TW202415486A - 藉由研磨機研磨小型旋轉切割工具之方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用於藉由一研磨機加工小型旋轉切割工具（10）之方法，其包含：a）將一工件（10a）安裝於該研磨機之一主軸（20）中；b）藉由用一個磨輪或用不同形狀之對應複數個磨輪（W1，W2，W3，W4）在該工件上執行一個或複數個標記（M1，M2，M3，M4）來加工該工件（10a）之一校準部分（CP），其中該一個標記或各標記（M1，M2，M3，M4）包含分別對應於已磨削對應標記（M1，M2，M3，M4）之對應磨輪之一幾何特徵（R1 ^w，R2 ^w，a1 ^w，a2 ^w， L ^w ）且對應於該對應磨輪在該研磨機之一X-Y-Z座標系統中之3D座標（D1 ^w，D2 ^w）的至少一個幾何特徵（R1，R2，a1，a2， L）及兩個位置特徵（D1，D2）；c）對該校準部分（CP）之該一個標記或各標記（M1，M2，M3，M4）的該至少一個幾何特徵（R1，R2，a1，a2， L）及該兩個位置特徵（D1，D2）執行量測；d）基於根據步驟c）量測之該一個標記或各標記的該至少一個幾何特徵及該兩個位置特徵而產生一指令序列，以將該工件（10a）研磨成該切割工具（10）之最終及所要形狀，及e）在該工件上或另一工件上之研磨操作期間根據該指令序列控制該一或多個磨輪（W1，W2，W3，W4）在該X-Y-Z座標系統中之該等3D座標，以獲得該切割工具（10）。

Description

藉由研磨機研磨小型旋轉切割工具之方法

本發明係關於一種用於以極高準確度研磨小型旋轉切割工具之方法。該等切割工具可包含例如具有小於3 mm之外徑的一或多個螺旋槽，其中最小外徑可小至50微米或甚至小至30微米。此等切割工具可為例如銑刀，諸如端銑刀、鑽頭或複雜形狀的切割工具。本發明亦係關於一種儲存指令之電腦可讀儲存媒體，該等指令用以使研磨機執行校準常式且隨後根據本文中所揭示之方法研磨切割工具。

超高準確度及微型製造領域中之趨勢需要重新審視新的機器技術及製程技術。

對於切割工具之生產，以習知方式進行之工作基本上涉及以下步驟：i）在特用程式化及模擬軟體中設定待製造之切割工具的參數以用於產生待磨削之切割工具的輪廓；ii）由操作者選擇及準備不同類型之磨輪，該等磨輪為執行不同研磨操作以將切割工具加工成其最終及所要形狀所必需的；iii）在預設定光學量測系統上量測選定磨輪之形狀；iv）執行特定於待製造之切割工具的機器設置；及v）藉由連續研磨若干圓柱形工件來執行對切割工具之幾何形狀的反覆調整。

待生產之切割工具的尺寸愈小，則用以獲得最終幾何形狀之反覆的數目愈大。藉由軟體程式化之虛擬工具與所生產之第一工具之間的幾何形狀偏差係歸因於不同因素，特別係用於量測磨輪之形狀的預設定光學量測系統之固有準確度、研磨機之固有準確度，特別係其校準、由操作者進行之設置的品質、研磨製程之類型及切割工具之固有幾何形狀。

校正與所要形狀之尺寸偏差的最常見方式為在完成之後量測切割工具且校正不正確值。此不僅不方便，此係因為其需要多個操作而耗時，而且需要使用棒條或圓柱形工件之若干坯料來生產單個切割工具，藉此造成材料之過度浪費。

主要挑戰為以可能最高精度知曉研磨環境中各磨輪之準確形狀、尺寸及位置，該研磨環境由研磨機之X-Y-Z座標系統定義。

現今，在研磨機外部之校準量測裝置，諸如具有光學量測之預設定裝置或CNC機器，用以量測磨輪之關鍵幾何特徵及3D座標以校準其在研磨機內部之位置及形狀。此等外部量測裝置具有大約10微米之準確度。

儘管對於具有超過3 mm之外徑的研磨切割工具，大約10微米之準確度通常為足夠高的，但此準確度不足以避免藉由連續試驗來微調切割工具之最終幾何形狀以便獲得具有典型地低於3 mm，例如小至50微米或甚至小至30微米之外徑的切割工具。此等不準確度導致相當大的時間損失且導致用於生產切割工具之棒條或圓柱形工件的大量坯料之報廢。

WO2019/197931揭示一種用於加工包含所要螺旋溝槽之工件的方法。該方法包含如下步驟：根據所要螺旋溝槽之預定螺旋圖案且藉助於研磨機之磨輪在工件之表面上研磨校準溝槽。校準溝槽具有等於或小於所要螺旋溝槽之預定長度的校準長度，且具有小於所要螺旋溝槽之預定深度的校準深度。該方法包含如下步驟：藉由量測校準深度來判定磨輪之磨輪尺寸及其位置以及使用所判定之輪尺寸及位置藉助於磨輪來研磨所要螺旋溝槽。

此方法有利地減少校準機器所需的時間，此係因為校準程序為工件加工之組成部分且不浪費原材料。

然而，加工校準溝槽需要具有所要形狀之工件具有某一直徑。因此，此解決方案不適於校準用於研磨小型旋轉切割工具之研磨機，特別係具有小於3 mm、低至50微米或甚至低至30微米之外徑的旋轉切割工具。

因此，本發明之一目標為提供一種用於研磨諸如銑刀、鑽頭或複雜形狀工具之旋轉切割工具的方法，該等旋轉切割工具具有小於3 mm且可小至50微米或甚至小至30至35微米之外徑。

本發明之另一目標為提供一種易於實施之用於研磨小型旋轉切割工具的方法。

本發明之另一目標為提供一種用於研磨小型旋轉切割工具之方法，其簡化了大批量切割工具之製造製程。

本發明之額外目標為提供一種電腦可讀儲存媒體，其儲存用於藉由研磨機執行本文中所揭示之方法的指令。

根據本發明，此等目標尤其藉助於一種用於藉由研磨機加工較佳具有小於3 mm之外徑之旋轉切割工具的方法來達成。該方法包含：a）將工件安裝於研磨機之主軸中；b）藉由用一個磨輪或用不同形狀之對應複數個磨輪在該工件上執行一個或複數個標記來加工工件之校準部分，其中該一個標記或各標記包含分別對應於已磨削對應標記之對應磨輪之幾何特徵且對應於該磨輪在研磨機之X-Y-Z座標系統中之3D座標的至少一個幾何特徵及兩個位置特徵；c）對校準部分之該一個標記或各標記的該至少一個幾何特徵及該兩個位置特徵執行量測；d）基於根據步驟c）量測之該一個標記或各標記的該至少一個幾何特徵及該兩個位置特徵而產生指令序列以將該工件研磨成切割工具之最終及所要形狀；及e）在該工件或另一工件上之研磨操作期間根據該指令序列控制該一或多個磨輪在該X-Y-Z座標系統中之3D座標以獲得該切割工具。

在一實施方式中，已磨削標記之磨輪的至少一個幾何特徵對應於該磨輪之角度或邊緣半徑。

在一實施方式中，一旦校準部分之研磨完成，便藉由嵌入於研磨機中之雷射成像系統自動地執行該一個標記或各標記之一或多個幾何特徵及兩個位置特徵的量測。此等量測可例如藉由沿著工件之校準部分執行雷射掃描來獲得。

在一實施方式中，用將該工件研磨成切割工具之最終及所要形狀所必需的不同形狀之對應複數個磨輪中之一個磨輪來磨削該複數個標記中之各者。

在一實施方式中，該方法進一步包含如下步驟：在根據步驟b）加工校準部分之該一個標記或各標記之前藉助於預設定裝置對該一個磨輪或該複數個磨輪中之各者的一或多個幾何特徵執行直接量測。

在一實施方式中，該方法進一步包含沿著研磨機之X-Y-Z座標系統之一個軸線對工件之位置執行量測的步驟。基於工件沿著該軸線之該所量測位置以及根據步驟b）執行之校準部分的該一個標記或各對應標記之該兩個位置特徵而判定該一個磨輪或該複數個磨輪中之各者在研磨機之X-Y-Z座標系統中的3D座標。

在一實施方式中，校準部分之該複數個標記係沿著該工件之縱向軸線或沿著自校準部分之一個末端延伸至相對末端之橫向軸線彼此緊靠地在工件上執行。

在一實施方式中，針對該複數個磨輪中之各磨輪保存根據步驟c）執行之各標記之該至少一個幾何特徵及該兩個位置特徵的量測。擷取此等量測以用於在工件上執行至少兩個連續研磨操作以獲得該旋轉切割工具。

在一實施方式中，校準部分之該一個標記或各標記的第一位置特徵界定沿著研磨機之X-Y-Z座標系統的三個座標軸中之第一軸線的第一位置。第一軸線與工件之縱向軸線重合。

在一實施方式中，校準部分之該一個標記或各標記的第二位置特徵用以判定用於執行該一個標記或各標記之對應磨輪的直徑。基於該直徑而判定分別沿著座標系統之第二軸線及第三軸線的第二位置及第三位置以計算對應磨輪之3D座標。

在一實施方式中，在工件之遠端部分處加工該校準部分。

在一實施方式中，該旋轉切割工具由先前已加工以獲得該校準部分之工件製成。

在一實施方式中，該切割工具包含螺旋槽。該螺旋槽係藉由至少部分地基於開槽輪之第一及第二相異幾何特徵控制開槽輪之3D座標位置來加工。

在一實施方式中，對用於加工螺旋槽之開槽輪的3D座標位置之控制係進一步基於開槽輪之三個額外相異幾何特徵中之一或多者。

在一實施方式中，切割工具為端銑刀，其包含藉由部分地基於末端後刀輪（end-relief wheel）之幾何特徵控制末端後刀輪之3D座標來加工的末端後刀面。

在一實施方式中，端銑刀包含藉由部分地基於開屑槽輪之兩個相異幾何特徵控制開屑槽輪之3D座標位置來加工的末端屑槽（end gash）。

在一實施方式中，端銑刀包含藉由部分地基於OD後刀輪之三個相異幾何特徵控制外徑後刀輪之3D座標位置來加工的外徑後刀棱邊。

在一實施方式中，切割工具包含螺旋槽，且其中連續地控制該複數個磨輪中之各磨輪的3D座標位置以在工件上執行連續研磨操作，從而獲得具有小於3 mm之外徑的切割工具之所要形狀。

本發明之另一態樣係關於一種儲存指令之電腦可讀儲存媒體，該等指令在由研磨機之電腦執行時使機器執行校準常式且研磨切割工具。該校準常式包含：a）擷取一個磨輪或不同形狀之一組磨輪中的各磨輪之特定形狀之幾何特徵及位置特徵的第一組量測值，其中第一組量測值由預設定裝置獲得；b）基於第一組量測值而計算第一指令序列以用於在工件上研磨一或多個標記；及c）擷取及儲存藉由該一個磨輪或該組磨輪中之各對應磨輪在工件上執行之一或多個標記之至少一個幾何特徵及位置特徵的第二組量測值。切割工具係藉由以下步驟獲得：d）基於由軟體產生之所要形狀之虛擬切割工具及第二組量測值而計算第二指令序列；及e）藉由執行第二指令序列而研磨切割工具。

在一實施方式中，在校準常式期間，對於不同形狀之一組磨輪中的至少兩個磨輪中之各者，較佳對於至少三個磨輪中之各者，根據步驟a）擷取第一組量測值。根據步驟b）計算指令序列以用於沿著工件之遠端部分彼此緊靠地研磨至少兩個標記，較佳至少三個標記。

需要可靠地且以成本有效方式製造通常具有小於3 mm之外徑的小型旋轉切割工具，特別係銑刀，諸如圖1至3中所展示之端銑刀、鑽頭或複雜形狀工具。為了加工具有如此小直徑之切割工具，如上文所描述之彼等方法的習知校準方法並不合適，此係因為該等方法不允許以極高精度判定磨輪之形狀。

本文中所揭示的方法適合於校準CNC研磨機以研磨具有小至50微米或甚至小至30至35微米之外徑的旋轉切割工具。

參看圖4至圖7，細長工件，例如圓柱形工件10a安裝於研磨機之主軸20中。工件首先以階梯棒之形式進行預加工，如圖5中所展示，其中遠端圓柱形部分10c之直徑超過待磨削之切割工具的外徑，差值典型地在5微米與20微米之間。舉例而言，對於具有0.2 mm之外徑的切割工具，圓柱形遠端部分10c之直徑介於0.205 mm與0.22 mm之間。

接著在遠端部分10b（圖4）處磨削校準部分CP，如特定地在圖6及圖7中所展示。此校準部分CP不僅允許判定不同形狀之一組磨輪W1、W2、W3、W4的特定幾何特徵，而且准許判定各磨輪在研磨機之笛卡爾座標系統中的3D座標，且此對於磨輪之幾何特徵及其3D縱座標兩者均具有極高準確度。此高準確度可有利地具有小於3至4微米且較佳大約一微米之精度。階梯棒可直接在研磨機上加工或藉由另一機器加工，該研磨機用以研磨校準部分CP以用於校準研磨機。

參看圖7，校準部分CP包含彼此緊靠地加工之不同獨特標記M1、M2、M3、M4。此等獨特標記可沿著圓柱形工件10a之縱向軸線Z或沿著如圖5a中所展示之自經預加工部分10c之一側延伸至相對側的橫向軸線A ^T磨削。標記之數目以及其各別特定幾何及位置特徵取決於切割工具10之所要及最終形狀。對於簡單形狀之一些切割工具，獨特類型之磨輪可能足以將切割工具加工成所要形狀。在彼狀況下，對於切割工具之某些形狀，在校準部分上僅執行一個標記可為足夠的，但在大多數狀況下，需要不同的獨特標記M1、M2、M3、M4來判定磨輪之不同幾何特徵以便將切割工具研磨成其最終形狀。

然而，對於大多數應用，需要如圖9、圖11、圖13、圖15中所繪示之不同類型之一組磨輪來將切割工具研磨成所要形狀。在所繪示實施方式中，已使用不同形狀之四個磨輪磨削圖1至圖3之端銑刀，亦即，圖9之開槽輪W1、圖10之外徑後刀輪W2（在下文中被稱作OD後刀輪）、圖13之開屑槽輪W3及圖15之末端後刀輪W4。

在本發明之上下文內，術語「開槽輪」應理解為任何磨輪，其特定形狀適於研磨如圖2中所展示之端銑刀10的螺旋槽。如圖9中所繪示之切割輪W1為適於研磨螺旋槽之磨輪的實例。類似地，術語「OD後刀輪」應理解為任何磨輪，其特定形狀適於研磨圖2之端銑刀10的外徑後刀棱邊18。如圖11中所展示之研磨輪W2為適於研磨外徑後刀棱邊之磨輪的實例。類似地，術語「開屑槽輪」應理解為任何磨輪，其特定形狀適於研磨圖2之端銑刀10的末端屑槽16。開屑槽輪W3之形狀的實例展示於圖13中。類似地，術語「末端後刀輪」應理解為任何磨輪，其特定形狀適於研磨如圖3中所展示之端銑刀10的末端後刀面14。如圖15中所展示之杯形輪W4為適於研磨圖3之端銑刀10之末端後刀面的磨輪之實例。

此外，術語「研磨操作」應理解為將切割工具研磨成其最終及所要形狀所需的若干類型之操作當中的一種類型之研磨操作。研磨操作可包括例如槽研磨、屑槽研磨、末端後刀研磨、OD研磨等。

必須執行運用若干磨輪，例如運用四個不同磨輪W1、W2、W3、W4之連續研磨操作以研磨端銑刀10，根據一實施方式，該端銑刀具有小於3 mm之外徑。在彼狀況下，加工圓柱形工件或鈍器之遠端部分10b以用各別磨輪W1、W2、W3、W4執行四個相異標記M1、M2、M3、M4以獲得校準部分CP。如圖7中所繪示之校準部分CP的一般形狀僅為可特性化特定形狀之一或多個磨輪之幾何及位置特徵的不同其他形狀當中的實例。

在對工件10a執行連續研磨操作以用於研磨校準部分CP之前，研磨切割工具所必需的該組磨輪W1、W2、W3、W4中之各磨輪的幾何及位置特徵由預設定量測裝置進行量測，該校準部分之幾何形狀可取決於待磨削之切割工具的最終及所要形狀。為此，各磨輪例如安裝至支架上，該支架之尺寸對應於研磨機之主軸的彼等尺寸，磨輪意欲安裝至該主軸上。因此，當安裝於主軸上以用於研磨切割工具時，磨輪相對於支架且相對於主軸定位於完全相同的位置中。因此，可量測磨輪在研磨機之座標系統中的3D座標D1 ^w、D2 ^w。

圖17中所展示之各磨輪的預校準量測典型地由磨輪之連續部分的輪廓之量測組成。以大約10微米之準確度自此輪廓擷取磨輪之關鍵幾何特徵的值，諸如R1、R2、a1、a2，及磨輪之位置特徵Z及ØD的值。此等值用以估計研磨機中之磨輪的關鍵幾何特徵及3D座標，以便能夠研磨校準部分CP之不同標記M1、M2、M3、M4。

在此實例中，藉由如圖16a至圖16d中所展示在圓柱形工件10a之遠端部分10b上執行連續研磨操作來獲得此校準部分CP。用開屑槽輪W3磨削第一標記M3，接著用末端後刀輪W4磨削第二標記M4，接著用OD後刀輪W2磨削第三標記M2且最後用開槽輪W1磨削第四標記M1。

因此，此等標記M1、M2、M3、M4中之各者具有特定於磨削其之磨輪的幾何特徵R1、R2、a1、a2、L及位置特徵D1、D2。可藉由量測標記之幾何特徵以極高準確度判定此特定磨輪之幾何特徵。此外，此等標記中之各者的在本文中被稱作位置特徵之額外幾何特徵可用以判定磨輪在研磨機之X-Y-Z座標系統中的3D座標D1 ^w、D2 ^w。

各種方法可用以量測校準部分CP之不同標記M1、M2、M3、M4的幾何及位置特徵。在一有利實施方式中，用嵌入於研磨機中之雷射成像系統量測各標記M1、M2、M3、M4之一或多個幾何特徵及兩個位置特徵。雷射成像系統已用於以規則間隔量測切割工具之直徑及外部形狀，從而在研磨期間自動地進行任何必要的校正以確保切割工具之無人值守自動循環生產。具有低於3至4微米且較佳為大約一微米之準確度的此雷射成像系統可因此沿著校準部分CP之縱向軸線原位執行雷射掃描，藉此避免自主軸20拆下工件10a以便執行量測的需要。此簡化製造製程，此係因為切割工具10可在預先形成雷射掃描之後立即磨削成其最終及所要形狀。此在待生產大批量切割工具時特別重要，其中切割工具一旦被磨削成其最終形狀便自動地由工件替換以用於生產切割工具而無需任何人工干預。

替代地，可藉助於例如亦具有低於五微米且較佳為大約一微米之準確度的顯微鏡在研磨機外部對校準部分CP之不同標記M1、M2、M3、M4的幾何及位置特徵進行量測。

因此，可自此等不同標記M1、M2、M3、M4之量測以高準確度判定各磨輪W1、W2、W3、W4之幾何特徵及該磨輪在研磨機之笛卡爾系統中的3D座標。此高精度校準對於加工具有小於3 mm之外徑的小型旋轉切割工具，尤其對於具有小於100微米，例如小至50微米或甚至小至30至35微米之外徑的切割工具為至關重要的。

參看圖8，圖7之例示性校準部分CP的標記M1已藉由圖9中所表示之開槽輪W1磨削。此標記M1包含特定於開槽輪之若干獨特幾何特徵，亦即，特定於如圖9中所展示之開槽輪W1之不同幾何特徵R1 ^w、R2 ^w、a1 ^w、a2 ^w、 L ^w 的半徑R1及R2、角度a1、a2、長度 L。該標記包含可用以判定開槽輪W1在研磨機之笛卡爾（X-Y-Z）座標系統中之3D座標D1 ^w、D2 ^w的兩個額外位置特徵D1、D2。

更特定而言，第一位置特徵D1用以判定磨輪W1之z座標D1 ^w，亦即，其沿著笛卡爾座標系統之水平面之第一軸線Z的位置，而第二位置特徵D2用以判定磨輪W1之x座標D2 ^w，亦即，其沿著水平面之第二軸線X的位置，此係因為D2 ^w對應於開槽輪W1之直徑。第二位置特徵D2亦用以判定磨輪W1之y座標，亦即，其沿著笛卡爾座標系統之第三軸線Y（垂直軸線）的位置，此係因為輪W1之直徑亦對應於第三軸線。

然而，必須量測圓柱形工件10a在安裝於研磨機之主軸20中時的位置以具有用於判定工件10a沿著第一軸線Z之準確位置的參考。此量測可例如藉由感測圓柱形工件10a之遠端的嵌入式雷射成像系統進行。藉由知曉工件10a沿著第一軸線Z之準確位置以及第一位置特徵D1及第二位置特徵D2，可判定磨輪W1之準確的3D座標D1 ^w、D2 ^w。

接著藉由CNC研磨機使用磨輪移動之已知數學模型來計算指令序列，該等磨輪移動經校正以考慮由數學模型使用之預設值與在校準部分CP上量測之彼等值之間的偏差。此等校正係針對執行不同研磨操作以獲得切割工具所需的不同類型/形狀之一組磨輪W1、W2、W3、W4中的各磨輪之一或多個幾何特徵及兩個位置特徵而執行的。指令序列可例如藉助於軟體基於所要形狀之切割工具的給定數值模型而預程式化。

之後，藉由指令序列控制不同磨輪之3D座標以用於在工件上執行連續且較佳不同的研磨操作以將切割工具加工成所要形狀。

在所繪示之實施方式中，開槽輪W1用以研磨圖2中所繪示之端銑刀10的槽12。對於如此小尺寸之直徑，開槽輪W1在研磨機之X-Z-Y參考座標系中的3D座標必須儘可能準確。此準確度對於機器設置之成功至關重要，且避免若干研磨反覆直至獲得符合規格及公差之工具。

基於至少包含如直接在工件之校準部分CP之標記M1上量測的開槽輪W1之半徑R1 ^w及角度a1 ^w的幾何特徵而計算3D座標。對於螺旋之特定輪廓類型，結合幾何特徵R1及a1，亦使用開槽輪之以下幾何特徵中之一或多者：寬度 L ^w 、倒角a2 ^w及過渡半徑R2 ^w。

基於標記M1之位置特徵D1、D2的量測而調整先前已藉由如上文所描述之預設定裝置量測的開槽輪W1之3D座標，該等座標精確地校準開槽輪W1在研磨機之笛卡爾系統中的位置D1 ^w、D2 ^w。使用已知數學模型且根據開槽輪W1之以上幾何特徵及該輪在研磨機之笛卡爾系統中的經校準3D座標而計算用於槽研磨操作之開槽輪W1的移動。

參看圖10，圖7之例示性校準部分CP的標記M2已藉由圖11中所表示之OD後刀輪W2磨削。此標記M2包含特定於此輪之若干獨特幾何特徵，亦即，特定於如圖11中所展示之OD後刀輪W2之不同幾何特徵R1 ^w、a1 ^w、a2 ^w的半徑R1及角度a1、a2。如校準部分之標記M1，標記M2包含可用以判定OD後刀輪W2在研磨機之笛卡爾座標系統中之3D座標D1 ^w、D2 ^w的兩個額外位置特徵D1、D2，如上文關於開槽輪所解釋。

使用已知數學模型且根據OD後刀輪W2之以上幾何特徵R1 ^w、a1 ^w、a2 ^w及該輪在研磨機之笛卡爾系統中的經校準3D座標D1 ^w、D2 ^w而計算用於OD研磨操作之OD後刀輪W2的移動。OD研磨操作在於研磨圖2中所繪示之端銑刀10的外徑後刀棱邊18。

參看圖12，圖7之例示性校準部分CP的標記M3已藉由圖13中所表示之開屑槽輪W3磨削。此標記M3包含特定於此輪之至少兩個獨特幾何特徵，亦即，特定於如圖13中所展示之開屑槽輪W3之對應幾何特徵R1 ^w、a1 ^w的半徑R1及角度a1。如校準部分之標記M1及M2，標記M3包含可用以判定開屑槽輪W3在研磨機之笛卡爾座標系統中之3D座標D1 ^w、D2 ^w的兩個額外位置特徵D1、D2，如上文關於開槽輪所解釋。

使用已知數學模型且根據開屑槽輪W3之兩個以上幾何特徵R1 ^w、a1 ^w以及3D座標D1 ^w、D2 ^w而計算用於屑槽研磨操作之開屑槽輪W3的移動。屑槽研磨操作在於研磨如圖2中所展示之端銑刀10的末端屑槽16。

參看圖14，圖7之例示性校準部分CP的標記M4已藉由圖15中所表示之末端後刀輪W4磨削。此標記M4包含對應於如圖15中所展示之末端後刀輪W4之半徑R1 ^w的一個幾何特徵R1。如校準部分CP之標記M1、M2及M3，標記M4包含可用以判定末端後刀輪之3D座標的兩個額外位置特徵D1、D2，如上文所解釋。

使用已知數學模型且根據末端後刀輪W4之至少以上幾何特徵R1 ^w及3D座標D1 ^w、D2 ^w而計算用於末端後刀研磨操作之末端後刀輪W4的移動。末端後刀研磨在於研磨圖3中所繪示之端銑刀10的末端後刀面14。

指派給特定類型之研磨操作的特定磨輪之形狀可顯著變化，此係因為所屬技術領域中具有通常知識者根據其經驗但亦根據其所使用之磨輪而自行決定給予該等輪何形狀。舉例而言，圖11中所展示之OD後刀輪W2可具有另一形狀，諸如圖10a中所繪示之形狀，但仍適於達成相同研磨操作。在此狀況下，圖11中之幾何特徵R1 ^w及a1 ^w對應於圖11a中之幾何特徵R1 ^w'及a1 ^w'。

因此，用於加工小型旋轉切割工具之所揭示方法可獨立於經設計以用於特定類型之研磨操作的磨輪之形狀而使用。

對於簡單形狀之切割工具，僅一個或兩個磨輪可足以將圓柱形工件加工成其最終形狀。在可能僅需要一個磨輪來執行所有研磨操作之簡單形狀之切割工具的狀況下，該磨輪在一些狀況下可能仍需要在校準研磨機期間在工件之校準部分上執行若干標記，以便判定執行所有研磨操作所必需之磨輪的不同相異幾何特徵。又，單個標記可足以特性化磨輪之幾何及位置特徵，以研磨特定簡單形狀之切割工具。

所揭示方法具有如下優點：校準藉由在工件上研磨校準部分來將切割工具研磨成其最終及所要形狀所必需的所有磨輪，藉此減少原材料之浪費，該工件將最終藉由不同類型之連續研磨操作進行加工以獲得切割工具。

研磨機包含儲存指令之軟體，該等指令在由研磨機之處理單元執行時使機器執行如上文所描述的用於加工具有小於3 mm之直徑芯之小型旋轉切割工具10的方法。由軟體執行之方法以例如低至微米之高準確度校準各磨輪W、W2、W3、W4之幾何特徵及3D座標。

就彼而言，軟體經組態以沿著藉由預設定光學裝置獲得之至少一個研磨輪之輪廓擷取關鍵幾何特徵及位置特徵ØD、Z之第一組量測值。此輪廓之實例展示於圖17中。關鍵幾何特徵可例如為磨輪之第一半徑R1及第二半徑R2以及第一角度a1及第二角度a2。此操作執行之次數由將切割工具研磨成其最終及所要形狀所需的磨輪W1、W2、W3、W4之數目定義。由預設定光學裝置獲得之第一組量測值典型地具有大約10微米之準確度，該準確度對於研磨具有小於3 mm之外徑的切割工具不夠精確。

接著基於第一組量測值計算基本指令之第一序列以控制各磨輪W1、W2、W3、W4之移動，從而沿著工件之遠端部分的縱向軸線執行相異標記M1、M2、M3、M4。軟體接著擷取特定於特定類型之磨輪的在工件上執行之各標記M1、M2、M3、M4之至少一個幾何特徵及兩個位置特徵的第二組量測值。

如先前所提及，相異標記M1、M2、M3、M4之位置及幾何特徵可由嵌入於研磨機中之雷射成像系統量測。雷射成像裝置經安裝以沿著工件之遠端部分的縱向軸線執行雷射掃描以獲取第二組量測值，而無需自研磨機之主軸移除工件。

第二組量測值典型地具有大約一微米之準確度。對於具有小於3 mm之外徑的工具，此準確度允許研磨尺寸偏差保持在可接受範圍內之切割工具，該外徑可小至50微米或甚至30至35微米。

替代地，可藉助於例如亦具有低至微米之準確度的顯微鏡在研磨機外部對校準部分CP之不同標記M1、M2、M3、M4的幾何及位置特徵進行量測。在此狀況下，軟體可自此等量測擷取資料，其被發送至研磨機之電腦。在替代實施方式中，軟體可提供包含欄位之使用者介面以手動地輸入第二組量測值。

接著基於已知數學模型且根據第二組量測值而計算用於一或多個磨輪之移動的指令序列，以用於加工切割工具。

在有利的實施方式中，可儲存及擷取對應於不同類型之一組磨輪中之各磨輪的一組量測值，以用於研磨在製造切割工具期間需要此等特定磨輪中之任一者來研磨特定部分的額外切割工具。

簡言之，上文所揭示之方法有效地使得能夠基於一或多個磨輪W1、W2、W3、W4之不同幾何特徵來精確設置研磨機，該等幾何特徵係藉由在工件上由各別研磨輪磨削之一或多個對應標記M1、M2、M3、M4的量測而獲得。因此，此方法有利地使得能夠生產具有小於3 mm且可小至50微米或甚至小至30至35微米之外徑的旋轉切割工具，特別係具有螺旋槽之切割工具。

另一方面，如WO2019/197931中所揭示之根據所要螺旋槽之預定螺旋圖案在工件之表面上研磨校準溝槽的步驟不允許如其中所揭示之方法一樣精確地設置研磨機。實際上，預定螺旋圖案無法用於判定已磨削此圖案之磨輪的幾何特徵。更特定而言，當研磨螺旋槽時，磨輪之幾何形狀決不會反映在槽中。如圖18中所展示，在末端處具有鋒利邊緣或幾微米之邊緣半徑的簡單形狀之磨輪W產生切割工具之複雜橫截面，如圖19中所展示。

無關於生產工具區段之平面，研磨輪W之初始形狀皆不會被反映。此外，在螺旋槽之狀況下，研磨輪之傾斜角始終大於槽之螺旋角，如圖20中所展示。因此，不可能自WO2019/197931中所揭示之方法擷取已磨削螺旋槽之磨輪的幾何特徵，更不必說磨輪之角度或邊緣半徑。

在WO2019/197931中，儘管藉由探測螺旋槽進行之直接量測無論如何皆不能藉由計算發現研磨輪之形狀，但其確實提供了其在X-Y-Z工作區中之位置誤差的精確指示。為達成此，必須首先將儘可能準確之形狀鍵入至計算軟體中。此方法僅適於具有足夠大尺寸之切割工具以預先知曉研磨輪之精確形狀。在將輪安裝於機器中之前使用特定量測儀器量測此形狀。

相比之下，在微型工具之狀況下，將產生螺旋槽之研磨輪的形狀僅為大致已知的。本文中所揭示之方法使得能夠不僅找出用以研磨螺旋槽之研磨輪的準確形狀，亦即，關鍵幾何特徵，而且找出其在X-Y-Z工作區中之準確位置。

在不脫離如隨附申請專利範圍中所界定之本發明之範圍的情況下，本發明之所描述實施方式之各種修改及變化對於所屬技術領域中具有通常知識者為顯而易見的。舉例而言，以上方法當然可適於任何其他旋轉切割工具，例如其他類型之銑刀，諸如板坯銑刀、面銑刀、直槽銑刀，或不同類型之鑽頭，諸如多槽鑽頭、直槽鑽頭、埋頭孔鑽頭等。

10:切割工具（例如，端銑刀） 10a:圓柱形工件 10b:遠端部分 12:螺旋槽 14:末端後刀面 16:末端屑槽 18:外徑後刀棱邊 20:主軸 CP:校準部分 M1,M2,M3,M4:標記 R1,R2,a1,a2,L:標記之幾何特徵 D1,D2:標記之位置特徵 W1,W2,W3,W4:磨輪 R1 ^w,R2 ^w,a1 ^w,a2 ^w,L ^w:輪之幾何特徵 D1 ^w,D2 ^w:輪之位置特徵

將藉助於作為實例給出且藉由圖式繪示之實施方式的描述而較佳地理解本發明，在圖式中： -    [圖1]展示呈端銑刀形式之切割工具的透視圖； -    [圖2]展示圖1之端銑刀的放大透視圖； -    [圖3]展示圖2之端銑刀的正視圖； -    [圖4]展示安裝至用以加工圖1之端銑刀的研磨機之主軸中的圓柱形工件之側視圖； -    [圖5]展示呈包含經預加工之圓柱形部分的階梯棒（step bar）之形式的工件之側視圖， -    [圖5a]為圖5之經預加工部分的放大視圖， -    [圖6]展示在工件之遠端部分處研磨校準部分之後的圖5之工件， -    [圖7]展示圖6之校準部分的放大視圖，其包含藉由不同類型之一組磨輪中的各別磨輪執行的相異標記， -    [圖8]展示用第一類型之磨輪執行的圖7之標記中之一者的放大視圖， -    [圖9]展示該第一類型之磨輪的側視圖， -    [圖10]展示用第二類型之磨輪執行的圖7之另一標記的放大視圖， -    [圖11]展示該第二類型之磨輪的側視圖， -    [圖11a]展示經設計以執行與圖11之磨輪相同類型之研磨操作的磨輪之部分側視圖， -    [圖12]展示用第三類型之磨輪執行的圖7之另一標記的放大視圖， -    [圖13]展示該第三類型之磨輪的側視圖， -    [圖14]展示用第四類型之磨輪執行的圖7之另一標記的放大視圖， -    [圖15]展示該第四類型之磨輪的側視圖， -    [圖16a]至[圖16d]示意性地展示藉由第一、第二、第三及第四類型之磨輪執行以獲得圖7之校準部分的操作序列， -    [圖17]展示藉助於預設定裝置對磨輪進行預校準量測， -    [圖18]示意性地展示藉由根據先前技術之用於研磨切割工具之螺旋槽的磨輪執行之操作， -    [圖19]展示圖18之切割工具的橫截面，及 -    [圖20]展示藉由根據先前技術之用於研磨螺旋槽的圖18之磨輪執行的操作之另一示意圖。

M1:標記

W1:磨輪

Claims (20)

1. 一種用於藉由一研磨機加工一旋轉切割工具（10）之方法，其包含： a）將一工件（10a）安裝於該研磨機之一主軸（20）中； b）藉由用一個磨輪或用不同形狀之對應複數個磨輪（W1，W2，W3，W4）在該工件上執行一個或複數個標記（M1，M2，M3，M4）來加工該工件（10a）之一校準部分（CP），其中該一個標記或各標記（M1，M2，M3，M4）包含在該研磨機之一X-Y-Z座標系統中分別對應於已磨削對應標記（M1，M2，M3，M4）之對應磨輪之一幾何特徵（R1 ^w，R2 ^w，a1 ^w，a2 ^w， L ^w ）且對應於該對應磨輪之3D座標（D1 ^w，D2 ^w）的至少一個幾何特徵（R1，R2，a1，a2， L）及兩個位置特徵（D1，D2）； c）對該校準部分（CP）之該一個標記或各標記（M1，M2，M3，M4）的該至少一個幾何特徵（R1，R2，a1，a2， L）及該兩個位置特徵（D1，D2）執行量測； d）基於根據該至少一個幾何特徵及步驟c）所量測之該一個標記或各標記的該兩個位置特徵而產生一指令序列，以將該工件（10a）研磨成該切割工具（10）之最終及所要形狀，及 e）在該工件上或另一工件上之研磨操作期間根據該指令序列控制該一或多個磨輪（W1，W2，W3，W4）在該X-Y-Z座標系統中之該等3D座標，以獲得該切割工具（10）。
2. 如請求項1之方法，其中已磨削一標記之該磨輪（W1，W2，W3，W4）的至少一個幾何特徵（R1 ^w，R2 ^w，a1 ^w，a2 ^w， L ^w ）對應於該磨輪之一角度或一邊緣半徑。
3. 如請求項1之方法，其中一旦步驟b）完成，便藉由嵌入於該研磨機中之一雷射成像系統自動地執行該一個標記或各標記（M1，M2，M3，M4）之一或多個幾何特徵（R1，R2，a1，a2，L）及該兩個位置特徵（D1，D2）之該等量測，例如藉由沿著該工件（10a）之該校準部分（CP）執行一雷射掃描。
4. 如請求項1之方法，其該複數個標記（M1，M2，M3，M4）中之各者係藉由將該工件（10a）研磨成該切割工具（10）之該最終及所要形狀所必需的不同形狀之對應複數個磨輪（W1，W2，W3，W4）中之一個磨輪來磨削。
5. 如請求項1之方法，其進一步包含如下的一步驟：在根據步驟b）加工該校準部分（CP）之該一個標記或各標記（M1，M2，M3，M4）之前藉助於一預設定裝置對該一個磨輪或該複數個磨輪（W1，W2，W3，W4）中之各者的一或多個幾何特徵執行一直接量測。
6. 如請求項1之方法，其進一步包含沿著該研磨機之該X-Y-Z座標系統之一個軸線（Z）對該工件之位置執行一量測的步驟，其中基於該工件沿著該軸線之該所量測位置及根據步驟b）執行之該校準部分的該一個標記或各標記（M1，M2，M3，M4）之該兩個位置特徵（D1，D2）而判定該一個磨輪或該複數個磨輪（W1，W2，W3，W4）中之各者在該研磨機之該X-Y-Z座標系統中的該等3D座標（D1 ^w，D2 ^w）。
7. 如請求項1之方法，其中該校準部分（CP）之該複數個標記（M1，M2，M3，M4）係沿著該工件之縱向軸線（Z）或沿著自該校準部分之一個末端延伸至一相對末端的一橫向軸線（A ^T）彼此緊靠地在該工件（10a）上執行。
8. 如請求項1之方法，其中針對該複數個磨輪（W1，W2，W3，W4）中之各磨輪保存根據步驟c）執行之各標記（M1，M2，M3，M4）的該至少一個幾何特徵（R1，R2，a1，a2， L）及該兩個位置特徵（D1，D2）之該等量測，且其中擷取該等量測以用於在該工件上執行至少兩個連續研磨操作以獲得該旋轉切割工具。
9. 如請求項1之方法，其中該校準部分（CP）之該一個標記或各標記（M1，M2，M3，M4）的第一位置特徵（D1）界定沿著該研磨機之該X-Y-Z座標系統的三個座標軸中之一第一軸線（Z）的一第一位置，該第一軸線與該工件之該縱向軸線重合。
10. 如請求項9之方法，其中該校準部分（CP）之該一個標記或各標記（M1，M2，M3，M4）的第二位置特徵用以判定用於執行該一個標記或各標記之該對應磨輪（W1，W2，W3，W4）之一直徑（D2），且其中基於該直徑而判定分別沿著該座標系統之一第二軸線及一第三軸線的一第二位置及一第三位置以計算該對應磨輪之該等3D座標。
11. 如請求項1之方法，其中該校準部分之該一個標記或各標記（M1，M2，M3，M4）包含至少一個半徑（R1，R2）以判定該對應磨輪（W1，W2，W3，W4）之至少一個半徑。
12. 如請求項1之方法，其中在該工件之一遠端部分（10b）處加工該校準部分（CP）。
13. 如請求項1之方法，其中該旋轉切割工具由先前已加工以獲得該校準部分（CP）之該工件（10a）製成。
14. 如請求項1之方法，其中該旋轉切割工具包含一螺旋槽（12），該螺旋槽藉由至少部分地基於一開槽輪（W1）之至少一第一及一第二相異幾何特徵（R1 ^w，a1 ^w）控制該開槽輪之3D座標位置而加工。
15. 如請求項14之方法，其中用於加工該螺旋槽之該開槽輪（W1）的該3D座標位置之該控制係進一步基於該開槽輪之三個額外相異幾何特徵（ L ^w ，a2 ^w，R2 ^w）中之一或多者。
16. 如請求項1之方法，其中該切割工具為一端銑刀，該端銑刀包含藉由至少部分地基於一末端後刀輪（W4）之至少一個幾何特徵（R1'）控制該末端後刀輪之該等3D座標而加工的末端後刀面。
17. 如請求項16之方法，其中該端銑刀包含藉由至少部分地基於一開屑槽輪（W3）之兩個相異幾何特徵控制該開屑槽輪之3D座標位置來加工的末端屑槽。
18. 如請求項16之方法，其中該端銑刀包含藉由至少部分地基於一OD後刀輪（W2）之三個相異幾何特徵（R1 ^w，a1 ^w，a2 ^w）控制該外徑後刀輪之3D座標位置來加工的外徑後刀棱邊。
19. 一種儲存指令之電腦可讀儲存媒體，該等指令在由一研磨機之一電腦執行時使該機器執行一校準常式且研磨一切割工具，包含： a）擷取及儲存一個磨輪或不同形狀之一組磨輪（W1，W2，W3，W4）中之各磨輪的特定形狀之幾何特徵（R1，R2，a1，a2）及位置特徵（Z，ØD）的第一組量測值，其中該第一組量測值係由一預設定裝置獲得， b）基於該第一組量測值而計算一第一指令序列以用於在一工件上研磨一或多個標記（M1，M2，M3，M4）， c）擷取及分類藉由該一個磨輪或該組磨輪（W1，W2，W3，W4）中之各對應磨輪在該工件（10a）上執行之一或多個標記（M1，M2，M3，M4）的至少一個幾何特徵（R1，R2，a1，a2，L）及位置特徵（D1，D2）之第二組量測值， d）基於該第二組量測值而計算一第二指令序列，及 e）藉由執行該第二指令序列而研磨該切割工具。
20. 如請求項19之電腦可讀儲存媒體，其中針對不同形狀之該組磨輪（W1，W2，W3，W4）中的至少兩個磨輪中之各者，較佳針對至少三個磨輪中之各者而根據步驟a）擷取該第一組量測值，且其中根據步驟b）計算該指令序列以用於沿著該工件之一遠端部分彼此緊靠地研磨至少兩個標記，較佳至少三個標記（M1，M2，M3，M4）。