WO2013190977A1 - 切削工具 - Google Patents

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和也 矢野
義則 谷川
義和 山下
浩之 島田
仲前　一男
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住友電工ハードメタル株式会社
住友電気工業株式会社
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    • Y10T407/245—Cutters, for shaping with chip breaker, guide or deflector comprising concave surface in cutting face of tool

Definitions

  • This invention relates to a cutting tool in which at least a part involved in cutting is made of a high hardness material represented by diamond, and a method for manufacturing the cutting tool.
  • Cutting tools that perform precision cutting work use diamond, which has high hardness and excellent wear resistance, as a material for parts involved in cutting.
  • this cutting tool for precision cutting also has a cutting edge composed of a rake face, a flank face, and a ridge line at a position where these faces intersect.
  • Patent Documents 1 to 3 Since the material of the part involved in the cutting is high-hardness diamond or the like, the surface of the material that is easy to cut is dug down by laser processing when manufacturing a cutting tool for precision cutting. Tool manufacturing with a laser processing machine is shown in, for example, the following Patent Documents 1 to 3.
  • polishing apparatus and the grinding apparatus are burdened, resulting in a cost increase.
  • an object of the present invention is to realize the stabilization of the cutting performance of a cutting tool for precision cutting by reducing the area of polishing and grinding during tool manufacture.
  • a cutting tool having a portion composed of a high hardness material was configured as follows. That is, the portion is provided with a cutting edge formed by a rake face, a flank face, and a ridge line at the intersection of the rake face and the flank face, and the area along the cutting edge of the rake face is A, the rake face
  • the area excluding the area A is defined as B, the surface roughness of the area A is made smaller than the surface roughness of the area B, and the area B has a structure that falls from the position of the area A.
  • the region A of the rake face can be a smoothed surface (polished surface or ground surface) obtained by machining, and the region B can be a non-smoothed surface processed by a laser beam.
  • the present invention can also be applied to a cutting tool using a CBN (cubic boron nitride) sintered body as the high hardness material.
  • CBN cubic boron nitride sintered body
  • the diamond used for the cutting tool of the present invention may be any of single crystal diamond, sintered diamond, and polycrystalline diamond produced by a vapor phase synthesis method. Moreover, the cutting tool of this invention is preferable when the said area
  • This cutting tool first processes a rake face provided on a high hardness material with a laser processing machine.
  • the area B of the rake face is dug deeper than the area A, and then the rake face of the area A is smoothed by mechanical polishing or grinding to form a cutting edge between the flank face and the flank face. It can be manufactured by a method of generating.
  • the present invention also provides such a manufacturing method.
  • flank is also polished or ground.
  • the flank polishing and grinding may be performed either before or after the rake face smoothing process.
  • the rake face is divided into an area A along the cutting edge and an area B excluding the area A of the rake face, and the area B is lowered from the position of the area A.
  • the areas A and B of the surface can be processed by a laser processing machine, and then the area A can be smoothed by mechanical polishing or grinding.
  • the area of the region A to be smoothed can be reduced to the minimum necessary, and the polishing and grinding time can be greatly shortened.
  • the processing burden on the polishing apparatus and the grinding apparatus is reduced, and the processing cost is reduced.
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line III-III in FIG. 2.
  • FIG. 2 It is a figure which shows the processing procedure of the rake face by the manufacturing method of this invention. It is a figure which shows the processing procedure of the rake face by the manufacturing method of this invention. It is a figure which shows the processing procedure of the rake face by the manufacturing method of this invention. It is a figure which shows the processing procedure of the rake face by the manufacturing method of this invention.
  • FIGS. 1 and 2 An example in which the present invention is applied to a one-blade ball end mill having a radius R of the tip of 0.5 mm (diameter 1 mm) is shown in FIGS. 1 and 2.
  • a cutting head 3 made of a high-hardness material is joined to the tip of a main body 2 having a shank 2 a.
  • the cutting head 3 is provided with a rake face 4, a flank face 5, and a cutting edge 6 constituted by a ridge line at a position where the rake face and the flank face intersect.
  • 7 is a cut surface for removing the side of the cutting head 3 where the cutting edge 6 is not present.
  • the main body 2 is formed of tool steel such as high-speed steel or cemented carbide, and the cutting head 3 is, for example, a binderless diamond sintered body in which nano-sized polycrystalline diamond is bonded without using a binder. It is formed with.
  • the rake face 4 provided on the cutting head 3 is divided into two regions, a region A along the cutting edge 6 and a region B excluding the region A.
  • the region B slightly falls from the position of the region A, and the surface roughness of the surface is rougher than the surface roughness of the region A.
  • the heel region A is a machined surface
  • the region B is a surface processed with a laser beam.
  • the rake face 4 composed of the regions A and B is formed through the following steps.
  • the entire rake face 4 is processed with a laser processing machine. Processing at this time may be performed by irradiating a laser beam in a direction intersecting the rake face 4 or by irradiating in a direction parallel to the rake face 4.
  • region A of the rake face 4 is further dug down with a laser processing machine.
  • the illustrated cutting tool (ball end mill) performs the processing by irradiating the region B of the rake face 4 with a laser beam from directly above.
  • the width of the region A can be stabilized by scanning the laser beam so as to leave a semicircular processing trace on the region B as shown in FIG.
  • the effect of reducing the finish processing area of the rake face is maximized. Even if a peak whose apex is at the same height as the region A is left between the grooves generated by the scanning of the laser beam, the grinding area of the rake face can be reduced, although not as much as in the case of digging the whole area.
  • FIG. 4C shows a state where the entire region B is dug down while moving the scanning position of the laser beam in the radial direction of the end mill.
  • the amount of depression of the region B from the region A is 100 ⁇ m or less, so that unnecessary dug by the laser beam can be suppressed. preferable.
  • the lower limit of the sagging amount may be 1 ⁇ m.
  • the width W of the region A shown in FIG. 4C is preferably 50% or less of the diameter of the cutting edge 6. In precision cutting, since the cut is generally set to a fine value of 10 ⁇ m or less, a large value is not required for the width W. From the aspect of area reduction of the region A, it is better that it is narrower, and the lower limit is 1 ⁇ m.
  • the region A is then finished by mechanical polishing or grinding. Since the area of the region A is reduced and the proportion of the entire rake face 4 is significantly reduced, labor and time required for mechanical polishing and grinding are greatly reduced.
  • flank 5 and the cut surface 7 are processed with a laser processing machine.
  • the flank 5 is finished by polishing or grinding after or before smoothing the region A of the rake face 4.
  • the flank 5 can be processed only by a laser processing machine. However, as described above, if both the region A of the rake face 4 and both sides of the flank 5 are polished or ground, the flank 5 is stable with high accuracy. A cutting edge can be obtained.
  • the application object of the present invention is not limited to the illustrated ball end mill.
  • the present invention can be applied to a square end mill, a radius end mill, and the like, and can also be applied to cutting tools other than the end mill, such as precision turning tools, cutting inserts for tools, drilling tools such as drills, and the like.
  • the entire cutting head 3 is formed of a high hardness material.
  • a high hardness material may be joined to a part of the cutting head 3 and only a portion related to cutting (near the cutting edge) may be formed of the high hardness material.
  • the high-hardness material constituting the part involved in cutting may be single crystal diamond, sintered diamond, or polycrystalline diamond produced by a vapor phase synthesis method. Even in the case of a CBN sintered body, the effect of the invention can be expected although not as much as when diamond is used.

Abstract

高硬度素材で構成される部位を有する切削工具であって、前記部位に、すくい面４と逃げ面５と切れ刃６を備えさせ、前記すくい面４の切れ刃６に沿った領域をＡ、前記すくい面の前記領域Ａを除いた領域をＢとして、記領域Ａの面粗さが領域Ｂの面粗さよりも小さくし、前記領域Ｂは前記領域Ａの位置から落ち込んでいる構造にした。

Description

切削工具
  この発明は、少なくとも切削に関与する部位をダイヤモンドに代表されるような高硬度素材で構成した切削工具と、その切削工具の製造方法に関する。
  精密切削加工を行う切削工具は、切削に関与する部位に、高硬度で耐摩耗性に優れるダイヤモンドなどを材料として用いている。
  この精密切削加工用の切削工具も、一般的な切削工具と同様に、すくい面、逃げ面及びそれらの面が交差した位置の稜線で構成される切れ刃を備えている。
  切削に関与する部位の材料が高硬度のダイヤモンドなどであることから、この精密切削加工用の切削工具の製造時において材料の切断やすくい面の掘り下げなどは、レーザー加工によってなされている。レーザー加工機での工具製作は、例えば、下記特許文献１～３などに示されている。
特開２００３－２５１１８号公報 特開２００４－３４４９５７号公報 特開２００８－２２９８１０号公報
  高硬度素材にレーザー加工機で加工した面は、面粗さが平滑にならない。それが原因で、すくい面や逃げ面をレーザー光線で加工した切削工具は性能が安定しないことから、工具の表面、特に、すくい面を機械研磨、或いは研削加工して表面の平滑度を高める方法が採られていた。しかし、加工する材料が硬いことから、すくい面の全域を研磨する従来の方法では、研磨や研削に多くの時間を費やす不具合があった。
  また、研磨装置や研削装置にも負担がかかり、結果的にコストアップにつながることも問題であった。
  そこで、この発明は、精密切削加工用切削工具の切削性能の安定化を、工具製造時の研磨、研削加工の面積を減少させて実現することを課題としている。
  上記の課題を解決するため、高硬度素材で構成される部位を有する切削工具を以下の通りに構成した。
  即ち、前記部位に、すくい面と逃げ面とそのすくい面と逃げ面の交差部の稜線で形成される切れ刃を備えさせ、前記すくい面の前記切れ刃に沿った領域をＡ、前記すくい面の前記領域Ａを除いた領域をＢとして、前記領域Ａの面粗さを前記領域Ｂの面粗さよりも小さくし、前記領域Ｂは前記領域Ａの位置から落ち込んでいる構造にした。
  この構造によれば、前記すくい面の領域Ａは機械加工による平滑化面（研磨面もしくは研削加工面）、前記領域Ｂは、レーザー光線で加工された非平滑化面となすことができる。
  なお、この発明は、前記高硬度素材としてＣＢＮ（立方晶窒化硼素）焼結体を用いた切削工具にも適用できる。そして、硬くてすくい面の粗加工をレーザー加工に依存せざるを得ないダイヤモンドを用いた切削工具に適用すると、発明の効果が特に顕著に現われる。
  この発明の切削工具に利用するダイヤモンドは、単結晶ダイヤモンド、焼結ダイヤモンド、気相合成法で製造される多結晶ダイヤモンドのいずれであってもよい。また、この発明の切削工具は、前記すくい面の前記領域Ａが単一の面で構成されていると好ましい。
  この切削工具は、高硬度素材に設けるすくい面を、先ず始めにレーザー加工機で加工する。そのレーザー加工の工程において前記すくい面の前記領域Ｂを前記領域Ａよりも深く掘り下げ、その後、前記領域Ａのすくい面を機械研磨や研削加工で平滑化して前記逃げ面との間に切れ刃を生じさせる方法で製造することができる。この発明は、かかる製造方法も併せて提供する。
  この方法での前記領域Ｂの掘り下げが前記領域Ｂの一部についてなされたときにも発明の効果が得られる。
  なお、この方法では前記逃げ面も研磨或いは研削加工すると好ましい。前記逃げ面の研磨、研削はすくい面の平滑化加工の前、後のどちらで行ってよい。
  この発明の切削工具は、すくい面を切れ刃に沿った領域Ａと、前記すくい面の前記領域Ａを除いた領域Ｂに分け、前記領域Ｂを前記領域Ａの位置から落ち込ませたので、すくい面の前記領域Ａ、Ｂをレーザー加工機で加工し、その後に前記領域Ａを機械研磨や研削加工で平滑化する方法で製造することができる。
  この方法によれば、平滑化する前記領域Ａの面積を必要最小限まで減少させて、研磨や研削の時間を大幅に短縮することができる。
  また、平滑化する前記領域Ａの面積を縮小することで、研磨装置や研削装置の加工負担も軽減されて加工コストも引き下げられる。
この発明の切削工具の一例（ボールエンドミル）を示す斜視図である。 図１の切削工具の要部を拡大して示す斜視図である。 図２のIII－III線に沿った拡大断面図である。 この発明の製造方法によるすくい面の加工手順を示す図である。 この発明の製造方法によるすくい面の加工手順を示す図である。 この発明の製造方法によるすくい面の加工手順を示す図である。
  以下、添付図面の図１～図４（ｃ）に基づいて、この発明の切削工具の実施の形態を説明する。
  この発明を、先端のＲ半径が０．５ｍｍ（直径１ｍｍ）の１枚刃のボールエンドミルに適用した例を図１及び図２に示す。図示の切削工具（ボールエンドミル）１は、シャンク２ａを有する本体部２の先端に、高硬度素材からなる切削ヘッド３を接合している。そして、その切削ヘッド３に、すくい面４と、逃げ面５と、すくい面と逃げ面が交差した位置の稜線で構成される切れ刃６を設けている。
  図中７は、切削ヘッド３の切れ刃６の無い側を除去する切除面である。
  本体部２は、ハイス鋼などの工具鋼や超硬合金で形成されており、切削ヘッド３は、例えば、ナノサイズの多結晶ダイヤモンドを結合材を使わずに結合させたバインダレスダイヤモンド焼結体で形成されている。
  その切削ヘッド３に設けたすくい面４は、切れ刃６に沿った領域Ａと領域Ａを除いた領域Ｂの２領域に分けられている。領域Ｂは、領域Ａの位置から僅かに落ち込んでおり、さらにその面の面粗さが領域Ａの面粗さよりも粗い。
  領域Ａは機械加工された面であり、領域Ｂは、レーザー光線で加工された面である。この領域Ａ、Ｂからなるすくい面４は、以下の工程を経て形成されたものである。
  即ち、先ず、図４（ａ）に示すように、すくい面４の全体をレーザー加工機で加工する。このときの加工は、レーザー光線をすくい面４に対して交差する方向に照射して行ってもよいし、すくい面４と平行になる方向に照射して行ってもよい。
  次に、すくい面４の領域Ａを除いた箇所（即ち、領域Ｂ）を、レーザー加工機でさらに掘り下げる。図示の切削工具（ボールエンドミル）は、その加工を、すくい面４の領域Ｂに対してレーザー光線を直上から照射して行っている。
  この場合、レーザー光線を、図４（ｂ）に示すように、領域Ｂに対して半円の加工痕跡が残されるように走査して行うと、領域Ａの幅を安定させることができる。
  また、このときに掘り下げるのは、領域Ｂの全体であると、すくい面の仕上げ加工面積削減の効果が最大限に引き出される。レーザー光線の走査によって生じる溝間に、頂点が領域Ａと同一高さ位置にある山を残しても、全域掘り下げの場合ほどではないが、すくい面の研削面積を減少させることができる。
  図４（ｃ）は、レーザー光線の走査位置をエンドミルの半径方向に移しながら領域Ｂの全域を掘り下げた状態を示している。
  このときの領域Ｂの領域Ａからの落ち込み量（図３に示した領域Ｂのいちばん深い地点から領域Ａまでの高さＨ）は、１００μｍ以下が、レーザー光線による無駄な掘り下げを抑えることができて好ましい。落ち込み量の下限は１μｍでもよい。また、図４（ｃ）に示した領域Ａの幅Ｗは、切れ刃６の直径の５０％以下がよい。精密切削加工では、一般的に切込みが１０μｍ以下の微細な値に設定されるので、幅Ｗについては大きな数値は要求されない。領域Ａの面積削減の面からは狭いほどよく、下限は１μｍも許容される。
  領域Ｂの掘り下げを完了したら、次に、領域Ａを機械研磨や研削加工によって仕上げる。領域Ａは、面積が縮小されてすくい面４の全体に占める割合が著しく減少しているので、機械研磨や研削に要する手間と時間が大幅に削減される。
  なお、逃げ面５と切除面７は、レーザー加工機で加工する。逃げ面５は、すくい面４の領域Ａを平滑化加工した後、あるいはその前に研磨や研削を行って仕上げる。
  逃げ面５はレーザー加工機のみで加工することも可能であるが、ここで述べたように、すくい面４の領域Ａと逃げ面５の両面を共に研磨或いは研削すれば、高精度で安定した切れ刃を得ることができる。
  なお、この発明の適用対象は、図示のボールエンドミルに限定されない。スクエアエンドミル、ラジアスエンドミルなどにも適用できるし、エンドミル以外の切削工具、例えば、精密旋削用バイト、バイト用切削インサート、ドリルなどの穴あけ工具等にも適用することができる。
  また、例示の切削工具は、切削ヘッド３の全体を高硬度素材で形成した。切削ヘッド３の一部に高硬度素材を接合して切削に関与する部分（切れ刃近傍）のみを高硬度素材で形成しても構わない。
  このほか、切削に関与する部位を構成する高硬度素材は、単結晶ダイヤモンド、焼結ダイヤモンドや気相合成法で製造される多結晶ダイヤモンドであってもよい。また、ＣＢＮ焼結体である場合にも、ダイヤモンドを用いる場合ほどではないが発明の効果を期待できる。
１          切削工具
２          本体部
２ａ        シャンク
３          切削ヘッド
４          すくい面
Ａ          すくい面の切れ刃に沿った領域
Ｂ          すくい面の領域Ａを除いた領域
５          逃げ面
６          切れ刃
７          切除面

Claims (5)

  1.   高硬度素材で構成される部位を有する切削工具であって、
    前記部位が、すくい面（４）と、逃げ面（５）と、そのすくい面と逃げ面の交差部の稜線で形成される切れ刃（６）を有し、
      前記すくい面（４）の前記切れ刃（６）に沿った領域をＡ、前記すくい面（４）の前記領域Ａを除いた領域をＢとして、前記領域Ａの面粗さが領域Ｂの面粗さよりも小さく、前記領域Ｂは前記領域Ａの位置から落ち込んでいる切削工具。
  2.   前記すくい面（４）の前記領域Ａは機械研磨又は研削加工による平滑化面、前記領域Ｂは、レーザー加工された非平滑化面であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
  3.   前記高硬度素材が、単結晶ダイヤモンド、焼結ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドのいずれかである請求項１又は２に記載の切削工具。
  4.   前記すくい面（４）の前記領域Ａが単一の面で構成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかひとつに記載の切削工具。
  5.   レーザー光線を用いて高硬度素材にすくい面（４）を形成するレーザー加工工程を有し、そのレーザー加工工程においてすくい面（４）の前記領域Ｂを前記領域Ａよりも深く掘り下げ、その後、前記領域Ａのすくい面（４）を研磨もしくは研削加工して前記すくい面（４）と逃げ面（５）との間に切れ刃（６）を生じさせる請求項１～４のいずれかひとつに記載の切削工具の製造方法。
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