7の黒色部分)にレーザを照射して除去するが、逃げ面8にセンサライン12を形成する場合は、切削加工で使用される切刃9部分にもレーザを照射する必要があり、その部分が一旦溶融して再固溶した粗面な状態となってしまう。
【0010】
切削加工は、切り込み送り量を設定して行われ、例えば1回転当たり0.2mm進む場合、逃げ面8とすくい面5の稜線からすくい面5側の0.2mm内側に切削抵抗がかかることになる。負荷がかかる部分にレーザを照射して表面状態を荒らしているため、切削力が低下したり、切削中に切刃9部分に微小なクラックが発生してしまう。その状態で切削加工を行うと、欠損を誘発するという問題があった。また、切刃9部分に微小なクラックが発生した場合、被削材の仕上げ面粗度も劣化するという問題もあった。
【0011】
本発明はかかる課題を解決し、切刃部分の表面を荒らすことなくセンサラインを形成することができるスローアウェイチップを提供することを目的とする。
【0012】
また、本発明の他の目的はセンサラインを形成したことによって切刃部分に欠損が発生しやすくなることを解消したスローアウェイチップを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明では、略平板状の母材を有し、前記母材の一主面側にすくい面、他の主面側に着座面、および前記すくい面と交差する側面に逃げ面を形成し、前記すくい面と逃げ面との交差稜に切刃が形成されたスローアウェイチップにおいて、前記切刃を含む領域に、レーザ照射により上辺と下辺とで区画された所定幅を有する導電性膜から成るセンサラインを前記母材に対して電気的に絶縁状態で設けられており、前記センサラインの下辺を前記交差稜に沿って前記逃げ面に形成し、前記センサラインの上辺を前記交差稜から離間して前記すくい面側に形成したことを特徴とする。
【0014】
また、請求項2に係るスローアウェイチップでは、略角柱状の母材の少なくとも一端部の上面側にすくい面、端面側に前逃げ面、および側面側に横逃げ面がそれぞれ形成され、このすくい面と前逃げ面との交差稜に前切刃が、すくい面と横逃げ面との交差稜に横切刃が形成されてなるスローアウェイチップにおいて、前記前切刃と横切刃とを含む領域に、レーザ照射により上辺と下辺とで区画された所定幅を有する導電性膜から成るセンサラインを前記母材に対して電気的に絶縁状態で設けられており、前記センサラインの下辺を前記交差稜に沿って前記前逃げ面と前記横逃げ面に形成し、前記センサラインの切刃部分の上辺を前記交差稜から離間して前記すくい面側に形成したことを特徴とする。
【0015】
また、請求項3に係るスローアウェイチップによれば、略板状を呈する母材の外周面に、周方向に隣接して形成されるすくい面と逃げ面との対が1組又は前記周方向に沿って複数組形成され、前記対をなすすくい面と逃げ面との交差稜にそれぞれ厚さ方向の切刃が形成されたスローアウェイチップにおいて、前記切刃を含む領域に、レーザ照射により上辺と下辺とで区画された所定幅を有する導電性膜から成るセンサラインを前記母材に対して電気的に絶縁状態で設けられており、前記センサラインの下辺を前記交差稜に沿って前記逃げ面に形成し、前記センサラインの上辺を前記交差稜から離間して前記すくい面側に形成したことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の具体的な実施形態を説明する。
【0017】
図1(a)は、この発明の一実施形態にかかるスローアウェイチップ1を手前上方から見た斜視図であり、図1(b)はそのスローアウェイチップ1を手前下方から見た斜視図である。スローアウェイチップ1は、略平板状(略直方体状)の母材2を有する。母材2は、本来上下の区別はされないが、説明の便宜上、一方を上面、他方を下面として以下に説明する。
【0018】
母材2の上面にはすくい面5が形成され、母材2の下面は着座面6とされている。また、母材2の4つの側面には、それぞれ逃げ面8が形成されている。そしてすくい面5と各逃げ面8との交差稜によって切刃稜9が形成されている。さらに、すくい面5および隣接する2つの逃げ面8の交差部分は切削に使用可能なコーナ部を形成している。
【0019】
母材2の中央には、上面から下面に貫通するクランプ孔11が形成されている。スローアウェイチップ1はクランプ孔11にクランプねじが螺合されることによりホルダー等に装着される。装着状態では、たとえば図1(a)の手前上側の切刃9が切削に用いられる。また、クランプねじを緩めて、クランプ孔11を中心にスローアウェイチップ1を90°回転させると、別のコーナ部の切刃9を切削に使用できる。このようにスローアウェイチップ1を90°ずつ回転させることにより、その上面側の4つのコーナ部を順次切削に使用することができる。
【0020】
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ー等に装着することにより、図1(a)、1(b)において下面側の4つのコーナ部を順に切削に使用することができる。下面側コーナ部が使用される場合は、上面が着座面とされ、下面がすくい面として機能する。このようにスローアウェイチップ1は、直方体状の母材2の8つのコーナ部分がそれぞれ切削に使用可能である。
【0021】
このため、8つのコーナ部には、それぞれ、切刃稜9に沿って延びる導電性膜のセンサライン12が設けられている。
【0022】
センサライン12は、上辺Uと下辺Lとで区画された所定幅を有する導電性膜から成る。このセンサライン12の切刃部分の上辺は、図2に拡大して示すように、前記交差稜よりもすくい面5側に設けられている。
【0023】
切削加工では、例えば1回転当たり0.2mm進む場合、刃先のチャンファー部の切刃稜線から0.2mm内側に切削抵抗がかかる。したがって、このセンサラインの上辺U側は、切り込み送り量を勘案して、その切削抵抗がかかる部分よりもさらに内側にレーザを照射してパターニングをすればよい。
【0024】
このように、センサライン12の切刃9部分の上辺Uを交差稜よりもすくい面5側に設けると、このセンサライン12を後述するようにレーザ走査してパターニングする際に、レーザ光が切刃9部分に照射されることがないことから、切刃9部分がレーザ光によって粗面化することを防止できる。
【0025】
切刃9部分のセンサライン12をすくい面5側に形成すると、逃げ面8側のセンサライン12が断線しても信号がすくい面5側をバイパスして断線信号を確認できないという懸念はあるが、実際の切削加工では、切屑がすくい面5部分から排出されることから、すくい面5のセンサライン12がまず摩耗し、次に逃げ面8のセンライン12が摩耗することになり、切刃9部分の正確な摩耗検知に支障はない。
【0026】
また、センサライン12の下辺Lはすくい面5と逃げ面8との交差稜とほぼ平行になるように逃げ面8に設けられている。つまり、センサライン12の下辺Lは、コーナ部の寿命基準量(逃げ面8の摩耗限界)に一致されている。通常、この種のスローアウェイチップ1のコーナ部の寿命基準量は、0.05〜0.7mmの範囲内であるから、センサライン12の下辺Lも、かかる寿命基準量と等しい位置になるように形成する。
【0027】
たとえば、スローアウェイチップ1の逃げ面8の摩耗が0.2mmで寿命となる場合には、センサライン12の逃げ面8部分の幅Wも0.2mmとして作成される。コーナ部によって切削加工が行われると、加工時間の増加とともに切刃稜9および逃げ面8の摩耗が進行する。逃げ面8の摩耗が進行すると、それに応じてセンサライン12も摩耗する。そして逃げ面8の摩耗幅が寿命基準量以上に達すると、この寿命基準量に一致した下辺Lを有するセンサライン12は摩耗により断線する。センサライン12の両端の抵抗値は、後述するように外部回路により測定されているから、センサライン12の抵抗値が無限大になった時点をもって、コーナ部の切刃稜9が寿命に達したと判定することができる。
【0028】
図1(b)に示すように、着座面6には対をなす2つの接触領域13、14が設けられている。2つの接触領域13、14は、導電性膜で形成されており、母材2に対して絶縁状態で設けられている。接触領域13、14は、たとえばホルダーの外部に備えられる抵抗値の検知回路と電気的に接続可能な領域である。後述するようにスローアウェイチップ1がホルダーに装着されたとき、ホルダーのチップ座に設けられた検知回路のプローブが、この接触領域13、14に電気的に接続される。
【0029】
母材2の逃げ面8から着座面6にわたって、導電性膜により、母材2と絶縁状態で、接続ライン15、16が設けられている。接続ライン15は、センサライン12の一端121と一方の接触領域13とを電気的に接続するものであり、接続ライン16は、センサライン12の他端122と他方の接触領域14とを電気的に接続するものである。
【0030】
センサライン12の一端121に接続された接続ライン15は、その一部に折り返しライン17を有している。折り返しライン17は、折り返し部18でセンサライン12の一端121とつながっている。折り返しライン17は、センサライン12と所定間隔を隔てて、センサライン12の下辺Lと平行に延びている。接続ライン15の一端を折り返しライン17とすることにより、接続ライン15と接続ライン16とを、所定の間隔で平行に逃げ面8上に設けることができ、接続ライン15、16を面積効率良く配置できるという利点がある。
【0031】
逃げ面8に形成された2本の接続ライン15、16は、センサライン12に対して(換言すれば切刃稜9に対して)、直交方向ではなく、所定の傾斜角度で交差する方向に延びる傾斜ラインとされている。この理由は、下面である着座面6に設けられた接触領域13、14の配置位置と、上面に設けられた接触領域l3、14の配置位置とを全く同じ配置にするためである。
【0032】
図3は、図1(a)、(b)に示すスローアウェイチップ1をホルダーに装着する様子を示す図解的な斜視図である。
【0033】
ホルダー20の先端にはチップ装着用のポケット21が形成されている。ポケット21の底面はチップ座22となっている。またポケット21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23となっている。スローアウェイチップ1はこのポケット21に納められ、着座面6がチップ座22に当接される。またその側面が拘束面23に当接される。そして上方からクランプねじ24がスローアウェイチップ1のクランプ孔11に差し込まれて、その先端がチップ座22の中央に形成されたねじ孔25に螺合される。これによりスローアウェイチップ1はホルダー20に装着される。
【0034】
チップ座22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部に設けられたセンサライン12と接続された接触領域13、14に対向する位置に、一対のプローブ26、27が突設されている。プローブ26、27は上方へ弾力付勢されていて、チップ座22からたとえば数mm突出している。スローアウェイチップ1がポケット21に装着されると、スローアウェイチップ1の着座面6によってプローブ26、27は押し下げられ、その上端はチップ座22と面一となる。このときプローブ26、27の上端はスローアウェイチップ1の着座面6に設けられた接触領域13、14とそれぞれ電気的に接触した状態となる。
【0035】
プローブ26、27には、一点鎖線で示すように、ホルダー20内に敷設されたリード線28がつながれていて、このリード線28はオーム計等の抵抗値の検知回路29に接続されている。
【0036】
よって、検知回路29により、ポケット21に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部10に設けられたセンサライン12の低抗値を測定することができる。
【0037】
次に、この発明にかかるスローアウェイチップの母材ならびにセンサライン、接触領域および接続ライン等の材質や製造方法につき説明をする。
【0038】
スローアウェイチップの母材としては、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/Polycrystalline Diamond)等が使用できる。
【0039】
アルミナ質焼結体としては、ZrO2を2ないし30重量%、Fe、Ni、Coの酸化物のうち少なくとも1種を0.01ないし5重量%、残部がAl2O3および不可避不純物からなるアルミナ質焼結体などが使用できる。
【0040】
窒化珪素質焼結体としては、窒化珪素を85〜96モル%、周期律表第3a族元素を酸化物換算で1〜5モル%、不純物的酸素をSiO2換算で3〜10モル%の割合で含有し、アルミニウム化合物の含有量が酸化物(Al2O3)換算で1重量%以下のものなどがある。
【0041】
サーメットとしては、Tiを炭化物、窒化物あるいは炭窒化物換算で50ないし80重量%、周期律表第6a族元素を炭化物換算で10ないし40重量%の割合で含有するとともに(窒素/炭素+窒素)で表される原子比が0.4ないし0.6の範囲内にある硬質相成分70ないし90重量%と、鉄族金属から成る結合相成分10ないし30重量%とから成るTiCN基サーメットなどある。
【0042】
超硬合金としては、硬質相と結合相で構成されるものなどがあり、硬質相は、炭化タングステン、または炭化タングステンの5〜15重量%を周期律表第4a、5a、6a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物で置換したものなどからなり、結合相は、Co等の鉄族金属を主成分とするもので、例えば全量中に5〜15重量%の割合で含有される。
【0043】
スローアウェイチップの切刃部分に形成されるセンサライン12は、それ自体が所定の電気抵抗値を有する。この電気低抗値の変化をオーム計で測定することによって、スローアウェイチップの摩耗度合い、欠損の発生の有無が検出できる。
【0044】
センサライン12は、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等で形成される。
【0045】
この中でも、TiNはスローアウェイチップの母材に対する接合力が強いこと、被削材と反応せず、センサライン12の電気抵抗値が常に所定値を示し、スローアウェイチップの摩耗度合い、欠損の発生の有無を正確に検出することができること、被削材の加工表面に反応生成物による傷が形成されるのを有効に防止できること、耐酸化性に優れ、酸化物生成によるセンサライン12の電気抵抗値の変化がなく、スローアウェイチップの摩耗度合い、欠損の発生の有無を正確に検出することができること、等の理由から好適に使用し得る。
【0046】
このセンサライン12は、次のように作られる。まず、CVD法やイオンプレーティング、スパッタリング、蒸着等のPVD法、めっき法等を採用することによってスローアウェイチップの母材のほぼ全面に所定厚みに導電性膜が被着される。その後、レーザ加工によって、導電性膜が所定パターンに加工される。
【0047】
導電性膜は、その厚みが0.05μm未満の薄いものでは、母材表面への接合が弱くなるとともにセンサライン12の電気抵抗値が高くなり、スローアウェイチップの摩耗度合いや欠損を正確に検出するのが困難となってしまう危険性がある。また20μmを超える導電性膜を形成しようとすると、形成時に導電性膜の内部に大きな応力が発生して残留し、該残留応力によって、導電性膜の母材表面への接合が弱いものとなってしまう危険性がある。
【0048】
スローアウェイチップの母材表面に被着されたTiNや(Ti、Al)N、(Ti、Al)CN等の導電性膜は、レーザ加工等によって、センサライン12、接触領域13、14、接続ライン15、16等の所定パターンに加工される。レーザ加工により所定パターンに加工する場合には、母材表面に被着されたTiN等に対し、波長が1.06μmのYAGレーザを35kHz、10Aの出力で幅50μm、描画スピード100〜300mm/sで照射走査することによって、あるいはCO2レーザを20Wの出力で照射面積径0.3mm、描画スピード0.3m/minで照射走査することによって行われる。
【0049】
センサライン12等は、スローアウェイチップの母材がアルミナ質焼結体、窒化珪素質焼結体、cBN等の絶縁物で形成されている場合には、その表面に直接形成される。また、母材が超硬合金やサーメット等の導電物で形成されている場合は、アルミナ等の絶縁物からなる中間層を間に挟んで形成される。
【0050】
前記アルミナ等の絶縁物からなる中間層は、センサライン等を電気的に独立させる作用をなす。中間層は、CVD法等の方法を採用することによって、母材表面とセンサライン等(導電性膜)との間に所定の厚みに形成される。
【0051】
中間層の具体的な形成方法は、中間層がアルミナからなる場合、スローアウェイチップの母材を、温度が約1050℃、圧力が6.5kPaに設定されている耐熱合金製反応容器内に配置する。次に、反応容器内にH2を40〜50l/min、CO2を1〜3l/min、AlCl3を0.5〜2l/minを2時間流入させ、Al2O3を生成するとともに、それを母材表面に被着させることによって行われる。
【0052】
また中間層は、その厚みが1μm未満では、母材とセンサライン等との間に電気的な短絡が発生して、センサラインによりスローアウェイチップの摩耗度合いや欠損の検出を正確に行うことができなくなる危険性がある。また10μmを超える中間層を形成しようとすると、形成の際に中間層内部に応力が発生して残留し、該残留応力によって中間層の母材に対する接合強度が弱いものとなり、小さな外力印加によっても中間層が母材表面より容易に剥離してしまう危険性がある。従って、中間層は、その厚みを1μmないし10μmの範囲としておくことが好ましい。
【0053】
図4(a)、(b)、(c)、(d)、(e)に、この発明を適用可能なスローアウェイチップの各種形状の例を、それぞれ、平面図および正面図(正面側の側面図)により示す。
【0054】
図4(a)は図1で説明した形状であり、母材の平面形状が略正方形のスローアウェイチップを示している。
【0055】
図4(b)は、母材の平面形状が正三角形のスローアウェイチップであり、このチップは上面および下面各3つのコーナ部分を切削に使用できる。つまり合計6つのコーナ部があり、それぞれにセンサラインが設けられ、着座面には各センサラインに対応した接触領域が設けられている。
【0056】
図4(c)は母材の平面形状が菱形のチップを示す。図4(c)に示すスローアウェイチップでは、対角方向に位置する鋭角のコーナ部4つが切削に使用される。
【0057】
図4(d)は、図4(b)と同様、平面形状が正三角形の母材で構成されたスローアウェイチップである。図4(d)は、図4(a)〜(c)とは異なり、いわゆるポジタイプと呼ばれる片面だけが切削に使用されるスローアウェイチップである。このチップは、上面がすくい面、下面が着座面となっていて、それを上下逆にして使うことはできない。上面の3つのコーナ部が切削に利用される。このため3つのコーナ部には、それぞれセンサラインが設けられている。また下面の着座面には接触領域が設けられ、側面の逃げ面には接続ラインが設けられている。
【0058】
図4(e)は平面形状が略三角形の母材で構成されたねじ切りチップである。このねじ切りチップでは、三角形の頂部近傍にねじ溝を旋削するための切刃が設けられている。
【0059】
以上説明した形状の他、たとえば平面形状が丸形や楕円形のスローアウェイチップ、あるいは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。
【0060】
これらのチップでは、いずれも切刃部分に上辺と下辺とで区画された所定幅を有する導電性膜から成るセンサラインを母材に対して電気的に絶縁状態で設け、このセンサラインの下辺はすくい面と逃げ面との交差稜とほぼ平行になるように逃げ面に形成し、このセンサラインの切刃部分の上辺は交差稜よりもすくい面側に形成されている。
【0061】
本発明者等が切削試験を行ったところ、従来のように切刃部分にレーザーを照射してセンサラインをパターニングしたものでは、100個中5個のものが切刃部分に欠損を生じたが、本発明のようにセンサラインの上辺をすくい面に設けたものでは、100個中欠損を生じたものは皆無であった。
【0062】
図5は、請求項2に係るスローアウェイチップの一実施形態を示す図である。このスローアウェイチップは溝入れ加工などに用いられる。このスローアウェイチップでは、略角柱状のチップ本体1の両端部の上面側にすくい面5が、端面側に前逃げ面8aが、および側面側に横逃げ面8bが形成され、このすくい面5と前逃げ面8aとの稜線部に前切刃9aが、すくい面5と横逃げ面8bとの稜線部に横切刃9bが形成されている。
【0063】
前切刃9a部分と横切刃9b部分に沿って延びる上辺と下辺とで区画された所定幅を有する導電性膜から成るセンサライン12を母材に対して電気的に絶縁状態で設けている。このセンサライン12の下辺Lは稜線部とほぼ平行になるように逃げ面に形成している。このセンサライン12の切刃部分9a、9bの上辺Uは稜線部よりもすくい面5側に形成している。
【0064】
このスローアウェイチップでは、一方の接続領域13がチップ本体1の上面側に設けられ、他方の接続領域(不図示)がチップ本体1の裏面側に設けられ、センサライン12とこれらの接続領域とが接続ライン15、16で接続されている。
【0065】
図6は、請求項3に係るスローアウェイチップの一実施形態を示す図である。このスローアウェイチップも溝入れ加工などに用いられる。このスローアウェイチップでは、全体として略板状を呈するチップ本体1の外周面に、周方向に隣接して形成されるすくい面5と逃げ面8との対が3組形成され、この対をなすすくい面5と逃げ面8との交差位置にそれぞれ厚さ方向の切刃9が形成されている。
【0066】
この切刃9部分に上辺Uと下辺Lとで区画された所定幅を有する導電性膜から成るセンサライン12をこの母材に対して電気的に絶縁状態で設けている。このセンサライン12の下辺Lはこの交差位置とほぼ平行になるようにこの逃げ面8に形成している。このセンサライン12の切刃9部分の上辺Uはこの交差位置よりもすくい面5側に形成している。
【0067】
このスローアウェイチップでも、一方の接続領域13がチップ本体1の上面側に設けられ、他方の接続領域(不図示)がチップ本体1の裏面側に設けられ、センサライン12とこれらの接続領域とが接続ライン15、16で接続されている。
【0068】
以上、各発明の実施形態につき、具体的かつ詳細に説明したが、かかる実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【0069】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に係るスローアウェイチップによれば、略平板状の母材を有し、前記母材の一主面側にすくい面、他の主面側に着座面、および前記すくい面と交差する側面に逃げ面を形成し、前記すくい面と逃げ面との交差稜に切刃が形成されたスローアウェイチップにおいて、前記切刃を含む領域に、レーザ照射により上辺と下辺とで区画された所定幅を有する導電性膜から成るセンサラインを前記母材に対して電気的に絶縁状態で設けられており、前記センサラインの下辺を前記交差稜に沿って前記逃げ面に形成し、前記センサラインの上辺を前記交差稜から離間して前記すくい面側に形成したことから、センサラインを形成する際に、切刃部分の表面を荒らすことがなく、切刃部分に欠損が発生しやすくなることを極力解消できる。
【0070】
また、請求項2および請求項3に係る発明も請求項1に係る発明と同様の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)はこの発明の一実施形態にかかるスローアウェイチップを手前上方から見た斜視図であり、(b)はそのスローアウェイチップを手前下方から見た斜視図である。
【図2】この発明の一実施形態にかかるスローアウェイチップの切刃部分を拡大して示す図である。
【図3】この発明の一実施形態にかかるスローアウェイチップを、ホルダーに装着する様子を示す図解的な斜視図である。
【図4】(a)〜(e)は、それぞれ、この発明を適用可能なスローアウェイチップの各種形状の例を示す平面図および正面図である。
【図5】請求項2に係るスローアウェイチップの一実施形態を示す図であり、(a)は平面視した状態を示す図、(b)は側面視した状態を示す図、(c)は端面視した状態を示す図である。
【図6】請求項3に係るスローアウェイチップの一実施形態を示す図であり、(a)は側面視した状態を示す図、(b)は平面視した状態を示す図である。
【図7】従来のスローアウェイチップを示す図である。
【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、8:逃げ面、9:切刃稜、10:コーナ部、12、123、125:センサライン、13、14:接触領域、15、16:接続ライン、17:折り返しライン、18:折り返し部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a throw-away tip used for cutting, and particularly to a throw-away tip provided with a sensor line for detecting wear of a cutting edge.
[0002]
[Prior art]
A throw-away tip that is mounted on a holder or the like and functions as a cutting blade is known. The throw-away tip is a disposable tip that is replaced without re-polishing when the cutting edge is worn. In the throw-away tip, a cutting edge is usually formed at each corner portion of a substantially flat base material based on a square or a triangle. And when the cutting edge ridge of one corner part wears, the cutting edge ridge of another corner part is used. And when the cutting edge ridges of all corner parts are worn, they are replaced.
[0003]
By the way, it is not easy to examine how much the cutting edge of the throw-away tip is worn. In particular, it is very difficult in the working environment to detect the wear amount of the cutting edge ridge without interrupting the cutting process during the cutting process.
[0004]
As a conventional method for detecting the wear amount of the cutting edge,
(1) A method of interrupting the cutting process, removing the throw-away tip from the holder, etc., and observing the cutting edge ridge with a tool microscope,
(2) Phenomena that accompany wear on the cutting edge, such as a decrease in cutting force, an increase in vibration, and the generation of abnormal noise, are detected by a sensor installed near the machined part on the machine tool, and the detection signal A method for estimating the wear amount of the cutting edge ridge based on
Etc.
[0005]
However, the above method (1) has to be performed by interrupting the cutting process, and further, there is a problem that the amount of wear of the cutting edge cannot be quantitatively detected and the accuracy is not good.
[0006]
Further, the method (2) has a problem that a complicated detection device is required, and that the wear amount detection sensitivity is poor and the reliability is insufficient.
[0007]
A proposal for solving these problems is described in Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-120323. This publication discloses that a sensor line is provided with a conductive film along the edge of the cutting edge on the flank face of the throw-away tip. It is also disclosed that the width of the sensor line corresponds to the wear allowable width. Therefore, according to the throw-away tip disclosed in this publication, the sensor line is also worn with the wear of the cutting edge, and it can be determined that the cutting edge has reached the end of its life when the sensor line is interrupted.
[0008]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-38846 discloses that in a normal cutting tool that is not a throw-away tip, a thin film circuit is provided on the flank face, and the electric resistance increases as the thin film circuit wears as the flank face wears. There has been proposed a method for detecting the change and automatically determining the life of the cutting tool.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In order to form the sensor line in the throw-away chip as described above, as shown in FIG. 7, unnecessary pattern portions (black portions in FIG. 7) are removed by irradiating with a laser. When the
[0010]
Cutting is performed by setting a cutting feed amount. For example, when 0.2 mm per revolution is advanced, cutting resistance is applied to the
[0011]
An object of the present invention is to solve such problems and to provide a throw-away tip capable of forming a sensor line without roughening the surface of the cutting edge portion.
[0012]
Another object of the present invention is to provide a throw-away tip that eliminates the possibility of a chipping portion being easily damaged by forming a sensor line.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 has a substantially flat base material, Said A rake face is formed on one principal surface side of the base material, a seating surface on the other principal surface side, and a flank face on a side surface intersecting with the rake face, and the rake face and the flank face are formed. Intersection In the throw-away tip with a cutting edge formed in By laser irradiation to the area containing the cutting edge A sensor line made of a conductive film having a predetermined width partitioned by an upper side and a lower side is provided in an electrically insulated state with respect to the base material, and the lower side of the sensor line The The intersection ridge along The sensor line is formed on the flank. of Upper side The The intersection ridge Apart from the above It is formed on the rake face side.
[0014]
In the throw-away tip according to
[0015]
In addition, according to the throw-away tip according to claim 3, it has a substantially plate shape. Base material A pair of rake face and flank formed adjacent to each other in the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface of the rake face or a plurality of pairs along the circumferential direction. Intersection In each of the throw-away inserts each having a cutting edge in the thickness direction, Laser irradiation on the area including the cutting edge A sensor line made of a conductive film having a predetermined width partitioned by an upper side and a lower side is provided in an electrically insulated state with respect to the base material, and the lower side of the sensor line The The intersection Along the ridge Formed on the flank, the sensor line Upper side The intersection Apart from the ridge It is formed on the rake face side.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1A is a perspective view of a throw-away tip 1 according to an embodiment of the present invention when viewed from the front upper side, and FIG. 1B is a perspective view of the throw-away tip 1 viewed from the front lower side. is there. The throw-away tip 1 has a
[0018]
A
[0019]
In the center of the
[0020]
Further, by turning the throw-away tip 1 upside down and mounting it on a holder or the like, the four corner portions on the lower surface side in FIGS. 1A and 1B can be used for cutting in order. When the lower surface side corner portion is used, the upper surface serves as a seating surface and the lower surface functions as a rake surface. In this way, the throw-away tip 1 can use each of the eight corner portions of the rectangular
[0021]
For this reason, each of the eight corners is provided with a
[0022]
The
[0023]
In cutting, for example, when 0.2 mm per rotation, the cutting resistance is applied 0.2 mm inside from the cutting edge ridge line of the chamfer part of the cutting edge. Therefore, the upper side U of the sensor line may be patterned by irradiating a laser further on the inner side than the portion where the cutting resistance is applied in consideration of the cutting feed amount.
[0024]
As described above, when the upper side U of the
[0025]
If the
[0026]
Further, the lower side L of the
[0027]
For example, when the wear of the
[0028]
As shown in FIG. 1B, the
[0029]
[0030]
A
[0031]
The two
[0032]
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a state in which the throw-away tip 1 shown in FIGS. 1A and 1B is mounted on a holder.
[0033]
A
[0034]
A pair of
[0035]
As shown by the alternate long and short dash lines, the
[0036]
Therefore, the resistance value of the
[0037]
Next, the base material of the throw-away chip according to the present invention, the material of the sensor line, the contact area, the connection line, etc., and the manufacturing method will be described.
[0038]
As the base material of the throw-away tip, alumina sintered body, silicon nitride sintered body, cermet, cemented carbide, cubic boron nitride sintered body (CBN / cubic Boron Nitride), diamond sintered body (PCD) / Polycrystalline Diamond) or the like can be used.
[0039]
As an alumina sintered body,
[0040]
The silicon nitride sintered body includes 85 to 96 mol% of silicon nitride, 1 to 5 mol% of Group 3a element in the periodic table in terms of oxide, and impurity oxygen of SiO2. 2 It is contained at a rate of 3 to 10 mol% in terms of conversion, and the aluminum compound content is oxide (Al 2 O Three ) 1% by weight or less in terms of conversion.
[0041]
The cermet contains 50 to 80% by weight of Ti in terms of carbide, nitride or carbonitride, and contains Group 6a element of the periodic table in a proportion of 10 to 40% by weight in terms of carbide (nitrogen / carbon + nitrogen). TiCN group cermet comprising 70 to 90% by weight of a hard phase component having an atomic ratio in the range of 0.4 to 0.6 and 10 to 30% by weight of a binder phase component comprising an iron group metal, etc. is there.
[0042]
Examples of the cemented carbide include those composed of a hard phase and a binder phase, and the hard phase is tungsten carbide, or 5 to 15% by weight of tungsten carbide, carbides of the metals in groups 4a, 5a, and 6a of the periodic table. The binder phase is mainly composed of an iron group metal such as Co, and is contained in a total amount of 5 to 15% by weight, for example.
[0043]
The
[0044]
The
[0045]
Among these, TiN has a strong bonding force to the base material of the throw-away tip, does not react with the work material, the electric resistance value of the
[0046]
The
[0047]
If the conductive film is thin with a thickness of less than 0.05 μm, the bonding to the surface of the base material becomes weak and the electrical resistance value of the
[0048]
Conductive films such as TiN, (Ti, Al) N, and (Ti, Al) CN deposited on the surface of the base material of the throw-away chip are connected to the
[0049]
When the base material of the throw-away chip is formed of an insulator such as an alumina sintered body, a silicon nitride sintered body, or cBN, the
[0050]
The intermediate layer made of an insulator such as alumina functions to make the sensor line and the like electrically independent. The intermediate layer is formed with a predetermined thickness between the surface of the base material and the sensor line or the like (conductive film) by employing a method such as a CVD method.
[0051]
When the intermediate layer is made of alumina, the intermediate layer is formed by placing the base material of the throw-away tip in a heat-resistant alloy reaction vessel set at a temperature of about 1050 ° C. and a pressure of 6.5 kPa. To do. Next, H in the reaction vessel 2 40-50 l / min, CO 2 1-3 l / min, AlCl Three 0.5-2 l / min for 2 hours, Al 2 O Three And is applied to the surface of the base material.
[0052]
Further, if the thickness of the intermediate layer is less than 1 μm, an electrical short circuit occurs between the base material and the sensor line, etc., and it is possible to accurately detect the degree of wear and the chipping of the throw-away tip by the sensor line. There is a risk that it will not be possible. Further, if an intermediate layer exceeding 10 μm is formed, stress is generated and remains in the intermediate layer during the formation, and the residual stress weakens the bonding strength of the intermediate layer to the base material, and even when a small external force is applied. There is a risk that the intermediate layer is easily peeled off from the surface of the base material. Therefore, the intermediate layer preferably has a thickness in the range of 1 μm to 10 μm.
[0053]
4 (a), (b), (c), (d), and (e), examples of various shapes of the throw-away tip to which the present invention can be applied are respectively a plan view and a front view (on the front side). (Side view)
[0054]
FIG. 4A shows the throw-away tip having the shape described in FIG. 1 and the base material having a substantially square planar shape.
[0055]
FIG. 4B shows a throw-away tip whose base material has a regular triangle shape, and this tip can use three corner portions on the upper surface and the lower surface for cutting. That is, there are a total of six corner portions, each provided with a sensor line, and a contact area corresponding to each sensor line is provided on the seating surface.
[0056]
FIG. 4C shows a chip whose base material has a rhombus shape in plan view. In the throw-away tip shown in FIG. 4 (c), four acute corner portions positioned diagonally are used for cutting.
[0057]
FIG. 4D is a throw-away tip formed of a base material having an equilateral triangle in plan view, as in FIG. 4B. FIG. 4D is a throw-away tip in which only one side called a so-called positive type is used for cutting, unlike FIGS. 4A to 4C. This chip has a rake face on the upper surface and a seating surface on the lower surface, and cannot be used upside down. Three corners on the upper surface are used for cutting. For this reason, sensor lines are provided in the three corner portions. A contact area is provided on the lower seating surface, and a connection line is provided on the side relief surface.
[0058]
FIG. 4 (e) shows a threaded tip made of a base material having a substantially triangular planar shape. In this thread cutting tip, a cutting blade for turning the thread groove is provided near the top of the triangle.
[0059]
In addition to the shapes described above, the present invention can also be applied to, for example, a throwaway tip having a round or elliptical plan shape, or a grooving tip.
[0060]
In each of these chips, a sensor line made of a conductive film having a predetermined width divided by an upper side and a lower side is provided in the cutting edge portion in an electrically insulated state with respect to the base material, and the lower side of the sensor line is The flank is formed so as to be substantially parallel to the intersection ridge between the rake face and the flank, and the upper side of the cutting edge portion of the sensor line is formed on the rake face side of the intersection ridge.
[0061]
When the present inventors conducted a cutting test, in the case where the sensor line was patterned by irradiating the cutting edge portion with a laser as in the past, 5 out of 100 pieces were defective in the cutting edge portion. In the case where the upper side of the sensor line was provided on the rake face as in the present invention, none of the 100 lines were defective.
[0062]
FIG. 5 is a view showing an embodiment of a throw-away tip according to
[0063]
A
[0064]
In this throw-away chip, one
[0065]
FIG. 6 is a view showing an embodiment of a throw-away tip according to a third aspect. This throw-away tip is also used for grooving. In this throw-away tip, three pairs of the
[0066]
A
[0067]
Also in this throw-away chip, one
[0068]
The embodiments of each invention have been described specifically and in detail. However, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, the throw-away tip according to claim 1 has a substantially flat base material, Said A rake face is formed on one principal surface side of the base material, a seating surface on the other principal surface side, and a flank face on a side surface intersecting with the rake face, and the rake face and the flank face are formed. Intersection In the throw-away tip with a cutting edge formed in By laser irradiation to the area containing the cutting edge A sensor line made of a conductive film having a predetermined width partitioned by an upper side and a lower side is provided in an electrically insulated state with respect to the base material, and the lower side of the sensor line The The intersection ridge along The sensor line is formed on the flank. of Upper side The The intersection ridge Apart from the above Since it is formed on the rake face side, the surface of the cutting edge portion is not roughened when forming the sensor line, and it is possible to eliminate as much as possible that the cutting edge portion is likely to be damaged.
[0070]
The inventions according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view of a throw-away tip according to an embodiment of the present invention as viewed from the front upper side, and FIG. 1B is a perspective view of the throw-away tip as viewed from the front lower side.
FIG. 2 is an enlarged view showing a cutting edge portion of a throw-away tip according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a state in which the throw-away tip according to the embodiment of the present invention is attached to a holder.
4A to 4E are a plan view and a front view showing examples of various shapes of the throw-away tip to which the present invention can be applied, respectively.
5A and 5B are diagrams showing an embodiment of a throw-away tip according to
6A and 6B are diagrams showing an embodiment of a throw-away tip according to claim 3, wherein FIG. 6A is a diagram showing a side view, and FIG. 6B is a diagram showing a plan view.
FIG. 7 is a view showing a conventional throw-away tip.
[Explanation of symbols]
1: throwaway tip, 2: base material, 5: rake surface, 6: seating surface, 8: flank surface, 9: cutting edge, 10: corner portion, 12, 123, 125: sensor line, 13, 14: Contact area, 15, 16: connection line, 17: folding line, 18: folding part
Claims (6)
前記切刃を含む領域に、レーザ照射により上辺と下辺とで区画された所定幅を有する導電性膜から成るセンサラインを前記母材に対して電気的に絶縁状態で設けられており、前記センサラインの下辺を前記交差稜に沿って前記逃げ面に形成し、前記センサラインの上辺を前記交差稜から離間して前記すくい面側に形成したことを特徴とするスローアウェイチップ。Has a substantially flat base member, said rake surface on one main surface side of the base material, to form a flank on a side surface intersecting the other seating surface on the main surface side, and the rake face, said rake face In the throw-away tip where the cutting edge is formed at the crossing ridge with the flank,
In the region including the cutting edge, a sensor line made of a conductive film having a predetermined width partitioned by an upper side and a lower side by laser irradiation is provided in an electrically insulated state with respect to the base material. A throw-away tip , wherein a lower side of a line is formed on the flank along the intersecting ridge, and an upper side of the sensor line is formed on the rake face side apart from the intersecting ridge.
前記前切刃と横切刃とを含む領域に、レーザ照射により上辺と下辺とで区画された所定幅を有する導電性膜から成るセンサラインを前記母材に対して電気的に絶縁状態で設けられており、前記センサラインの下辺を前記交差稜に沿って前記前逃げ面と前記横逃げ面に形成し、前記センサラインの切刃部分の上辺を前記交差稜から離間して前記すくい面側に形成したことを特徴とするスローアウェイチップ。Substantially prismatic upper surface side rake face of the at least one end portion of the base material, surface relief before the end face side, and the lateral flank is formed respectively on the side surface side, switching before the intersection ridge between the rake face and front flank In the throw-away tip where the blade is formed with a horizontal cutting edge at the intersection of the rake face and the side flank face,
A sensor line made of a conductive film having a predetermined width divided by an upper side and a lower side by laser irradiation is provided in an area including the front cutting edge and the horizontal cutting edge in an electrically insulated state with respect to the base material. A lower side of the sensor line is formed on the front flank and the side flank along the intersecting ridge, and an upper side of the cutting edge portion of the sensor line is separated from the intersecting ridge and is on the side of the rake face A throw-away tip that is formed in
前記切刃を含む領域に、レーザ照射により上辺と下辺とで区画された所定幅を有する導電性膜から成るセンサラインを前記母材に対して電気的に絶縁状態で設けられており、前記センサラインの下辺を前記交差稜に沿って前記逃げ面に形成し、前記センサラインの上辺を前記交差稜から離間して前記すくい面側に形成したことを特徴とするスローアウェイチップ。A pair of rake faces and flank faces formed adjacent to each other in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the base material having a substantially plate shape is formed as a pair or a plurality of pairs along the circumferential direction. In the throw-away tip in which the cutting edge in the thickness direction is formed at the intersection ridge with the flank,
In the region including the cutting edge, a sensor line made of a conductive film having a predetermined width partitioned by an upper side and a lower side by laser irradiation is provided in an electrically insulated state with respect to the base material. A throw-away tip , wherein a lower side of a line is formed on the flank along the intersecting ridge, and an upper side of the sensor line is formed on the rake face side apart from the intersecting ridge .
母材のほぼ全面に導電性膜を被着させる工程と、 Depositing a conductive film on almost the entire surface of the base material;
前記センサラインの下辺が前記交差稜に沿って前記逃げ面に形成されるとともに、前記センサラインの上辺は前記交差稜から離間して前記すくい面側に形成されるように、レーザ加工によって、前記導電性膜を除去する工程とを具えることを特徴とするスローアウェイチップの製造方法。 By laser processing, the lower side of the sensor line is formed on the flank along the intersecting ridge, and the upper side of the sensor line is formed on the rake face side away from the intersecting ridge. And a step of removing the conductive film.
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