专利名称：切削加工方法、切削加工装置及金属模具制作方法
技术领域：
本发明是有关使用旋转刀具的切削加工方法、切削加工装置以及金属模具制作方法，尤其适用于制作用于液晶显示屏LCD(Liquid Crystal Display)组件(module)中所使用的光学元件的成型金属模具的切削加工方法、切削加工装置以及金属模具制作方法。
背景技术：
LCD组件中所使用的背光照明(back light)导光板(光学元件)，以往多由多枚反射薄膜重叠粘贴而成。近年来，为达到降低成本的目的，使用其表面形成有细微规则凹凸的树脂成品以取代上述多层导光板。
上述导光板(树脂成品)虽可利用金属模具通过注射成形而予以制作，但为使成品LCD的整体不存在斑点以确保一定辉度，则导光板的凹凸需以高精度予以成型。
因此，必须要精密加工出金属模具的对应部分(为形成导光板的上述凹凸的沟槽部)，一般以单刀(single cutting tool)加工较为适宜。
上述单刀加工法大致可分为，属于平面切削加工的刨削加工法(如日本专利特开2002-233912号公报所述)以及属于铣削加工的铣切加工法(如日本专利特开2001-212709号公报所述)。刨削加工法即利用一把切削工具(切削刀)在金属模具的表面笔直移动以形成沟槽部的方法。铣切加工法即旋转驱动具有一把切削工具(切削刀)的旋转工具，并在与上述旋转轴方向直交的方向上加工输送金属模具以形成沟槽的方法。该两种加工法都为利用一把切削工具加工出全部沟槽，因此不会出现使用多把切削刀(多刃切削工具)时切削刀之间所存在的加工误差，与使用多刃切削工具加工法相比，可提高加工精度。
利用上述的刨削加工法进行加工时，因沿金属模具笔直移动刨刀，虽可以较高效率连续形成沟槽，但所形成的沟槽的侧面易产生毛边。
而使用铣削加工法虽不会产生使用刨削加工法所引起的毛边，亦可获得较高的加工精度但需使仅有的一把切削刀(切削工具)旋转，并以对应切削刀旋转速度的输送速度来执行加工输送，与刨削加工法相比，加工单位长度的沟槽所需时间较长。
因此，为达到良好的沟槽加工效率及较高的加工精度，上述两种加工方法尚无法满足要求。为此，选择何种加工方法，需根据所要求的加工时间及加工精度而定。通常，因倾向于重视加工精度，所以大多采用铣削加工法。因此，就铣削加工法，为少许提高加工速度，虽可提高切削刀的旋转速度，但此法本身存在极限，因此就用于导光板成形的金属模具的沟槽加工而言，要以良好的效率来执行该加工则非常困难。
另外，因使用一把切削刀进行沟槽加工，切削刀易磨损，且在切削过程中换刀，会因刀具的装配误差而降低沟槽加工精度，所以实际操作中不可能进行中途换刀，因此可加工的金属模具的大小亦受到限制。所以实际当中，无法对用于面积较大的大型导光板的成形的金属模具进行加工。
发明内容
本发明是鉴于上述事实而作，可以高效、高精度进行切削加工，具体而言，在制作用于LCD组件中所使用的导光板(光学元件)的成形金属模具时，可以高效、高精度执行沟槽加工，且可对面积较大的大型金属模具进行沟槽加工。
鉴于上述事实，本发明专利申请人考虑到能否采用多刃旋转刀具以解决上述难题。即采用单刀加工法加工用于导光板等成形的金属模具的沟槽的最大理由为，若以多刀旋转刀具加工，各切削刀的装配误差难以控制在加工精度(例如公差0.2μm)以内(事实上亦不可能)。本发明专利申请人为克服上述难点，考虑出下述切削加工方法。
即，本发明的切削加工方法，是具备被旋转驱动的主轴，以及相对于固定在上述主轴上的旋转刀具使工件可相对移动地受到支承的平台的切削加工装置所使用的切削加工方法，其特征在于包括在将用于切削刀成形的多个基片在圆周方向上予以排列的旋转刀具构成部件固定于上述主轴的状态下，利用上述切削加工装置所设置的研磨单元，对上述多个基片进行研磨，使上述旋转刀具构成部件上设置有由上述基片所形成的多把切削刀，以此制作上述旋转刀具的刀具制作步骤；以及，通过上述主轴的驱动使上述刀具制作步骤中所制作的旋转刀具直接旋转，以切削上述平台所支承的工件的切削步骤。
采用上述切削加工方法，因旋转刀具的切削刀通过切削加工装置上所设置的研磨单元而予以成形，所以旋转刀具的各切削刀的形状几乎不存在差异，且可以极高的精度确保多把切削刀之间的相对位置。所以，使用具有多把切削刀的旋转刀具可对工件进行高效、高精度的加工。因此，若将此加工方法应用至导光板(光学元件)成形金属模具的沟槽加工，利用具有多把切削刀的旋转刀具即可进行高效的沟槽加工，另外可良好地确保所需的加工精度。此外，利用此种具有多把切削刀的旋转刀具进行沟槽加工亦可抑制各切削刀的磨损(延长其使用寿命)，由此可充分应对加工面积较大的大型金属模具。
在上述加工方法中，以具有将使用上述研磨单元所成形的切削刀通过上述研磨单元再次研磨使上述切削刀再生使用的再生步骤为佳。如此，则无需将旋转刀具从主轴上取下交换，而可持续进行连续的高精度工件加工。
此时，亦可在切削步骤之间设置再生步骤，并于再生步骤中使切削刀通过再生形成相异的形状，而后再执行切削步骤。
采用上述方法，则无需将旋转刀具从装置上取下进行交换，即可使用具有不同形状的切削刀的旋转刀具来加工工件。
另一方面，本发明所涉及的切削加工装置，是适合实施上述切削加工方法的切削加工装置，即，具备被旋转驱动的主轴，以及相对于固定在上述主轴上的旋转刀具使工件可相对移动地受到支承的平台的切削加工装置，其特征在于还包括固定于上述主轴，且将多个可保持用于切削刀成形的基片的保持器在圆周方向上予以排列的旋转刀具构成部件；以及，具有相对于上述旋转刀具构成部件可相对移动的研磨头，并通过该研磨头对上述旋转刀具构成部件所保持的各个基片进行研磨，使上述旋转刀具构成部件设置有由上述基片所形成的多把切削刀，以此制作上述旋转刀具的刀具制作单元。
采用上述装置进行切削加工时，通过驱动上述刀具制作单元，旋转刀具构成部构所保持的各个基片可通过研磨头予以研磨。由此形成切削刀，且该切削刀与旋转刀具构成部构件构成旋转刀具。因此，通过主轴运转，该旋转刀具直接予以驱动，以此对工件进行加工。因此，上述切削加工方法可予以更好实施。
在上述切削加工装置中，上述研磨头以具有被旋转驱动的砂轮，且以此砂轮对上述基片进行研磨为佳。采用该结构，可快速研磨基片，由此可缩短使用刀具制作单元制作旋转刀具的制作时间。
另外，上述砂轮以设置粒度不同的多种砂轮为佳。采用该结构，可使用粒度由大至小的砂轮对基片进行研磨，可高效加工高精度的切削刀。
此时，各砂轮若排列在同一旋转驱动轴并受此驱动轴驱动而产生整体旋转为佳。
采用上述结构，各砂轮可在同一驱动系统中予以旋转驱动，由此刀具制作单元的结构可更紧凑，且亦可减轻各砂轮相对于基片的定位等控制负担。
另外，关于刀具制造单元，上述研磨头可相对于上述旋转刀具构成部件所保持的基片，在所述砂轮由上述主轴轴向的一侧与上述基片接触的第一位置，以及所述砂轮由上述主轴轴向的另一侧与上述基片接触的第二位置之间予以摇动。
采用上述结构，仅通过研磨头的摇动变位，即可从主轴轴向两侧易于对基片进行研磨，例如可易于形成用于加工沟槽的山字形剖面切削刀。尤其，通过适宜选定上述第一位置及第二位置的摇动角度，即可使用同一刀具制作单元，加工出多种形状(山字形)的切削刀。
且，上述刀具制作单元，亦可包含与上述主轴垂直相交的旋转轴，并于该旋转轴上以圆锥台状排列设置直径不同的多个圆锥形砂轮。
采用上述结构，可在保持研磨头的状态的同时，使砂轮从主轴的轴向两侧与切削刀接触，并根据砂轮的锥度，形成山字形剖面的切削刀。尤其该结构中，研磨头的状态保持一定，因此与具有上述摇动式研磨头结构的刀具制作单元相比，结构更加简单。
另外，在上述切削加工装置中，以上述基片装卸可能地保持在上述旋转刀具构成部件上为佳。
采用上述结构，在切削刀(基片)失效时，仅交换基片即可，而旋转刀具构成部件可继续使用。因此，可有效利用零件，同时可达到降低成本的目的。
另一方面，本发明所涉及的旋转刀具，固定在被旋转驱动的主轴上，并与该主轴一起旋转以切削工件，该旋转刀具具有固定于上述主轴的旋转刀具构成部件，该旋转刀具构成部件的外周，沿圆周方向排列设置有前端具备切削刀的多个基片。尤其，用于上述切削刀成形的基片被保持于旋转刀具构成部件后，对该基片的前端进行研磨以形成切削刀。
采用上述旋转刀具，可以高精度设置各切削刀的形状、以及切削刀间的相对位置，从而可作为适用于导光板等(光学元件)成形金属模具的沟槽加工等要求高精度的旋转刀具而予以使用。
另外，上述基片以单晶体金刚石(single crystal diamond)基片为佳。采用该基片，因单晶体结构非常坚韧，可有效防止刀具损坏，以提高刀具的耐久性。
另一方面，本发明所涉及的旋转刀具的制作方法，为制作固定于被旋转驱动的主轴，与上述主轴一起旋转以切削工件的旋转刀具的制作方法，是将用于切削刀成形的多个基片以沿圆周方向排列的状态保持在固定于上述主轴的旋转刀具构成部件上，并于旋转该旋转刀具构成部件的同时，以同一研磨单元对各基片进行研磨，使上述旋转刀具构成部件上设置有由上述基片所形成的多把切削刀，以构成上述旋转刀具。
采用上述制造方法，各切削刀的形状差异小，且可制作出切削刀间的相对位置关系等具有较高精度的旋转刀具。
另一方面，本发明所涉及的金属模具制作方法，是制作在其表面具有互相平行的多条沟槽的金属模具的方法，是采用上述切削加工方法，使金属模具上形成上述沟槽。
采用上述金属模具制作方法，因根据上述切削加工方法进行沟槽加工，通过多刃旋转刀具可高效执行沟槽加工，亦能良好确保所需加工精度。另外，通过采用多刃旋转刀具进行沟槽加工可抑制各切削刀的磨损(延长其使用寿命)，因此，对于加工面积较大的大型金属模具亦可加工出覆盖整体的高精度沟槽。
就上述金属模具制造方法，其中上述基片以采用单晶体金刚石基片为佳。因单晶体结构非常坚韧，在刀具制作过程中可有效防止刀具损坏，以形成锐利的刀锋，另外，在切削加工时，亦能有效防止刀具损坏。另外，因单晶体金刚石基片为廉价销售，所以可以低成本加工出沟槽底部较尖锐的V形沟槽。
另外，就上述金属模具制作方法，可在切削加工的间隔设置再生步骤，在该再生步骤通过再生形状相异的切削刀后再执行切削步骤，即可形成与先前沟槽的形状相异的多种沟槽。如此，对于一个金属模具，可以良好的精度形成形状相异的沟槽。
另外，在上述金属模具制作方法中，以金属模具表面预先形成镀铜层，并切削该镀铜层以形成上述沟槽为佳。
采用上述方法，则沟槽更容易形成，亦可有效抑制切削刀的损坏。
另外，在上述金属模具制作方法中，以上述沟槽形成后，在上述沟槽的表面形成DLC(diamond-like-carbon)薄膜为佳。
采用上述方法，可提高所制作金属模具的脱模性。此时，DLC薄膜可采用含氟薄膜，使脱模性进一步提高。
图1是说明本发明的金属模具制作方法的步骤图；图2是概略表示适用于金属模具制作中的一个步骤，即沟槽加工步骤的切削加工装置(本发明的切削加工装置)的正视图；图3是表示保持基片的刀具体(旋转刀具构成部件)在图2中的A向视图；
图4是表示刀具体的基片保持结构在图3中的B-B剖面图；图5(a)是表示所形成的V字形槽(沟槽)的形状的金属模具剖面图，图5(b)是表示用于形成上述V字形槽(沟槽)的切削刀形状的基片剖面图；图6是说明在刀具制作步骤(旋转刀具制作步骤)中，切削加工装置的动作控制流程图；图7是说明通过切削刀成形机形成切削刀的过程的模式图，(a)表示切削刀成形机的研磨头位于第1位置的加工状况模式，(b)表示研磨头位于第2位置的加工状况模式；图8(a)是表示所形成的V字形槽(沟槽)的形状的金属模具剖面图，图8(b)是表示用于形成V字形槽(沟槽)的切削刀形状的基片剖面图；图9是表示切削刀成形机采用其他结构的切削加工装置的概略正视图。
具体实施例方式
以下利用附图来说明本发明的实施形态。该实施形态，以本发明适用于制作用于液晶显示屏LCD(Liquid Crystal Display)组件中所使用的背光照明导光板的树脂成形金属模具为例予以说明。
(金属模具制作方法)图1为概略表示金属模具制作步骤的步骤图。如图所示，金属模具的制作步骤包括(1)电镀步骤，(2)沟槽加工步骤，(3)DLC(diamond-like-carbon)薄膜形成步骤。
上述电镀步骤为通过对金属模具母材1(以下简称为金属模具1)的表面进行电镀以形成沟槽加工切削层的步骤。本实施形态中，在SUS420J2等所构成金属模具的表面，电镀厚度为50-2000μm的镀铜层。
上述沟槽加工步骤是在金属模具1形成多条细微沟槽的步骤。更确切而言是切削电镀步骤所形成的镀铜层(切削层)以形成细微沟槽的步骤。例如，本实施形态中，如图5(a)所示，以间隔(P)50-100μm形成开角(θ。)为90°，沟槽深(h)为25-50μm的多条V字形沟槽。
具体而言，该沟槽加工步骤由刀具制作步骤(工具制作步骤)与切削步骤的两个步骤构成。首先，在刀具制作步骤，形成旋转刀具的切削刀，之后于切削步骤使用该旋转刀具于金属模具1形成沟槽。上述步骤，在后述的切削加工装置10予以执行，此内容将在后予以详细说明。
DLC薄膜形成步骤是在金属模具的沟槽形成面形成具有非晶体结构的DLC薄膜。本实施形态中，以形成含有氟的薄膜作为DLC薄膜。
该金属模具制作方法，如上所述，首先在金属模具1上形成铜镀层，之后在此铜镀层部分形成沟槽，因此与在高硬度金属模具1(母材)直接形成沟槽相比，可更容易、快速执行沟槽的加工，还可减小旋转刀具的切削刀磨损。且在最后步骤，在金属模具表面(沟槽形成面)形成几乎不存在晶界(grain boundary)的DLC薄膜，以此可制成脱模性能良好的金属模具1。尤其，本实施形态中，形成含有氟的薄膜作为DLC薄膜，可使金属模具1的脱模性能更上一层。
(切削加工方法切削加工装置)以下，就上述沟槽加工步骤的内容作具体说明。首先，就用于实施本步骤的切削加工装置进行说明。
图2为切削加工装置10的要部概略图。图中，为明确各部件的动作方向，分别表示有X轴、Y轴及Z轴。
该图所示的切削加工装置10包括基台(省略图示)，在此基台上，沿Y轴方向排列设置可沿X轴方向移动的第1平台11及可沿Y轴方向移动的第2平台12。上述平台11、12与图外以电动机为驱动源的驱动机构连接，并通过该驱动机构驱动。
第2平台12，设置有沿Y轴方向延伸，且其前端指向第1平台的主轴15。该主轴15，相对于第2平台12可围绕Y轴旋转，并可沿Z轴方向移动，且通过以电动机为驱动源的驱动机构予以驱动。
在主轴15的前端，固定有作为旋转刀具构成部件的圆盘状刀具体20。该刀具体20的外周，如图3和图4所示，多个轴状基片24以沿圆周排列的状态予以保持，本实施形态中，16个基片24以一定间隔保持成一列。
各个基片24为具有正方形剖面的单晶体金刚石构成，如图4所示，具有大致平坦的前端形状，该些基片24在后述的刀具制作步骤中予以研磨，以形成用于形成上述V字形沟槽2的切削刀24a(参照第5(b)图)。
各个基片24，以固定于夹具22的状态，装卸可能地保持在上述刀具体20上。具体而言，在刀具体20的周围以等间隔形成有用于保持夹具22的凹部20a(保持部)，上述夹具22嵌入凹槽20a后，通过螺栓26使其固定在刀具体20上。
另一方面，在上述第1平台11，如图2所示，设置有工作支承台13及切削刀成形机(刀具制作单元)14。
工作支承台13，在设置金属模具1的部位，通过螺栓等固定构件，或使用夹具可固定金属模具1。
切削刀成形机14设置在上述工作支承台13的相反于第2平台12一侧。
该切削刀成形机14，包括具有为研磨上述刀具体20所保持的基片24的砂轮的研磨头32(研磨单元)。该研磨头32，通过竖直设置在第1平台11上的支架30而保持在上述工作支承台13的斜上方(由工作支承台13沿X轴方向向侧面偏移的位置)，并通过电动机36旋转驱动。
研磨头32由直径相同，但粒度不同的3个平面型砂轮构成，具体为粗磨用第1砂轮33、中磨用第2砂轮34以及精磨用第3砂轮35，分别如图所示，所述砂轮相对于上述电动机36的输出轴36a，以沿轴向排列设置成一列的状态而予以固定。由此通过电动机36的运作，使砂轮33、34、35一起受到旋转驱动。
研磨头32相对于支架30摇动可能地予以支持。详细而言，在上述支架30的上端部，设置有受图外的电动机驱动可绕X轴旋转的旋转盘38，上述电动机36，以其输出轴36a与上述旋转盘38的旋转轴垂直相交的状态而固定在旋转盘38上。因此，通过旋转盘38的运作，研磨头32可在，第2图实线所示的面向第2平台12且向下倾斜的第1位置，以及相反于第1位置，即同图中虚线所示的位于通过旋转盘38的旋转中心且平行与Z轴的直线的另一侧且向下倾斜的第2位置之间予以摇动变位。本实施形态中，第1位置设定在上述实线与上述输出轴36a的夹角θ1(以下称为第1位置角度)为45°的位置，而第2位置也设定在上述虚线与上述输出轴36a的夹角θ2(以下称为第2位置角度)为45°的位置。
另外，上述切削加工装置10具有图示省略的控制装置，该控制装置包括众所周知的可进行逻辑运算的CPU，预先存储各种控制上述CPU的程序的ROM以及装置运作中暂时存储各种信息的RAM等，且上述平台11、12、主轴15以及切削刀成形机14等的驱动全部由该控制装置统一控制。
以下，就沟槽加工步骤的具体内容予以说明。
沟槽加工步骤，如上所述，由前半程的刀具制作步骤及后半程的切削步骤构成，上述两步骤于上述切削加工装置10中连续执行。
在刀具制作步骤中，通过切削刀成形机14对刀具体20所保持的上述各基片24执行切削刀24a的成形加工处理，以此制作在刀具体20周围排列多把切削刀24a的旋转刀具16。
图6是表示在刀具制作步骤中的切削加工装置10的动作控制流程图。以下，根据该流程图，就刀具制作步骤的内容予以说明。
首先，在初始状态，第2平台12相对于第1平台11设置在沿Y轴方向相隔一定距离的指定退避位置，第1平台11设置在X轴方向的移动端，即指定避让位置。在主轴15上，如上所述固定有保持基片24的刀具体20，另外，切削刀成形机14的研磨头32设置在第1位置。
刀具制作步骤开始后，首先随各平台11、12等的驱动，刀具体20(基片24)以及研磨头32被设置在第1研磨开始位置(步骤S1，S2)。具体为第1平台11及第2平台12分别由上述退避位置起予以移动(前进)，与此同时主轴15相对于第2平台12沿Z轴方向(上下)移动，由此如图7(a)的位置(1)所示，第1砂轮33的砂轮面33a被设置在基片24的前端左侧(图2、图7的左侧主轴15的基端部侧)且可与基片24相接触的位置。
刀具体20设定至第1研磨开始位置后，第1砂轮33予以旋转驱动，同时刀具体20亦予以旋转驱动，在此状态开始切削输送(步骤S3)。即，随第2平台12的移动，使基片24接近砂轮面33a。
通过上述切削输送，各基片24的前端随刀具体20的旋转依次与砂轮面33a接触而接受粗磨。此时，研磨头32被设定在第1位置，其结果使砂轮面33a相对于Z轴呈向第2平台12側倾斜45°的状态，因此砂轮面33a与基片24的前端接触时，如图7(a)中虚线(位置(1))所示，使基片24形成向第2平台12側倾斜45°的倾斜面。
规定量的切削输送予以执行，全部基片24的前端通过第1砂轮33予以研磨(步骤S4为YES)之后，通过第2平台12等的移动使刀具体20与第1砂轮33分离，之后如图7(a)的位置(2)所示，将刀具体20设定在使基片24的前端可与第2砂轮34的砂轮面34a相对的位置(步骤S5，S6)。而后，同样通过执行切削输送，相对于各基片24的前端(第1砂轮33所研磨的研磨面)实施中磨加工(步骤S7)。
规定量的切削输送予以执行，全部基片24的前端通过第2砂轮34予以研磨(步骤S8为YES)之后，通过第2平台12等的移动使刀具体20与第2砂轮34分离，之后如图7(a)的位置(3)所示，将刀具体20设定在使基片24的前端部可与第3砂轮35的砂轮面35a相对的位置(步骤S9，S10)。而后，同样通过执行切削输送，相对于各基片24的前端(第2砂轮34所研磨的研磨面)实施精磨加工(步骤S11)。
全部基片24的前端经第3砂轮35研磨后(步骤S12为YES)，判断是否已完成基片24左右两侧(Y轴方向侧)的研磨。若判断为未完成，则使研磨头32随第1平台11的移动相对于刀具体20沿X轴方向暂时予以偏移，而后通过旋转盘38的运作，将研磨头32设定在第2位置(第2图的虚线位置)(步骤S14，S15)。
而后，将刀具体20及研磨头32设定在根据研磨头32偏移至第2位置的距离使上述第1研磨开始位置沿Y轴方向移动的位置，即第2研磨开始位置，具体为如图7(b)的位置(4)所示，即第1砂轮33的砂轮面33a可由基片24的前端右侧(图2，图7的右侧主轴15的基端部的相反侧)与基片24接触的位置。此后(步骤S16，S17)，流程移至步骤S3。
然后，通过执行步骤S3-S12的处理，各基片24中与上述相反的一侧接受研磨，即按第图7(b)中位置(4)至位置(6)依次移动基片24，使其通过砂轮33、34、35予以研磨。此时，研磨头32被设定在第2位置，其结果使砂轮面33a位于Z轴的与第2平台12反向侧且呈45°倾斜状态，因此，砂轮面33a与基片24的前端接触时，如图7所示，使基片24形成向第2平台12相反侧倾斜45°的倾斜面。即，通过上述处理使各基片24的前端形成可用于加工上述V字形沟槽2，即如图5(b)所示的刀具端部角度为90°的切削刀24a。
由此，判断基片24的研磨已最终完成后(步骤S13为YES)，流程移至步骤S18，将第1平台11、第2平台12恢复至初始位置，并结束本流程。
在上述刀具制作步骤中，通过切削刀成形机14研磨刀具体20所保持的各基片24以形成切削刀24a，以此制作在刀具体20周围排列设置有多把切削刀24a的旋转刀具16。
刀具制作步骤结束后，处理转移至切削步骤。在该切削步骤中，使用经上述处理而形成的旋转刀具16对金属模具1执行形成V字形沟槽2的处理。
具体为如图2所示，首先将金属模具1固定在第1平台11的工作支承台13上，并通过第2平台12等的运作，将旋转刀具16定位至切削开始位置。然后，通过以所定旋转速度驱动旋转刀具16旋转，并在此状态下将旋转刀具16沿Z轴方向予以切削输送，以及伴随第1平台11的移动将旋转刀具16沿X方向予以加工输送，使用旋转刀具16的各切削刀24a在金属模具1上形成如图5(a)所示的开角(θ0)为90°的V字形沟槽2。一条V字形沟槽2形成后，伴随第2平台12的移动使旋转刀具16的加工输送开始位置沿Y轴方向以一定间隔(P)进行位移，并同样执行旋转刀具16的切削输送及加工输送，之后重复执行上述操作，使金属模具1形成互相平行、且相距一定间隔(P)的V字形沟槽2。
规定数的V字形沟槽2形成后，旋转刀具16恢复至初始位置，并将金属模具1由工作支承台13取下。至此切削步骤结束，同时包含刀具制作步骤的所有沟槽加工步骤亦全部结束。
采用上述切削加工方法(相对于金属模具1形成V字形沟槽2的方法)、以及适用于上述方法的切削加工装置10具有以下的效果首先，采用上述切削加工方法，即使使用旋转刀具16在金属模具1上形成V字形沟槽2，也几乎不产生毛边。且，作为旋转刀具16，因使用具有上述多把切削刀24a的多刃刀具，因此可高效率形成V字形沟槽2，与以往采用一把切削刀加工沟槽的刨削加工法(单刀加工法)相比，加工单位长度的沟槽只需极短时间。
且使用切削加工装置10制作旋转刀具16(即切削刀24a)，并可直接使用该旋转刀具16执行沟槽加工，由此可形成精度不低于以往的刨削加工法(单刀加工法)，甚至更高的V字形沟槽2。即该切削加工方法，按上述内容在主轴15上固定刀具体20，并在此状态使用装置上所设置的切削刀成形机14研磨各基片24以形成切削刀24a，以此可解消相对于刀具体20的基片24装配(保持)误差，以及相对于主轴15的刀具体20装配误差。其结果，就制作的旋转刀具16，各切削刀24a几乎不存在形状差异，且切削刀24a之间的相对位置也可以确保极高的精度。因此，使用多刀旋转刀具16还可形成高精度的V字形沟槽2。
另外，使用上述多刀旋转刀具16进行沟槽加工，可以加工具有更大加工面积的大型金属模具1。即以往的单刀加工法因仅使用一把切削刀(单刀)加工沟槽，切削刀磨损较快，且操作过程中若交换切削刀会产生装配误差(实际中也不可能执行)。因此，可加工的金属模具尺寸限制在较小范围，而使用上述多刀旋转刀具16的切削加工方法，可抑制各切削刀24a的磨损(可延长切削刀24a的使用寿命)，即使加工面积较大的大型金属模具也可良好执行沟槽加工。
另一方面，就切削加工装置10，基片24相对于刀具体20装卸可能地予以保持，即使切削刀24a磨损而不法使用，仅取下已使用的基片24并装上新基片24即可，而刀具体20可以现状予以使用。因此可有效使用旋转刀具16的构成部件，并可获得成本低廉的效果。
另外，就切削刀成形机14，研磨头32可相对于支架30摇动设置，如上所述，使用同一研磨头32，即可研磨基片24的两侧(Y轴方向的两侧)，因此可形成使用同一研磨头32进行切削刀24a加工的紧凑结构。尤其，仅适宜变更研磨头32的摇动角度(第1位置角度θ1，第2位置角度θ2)，即可容易改变砂轮面33a-35a的角度。因此使用同一研磨头32即可形成形状相异的多种切削刀24a。例如，将第1位置角度θ1，第2位置角度θ2设定为以Z轴左右对称，且适当控制切削输送量，即可形成如图8(b)所示的刀端角度为钝角，且具有左右非对称剖面的切削刀刃24a。使用该切削刀24a可形成图8(a)所示的开角(θ0)为钝角，而沟槽底部具有左右非对称剖面的V字形沟槽2。另外，图8(a)所示的V字形沟槽2的形状，适应于LCD组件中所使用的前光照明导光板的沟槽形状，因此使用切削刀成形机14不仅可制作背光照明导光板的树脂成形金属模具，还可使用同一切削刀成形机14制作前光照明导光板的树脂成形金属模具。
另外，在该切削刀成形机14中，研磨头32由粒度相异的三个砂轮33-35构成，因此在刀具制作步骤(沟槽加工步骤)可高效研磨基片24。尤其，各砂轮33-35在同一电动机36的输出轴36a上排列设置成一列，且一起受到旋转驱动，因此可形成各砂轮33-35的驱动源相同的紧凑结构，同时可减轻各砂轮的驱动，以及有关基片24及各砂轮33-35定位的控制负担。
另外，上述切削加工方法、切削加工装置10以及金属模具制作方法，仅为本发明的一种实施形态，若其具体方法及结构不脱离本发明的要点，可予以适当变更。例如，还可采用如下的结构。
(1)关于本实施形态中的刀具制作步骤(沟槽加工步骤)，为连续旋转刀具体20的同时执行切削输送，以逐渐研磨各基片24，此外也可间歇旋转刀具体20，使各砂轮33等以对应于一个基片24的状态进行切削输送，由此可对各基片逐个进行研磨。
(2)在切削步骤(沟槽加工步骤)执行过程中，还可设置通过切削刀成形机14研磨再生各切削刀24a的再生步骤。具体为在切削步骤执行过程中，以相同于刀具制作步骤的顺序(图6的流程图)研磨基片24，使切削刀24a再生。
设置上述切削刀24a的再生步骤，可有效防止因切削刀24a的损坏而引起的加工精度下降。因此针对面积较大的大型金属模具1进行沟槽加工时极为有效。此时，在再生步骤中可省略粗磨加工(第1砂轮33的研磨)而仅执行中磨及精磨加工(第2砂轮34及第3砂轮35的研磨)等，另外可根据切削刀24a的损坏状况省略研磨处理步骤。
另外，还可在再生步骤中，改变切削刀24a的形状，然后再执行切削步骤。例如，大型背光照明导光板的中央部位及边缘部位有时需改变凹凸形状，对应于该导光板的金属模具1，有时需要求形成开角(θ0)等相异的多种V字形沟槽2。因此，在再生步骤中先改变切削刀24a的形状然后再施行切削步骤即可在金属模具整体以良好精度形成V字形沟槽2。(3)切削刀24a的剖面形状若局限于图5(a)所示的左右对称形状，此时可采用图9所示结构的切削刀成形机14。
该切削刀成形机14，电动机36相对于支架30沿Z轴方向向下予以固定，在其输出轴36a上，固定有直径各不相同的圆锥形砂轮33-35，且整体上呈逆圆锥台状排列设置。即，随第2平台12的移动可使研磨头32(各砂轮33-35)由基片24的左右两侧(第9图左右两侧)接近基片24，从而使基片的前端形成图5(a)所示的左右对称切削刀24a。
采用该切削刀成形机14，则无需采用图2所示的切削刀成形机14的研磨头32摇动机构(旋转盘38等)，以此可简化切削刀成形机14的结构，提高空间使用率、以及降低成本。
(4)本实施形态中，基片24使用具有正方形剖面的单晶体金刚石所形成的柱状基片，但无需仅使用该种材料的基片，此外可根据金属模具的材质、需成形的切削刀24a的形状等而适宜选择。但采用单晶体金刚石基片，因材料为单晶体结构而非常坚韧，在刀具制作步骤可有效防止刀具损坏，以形成具有锐利刀锋的切削刀24a，且在切削步骤(沟槽加工步骤)中，还能有效防止刀具损坏。另外，因人工金刚石材料的基片在市场被廉价销售，在制作上述金属模具1时，可以低成本加工出沟槽底部较尖锐的V字形沟槽2。
(5)本实施形态中，以本发明适用于LCD组件中所使用的背光照明导光板的树脂成形金属模具制作为例而予以说明，但本发明还可适用于其他任何金属模具，以及金属模具以外的工件。
如上所述，本发明的切削加工方法是将保持有多枚用于切削刀成形基片的旋转刀具构成部件固定在切削加工装置的主轴上，通过该装置所设置的切削刀成形单元研磨各基片，以此制作在旋转刀具构成部件的圆周方向排列设置有由上述基片所形成的切削刀的旋转刀具(旋转刀具制作步骤)，并直接使用该旋转刀具来切削工件(切削步骤)，因此可使用各切削刀形状均一，且切削刀之间的位置关系等精度较高的多刃旋转刀具以良好精度加工工件。因此，如LCD组件中所使用的背光照明导光板的树脂成形金属模具等的沟槽加工等以往因加工精度而无法使用多刃旋转刀具的加工，通过适用上述方法，可以高效、高精度执行沟槽加工。
权利要求
1.一种切削加工方法，其为具备被旋转驱动的主轴，以及相对于固定在上述主轴上的旋转刀具使工件可相对移动地受到支承的平台的切削加工装置所使用的切削加工方法，其特征在于包括刀具制作步骤，在于圆周方向排列设置用于切削刀成形的多个基片的旋转刀具构承部件固定于上述主轴的状态下，利用上述切削加工装置所设置的研磨单元，对上述多个基片进行研磨，使上述旋转刀具构成部件上设置有由上述基片所形成的多把切削刀，以此制作上述旋转刀具；以及切削步骤，通过上述主轴的驱动使上述刀具制作步骤中所制作的旋转刀具直接旋转，以切削上述平台所支承的工件。
2.根据权利要求1所述的切削加工方法，其中还包括将使用上述研磨单元所成形的切削刀，通过上述研磨单元再次研磨，使上述切削刀再生的再生步骤。
3.根据权利要求2所述的切削加工方法，在上述切削步骤之间设置上述再生步骤，并在再生步骤中使切削刀通过再生形成相异的形状，然后再执行切削步骤。
4.一种切削加工装置，具备被旋转驱动的主轴，以及相对于固定在上述主轴上的旋转刀具使工件可相对移动地受到支承的平台的切削加工装置，其特征在于包括旋转刀具构成部件，固定在上述主轴上，并于圆周方向排列设置有多个可保持用于切削刀成形的基片的保持器；刀具制作单元，具有相对于上述旋转刀具构成部件可相对移动的研磨头，并通过该研磨头对上述旋转刀具构成部件所保持的各个基片进行研磨，使上述旋转刀具构成部件设置有由上述基片所形成的多把切削刀，以此制作上述旋转刀具。
5.根据权利要求4所述的切削加工装置，上述研磨头具有被旋转驱动的砂轮，通过该砂轮对上述基片进行研磨。
6.根据权利要求5所述的切削加工装置，上述砂轮由粒度不同的多种砂轮组成。
7.根据权利要求6所述的切削加工装置，各种砂轮排列在同一旋转驱动轴上，并受此驱动轴驱动而产生整体旋转。
8.根据权利要求7所述的切削加工装置，上述研磨头相对于上述旋转刀具构成部件所保持的基片，在所述砂轮由上述主轴轴向的一侧与上述基片接触的第一位置，以及所述砂轮由上述主轴轴向的另一侧与上述基片接触的第二位置之间进行摇动。
9.根据权利要求7所述的切削加工装置，包含与上述主轴垂直相交的旋转轴，并在该旋转轴上以圆锥台状排列设置多个直径不同的圆锥形砂轮。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的切削加工装置，上述基片被装卸可能地保持在上述旋转刀具构成部件上。
11.一种旋转刀具，固定在被旋转驱动的主轴上，并与该主轴一起旋转以切削工件，其特征在于包括固定在上述主轴上的旋转刀具构成部件，该旋转刀具构成部件的外周，沿圆周方向排列设置有前端具备切削刀的多个基片。
12.根据权利要求11所述的旋转刀具，其中上述切削刀是在用于切削刀成形的基片被保持在旋转刀具构成部件之后，通过研磨该基片的前端而予以形成。
13.根据权利要求11或12所述的旋转刀具，上述基片为单晶体金刚石基片。
14.一种旋转刀具的制作方法，制作固定在被旋转驱动的主轴上，与上述主轴一起旋转以切削工件的旋转刀具，其特征在于将用于切削刀成形的多个基片以沿圆周方向排列的状态保持在固定于上述主轴的旋转刀具构成部件上，并于旋转该旋转刀具构成部件的同时，以同一研磨单元对各基片进行研磨，使上述旋转刀具构成部件上设置有由上述基片所形成的多把切削刀，以构成上述旋转刀具。
15.一种金属模具制作方法，用于制作在其表面具有互相平行的多条沟槽的金属模具，其特征在于使用根据权利要求1至3中任一项所述的切削加工方法，使金属模具形成上述沟槽。
16.根据权利要求15所述的金属模具制作方法，其中上述基片采用单晶体金刚石基片。
17.根据权利要求15所述的金属模具制作方法，其中采用根据权利要求3项所述的切削加工方法在上述金属模具上形成形状相异的多种沟槽。
18.根据权利要求15所述的金属模具制作方法，其中使金属模具表面预先形成镀铜层，并切削该镀铜层以形成上述沟槽。
19.根据权利要求15所述的金属模具制作方法，其中在上述沟槽形成后，于上述沟槽表面形成DLC薄膜。
20.根据权利要求19所述的金属模具制作方法，其中上述DLC薄膜含有氟。
全文摘要
本发明的切削加工装置(10)包含主轴(15)，相对于该主轴(15)上所固定的旋转刀具(16)可相对移动支承的第1平台(11)等，以及设置在该第1平台上且具有用于研磨切削刀的研磨头(32)的切削刀成形机(14)。切削刀成形机(14)，以研磨头(32)研磨固定在主轴(15)上的刀具体(20)的外周所保持的多个基片(24)，以制作在上述刀具体(20)周围排列设置有由基片(24)所形成的切削刀(24a)的旋转刀具(16)。使用该切削加工装置可以高效、高精度执行切削加工。
文档编号B23C5/08GK1727100SQ200410059070
公开日2006年2月1日 申请日期2004年7月26日 优先权日2004年7月26日
发明者中谷达行, 冈本圭司, 村井正义 申请人:东洋先进科技股份有限公司