專利名稱：切削加工方法、切削加工裝置及金屬模具制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)使用旋轉(zhuǎn)刀具的切削加工方法、切削加工裝置以及金屬模具制作方法，尤其適用于制作用于液晶顯示屏LCD(Liquid Crystal Display)組件(module)中所使用的光學(xué)元件的成型金屬模具的切削加工方法、切削加工裝置以及金屬模具制作方法。
背景技術(shù)：
LCD組件中所使用的背光照明(back light)導(dǎo)光板(光學(xué)元件)，以往多由多枚反射薄膜重疊粘貼而成。近年來，為達到降低成本的目的，使用其表面形成有細微規(guī)則凹凸的樹脂成品以取代上述多層導(dǎo)光板。
上述導(dǎo)光板(樹脂成品)雖可利用金屬模具通過注射成形而予以制作，但為使成品LCD的整體不存在斑點以確保一定輝度，則導(dǎo)光板的凹凸需以高精度予以成型。
因此，必須要精密加工出金屬模具的對應(yīng)部分(為形成導(dǎo)光板的上述凹凸的溝槽部)，一般以單刀(single cutting tool)加工較為適宜。
上述單刀加工法大致可分為，屬于平面切削加工的刨削加工法(如日本專利特開2002-233912號公報所述)以及屬于銑削加工的銑切加工法(如日本專利特開2001-212709號公報所述)。刨削加工法即利用一把切削工具(切削刀)在金屬模具的表面筆直移動以形成溝槽部的方法。銑切加工法即旋轉(zhuǎn)驅(qū)動具有一把切削工具(切削刀)的旋轉(zhuǎn)工具，并在與上述旋轉(zhuǎn)軸方向直交的方向上加工輸送金屬模具以形成溝槽的方法。該兩種加工法都為利用一把切削工具加工出全部溝槽，因此不會出現(xiàn)使用多把切削刀(多刃切削工具)時切削刀之間所存在的加工誤差，與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進行加工時，因沿金屬模具筆直移動刨刀，雖可以較高效率連續(xù)形成溝槽，但所形成的溝槽的側(cè)面易產(chǎn)生毛邊。
而使用銑削加工法雖不會產(chǎn)生使用刨削加工法所引起的毛邊，亦可獲得較高的加工精度但需使僅有的一把切削刀(切削工具)旋轉(zhuǎn)，并以對應(yīng)切削刀旋轉(zhuǎn)速度的輸送速度來執(zhí)行加工輸送，與刨削加工法相比，加工單位長度的溝槽所需時間較長。
因此，為達到良好的溝槽加工效率及較高的加工精度，上述兩種加工方法尚無法滿足要求。為此，選擇何種加工方法，需根據(jù)所要求的加工時間及加工精度而定。通常，因傾向于重視加工精度，所以大多采用銑削加工法。因此，就銑削加工法，為少許提高加工速度，雖可提高切削刀的旋轉(zhuǎn)速度，但此法本身存在極限，因此就用于導(dǎo)光板成形的金屬模具的溝槽加工而言，要以良好的效率來執(zhí)行該加工則非常困難。
另外，因使用一把切削刀進行溝槽加工，切削刀易磨損，且在切削過程中換刀，會因刀具的裝配誤差而降低溝槽加工精度，所以實際操作中不可能進行中途換刀，因此可加工的金屬模具的大小亦受到限制。所以實際當中，無法對用于面積較大的大型導(dǎo)光板的成形的金屬模具進行加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述事實而作，可以高效、高精度進行切削加工，具體而言，在制作用于LCD組件中所使用的導(dǎo)光板(光學(xué)元件)的成形金屬模具時，可以高效、高精度執(zhí)行溝槽加工，且可對面積較大的大型金屬模具進行溝槽加工。
鑒于上述事實，本發(fā)明專利申請人考慮到能否采用多刃旋轉(zhuǎn)刀具以解決上述難題。即采用單刀加工法加工用于導(dǎo)光板等成形的金屬模具的溝槽的最大理由為，若以多刀旋轉(zhuǎn)刀具加工，各切削刀的裝配誤差難以控制在加工精度(例如公差0.2μm)以內(nèi)(事實上亦不可能)。本發(fā)明專利申請人為克服上述難點，考慮出下述切削加工方法。
即，本發(fā)明的切削加工方法，是具備被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸，以及相對于固定在上述主軸上的旋轉(zhuǎn)刀具使工件可相對移動地受到支承的平臺的切削加工裝置所使用的切削加工方法，其特征在于包括在將用于切削刀成形的多個基片在圓周方向上予以排列的旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件固定于上述主軸的狀態(tài)下，利用上述切削加工裝置所設(shè)置的研磨單元，對上述多個基片進行研磨，使上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件上設(shè)置有由上述基片所形成的多把切削刀，以此制作上述旋轉(zhuǎn)刀具的刀具制作步驟；以及，通過上述主軸的驅(qū)動使上述刀具制作步驟中所制作的旋轉(zhuǎn)刀具直接旋轉(zhuǎn)，以切削上述平臺所支承的工件的切削步驟。
采用上述切削加工方法，因旋轉(zhuǎn)刀具的切削刀通過切削加工裝置上所設(shè)置的研磨單元而予以成形，所以旋轉(zhuǎn)刀具的各切削刀的形狀幾乎不存在差異，且可以極高的精度確保多把切削刀之間的相對位置。所以，使用具有多把切削刀的旋轉(zhuǎn)刀具可對工件進行高效、高精度的加工。因此，若將此加工方法應(yīng)用至導(dǎo)光板(光學(xué)元件)成形金屬模具的溝槽加工，利用具有多把切削刀的旋轉(zhuǎn)刀具即可進行高效的溝槽加工，另外可良好地確保所需的加工精度。此外，利用此種具有多把切削刀的旋轉(zhuǎn)刀具進行溝槽加工亦可抑制各切削刀的磨損(延長其使用壽命)，由此可充分應(yīng)對加工面積較大的大型金屬模具。
在上述加工方法中，以具有將使用上述研磨單元所成形的切削刀通過上述研磨單元再次研磨使上述切削刀再生使用的再生步驟為佳。如此，則無需將旋轉(zhuǎn)刀具從主軸上取下交換，而可持續(xù)進行連續(xù)的高精度工件加工。
此時，亦可在切削步驟之間設(shè)置再生步驟，并于再生步驟中使切削刀通過再生形成相異的形狀，而后再執(zhí)行切削步驟。
采用上述方法，則無需將旋轉(zhuǎn)刀具從裝置上取下進行交換，即可使用具有不同形狀的切削刀的旋轉(zhuǎn)刀具來加工工件。
另一方面，本發(fā)明所涉及的切削加工裝置，是適合實施上述切削加工方法的切削加工裝置，即，具備被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸，以及相對于固定在上述主軸上的旋轉(zhuǎn)刀具使工件可相對移動地受到支承的平臺的切削加工裝置，其特征在于還包括固定于上述主軸，且將多個可保持用于切削刀成形的基片的保持器在圓周方向上予以排列的旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件；以及，具有相對于上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件可相對移動的研磨頭，并通過該研磨頭對上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件所保持的各個基片進行研磨，使上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件設(shè)置有由上述基片所形成的多把切削刀，以此制作上述旋轉(zhuǎn)刀具的刀具制作單元。
采用上述裝置進行切削加工時，通過驅(qū)動上述刀具制作單元，旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部構(gòu)所保持的各個基片可通過研磨頭予以研磨。由此形成切削刀，且該切削刀與旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部構(gòu)件構(gòu)成旋轉(zhuǎn)刀具。因此，通過主軸運轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)刀具直接予以驅(qū)動，以此對工件進行加工。因此，上述切削加工方法可予以更好實施。
在上述切削加工裝置中，上述研磨頭以具有被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的砂輪，且以此砂輪對上述基片進行研磨為佳。采用該結(jié)構(gòu)，可快速研磨基片，由此可縮短使用刀具制作單元制作旋轉(zhuǎn)刀具的制作時間。
另外，上述砂輪以設(shè)置粒度不同的多種砂輪為佳。采用該結(jié)構(gòu)，可使用粒度由大至小的砂輪對基片進行研磨，可高效加工高精度的切削刀。
此時，各砂輪若排列在同一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸并受此驅(qū)動軸驅(qū)動而產(chǎn)生整體旋轉(zhuǎn)為佳。
采用上述結(jié)構(gòu)，各砂輪可在同一驅(qū)動系統(tǒng)中予以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，由此刀具制作單元的結(jié)構(gòu)可更緊湊，且亦可減輕各砂輪相對于基片的定位等控制負擔(dān)。
另外，關(guān)于刀具制造單元，上述研磨頭可相對于上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件所保持的基片，在所述砂輪由上述主軸軸向的一側(cè)與上述基片接觸的第一位置，以及所述砂輪由上述主軸軸向的另一側(cè)與上述基片接觸的第二位置之間予以搖動。
采用上述結(jié)構(gòu)，僅通過研磨頭的搖動變位，即可從主軸軸向兩側(cè)易于對基片進行研磨，例如可易于形成用于加工溝槽的山字形剖面切削刀。尤其，通過適宜選定上述第一位置及第二位置的搖動角度，即可使用同一刀具制作單元，加工出多種形狀(山字形)的切削刀。
且，上述刀具制作單元，亦可包含與上述主軸垂直相交的旋轉(zhuǎn)軸，并于該旋轉(zhuǎn)軸上以圓錐臺狀排列設(shè)置直徑不同的多個圓錐形砂輪。
采用上述結(jié)構(gòu)，可在保持研磨頭的狀態(tài)的同時，使砂輪從主軸的軸向兩側(cè)與切削刀接觸，并根據(jù)砂輪的錐度，形成山字形剖面的切削刀。尤其該結(jié)構(gòu)中，研磨頭的狀態(tài)保持一定，因此與具有上述搖動式研磨頭結(jié)構(gòu)的刀具制作單元相比，結(jié)構(gòu)更加簡單。
另外，在上述切削加工裝置中，以上述基片裝卸可能地保持在上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件上為佳。
采用上述結(jié)構(gòu)，在切削刀(基片)失效時，僅交換基片即可，而旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件可繼續(xù)使用。因此，可有效利用零件，同時可達到降低成本的目的。
另一方面，本發(fā)明所涉及的旋轉(zhuǎn)刀具，固定在被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸上，并與該主軸一起旋轉(zhuǎn)以切削工件，該旋轉(zhuǎn)刀具具有固定于上述主軸的旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件，該旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件的外周，沿圓周方向排列設(shè)置有前端具備切削刀的多個基片。尤其，用于上述切削刀成形的基片被保持于旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件后，對該基片的前端進行研磨以形成切削刀。
采用上述旋轉(zhuǎn)刀具，可以高精度設(shè)置各切削刀的形狀、以及切削刀間的相對位置，從而可作為適用于導(dǎo)光板等(光學(xué)元件)成形金屬模具的溝槽加工等要求高精度的旋轉(zhuǎn)刀具而予以使用。
另外，上述基片以單晶體金剛石(single crystal diamond)基片為佳。采用該基片，因單晶體結(jié)構(gòu)非常堅韌，可有效防止刀具損壞，以提高刀具的耐久性。
另一方面，本發(fā)明所涉及的旋轉(zhuǎn)刀具的制作方法，為制作固定于被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸，與上述主軸一起旋轉(zhuǎn)以切削工件的旋轉(zhuǎn)刀具的制作方法，是將用于切削刀成形的多個基片以沿圓周方向排列的狀態(tài)保持在固定于上述主軸的旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件上，并于旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件的同時，以同一研磨單元對各基片進行研磨，使上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件上設(shè)置有由上述基片所形成的多把切削刀，以構(gòu)成上述旋轉(zhuǎn)刀具。
采用上述制造方法，各切削刀的形狀差異小，且可制作出切削刀間的相對位置關(guān)系等具有較高精度的旋轉(zhuǎn)刀具。
另一方面，本發(fā)明所涉及的金屬模具制作方法，是制作在其表面具有互相平行的多條溝槽的金屬模具的方法，是采用上述切削加工方法，使金屬模具上形成上述溝槽。
采用上述金屬模具制作方法，因根據(jù)上述切削加工方法進行溝槽加工，通過多刃旋轉(zhuǎn)刀具可高效執(zhí)行溝槽加工，亦能良好確保所需加工精度。另外，通過采用多刃旋轉(zhuǎn)刀具進行溝槽加工可抑制各切削刀的磨損(延長其使用壽命)，因此，對于加工面積較大的大型金屬模具亦可加工出覆蓋整體的高精度溝槽。
就上述金屬模具制造方法，其中上述基片以采用單晶體金剛石基片為佳。因單晶體結(jié)構(gòu)非常堅韌，在刀具制作過程中可有效防止刀具損壞，以形成銳利的刀鋒，另外，在切削加工時，亦能有效防止刀具損壞。另外，因單晶體金剛石基片為廉價銷售，所以可以低成本加工出溝槽底部較尖銳的V形溝槽。
另外，就上述金屬模具制作方法，可在切削加工的間隔設(shè)置再生步驟，在該再生步驟通過再生形狀相異的切削刀后再執(zhí)行切削步驟，即可形成與先前溝槽的形狀相異的多種溝槽。如此，對于一個金屬模具，可以良好的精度形成形狀相異的溝槽。
另外，在上述金屬模具制作方法中，以金屬模具表面預(yù)先形成鍍銅層，并切削該鍍銅層以形成上述溝槽為佳。
采用上述方法，則溝槽更容易形成，亦可有效抑制切削刀的損壞。
另外，在上述金屬模具制作方法中，以上述溝槽形成后，在上述溝槽的表面形成DLC(diamond-like-carbon)薄膜為佳。
采用上述方法，可提高所制作金屬模具的脫模性。此時，DLC薄膜可采用含氟薄膜，使脫模性進一步提高。


圖1是說明本發(fā)明的金屬模具制作方法的步驟圖；圖2是概略表示適用于金屬模具制作中的一個步驟，即溝槽加工步驟的切削加工裝置(本發(fā)明的切削加工裝置)的正視圖；圖3是表示保持基片的刀具體(旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件)在圖2中的A向視圖；
圖4是表示刀具體的基片保持結(jié)構(gòu)在圖3中的B-B剖面圖；圖5(a)是表示所形成的V字形槽(溝槽)的形狀的金屬模具剖面圖，圖5(b)是表示用于形成上述V字形槽(溝槽)的切削刀形狀的基片剖面圖；圖6是說明在刀具制作步驟(旋轉(zhuǎn)刀具制作步驟)中，切削加工裝置的動作控制流程圖；圖7是說明通過切削刀成形機形成切削刀的過程的模式圖，(a)表示切削刀成形機的研磨頭位于第1位置的加工狀況模式，(b)表示研磨頭位于第2位置的加工狀況模式；圖8(a)是表示所形成的V字形槽(溝槽)的形狀的金屬模具剖面圖，圖8(b)是表示用于形成V字形槽(溝槽)的切削刀形狀的基片剖面圖；圖9是表示切削刀成形機采用其他結(jié)構(gòu)的切削加工裝置的概略正視圖。
具體實施例方式
以下利用附圖來說明本發(fā)明的實施形態(tài)。該實施形態(tài)，以本發(fā)明適用于制作用于液晶顯示屏LCD(Liquid Crystal Display)組件中所使用的背光照明導(dǎo)光板的樹脂成形金屬模具為例予以說明。
(金屬模具制作方法)圖1為概略表示金屬模具制作步驟的步驟圖。如圖所示，金屬模具的制作步驟包括(1)電鍍步驟，(2)溝槽加工步驟，(3)DLC(diamond-like-carbon)薄膜形成步驟。
上述電鍍步驟為通過對金屬模具母材1(以下簡稱為金屬模具1)的表面進行電鍍以形成溝槽加工切削層的步驟。本實施形態(tài)中，在SUS420J2等所構(gòu)成金屬模具的表面，電鍍厚度為50-2000μm的鍍銅層。
上述溝槽加工步驟是在金屬模具1形成多條細微溝槽的步驟。更確切而言是切削電鍍步驟所形成的鍍銅層(切削層)以形成細微溝槽的步驟。例如，本實施形態(tài)中，如圖5(a)所示，以間隔(P)50-100μm形成開角(θ。)為90°，溝槽深(h)為25-50μm的多條V字形溝槽。
具體而言，該溝槽加工步驟由刀具制作步驟(工具制作步驟)與切削步驟的兩個步驟構(gòu)成。首先，在刀具制作步驟，形成旋轉(zhuǎn)刀具的切削刀，之后于切削步驟使用該旋轉(zhuǎn)刀具于金屬模具1形成溝槽。上述步驟，在后述的切削加工裝置10予以執(zhí)行，此內(nèi)容將在后予以詳細說明。
DLC薄膜形成步驟是在金屬模具的溝槽形成面形成具有非晶體結(jié)構(gòu)的DLC薄膜。本實施形態(tài)中，以形成含有氟的薄膜作為DLC薄膜。
該金屬模具制作方法，如上所述，首先在金屬模具1上形成銅鍍層，之后在此銅鍍層部分形成溝槽，因此與在高硬度金屬模具1(母材)直接形成溝槽相比，可更容易、快速執(zhí)行溝槽的加工，還可減小旋轉(zhuǎn)刀具的切削刀磨損。且在最后步驟，在金屬模具表面(溝槽形成面)形成幾乎不存在晶界(grain boundary)的DLC薄膜，以此可制成脫模性能良好的金屬模具1。尤其，本實施形態(tài)中，形成含有氟的薄膜作為DLC薄膜，可使金屬模具1的脫模性能更上一層。
(切削加工方法切削加工裝置)以下，就上述溝槽加工步驟的內(nèi)容作具體說明。首先，就用于實施本步驟的切削加工裝置進行說明。
圖2為切削加工裝置10的要部概略圖。圖中，為明確各部件的動作方向，分別表示有X軸、Y軸及Z軸。
該圖所示的切削加工裝置10包括基臺(省略圖示)，在此基臺上，沿Y軸方向排列設(shè)置可沿X軸方向移動的第1平臺11及可沿Y軸方向移動的第2平臺12。上述平臺11、12與圖外以電動機為驅(qū)動源的驅(qū)動機構(gòu)連接，并通過該驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動。
第2平臺12，設(shè)置有沿Y軸方向延伸，且其前端指向第1平臺的主軸15。該主軸15，相對于第2平臺12可圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)，并可沿Z軸方向移動，且通過以電動機為驅(qū)動源的驅(qū)動機構(gòu)予以驅(qū)動。
在主軸15的前端，固定有作為旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件的圓盤狀刀具體20。該刀具體20的外周，如圖3和圖4所示，多個軸狀基片24以沿圓周排列的狀態(tài)予以保持，本實施形態(tài)中，16個基片24以一定間隔保持成一列。
各個基片24為具有正方形剖面的單晶體金剛石構(gòu)成，如圖4所示，具有大致平坦的前端形狀，該些基片24在后述的刀具制作步驟中予以研磨，以形成用于形成上述V字形溝槽2的切削刀24a(參照第5(b)圖)。
各個基片24，以固定于夾具22的狀態(tài)，裝卸可能地保持在上述刀具體20上。具體而言，在刀具體20的周圍以等間隔形成有用于保持夾具22的凹部20a(保持部)，上述夾具22嵌入凹槽20a后，通過螺栓26使其固定在刀具體20上。
另一方面，在上述第1平臺11，如圖2所示，設(shè)置有工作支承臺13及切削刀成形機(刀具制作單元)14。
工作支承臺13，在設(shè)置金屬模具1的部位，通過螺栓等固定構(gòu)件，或使用夾具可固定金屬模具1。
切削刀成形機14設(shè)置在上述工作支承臺13的相反于第2平臺12一側(cè)。
該切削刀成形機14，包括具有為研磨上述刀具體20所保持的基片24的砂輪的研磨頭32(研磨單元)。該研磨頭32，通過豎直設(shè)置在第1平臺11上的支架30而保持在上述工作支承臺13的斜上方(由工作支承臺13沿X軸方向向側(cè)面偏移的位置)，并通過電動機36旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
研磨頭32由直徑相同，但粒度不同的3個平面型砂輪構(gòu)成，具體為粗磨用第1砂輪33、中磨用第2砂輪34以及精磨用第3砂輪35，分別如圖所示，所述砂輪相對于上述電動機36的輸出軸36a，以沿軸向排列設(shè)置成一列的狀態(tài)而予以固定。由此通過電動機36的運作，使砂輪33、34、35一起受到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
研磨頭32相對于支架30搖動可能地予以支持。詳細而言，在上述支架30的上端部，設(shè)置有受圖外的電動機驅(qū)動可繞X軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)盤38，上述電動機36，以其輸出軸36a與上述旋轉(zhuǎn)盤38的旋轉(zhuǎn)軸垂直相交的狀態(tài)而固定在旋轉(zhuǎn)盤38上。因此，通過旋轉(zhuǎn)盤38的運作，研磨頭32可在，第2圖實線所示的面向第2平臺12且向下傾斜的第1位置，以及相反于第1位置，即同圖中虛線所示的位于通過旋轉(zhuǎn)盤38的旋轉(zhuǎn)中心且平行與Z軸的直線的另一側(cè)且向下傾斜的第2位置之間予以搖動變位。本實施形態(tài)中，第1位置設(shè)定在上述實線與上述輸出軸36a的夾角θ1(以下稱為第1位置角度)為45°的位置，而第2位置也設(shè)定在上述虛線與上述輸出軸36a的夾角θ2(以下稱為第2位置角度)為45°的位置。
另外，上述切削加工裝置10具有圖示省略的控制裝置，該控制裝置包括眾所周知的可進行邏輯運算的CPU，預(yù)先存儲各種控制上述CPU的程序的ROM以及裝置運作中暫時存儲各種信息的RAM等，且上述平臺11、12、主軸15以及切削刀成形機14等的驅(qū)動全部由該控制裝置統(tǒng)一控制。
以下，就溝槽加工步驟的具體內(nèi)容予以說明。
溝槽加工步驟，如上所述，由前半程的刀具制作步驟及后半程的切削步驟構(gòu)成，上述兩步驟于上述切削加工裝置10中連續(xù)執(zhí)行。
在刀具制作步驟中，通過切削刀成形機14對刀具體20所保持的上述各基片24執(zhí)行切削刀24a的成形加工處理，以此制作在刀具體20周圍排列多把切削刀24a的旋轉(zhuǎn)刀具16。
圖6是表示在刀具制作步驟中的切削加工裝置10的動作控制流程圖。以下，根據(jù)該流程圖，就刀具制作步驟的內(nèi)容予以說明。
首先，在初始狀態(tài)，第2平臺12相對于第1平臺11設(shè)置在沿Y軸方向相隔一定距離的指定退避位置，第1平臺11設(shè)置在X軸方向的移動端，即指定避讓位置。在主軸15上，如上所述固定有保持基片24的刀具體20，另外，切削刀成形機14的研磨頭32設(shè)置在第1位置。
刀具制作步驟開始后，首先隨各平臺11、12等的驅(qū)動，刀具體20(基片24)以及研磨頭32被設(shè)置在第1研磨開始位置(步驟S1，S2)。具體為第1平臺11及第2平臺12分別由上述退避位置起予以移動(前進)，與此同時主軸15相對于第2平臺12沿Z軸方向(上下)移動，由此如圖7(a)的位置(1)所示，第1砂輪33的砂輪面33a被設(shè)置在基片24的前端左側(cè)(圖2、圖7的左側(cè)主軸15的基端部側(cè))且可與基片24相接觸的位置。
刀具體20設(shè)定至第1研磨開始位置后，第1砂輪33予以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，同時刀具體20亦予以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，在此狀態(tài)開始切削輸送(步驟S3)。即，隨第2平臺12的移動，使基片24接近砂輪面33a。
通過上述切削輸送，各基片24的前端隨刀具體20的旋轉(zhuǎn)依次與砂輪面33a接觸而接受粗磨。此時，研磨頭32被設(shè)定在第1位置，其結(jié)果使砂輪面33a相對于Z軸呈向第2平臺12側(cè)傾斜45°的狀態(tài)，因此砂輪面33a與基片24的前端接觸時，如圖7(a)中虛線(位置(1))所示，使基片24形成向第2平臺12側(cè)傾斜45°的傾斜面。
規(guī)定量的切削輸送予以執(zhí)行，全部基片24的前端通過第1砂輪33予以研磨(步驟S4為YES)之后，通過第2平臺12等的移動使刀具體20與第1砂輪33分離，之后如圖7(a)的位置(2)所示，將刀具體20設(shè)定在使基片24的前端可與第2砂輪34的砂輪面34a相對的位置(步驟S5，S6)。而后，同樣通過執(zhí)行切削輸送，相對于各基片24的前端(第1砂輪33所研磨的研磨面)實施中磨加工(步驟S7)。
規(guī)定量的切削輸送予以執(zhí)行，全部基片24的前端通過第2砂輪34予以研磨(步驟S8為YES)之后，通過第2平臺12等的移動使刀具體20與第2砂輪34分離，之后如圖7(a)的位置(3)所示，將刀具體20設(shè)定在使基片24的前端部可與第3砂輪35的砂輪面35a相對的位置(步驟S9，S10)。而后，同樣通過執(zhí)行切削輸送，相對于各基片24的前端(第2砂輪34所研磨的研磨面)實施精磨加工(步驟S11)。
全部基片24的前端經(jīng)第3砂輪35研磨后(步驟S12為YES)，判斷是否已完成基片24左右兩側(cè)(Y軸方向側(cè))的研磨。若判斷為未完成，則使研磨頭32隨第1平臺11的移動相對于刀具體20沿X軸方向暫時予以偏移，而后通過旋轉(zhuǎn)盤38的運作，將研磨頭32設(shè)定在第2位置(第2圖的虛線位置)(步驟S14，S15)。
而后，將刀具體20及研磨頭32設(shè)定在根據(jù)研磨頭32偏移至第2位置的距離使上述第1研磨開始位置沿Y軸方向移動的位置，即第2研磨開始位置，具體為如圖7(b)的位置(4)所示，即第1砂輪33的砂輪面33a可由基片24的前端右側(cè)(圖2，圖7的右側(cè)主軸15的基端部的相反側(cè))與基片24接觸的位置。此后(步驟S16，S17)，流程移至步驟S3。
然后，通過執(zhí)行步驟S3-S12的處理，各基片24中與上述相反的一側(cè)接受研磨，即按第圖7(b)中位置(4)至位置(6)依次移動基片24，使其通過砂輪33、34、35予以研磨。此時，研磨頭32被設(shè)定在第2位置，其結(jié)果使砂輪面33a位于Z軸的與第2平臺12反向側(cè)且呈45°傾斜狀態(tài)，因此，砂輪面33a與基片24的前端接觸時，如圖7所示，使基片24形成向第2平臺12相反側(cè)傾斜45°的傾斜面。即，通過上述處理使各基片24的前端形成可用于加工上述V字形溝槽2，即如圖5(b)所示的刀具端部角度為90°的切削刀24a。
由此，判斷基片24的研磨已最終完成后(步驟S13為YES)，流程移至步驟S18，將第1平臺11、第2平臺12恢復(fù)至初始位置，并結(jié)束本流程。
在上述刀具制作步驟中，通過切削刀成形機14研磨刀具體20所保持的各基片24以形成切削刀24a，以此制作在刀具體20周圍排列設(shè)置有多把切削刀24a的旋轉(zhuǎn)刀具16。
刀具制作步驟結(jié)束后，處理轉(zhuǎn)移至切削步驟。在該切削步驟中，使用經(jīng)上述處理而形成的旋轉(zhuǎn)刀具16對金屬模具1執(zhí)行形成V字形溝槽2的處理。
具體為如圖2所示，首先將金屬模具1固定在第1平臺11的工作支承臺13上，并通過第2平臺12等的運作，將旋轉(zhuǎn)刀具16定位至切削開始位置。然后，通過以所定旋轉(zhuǎn)速度驅(qū)動旋轉(zhuǎn)刀具16旋轉(zhuǎn)，并在此狀態(tài)下將旋轉(zhuǎn)刀具16沿Z軸方向予以切削輸送，以及伴隨第1平臺11的移動將旋轉(zhuǎn)刀具16沿X方向予以加工輸送，使用旋轉(zhuǎn)刀具16的各切削刀24a在金屬模具1上形成如圖5(a)所示的開角(θ0)為90°的V字形溝槽2。一條V字形溝槽2形成后，伴隨第2平臺12的移動使旋轉(zhuǎn)刀具16的加工輸送開始位置沿Y軸方向以一定間隔(P)進行位移，并同樣執(zhí)行旋轉(zhuǎn)刀具16的切削輸送及加工輸送，之后重復(fù)執(zhí)行上述操作，使金屬模具1形成互相平行、且相距一定間隔(P)的V字形溝槽2。
規(guī)定數(shù)的V字形溝槽2形成后，旋轉(zhuǎn)刀具16恢復(fù)至初始位置，并將金屬模具1由工作支承臺13取下。至此切削步驟結(jié)束，同時包含刀具制作步驟的所有溝槽加工步驟亦全部結(jié)束。
采用上述切削加工方法(相對于金屬模具1形成V字形溝槽2的方法)、以及適用于上述方法的切削加工裝置10具有以下的效果首先，采用上述切削加工方法，即使使用旋轉(zhuǎn)刀具16在金屬模具1上形成V字形溝槽2，也幾乎不產(chǎn)生毛邊。且，作為旋轉(zhuǎn)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字形溝槽2，與以往采用一把切削刀加工溝槽的刨削加工法(單刀加工法)相比，加工單位長度的溝槽只需極短時間。
且使用切削加工裝置10制作旋轉(zhuǎn)刀具16(即切削刀24a)，并可直接使用該旋轉(zhuǎn)刀具16執(zhí)行溝槽加工，由此可形成精度不低于以往的刨削加工法(單刀加工法)，甚至更高的V字形溝槽2。即該切削加工方法，按上述內(nèi)容在主軸15上固定刀具體20，并在此狀態(tài)使用裝置上所設(shè)置的切削刀成形機14研磨各基片24以形成切削刀24a，以此可解消相對于刀具體20的基片24裝配(保持)誤差，以及相對于主軸15的刀具體20裝配誤差。其結(jié)果，就制作的旋轉(zhuǎn)刀具16，各切削刀24a幾乎不存在形狀差異，且切削刀24a之間的相對位置也可以確保極高的精度。因此，使用多刀旋轉(zhuǎn)刀具16還可形成高精度的V字形溝槽2。
另外，使用上述多刀旋轉(zhuǎn)刀具16進行溝槽加工，可以加工具有更大加工面積的大型金屬模具1。即以往的單刀加工法因僅使用一把切削刀(單刀)加工溝槽，切削刀磨損較快，且操作過程中若交換切削刀會產(chǎn)生裝配誤差(實際中也不可能執(zhí)行)。因此，可加工的金屬模具尺寸限制在較小范圍，而使用上述多刀旋轉(zhuǎn)刀具16的切削加工方法，可抑制各切削刀24a的磨損(可延長切削刀24a的使用壽命)，即使加工面積較大的大型金屬模具也可良好執(zhí)行溝槽加工。
另一方面，就切削加工裝置10，基片24相對于刀具體20裝卸可能地予以保持，即使切削刀24a磨損而不法使用，僅取下已使用的基片24并裝上新基片24即可，而刀具體20可以現(xiàn)狀予以使用。因此可有效使用旋轉(zhuǎn)刀具16的構(gòu)成部件，并可獲得成本低廉的效果。
另外，就切削刀成形機14，研磨頭32可相對于支架30搖動設(shè)置，如上所述，使用同一研磨頭32，即可研磨基片24的兩側(cè)(Y軸方向的兩側(cè))，因此可形成使用同一研磨頭32進行切削刀24a加工的緊湊結(jié)構(gòu)。尤其，僅適宜變更研磨頭32的搖動角度(第1位置角度θ1，第2位置角度θ2)，即可容易改變砂輪面33a-35a的角度。因此使用同一研磨頭32即可形成形狀相異的多種切削刀24a。例如，將第1位置角度θ1，第2位置角度θ2設(shè)定為以Z軸左右對稱，且適當控制切削輸送量，即可形成如圖8(b)所示的刀端角度為鈍角，且具有左右非對稱剖面的切削刀刃24a。使用該切削刀24a可形成圖8(a)所示的開角(θ0)為鈍角，而溝槽底部具有左右非對稱剖面的V字形溝槽2。另外，圖8(a)所示的V字形溝槽2的形狀，適應(yīng)于LCD組件中所使用的前光照明導(dǎo)光板的溝槽形狀，因此使用切削刀成形機14不僅可制作背光照明導(dǎo)光板的樹脂成形金屬模具，還可使用同一切削刀成形機14制作前光照明導(dǎo)光板的樹脂成形金屬模具。
另外，在該切削刀成形機14中，研磨頭32由粒度相異的三個砂輪33-35構(gòu)成，因此在刀具制作步驟(溝槽加工步驟)可高效研磨基片24。尤其，各砂輪33-35在同一電動機36的輸出軸36a上排列設(shè)置成一列，且一起受到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，因此可形成各砂輪33-35的驅(qū)動源相同的緊湊結(jié)構(gòu)，同時可減輕各砂輪的驅(qū)動，以及有關(guān)基片24及各砂輪33-35定位的控制負擔(dān)。
另外，上述切削加工方法、切削加工裝置10以及金屬模具制作方法，僅為本發(fā)明的一種實施形態(tài)，若其具體方法及結(jié)構(gòu)不脫離本發(fā)明的要點，可予以適當變更。例如，還可采用如下的結(jié)構(gòu)。
(1)關(guān)于本實施形態(tài)中的刀具制作步驟(溝槽加工步驟)，為連續(xù)旋轉(zhuǎn)刀具體20的同時執(zhí)行切削輸送，以逐漸研磨各基片24，此外也可間歇旋轉(zhuǎn)刀具體20，使各砂輪33等以對應(yīng)于一個基片24的狀態(tài)進行切削輸送，由此可對各基片逐個進行研磨。
(2)在切削步驟(溝槽加工步驟)執(zhí)行過程中，還可設(shè)置通過切削刀成形機14研磨再生各切削刀24a的再生步驟。具體為在切削步驟執(zhí)行過程中，以相同于刀具制作步驟的順序(圖6的流程圖)研磨基片24，使切削刀24a再生。
設(shè)置上述切削刀24a的再生步驟，可有效防止因切削刀24a的損壞而引起的加工精度下降。因此針對面積較大的大型金屬模具1進行溝槽加工時極為有效。此時，在再生步驟中可省略粗磨加工(第1砂輪33的研磨)而僅執(zhí)行中磨及精磨加工(第2砂輪34及第3砂輪35的研磨)等，另外可根據(jù)切削刀24a的損壞狀況省略研磨處理步驟。
另外，還可在再生步驟中，改變切削刀24a的形狀，然后再執(zhí)行切削步驟。例如，大型背光照明導(dǎo)光板的中央部位及邊緣部位有時需改變凹凸形狀，對應(yīng)于該導(dǎo)光板的金屬模具1，有時需要求形成開角(θ0)等相異的多種V字形溝槽2。因此，在再生步驟中先改變切削刀24a的形狀然后再施行切削步驟即可在金屬模具整體以良好精度形成V字形溝槽2。(3)切削刀24a的剖面形狀若局限于圖5(a)所示的左右對稱形狀，此時可采用圖9所示結(jié)構(gòu)的切削刀成形機14。
該切削刀成形機14，電動機36相對于支架30沿Z軸方向向下予以固定，在其輸出軸36a上，固定有直徑各不相同的圓錐形砂輪33-35，且整體上呈逆圓錐臺狀排列設(shè)置。即，隨第2平臺12的移動可使研磨頭32(各砂輪33-35)由基片24的左右兩側(cè)(第9圖左右兩側(cè))接近基片24，從而使基片的前端形成圖5(a)所示的左右對稱切削刀24a。
采用該切削刀成形機14，則無需采用圖2所示的切削刀成形機14的研磨頭32搖動機構(gòu)(旋轉(zhuǎn)盤38等)，以此可簡化切削刀成形機14的結(jié)構(gòu)，提高空間使用率、以及降低成本。
(4)本實施形態(tài)中，基片24使用具有正方形剖面的單晶體金剛石所形成的柱狀基片，但無需僅使用該種材料的基片，此外可根據(jù)金屬模具的材質(zhì)、需成形的切削刀24a的形狀等而適宜選擇。但采用單晶體金剛石基片，因材料為單晶體結(jié)構(gòu)而非常堅韌，在刀具制作步驟可有效防止刀具損壞，以形成具有銳利刀鋒的切削刀24a，且在切削步驟(溝槽加工步驟)中，還能有效防止刀具損壞。另外，因人工金剛石材料的基片在市場被廉價銷售，在制作上述金屬模具1時，可以低成本加工出溝槽底部較尖銳的V字形溝槽2。
(5)本實施形態(tài)中，以本發(fā)明適用于LCD組件中所使用的背光照明導(dǎo)光板的樹脂成形金屬模具制作為例而予以說明，但本發(fā)明還可適用于其他任何金屬模具，以及金屬模具以外的工件。
如上所述，本發(fā)明的切削加工方法是將保持有多枚用于切削刀成形基片的旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件固定在切削加工裝置的主軸上，通過該裝置所設(shè)置的切削刀成形單元研磨各基片，以此制作在旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件的圓周方向排列設(shè)置有由上述基片所形成的切削刀的旋轉(zhuǎn)刀具(旋轉(zhuǎn)刀具制作步驟)，并直接使用該旋轉(zhuǎn)刀具來切削工件(切削步驟)，因此可使用各切削刀形狀均一，且切削刀之間的位置關(guān)系等精度較高的多刃旋轉(zhuǎn)刀具以良好精度加工工件。因此，如LCD組件中所使用的背光照明導(dǎo)光板的樹脂成形金屬模具等的溝槽加工等以往因加工精度而無法使用多刃旋轉(zhuǎn)刀具的加工，通過適用上述方法，可以高效、高精度執(zhí)行溝槽加工。
權(quán)利要求
1.一種切削加工方法，其為具備被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸，以及相對于固定在上述主軸上的旋轉(zhuǎn)刀具使工件可相對移動地受到支承的平臺的切削加工裝置所使用的切削加工方法，其特征在于包括刀具制作步驟，在于圓周方向排列設(shè)置用于切削刀成形的多個基片的旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)承部件固定于上述主軸的狀態(tài)下，利用上述切削加工裝置所設(shè)置的研磨單元，對上述多個基片進行研磨，使上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件上設(shè)置有由上述基片所形成的多把切削刀，以此制作上述旋轉(zhuǎn)刀具；以及切削步驟，通過上述主軸的驅(qū)動使上述刀具制作步驟中所制作的旋轉(zhuǎn)刀具直接旋轉(zhuǎn)，以切削上述平臺所支承的工件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削加工方法，其中還包括將使用上述研磨單元所成形的切削刀，通過上述研磨單元再次研磨，使上述切削刀再生的再生步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切削加工方法，在上述切削步驟之間設(shè)置上述再生步驟，并在再生步驟中使切削刀通過再生形成相異的形狀，然后再執(zhí)行切削步驟。
4.一種切削加工裝置，具備被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸，以及相對于固定在上述主軸上的旋轉(zhuǎn)刀具使工件可相對移動地受到支承的平臺的切削加工裝置，其特征在于包括旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件，固定在上述主軸上，并于圓周方向排列設(shè)置有多個可保持用于切削刀成形的基片的保持器；刀具制作單元，具有相對于上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件可相對移動的研磨頭，并通過該研磨頭對上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件所保持的各個基片進行研磨，使上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件設(shè)置有由上述基片所形成的多把切削刀，以此制作上述旋轉(zhuǎn)刀具。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的切削加工裝置，上述研磨頭具有被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的砂輪，通過該砂輪對上述基片進行研磨。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的切削加工裝置，上述砂輪由粒度不同的多種砂輪組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的切削加工裝置，各種砂輪排列在同一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸上，并受此驅(qū)動軸驅(qū)動而產(chǎn)生整體旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的切削加工裝置，上述研磨頭相對于上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件所保持的基片，在所述砂輪由上述主軸軸向的一側(cè)與上述基片接觸的第一位置，以及所述砂輪由上述主軸軸向的另一側(cè)與上述基片接觸的第二位置之間進行搖動。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的切削加工裝置，包含與上述主軸垂直相交的旋轉(zhuǎn)軸，并在該旋轉(zhuǎn)軸上以圓錐臺狀排列設(shè)置多個直徑不同的圓錐形砂輪。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中任一項所述的切削加工裝置，上述基片被裝卸可能地保持在上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件上。
11.一種旋轉(zhuǎn)刀具，固定在被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸上，并與該主軸一起旋轉(zhuǎn)以切削工件，其特征在于包括固定在上述主軸上的旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件，該旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件的外周，沿圓周方向排列設(shè)置有前端具備切削刀的多個基片。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的旋轉(zhuǎn)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轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件之后，通過研磨該基片的前端而予以形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的旋轉(zhuǎn)刀具，上述基片為單晶體金剛石基片。
14.一種旋轉(zhuǎn)刀具的制作方法，制作固定在被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸上，與上述主軸一起旋轉(zhuǎn)以切削工件的旋轉(zhuǎn)刀具，其特征在于將用于切削刀成形的多個基片以沿圓周方向排列的狀態(tài)保持在固定于上述主軸的旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件上，并于旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件的同時，以同一研磨單元對各基片進行研磨，使上述旋轉(zhuǎn)刀具構(gòu)成部件上設(shè)置有由上述基片所形成的多把切削刀，以構(gòu)成上述旋轉(zhuǎn)刀具。
15.一種金屬模具制作方法，用于制作在其表面具有互相平行的多條溝槽的金屬模具，其特征在于使用根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的切削加工方法，使金屬模具形成上述溝槽。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的金屬模具制作方法，其中上述基片采用單晶體金剛石基片。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的金屬模具制作方法，其中采用根據(jù)權(quán)利要求3項所述的切削加工方法在上述金屬模具上形成形狀相異的多種溝槽。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的金屬模具制作方法，其中使金屬模具表面預(yù)先形成鍍銅層，并切削該鍍銅層以形成上述溝槽。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的金屬模具制作方法，其中在上述溝槽形成后，于上述溝槽表面形成DLC薄膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的金屬模具制作方法，其中上述DLC薄膜含有氟。
全文摘要
本發(fā)明的切削加工裝置(10)包含主軸(15)，相對于該主軸(15)上所固定的旋轉(zhuǎn)刀具(16)可相對移動支承的第1平臺(11)等，以及設(shè)置在該第1平臺上且具有用于研磨切削刀的研磨頭(32)的切削刀成形機(14)。切削刀成形機(14)，以研磨頭(32)研磨固定在主軸(15)上的刀具體(20)的外周所保持的多個基片(24)，以制作在上述刀具體(20)周圍排列設(shè)置有由基片(24)所形成的切削刀(24a)的旋轉(zhuǎn)刀具(16)。使用該切削加工裝置可以高效、高精度執(zhí)行切削加工。
文檔編號B23C5/08GK1727100SQ200410059070
公開日2006年2月1日 申請日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月26日
發(fā)明者中谷達行, 岡本圭司, 村井正義 申請人:東洋先進科技股份有限公司