JP6849636B2 - 鏡面加工方法および鏡面加工工具 - Google Patents

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Description

本発明は、ワークを鏡面加工する鏡面加工方法および鏡面加工工具に関する。
下記特許文献１には、超硬合金等により形成されたエンドミルによって、被切削物を加工するものが開示されている。
特開２０１８−００８３２３号公報
ワークの鏡面加工を行う場合には、多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素により形成された鏡面加工工具によって、仕上げ加工を行う。ステンレス材等の材料とするワークを上記特許文献１の技術のように超硬合金等により形成されたエンドミルによって荒加工する場合、エンドミルの刃先にチッピングが生じ、加工面に筋目や打痕が発生することがある。加工面に筋目や打痕が発生した状態のワークに対して鏡面加工工具によって仕上げ加工が行われても、安定した鏡面仕上げ性を得ることができない問題があった。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、安定した鏡面仕上げ性を得ることができる鏡面加工方法および鏡面加工工具を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様は、ワークを鏡面加工する鏡面加工方法であって、シャンクの先端に多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素により形成された円柱部が設けられ、前記円柱部に直線状に延びる溝が設けられることにより形成された切れ刃を有する第１の工具により第１の加工を行うステップと、前記第１の加工ののちに、シャンクの先端に多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素により形成された円柱部が設けられ、前記円柱部に切れ刃を有さない第２の工具により第２の加工を行うステップと、を有する。
本発明の第２の態様は、ワークを鏡面加工する鏡面加工工具であって、シャンクの先端に多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素により形成された円柱部が設けられ、前記円柱部に直線状に延びる溝が設けられることにより形成された切れ刃を有する。
本発明によれば、安定した鏡面仕上げ性を得ることができる。
図１Ａは荒加工を示す図、図１Ｂは中仕上げ加工を示す図、図１Ｃは仕上げ加工を示す図である。 スリット入りＰＣＤ工具の斜視図である。 スリット入りＰＣＤ工具をボディ側から見た状態の部分拡大図である。 ＣＢＮ工具を示す図である。 図５Ａは、超硬工具の切れ刃の拡大図、図５Ｂは、ＣＢＮ工具の切れ刃の拡大図である。 超硬工具、ＣＢＮ工具およびスリット入りＰＣＤ工具の特徴をまとめた表である。 スリット入りＰＣＤ工具の変形例を示す斜視図である。
〔第１の実施の形態〕
［鏡面加工方法］
図１は、鏡面加工方法について説明する図である。図１Ａは荒加工を示す図、図１Ｂは中仕上げ加工を示す図、図１Ｃは仕上げ加工を示す図である。本実施の形態では、フライス盤やマシニングセンタによって、ステンレス系等の難削材を材料とするワーク１０に対して、超硬工具１２による荒加工、スリット入りＰＣＤ工具１４による中仕上げ加工、および、ＰＣＤ工具１６による仕上げ加工の３つの加工が行われることにより、ワーク１０の表面を鏡面に仕上げる。
超硬工具１２は、シャンク１７の先端に超硬合金により形成されたボディ（円柱部）１８を有するエンドミルである。超硬工具１２は、一般的なエンドミルであり、ボディ１８には４枚の切れ刃２０を有する。なお、切れ刃２０の枚数は、４枚に限らず、２枚であってもよいし、４枚以上であってもよい。
スリット入りＰＣＤ工具１４は、シャンク２１の先端に多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）により円柱状に形成されたボディ（円柱部）２２を有するエンドミルである。ボディ２２の側面には、軸方向に平行に延びる直線状の溝（スリット）２４が４本形成されており、この溝２４により切れ刃２６が形成される。なお、溝２４は４本に限らず、２本であってもよいし、４本以上であってもよい。なお、多結晶ダイヤモンドに代えて、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）によりボディ２２を形成するようにしてもよい。
ＰＣＤ工具１６は、シャンク２７の先端に多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）により円柱状に形成されたボディ（円柱部）２８を有するエンドミルである。スリット入りＰＣＤ工具１４のボディ２２と異なり、ＰＣＤ工具１６のボディ２８には、溝が形成されておらず、切れ刃を有しない。なお、多結晶ダイヤモンドに代えて、立方晶窒化ホウ素によりボディ２８を形成するようにしてもよい。
［スリット入りＰＣＤ工具の構成］
図２は、スリット入りＰＣＤ工具１４の斜視図である。前述のように、スリット入りＰＣＤ工具１４のボディ２２の側面には、軸方向に平行に延びる溝２４が４本形成されている。多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素により円柱状に形成されたボディ２２の側面を、レーザ加工または放電加工を行うことにより、溝２４が形成される。
図３は、スリット入りＰＣＤ工具１４をボディ２２側から見た状態の部分拡大図である。スリット入りＰＣＤ工具１４は、図３にＡで示す範囲を１枚の切れ刃２６と見ることができる。切れ刃２６は、すくい面３０、ラウンド面３２、および、逃げ面３４を有する。切れ刃２６のすくい面３０のすくい角θ１ｒはネガティブに形成されている。すくい面３０のすくい角θ１ｒの大きさと、逃げ面３４の逃げ角θ１ｃの大きさは略等しく形成されている。また、溝２４の幅とマージン幅（ラウンド面３２の幅）の割合は、略１対９となるように形成されている。
［作用効果］
中仕上げ加工を、超硬工具１２、ＣＢＮ工具３６、スリット入りＰＣＤ工具１４により行われた場合について比較する。
図４は、ＣＢＮ工具３６を示す図である。ＣＢＮ工具３６は、超硬工具１２と略同形状のエンドミルである。超硬工具１２のボディ１８が超硬合金により形成されているのに対して、ＣＢＮ工具３６のボディ３８は、超硬合金よりも高硬度である立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）により形成されている。
図５Ａは、超硬工具１２の切れ刃２０の拡大図、図５Ｂは、ＣＢＮ工具３６の切れ刃４０の拡大図である。超硬合金は比較的靱性が高いため、超硬工具１２の切れ刃２０のすくい角θ２ｒはポジティブに形成されている。一方、立方晶窒化ホウ素は靱性が低いため、ＣＢＮ工具３６の切れ刃４０のすくい角θ３ｒはネガティブに形成されている。
図６は、超硬工具１２、ＣＢＮ工具３６およびスリット入りＰＣＤ工具１４の特徴をまとめた表である。
ワーク１０がステンレス系等の難削材である場合、超硬工具１２では工具寿命が短く、連続加工時間が短縮化されてしまう。また、超硬工具１２の切れ刃２０はチッピングが生じやすく、チッピングが生じた場合にはワーク１０の加工面品位が低くなる。中仕上げ加工における加工面品位が低い場合、ＰＣＤ工具１６による仕上げ加工が行われたとしても、ワーク１０の加工面を良好な鏡面とすることができず、安定した鏡面仕上げ性を得ることができない問題があった。
ＣＢＮ工具３６を用いて中仕上げ加工を行う場合、超硬合金に比べて立方晶窒化ホウ素は硬度が高いため、超硬工具１２に比べてＣＢＮ工具３６の工具寿命は長く、連続加工時間を延ばすことができる。しかし、ＣＢＮ工具３６であっても、切れ刃４０のチッピングを回避することはできず、チッピングが生じた場合にはワーク１０の加工面品位が低くなる。また、ＣＢＮ工具３６では切り込み量を数μｍから数十μｍまでしか設定することができず、切り込み量の管理が困難であった。
本実施の形態のように、スリット入りＰＣＤ工具１４を用いて中仕上げ加工を行う場合、多結晶ダイヤモンドは立方晶窒化ホウ素よりもさらに硬度が高いため、ＣＢＮ工具３６に比べてスリット入りＰＣＤ工具１４の工具寿命は長く、連続加工時間をさらに伸ばすことができる。また、マージン幅が広いため、加工時にすくい面３０に生じる熱をラウンド面３２側に分散させることができ、切れ刃２６のチッピングが生じ難く、ワーク１０の加工面品位を向上させることができる。したがって、スリット入りＰＣＤ工具１４による中仕上げ後、ＰＣＤ工具１６により仕上げ加工を行なうことで、ワーク１０の加工面に対して、安定した鏡面仕上げ性を得ることができる。また、スリット入りＰＣＤ工具１４は、切り込み量を数百μｍまで設定することができ、切り込み量の管理が容易となる。
また、超硬工具１２のボディ１８やＣＢＮ工具３６のボディ３８の表面処理は、研磨により行われるが、スリット入りＰＣＤ工具１４のボディ２２の表面処理は、レーザ加工または放電加工により行われるため、スリット入りＰＣＤ工具１４の製造コストを抑えることができる。
〔変形例〕
図７は、スリット入りＰＣＤ工具１４の変形例を示す斜視図である。第１の実施の形態では、スリット入りＰＣＤ工具１４のボディ２２の側面に、軸方向に平行に延びる直線状の溝２４が形成されていた。第１の実施の形態のスリット入りＰＣＤ工具１４は、ワーク１０の側面の加工に用いられる。ワーク１０の天面や底面の加工を行なうために、図７に示すように、スリット入りＰＣＤ工具１４のボディ２２の軸方向端面に、直線状の溝４２が形成されるようにしてもよい。
〔実施の形態から得られる技術的思想〕
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
ワーク（１０）を鏡面加工する鏡面加工方法であって、シャンク（２１）の先端に多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素により形成された円柱部（２２）が設けられ、前記円柱部に直線状に延びる溝（２４）が設けられることにより形成された切れ刃（２６）を有する第１の工具（１４）により第１の加工を行うステップと、前記第１の加工ののちに、シャンク（２７）の先端に多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素により形成された円柱部（２８）が設けられ、前記円柱部に切れ刃を有さない第２の工具（１６）により第２の加工を行うステップと、を有する。これにより、ワークの加工面に対して安定した鏡面仕上げ性を得ることができる。
上記の鏡面加工方法であって、前記第１の加工の前に、シャンク（１７）の先端に超硬合金により形成されたボディ（１８）が設けられ、前記ボディに切れ刃（２０）を有する第３の工具（１２）により第３の加工を行うステップを有する。これにより、超硬合金でボディが形成された第３の工具により荒加工を行なった後であっても、ワークの加工面に対して安定した鏡面仕上げ性を得ることができる。
ワーク（１０）を鏡面加工する鏡面加工工具であって、
シャンク（２１）の先端に多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素により形成された円柱部（２２）が設けられ、前記円柱部に直線状に延びる溝が設けられることにより形成された切れ刃（２６）を有する。これにより、中仕上げ加工時の加工効率を向上させることができる。
上記の鏡面加工工具であって、前記切れ刃のすくい角（θ１ｒ）の大きさと逃げ角（θ１ｃ）の大きさとが略等しい。これにより、第１の工具のボディをレーザ加工や放電加工により容易に加工することができる。
上記の鏡面加工工具であって、前記溝の幅と前記切れ刃のマージン幅との比は１対９である。これにより、加工時にすくい面に生じる熱をラウンド面側に分散させることができ、切れ刃のチッピングを抑制することができる。
上記の鏡面加工工具であって、前記切れ刃は、放電加工またはレーザ加工によって仕上げられている。これにより、第１の工具の製造コストを抑制することができる。
１０…ワーク １２…超硬工具（第３の工具）
１４…スリット入りＰＣＤ工具（第１の工具）
１６…ＰＣＤ工具（第２の工具） １７、２１、２７…シャンク
１８、２２、２８…ボディ（円柱部） ２０、２６…切れ刃

Claims (2)

  1. ワークを鏡面加工する鏡面加工工具であって、
    シャンクの先端に多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素により形成された円柱部が設けられ、前記円柱部に直線状に延びる溝が設けられることにより形成された切れ刃を有し、
    前記溝の幅と前記切れ刃のマージン幅との比は１対９である、鏡面加工工具。
  2. 請求項１に記載の鏡面加工工具であって、
    前記切れ刃のすくい角の大きさと逃げ角の大きさとが略等しい、鏡面加工工具。
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