[发明专利]用于加工硬质材料工件的方法及刀具

说明书

技术领域

本发明涉及用于加工硬质材料工件的一种刀具和一种方法，其具有由权利要求1以及10的前序部分给出的几何形状确定的刀刃。此外，本发明涉及一种如权利要求13以及14的前序部分所述的用于加工这种工件的机器。

背景技术

硬质材料是指例如花岗岩、大理石、混凝土、沥青、墙体(Mauerwerk)、陶瓷、混合陶瓷或陶瓷玻璃的现有材料。通常硬质材料是指那些对刀具造成显著程度的磨损的材料。由于所述磨损特性，因而这些材料主要通过利用几何形状不确定的刀刃的方法(例如通过磨削)来加工。

由DE10024129C1以及EP0922551A2已经了解到加工岩石的方法，其中，利用几何形状确定的刀刃以铣削过程的形式实现对材料的去除(Materialabtrag)。在这些已知方法中分别使用一种冲击机构，其中，通过一个集成的摆或摆动管引起径向的冲击频率。不过这些方法仅仅用在能够接受所加工面为粗糙表面的情况下。

不过，尤其是在加工陶瓷、混合陶瓷或陶瓷玻璃时对表面质量有很高的要求，这迄今为止仅通过利用几何形状不确定的刀刃的已知方法(如磨削)来实现。这种加工方法主要在应用冷却和/或润滑介质的情况下执行。在此，这些工作介质的残留物主要滞留在硬质材料内部的表面附近，这种情形被认为是不利的。例如在医药或牙科领域，这会引起患者的过敏反应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种本文开头所述类型的刀具以及一种方法，利用它们可以改善硬质材料工件的表面质量。此外，还要提供一种使用这种刀具以及实施这种方法的机器。

根据本发明，这一技术问题通过具有如权利要求1和10所述特征的刀具和方法加以解决。此外，根据本发明的技术方案通过一种具有如权利要求13和14所述特征的机器产生。本发明的优选设计及适当的特殊扩展设计在其它权利要求中给出。

在根据本发明的刀具中，将刀刃的切削角构造为小于10°，并尤其具有4°到6°之间的角度大小。在此，切削角由刀具的啮合宽度确定，并且从切割点(即刀刃进入工件的位置)伸出到刀刃离开工件的离开点。在此，为了实现很小的切削力并使表面达到2μm的加工精度以及小于0.2μm的平均表面粗糙度，这种平切削角是理想的。在此，由小切削角产生的相对较小的切削力有助于使刀具具有极长的使用寿命。在此，刀刃通过很平的切割角类似于一个车刀地起作用，与加工金属时不同，该车刀在加工时并不扬起切屑，而却起到使材料连续断裂的作用。

业已表明，根据本发明的刀具几何形状尤其在所谓的HSC铣削(HighSpeed Cutting：高速切削)时是特别优选的，其中，尤其应用了传统加工时的5至10倍的高切削速度以及进刀。现在，即使在向传统铣削过渡的区域内的某些较小的转速下也可以应用HSC铣削这一概念，因为这种加工方法基本上并不是单独由主轴转速或工件转速确定的，而是也由诸如切屑截面以及进给量的其它量和方法参数确定的。也就是说，在硬质脆性材料的情形下，涉及的是每分钟大约1300转以上的HSC铣削。因此，在非常高的切削速度和非常高的转速下实现极精细的结构以及小于1mm的刀具直径，从而能够显著提高表面及工件设计中的自由及灵活性并且相应地减少制造时间。尤其在陶瓷的情形下还形成其它的优点，即，材料即使在燃烧状态下也能被加工，而不必再考虑在燃烧时的收缩过程。尽管切削速度以及进给速度提高，但是刀刃处的温度仅仅微小地升高，因为进给速度超过了工件的传热速率而刀具因此领先于该硬质材料内的热的传播。此外，相对较小的切削力起到使刀具发生一个微小而持续的均匀偏转的作用。该加工机器的主轴支架、导轨以及其它装置被相应地省去。

与以约20°的螺旋角使用工件的通常加工方法不同的是，在利用根据本发明的工件的新加工方法中，使用一个大于35°且优选在40°和41°之间的更大的螺旋角被视为是尤其优选的。在非常平的切削角的情形下，这种大螺旋角能够实现更小的切削力、尤其是光滑的工件表面以及更长的工件使用寿命。

还优选的是，至少在刀刃的范围内有一个晶粒涂层，例如钻石涂层，其中，15μm至30μm的涂层厚度被认为是特别稳固的。钻石涂层的约20nm至约100nm的极小的晶粒尺寸导致工件有特别小的表面粗糙度。