JP4649592B2 - Single-crystal diamond cutting edge two-face machining apparatus and machining method - Google Patents
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Description
本発明は、単結晶ダイヤモンド切れ刃(以下、単に「切れ刃」ということがある。)の端面と周面を鋳鉄板上にオリーブ油で溶いた微粒ダイヤモンドで機上加工する2面加工用鋳鉄板、加工装置及び加工方法に関するものである。 The present invention relates to a cast iron plate for two-sided machining, in which the end surface and peripheral surface of a single crystal diamond cutting edge (hereinafter, sometimes simply referred to as “cutting edge”) are machined with fine diamonds dissolved in olive oil on the cast iron plate. The present invention relates to a processing apparatus and a processing method.
図1は、単結晶ダイヤモンド切れ刃10の形状と切れ刃の名称を示したものであって、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
切れ刃10は、端面1、周面2及びすくい面3を有し、4は端面切れ刃角、5は周面切れ刃角、6は端面逃げ角、7は周面逃げ角、8は上すくい角、9は横すくい角である。
FIG. 1 shows the shape of the single crystal
The
従来から、単結晶ダイヤモンド切れ刃10の加工は、水平に保持され高精度に平面加工された鋳鉄板にオリーブ油等で溶いた微細なダイヤモンド粉末を塗布し高速回転させ鋳鉄板上を中心部から外周部までの間を往復移動させる研磨加工で行われている。切れ刃10を加工する場合2−4ミクロン、1−2ミクロン、0−0.5ミクロン、0−0.1ミクロンなどのダイヤモンド砥粒で微粒から極微粒まで砥粒を細かくしながら順次加工して良好な仕上げ面形状と粗さを得ている。一般の切れ刃10の多くは、すくい面3と端面1と周面2の加工により製作されている。始めに切れ刃10のすくい面3を高精度の平面に加工しておく。切れ刃10の端面1と周面2は各々端面切れ刃角4、端面逃げ角6と周面切れ刃角5、周面逃げ角7とを有するため、切れ刃10の先を特別の自在な角度に固定できる保持器具により保持し研磨加工している。
すくい面3を鏡面加工された切れ刃10を工作機械に設置したまま切れ刃10の端面1と周面2を機上加工するためには、従来法では図2に示す端面加工用鋳鉄板11と図3に示す周面加工用鋳鉄板12の2つの鋳鉄板11、12をそれぞれ中心軸を所定の角度傾斜させて設置する必要があった。
図2は、機上に固定された切れ刃10の端面1の従来の加工の様子を、また図3は、機上に固定された切れ刃の周面2の従来の加工の様子を示している。
実際の加工時には切れ刃10と鋳鉄板11、12とは最大砥粒径の1/2程度の間隔を有しているが、図2及び図3では判りづらいので極端に離して図示している(以下の図においても同じ。)。
Conventionally, the processing of the single crystal
In order to machine the
FIG. 2 shows a state of conventional machining of the
At the time of actual processing, the
一般には単結晶ダイヤモンド切れ刃10の加工は定圧加工及び定切り込み加工が用いられている。定切り込み加工の場合、1回の切り込み加工の砥粒と鋳鉄板の間隔は使用する砥粒の最大径の1/2程度に保つ切り込みが必要になることが経験から明らかにされている。定切り込みの機械を用いた場合、最終工程では0.05ミクロン程度の切り込みを必要とする。現在0.001ミクロン精度の加工機が市販されており、定切り込みでの超精密加工も可能になっている。
ところが、超精密加工機械を用いて切れ刃10を機上に取り付け固定し、機上加工する場合、加工機械に充分なスペースが有る場合は、2組の傾斜保持された鋳鉄板11、12を用いた加工が可能であるが、鋳鉄板11、12等の工具の設置空間が小さい場合には、端面用と周面用の2つの鋳鉄板11、12の設置が困難であるという問題があった。
In general, constant pressure machining and constant cutting are used for machining the single crystal
However, when the
本発明は、1枚の鋳鉄板で単結晶ダイヤモンド切れ刃の端面及び周面の2つの面を加工できるようにした2面加工用鋳鉄板、加工装置及び加工方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a cast iron plate for two-side processing, a processing apparatus, and a processing method that can process the two surfaces of the end surface and the peripheral surface of a single crystal diamond cutting edge with a single cast iron plate. .
上記目的を達成するため、本発明の単結晶ダイヤモンド切れ刃の2面加工用鋳鉄板は、1枚の円板状をした鋳鉄板に単結晶ダイヤモンド切れ刃の端面切れ刃角及び周面切れ刃角に相当する円錐状の傾斜面を設けたことを特徴としている。
また、本発明の単結晶ダイヤモンド切れ刃の2面加工装置は、単結晶ダイヤモンド切れ刃の端面及び周面を、円板状をした鋳鉄板にオリーブ油等で溶いた微粒ダイヤモンドを塗布し該鋳鉄板の回転により加工する装置において、1枚の鋳鉄板に前記切れ刃の端面切れ刃角及び周面切れ刃角に相当する円錐状の傾斜面を設け、単結晶ダイヤモンド切れ刃を鋳鉄板のx軸からy方向にずれた位置において前記傾斜面に相対するように位置させてなることを特徴としている。
また、本発明の単結晶ダイヤモンド切れ刃の2面加工方法は、単結晶ダイヤモンド切れ刃の端面及び周面を、円板状をした鋳鉄板にオリーブ油等で溶いた微粒ダイヤモンドを塗布し該鋳鉄板の回転により加工する方法において、前記切れ刃の端面切れ刃角及び周面切れ刃角に相当する円錐状の傾斜面を設けた1枚の鋳鉄板に対して鋳鉄板のx軸からy方向にずれた位置の傾斜面の線ALO−ALIに相対して単結晶ダイヤモンド切れ刃を位置させ、前記線ALO−ALIに沿って3次元的に単結晶ダイヤモンド切れ刃及び鋳鉄板を相対移動させつつ切り込み加工することを特徴としている。
In order to achieve the above object, the cast iron plate for processing two faces of a single crystal diamond cutting edge according to the present invention has an end face cutting angle and a peripheral cutting edge of a single crystal diamond cutting edge on a single disc-shaped cast iron plate. A conical inclined surface corresponding to a corner is provided.
In addition, the single-crystal diamond cutting edge two-face machining apparatus according to the present invention is such that the end face and peripheral surface of the single-crystal diamond cutting edge are coated with fine diamond melted with olive oil or the like on a disc-shaped cast iron plate. In the apparatus for processing by rotating, a single cast iron plate is provided with a conical inclined surface corresponding to the end surface cutting edge angle and the peripheral surface cutting edge angle of the cutting edge, and the single crystal diamond cutting edge is placed on the x axis of the cast iron plate. It is characterized by being positioned so as to be opposed to the inclined surface at a position shifted in the y direction.
Further, in the two-side processing method of a single crystal diamond cutting edge according to the present invention, the end face and the peripheral surface of the single crystal diamond cutting edge are coated with fine diamond dissolved in olive oil or the like on a disk-shaped cast iron plate. In the method of machining by rotation of the cast iron plate in the y direction from the x axis of the cast iron plate with respect to one cast iron plate provided with a conical inclined surface corresponding to the end face cutting edge angle and the peripheral surface cutting edge angle of the cutting edge. The single crystal diamond cutting edge is positioned relative to the line ALO-ALI of the inclined surface at the shifted position, and the single crystal diamond cutting edge and the cast iron plate are relatively moved along the line ALO-ALI while moving relative to each other. It is characterized by processing.
本発明は、1枚の鋳鉄板で単結晶ダイヤモンド切れ刃の端面及び周面の2つの面を加工できるため、加工機械に充分なスペースがなく、工具の設置空間が小さい場合でも、単結晶ダイヤモンド切れ刃の端面及び周面の2つの面を加工することが可能になるという優れた効果を奏する。 Since the present invention can process the two faces of the single crystal diamond cutting edge and the peripheral surface with a single cast iron plate, the single crystal diamond can be used even when there is not enough space in the processing machine and the installation space of the tool is small. There is an excellent effect that the two surfaces of the end face and the peripheral surface of the cutting edge can be processed.
本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings based on the embodiments.
図4は、本発明の実施の形態に係る鋳鉄板、すなわち、1枚の鋳鉄板に単結晶ダイヤモンド切れ刃10の端面1及び周面2を加工する加工面を備えた2面傾斜鋳鉄板(以下、2面傾斜鋳鉄板を単に「鋳鉄板」という。)の概略図を示したもので、(a)は正面断面図、(b)は鋳鉄板を下方から見た底面図である。
高速回転する鋳鉄板20は円板状をしており、鋳鉄板20の下方端面21には切れ刃10の周面切れ刃角5に対応する傾き14をもった端面傾斜面22が設けられており、また、鋳鉄板20の外周部23に切れ刃10の端面切れ刃角4に対応する傾き13をもった外周傾斜面24が設けられている。また、鋳鉄板20を装着台に取り付けるための取付穴25が設けられる。
鋳鉄板20の両傾斜面22、24は最終工程では後述する曲面になっている事が好ましいが、切れ刃10がブロック状の加工初期では、鋳鉄板20の加工面である両傾斜面22、24は最終工程の曲面に加工せずに、最終曲面を直線近似して切れ刃10の加工を開始しても良いし、加工能率を重視し曲面に加工して切れ刃10の加工を開始しても良い。
直線近似で、切れ刃10の加工により鋳鉄板20の形状を目的の形状に創製する手法は後述する。
なお、切れ刃の端面1及び周面2の加工にあたっては、加工する切れ刃10のすくい面3は機械に取り付ける前に鏡面加工されている事を前提としている。
FIG. 4 shows a cast iron plate according to an embodiment of the present invention, that is, a two-sided inclined cast iron plate provided with a machining surface for machining the
The
The two
A method of creating the shape of the
In processing the
図5に鋳鉄板20による切れ刃10の端面1の加工の模式図を、また図6に鋳鉄板20による切れ刃10の周面2の加工の模式図を示す。
両図とも、左の(a)は加工状態の立体図を、右上の(b)は鋳鉄板20の側面の断面図の半分を、右下の(c)は鋳鉄板20を下から見た図の一部を示す。
図5及び6の右下(c)における鋳鉄板20上の太い2本の実線26、27は、同図(b)の矢印28で示す切れ刃10の往復移動方向の移動経路の例を示している。
なお、本実施の形態においては、切れ刃10あるいは鋳鉄板20のいずれを移動させてもよく、要は両者の相対移動があればよい。
鋳鉄板20は高速回転しており、鋳鉄板20と切れ刃10の間にはオリーブ油等で溶いた微粉のダイヤモンド砥粒が塗布されている。
切れ刃10の加工初期のブロック形状から概略の形状への粗加工では、鋳鉄板20及び切れ刃10の加工負荷に合わせて自由な移動経路を取ってよい。
FIG. 5 shows a schematic diagram of the processing of the
In both figures, the left (a) is a three-dimensional view of the processed state, the upper right (b) is a half of a side sectional view of the
Two thick
In the present embodiment, either the
The
In rough machining from the initial block shape of the
切れ刃10は鋳鉄板20と使用される砥粒の最大砥粒径の1/2程度の間隔を隔てて図の右下に示すαとβの角度だけずらして、鋳鉄板20の接触幅で切れ刃10を往復直線移動しつつ、切れ刃10と鋳鉄板20の減耗にあわせつつ間隔を調節して加工を行う。 鋳鉄板20と切れ刃10の間隔の測定法は加工抵抗で推定する方法や、過去の経験値から推定するなど多くあるが、ここでは間隔の推定の方法は問わない。
前記の角度αとβだけずらしている理由は切れ刃10に円弧状の逃げ面を設けるためである。
この方式で加工すると端面逃げ角6及び周面逃げ角7は直線ではなく円弧に加工される。しかし、切れ刃10としての端面切れ刃角4及び周面切れ刃角5の稜線は切れ刃10で加工する製品の形状に転写されるため高精度の直線性を要求されるのに対し、端面逃げ角6及び周面逃げ角7は切れ刃10の端面1や周面2と加工物との摩擦を減らすのが目的のため直線としての形状精度は要求されていない。
The
The reason why the angles α and β are shifted is to provide the
When machining is performed in this manner, the end
図7と図8に、鋳鉄板20による切れ刃10の端面加工の接触面の模式図を示す。
図7の左上(a)は、鋳鉄板20の断面図と切れ刃10の関係を示しており、図7の左下(b)は、鋳鉄板20と切れ刃10を下から見た図である。工作機械はX、Y、Zの3軸方向に移動可能である。
切れ刃10の往復移動方向28は、切れ刃すくい面3と鋳鉄板20の最外周との接触点をAXとすると、AXから中心Oへ向かうAX−A2やX−Oに平行に移動するAX−A1など自由に設定できる。1例としてX−Oに平行に鋳鉄板が移動するAX−A1の場合について述べる。αだけずらした時のX−OとAX−A1の間隔をLとする。図7の右(c)は鋳鉄板20の立体モデルと切れ刃すくい面3の接触状態の模式図である。鋳鉄板20と切れ刃10はダイヤモンド微粉により、お互いにお互いを加工し合っており、加工量の比は体積比でダイヤモンド1に対して鋳鉄は約70であるが、今は鋳鉄板20は摩耗しないと仮定する。鋳鉄板20の中心軸とLだけ最小距離が離れ、X−Oと平行な線群で示される平面と鋳鉄板20の円錐の外周傾斜面24と交わる曲線を例示する。
7 and 8 are schematic views of the contact surface of the end face processing of the
The upper left (a) of FIG. 7 shows the cross-sectional view of the
The
図7の右(c)に鋳鉄板20の斜面を頂点まで仮想で延長した線を細線で示した。ここで、円錐と円錐の中心軸に平行な平面と交わる点群の軌跡は放物線になることが知られている。 また、鋳鉄板20がAX−A2上を平行移動すると鋳鉄板20と切れ刃10の交差の軌跡は直線になる。同様に鋳鉄板20がAX−A1からAX−A2までのあいだで接触する場合の交差の軌跡曲線は双曲線になることも知られている。鋳鉄板20と平面の交差する曲線の外周部をALOとし内周部をALIとする。切れ刃10を往復移動させずに切り込み加工すると鋳鉄板20が減耗しないと仮定しているため切れ刃端面1の稜線は2次曲面に加工されることになる。
これを防ぐためには鋳鉄板20を往復移動させて切れ刃10を直線に加工することになる。ここでは鋳鉄板20が摩耗しないと仮定しているため、切れ刃10をALOとALIを結ぶ3次元直線上を平行に往復移動させつつ、切れ刃10が加工されるに合わせて切り込むと切れ刃は直線に加工される。この場合、鋳鉄板20が減耗しないと仮定しているため加工に作用する鋳鉄板20は一点のリング状の面しか作用せず、非現実的に切れ刃10の加工能率が悪くなる。実際には鋳鉄板20も摩耗するためALOとALI曲線の凸部と切れ刃の凸部から先に共に接触摩耗され、最終的には図8の下(b)に太線ALO−ALIで示すようにALOとALIが直線になるように鋳鉄板20の周面の傾斜が曲面に加工されることが切れ刃10の加工能率の点で好ましい。
A line obtained by virtually extending the slope of the
In order to prevent this, the
ここで、切れ刃10を前記のALOとALIを結ぶ直線上を平行に往復移動させる場合の理想図を図8にモデル化した。図8(a)の切れ刃10の点線は、切れ刃10の加工前の形状を模示しており、実線は粗加工終了時の端面逃げ角6を示している。図8の(a)における厚みbは粗加工終了時の切れ刃10と鋳鉄板20の接触幅である。図8の(a)は、鋳鉄板を下から見た図で、Lは粗加工の初期の場合の切れ刃10と鋳鉄板20の最外周端との接点AXと前述のX−Oとの距離を示す。AX−A1やAX−A2は鋳鉄板20の移動経路の例である。図8の(b)は切れ刃10と鋳鉄板20の接触面の模式図である。
図中のb0は前記のLをL0に移動した場合の切れ刃10と鋳鉄板20の接触幅のモデルである。LからL0へと少し減少しただけで切れ刃10の接触加工部の厚みの幅は非常に狭くなる事が判る。
Here, an ideal view when the
B0 in the figure is a model of the contact width between the cutting
加工中の鋳鉄板20と切れ刃10の接触面は切れ刃10に厚みがあるため鋳鉄板20の位置により常に変化している。そのため、ALO−ALIを結ぶ線もどのような形状になるか推定できない。しかし、切れ刃10の加工が粗加工から仕上げ加工に移る段階で徐々にLの値、またはαの値を小さくすることによりALO−ALIを結ぶ線も徐々に直線に近づく。ALO−ALIを結ぶ線の直線性は、切れ刃10の加工厚みb0が小さいほど良好になる。切れ刃10の加工は微粒から極微粒へと数工程かけて鋳鉄板20に付着した前工程の砥粒を超音波洗浄等で除去しつつ加工される。極微粒になると加工量は極度に少なくなり、切れ刃10による鋳鉄板20の形状修正能力も小さくなる。加工工程で適宜L0やαを小さくし、切れ刃10の加工幅を小さくしてALO−ALIを結ぶ線の直線精度を向上させ、切れ刃10の端面切れ刃角4の加工能率の向上と直線性の向上を図る。
The contact surface between the
上記は鋳鉄板による加工法の1例を示しており、他にも鋳鉄板を用いた加工法がある。 例えば、ALO−ALIを直線に加工するためにALO−ALIの高い位置と低い位置を測定し、高い位置で鋳鉄板の送りを遅くし、低い位置で送りを早くして接触面の滞留時間を制御することも考えられる。本発明は、この方法を排除するものではない。
切れ刃10の周面2の加工法も端面1の加工法と同様にするので加工法の記述を割愛した。
The above shows one example of a processing method using a cast iron plate, and there is another processing method using a cast iron plate. For example, to process ALO-ALI into a straight line, measure the high and low positions of ALO-ALI, slow the feed of the cast iron plate at the high position, and speed up the feed at the low position to reduce the contact surface dwell time. Control is also conceivable. The present invention does not exclude this method.
Since the processing method of the
1 端面
2 周面
3 すくい面
4 端面切れ刃角
5 周面切れ刃角
6 端面逃げ角
7 周面逃げ角
8 上すくい角
9 横すくい角
10 切れ刃
11、12 鋳鉄板
13 端面切れ刃角4に対応する傾き
14 周面切れ刃角5に対応する傾き
20 2面傾斜鋳鉄板
21 下方端面
22 端面傾斜面
23 外周部
24 外周傾斜面
25 取付穴
26、27 単結晶ダイヤモンド切れ刃の往復移動経路の例
28 単結晶ダイヤモンド切れ刃の往復移動方向
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