WO2014155890A1 - ｃＢＮ切削工具の製造方法およびｃＢＮ切削工具 - Google Patents

Abstract

台金のコーナ部にｃＢＮ焼結体を設けたｃＢＮ切削工具について、芯高の精度を大きく高めることができ、また、ネガランドの傾斜角や幅も十分に小さくし得るｃＢＮ切削工具の製造方法及びｃＢＮ切削工具を提供する。ｃＢＮ切削工具を、位置と姿勢の制御が可能な研削盤のチャックでその工具の台金を挟みつけて保持しながら、研削盤の砥石の端面にｃＢＮ焼結体を押し付けてそのｃＢＮ焼結体に形成される逃げ面とすくい面を研削し、その研削を実質的な研削対象が前記ｃＢＮ焼結体となるように行うとともにすくい面の研削では前記台金の上面から落ち込ませ、もしくは台金すくい面より飛び出したｃＢＮ焼結体のみを研削し、以上の作業を、チャックによる工具の保持状態を解かずに実施するようにした。

Description

ｃＢＮ切削工具の製造方法およびｃＢＮ切削工具

  この発明は、台金のコーナ部にｃＢＮ（立方晶窒化硼素）焼結体の小片を設け、そのｃＢＮ焼結体に切れ刃を形成したｃＢＮ切削工具の製造方法およびｃＢＮ切削工具、詳しくは、仕上げの研削加工に工夫を凝らした製造方法およびｃＢＮ切削工具に関する。

  切削工具（切削インサート）のひとつに、超硬合金、セラミックス、サーメット、焼結合金などからなる多角形台金のコーナ部にｃＢＮ焼結体の小片を接合するなどして設け、切れ刃をそのｃＢＮ焼結体で構成したｃＢＮ切削工具がある。

  かかるｃＢＮ切削工具は、ブレーカ突起やブレーカ溝を設けない形態のものについては、台金の上面とｃＢＮ焼結体に形成されるすくい面を面一に仕上げている。ｃＢＮ工具での切削には様々なアプリケーションがあり、それぞれに合った刃先処理が要求される。切れ味が必要な場合はシャープエッジやホーニング処理のみを施したものが使用される。強度が必要とされる場合にはｃＢＮ焼結体は硬くて脆いことから、そのｃＢＮ焼結体に形成される切れ刃にネガランドを付してその切れ刃を強化する方法が多用されている。

  通常、すくい面の研削は、多数の切削工具を平面研削盤に装着して単一の砥石で研削する方法が採られている。その方法では台金と台金のコーナ部に設けられたｃＢＮ焼結体が一緒に研削（いわゆる共削り）され、そのために、台金の上面とｃＢＮ焼結体のすくい面が面一になっている。また、台金のみすくい面のみ研削して仕上げた後、ｃＢＮブランクをロー付けし、逃げ面のみ共削りする方法も考えられる。

  なお、台金の上面とｃＢＮ焼結体のすくい面が面一になっているｃＢＮ切削工具は、例えば、下記特許文献１などに開示されている。また、工具メーカ各社（例えば、住友電工ハードメタル社、タンガロイ社、三菱マテリアル社、サンドビック社など）がインターネットで開示しているカタログにも記載されている。

特開２０１１－０４５９５５号公報

  ｃＢＮ焼結体のすくい面と台金の上面を共削りする方法では、硬さの異なる材料が同時に加工され、研削面積も大きくなる。そのため、砥石の目詰まりや揺動による砥石の片当り（不均一当り）が避けられず、それが原因で研削した面にいわゆるダレが生じて刃先近傍のすくい面の平面性が悪化する。台金のみ削る場合でも面積が広いため平面性を出すことは難しい。

  一般的な旋削工具の真の芯高（工具の加工点）は、工具本体の厚み公差（最も厳しい場合で±２５μｍ）によってばらつく。さらに、切れ刃部にネガランドが設けられている旋削工具では、そのネガランドの傾斜角、幅、加工精度によってばらつきが大きくなる。

  小径棒材の外周加工や小径穴の加工では特に、芯高は加工精度を左右することからその精度を高めることがきわめて重要とされる。従来のｃＢＮ切削工具は、その要求に真に応えられるものではなかった。

  例えば、仕上げ加工に用いられるｃＢＮ切削工具は、切れ味を重視してネガランドの傾斜角を小さくし、ネガランドの幅も小さくすることが要求される。さらに切れ味が必要な場合はネガランドを設けないシャープエッジやホーニングのみつけた刃先処理が要求される。

  この要求に対し、ｃＢＮ焼結体のすくい面と台金の上面を共削りして作る従来のｃＢＮ切削工具は、すくい面のダレの影響などがあって、同一仕様の工具でも、ネガランドの幅のばらつきは、ネガランドの傾斜角が例えば１５°の場合で±２５μｍ、ネガランドの傾斜角が１０°の場合は±４０μｍにもなっている。

  ネガランドの幅がばらつけば、工具の芯高もばらつく。そのために、芯高の調整は、ワークの試し削りを実施して補正を加える方法で行っており、工具を使用する者にとって極めて面倒な作業となっていた。

  また、ネガランドの幅や高さは研削時の精度誤差の範囲よりも大きくする必要がある。そのために、ネガランドが必要以上に大きくなり、ネガランドの傾斜角をより小さくすることも難しくて切れ味にも影響が出ていた。

  前記のように、用途に応じてネガランドサイズを大きくする場合がある。その他に、従来は、ｃＢＮ焼結体のすくい面と台金の上面を共削りした後に逃げ面を研削しているため、その逃げ面の加工時に刃先のチッピングが起こることがある。そのために、ネガランドのサイズを大きくすることでそのチッピングを除去する必要があったのである。

  この発明は、台金のコーナにｃＢＮ焼結体を設けたｃＢＮ切削工具について、芯高の精度を大きく高めることができ、また、刃先処理の自由度を高めること（ネガランドの傾斜角や幅も十分に小さくし得るようにすること）を課題としている。

  上記の課題を解決するため、この発明においては、下記の製造方法を提供する。
その製造方法は、ｃＢＮ切削工具の台金を、位置と姿勢の制御が可能な研削盤のチャックで厚み方向に挟みつけて保持しながら、研削盤の砥石の端面に前記台金のコーナに設けられているｃＢＮ焼結体を押し付けてそのｃＢＮ焼結体に形成される逃げ面とすくい面を研削する。

  そしてその研削を、実質的な研削対象が前記ｃＢＮ焼結体となるように行う。さらに、すくい面の研削ではｃＢＮ焼結体のすくい面を前記台金の上面（台金すくい面）から落ち込ませ、もしくは台金すくい面より飛び出したｃＢＮ焼結体のみを研削する。そして、以上の作業を、前記チャックの姿勢と位置を調整することでチャックによる工具の保持状態を解かずに実施する。

  なお、「実質的な研削対象が前記ｃＢＮ焼結体となるように行う」の表現は、共削りの弊害がでなくて平坦度が出しやすい十分に小さい広さであればすくい面の研削領域が台金の一部にかかっても問題はない。そのような状況で研削される台金の一部は研削領域と考えない。そのような意味で使用した。

　本発明のｃＢＮ切削工具は、逃げ面とすくい面を有するｃＢＮ焼結体を超硬合金製の台金のコーナ部に備えるｃＢＮ切削工具であって、逃げ面は工具厚み方向と垂直な研摩筋を有し、すくい面は工具のｃＢＮ焼結体を設けたコーナの２等分線に対して垂直に近い研摩筋を有し、すくい面は台金の上面から落ち込んで台金の上面との間に段差を有する。

  この発明の製造方法では、逃げ面、及びすくい面の研削をワンチャックで実施するので、工具の持ち替えによる位置ずれが起こらない。また、すくい面の研削を実質的な研削対象がｃＢＮ焼結体となるように行うので、台金が共削りされる場合の加工面のダレが発生しない。加工面積が小さいため平面度が出やすい。

  このために、芯高精度を大きく高めたｃＢＮ切削工具が実現できる。さらに、刃先処理の自由度が高まり、ネガランドが無い場合やネガランドを設ける場合のネガランドの傾斜角や幅も十分に小さくすることが可能になる。

この発明の方法で研削加工するｃＢＮ切削工具の一例を示す斜視図である。 図１ＡのｃＢＮ切削工具の研削加工後の姿を示す斜視図である。 この発明の方法で研削加工するｃＢＮ切削工具の他の例を示す斜視図である。 図２ＡのｃＢＮ切削工具の研削加工後の姿を示す斜視図である。 この発明の方法の実施に利用する研削盤の一例の要部を示す平面図である。 研削盤のチャックの動きを示す正面図である。 研削盤のチャックの動きを示す平面図である。 逃げ面の研摩筋を示す斜視図である。 すくい面の研削状態を示す図である。 すくい面の研摩筋を示す斜視図である。 すくい面の研削状態を示す正面図である。 すくい面の段差を示す拡大側面図である。 刃先部のネガランドを示す拡大側面図である。 芯高説明用の側面図である。

  以下、この発明のｃＢＮ切削工具の製造方法の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

  研削対象のｃＢＮ切削工具の一例を図１Ａ、図２Ａに示す。図１ＡのｃＢＮ切削工具１は、超硬台金製の台金２の上面２ａの鋭角コーナ部にｃＢＮ焼結体３の小片を接合した菱形切削インサートである。この菱形切削インサートは、２箇所の対角位置の鋭角コーナ部にｃＢＮ焼結体３の小片を設けたものも存在する。

  図２ＡのｃＢＮ切削工具１は、超硬台金製の台金２の上面２ａの各コーナ部にｃＢＮ焼結体３の小片を接合した三角形切削インサートである。１コーナのみにｃＢＮ焼結体を設けた切削インサートや例示の形状とは異なる形状（コーナ角の異なる菱形やコーナ数が４あるいはそれ以上ある多角形）の切削インサート、或いは、ネガティブ型で台金の上下面のコーナ部にｃＢＮ焼結体を接合したものなども本発明の方法での加工対象となる。

  ｃＢＮ焼結体３は、ｃＢＮ切削工具１のｃＢＮ焼結体３を設けたコーナの２等分線ＣＬに対して垂直な接合面３ａを有しており、その接合面３ａで切削背分圧を受けるものになっている。

  このｃＢＮ焼結体３と超硬合金の台金２は、切削工具にできるものであればよく、ｃＢＮやタングステンなどの含有量などは特に問わない。

  以下の説明は、図１ＡのｃＢＮ切削工具（菱形切削インサート）の研削加工を例に挙げて行う。

  この発明では、ＮＣ研削盤を使用して研削加工を行う。使用する研削盤は、位置と姿勢の数値制御がなされる図３に示すようなチャック１１と、定位置で回転する砥石１２を有する。

  この研削盤に対するワーク（ｃＢＮ切削工具）の搬入・搬出と、チャック１１に対するワークの受け渡しは、位置制御がなされるロボットハンド（図示せず）を用いて行われる。

  なお、図示の砥石１２はカップ砥石であるが、円盤状砥石による研削も可能である。その砥石１２は、＃６００番以上のきめの細かなものが適している。

  この発明の方法の評価に使用した研削盤は、図４、図５に示す４軸制御、即ち、Ｘ軸、Ｙ軸方向へのチャック移動、チャック１１の軸心Ｏを中心にした回転及び図５のｂ軸方向回転の各機能（Ｚ軸方向には動かない）を有するものである。その４軸制御機能の研削盤でこの発明の製造方法での研削を問題なく実施することができた。

  チャック１１は、対向一対のサイズ交換が可能な栓ゲージ１１ａ，１１ａを有している。加工するｃＢＮ切削工具の型番にあった栓ゲージを使用してロボットハンドが定位位置に搬入したｃＢＮ切削工具１をその工具の台金２を厚み方向に挟みつけて保持する。

  そして、チャック１１の位置と姿勢を制御することで台金２のコーナに接合されているｃＢＮ焼結体３を回転する砥石１２の端面に押し付け、そのｃＢＮ焼結体に形成される逃げ面５とすくい面４を研削する。

  研削の順序は、逃げ面５を先に研削し、その後にすくい面４を研削する。その方が、すくい面、逃げ面の順に研削する場合よりも両面間に形成される稜線部のチッピングの抑制効果が高くて好ましい。

  逃げ面５の研削では砥石が加工する面の一部に接触してその接触域が変動していく。これに対し、すくい面４の研削では砥石の端面が研削領域の全域に平行に当る。このことがチッピングの抑制に有効に働くのではないかと考えられる。

  逃げ面５の研削は、図４に示すように、チャック１１で掴んだｃＢＮ切削工具１の逃げ面５を砥石１２の端面に押しつけ、チャック１１を軸心Ｏを中心にして回転させながら加工領域を変動させていく。

  これにより、逃げ面５に工具厚み方向と垂直な研摩筋７(図６参照）が形成される。ここで言う工具厚み方向と垂直な研摩筋とは、完全に垂直な方向のみを指すのではなく、経済性や作業容易性を損なわない範囲で工具厚み方向と垂直な線に対して多少傾いた方向の研摩筋も含む。

  逃げ面、すくい面の研磨筋を垂直にする理由は量産時のコストが安くできるためである。作用効果の得られる範囲で斜めの研磨筋をつくることも構わない。

  このときに、ｃＢＮ焼結体３の逃げ面５が台金２の側面２ｂと面一になっていれば台金２の側面も同時に研削される。しかし、ｃＢＮ焼結体３は厚みがさほど厚くないので、この加工で逃げ面に無視できないほどのダレが生じることはない。なお、逃げ面５が台金２の側面２ｂよりも突出していれば、この工程では逃げ面５のみが加工されることになる。

  次に、すくい面４を研削する。その加工は、チャック１１によるｃＢＮ切削工具１の持ち替えを行わずに実施する。ｃＢＮ切削工具１を掴んだチャック１１を図５のｂ軸方向に回転させ、図７に示すように、ｃＢＮ焼結体３のすくい面を砥石１２の端面に平行に押しつける。

  このとき、砥石１２に対する切削工具の押しつけは、ｃＢＮ焼結体３のみが研削されるようにすると、硬さの異なる２種の材料の共削りが起こらない。また、研削面積が小さくなって適宜ドレッシングを施した切れ味の良い砥面を使用することができる。これに加えて、仕上がった工具が体裁のよいものになる。ｃＢＮ焼結体３の上面が台金２の上面（台金すくい面）よりも突出している場合には、ｃＢＮ焼結体３のみを研削しやすい。

  ただし、共削りの弊害がでない広さであれば台金の一部がｃＢＮ焼結体のすくい面と一緒に研削されても構わない。研削面の縁が例えば、２ｍｍぐらい台金２側に入り込む状況であれば、共削りの弊害は生じず、すくい面の平面性は損なわれない。

  すくい面４の研削は、図８に示すように、工具のｃＢＮ焼結体３を設けたコーナの２等分線ＣＬに対して垂直に近い研摩筋８が形成されるように行う。

  なお、回転する砥石の端面にすくい面を押しつけるとすくい面に形成される研摩筋は厳密には直線ではなく円弧状になる。そのために、「コーナの２等分線に対して垂直に近い研摩筋」と称した。

  図９に示すように、コーナの２等分線ＣＬが砥石１２の回転中心から放射状に延びだす仮想直線上に置かれる姿勢にして研削を行えば、砥石１２の回転中心を中心にした円弧状の研摩筋８がすくい面４に形成される。

  砥石１２は、半径５０ｍｍ～３００ｍｍ程度のものが一般的に使用されている。半径３００ｍｍの砥石を使用したとすると、研摩筋８は３００ｍｍ近くのＲ半径をもつ筋となる。ｃＢＮ切削工具はさほど大きくないので、その研摩筋８は直線に近い筋に見える。

  逃げ面５とすくい面４の研削を共に同一砥石の端面で行った場合、その逃げ面５とすくい面４は、面粗度の比が１に近いものになる。

  なお、すくい面４の研削は、研削する前の台金上面（台金すくい面）とｃＢＮ焼結体の上面が面一である場合には、図１０のように、すくい面４が台金の上面２ａ（ネガティブ型の切削工具で上下面が同一構造になっているものは下面も上面と考える）から落ち込んで台金の上面２ａとすくい面４との間に好ましくは０．１ｍｍ以下の段差ｈが形成されるように行う。

  その段差ｈができると、台金２の研削面との境界部に図１０に鎖線で示したようなエッジｅができる。そのエッジｅは無用なものであるので、面取り部９（図１０参照）を施して除去するのがよい。図７の状態からチャック１１を同図の矢印方向（図は時計回り方向）に回転させることですくい面４の加工に引き続いて面取り部９を形成することができる。

  台金の上面を研削した後にｃＢＮブランクをロー付けした（台金すくい面とｃＢＮブランクが面一でない）工具を研削加工の対象とする場合も本発明の対象となる。研削する前のｃＢＮ焼結体上面が台金上面よりも突出している場合には、飛び出したｃＢＮ焼結体のみを研削するとよい。

  逃げ面５とすくい面４の研削を共に同一砥石の端面で行った場合、その逃げ面５とすくい面４は、面粗度比が１に近いものになる。

  切れ刃のネガランドが必要とされる場合には、逃げ面５とすくい面４の研削を終えたら、次に、その逃げ面５とすくい面４の交差した稜線で形成される切れ刃６に沿ってネガランド１０（図１１参照）を付与する。図５の鎖線のように、チャック１１の軸心Ｏを傾け、この状態でネガランドを形成する部分を砥石１２の端面に接触させ、チャック１１を動かして接触点を切れ刃の長手方向に移動させていくことでネガランド１０を付与することができる。

  以上の研削は、この発明ではチャック１１による工具の保持状態を解かずにいわゆるワンチャックで実施する。

  これにより、工具の持ち替えによる位置ずれが防止され、また、すくい面を台金が共削りされない状況下で行うことによってすくい面のダレも防止され、芯高Ｈ（図１２参照。
工具が支持される座面から加工点までの高さ）の精度が大きく高められる。

  また、すくい面のダレが抑制されることでネガランド１０の傾斜角θと呼び幅Ｗ（図１１参照）を従来工具よりも小さくすること（仕上げ用工具などでのネガランドサイズを適正化すること）が可能になる。それにより呼び幅Ｗのばらつきが小さくなって、芯高精度の更なる向上や切れ味の向上を図ることが可能になる。

  ＃１４００番のカップ砥石を使用して研削加工を行った量産品の試作工具については、芯高Ｈの公差を±１０μｍ以下に収め、さらに、ネガランド傾斜角θ＝１５°以下、ネガランド呼び幅Ｗ＝０．１ｍｍ（１００μｍ）での呼び幅公差も±１０μｍに収めることができた。また、従来、不可能であった傾斜角θ＝５°のネガランドの加工も可能であった。なお、逃げ面は工具厚み方向と垂直な研摩筋を有し、すくい面は工具のｃＢＮ焼結体を設けたコーナの２等分線に対して垂直に近い研摩筋を有し、すくい面は台金の上面から落ち込んで台金の上面との間に段差を有していた。

  例示の方法によれば、上述したように、芯高精度の高いｃＢＮ切削工具を製造することができ、これにより、量産工具を使用するときにも芯高調整のための試し削りが不要になり、工具の使用者にとって多大な恩恵がもたらされる。例示の方法は、一般的な外周研磨の設備を用いて簡単に作る方法であり、本作用効果をもつものなら加工法は限定されない。

  なお、上記の説明は、逃げ面、すくい面の手順で研削することを例に挙げて行ったが、すくい面を先に研削し、その後に逃げ面を研削する手順でも、各研削加工をワンチャックで行うこと、及びすくい面の研削を実質的な研削対象がｃＢＮ焼結体となるように行うことが有効に働くため、従来品に比べると芯高の精度やネガランドの精度が高まる。

  なお、本発明は、台金の上面を研削した後にｃＢＮブランクをロー付けした（台金すくい面とｃＢＮブランクが面一でない）工具を研削加工の対象とする場合も適用対象となる。

上記開示された本発明の実施形態の構成は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

１          ｃＢＮ切削工具
２          台金
２ａ        上面
２ｂ        側面
３          ｃＢＮ焼結体
３ａ        接合面
４          すくい面
５          逃げ面
６          切れ刃
７          逃げ面の研摩筋
８          すくい面の研摩筋
９          面取り部
１０        ネガランド
１１        チャック
１１ａ      栓ゲージ
１２        砥石
ＣＬ　　　　ｃＢＮ切削工具のｃＢＮ焼結体を設けたコーナの２等分線
Ｏ          チャックの軸心
ｂ          チャックの回転方向
ｈ　　　　　台金の上面とすくい面との間の段差
ｅ          エッジ
θ          ネガランドの傾斜角
Ｗ　　　　　ネガランド呼び幅
Ｈ          芯高

Claims (5)

1.   台金のコーナ部にｃＢＮ焼結体を取付け、そのｃＢＮ焼結体に切れ刃を備えさせるｃＢＮ切削工具の製造方法であって、
     ｃＢＮ切削工具の台金を、位置と姿勢の制御が可能な研削盤のチャックで厚み方向に挟みつけて保持しながら、研削盤の砥石の端面に前記台金のコーナに設けられているｃＢＮ焼結体を押し付けて、前記ｃＢＮ焼結体に形成される逃げ面とすくい面を研削し、
     前記研削を実質的な研削対象が前記ｃＢＮ焼結体となるように行い、
     前記すくい面の研削では前記ｃＢＮ焼結体のすくい面を前記台金の上面から落ち込ませ、もしくは台金すくい面より飛び出した前記ｃＢＮ焼結体のみを研削し、以上の作業を、前記チャックの姿勢と位置を調整することでチャックによる工具の保持状態を解かずに実施するｃＢＮ切削工具の製造方法。
2.   前記逃げ面を研削した後に前記すくい面を研削する請求項１に記載のｃＢＮ切削工具の製造方法。
3.   前記逃げ面とすくい面の研削を、前記逃げ面に工具厚み方向と垂直な研摩筋が形成され、前記すくい面に工具のｃＢＮ焼結体を設けたコーナの２等分線に対して垂直に近い研摩筋が形成されるように行う請求項１又は２に記載のｃＢＮ切削工具の製造方法。
4.   逃げ面とすくい面を有するｃＢＮ焼結体を超硬合金製の台金のコーナ部に備えるｃＢＮ切削工具であって、
   前記逃げ面は工具厚み方向と垂直な研摩筋を有し、前記すくい面は工具のｃＢＮ焼結体を設けたコーナの２等分線に対して垂直に近い研摩筋を有し、
   前記すくい面は前記台金の上面から落ち込んで前記台金の上面との間に段差を有するｃＢＮ切削工具。
5.   前記逃げ面と前記すくい面の交差した稜線で形成される切れ刃に沿ったネガランドを有し、前記ネガランドの傾斜角が１５°以下の請求項４に記載のｃＢＮ切削工具。

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