WO2018043352A1 - 切削工具の製造方法及びホーニング面形成装置 - Google Patents

切削工具の製造方法及びホーニング面形成装置 Download PDF

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拓矢 久保
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Definitions

  • the present invention relates to a cutting tool manufacturing method and a honing surface forming apparatus for forming a honing surface on a cutting edge of a tool body by laser processing.
  • the honing surface is formed by simply scanning the laser beam following the cutting edge. Therefore, the honing surface is formed on a complicated curved cutting edge for the following reason. It becomes difficult.
  • the insert when forming a honing surface having a fixed shape on the cutting edge of an insert attached to the tip of a tool, the insert is formed by an xyz stage and two independent rotating shafts as shown in FIG.
  • a method of controlling the laser beam so that the laser beam is scanned following the cutting edge by moving the insert with respect to this laser beam in a state where the laser beam is irradiated to a specific position with a movable device. It is done.
  • the form of a honing surface changes with scanning speeds.
  • the beam scanning speed is, for example, about 100 mm / s or more. It is necessary to reduce the stage speed to about 1 mm / s or less.
  • the processing efficiency is lower than that of a nanosecond laser, and the beam penetrating power is low. There is a problem that it is difficult to form a honing surface with high straightness.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and occurs due to the influence of the operating speed of the stage holding the tool body when forming a honing surface on the tool body having a curved cutting edge using a laser.
  • An object of the present invention is to suppress a change in the shape of the honing surface due to the position of the cutting edge and damage due to laser heat.
  • the method for manufacturing a cutting tool according to the present invention includes a honing surface at a crossed ridge line portion between a rake face and a flank that irradiates a laser beam onto a tool body having a curved cutting edge at a part of the cutting edge.
  • the honing surface of the curved cutting edge is formed by a part of the turning trajectory.
  • the honing surface of the curved cutting edge is formed on a part of the turning trajectory, so that the honing surface of the curved cutting edge of the turning trajectory of the laser beam is not processed.
  • the laser beam is separated from the cutting edge. That is, while the laser beam repeats contact and separation with the cutting edge, the honing surface is processed while it is in contact, and heat is intermittently applied to the cutting edge due to the contact and separation of the laser beam. For this reason, while the laser beam is separated from the cutting edge, the heat acting on the cutting edge is relieved, and the thermal influence on the cutting edge is greatly reduced compared to the case of continuous machining as in the prior art. .
  • the center position of the turning trajectory of the laser beam may be disposed outside the intersecting ridge line portion.
  • the laser beam can be scanned while repeating contact and separation with respect to the cutting edge. Therefore, even if the scanning speed of the laser beam is kept constant, regardless of the moving speed of the cutting edge, the machining cost of the honing surface, the degree of sag of the honing surface on the laser beam incident side, the thermal alteration layer on the honing surface, etc. Can be reduced.
  • an overlap of adjacent trajectories of the laser beam may be 70% or more.
  • the honing surface can be finished to a smooth surface without irregularities, and a cutting tool having stable cutting performance can be manufactured.
  • the laser beam in the honing surface forming step, may be irradiated from the rake face side.
  • the honing surface and the rake surface can be connected smoothly by irradiating the laser beam from the rake surface side.
  • a honing surface that is smoothly continuous with the rake face, flaking and chipping at the tip of the cutting edge of the cutting tool can be reduced, and the tool life can be extended.
  • the honing surface forming device of the present invention is a device that forms a honing surface on a cutting edge by irradiating a laser beam onto a tool body, and is capable of moving the position of the cutting edge relative to the laser beam while holding the tool body.
  • a cutting edge holding mechanism and a laser beam irradiation mechanism for irradiating the cutting edge with the laser beam, and the laser beam irradiation mechanism pivots and moves the laser beam in a direction approaching and separating from the cutting edge. It has a control part.
  • the scanning speed of the laser beam with respect to the cutting edge can be kept constant, and fluctuations in the form of the honing surface can be suppressed.
  • a high-quality and high-precision honing surface can be formed.
  • FIG. 6 is an SEM image near the honing surface of FIG. It is a cross-sectional profile obtained by measuring the vicinity of the honing surface with a laser microscope.
  • the left side shows a comparative example, and the right side shows Example 1.
  • It is a SEM image of the honing surface of the CVD diamond covering drill formed by the method of the present invention.
  • (A) is a schematic diagram explaining the overrun of the laser beam with a corner cutting edge
  • (b) is a schematic diagram explaining the increase in the machining allowance with a corner cutting edge.
  • the honing surface forming apparatus 100 is an apparatus that manufactures an insert having a honing surface by irradiating a laser beam L onto an insert (tool body of the present invention) 10 to three-dimensionally process the insert 10. is there.
  • the honing surface forming apparatus 100 is capable of oscillating, rotating, and moving in the xyz axis direction while holding the insert 10 while the laser beam irradiation mechanism 20 irradiates the insert 10 at a constant repetition frequency by pulsing the laser beam L.
  • a tool holding mechanism 30 and a control unit 40 for controlling them are provided.
  • the tool holding mechanism 30 has a mechanism that can translate the insert 10 in each of xyz directions, and can perform a turning motion and a rotation motion. Specifically, an x-axis stage portion 31x that is movable in the x direction parallel to the horizontal plane, and y that is provided on the x-axis stage portion 31x and is movable at right angles to the x direction and parallel to the horizontal plane.
  • the holder 33 that is fixed and can hold the insert 10 is configured to include a rotation mechanism 34 that rotates about an axis orthogonal to the rotation center of the rotation mechanism 32.
  • a stepping motor is used for each of the stage units 31x to 31z, the turning mechanism 32, and the rotation mechanism 34, and the phase can be fed back by an encoder.
  • the laser light irradiation mechanism 20 includes a laser oscillator 21 that pulsates laser light to be a laser beam L by a Q switch, a condensing lens 22 that condenses the laser light in a spot shape, and a laser beam from the condensing lens 22.
  • a beam scanning system 23 such as a galvano scanner that scans L and an imaging unit 24 such as a CCD camera that images the irradiation position of the laser beam L are provided.
  • a light source capable of irradiating laser light with a short wavelength of 190 nm to 1100 nm can be used.
  • a laser light that can oscillate and emit laser light with a wavelength of 355 nm is used.
  • the beam scanning system 23 is disposed directly above the tool holding mechanism 30.
  • the control unit 40 controls the entire operation.
  • the control unit 40 controls the beam scanning system 23 to turn the laser beam, and sets a radius of the turning trajectory of the laser beam L, a wait time in the turning trajectory, and the like. Have.
  • the manufacturing method of the cutting tool of this embodiment uses the insert 10 (cutting tool) having a corner cutting edge (curved cutting edge) as a part of the cutting edge, and irradiates the insert 10 with a laser beam to thereby cut the cutting edge.
  • a honing surface forming step of forming a honing surface at the intersection ridge line portion between the rake face and the flank is described.
  • the insert 10 is made of a cemented carbide or the like, and is formed in a flat block shape having a polygonal shape such as a triangle or a quadrangle in plan view, the upper surface thereof being a rake face 11, and the side face being a flank face 12.
  • a cutting edge 16 is formed at the intersection ridge line with the surface 12.
  • the insert 10 has a corner cutting edge (curved cutting edge) 13 as a part of the cutting edge 16, and the convex arc-curved corner cutting edge 13 is formed on the ridge line of the polygonal corner of the rake face 11.
  • a linear cutting edge 14 is formed on a ridge line corresponding to a polygonal side connected to both ends of the corner cutting edge 13.
  • the insert 10 is held by the tool holding mechanism 30 of the honing surface forming apparatus 100 and arranged so that the laser beam L is irradiated obliquely to the rake face 11 of the insert 10 as shown in FIG. Then, the laser beam L is irradiated to a specific position, and the image taken by the photographing unit 24 is moved while moving the insert 10 with respect to this laser beam L as shown in FIGS.
  • the laser beam L is moved relative to the contours of the blades 13 and 14 so that the laser beam L is moved along the cutting blades 13 and 14.
  • the beam scanning system 23 is used to turn the laser beam L so as to draw a circular orbit at a constant speed, and a part of the turning orbit contacts the cutting edges 13 and 14 of the insert 10.
  • the center position G of the turning trajectory of the laser beam L is arranged outside the ridge line of the cutting edges 13 and 14 to be processed. That is, if the distance between the center position G of the turning track and the ridgeline of the cutting edges 13 and 14 is H and the radius of the circle of the turning track is r, the relationship r ⁇ H ⁇ 0 is set.
  • the overlap J between adjacent pulse irradiation points at the irradiation point of the pulsed laser beam L is preferably 50% or more.
  • the overlap K (see FIG. 2) of adjacent tracks caused by the relative movement with the insert 10 in the turning track of the laser beam L is preferably 70% or more.
  • K is drawn at about 40% for easy viewing.
  • the conditions of the overlap J between the pulses of the laser beam L and the overlap K of the turning trajectory are suitable conditions for finishing the honing surface 15 into a smooth surface without unevenness.
  • the radius r of the turning trajectory of the laser beam L is not necessarily limited, but is preferably 100 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the irradiation angle of the laser beam L is not particularly limited, but the closer to the rake face or flank, the closer the polishing to the rake face or flank. Since the honing angle ⁇ is set by the angle formed by the rake face 11 and the optical axis C of the laser beam L shown in FIG. 3, the angle formed by the rake face 11 and the optical axis C of the laser beam L is adjusted. Thus, the honing surface 15 having a desired honing angle ⁇ can be formed.
  • the laser beam L is scanned while repetitively contacting and separating with respect to the cutting edges 13 and 14 by swiveling in a direction in which the cutting edges 13 and 14 are separated from and approaching the cutting edges 13 and 14.
  • the cutting blades 13 and 14 are processed while being in contact with each other, and are separated from the cutting blades 13 and 14 when the cutting blades 13 and 14 are not processed.
  • the heat generated by the laser beam L acts intermittently on the cutting edges 13 and 14, and a part of the heat accumulated in the processing portion is obtained while the laser beam L is separated from the cutting edges 13 and 14. Dissipate.
  • the honing surface 15 is formed on the cutting edges 13 and 14 by moving the insert 10 so as to be moved along the cutting edges 13 and 14 while turning the laser beam L. it can.
  • the scanning speed (turning speed) of the laser beam L by the beam scanning system 23 is set to be much higher than the moving speed of the insert 10 by the tool holding mechanism 30, for example, about two orders of magnitude higher than the moving speed of the insert 10.
  • the scanning speed of the laser beam L is maintained constant regardless of the moving speed of the insert 10, but the laser beam L is relatively moved along the cutting edges 13 and 14 while being swung, so the laser beam Thermal relaxation time is generated in the cutting edges 13 and 14 during the scanning of L, and the thermal influence on the cutting edges 13 and 14 is greatly reduced as compared with the case of continuous machining as in the prior art.
  • the honing surface 15 and the rake surface 11 can be smoothly connected and formed by irradiating the laser beam L from the rake surface 11 side.
  • the honing surface 15 smoothly continuous with the rake face 11, chipping of the tip of the cutting edge of the cutting tool can be prevented, and the tool life can be extended.
  • the moving speed when machining the corner cutting edge 13 is made smaller than when the straight cutting edge 14 is machined.
  • the thermal influence on the insert 10 can be reduced by forming a thermal relaxation time by the rotational movement of the laser beam L, the machining allowance increases, the drooping of the machining part on the beam incident side, the irradiation part It is possible to reduce the occurrence of an increase in the heat-affected layer due to heat storage.
  • the corner cutting edge 13 is more than the straight cutting edge 14 as shown in FIG.
  • the machining allowance changes as indicated by the two-dot chain line, and the machining allowance increases at the corner cutting edge 13.
  • the distance from the edge of the cutting edges 13 and 14 to be processed to the starting point of the honing surface 15 on the rake face 11 is the honing width E, the distance between the optical axis C of the laser beam L and the honing surface 15 after processing. Processing cost is F.
  • a carbide insert was used as a material, and a honing surface was formed on the rake surface under the following processing conditions.
  • Laser wavelength 355 nm
  • Laser output 7W Repeat frequency: 50 kHz
  • Pulse width 30ns
  • Focus spot diameter 8 ⁇ m
  • J 75%
  • Movement speed of xy stage 1mm / s Overlap of adjacent laser beam trajectory
  • K 97%
  • Radius r of laser beam trajectory 500 ⁇ m Honing angle ⁇ : 40 ° Honing width
  • E 50 ⁇ m
  • honing is performed by moving only the insert while irradiating a fixed point without rotating the laser beam (both the scanning speed of the beam under the processing conditions and the radius r of the laser beam trajectory are 0).
  • a surface-formed product was also produced.
  • the laser beam was irradiated obliquely from the rake face side, and after the honing surface was formed, the honing surface was observed without post-processing.
  • FIG. 5 is a photograph taken obliquely with the honing surface of the corner cutting edge as the center, the left side is a comparative example by the conventional method, and the right side is the example 1 using the method of the present invention.
  • the honing surface has a metallic luster and is finished to a smooth surface without unevenness, but the comparative example has no luster due to poor surface condition due to melting or the like.
  • FIG. 6 is an SEM (scanning electron microscope) image in the vicinity of the honing surface at the corner cutting edge.
  • the comparative example on the left side has a large surface melting, but the right side example 1 has a higher melting point than the comparative example. The melting of the surface is greatly reduced.
  • FIG. 7 is a cross-sectional profile of a honing surface measured with a laser microscope, where a profile indicated by a solid line is a linear cutting edge, and a profile indicated by a broken line is a corner cutting edge.
  • the honing surface of the corner cutting edge protrudes more than the honing surface of the linear cutting edge due to the welding of the molten carbide component.
  • the linear cutting edge 1 and the corner cutting edge 1 are formed with substantially the same profile.
  • the honing surface can be formed into a sharp and stable shape by the method of the present invention.
  • FIG. 8 shows an SEM (scanning electron microscope) image of the cutting edge of an example in which a CVD diamond-coated drill (hereinafter referred to as a drill) is used as a material and a honing surface is formed on the rake face and flank face under the following processing conditions. It is.
  • the irradiation direction of the laser beam at the time of forming each honing surface was a direction from the rake face side or the flank face side toward the tip of the blade edge.
  • the honing surface on the rake face side and the honing surface on the flank face side are formed so as to overlap at the tip of the cutting edge, so that the processing is performed more than the radius of curvature of the untreated cutting edge.
  • the radius of curvature of the subsequent cutting edge is smaller (in this example, reduction from about 15 ⁇ m to about 1 ⁇ m).
  • the manufacturing method of the present invention can be applied not only to the rake face but also to the flank face or both.
  • Laser wavelength 355 nm
  • Laser output 5W Repeat frequency: 50 kHz
  • Pulse width 30ns
  • Focus spot diameter 8 ⁇ m
  • Overlap of adjacent pulse irradiation points J: 50% Moving speed of xy stage: 0.5mm / s
  • Adjacent laser beam swirl orbit overlap K: 99%
  • E 60 ⁇ m (rake face), 80 ⁇ m (flank face)
  • a smooth honing surface can be obtained by the method of the present invention.
  • X of FIG. 8 shows the ridgeline of the front-end
  • the vertical section of the ridge line X at the tip of the cutting edge was exposed by FIB (focused ion beam) processing, and the SEM image of the vertical section was observed.
  • the curvature radius when the shape of the ridge line X at the tip of the cutting edge was approximated by an arc by the least square method was about 1 ⁇ m.
  • graphitization often occurs in the region of the surface layer of the laser processing surface having a thickness of about 200 nm.
  • this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
  • the present invention can also be applied to a cutting tool such as a drill or an end mill in which the cutting edge is integrally formed, and the cutting edge is configured by a curved cutting edge. It can be widely applied, such as a combination of a curved cutting edge and a linear cutting edge.
  • the material of the cutting tool to which the present invention is applied is not limited to the cemented carbide or the diamond coating described in the above embodiment, and for example, a cBN sintered body, a PCD (polycrystalline diamond sintered body), a cermet, It can be applied to any material such as a ceramic film formed on the tool body.
  • the shape of the honing fluctuates due to fluctuations in the overlap K of the swirling trajectory of adjacent laser beams. Therefore, for example, by providing a stop time (wait time) of the galvano scanner at a location where the laser beam in the laser beam trajectory is separated from the cutting edge, the overlap K of the laser beam trajectory can be reduced. You may adjust so that it may become fixed. Further, the turning trajectory of the laser beam may be not only circular but also elliptical.
  • It can be used to form a honing surface using a laser on a tool body having a curved cutting edge, and the honing surface of the honing surface depending on the position of the cutting edge generated by the effect of the operating speed of the stage holding the tool body. Suppresses damage due to shape fluctuations and laser heat.

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Abstract

切れ刃の一部に曲線状切れ刃１３を有する工具本体にレーザビームＬを照射して、切れ刃を構成するすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング面１５を有する切削工具を製造する方法であって、レーザビームＬを曲線状切れ刃１３に対して離間接近する方向に旋回しながら曲線状切れ刃１３に沿って相対移動させ、その旋回軌道の一部で曲線状切れ刃１３のホーニング面１５を形成することにより、切れ刃の位置によるホーニング面の形状の変動やレーザ熱によるダメージを抑制する。

Description

切削工具の製造方法及びホーニング面形成装置
　本発明は、工具本体の切れ刃にレーザ加工によってホーニング面を形成する切削工具の製造方法及びホーニング面形成装置に関する。
　本願は、２０１６年８月３１日に出願された特願２０１６－１６９１７２及び２０１７年６月３０日に出願された特願２０１７－１２８４０２に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　切削工具では、切れ刃にホーニング面を形成することで刃先の強度を向上させる効果が一般に知られている。ホーニング面の形成には特許文献１や特許文献２のようにレーザを用いる方法が提案されており、通常の研削加工と比較して、砥石の摩耗による加工形状の変化が発生しないことや、ダイヤモンドなどの硬質材料に対しても高効率かつ高精度の加工が出来ること等の利点がある。
特許第４９７６５７６号 特許第３０１３４４８号
　特許文献１や特許文献２の方法では、単純に切れ刃へ倣ったレーザビームの走査にてホーニング面を形成しているため、以下の理由で複雑な曲線形態の切れ刃へホーニング面を形成することが困難となる。
　例えば、工具の先端部に取り付けられるインサートの切れ刃に一定形状のホーニング面を形成する場合、特許文献１の図１に示すようなｘ－ｙ－ｚステージと２つの独立した回転軸でインサートを動かすことが可能な装置にて、レーザビームを特定の位置に照射した状態とし、このレーザビームに対してインサートを動かすことで切れ刃に倣ってレーザビームが走査されるように制御する方法が考えられる。
　しかし、このような多軸のステージは比較的大型の装置となるため、ステージの慣性が大きく、インサートのノーズ部などの曲率の大きな箇所にてレーザビームが切れ刃に倣うようにインサートを動かすことが難しく、オーバーランによる位置ずれが発生しやすくなる（図９（ａ）の二点鎖線参照）。そこで、曲率が大きな箇所ではステージの移動速度を十分に小さくする必要があるが、一般に、レーザ加工ではレーザビームの走査速度が小さくなると、ホーニング面の加工代、レーザビーム入射側のホーニング面の垂れ具合、照射部の蓄熱による熱変質層の増加などが生じる。このため、走査速度によりホーニング面の形態が異なるという問題がある。特に、ナノ秒レーザでは、熱変質層を最小化するためにはビームの走査速度は例えば１００ｍｍ／ｓ程度以上とすることが適切であるが、５軸のステージで１μｍ以下の位置精度を得るためには、１ｍｍ／ｓ以下程度までステージ速度を落とす必要がある。一般に、パルス幅が１００ｐｓ程度以下のピコ秒レーザを用いれば熱影響の問題は低減されるが、ナノ秒レーザと比較して加工効率が低く、ビームの貫通力が低いために、ホーニング幅が大きく直進性の高いホーニング面を形成しにくいという問題がある。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、レーザを用いて曲線状の切れ刃を有する工具本体にホーニング面を形成する際に、工具本体を保持するステージの動作速度の影響により発生する、切れ刃の位置によるホーニング面の形状の変動やレーザ熱によるダメージを抑制することを目的とする。
　本発明の切削工具の製造方法は、切れ刃の一部に曲線状切れ刃を有する工具本体にレーザビームを照射して該切れ刃を構成するすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング面を形成するホーニング面形成工程を有し、前記ホーニング面形成工程は、少なくとも前記曲線状切れ刃に前記ホーニング面を形成する際に、前記レーザビームを前記曲線状切れ刃に対して離間接近する方向に旋回しながら前記曲線状切れ刃に沿って相対移動させ、その旋回軌道の一部で前記曲線状切れ刃の前記ホーニング面を形成する。
　レーザビームを旋回しながら、その旋回軌道の一部で曲線状切れ刃のホーニング面を形成することにより、レーザビームの旋回軌道のうち、曲線状切れ刃のホーニング面を加工していない時間帯では、レーザビームが切れ刃から離間している。つまり、レーザビームが切れ刃に接触離間を繰り返しながら、その接触している間にホーニング面の加工を行うのであり、切れ刃には、レーザビームの接触離間により断続的に熱が作用する。このため、レーザビームが切れ刃から離間している間に、切れ刃に作用した熱が緩和され、従来のように連続して加工する場合に比べて切れ刃に対する熱的影響が大幅に少なくなる。したがって、レーザビームの走査速度を一定にして切れ刃の移動速度を小さくすることが可能であり、ホーニング面の加工代、レーザビーム入射側のホーニング面の垂れ具合、ホーニング面における熱変質層などの変動を少なくすることができる。
　本発明の切削工具の製造方法の好ましい実施形態では、前記ホーニング面形成工程において、前記レーザビームの旋回軌道の中心位置を、前記交差稜線部よりも外側に配置するとよい。
　このように、レーザビームの旋回軌道の中心位置を交差稜線部よりも外側に配置することで、レーザビームを切れ刃に対して接触離間を繰り返しながら走査できる。したがって、切れ刃の移動速度によらず、レーザビームの走査速度を一定に維持しても、ホーニング面の加工代、レーザビーム入射側のホーニング面の垂れ具合、ホーニング面における熱変質層などの変動を少なくできる。
　本発明の切削工具の製造方法の好ましい実施形態では、前記ホーニング面形成工程において、前記レーザビームの旋回軌道の隣接する軌道のオーバーラップを７０％以上とするとよい。
　レーザビームのオーバーラップを７０％以上とすることで、ホーニング面を凹凸のない滑らかな面に仕上げることができ、安定した切削性能を有する切削工具を製造できる。
　本発明の切削工具の製造方法の好ましい実施形態では、前記ホーニング面形成工程において、前記レーザビームは、前記すくい面側から照射するとよい。
　レーザビームをすくい面側から照射することで、ホーニング面とすくい面とを滑らかに接続して形成できる。このように、すくい面と滑らかに連続したホーニング面を形成しておくことで、切削工具の切れ刃の刃先先端のフレーキングやチッピングを低減でき、工具寿命を延ばすことができる。
　本発明のホーニング面形成装置は、工具本体にレーザビームを照射して切れ刃にホーニング面を形成する装置であって、前記工具本体を保持して前記レーザビームに対する前記切れ刃の位置を移動可能な切れ刃保持機構と、前記切れ刃に前記レーザビームを照射するレーザ光照射機構とを有し、前記レーザ光照射機構は、前記切れ刃に対して離間接近する方向にレーザビームを旋回移動させる制御部を有している。
　本発明によれば、工具本体の移動速度や加工すべき切れ刃の位置によらずに、切れ刃に対するレーザビームの走査速度を一定にして、ホーニング面の形態の変動を抑制することができ、高品質かつ高精度のホーニング面を形成することができる。
本発明のホーニング面形成装置の一実施形態を示す全体構成図である。 ホーニング面形成工程において、切れ刃に対してレーザビームを旋回移動している状態を模式的に示した斜視図である。 ホーニング面形成工程において、切れ刃に対するレーザビームの照射姿勢を示す模式図である。 ホーニング面形成工程において、インサートにホーニング面を形成する際のレーザビームとインサートとの位置関係の変化を示す模式図である。 超硬インサートについてのホーニング面形成例を示す写真であり、左側が従来方法による比較例、右側が本発明の方法を用いた実施例１を示す。 図５のホーニング面付近のＳＥＭ像であり、左側が比較例、右側が実施例１を示す。 ホーニング面付近をレーザ顕微鏡で計測して得た断面プロファイルであり、左側が比較例、右側が実施例１を示す 本発明の方法で形成したＣＶＤダイヤモンド被覆ドリルのホーニング面のＳＥＭ像である。 （ａ）がコーナー切れ刃でのレーザビームのオーバーランを説明する模式図、（ｂ）がコーナー切れ刃での加工代の増大を説明する模式図である。
　以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
　まず、ホーニング面形成装置について説明する。このホーニング面形成装置１００は、図１に示すように、インサート（本発明の工具本体）１０にレーザビームＬを照射してインサート１０を三次元加工してホーニング面を有するインサートを製造する装置である。ホーニング面形成装置１００は、レーザビームＬをパルス発振してインサート１０に一定の繰り返し周波数で照射するレーザ光照射機構２０と、インサート１０を保持した状態で回転、旋回及びｘｙｚ軸方向にそれぞれ移動可能な工具保持機構３０と、これらを制御する制御部４０とを備えている。
　工具保持機構３０は、インサート１０をｘ－ｙ－ｚの各方向に並進運動でき、且つ旋回運動、及び自転運動できる機構を有している。具体的には、水平面に平行なｘ方向に移動可能なｘ軸ステージ部３１ｘと、そのｘ軸ステージ部３１ｘ上に設けられｘ方向に対して直角で水平面に平行なｙ方向に移動可能なｙ軸ステージ部３１ｙと、ｙ軸ステージ部３１ｙ上に設けられ水平面に対して垂直方向に移動可能なｚ軸ステージ部３１ｚと、ｚ軸ステージ部上に設けられた旋回機構３２と、旋回機構３２に固定され、インサート１０を保持可能なホルダ３３を旋回機構３２の旋回中心と直交する軸を中心に回転する回転機構３４とを備える構成とされている。これら各ステージ部３１ｘ～３１ｚ、旋回機構３２、回転機構３４の各駆動部は、例えばステッピングモータが用いられ、エンコーダにより位相をフィードバックすることができるようになっている。
　レーザ光照射機構２０は、ＱスイッチによりレーザビームＬとなるレーザ光をパルス発振するレーザ発振機２１と、レーザ光をスポット状に集光させる集光レンズ２２と、集光レンズ２２からのレーザビームＬを走査するガルバノスキャナ等のビーム走査系２３と、レーザビームＬの照射位置を撮影するＣＣＤカメラ等の撮影部２４とを備えている。
　レーザ発振機２１は、１９０ｎｍ～１１００ｎｍの短波長のレーザ光を照射できる光源を使用することができ、例えば本実施形態では、波長３５５ｎｍのレーザ光を発振して出射できるものを用いている。また、ビーム走査系２３は、工具保持機構３０の真上に配置されている。
　制御部４０は、全体の動作を制御するもので、ビーム走査系２３を制御してレーザビームを旋回移動させるとともに、レーザビームＬの旋回軌道の半径、旋回軌道におけるウェイト時間などを設定するプログラムを有している。
　次に、このホーニング面形成装置１００を使用してインサート１０の切れ刃にホーニング面を形成した切削工具を製造する方法について説明する。本実施形態の切削工具の製造方法は、切れ刃の一部にコーナー切れ刃（曲線状切れ刃）を有するインサート１０（切削工具）を用いて、このインサート１０にレーザビームを照射して切れ刃を構成するすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング面を形成するホーニング面形成工程を有する。以下では、本発明における曲線状切れ刃の例として、インサートのコーナー切れ刃を対象として説明する。
　インサート１０は、超硬合金等からなり、平面視が三角形、四角形等の多角形をした平板ブロック状に形成され、その上面がすくい面１１、側面が逃げ面１２とされ、すくい面１１と逃げ面１２との交差稜線部に切れ刃１６が形成されている。また、インサート１０は、切れ刃１６の一部にコーナー切れ刃（曲線状切れ刃）１３を有し、すくい面１１における多角形の角部の稜線に、凸円弧曲線状のコーナー切れ刃１３が形成されるとともに、このコーナー切れ刃１３の両端に連なる多角形状の辺に相当する稜線に直線状切れ刃１４が形成されている。
（ホーニング面形成工程）
　このインサート１０をホーニング面形成装置１００の工具保持機構３０に保持し、図３に示すように、レーザビームＬがインサート１０のすくい面１１に対して斜めに照射されるように配置する。そして、レーザビームＬを特定の位置に照射した状態とし、このレーザビームＬに対して図４（ａ）から（ｃ）に順に示すようにインサート１０を移動しながら、撮影部２４で読み取った切れ刃１３，１４の輪郭形状に倣ってレーザビームＬを相対移動させ、レーザビームＬが切れ刃１３，１４に沿って移動されるようにする。このとき、ビーム走査系２３を用いて図２に示すようにレーザビームＬを一定速度で円軌道を描くように旋回移動し、その旋回軌道の一部がインサート１０の切れ刃１３，１４に接するように設定する。
　具体的には、図３に示すように、レーザビームＬの旋回軌道の中心位置Ｇが加工すべき切れ刃１３，１４の稜線よりも外側に配置されるようにする。つまり、この旋回軌道の中心位置Ｇと切れ刃１３，１４の稜線との距離をＨとし、旋回軌道の円の半径をｒとすると、ｒ≧Ｈ≧０の関係となるように設定する。
　また、図示は省略するが、パルス発振されるレーザビームＬの照射点における隣接するパルス照射点のオーバーラップＪは５０％以上とするのが良い。このオーバーラップＪとは、パルスビームを掃引した際に、パルス間で隣接するビームスポットの中心間距離をＡとし、ビームスポットの半径をＢとすると、Ａ＝２×ＢのときオーバーラップＪは０％で、Ａ＝ＢのときオーバーラップＪは５０％となる。
　また、レーザビームＬの旋回軌道においてインサート１０との相対移動により生じる隣接する軌道のオーバーラップＫ（図２参照）は７０％以上が良い。なお、図２では見やすくするためにＫを４０％程度で描いている。
　これらレーザビームＬのパルス間のオーバーラップＪや旋回軌道のオーバーラップＫの条件は、ホーニング面１５を凹凸のない滑らかな面に仕上げるために好適な条件である。なお、レーザビームＬの旋回軌道の半径ｒは必ずしも限定されるものではないが、１００μｍ～１０００μｍが好ましい。また、レーザビームＬの照射角も特に限定されないが、すくい面や逃げ面に平行に近くなるほど、すくい面や逃げ面に対する研磨に近くなる。なお、図３に示すすくい面１１とレーザビームＬの光軸Ｃとのなす角によりホーニング角θが設定されることから、すくい面１１とレーザビームＬの光軸Ｃとのなす角を調整することで、所望のホーニング角θを有するホーニング面１５を形成できる。
　レーザビームＬは、図２に示すように切れ刃１３，１４に対して離間接近する方向に旋回移動することにより切れ刃１３，１４に対して接触離間を繰り返しながら走査され、切れ刃１３，１４に接している間に切れ刃１３，１４を加工し、切れ刃１３，１４を加工していない状態では切れ刃１３，１４から離間している。このため、切れ刃１３，１４には、レーザビームＬによる熱が断続的に作用し、レーザビームＬが切れ刃１３，１４から離間している間に、加工部分に蓄積した熱の一部が放散する。
　このように、ホーニング面形成工程では、レーザビームＬを旋回移動しながら切れ刃１３，１４に沿って移動されるようにインサート１０を移動することにより、切れ刃１３，１４にホーニング面１５を形成できる。この場合、ビーム走査系２３によるレーザビームＬの走査速度（旋回速度）は工具保持機構３０によるインサート１０の移動速度よりもはるかに高く、例えば、インサート１０の移動速度よりも２桁程度高く設定される。このように、インサート１０の移動速度によらず、レーザビームＬの走査速度が一定に維持されるが、レーザビームＬを旋回移動しながら切れ刃１３，１４に沿って相対移動させるので、レーザビームＬの走査中に切れ刃１３，１４に熱的な緩和時間が発生し、従来のように連続して加工する場合に比べて切れ刃１３，１４に対する熱的影響が大幅に少なくなる。
　また、本実施形態では、レーザビームＬをすくい面１１側から照射することで、ホーニング面１５とすくい面１１とを滑らかに接続して形成できる。このように、すくい面１１と滑らかに連続したホーニング面１５を形成しておくことで、切削工具の切れ刃の刃先先端のチッピングを防止でき、工具寿命を延ばすことができる。
　前述したように、図９（ａ）に二点鎖線で示すオーバーランを防止するために、直線状切れ刃１４を加工するときよりも、コーナー切れ刃１３を加工するときの移動速度を小さくする必要があるが、レーザビームＬの旋回移動により熱的な緩和時間を形成することでインサート１０に与える熱的影響を小さくできるので、加工代の増加、ビーム入射側の加工部の垂れ、照射部の蓄熱による熱変質層の増加などの発生を低減することができる。
　因みに、レーザビームＬを旋回させずに、単純に切れ刃１３，１４に沿って移動する従来の方法では、図９（ｂ）に示すように、コーナー切れ刃１３で直線状切り刃１４よりも移動速度を遅くすると、二点鎖線で示すように加工代が変化し、コーナー切れ刃１３で加工代が増大する。これにより、図３に二点鎖線で示したようにホーニング面１７に垂れが大きくなる。
　なお、加工すべき切れ刃１３，１４の稜線からすくい面１１上のホーニング面１５の開始点までの距離をホーニング幅Ｅ、レーザビームＬの光軸Ｃと加工後のホーニング面１５までの距離を加工代Ｆとする。
　素材として超硬インサートを用い、そのすくい面に以下の加工条件でホーニング面を形成した。
（加工条件）
レーザ波長：３５５ｎｍ
レーザ出力：７Ｗ
繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
集光スポット直径：８μｍ
ビームの走査速度：１００ｍｍ／ｓ
隣接するパルス照射点のオーバーラップＪ：７５％
ｘ－ｙステージの移動速度：１ｍｍ／ｓ
隣接するレーザビームの旋回軌道のオーバーラップＫ：９７％
レーザビームの旋回軌道の半径ｒ：５００μｍ
ホーニング角θ：４０°
ホーニング幅Ｅ：５０μｍ
　また、比較例として、レーザビームを旋回移動させずに（加工条件のビームの走査速度、レーザビームの旋回軌道の半径ｒがともに０となる）、定点照射しながらインサートのみを移動することによりホーニング面を形成したものも作製した。
　いずれの場合も、レーザビームをすくい面側から斜めに照射しており、また、ホーニング面を形成した後、後加工しないでホーニング面を観察した。
　図５は、コーナー切れ刃のホーニング面を中心として斜めに撮影した写真であり、左側が従来方法による比較例、右側が本発明の方法を用いた実施例１のものである。実施例１では、ホーニング面に金属光沢が認められ、凹凸のない平滑な面に仕上がっているが、比較例のものは、溶融などで表面状態が悪いために光沢がなくなっている。
　図６はコーナー切れ刃におけるホーニング面の付近のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像であり、左側の比較例のものは表面の溶融が大きいが、右側の実施例１のものは、比較例に比べて表面の溶融が大幅に低減している。
　図７は、レーザ顕微鏡により測定したホーニング面の断面プロファイルであり、実線で示すプロファイルが直線状切れ刃、破線で示すプロファイルがコーナー切れ刃である。これらの比較で明らかなように、比較例は、コーナー切れ刃のホーニング面においては、溶融した超硬成分の溶着により直線状切れ刃のホーニング面よりも隆起しているのに対して、実施例１は、直線状切れ刃、コーナー切れ刃とも、ほぼ同じプロファイルで形成されている。
　これらの結果より、本発明の方法により、ホーニング面をシャープで安定した形状に形成できることがわかる。
　図８は、素材としてＣＶＤダイヤモンド被覆ドリル（以下、ドリルとする。）を用い、そのすくい面と逃げ面に以下の加工条件でホーニング面を形成した例の刃先のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像である。各ホーニング面形成時のレーザビームの照射方向は、それぞれ、すくい面側、または、逃げ面側から、刃先先端へ向かう方向とした。
　なお、この例では、すくい面側のホーニング面と、逃げ面側のホーニング面とを、刃先先端部分でオーバーラップして形成しており、そのため、未処理持の刃先の曲率半径よりも、処理後の刃先の曲率半径の方が小さくなっている（この例では、約１５μｍから約１μｍへの縮小）。このように、本発明の製造方法は、すくい面だけではなく逃げ面、あるいはその両方に対して適用することも可能である。
（加工条件）
レーザ波長：３５５ｎｍ
レーザ出力：５Ｗ
繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
集光スポット直径：８μｍ
ビームの走査速度：２００ｍｍ／ｓ
隣接するパルス照射点のオーバーラップＪ：５０％
ｘ－ｙステージの移動速度：０．５ｍｍ／ｓ
隣接するレーザビームの旋回軌道のオーバーラップＫ：９９％
レーザビームの旋回軌道の半径ｒ：５００μｍ
ホーニング角θ：１５°（すくい面）、３°（逃げ面）
ホーニング幅Ｅ：６０μｍ（すくい面）、８０μｍ（逃げ面）
　図８のＳＥＭ像に示されるように、本発明の方法により、平滑なホーニング面を得ることが出来ている。なお、図８のＸは、ホーニング面形成後の切れ刃先端の稜線を示し、図３にＸで示す位置に相当する。
　また、ホーニング面を形成した後、ＦＩＢ（集束イオンビーム）加工により切れ刃先端の稜線Ｘの垂直断面を露出させて、その垂直断面のＳＥＭ像を観察した。このＳＥＭ像において、切れ刃先端の稜線Ｘの形状を最小二乗法により円弧で近似した場合の曲率半径は約１μｍであった。また、一般に、ナノ秒レーザを用いたＣＶＤダイヤモンド被膜の加工では、レーザ加工面表層の厚み２００ｎｍ程度の領域でグラファイト化が発生する場合が多く、そのダイヤモンド被膜の断面のＳＥＭ像（ＳＥ２像）においてその境界がコントラストの違いとして観察されるが、本発明の方法により加工したホーニング面を有するドリルではグラファイトの境界が観察されなかった。このように、本発明の方法でホーニング面を加工することで、切れ刃に対する熱影響が抑制されることが確認できた。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　実施形態では主にインサートを加工する場合について説明したが、刃先を一体に形成したドリルやエンドミルなどの切削工具においても、本発明を適用することができ、曲線状の切れ刃で構成されているもの、曲線状の切れ刃と直線状の切れ刃との組合せで構成されているものなど、広く適用することができる。
　また、本発明が適用される切削工具の材料は、上記実施形態で説明した超硬合金やダイヤモンド被膜に限られず、例えば、ｃＢＮ焼結体、ＰＣＤ（多結晶ダイヤモンド焼結体）、サーメット、又は、それらの工具本体上に成膜したセラミックス被膜など、どのような材料にも適用できる。
　また、ステージのオーバーランを防ぐために局所的な切れ刃の曲率に応じてステージの移動速度を変動させる際に、隣接するレーザビームの旋回軌道のオーバーラップＫが変動することでホーニングの形状が変動する場合があるため、例えばレーザビームの旋回軌道中のレーザビームが切れ刃から離間している箇所においてガルバノスキャナの停止時間（ウェイト時間）を設けることで、レーザビームの旋回軌道のオーバーラップＫが一定となるよう調整してもよい。
　また、レーザビームの旋回軌道は円形だけでなく、楕円形などとしてもよい。
　曲線状の切れ刃を有する工具本体にレーザを用いてホーニング面を形成する際に利用することができ、工具本体を保持するステージの動作速度の影響により発生する、切れ刃の位置によるホーニング面の形状の変動やレーザ熱によるダメージを抑制する。
１０…インサート（工具本体）
１１…すくい面
１２…逃げ面
１３…コーナー切れ刃（曲線状切れ刃）
１４…直線状切れ刃
１５…ホーニング面
１６…切れ刃
１７…ホーニング面
２０…レーザ光照射機構
２１…レーザ発振機
２２…集光レンズ
２３…ビーム走査系
２４…撮影部
３０…工具保持機構
３１ｘ…ｘ軸ステージ部
３１ｙ…ｙ軸ステージ部
３１ｚ…ｚ軸ステージ部
３２…旋回機構
３３…ホルダ
３４…回転機構
４０…制御部
１００…ホーニング面形成装置

Claims (5)

  1. 　切れ刃の一部に曲線状切れ刃を有する工具本体にレーザビームを照射して該切れ刃を構成するすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング面を形成するホーニング面形成工程を有し、
    　前記ホーニング面形成工程は、少なくとも前記曲線状切れ刃に前記ホーニング面を形成する際に、前記レーザビームを前記曲線状切れ刃に対して離間接近する方向に旋回しながら前記曲線状切れ刃に沿って相対移動させ、その旋回軌道の一部で前記曲線状切れ刃の前記ホーニング面を形成することを特徴とする切削工具の製造方法。
  2. 　前記ホーニング面形成工程において、前記レーザビームの旋回軌道の中心位置を、前記交差稜線部よりも外側に配置することを特徴とする請求項１に記載の切削工具の製造方法。
  3. 　前記ホーニング面形成工程において、前記レーザビームの旋回軌道の隣接する軌道のオーバーラップを７０％以上とすることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の製造方法。
  4. 　前記ホーニング面形成工程において、前記レーザビームは、前記すくい面側から照射することを特徴とする請求項１に記載の切削工具の製造方法。
  5. 　工具本体にレーザビームを照射して切れ刃にホーニング面を形成する装置であって、前記工具本体を保持して前記レーザビームに対する前記切れ刃の位置を移動可能な工具保持機構と、前記切れ刃に前記レーザビームを照射するレーザ光照射機構とを有し、前記レーザ光照射機構は、前記切れ刃に対して離間接近する方向にレーザビームを旋回移動させる制御部を有していることを特徴とするホーニング面形成装置。
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