专利名称：碳膜包覆立铣刀及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种能够锋利地加工被切削材料的碳膜包覆立铣刀及其制造方法。
技术背景
在由金刚石膜包覆切削刃表面的金刚石包覆切削工具中，以往提出例如研磨加工在切削刃上形成的大致圆弧部，并以大致圆弧部的角度成40°以下的方式局部地设置倒角的技术(参照专利文献1)。并且，还提出研磨加工上述大致圆弧部，以使后角小于原来角度的技术(参照专利文献2)。
此外，本说明书中的切削刃表示包括切削工具的刀尖、与刀尖相接的前刀面的一部分以及与刀尖相接的后刀面的一部分的区域。
作为上述金刚石膜包覆切削工具的研磨方法，提出专利文献3所记载的激光研磨方法。该激光研磨方法在金刚石覆膜的表面上扫描激光的焦点(使之移动)的同时，使金刚石覆膜本身移动。这样，通过使激光的焦点与金刚石覆膜这两者相对运动，去除形成在金刚石覆膜表面的凸部。另外，专利文献4所记载的加工工具的制造方法对金刚石覆膜垂直地照射波长为266nm的激光来对加工工具进行加工。
专利文献1 日本专利第3477182号公报
专利文献2 日本专利第3477183号公报
专利文献3 日本专利第3096943号公报
专利文献4 日本专利公开第2009-6436号公报
上述现有技术中留有以下课题。
第一、在通过磨削加工形成切削刃时，由于金刚石比砂轮更硬，因此在加工过程中会产生砂轮的形态变化。结果难以高精度地进行所需的形状加工。
第二、边使激光与金刚石覆膜共同进行相对运动边进行扫描激光加工的方法进一步需要依照加工对象物的形态所进行的工件(被切削物)的移动。因此，激光的焦点及金刚石覆膜的位置控制更为复杂。
第三、在对金刚石覆膜垂直地照射激光的加工方法中，加工后的形态易于反映加工前覆膜的起伏形状。因此，加工前的覆膜需要形成为均勻的金刚石覆膜。所以，高精度的加工较难。
第四、当在立铣刀的切削刃等的刀尖上形成金刚石覆膜时，由于对应于金刚石覆膜的厚度，覆膜在刀尖上隆起形成，因此难以加工刀尖。因此，以往难以制作用金刚石覆膜涂覆且具有锋利的刃口的立铣刀。发明内容
本发明是鉴于前述课题而完成的，其目的在于提供一种碳膜包覆立铣刀，其由金刚石覆膜等碳膜包覆，且具有比以往更加锋利的刃口，并且提供一种能够高精度地加工制作该立铣刀的制造方法。CN 102528142 A
本发明为了解决所述课题而采用以下结构。即，本发明的第一方面的碳膜包覆立铣刀，其特征在于，具有工具基体，具有基体刀尖和夹着所述基体刀尖相互邻接的基体前刀面及基体后刀面；以及碳膜，形成在所述基体刀尖、所述基体前刀面及所述基体后刀面上，在所述碳膜上，在所述基体前刀面上的区域及所述基体后刀面上的区域分别形成有向所述工具基体凹陷的前刀面侧的凹面及后刀面侧的凹面，所述前刀面侧的凹面及所述后刀面侧的凹面在所述基体刀尖上交叉从而在所述碳膜上形成碳膜刀尖，所述前刀面侧的凹面和所述后刀面侧的凹面交叉形成的角度小于所述基体前刀面和所述基体后刀面所构成的角度。
在该碳膜包覆立铣刀中，在基体前刀面上的区域及基体后刀面上的区域的碳膜上分别形成有向工具基体凹陷的前刀面侧的凹面及后刀面侧的凹面。进而，前刀面侧的凹面与后刀面侧的凹面在基体刀尖上交叉而在碳膜上形成碳膜刀尖。进而，前刀面侧的凹面与后刀面侧的凹面交叉形成的角度小于基体前刀面与基体后刀面所构成的角度。通过具有以上的结构，上述碳膜包覆立铣刀具有比以往更加锋利的刃口。
S卩，通过包括碳膜刀尖的部分(切削刃)的碳膜表面相对于前刀面及后刀面的延长面塌陷而被凹面化，从而能够尖锐地形成碳膜刀尖的碳膜。结果在上述碳膜包覆立铣刀中，能够得到比通过现有方法形成的倒角更加锋利的刃口。
在上述碳膜包覆立铣刀中，所述碳膜可为金刚石膜。
另外，在上述碳膜包覆立铣刀中，由与所述碳膜刀尖正交的面所形成的所述前刀面侧的凹面及所述后刀面侧的凹面的剖面可为圆弧形状。
另外，在上述碳膜包覆立铣刀中，所述前刀面侧的凹面及所述后刀面侧的凹面的剖面的圆弧形状的曲率半径可在5 μ m至3000 μ m的范围内。
另外，在上述碳膜包覆立铣刀中，所述前刀面侧的凹面及所述后刀面侧的凹面的在与所述碳膜刀尖正交且沿各自的面的方向上的宽度可在10 μ m至2000 μ m的范围内。
另外，在上述碳膜包覆立铣刀中，所述前刀面侧的凹面3a及所述后刀面侧的凹面 3a的深度可在2μπι至15μπι的范围内。
另外，在上述碳膜包覆立铣刀中，所述前刀面侧的凹面3a及所述后刀面侧的凹面的在与碳膜刀尖正交的方向上的宽度可在10 μ m至2000 μ m的范围内，所述前刀面侧的凹面3a及所述后刀面侧的凹面3a的深度可在2μπι至15μπι的范围内。
本发明的第二方面的碳膜包覆立铣刀的制造方法，为制造上述本发明的碳膜包覆立铣刀的方法，其特征在于，具有基体准备工序，准备具有基体刀尖和夹着所述基体刀尖相互邻接的基体前刀面及基体后刀面的工具基体；碳膜形成工序，在所述工具基体的所述基体前刀面、所述基体后刀面以及所述基体刀尖上形成碳膜；以及激光加工工序，对所述碳膜照射激光束，加工形成在所述基体前刀面上的区域及所述基体后刀面上的区域的所述碳膜，从而分别在前刀面侧及后刀面侧形成前刀面侧的凹面及后刀面侧的凹面，所述前刀面侧与所述后刀面侧的凹面在所述基体刀尖上交叉而形成碳膜刀尖，在所述激光加工工序中，所述激光束的光束剖面上的光强分布呈现为高斯分布，从所述碳膜刀尖前方朝向所述碳膜刀尖附近的所述前刀面侧或所述后刀面侧的所述碳膜照射所述激光束，所述激光束沿着所述碳膜刀尖的延伸方向进行扫描。
该碳膜包覆立铣刀的制造方法在激光加工工序中，激光束的光束剖面上的光强分布呈现为高斯分布，且从碳膜刀尖前方朝向碳膜刀尖附近的前刀面侧或后刀面侧的碳膜照射激光束，该激光束沿着碳膜刀尖的延伸方向进行扫描从而形成所述凹面。结果是，从与碳膜刀尖正交的剖面观察时，通过从碳膜刀尖的前方照射的激光束所形成的碳膜的切除痕呈现为圆弧形状，且能够沿着碳膜刀尖高精度地形成所述凹面。另外，由于激光束的外周侧接触于碳膜的前端部(刃口部分)，因此与激光束的中心部相比能够降低激光束在该前端部的功率(强度)密度。其结果是能够防止碳膜的前端部被过于切除而成为钝角。
上述碳膜包覆立铣刀的制造方法在所述碳膜形成工序中，可通过CVD成膜涂覆， 将所述碳膜在所述基体刀尖上形成为比其他部分更加隆起。
上述碳膜包覆立铣刀的制造方法在碳膜形成工序中，通过将碳膜在基体刀尖上预先形成为比其他部分更加隆起，从而能够较大地设置激光加工工序中的碳膜的切削余量。 因此，该碳膜包覆立铣刀的制造方法能够形成更深的凹面及更加锋利的刃口。此外，由于前刀面与后刀面这两个面相靠近的基体刀尖为碳膜容易成长的部位，因此能够通过利用CVD 成膜较厚地涂覆碳膜来将碳膜在切削刃部分形成为比其他部分更加隆起。
在上述碳膜包覆立铣刀的制造方法中，所述碳膜可为金刚石膜，且所述激光束的波长可为360nm以下。
在该碳膜包覆立铣刀的制造方法中，由于碳膜为金刚石膜且激光束的波长为 360nm以下，因此能够通过具有适于金刚石加工的波长的激光束进一步高精度地加工金刚石膜。
根据本发明的方面，实现以下的效果。
在本发明的第一方面的碳膜包覆立铣刀中，在基体前刀面上的区域及基体后刀面上的区域的碳膜上分别形成有向工具基体凹陷的前刀面侧的凹面及后刀面侧的凹面。进而，前刀面侧的凹面及后刀面侧的凹面在基体刀尖上交叉而在碳膜上形成碳膜刀尖。进而， 前刀面侧的凹面与后刀面侧的凹面交叉的角度小于基体前刀面与基体后刀面所构成的角度。通过具有以上的结构，上述碳膜包覆立铣刀能够具有比以往更加锋利的刃口。
另外，根据本发明的第二方面的碳膜包覆立铣刀的制造方法，由于在激光加工工序中，激光束的光束剖面上的光强分布呈现为高斯分布，且从碳膜刀尖的前方朝向碳膜刀尖附近的前刀面侧或后刀面侧的碳膜照射激光束，该激光束沿着碳膜刀尖的延伸方向进行扫描从而形成所述凹面，因此能够沿着碳膜刀尖高精度地形成所述凹面，并能够形成锋利的刃口。
因此，本发明的碳膜包覆立铣刀及利用上述制法制作的碳膜包覆立铣刀，不仅碳膜所带来的耐磨性优异，而且锋利度也很优异，还适于作为非铁金属及复合材料加工用的立铣刀。
图1是表示在本发明的碳膜包覆立铣刀及其制造方法的一实施方式中，碳膜包覆立铣刀的切削刃以及激光加工工序的主要部分的放大剖视图。
图2A是表示本实施方式的碳膜包覆立铣刀的侧视图。
图2B是表示本实施方式的碳膜包覆立铣刀的刃部的主视图。
图3是表示本实施方式的碳膜包覆立铣刀的制造方法所使用的激光加工装置的
图4是表示在本实施方式中激光束的扫描方向与激光束的剖面形状之间关系的说明图。图5是表示在本实施方式中通过激光束所形成的碳膜的切除痕的示意图。图6是表示在本发明的碳膜包覆立铣刀及其制造方法的实施例中，在激光加工工序时的碳膜包覆立铣刀的主要部分的放大剖视图。图7A是本实施方式的碳膜立铣刀的刃部的主视图。图7B是本实施方式的碳膜立铣刀的刃部的侧视图。图8A是作为本实施方式的碳膜立铣刀，刃数为两个的碳膜立铣刀的刃部的主视图。图8B是作为本实施方式的碳膜立铣刀，刃数为三个的碳膜立铣刀的刃部的主视图。图8C是作为本实施方式的碳膜立铣刀，刃数为四个的碳膜立铣刀的刃部的主视图。图8D是作为本实施方式的碳膜立铣刀，刃数为六个的碳膜立铣刀的刃部的主视图。符号说明1 碳膜包覆立铣刀2 工具基体2a 切削刃2b基体刀尖2c 基体前刀面2d 基体后刀面3 碳膜3a 凹面3b碳膜刀尖4a 前刀面4b 后刀面Θ0基体前刀面与基体后刀面所构成的角度θ 1由前刀面侧的凹面与后刀面侧的凹面交叉形成的角度
具体实施例方式下面，参照图1至图8对本发明的碳膜包覆立铣刀及其制造方法的一实施方式进行说明。此外，在以下说明中使用的各附图中有为了使各部件成为可识别或容易识别的大小而根据需要适当更改比例尺的部分。如图1所示，本实施方式的碳膜包覆立铣刀1为在工具基体2的基体前刀面2c、基体后刀面2d以及基体刀尖2b上形成有碳膜3的立铣刀。在该碳膜包覆立铣刀1中，在碳膜3上分别形成有在基体前刀面2c上的区域及所述基体后刀面2d上的区域向所述工具基体2凹陷的前刀面侧的凹面3a及后刀面侧的凹面3a。另外，前刀面侧的凹面3a及后刀面
7侧的凹面3a在基体刀尖2b上交叉，从而在碳膜3上形成碳膜刀尖北。另外，前刀面侧的凹面3a与后刀面侧的凹面3a交叉的角度θ 1小于基体前刀面2c与基体后刀面2d所构成的角度Θ0。如图2A及图2B所示，该碳膜包覆立铣刀1例如具备刀柄部Ia及具有设置在前端侧的三刃碳膜刀尖北的刃部lb。如图7A、图7B、图8A、图8B、图8C及图8D所示，该碳膜包覆立铣刀1的刃部Ib也可以具有两个到六个刃的刀尖北。在该碳膜包覆立铣刀1中，碳膜3的膜厚并不特别限定，但优选为5至50 μ m，更优选为8至20 μ m。上述工具基体2由例如WC(碳化钨)等的硬质合金形成。上述碳膜3为利用 CVD (化学气相沉积法)等成膜形成的金刚石膜、石墨膜或DLC(类金刚石)膜等。在相邻的前刀面如侧的碳膜3的表面与后刀面4b侧的碳膜3的表面上，如上所述分别形成有向工具基体凹陷的前刀面侧的凹面3a及后刀面侧的凹面3a。而且，这些前刀面如侧与后刀面4b侧的凹面3a的表面之间以碳膜刀尖北的棱线为边界相互接触。因此，在形成于这一对凹面3a的边界的碳膜3的前端(刃口，碳膜刀尖北)的由所述前刀面侧的凹面3a与所述后刀面侧的凹面3a交叉形成的角度θ 1 (在与前刀面如及后刀面4b正交的面中的剖面上的碳膜刀尖北的前端角度)被形状加工成小于基体前刀面 2c与基体后刀面2d所构成的角度Θ0。换言之，涂覆在基体2上的碳膜3被加工为“ θ 1 < Θ0”。另外，形成在碳膜刀尖北上的碳膜3的前端部被加工为曲率半径为2μπι以下。凹面的优选的曲率半径根据立铣刀的大小而不同，但在立铣刀直径为0. 5 20mm 时，曲率半径优选在5 μ m至3000 μ m的范围内。进一步优选的曲率半径为15 μ m至300 μ m。在与碳膜刀尖的延伸方向正交的方向上的上述凹面的宽度根据立铣刀的大小而不同，但在立铣刀直径为0. 5 20mm时，凹面的宽度优选在10 μ m至2000 μ m的范围内。进一步优选的凹面的宽度为20 μ m至1000 μ m。。上述凹面的深度根据立铣刀的大小而不同，但在立铣刀直径为0. 5 20mm时，凹面的深度优选在2μπι至15μπι的范围内。进一步优选的凹面的深度为2μπι至ΙΟμπι。在图2中，作为本发明实施方式的立铣刀示出刃数为三个的立铣刀，但是只要不会对作为立铣刀的使用产生障碍，刃数并不特别限定于三个。例如，如图8Α至图8D所示， 也可以是刃数为三个以外的立铣刀。图8Α中示出刃数为两个的立铣刀的主视图。图8Β中示出刃数为三个的立铣刀的主视图。图8C中示出刃数为四个的立铣刀的主视图。图8D中示出刃数为六个的立铣刀的主视图。接下来，参照图1至图5，对制造本实施方式的碳膜包覆立铣刀的方法进行说明。本实施方式的碳膜包覆立铣刀1的制造方法具有基体准备工序，准备具有基体刀尖2b和夹着所述基体刀尖2b相互邻接的基体前刀面2c及基体后刀面2d的工具基体2 ； 碳膜形成工序，在所述工具基体2的所述基体前刀面2c、所述基体后刀面2d及所述基体刀尖2b上形成碳膜；以及激光加工工序，对所述碳膜3照射激光束，加工形成在所述基体前刀面2c上的区域及所述基体后刀面2d上的区域的所述碳膜3，以在前刀面侧及后刀面侧分别形成前刀面侧的凹面3a及后刀面侧的凹面3a。如图5所示，在上述碳膜形成工序中，将碳膜3在基体刀尖2b上预先形成为比其他部分更加隆起。基体前刀面2c与基体后刀面2d这两个面邻接的基体刀尖2b上为通过化学蒸镀(CVD)形成的碳膜3容易成长的部位。因此，通过由CVD成膜较厚地涂覆碳膜3， 能够如图5所示，将碳膜3在基体刀尖2b上形成为比其他部分更加隆起。在上述激光加工工序中使用的激光加工装置21为如图3所示通过对包覆于工具基体2上的碳膜3照射激光束(激光)L来进行加工的装置。该激光加工装置21具备激光照射机构22、旋转机构23、移动机构M以及控制部25。上述激光照射机构22脉冲振荡激光束L并以恒定的重复频率对碳膜3进行照射且在碳膜3上进行扫描。上述旋转机构23 具有可旋转的电动机等，且保持被碳膜3包覆的工具基体2，并对具有立铣刀形状的被加工物赋予以立铣刀轴为中心的旋转运动。在上述移动机构M上载置有上述旋转机构23。该移动机构M能够在载置上述旋转机构23的状态下改变所述旋转机构的位置。上述控制部 25为了进行所需的激光加工而适当地控制上述激光照射机构22、旋转机构23以及移动机构24。上述移动机构M具备可沿与水平面平行的任意的方向即X方向移动的X轴载物台部Mx ；可沿相对于上述X方向垂直且与水平面平行的方向即Y方向移动的Y轴载物台部My ；以及可沿相对于水平面垂直的方向即Z方向移动的Z轴载物台部Mz。上述Y轴载物台部24y设置在上述X轴载物台部2 上。上述Z轴载物台部2 设置在上述Y轴载物台部24y上。在该Z轴载物台部2 上固定有上述旋转机构23，且能够保持工具基体2。上述激光照射机构22具备激光光源沈、检流计扫描器27以及CXD照相机28。 上述激光光源沈具有将激光汇聚成点状的光学系统，并通过Q开关的触发信号振荡出成为激光束L的激光。通过上述检流计扫描器27，所照射的激光束L扫描被加工物的碳膜。CXD 照相机观拍摄被保持状态下的碳膜包覆工具基体2。而且，确认工具基体2的加工位置。由该激光照射机构22射出的激光束L为单模，在光束剖面上的光强分布呈现为高斯分布。即，在上述剖面内划出通过上述光束剖面的中心的任意直线，并测定该直线上的光强时，在中心点的光强最强，且随着朝向上述光束剖面的两个外侧，光强减弱。另外，如图4 所示，在聚光点中的光束剖面呈现为椭圆形状。另外，激光照射机构22使激光束L的扫描方向与椭圆形的光束剖面的长轴方向或短轴方向一致。这是因为若激光束L的扫描方向不与具有上述椭圆形状的光束剖面的长轴方向或短轴方向一致，而为相对于长轴或短轴倾斜的方向时，则会导致在扫描末端部分，力口工形状倾斜并产生偏移。此外，在本实施方式中，使激光束L的扫描方向与上述光束剖面的短轴方向一致。上述激光光源沈可使用能够照射190 550nm的任一波长的激光的光源，例如在本实施方式中，使用能够振荡并射出波长为355nm的激光(Nd:YAG激光的三次谐波)的光源。此外，当碳膜3为金刚石膜时，激光束L使用波长为360nm以下的紫外线激光。在激光加工工序中的激光光源沈的波长更优选为190 550nm。进一步优选为 190 360nm。上述检流计扫描器27配置在移动机构M的正上方。另外，上述CXD照相机28与检流计扫描器27邻接设置。在上述激光加工工序中，从基体刀尖2b的前方朝向碳膜刀尖北附近的前刀面如侧或后刀面4b侧的碳膜3照射光束剖面的光强分布为高斯分布的激光束L，进而沿着基体刀尖2b的延伸方向进行扫描而形成凹面3a。这里，基体刀尖2b的前方是指在图5的工具剖视图中，将基体前刀面与基体后刀面交叉而成的角的二等分线延长至工具基体的外侧时在该延长线上的点。另外，该延长线也可以以基体刀尖2b为支点在超过0°且不到90°的范围内向基体前刀面侧或基体后刀面侧弯曲延长。另外，基体刀尖2b的延伸方向是指在图 5中与纸面正交的方向。另外，在激光加工工序中，从基体刀尖2b的前方照射激光束L，控制移动机构M或检流计扫描器27，例如相对于前刀面如或后刀面4b以20°以下的角度照射碳膜3。另外， 沿基体刀尖2b的延伸方向即在图1中与纸面垂直的方向扫描激光束L，并如图5所示，激光扫描线以一行以上且十行以下的格栅状(使激光束L的扫描线滑动，并使各自的扫描线局部重叠的状态)进行照射。此外，根据激光束L的聚光角度或焦点位置，适当地设定扫描线的个数。在本实施方式中，由于激光束L在聚光前接触到工具基体2的壁面从而难以向所希望的部位照射，因此设定为十行以下。在该激光加工工序中，由于激光束L的光束剖面上的光强分布具有高斯分布，因此越靠近激光束L的中心，强度越高，越靠近激光束L的中心，加工深度越深，并且越靠近周边，加工深度越浅。因此，接触于碳膜3的前端(刃口部分)的激光束L的功率密度就会减弱。此外，根据碳膜3，有可能会从加工表面至1 μ m左右发生金刚石变成非晶质碳等的结构变化。从加工表面以Iym以下的厚度形成的非晶质碳层在切削时作为弹性层发挥功能，从而具有抑制碳膜包覆立铣刀1的切削刃北的崩刀的作用。如此在本实施方式的碳膜包覆立铣刀1中，在碳膜3中的基体前刀面2c上的区域及基体后刀面2d上的区域分别形成有向工具基体凹陷的前刀面侧的凹面3a及后刀面侧的凹面3a。另外，前刀面侧的凹面3a及后刀面侧的凹面3a在基体刀尖2b上交叉从而在碳膜 3上形成碳膜刀尖北。而且，前刀面侧的凹面3a与后刀面侧的凹面3a交叉的角度Θ1小于基体前刀面2c与基体后刀面2d所构成的角度Θ0。通过具有上述结构，本实施方式的碳膜包覆立铣刀1能够具有比以往更加锋利的刃口。即，如图1及图5所示，与碳膜刀尖北接触的前刀面侧及后刀面侧的碳膜3的表面相对于前刀面如及后刀面4b的延长面塌陷而被凹面化。因此，碳膜刀尖北部分的碳膜3被形成为尖锐的形状，从而与形成如以往的倒角时相比能够得到更加锋利的刃口。另外，该碳膜包覆立铣刀1的制造方法在激光加工工序中，从基体刀尖2b的前方朝向碳膜刀尖北附近的前刀面如侧或后刀面4b侧的碳膜3照射光束剖面中的光强分布呈现为高斯分布的激光束L。而且，进一步通过沿着基体刀尖2b的延伸方向扫描上述激光束L来形成凹面3a。通过具有上述结构，在该碳膜包覆立铣刀1的制造方法中，如图5所示，由于从基体刀尖2b的前方照射的激光束L所形成的碳膜3的切除痕的剖面呈现为圆弧状，从而能够沿着基体刀尖2b高精度地形成凹面3a。另外，由于激光束L的外周侧接触于碳膜3的前端部(刃口部分)，因此能够降低该前端部中的激光束L的功率密度。其结果是能够防止碳膜3的前端部(刃口部分)被过于切除而成钝角。
进而，在碳膜形成工序中，通过将碳膜3在基体刀尖2b上预先形成为比其他部分更加隆起，从而能够较大地设置激光加工工序中的碳膜3的切削余量。其结果是通过该碳膜包覆立铣刀1的制造方法，能够形成更深的凹面3a及更加锋利的刃口。实施例接下来，参照图5及图6说明通过上述本实施方式的碳膜包覆立铣刀的制造方法实际制作的碳膜包覆立铣刀的实施例。在本实施例中，通过能够照射波长为^2nm(Nd:YLF激光(基波波长为1047nm) 的四倍波)、重复频率为10kHz、平均输出为0. Iff的激光的上述激光加工装置，由f θ透镜 (焦距f= 150mm)汇聚激光，并使用检流计扫描器以25mm/s的扫描速度按照相同的轨迹扫描四次，从而对将由气相合成所形成的金刚石覆膜作为碳膜3来实施的立铣刀1的切削刃加进行使其锋利的加工。此外，作为准备，如图6所示，通过气相合成在硬质合金制的工具基体2上形成平均膜厚为17 μ m的金刚石膜，并在切削刃加即由后刀面4b与前刀面如所构成的棱线部 (碳膜刀尖3b)上以比平均膜厚更厚的方式形成金刚石膜即碳膜3。此外，对碳膜膜质的测定使用拉曼光谱法。另外，如上所述，切削刃加的部分由于成膜部位比平面更多，因此成膜有较厚而圆形化的金刚石膜(碳膜3)。例如，如图1所示，首先将从工具基体2的基体刀尖2b沿着前刀面如距离100 μ m 以上的前刀面如上的区域的平均碳膜厚度定义为平均膜厚ta。接着，将从基体刀尖2b沿着前刀面如距离50 μ m以内的前刀面上的区域的平均碳膜厚度定义为平均膜厚te。该平均碳膜厚te包括激光加工前的上述较厚而圆形化的部分的一部分。在本实施例中，将上述平均膜厚ta设为5μπι以上。进一步，以成为“te > ta”的关系的方式成膜金刚石膜。接着，使前刀面如及后刀面4b相对于激光束L的照射方向倾斜10°，并从各个方向与基体刀尖2b的棱线平行地扫描激光束L。在此情况下，激光束L与最终形成的碳膜刀尖北的延伸方向平行地扫描。如图5所示，最初的激光束照射目标位置Pl设定在从前刀面如及后刀面4b的平均高度(不包含形成在切削刃加的部分的较厚且圆形化的部分) 的延长线4d、k与切削刃加部分的较厚且圆形化的碳膜3表面的交点向碳膜刀尖北的外侧偏移4μπι的位置。在如此使用上述制造方法制作的碳膜包覆立铣刀1中，当工具基体2的前角为 19°时，在对碳膜3进行激光加工而形成的碳膜包覆立铣刀1中，前角为21°，前角保持更大的角度。对本发明的实施例的碳膜包覆立铣刀进行切削试验，表1示出测定加工面的表面粗糙度Rz(最大高度)的结果。另外，作为比较例，在表1中一并示出对未经激光加工的由碳膜(金刚石膜)包覆的以往的立铣刀进行同样的测定的结果。此外，将铝合金Α7075作为工件(被切削物)来使用，切削条件如表1所示。表1
权利要求
1.一种碳膜包覆立铣刀(1)，其特征在于，具有工具基体O)，具有基体刀尖Ob)和夹着所述基体刀尖Ob)相互邻接的基体前刀面 (2c)及基体后刀面Od)；以及碳膜(3)，形成在所述基体刀尖(2b)、所述基体前刀面Qc)及所述基体后刀面Od)上，在所述碳膜C3)上，在所述基体前刀面Oc)上的区域及所述基体后刀面Od)上的区域分别形成有向所述工具基体凹陷的前刀面侧的凹面(3a)及后刀面侧的凹面(3a)，所述前刀面侧的凹面(3a)及所述后刀面侧的凹面在所述基体刀尖Ob)上交叉，从而在所述碳膜( 上形成碳膜刀尖(3b)，所述前刀面侧的凹面(3a)与所述后刀面侧的凹面(3a)交叉形成的角度(θ 1)小于所述基体前刀面Oc)与所述基体后刀面Od)所构成的角度(θ 0)。
2.根据权利要求1所述的碳膜包覆立铣刀(1)，所述碳膜为金刚石膜。
3.根据权利要求1或2所述的碳膜包覆立铣刀(1)，由与所述碳膜刀尖(3b)正交的面所形成的所述前刀面侧的凹面(3a)及所述后刀面侧的凹面的剖面为圆弧形状。
4.根据权利要求3所述的碳膜包覆立铣刀(1)，所述前刀面侧的凹面(3a)及所述后刀面侧的凹面的剖面的圆弧形状的曲率半径在5 μ m至3000 μ m的范围内。
5.根据权利要求4所述的碳膜包覆立铣刀(1)，所述前刀面侧的凹面(3a)及所述后刀面侧的凹面的在与碳膜刀尖正交且沿各自的面的方向上的宽度在10 μ m至2000 μ m的范围内。
6.根据权利要求4所述的碳膜包覆立铣刀(1)，所述前刀面侧的凹面(3a)及所述后刀面侧的凹面(3a)的深度在2μπι至15μπι的范围内。
7.根据权利要求4所述的碳膜包覆立铣刀(1)，所述前刀面侧的凹面(3a)及所述后刀面侧的凹面的在与碳膜刀尖正交的方向上的宽度在10 μ m至2000 μ m的范围内，所述前刀面侧的凹面(3a)及所述后刀面侧的凹面(3a)的深度在2 μ m至15 μ m的范围内。
8.一种碳膜包覆立铣刀的制造方法，为制造碳膜包覆立铣刀的方法，其特征在于，具有基体准备工序，准备具有基体刀尖Ob)和夹着所述基体刀尖Ob)相互邻接的基体前刀面Oc)及基体后刀面Od)的工具基体O)；碳膜形成工序，在所述工具基体O)的所述基体前刀面(2c)、所述基体后刀面Od)以及所述基体刀尖Ob)上形成碳膜；以及激光加工工序，对所述碳膜C3)照射激光束，加工形成在所述基体前刀面Oc)上的区域及所述基体后刀面Od)上的所述碳膜(3)，从而分别在前刀面侧及后刀面侧形成前刀面侧的凹面(3a)及后刀面侧的凹面(3a)，所述前刀面侧及所述后刀面侧的凹面(3a)在所述基体刀尖上交叉并形成碳膜刀尖 (3b),在所述激光加工工序中，所述激光束的光束剖面上的光强分布呈现为高斯分布， 从所述碳膜刀尖的前方朝向所述碳膜刀尖附近的所述前刀面侧或所述后刀面侧的所述碳膜照射所述激光束，所述激光束沿着所述碳膜刀尖的延伸方向进行扫描。
9.根据权利要求8所述的碳膜包覆立铣刀的制造方法，在所述碳膜形成工序中，通过CVD成膜涂覆，将所述碳膜在所述基体刀尖上形成为比其他部分更加隆起。
10.根据权利要求8或9所述的碳膜包覆立铣刀的制造方法， 所述碳膜为金刚石膜，所述激光束的波长为360nm以下。
全文摘要
本发明提供一种碳膜包覆立铣刀，该碳膜包覆立铣刀由金刚石覆膜等碳膜包覆，且具有比以往更加锋利的刃口。另外，提供一种能够高精度地加工制作该立铣刀的制造方法。该碳膜包覆立铣刀的特征在于，在基体前刀面上的区域及所述基体后刀面上的区域的碳膜上分别形成有凹面，这些凹面在基体刀尖上交叉而形成碳膜刀尖，这些凹面的交叉角度小于所述基体前刀面(2c)和所述基体后刀面(2d)所构成的角度(θ0)。
文档编号C23C16/56GK102528142SQ20111043965
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月23日 优先权日2010年12月26日
发明者日向野哲, 松本元基, 田中洋光, 高桥正训 申请人:三菱综合材料株式会社