特許 6850904 切削インサートを機械加工する方法及び切削インサートを機械加工するための対応する装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6850904

(24)【登録日】2021年3月10日

(45)【発行日】2021年3月31日

(54)【発明の名称】切削インサートを機械加工する方法及び切削インサートを機械加工するための対応する装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/36 20140101AFI20210322BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20210322BHJP

   B23P 15/28 20060101ALI20210322BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/36

   B23K26/03

   B23P15/28 A

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-553634(P2019-553634)

(86)(22)【出願日】2017年12月8日

(65)【公表番号】特表2020-506065(P2020-506065A)

(43)【公表日】2020年2月27日

(86)【国際出願番号】EP2017081997

(87)【国際公開番号】WO2018114390

(87)【国際公開日】20180628

【審査請求日】2019年11月20日

(31)【優先権主張番号】102016225602.5

(32)【優先日】2016年12月20日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】505385985

【氏名又は名称】ザウアー ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＳＡＵＥＲ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(72)【発明者】

【氏名】マルティン ライザッハ

(72)【発明者】

【氏名】ペーター ヒルデブラント

【審査官】 石田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】 独国特許出願公開第１０２００４０５８８６８（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００００８９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２４８４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９８３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１８−５１４３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３６４３１０４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第６６７５４２０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特表２０１３−５１４８８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／３６

Ｂ２３Ｋ ２６／０３

Ｂ２３Ｐ １５／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザービームを用いて硬質材料でコーティングされた多層切削インサートブランクを機械加工する方法であって、
レーザー加工装置を使用して所望のエッジ及び／又は表面幾何学的形状（１３）を生成するために、アブレーション形状に従って前記多層切削インサートブランクを機械加工するための機械加工プログラムを事前に確定するステップと、
前記レーザー加工装置において前記多層切削インサートブランクを締め付けるステップと、
前記締め付けられた多層切削インサートブランクの切刃のエッジ位置を求めるステップと、
前記多層切削インサートブランクを測定位置に位置決めするステップと、
前記切刃のエッジ位置を求めるステップの後に、前記多層切削インサートブランクの層のうちの少なくとも１つの厚さを測定するステップと、
一貫したアブレーション形状で前記測定された層厚さに従って前記多層切削インサートブランクを機械加工するために、事前に確定された前記機械加工プログラムを変更するステップと、
切刃（１２）を含む前記所望のエッジ及び／又は表面幾何学的形状（１３）を生成するために、前記変更された機械加工プログラムを使用して、前記レーザー加工装置のレーザーにより前記締め付けられた多層切削インサートブランクを機械加工するステップと、
を含む、レーザービームを用いて多層切削インサートブランクを機械加工する方法。

【請求項2】

前記機械加工プログラムを変更する前記ステップは、前記レーザーの制御を前記測定された層厚さに適合させるステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載のレーザービームを用いて多層切削インサートブランクを機械加工する方法。

【請求項3】

前記機械加工プログラムを変更する前記ステップは、前記レーザーの焦点が外れないように、前記測定された層厚さに応じて前記レーザーの焦点合せを適合させることを含むことを特徴とする、請求項２に記載のレーザービームを用いて多層切削インサートブランクを機械加工する方法。

【請求項4】

前記機械加工プログラムを変更する前記ステップは、前記測定された層厚さに応じて、１つ以上のレーザーパラメーター及び／又は前記レーザー誘導を適合させることを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザービームを用いて多層切削インサートブランクを機械加工する方法。

【請求項5】

前記機械加工プログラムを変更する前記ステップは、前記レーザーによってアブレーション層厚さを調整するステップを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザービームを用いて多層切削インサートブランクを機械加工する方法。

【請求項6】

前記測定するステップ及び前記機械加工するステップは、前記締め付けられた工作物ブランクの同じ位置で実施されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザービームを用いて多層切削インサートブランクを機械加工する方法。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法によってレーザービームを用いて硬質材料でコーティングされた多層切削インサートブランクを機械加工するレーザー加工装置であって、
前記レーザー加工装置は、
レーザー加工によって所望のエッジ及び／又は表面幾何学的形状を生成するために、アブレーション形状に応じて前記多層切削インサートブランクを機械加工するための所定の機械加工プログラムを記憶するメモリデバイスと、
レーザー加工によって所望のエッジ及び／又は自由表面幾何学的形状を生成するために、アブレーション形状に応じて前記多層切削インサートブランクを機械加工するための前記機械加工プログラムを実行する制御ユニットと、
前記多層切削インサートブランクを締め付ける締付け装置と、
締め付けられた前記多層切削インサートブランクの切刃のエッジ位置を求めるための光学測定デバイスと、
前記多層切削インサートブランクを測定位置に位置決めする位置決め装置と、
前記多層切削インサートブランクの少なくとも１つの層の厚さを測定する測定デバイスと、
一定のアブレーション形状で前記測定された層厚さに応じて前記多層切削インサートブランクを機械加工するために、前記メモリデバイスに記憶された事前に確定された前記機械加工プログラムを変更するデバイスと、
前記所望のエッジ及び／又は表面幾何学的形状（１２、１３）を生成するために、前記変更された機械加工プログラムを用いてレーザーにより前記締め付けられた多層切削インサートブランクを処理するレーザーデバイスと、
を備える、多層切削インサートブランクを機械加工するレーザー加工装置。

【請求項8】

前記層厚さを測定する前記測定デバイス及び／又は前記締め付けられた多層切削インサートブランクを機械加工する前記レーザーデバイスは、最大１２０度の傾斜量だけ前記締付け装置に対して傾斜させることができることを特徴とする、請求項７に記載の多層切削インサートブランクを機械加工するレーザー加工装置。

【請求項9】

前記制御ユニット（１６）は、レーザー加工と、前記層厚さ及び／又はエッジ位置及び／又は相対位置に関する前記多層切削インサートブランクの測定とを、同時に実行するように構成されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の多層切削インサートブランクを機械加工するレーザー加工装置。

【請求項10】

前記メモリデバイスに記憶された前記機械加工プログラムを変更する前記デバイス（１８）は、前記メモリデバイス（１７）に記憶された前記機械加工プログラムを、前記測定
された層厚さに自動的に適合するように構成され、レーザーパラメーター、レーザー誘導、レーザー設定及び／又は前記アブレーション層の厚さは、前記レーザーにより、前記材料層厚さの測定後に前記層厚さに応じて適合されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の多層切削インサートブランクを機械加工するレーザー加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザーを用いて切削インサートを機械加工する、特にエッジ及び表面加工のための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現行の技術水準では、切削又は材料加工工具として、レーザーが使用されることが多い。

【0003】

特許文献１から、例えば、レーザーを用いて工作物を切削する方法が既知である。この方法により、レーザー出力が測定され、レーザーのアブレーション速度は、測定されたレーザー出力に基づいて調整される。これにより、レーザーのアブレーション速度を非常に精密に調整することができる。

【0004】

半導体技術では、例えば、特許文献２が、金属表面に付与される透明層の層厚さが求められ、下にある金属層に損傷を与えることなく上記透明層のみが除去されるように、透明層の層厚さに応じてレーザーが制御されるプロセスについて記載している。

【0005】

切削インサート等の切削工具の製造では、現行の技術水準から、レーザーを用いるエッジ加工も既知である。こうしたインサートは、例えば、基板上に形成された多結晶ダイヤモンド層（ＰＣＤ）からなる硬質材料層を有することが多い。こうした切削インサートは、通常、工作物ブランクであり、工作物ブランクは、エンドミル等としてのそれらの後の意図された用途に従って工具ブランクとも呼ばれる。

【0006】

例えば、特許文献３から、切刃又は切刃に隣接する表面の対応する幾何学的形状を保証するために、パルス状レーザーが切削インサートブランクのエッジに沿って誘導され、したがって、層毎に除去される方法が既知である。

【0007】

アブレーションは、機械加工プログラムにおいて、工作物ブランクの形状と結果として得られる切刃又は傾斜面の所望の幾何学的形状とに応じて事前に定義される、アブレーション形状（ablation geometry）に従って行われる。アブレーション形状は、工作物ブランクと、切刃を含む所望の自由表面を有する完成した工作物の幾何学的形状との相違を表す。

【0008】

レーザー処理装置、通常、工作機械の制御もまた、機械加工プログラムを使用する自動化機械加工の枠組内でアブレーション形状及び材料特性に合わせて調整される。多層材料の場合、レーザーパラメーターは、この目的で、その時点で機械加工されている材料層に応じて求められる。これが必要であるのは、異なる材料は、それらの特性、密度、強度、吸収能力、硬度等に応じて、レーザービームに対して異なるように反応するためである。材料に対するレーザー制御の適合は、機械加工プログラムの仕様に従って、機械加工位置に応じて自動的に行われ、特に、異なる硬質材料の間の層変化中に適合される。

【0009】

実際には、最初に、サンプルがより大きな丸いブランクから分離され、その後、機械加工プログラムの仕様に従ってレーザー加工が施される。

【0010】

それにより、実際には、切削面の製作のための精密な自由形状の幾何学的形状の製作中に問題が発生することが多いことが証明された。

【0011】

したがって、本発明の発明者らは、レーザーによって多層材料を機械加工するために切刃品質を最適化するという問題に徹底的に対処し、この目的で、レーザーを用いて多層材料を機械加工することに含まれるプロセスをより精密に分析した。

【0012】

そうしたプロセスの基本的な性質を説明するために、特定された問題を図５ａ、図５ｂに示す。図５ａ及び図５ｂは、切削インサートブランク１００の断面図を示し、基材１０１の表面に硬質材料層１０２が付与されている。

【0013】

インサートブランク１００の表面は、切削表面１０３の先行面、すなわち、機械加工するための完成したインサートの切削表面を形成する面に対応する。切削表面１０３のこの先行面は、切刃１０４の先行エッジを介して先行端部フランク１０５から分離されている。

【0014】

制御ユニットを用いて、このとき、図５ａに示すように、切刃１０４の先行エッジに沿ってレーザービーム１０６が（例えば、前後に）誘導され、したがって、エッジにおいて層毎に深さ方向に、最初に層１０７、最上層１０２の完全なアブレーションの後に層１０８を除去する。図５ａにおいて破線により概略的に示すように、機械加工は、中実材料から実施することができ、レーザー切削は表面に対して垂直である。しかしながら、実際には、粗く事前切削されたブランクから角度をなして、レーザーによって表面／エッジ加工を実施することも妥当である。

【0015】

図５ａ及び図５ｂに示す現行の技術水準からの例では、硬質材料層１０２の層厚さＤ_１は、図面において層の異なるハッチングによって示す所望の層厚さＤ_３より大きい。

【0016】

したがって、機械加工プログラムに記憶された層厚さは、機械加工すべき切削インサートブランク１００の実際の層厚さに対応せず、レーザーパラメーターは、実際の層厚さはＤ_１又はＤ_２であるものの、最初の機械加工プログラムに記憶された層厚さＤ_３又はＤ_４に従って、層１０７から層１０８への移行時に、指定された機械加工プログラムに従って変更される。

【0017】

したがって、制御ユニットは、切刃１０４の先行エッジに沿ったいくつかの材料層のアブレーションの後に、制御、すなわち、レーザー１０６のレーザー誘導及び／又はレーザーパラメーターを、全ての硬質材料１０２がまだ除去されてはいないものの、基材１０１の材料特性に既に適合させる。したがって、図５ｂに概略的に示すように、硬質材料層１０２と基材１０１との間の移行領域において、オフセット１０７が生成される。

【0018】

切削インサートブランク１００の対応する層厚さが機械加工プログラムに記憶された値に従わないため、切削インサート１１０の後部にも更なるオフセット１０８が発生する。

【0019】

その結果、アブレーション層１０７及び１０８の層厚さもまた異なることとなり（図５ａを参照）、その理由は、上述したように、レーザー放射線が異なる硬質材料と異なるように相互作用し、その結果、同じレーザー設定、すなわち同じレーザーパラメーターで、異なる量の材料が除去されるためである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0020】

【特許文献1】独国特許出願公開第１０２００５０６１０７号

【特許文献2】米国特許出願公開第２００７／００８４８３７号

【特許文献3】独国特許出願公開第１０２００９０４４３１６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0021】

上述した問題に基づき、本発明の目的のうちの１つは、工作物ブランクからより高品質の切刃及び自由表面を製造する方法及び装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0022】

上述した問題を解決するために、請求項１の特徴を有する方法及び請求項８の特徴を有する装置を提供する。好ましい構成は、従属請求項に示す。

【0023】

レーザービームを用いて多層工作物ブランクを機械加工する、本発明による方法は、レーザー加工により所望の表面及び／又はエッジを生成するために、アブレーション形状に応じて工作物ブランクを機械加工するための機械加工プログラムを事前に確定するステップと、レーザー加工装置によって機械加工するために工作物ブランクを締め付け（tensioning）、工作物ブランクを測定位置に位置決めするステップと、多層工作物ブランクの層の少なくとも１つの厚さを測定するステップと、一貫したアブレーション形状で、測定された層厚さに応じて多層工作物ブランクを機械加工するために、機械加工プログラムを変更するステップと、所望の表面及び／又はエッジ幾何学的形状を生成するために、変更された機械加工プログラムを使用して、レーザー加工装置のレーザーにより、締め付けられた工作物ブランクを機械加工するステップとを含む。

【0024】

したがって、本発明の本質的な態様は、所定厚さに基づいた工作物のアブレーション形状を既に含む、最初に事前に確定された機械加工プログラムを、後に、工作物ブランクの締め付けられた位置で、すなわち、工作物ブランクの層厚さ（複数の場合もある）の（追加の）測定に応じて変更することからなる。

【0025】

これは、従来の機械加工プログラムが、アブレーションに関連する幾何学的情報の全てを既に含む限りにおいて、特有である。

【0026】

したがって、本発明による手法は、第１のステップにおける機械加工プログラムの分離及び生成並びに第２のステップにおける工作物の締付け及び機械加工のこの原理から逸脱し、工作物を締め付けた後に変更されたものである変更された機械加工プログラムと、多層工作物ブランクの層厚さ（複数の場合もある）の更新された測定とに従って、締め付けられた工作物ブランクを機械加工することにより、これらの２つのステップを組み合わせる。

【0027】

これらの追加の処置は、一見して努力を要することに見えるが、本発明の特別な利点の１つは、締付け又はクランプ位置でのこの追加の測定が、難なく自動的に実施することもでき、この段階で、機械加工プログラムの単純な変更が依然として可能である、ということが認められるということである。これが可能であるのは、締め付けられた工作物の同じ座標系を、測定とレーザーによる機械制御又はプログラム制御アブレーション機械加工とに使用することができるためである。

【0028】

その結果、生成される自由表面の品質を大幅に向上させることができ、その理由は、機械加工プログラムが常に自動的に現在の層厚さに正確に適合されることが保証されるためである。このように、例えば、自動化方法においても、コーティング厚さの非常に不規則なばらつきもまた考慮することができる。総じて、「後続する」層厚さ測定による機械加工プログラムのこの適合は、例えば、図５ａ／図５ｂに示したような、接着層と基材との間のオフセットの形成の上述した問題を、完全に防止するか又は少なくとも著しく低減させることができる。

【0029】

有利なように、レーザーパラメーターは、本発明の一実施形態において、測定された層厚さに応じて測定された層厚さに適合される。こうしたレーザーパラメーターとしては、例えば、レーザー出力、レーザー周波数、パルス持続時間及び／又は表面上でのレーザーの移動速度が挙げられる。

【0030】

しかしながら、本発明によれば、レーザーパラメーターを変更することができるだけでなく、特に好ましい実施形態では、レーザー誘導もまた適合される。レーザーのレーザー軌跡及び／又は焦点位置もまた、レーザーが焦点から外れないように調整することができる。

【0031】

本発明による方法の特に好ましい構成では、アブレーション層の厚さは、機械加工プログラムにおいてレーザーによって調整される。言い換えれば、幾何学的ＮＣプログラムにより、機械加工プログラムの本質的な部分として、精密に測定された層厚さに応じて、機械加工プログラムにおける新たな層、除去すべき層の再定義、及びそれらの寸法により、アブレーション層の厚さは材料変化に対して特に反応する。この処置では、上述したレーザーパラメーターの追加の調整は必ずしも必須ではないが、適切な材料を選択するときに必要であるべきである限り、レーザーパラメーターを調整することもできる。

【0032】

この時点で、エッジ又は表面加工の枠組内でのレーザー誘導の基本原理は、当業者には極めて熟知されていることが指摘されるべきである。例えば、この時点で、工作物を機械加工するための、特に、切削工具の製造及び関連するレーザー誘導のための方法であって、レーザーが、エッジに沿って誘導され、アブレーション形状に従って深さ方向に層毎に除去される方法について記載している、本出願人による国際公開第２０１３／００４８５０号を参照されたい。レーザー誘導の同様の説明は、同様に、レーザー制御に関する当業者の平均的な知識の典型的な例である、特許文献３にも見出すことができる。

【0033】

本発明の好ましい更なる展開によれば、装置の座標系に関する締め付けられた切削インサートブランクの位置もまた測定することができ、この位置に加えて、切削インサートブランクのエッジ位置もまた求めることができる。

【0034】

切削インサートブランクの実際の位置とともにそのエッジ位置の位置確定は、層厚さの対応する測定及び後にレーザー加工も実施される、対応する公称位置まで、切削インサートブランクを移動させるために、重要である可能性がある。

【0035】

切削インサートブランクの位置及びそのエッジ位置が正確に既知である場合、層厚さ測定の続くステップにおいて、切削インサートブランクにおける特定の位置を測定することができ、すなわち、特に、切刃の先行エッジの特定の位置において、硬質材料の層厚さを測定することができる。

【0036】

本発明の好ましい実施形態によれば、切削インサートブランクの位置及びエッジ位置を求めた後、計測学的に必要である限り、本質的に自由表面の先行面を考慮して層厚さが測定される測定位置まで、切削インサートブランクを枢動させることができる。

【0037】

代替的に、工作物の締付けステップ及び測定位置における位置決めステップもまた、締め付けた後の締付け又はクランプされた工作物ブランクの位置が、工作物ブランクを更に位置決めする必要なしに測定位置として既に使用することができる場合、１つのステップで実施することができる。

【0038】

好ましい実施形態では、層厚さ測定及び／又は切削インサートブランクの位置確定及び
／又はエッジ位置確定は、光学測定デバイスを用いて実施することができる。

【0039】

光学測定デバイスは、光学カメラ、顕微鏡、又は光学的方法によって動作する他の任意のデバイスとすることができる。好ましくは、カメラを使用して、層の異なるコントラストに基づいて層厚さを求めることができる。画像処理方法を用いて、個々の層（複数の場合もある）のコントラストに基づいて、位置及び対応する層厚さが求められる。

【0040】

特に、締付け装置に関連して切削インサートブランクの対応する位置を求め、切削表面の先行面の上面図において対応するエッジ位置を求めるカメラを使用することができる。エッジの位置を求めるために、例えば、カメラは、切削インサートブランクのエッジに沿って移動する。

【0041】

この確定の後、好ましくは、カメラ及び／又は切削インサートブランクは、枢動し、好ましくは約９０度回転し、その結果、カメラは、自由表面の先行面に対して本質的に垂直に向けられ、したがって、光学的に切刃の先行エッジの領域において硬質材料層の層厚さを求める。

【0042】

切削インサートブランク及びそのエッジの位置を求め、層厚さを測定した後、レーザーは、対応する先行エッジ（その位置はこの時点で既知である）に沿って誘導されて、対応する切刃を生成する。

【0043】

本発明による方法の好ましい更なる展開によれば、層厚さ測定は、切刃の先行エッジのいくつかのエッジ位置で実施することができ、レーザーパラメーターは、測定された位置における平均層厚さに、又は対応する位置におけるそれぞれの層厚さに調整することができる。

【0044】

したがって、対応する基体の切刃の先行エッジの１つの単一エッジ位置において層厚さが測定されるだけでなく、いくつかのエッジ位置が測定される、ということが有利である。

【0045】

代替的に、これらの求められた層厚さを平均することができ、平均された層厚さの情報を、レーザーパラメーターの調整に使用することができる。

【0046】

更に高い表面及び／又はエッジ品質を得るために、レーザーパラメーター及び／又はレーザー誘導はまた、生成すべきエッジに沿って移動する間、又はいくつかの層のアブレーションの後に、これらが各々、対応する測定位置における層厚さに適合されるように、変更することもできる。

【0047】

本発明の関連する態様によれば、好ましくは工作機械として構成されたレーザー加工装置に、請求項７の特徴も提供される。

【0048】

レーザービームを用いて多層工作物ブランクを機械加工する、本発明によるレーザー加工装置は、レーザー加工によって所望のエッジ及び／又は自由表面幾何学的形状を生成するために、アブレーション形状に応じて工作物ブランクを機械加工するための所定の機械加工プログラムを記憶するメモリデバイスと、レーザー加工によって所望のエッジ及び／又は表面幾何学的形状を生成するために、アブレーション形状に応じて工作物ブランクを機械加工するための機械加工プログラムを実行する制御ユニットと、工作物ブランクを締め付ける締付けユニットと、工作物ホルダーを測定位置に位置決めする位置決め装置と、多層工作物ブランクの少なくとも１つの層の厚さを測定する測定デバイスと、一定のアブレーション形状で測定された層厚さに応じて多層工作物ブランクを機械加工するために、
メモリデバイスに記憶された機械加工プログラムを変更するデバイスと、所望のエッジ及び／又は表面幾何学的形状を生成するために、変更された機械加工プログラムを用いてレーザーにより締め付けられた工作物を機械加工するレーザーデバイスとを備える。

【0049】

好ましい実施形態では、層厚さを測定する測定デバイス及び／又は締め付けられた工作物ブランクを機械加工するレーザーデバイスは、締付け装置に対して最大１２０度、傾斜させることができる。

【0050】

制御ユニットは、例えば、ＰＣ又は工作機械の制御ユニットとすることができ、そのインターフェース（複数の場合もある）を介して、対応するレーザー、対応する測定デバイス及び対応する保持又は供給装置が制御される。

【0051】

制御ユニットは、レーザー加工と、層厚さ及び／又はエッジ位置及び／又は相対位置に関する工作物ブランクの測定とを、同時に実行するように構成することができる。

【0052】

好ましい実施形態では、メモリデバイスに記憶された機械加工プログラムを変更するデバイスは、メモリデバイスに記憶された機械加工プログラムを、測定された層厚さに自動的に適合するように構成され、レーザーパラメーター、レーザー誘導、レーザー調整及び／又はアブレーション層の厚さは、レーザーにより、層厚さの測定後に層厚さに応じて適合される。

【0053】

５軸加工の本発明による装置を用いて可能である測定システム又はレーザーに対する工作物の位置決めは、レーザー加工及び測定を１回の締付けで実施することができるため、本質的な利点を提供する。このように、最初に機械加工プログラムを定義し、その後、それを、機械上の工作物の締付けに直接適合させることができる。これにより、時間のかかる再締付けが不要となる。

【0054】

本発明の更なる詳細及び利点は、図面に関連して後述する実施形態からもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【0055】

【図1】本発明によるレーザー加工装置の工作物テーブル上で締め付けられている切削インサートブランクを示す図である。

【図2】図１からの切削インサートの図である。

【図3】図１からの切削インサートの概略側面図である。

【図4a】エッジ処理の前の切削インサートブランクの側面図である。

【図4b】レーザーを用いる自由表面の露出の後の切削インサートの側面図である。

【図5a】現行の技術水準において既知の方法による、エッジ処理の前の切削インサートブランクの側面図である。

【図5b】現行の技術水準において既知の方法による、レーザーを用いる自由表面の露出の後の切削インサートの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0056】

図１は、レーザー加工装置１の工作物テーブル２の上で締め付けられている多層工作物ブランク３を機械加工する、本発明によるレーザー加工装置の一実施形態を示す。

【0057】

本実施形態において、レーザー加工装置は、５軸加工用に構成されている工作機械である。したがって、図１には、３つの直線軸ＸＹＺ及び２つの回転軸Ａ、Ｃが描かれている。工作機械は制御ユニット１６を有し、制御ユニット１６は、レーザー９によるインサートブランクのレーザー加工のために、メモリデバイス１７に記憶された機械加工プログラムを制御するために使用することができる。この目的で、メモリデバイス１７に記憶され
た機械加工プログラムは、アブレーション形状を含む従来のＮＣプログラムとともに、必要なレーザー経路誘導及びパラメーター化を含む。レーザー出力、レーザー周波数、パルス持続時間並びにレーザーの送り速度及び軌跡速度等、レーザー設定を制御するレーザーパラメーターは、アブレーション形状に従って指定される。

【0058】

図１において、参照符号６はカメラを指し、カメラは、工作物ブランク３上の機械加工すべき層の位置と、工作物テーブルに対するブランクの位置とを確定するために使用することができる。したがって、この実施形態では、工作機械は、自動的に、切削インサートブランクの位置を測定し、同時に、この位置の位置合せに従ってレーザーを制御することができる。このように、本実施形態の工作機械は、最新の５軸ＣＮＣ加工を工作物のレーザー測定と組み合わせる。このように、特にＰＣＤ又はＣＶＤから作製される切削インサート及びエンドミルの切刃、自由角度切削溝を、１回の締付けで測定し機械加工することができ、その結果、本発明による方法によって、生産性もまた大幅に向上する。この種の機械加工により、自由角度は、９度〜３５度の広い範囲内で自由に変更することができる。最小切刃半径は、最大１μｍとすることができる。

【0059】

実際に利用可能な層厚さによる正確な制御により、チッピングのない最適化された切刃がもたらされ、それは、切刃半径又は自由角度に関する損失を受け入れる必要なしに、結果として得られる工具の耐用年数の延長に対して大きく寄与することができる。

【0060】

機械加工プログラムを適合させる目的で、制御ユニットは、自動プログラム生成デバイス１８を有し、自動プログラム生成デバイス１８は、３Ｄ ＣＡＤデータから最初の機械加工プログラムを生成することができるだけでなく、測定された層厚さに基づき、機械加工プログラムを後で同様に自動的に変更することもできる。

【0061】

同様にメモリデバイス１７に記憶され、制御ユニット１６によって実行される、関連する画像処理アルゴリズムを用いて、切刃ブランクの異なる材料層のコントラストに基づき、正確な相対切刃位置を正確に求めることができる。５軸加工の範囲内における可動性により、カメラが側部領域に直接向けられるように、測定のために切削インサートブランクを９０度傾斜させることは、難なく可能である。

【0062】

図２は、切削インサートブランクの上からの図を示し、位置Ａは工作物テーブル２上の公称位置に対応し、位置Ｂ（エッジに水平線がつけられている）は実際の位置に対応する。

【0063】

カメラ６の画像視野は、切削インサートブランク３、すなわち、切削表面４の先行面が、このカメラ６によってスキャンされるか、又はカメラがエッジに沿って移動するように寸法が決められ、エッジ位置及び対応する切削インサートブランク３の位置は、画像処理を用いて高精度で求められる。

【0064】

位置を求めた後、切削インサートブランクは、例えば、工作物テーブル２を移動させるか又は傾斜させることにより、実際の位置Ｂから公称位置Ａまで移動する。

【0065】

この後、図３に概略的に示すように、カメラ６及び切削インサートブランク３は、カメラ６が自由表面５の先行面に対して本質的に垂直に向けられるように、互いに対して９０度枢動する。図２及び図３の両方において、カメラを用いてそれぞれのエッジ又は層厚さの確定が実施される位置には、横線が引かれた円がつけられている。

【0066】

カメラ６は、硬質材料層７及び基材８を、関連する画像処理アルゴリズムを用いて、これらの層の異なるコントラストに基づいて検出し、したがって、制御ユニットは、硬質材
料層７の層厚さを正確に求めることができる。

【0067】

この実施形態では、切削インサートブランク３の位置、そのエッジの位置、及び硬質材料層の層厚さは、工作物ブランクの１回の締付けで同じカメラ６を用いて求められる。

【0068】

カメラ６、及び／又は位置決め装置全体若しくはその一部、例えば、工作物テーブル２は、枢動可能に取り付けることができる。これにより、切削インサートブランク３をカメラ６に対して傾けることができることが確実になる。

【0069】

工作物テーブル２上での切削インサートブランク３の位置及びそのエッジ位置並びに硬質材料層のその層厚さもまた既知となった後、図２及び図３には示さず図４ａにおいて参照符号９が付されたレーザービームが、このとき、切削インサートブランク３の切削表面４の先行面の側から、切削インサートの先行エッジ１０の領域上に向けられ（図４ａを参照）、自由表面１１の先行面に対して実質的に平行な切刃の先行エッジ１０に沿って誘導される（図４ａを参照）。ここで、レーザーを移動させることができ、及び／又は、図１に示す工作物テーブルの位置決め装置を使用して、切削インサートブランクを移動させることができる。

【0070】

図４ａは、切削インサートブランク３の断面図を示し、そこでは、エッジ加工の前に切削インサートブランク３に所定角度で形成されている、切刃の先行エッジ１０、自由表面の先行面５及び切削表面の先行面４を概略的に示し、完成した切削インサート１１に設けられているそれぞれの切刃１２、自由表面１３及び切削表面１４を概略的に示す。

【0071】

図４ａに示すように、レーザービーム９は、（紙面に対して垂直である）切刃の先行エッジ１０に沿って誘導され、幅ｂ１の材料を、切刃の先行エッジ１０まで長手方向に層毎に（深さ方向に）除去する。

【0072】

レーザーが、硬質材料層７と基材８との間の境界面に到達すると、図１に示すとともに基材８の材料特性に適合された制御ユニット１６の機械加工プログラムに従って、硬質材料層７の測定された層厚さに基づき、レーザー軌跡、焦点位置及びアブレーション層の厚さが変更される。

【0073】

材料幅ｂ１のアブレーションにより、図４ｂにおいて断面図で概略的に示す、切削表面１４、自由表面１３及び切刃１２を有する完成した切削インサート幾何学的形状１１が生成される。

【0074】

レーザー厚さ情報に基づいてレーザー誘導をそれぞれのインサートブランク３に適合させることにより、発生するオフセットを比較的小さくすることができ、又は、図４ｂに示すように、硬質材料層７と基材８との間のオフセットを完全に回避することができる。

【0075】

硬質材料層は、好ましくは、多結晶ダイヤモンドからなり、他の硬質材料は、立方晶ＢＮ、ＴｉＣ、ＴｉＶ ＷＣ、ＴａＣとすることができる。硬質材料層は、好ましくは、セラミック層である。

【0076】

基材として、好ましくは超硬合金が使用される。基材用の材料は、焼入鋼、高強度合金とすることができる。

【0077】

硬質材料層の厚さは、好ましくは、３０μｍ〜１０００μｍ、特に５０μｍ〜８００μｍ、好ましくは１００μｍ〜７００μｍ、特に約４００μｍである。

【0078】

単層の基材の代わりとして、基材８と硬質材料層７との間に、１つ以上の更なる層もまた設けることができる。この場合、機械加工プログラムのレーザーパラメーター又はレーザー誘導は、少なくとも１つ以上の層、又は各対応する層の厚さに適合させることができ、２層材料に対して上述したものと類似する手順を実施することができる。

【符号の説明】

【0079】

１ エッジ加工装置
２ 工作物テーブル
３ 工作物ブランク
４ 切削表面の先行面
５ 自由表面の先行面
６ カメラ
７ 硬質材料層
８ 基材
９ レーザー
９ａ レーザービーム
１０ 切刃の先行エッジ
１１ 切削インサート
１２ 切刃
１３ 自由表面
１４ 切削表面
１５ インターフェース
１６ 制御ユニット
１７ メモリデバイス
１８ 機械加工プログラム生成デバイス
１００ 切削インサートブランク
１０１ 基材層
１０２ 硬質材料層
１０３ 切削表面の先行面
１０４ 切刃の先行エッジ
１０６ レーザービーム
１０７ オフセット
１０８ オフセット
Ｂ 実際の位置
Ａ 公称位置
ｂ１ 材料幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】