JP2012125863A - Radius end mill of single-bladed structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラジアスエンドミルに関する。特には、シリコン樹脂からレンズアレイを成形加工するための金型を切削加工する際に利用可能なラジアスエンドミルに関する。 The present invention relates to a radius end mill. In particular, the present invention relates to a radius end mill that can be used when cutting a mold for molding a lens array from silicon resin.
図3に示すストレートエンドミルは、平底面を加工することに優れた工具であるが、刃先のチッピング(欠損)が生じ易いという欠点がある。一方、図4に示すボールエンドミルでは、刃先のチッピングは生じ難いが、平底面を加工することができない。 The straight end mill shown in FIG. 3 is an excellent tool for machining a flat bottom surface, but has a drawback that chipping (breakage) of the cutting edge is likely to occur. On the other hand, in the ball end mill shown in FIG. 4, chipping of the cutting edge is difficult to occur, but the flat bottom surface cannot be processed.
そこで、図5に示すようなラジアスエンドミルという工具が開発されている。当該工具は、ストレートエンドミルとボールエンドミルとを融合したような工具であり、平底面を加工することができ、刃先のチッピングも生じ難い。 Therefore, a tool called a radius end mill as shown in FIG. 5 has been developed. The tool is a tool in which a straight end mill and a ball end mill are fused, can process a flat bottom surface, and does not easily cause chipping of the cutting edge.
従来のラジアスエンドミルでは、工具製造上の便宜と加工効率の観点とから、図5に示すような2枚刃構造や、4枚刃構造が採用されていた。 A conventional radius end mill employs a two-blade structure or a four-blade structure as shown in FIG. 5 from the viewpoint of tool manufacturing convenience and machining efficiency.
しかしながら、2枚刃構造や4枚刃構造の超硬チップを採用するラジアスエンドミルでは、十分な刃先形状精度が得られず、10nm以下の超精密レベルの加工精度を実現できなかった。本件発明者は、工具メーカーと共に検討を繰り返し、1枚刃構造のダイヤモンド製のラジアスエンドミルであれば、10nm以下の超精密レベルの加工精度を実現できることを知見した。 However, with a radius end mill that employs a two-blade structure or a four-blade structure carbide tip, sufficient edge shape accuracy cannot be obtained, and an ultra-precise level machining accuracy of 10 nm or less cannot be realized. The inventor has repeatedly studied with the tool manufacturer, and has found that a diamond end radius end mill having a single-blade structure can achieve an ultra-precise level of processing accuracy of 10 nm or less.
本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、10nm以下の超精密レベルの加工精度を実現できるようなラジアスエンドミル、特には、シリコン樹脂からレンズアレイを成形加工するための金型を切削加工する際に利用可能なラジアスエンドミルを提供することにある。 The present invention has been created based on the above findings. An object of the present invention is to provide a radius end mill capable of realizing processing accuracy of an ultra-precise level of 10 nm or less, and in particular, a radius end mill that can be used when cutting a mold for forming a lens array from a silicon resin. Is to provide.
本発明は、工具シャンクと、前記工具シャンクに取り付けられたダイヤモンド製の1枚刃チップと、を備えたことを特徴とするラジアスエンドミルである。 The present invention is a radius end mill comprising a tool shank and a diamond single-blade tip attached to the tool shank.
本発明によれば、ダイヤモンド製の1枚刃チップによる1枚刃構造を採用したことにより、10nm以下の超精密レベルの加工精度を実現できる。 According to the present invention, by adopting a single-blade structure with a single-blade chip made of diamond, it is possible to realize an ultra-precise level processing accuracy of 10 nm or less.
好ましくは、前記1枚刃チップは、90°を超えた刃先領域を有している。これにより、刃先領域の効果的な逃げを実現することができる。特に、底面側の逃げについては、0.5°〜1.0°程度が好ましい。 Preferably, the single blade tip has a cutting edge region exceeding 90 °. Thereby, the effective escape of a blade edge | tip area | region is realizable. In particular, the clearance on the bottom side is preferably about 0.5 ° to 1.0 °.
好ましくは、前記工具シャンクは、タングステンカーバイド製であり、前記1枚刃チップは、前記工具シャンクに銀蝋付けされている。 Preferably, the tool shank is made of tungsten carbide, and the single blade tip is silver brazed to the tool shank.
また、好ましくは、当該ラジアスエンドミルは、シリコン樹脂からレンズアレイを成形加工するための金型を切削加工するために利用される。 Preferably, the radius end mill is used for cutting a mold for molding a lens array from silicon resin.
また、本発明は、前記特徴のいずれかを有するラジアスエンドミルと、当該ラジアスエンドミルの工具軌跡を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする加工機械である。 Moreover, the present invention is a processing machine comprising a radius end mill having any one of the above characteristics and a control unit that controls a tool trajectory of the radius end mill.
また、本発明は、前記加工機械を用いた加工方法であって、ダミーワークを加工する工程と、前記ダミーワークの加工形状を測定する工程と、前記ダミーワークの加工形状の測定結果に基づいて前記ラジアスエンドミルの工具軌跡を補正する工程と、補正された工具軌跡に従って加工対象のワークを加工する工程と、を備えたことを特徴とする加工方法である。特には、本発明は、前記加工機械を用いたレンズアレイを成形加工するための金型の加工方法であって、銅製のダミーワークを加工する工程と、前記ダミーワークの加工形状を測定する工程と、前記ダミーワークの加工形状の測定結果に基づいて、前記ラジアスエンドミルの工具軌跡を補正する工程と、補正された工具軌跡に従って加工対象の銅製あるいはニッケルリン等のニッケル合金製のワークを加工する工程と、を備えたことを特徴とする加工方法である。 Further, the present invention is a processing method using the processing machine, based on a step of processing a dummy workpiece, a step of measuring a processing shape of the dummy workpiece, and a measurement result of the processing shape of the dummy workpiece A machining method comprising a step of correcting a tool locus of the radius end mill and a step of machining a workpiece to be machined according to the corrected tool locus. In particular, the present invention is a mold processing method for forming a lens array using the processing machine, the step of processing a copper dummy work, and the step of measuring the processing shape of the dummy work And a step of correcting the tool trajectory of the radius end mill based on the measurement result of the machining shape of the dummy workpiece, and machining a workpiece made of nickel alloy such as copper or nickel phosphorus to be machined according to the corrected tool trajectory. A processing method comprising the steps of:
本発明によれば、ダイヤモンド製の1枚刃チップによる1枚刃構造を採用したことにより、10nm以下の超精密レベルの加工精度を実現できる。 According to the present invention, by adopting a single-blade structure with a single-blade chip made of diamond, it is possible to realize an ultra-precise level processing accuracy of 10 nm or less.
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施の形態のラジアスエンドミルの概略断面図である。図1に示すように、本実施の形態のラジアスエンドミル10は、加工機械20の主軸21に接続される工具シャンク11と、工具シャンク11に取り付けられた単結晶ダイヤモンド製の1枚刃チップ12と、を備えている。本実施の形態では、工具シャンク11はタングステンカーバイド製であり、1枚刃チップ12は工具シャンク11に銀蝋付けされている。なお、1枚刃チップ12は、単結晶ダイヤモンド製でなく、焼結ダイヤモンド製でもよい。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a radius end mill according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、1枚刃チップ12は、90°を超えた(好ましくは90.5°または91°を超えた)刃先領域(R刃と底面刃との領域)を有している。これにより、刃先領域の効果的な逃げを実現している。特に、底面側の逃げについては、0.5°〜1.0°程度が好ましい。
As shown in FIG. 1, the single-
加工機械20の主軸21は、制御部25によって直交3軸で位置制御されるようになっており、その結果として、ラジアスエンドミル10の工具軌跡が制御されるようになっている。
The
工具シャンク11に対する1枚刃チップ12の固定方法は、銀蝋付けに限定されないで、他の蝋付け方法等が採用されてもよい。
The method for fixing the single-
次に、本実施の形態の加工機械20を用いて、シリコン樹脂からレンズアレイを成形加工するための金型を切削加工する方法について、図2を参照しつつ説明する。
Next, a method for cutting a mold for molding a lens array from a silicon resin using the
まず、銅製のダミーワークを用意する(STEP1)。そして、当該ダミーワークに対する相対的な主軸21の位置制御を行いながら、当該ダミーワークをラジアスエンドミル10によって所望形状に加工する(STEP2)。そして、ダミーワークの加工形状を測定する(STEP3)。
First, a copper dummy work is prepared (STEP 1). Then, while controlling the position of the
測定されたダミーワークの加工形状が、加工指令である所望形状と完全に一致する場合には、そのままの制御プログラム(制御体系)の下で、実際の加工対象である銅製あるいはニッケルリン等のニッケル合金製のワークを加工することができる。しかしながら、通常は、測定されたダミーワークの加工形状には、加工指令である所望形状に対して僅かなずれ(誤差)が生じている。 If the measured machining shape of the dummy workpiece is completely consistent with the desired shape, which is the machining command, under the control program (control system) as it is, the actual machining object such as copper or nickel such as nickel phosphorus Alloy workpieces can be processed. However, usually, the measured machining shape of the dummy workpiece has a slight deviation (error) from the desired shape, which is a machining command.
従って、制御部25は、ダミーワークの加工形状の測定結果に基づいて、ラジアスエンドミル10の工具軌跡を補正する(STEP4)。そして、補正された工具軌跡に従って、加工対象である銅製あるいはニッケルリン等のニッケル合金製のワークを加工する(STEP5)。
Therefore, the
以上のような方法により、シリコン製のレンズアレイを成形するための金型を極めて高精度に加工することができる。前記のSTEP1〜STEP5は、加工開始時のみならず、加工の合間にも行われることが好ましい。例えば、数日間連続で加工が継続するような場合には、12時間毎にSTEP1〜STEP5を実施して、加工環境の経時変化等に対する制御プログラム(制御体系)の補償を実施することが好ましい。 By the method as described above, a mold for forming a silicon lens array can be processed with extremely high accuracy. The above STEP1 to STEP5 are preferably performed not only at the start of processing but also between processing. For example, when machining is continued for several days, it is preferable to perform STEP 1 to STEP 5 every 12 hours to compensate for a control program (control system) against changes over time in the machining environment.
次に、実際の加工例について説明する。ここでは、部品直径2mm、レンズ直径0.866mm、レンズ形状曲率R=0.5mm凸球面、レンズ高さ0.25mm、というレンズのアレイ(マトリクス)が加工された。 Next, an actual processing example will be described. Here, an array (matrix) of lenses having a component diameter of 2 mm, a lens diameter of 0.866 mm, a lens shape curvature R = 0.5 mm, a convex spherical surface, and a lens height of 0.25 mm was processed.
除去体積が0.703mm3 と大きいため、ボールエンドミルでは加工時間が長くなって実用できない。また、ボールエンドミルでは底平面の加工の際にいわゆるピックフィードを0.005mm程度にまで小さくする必要があり、やはり実用できない。 Since the removal volume is as large as 0.703 mm 3 , the ball end mill cannot be put to practical use because the processing time is long. Further, in the ball end mill, it is necessary to reduce the so-called pick feed to about 0.005 mm when processing the bottom plane, which is not practical.
そこで、このような加工例のために、本発明に従うラジアスエンドミルが、オフセット径0.15mm、刃先R0.10mm、で製造された。すなわち、工具半径は0.25mmであった(工具直径は0.50mm)。 Therefore, for such processing examples, a radius end mill according to the present invention was manufactured with an offset diameter of 0.15 mm and a cutting edge R of 0.10 mm. That is, the tool radius was 0.25 mm (tool diameter was 0.50 mm).
そして、ピックフィードを0.05mmと設定して銅製あるいはニッケルリン等のニッケル合金製のワークをレンズアレイ成型用の金型に加工したところ、底平面についてRa5nm以下を達成することができた。また、ピックフィードを0.05mmと設定できることは、切削長が短縮されることを意味し、すなわち、工具磨耗も低減される。 When a pick feed was set to 0.05 mm and a workpiece made of copper or nickel alloy such as nickel phosphorus was processed into a lens array molding die, Ra of 5 nm or less could be achieved for the bottom plane. Moreover, being able to set the pick feed to 0.05 mm means that the cutting length is shortened, that is, tool wear is also reduced.
10 ラジアスエンドミル
11 工具シャンク
12 1枚刃チップ
20 加工機械
21 主軸
25 制御部
10 Radius end
Claims (7)
前記工具シャンクに取り付けられたダイヤモンド製の1枚刃チップと、
を備えたことを特徴とするラジアスエンドミル。 Tool shank,
A single blade tip made of diamond attached to the tool shank;
A radius end mill characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載のラジアスエンドミル。 2. The radius end mill according to claim 1, wherein the one-blade tip has a cutting edge region exceeding 90 °.
前記1枚刃チップは、前記工具シャンクに銀蝋付けされている
ことを特徴とする請求項1または2に記載のラジアスエンドミル。 The tool shank is made of tungsten carbide,
3. The radius end mill according to claim 1, wherein the one-blade tip is silver-brazed to the tool shank.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のラジアスエンドミル。 The radius end mill according to any one of claims 1 to 3, wherein the radius end mill is used for cutting a mold for molding a lens array from a silicon resin.
前記ラジアスエンドミルの工具軌跡を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする加工機械。 Radius end mill according to any one of claims 1 to 4,
A control unit for controlling the tool path of the radius end mill;
A processing machine characterized by comprising:
ダミーワークを加工する工程と、
前記ダミーワークの加工形状を測定する工程と、
前記ダミーワークの加工形状の測定結果に基づいて、前記ラジアスエンドミルの工具軌跡を補正する工程と、
補正された工具軌跡に従って加工対象のワークを加工する工程と、
を備えたことを特徴とする加工方法。 A processing method using the processing machine according to claim 5,
A process of processing a dummy workpiece;
Measuring the machining shape of the dummy workpiece;
Correcting the tool trajectory of the radius end mill based on the measurement result of the machining shape of the dummy workpiece;
Machining the workpiece to be machined according to the corrected tool path;
A processing method characterized by comprising:
銅製のダミーワークを加工する工程と、
前記ダミーワークの加工形状を測定する工程と、
前記ダミーワークの加工形状の測定結果に基づいて、前記ラジアスエンドミルの工具軌跡を補正する工程と、
補正された工具軌跡に従って加工対象の銅製あるいはニッケルリン等のニッケル合金製のワークを加工する工程と、
を備えたことを特徴とする加工方法。 A mold processing method for molding a lens array using the processing machine according to claim 5,
A process of processing a copper dummy work;
Measuring the machining shape of the dummy workpiece;
Correcting the tool trajectory of the radius end mill based on the measurement result of the machining shape of the dummy workpiece;
Processing a workpiece made of copper or nickel alloy such as nickel phosphorus according to the corrected tool trajectory;
A processing method characterized by comprising:
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