硬脆性材料のレーザーインシチュー補助超精密切削過程において、レーザー照射後の刃先面で熱蓄積が起こりやすく、工具摩耗を促進し、加工の安定性や表面品質の低下を招く問題に対して、レーザーを前刃面からのみ射出する新型ダイヤモンド工具を設計し、長距離加工中の表面品質と工具耐摩耗性の向上を図った。光学的な屈折と全反射理論に基づき、ダイヤモンド工具内部でのレーザーの伝播モデルを構築し、レーザー入射角、工具の前角および後角間の幾何学的制約関係を分析し、工具構造設計によりレーザーの射出位置の精密制御を実現した。光学シミュレーションとレーザー出力の較正を組み合わせて、新型工具と従来工具のビーム伝達特性を比較分析した。同一切削条件下で、溶融石英端面におけるレーザーインシチュー補助切削の比較実験を行い、異なる切削距離における加工表面粗さおよび工具摩耗挙動を体系的に研究した。結果は、同一入力レーザー出力で新型工具の射出レーザー出力が全体的に従来工具より高く、ビーム伝達効率が向上していることを示した。切削距離1.0 km時において両工具の加工表面粗さS_aの差は小さかったが、切削距離3.0 km時、新型工具の加工表面粗さS_aは31.19 nm、従来工具は49.91 nmであり、表面粗さが約37.5%低減した。工具摩耗形態の解析では、両工具とも後刃面溝状摩耗が主要な形態であったが、新型工具の後刃面摩耗幅は比較的狭かった。工具構造設計によりレーザーを前刃面からのみ射出させることで後刃面の熱蓄積を効果的に抑制し、工具摩耗を緩和し、一定の切削距離範囲内で溶融石英のレーザーインシチュー補助切削の加工安定性と表面品質を著しく向上させ、硬脆材の高品質長距離超精密加工に有効な工具設計手法を示した。

溶融石英;レーザーインシチュー補助切削;表面品質;工具摩耗