JP4002407B2

JP4002407B2 - 切削工具

Info

Publication number: JP4002407B2
Application number: JP2001162940A
Authority: JP
Inventors: 歩鳥本; 英明片岡; 剛深野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: JP2002355701A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は切削加工に使用するスローアウェイチップ等の切削工具に関するものであり、特に切刃の摩耗を検知するセンサラインを設けた損耗センサ付き切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、切削工具の熱的、機械的、電気的変化を利用して切削工具の寿命を検知する方法が検討されている。例えば、特開平９−３８８４６号公報では、母材の表面に櫛型の導電帯（薄膜回路）を形成した切削工具を作製し、該切削工具を切削しながら導電帯（薄膜回路）の電気抵抗値を測定することにより、工具寿命を判定する方法が開示されている。
【０００３】
また、本出願人は、例えば、特願２０００−３２９６２５号にて、図５に示すような、逃げ面８の切刃９近傍にセンサライン１２を切刃に沿って平行に形成し、このセンサライン１２の両端と着座面に形成した一対の接続領域とを逃げ面を引き回して形成した接続ライン（側面ライン）にて接続することによってセンサ回路を形成した切削工具が、より簡単な回路パターンラインで精度よく切刃の摩耗を検知できることを提案した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特願２０００−３２９６２５号の切削工具では、鋼旋削加工等の多量に切り屑が発生する切削加工において、該多量の切り屑が逃げ面８に激しく衝突するため、その衝撃で逃げ面８に形成した接続ライン（側面ライン）１５、１６が損傷し、場合によっては断線に至ってしまう恐れがあり、正確な工具寿命の検知ができない場合があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、切削加工時の切屑によっても、正確な工具寿命の検知が可能な切削工具を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題に対し、センサ回路の引き回しについて検討した結果、センサラインの両端と一対の接続領域との間を接続する２つの接続ラインの一方を逃げ面に、他方をすくい面等の接続領域形成面以外の主面に形成することによって、特に切り屑の影響を受けやすい領域に接続ラインを形成せずに、単純なセンサ回路を形成でき、切り屑の影響をほとんど受けることなく正確に工具寿命の検知ができることを知見した。
【０００７】
すなわち、本発明の切削工具は、略平板状を呈する母材の一方の主面にすくい面、他方の主面に着座面を、側面に逃げ面を形成し、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜部分を切刃とするとともに、前記逃げ面の前記切刃近傍に導電帯からなるセンサラインを設けた切削工具において、前記他方の主面に外部回路と電気的に接続可能な導電層からなる一対の接続領域を設け、一方の前記接続領域と前記センサラインを電気的に接続するとともに、該センサラインと他方の前記接続領域とを前記一方の主面に形成した導電層からなる主面導体層を介して電気的に接続することを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、前記一方の接続領域と前記センサラインとの間を前記母材の側面に形成した導電帯からなる第１の側面ラインを介して接続するとともに、前記主面導体層と前記他方の接続領域との間を前記母材の側面に形成した導電帯からなる第２の側面ラインを介して接続することが望ましい。
【０００９】
また、前記一対の接続領域を隣接して形成したこと、前記センサラインを前記母材の側面の両端近傍に形成することが望ましい。
【００１０】
さらに、前記母材の主面が多角形形状からなり、前記逃げ面が複数形成されるとともに、前記主面と隣接する２つの前記逃げ面とが交差する各コーナー部それぞれに前記センサラインを形成することが望ましい。
【００１１】
さらにまた、前記母材の主面と側面との交差稜部分に存在する前記一方の接続領域と前記第１の側面ラインとの間、前記センサラインと前記主面導電層の間、前記主面導体層と前記第２の側面ラインとの間、および前記第２の側面ラインと前記他方の接続領域との間の高さを他の交差稜部分の高さよりも低くすることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の具体的な実施形態を説明する。
【００１３】
図１（ａ）は、この発明の切削工具の好適例であるスローアウェイチップの一実施形態を手前上方から見た斜視図であり、図１（ｂ）は手前下方から見た斜視図である。
【００１４】
図１によれば、スローアウェイチップ１は、略平板状（図１では略直方体形状）を呈する母材２の一方の主面にすくい面５、他方の主面に着座面６を、側面に逃げ面８を形成し、すくい面５と逃げ面８との交差稜部分を切刃９が形成されている。
【００１５】
また、図１によれば、逃げ面８の切刃９近傍に所定幅を有する導電帯からなるセンサライン１２が設けられている。
【００１６】
図１によれば、センサライン１２は逃げ面８の端部、すなわち切刃９よりも０．５〜２ｍｍ内側に、かつ切刃９に沿って平行に形成され、センサライン１２の形成位置と幅によって、工具寿命（摩耗量）のセンシングの度合いを規定することができる。例えば、センサライン１２の内側端部の位置を該切刃９の寿命基準量（逃げ面８の摩耗限界）、例えば０．０５〜０．７ｍｍに一致させておき、該切刃９にて切削加工を行うことにより、該切刃９の近傍に形成されたセンサライン１２の少なくとも一部が摩耗により断線した時点で、センサライン間が絶縁され、後述するセンサライン１２の両端と接続される一対の接続領域間の抵抗値を測定することによって、切刃９の寿命を検知することができる。
【００１７】
本発明によれば、例えば着座面６（一方の主面）に外部回路（図示せず）と電気的に接続可能な導電層からなる一対の接続領域１３、１４を設け、第１の接続領域１３とセンサライン１２を電気的に接続するとともに、センサライン１２と第２の接続領域１４とを例えばすくい面５（他方の主面）に形成した導電層からなる主面導体層１７を介して電気的に接続したセンサ回路１０を形成することが大きな特徴であり、これによって、後述するノーズＲ部等の逃げ面８の切り屑が衝突しやすい部分に接続ライン（第２の接続ライン１６）を形成せずに、単純なセンサ回路１０を形成することができることから、切り屑による影響によらず、正確な工具寿命の検知が可能となる。
【００１８】
また、本発明によれば、切り屑の影響を極力避けるために、主面導体層１７は、主面（図１ではすくい面５）の中央よりにわたって形成されることが望ましい。
【００１９】
また、図１によれば、一対の接続領域１３、１４を着座面６に形成し、かつ主面導体層１７をすくい面５に形成しており、これによって、センサ回路１０を着座面６と接する後述のチップホルダ２０に形成した一対の外部回路２６、２７に容易に接続できる。
【００２０】
さらに、図１によれば、一方の接続領域１３とセンサライン１２との間は母材２の側面（逃げ面８）に形成した導電帯からなる第１の側面ライン１７を介して接続され、主面導体層１７と第２の接続領域１４との間は母材２の逃げ面８（側面）に形成した導電帯からなる第２の側面ライン１６を介して接続されている。そして、図１によれば、センサ回路１０は、第１の接続領域１３−第１の側面ライン１７−センサライン１２−主面導体層１７−第２の側面ライン１６−第２の接続領域１４と経由される。なお、センサ回路１０は母材２に対して絶縁状態で設けられ、センサ回路１０はそれ自体が所定の電気抵抗値を有するように構成される。
【００２１】
また、図１によれば、一対の接続領域（第１の接続領域１３と第２の接続領域１４）を隣接して形成しており、これによって、該一対の接続領域と接続される外部端子（不図示）の位置決めが容易にできる。
【００２２】
さらに、本発明によれば、特にスローアウェイチップ等の着脱ができる切削工具において、センサライン１２を母材２の逃げ面８（側面）の両端近傍に１つづつ、すなわち２つ形成して、逃げ面８の両端が切刃９として使用できることが望ましい。
【００２３】
つまり、図１のように、母材２の主面が多角形形状（図１では四角形）からなり、逃げ面８が複数（図１では４つ）形成されるとともに、主面２と隣接する２つの逃げ面８、８とが交差するコーナー部１９それぞれ（図１では８つ）にセンサライン１２を形成することが望ましく、これによって、後述するように、８つのコーナー部１９を用いて切削加工をすることができる。
【００２４】
なお、図１によれば、逃げ面８に形成された第１の側面ライン１５および第２の側面ライン１６は、センサ回路１０の第１および第２の接続領域１３、１４の配置位置と、該センサ回路１０の第１および第２の接続領域１３、１４の反対面に第１および第２の接続領域１３’、１４’を有するセンサ回路１０’の配置位を全く同じ配置にして、ともに後述する図３のチップホルダ２０の外部端子２６、２７に接続できるように、センサライン１２に対して（換言すれば切刃稜９に対して）、直交方向ではなく、所定の傾斜角度を有するように配設されている。
【００２５】
また、本発明によれば、図２に示すように、母材２の主面（すくい面５と着座面６）と側面（逃げ面８）との交差稜部分に存在する第１の接続領域１３と第１の側面ライン１７との間、センサライン１２と主面導電層１７の間、主面導体層１７と第２の側面ライン１６との間、および第２の側面ライン１６と第２の接続領域１４との間の高さを他の交差稜部分の高さよりも低くすること、換言すればこれらの部分に切り欠きを設けることよって、スローアウェイチップ１の取り扱い等により、特に損傷しやすいライン部分を保護して、損傷を防止することができる。なお、切り欠きの形状としては、Ｒ形状、Ｃ面状、多段階に窪ませた形状でもよい。
【００２６】
なお、本発明によれば、スローアウェイチップ１の形状としては、図１に示すようにすくい面５および着座面６が正方形に限定されるものではなく、図４に示すように、主面（すくい面５および着座面６）が（ａ）円形、（ｂ）正三角形、（ｃ）菱形等の形状、あるいは楕円形、上記以外の正多角形、平行四辺形等が適応可能であり、また、スローアウェイチップ１の断面形状は（ａ）〜（ｃ）に示すような長方形でいわゆるネガタイプと呼ばれる両面に切刃を備えたチップに限定されるものではなく、（ｄ）のように台形形状で、いわゆるポジタイプと呼ばれる片面だけが切削に使用されるあってもよい。
【００２７】
（取り付け例）
さらに、図１によれば、母材２の中央には、母材２を貫通するクランプ孔１１が形成されており、図１のスローアウェイチップ１をチップホルダ２０に取り付けた図３の一例に示すように、スローアウェイチップ１は、クランプ孔１１にクランプねじ２４が螺合されるか、もしくは、金具（図示せず）にてすくい面５側から押さえられることによりチップホルダ２０等に装着される。
【００２８】
また、図３によれば、チップホルダ２０の先端にはチップ装着用のポケット２１が形成されている。ポケット２１の底面はチップ座２２となっている。またポケット２１の側面はチップの側面に当接し、チップを拘束するための拘束面２３となっている。スローアウェイチップ１はこのポケット２１に納められ、着座面６がチップ座２２に、またチップ１の側面が拘束面２３に当接される。そして上方からクランプねじ２４がスローアウェイチップ１のクランプ孔１１に差し込まれて、その先端がチップ座２２の中央に形成されたねじ孔２５に螺合されることによりスローアウェイチップ１はチップホルダ２０に装着される。
【００２９】
さらに、チップ座２２には、装着されたスローアウェイチップ１の切削に使用するコーナー部に設けられたセンサライン１２と接続された一方の接続端子１３、１４に対向する位置に、例えば、上方へ弾力付勢され、チップ座２２から数ｍｍ突出した一対の外部端子２６、２７が突設されている。そして、スローアウェイチップ１がポケット２１に装着されると、スローアウェイチップ１の着座面６によって外部端子２６、２７は押し下げられ、外部端子２６、２７の上端はチップ座２２と面一となる。このとき外部端子２６、２７の上端はスローアウェイチップ１の着座面６に設けられた一対の接続端子１３、１４とそれぞれ電気的に接触した状態となる。
【００３０】
また、図３によれば、外部端子２６、２７には、細線で示すように、チップホルダ２０内に敷設されたリード線２８がつながれていて、このリード線２８はオーム計等の抵抗値の検知回路２９に接続されており、これによりポケット２１に装着されたスローアウェイチップ１の切刃９（切削に使用するコーナー部８）に設けられたセンサライン１２の抵抗値を測定することができる。
【００３１】
なお、図３の装着状態では、例えば、スローアウェイチップ１のコーナー部１９の切刃９が切削に用いられる。そして、コーナー部１９の切刃９が摩耗した場合には、クランプねじ２４や押さえ金具を緩めて、すくい面５の中央を中心にしてスローアウェイチップ１を９０°回転させて、コーナー部１９と隣接する別のコーナー部１９を切刃９として切削に使用できる。このようにスローアウェイチップ１を９０°ずつ回転させて、チップ１の一方の主面側の４つのコーナー部を順次切削に使用することができる。さらに、スローアウェイチップ１の上下を反転させてホルダ等に装着すれば、他方の主面の４つのコーナー部を順に切削に使用することができ、合計８つのコーナー部１９を使用することができる。なお、他方の主面のコーナー部を使用する場合は、すくい面と着座面が逆転して機能する。
【００３２】
（材質）
スローアウェイチップ１の母材としては、アルミナ質焼結体、窒化珪素質焼結体、サーメット、超硬合金、立方晶窒化ホウ素質焼結体（ＣＢＮ／ｃｕｂｉｃＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅ）、ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ／ＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＤｉａｍｏｎｄ）等が好適に使用できる。
【００３３】
方、センサライン１２、接続ライン（一対の接続端子１３、１４、第１および第２の接続ライン１５、１６、主面導体層１７）等のセンサ回路１０を形成する導電帯は、スローアウェイチップ１の母材２に対する接合力が強いこと、被削材と反応せず、センサライン１２の電気抵抗値が常に所定値を示し、スローアウェイチップ１の摩耗度合い、欠損の発生の有無を正確に検出することができること、被削材の加工表面に反応生成物が発生しにくいこと、耐酸化性に優れ、酸化物生成によるセンサライン１２の電気抵抗値の変化がなく、スローアウェイチップ１の摩耗度合い、欠損の発生の有無を正確に検出することができること等の理由から、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等の４ａ、５ａ、６ａ族金属、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の鉄族金属、あるいはＡｌなどの金属材料やＴｉＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ₃Ｃ₂、Ｍｏ₂Ｃ、ＷＣ、Ｗ₂Ｃ、ＴｉＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＶＣＮ、ＮｂＣＮ、ＴａＣＮ、ＣｒＣＮ等の４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの群から選ばれる少なくとも１種、特にＴｉＮ、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ、Ａｌ）ＣＮの群から選ばれる少なくとも１種、さらにはＴｉＮが好適である。
【００３４】
（作製方法）
また、センサ回路１０を形成するには、例えば、所定のセラミック粉末を成形、焼成することによって作製した母材２の表面のほぼ全面に、ＣＶＤ法やイオンプレーティング、スパッタリング、蒸着等のＰＶＤ法、めっき法等の公知の薄膜形成法によって、所定厚み、特に母材２との密着性および所定の抵抗値に制御する点で０．０５〜２０μｍの導電性膜を被着形成した後、レーザ加工、マスクを用いたブラスト加工、ドリルを用いた切削加工等によって、所定パターンのセンサ回路１０に加工する。
【００３５】
加工によりセンサ回路１０を形成する方法としては、母材２表面に被着形成された導電性薄膜に対し、ＹＡＧレーザやＣＯ₂レーザを照射走査するようなレーザ加工が、微細で精度のよいラインを形成できるとともに、多種にわたる母材や被膜に対応できる点で望ましい。例えば、波長が１．０６μｍのＹＡＧレーザを用いる場合、５〜５０ｋＨｚ、９．０〜２５．０Ａの出力で幅３０〜６０μｍ、描画スピード５０〜３００ｍｍ／ｓで照射走査することが望ましい。
【００３６】
さらに、センサ回路１０は、母材２がアルミナ質焼結体、窒化珪素質焼結体、ｃＢＮ等の絶縁体である場合には、その表面に直接形成可能であるが、母材２が超硬合金やサーメット等の導電体である場合は、母材２の表面にアルミナ等の絶縁体からなる中間層を形成することが望ましい。なお、中間層は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等の公知の薄膜形成法を用いて、絶縁性を確保するとともに、中間層の剥離を防止するために１〜１０μｍの厚みに形成されることが望ましい。
【００３７】
【実施例】
超硬合金からなる母材の表面にＣＶＤ法にて絶縁体からなる膜厚５μｍの中間層を形成し、スパッタリング法にて膜厚０．５μｍのＴｉＮ薄膜を形成した。そして、レーザー加工により、図１および図５の回路パターンのセンサ回路を有するスローアウェイチップをそれぞれ作製した。
【００３８】
得られたチップに対して、下記の条件で切削試験を行った。
被削材：ＦＣ２５０
切削速度：２４０ｍ／ｍｉｎ
切込み量：０．５ｍｍ
送り量０．３５ｍｍ／ｒｅｖ
その他：湿式切削
上記切削試験の結果、従来の図５のセンサ回路を有する切削工具では、実施した４コーナー全てにおいて４０〜７０分後に検知回路２９がセンサ回路断線と判断し作動したが、センサ回路を確認したところセンサライン１２は断線しておらず、折り返しライン部分が切屑によって損傷して断線していた。
【００３９】
これに対して、図１に示すセンサ回路を有する切削工具では、２５コーナーについて切削試験を行ったところいずれも３００分前後で検知回路２９がセンサ回路断線と判断し作動し、センサ回路を確認したところセンサライン１２はコーナー部（ノーズＲ部）にて断線していることが確認された。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、センサラインの両端と一対の接続領域との間を接続する２つの接続ラインの一方を逃げ面に、他方をすくい面等の接続領域形成面以外の主面に形成することによって、特に切り屑の影響を受けやすい領域に接続ラインを形成せずに、単純なセンサ回路を形成でき、切り屑の影響をほとんど受けることなく正確に工具寿命の検知ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の切削工具の好適例であるスローアウェイチップの一例についての（ａ）手前上方から見た斜視図、（ｂ）手前下方から見た斜視図である。
【図２】図１のスローアウェイチップについての切刃近傍の拡大図である。
【図３】図１のスローアウェイチップを、チップホルダに装着した例について説明するための斜視図である。
【図４】本発明の切削工具の好適例であるスローアウェイチップの形状を説明するための図（平面図および断面図）である。
【図５】従来の切削工具を示す図である。
【符号の説明】
１：スローアウェイチップ
２：母材
５：すくい面
６：着座面
８：逃げ面
９：切刃
１０：センサ回路
１１：クランプ孔
１２：センサライン
１３：第１の接続領域
１４：第２の接続領域
１５：第１の側面ライン
１６：第２の側面ライン
１７：主面導体層
１９：コーナー部
２０：チップホルダ
２１：ポケット
２２：チップ座
２３：拘束面
２４：クランプねじ
２５：ねじ孔
２６：外部端子

Claims

略平板状を呈する母材の一方の主面にすくい面を、他方の主面に着座面を、側面に逃げ面を形成し、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜部分を切刃とするとともに、前記逃げ面の前記切刃近傍に導電帯からなるセンサラインを設けた切削工具において、前記他方の主面に外部回路と電気的に接続可能な導電層からなる一対の接続領域を設け、この一方の接続領域と前記センサラインを電気的に接続するとともに、このセンサラインと前記他方の接続領域とを前記一方の主面に形成した導電層からなる主面導体層を介して電気的に接続することを特徴とする切削工具。
前記一方の接続領域と前記センサラインとの間を前記母材の側面に形成した導電帯からなる第１の側面ラインを介して接続するとともに、前記主面導体層と前記他方の接続領域との間を前記母材の側面に形成した導電帯からなる第２の側面ラインを介して接続することを特徴とする請求項１記載の切削工具。
前記一対の接続領域を隣接して形成したことを特徴とする請求項１または２のいずれか記載の切削工具。
前記センサラインを前記母材の側面の両端近傍に形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の切削工具。
前記母材の主面が多角形形状からなり、前記逃げ面が複数形成されるとともに、前記主面と隣接する２つの前記逃げ面とが交差する各コーナー部それぞれに前記センサラインを形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の切削工具。
前記母材の主面と側面との交差稜部分に存在する前記一方の接続領域と前記第１の側面ラインとの間、前記センサラインと前記主面導電層の間、前記主面導体層と前記第２の側面ラインとの間、および前記第２の側面ラインと前記他方の接続領域との間の高さを他の交差稜部分の高さよりも低くすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の切削工具。