(57)【要約】【課題】加工データ上は切削ツールと被切削物とが接触しないタイミングで切削ツールと被切削物とが接触したことを検知できる切削加工機を提供する。【解決手段】  本発明に係る切削加工機１０は、被切削物２００を保持する保持部７０または主軸６０の振動を測定する振動測定器１００を備える。また、被切削物２００の加工データに基づいて、主軸６０および保持部７０の移動経路を、切削ツール２１０が被切削物２００に接触する接触区間と、切削ツール２１０が被切削物２００から離間する非接触区間とに区分する。非接触区間における振動の上限値が設定され、非接触区間において測定された振動が上限値を越える場合に、切削ツール２１０が被切削物２００に接触していると判定する。【選択図】図３
2020135209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するスピンドルと、前記スピンドルに設けられ切削ツールを把持する把持部と、を備えた主軸と、
被切削物を保持する保持部と、
前記主軸と前記保持部とを相対的に移動させる移動装置と、
前記保持部または前記主軸に設けられ、振動を測定するとともに振動の大きさに対応した信号を送信する振動測定器と、
少なくとも前記スピンドル、前記移動装置、および前記振動測定器に接続された制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記被切削物の加工データに基づいて、前記移動装置が前記主軸および前記保持部を移動させる移動経路を、前記切削ツールが前記被切削物に接触する接触区間と、前記切削ツールが前記被切削物から離間する非接触区間とに区分する区間設定部と、
前記振動測定器からの信号を受信する信号受信部と、
前記非接触区間において前記振動測定器が測定する振動についての上限値が設定される第１振動設定部と、
前記信号受信部が受信する信号に基づく振動と前記第１振動設定部で設定された前記上限値とを比較し、振動が前記非接触区間において前記上限値を越える場合に前記切削ツールが前記被切削物に接触していると判定する第１判定部と、
を備えている、
切削加工機。
【請求項２】
前記制御装置は、前記非接触区間において前記切削ツールが前記被切削物に接触していると前記第１判定部が判定した場合に加工を停止する第１停止部を備えている、
請求項１に記載の切削加工機。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記接触区間において前記振動測定器が測定する振動についての下限値が設定される第２振動設定部と、
前記信号受信部が受信する信号に基づく振動と前記第２振動設定部で設定された前記下限値とを比較し、振動が前記接触区間において前記下限値を下回る場合に前記切削ツールが前記被切削物に接触していないと判定する第２判定部と、
を備えている、
請求項１または２に記載の切削加工機。
【請求項４】
前記制御装置は、前記接触区間において前記切削ツールが前記被切削物に接触していないと前記第２判定部が判定した場合に加工を停止する第２停止部を備えている、
請求項３に記載の切削加工機。
【請求項５】
前記信号受信部は、前記振動測定器からの信号のうち予め定められた閾値よりも小さい振動に対応する部分をカットするハイパスフィルタを備え、前記ハイパスフィルタを通過した信号を受信する、
請求項１〜４のいずれか一つに記載の切削加工機。
【請求項６】
前記振動測定器は、前記保持部に設けられている、
請求項１〜５のいずれか一つに記載の切削加工機。
【請求項７】
前記保持部は、
前記被切削物を保持する保持部材と、
前記保持部材を回転可能に支持する回転軸と、
前記保持部材を前記回転軸周りに回転させる駆動部と、
を備え、
前記振動測定器は、前記回転軸の軸線上に設けられている、
請求項６に記載の切削加工機。
【請求項８】
前記振動測定器は、加速度センサを備えている、
請求項１〜７のいずれか一つに記載の切削加工機。
【請求項９】
前記振動測定器は、前記保持部に設けられ、
前記移動装置は、前記保持部を少なくとも第１方向に移動させるように構成され、
前記加速度センサは、互いに直交する３方向についての加速度をそれぞれ測定可能に構成され、
前記互いに直交する３方向のうちの少なくとも１方向は、前記第１方向に対して直交している、
請求項８に記載の切削加工機。
【請求項１０】
複数の切削ツールを収容可能なツール収容部を備え、
前記制御装置は、前記被切削物の加工データに切削ツールの交換コマンドが含まれている場合に、前記移動装置および前記把持部を制御して前記把持部に把持される切削ツールを交換するツール交換部を備えている、
請求項１〜９のいずれか一つに記載の切削加工機。
【請求項１１】
前記複数の切削ツールは、
棒状の第１ツールと、
前記第１ツールよりも細い棒状の第２ツールと、
を含み、
前記被切削物の加工データは、切削ツールの交換コマンドを含み、
前記切削ツールの交換コマンドは、前記第１ツールよりも前記第２ツールを後に使用するように設定されている、
請求項１０に記載の切削加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば人口歯などを切削加工で製作する切削加工機が知られている。例えば特許文献１には、ワークを保持する保持部と、加工ツールを回転させるスピンドル（主軸）と、保持部およびスピンドルを３次元的に移動させる機構と、複数の加工ツールを収納するマガジンとを備え、切削加工の種類に応じて加工ツールを交換可能な切削加工機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−９４４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、切削加工機による切削加工において、加工データ上では切削ツールと被切削物とが接触しないタイミングであるにもかかわらず、切削ツールと被切削物とが接触してしまう場合がある。例えば、加工途中で切削ツールを交換する切削加工の場合であって、先に使用する切削ツールが摩耗しているときなどにこのようなことが起こり得る。先に使用する切削ツールが摩耗していると、被切削物は加工データよりも少なく切削される。よって、先の切削ツールによる切削が終了した時点の被切削物の大きさは、加工データ上の大きさよりも大きくなる。そのため、後に使用する切削ツールが、加工データ上は被切削物と接触しないタイミングであるにもかかわらず、被切削物と接触する。その他、例えば、切削ツールまたは被切削物の付け間違い等によっても同様のことが起こり得る。そのような場合に、そのまま加工を続けると、例えば、切削ツールが折れるなどの不具合が発生する場合がある。よって、加工データ上では切削ツールと被切削物とが接触しないタイミングで切削ツールと被切削物とが接触した場合には、それを検出し、例えば、加工を停止する等の対処をしたい。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工データ上は切削ツールと被切削物とが接触しないタイミングで切削ツールと被切削物とが接触した場合に、それを検出することができる切削加工機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示する切削加工機は、主軸と、被切削物を保持する保持部と、前記主軸と前記保持部とを相対的に移動させる移動装置と、振動測定器と、制御装置とを備える。前記主軸は、回転するスピンドルと、前記スピンドルに設けられ切削ツールを把持する把持部とを備えている。前記振動測定器は、前記保持部または前記主軸に設けられ、振動を測定するとともに振動の大きさに対応した信号を送信する。前記制御装置は、少なくとも前記スピンドル、前記移動装置、および前記振動測定器に接続されている。
前記制御装置は、区間設定部と、信号受信部と、第１振動設定部と、第１判定部とを備えている。前記区間設定部は、前記被切削物の加工データに基づいて、前記移動装置が前記主軸および前記保持部を移動させる移動経路を、前記切削ツールが前記被切削物に接触する接触区間と、前記切削ツールが前記被切削物から離間する非接触区間とに区分する。前記信号受信部は、前記振動測定器からの信号を受信する。前記第１振動設定部では、前記非接触区間において前記振動測定器が測定する振動についての上限値が設定される。前記第１判定部は、前記信号受信部が受信する信号に基づく振動と前記第１振動設定部で設定された前記上限値とを比較し、振動が前記非接触区間において前記上限値を越える場合に前記切削ツールが前記被切削物に接触していると判定する。
【０００７】
上記切削加工機によれば、加工データにおいて切削ツールと被切削物とが接触しない非接触区間と、切削ツールと被切削物とが接触する接触区間とが区別されるとともに、振動測定器によって切削ツールまたは被切削物の振動が測定される。そして、非接触区間において測定された振動が所定の上限値よりも大きい場合には、非接触区間にもかかわらず切削ツールと被切削物とが接触していると判定される。よって、上記切削加工機によれば、加工データ上は切削ツールと被切削物とが接触しないタイミングで切削ツールと被切削物とが接触した場合に、それを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る切削加工機の斜視図である。
【図２】扉を開けた状態の切削加工機を示す斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】保持部およびマガジンの構成を示す斜視図である。
【図５】粗削りツールおよび仕上げツールを模式的に示す正面図である。
【図６】切削加工機のブロック図である。
【図７】粗削りツールで被切削物を粗削りした後に仕上げツールで仕上げ加工する場合の異常検知の流れを示すフローチャートである。
【図８】異常振動の判定ステップの詳細を示すフローチャートである。
【図９】ハイパスフィルタを通過した信号を示す模式図である。
【図１０】他の実施形態に係る保持部の平面図である。
【図１１】第２の他の実施形態に係る保持部の左側面図である。
【図１２】第２の他の実施形態に係る切削加工機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、一実施形態に係る切削加工機について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。
【００１０】
図１は、一実施形態に係る切削加工機１０の斜視図である。図２は、図１の扉３０を開けた状態の切削加工機１０を示す斜視図である。以下の説明では、左、右、上、下とは、切削加工機１０の扉３０側にいるユーザーから見た場合の左、右、上、下をそれぞれ意味することとする。また、上記ユーザーが切削加工機１０に近づく方を後方、遠ざかる方を前方とする。図面中の符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ前、後、左、右、上、下を表す。本実施形態に係る切削加工機１０は、相互に直交する軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸としたときに、Ｘ軸とＹ軸とで構成される平面に置かれるものとする。ここでは、Ｘ軸は、前後方向に延びる。Ｙ軸は、左右方向に延びる。Ｚ軸は、上下方向に延びる。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、切削加工機１０の設置態様を何ら限定するものではない。
【００１１】
図１に示すように、切削加工機１０は箱状に形成されている。本実施形態では、切削加工機１０は、筐体２０と、扉３０とを備えている。筐体２０は、被切削物２００（図４参照）を保持する保持部７０（図４参照）や、切削ツール２１０（図３参照）を回転させる主軸６０（図３参照）などを収納している。筐体２０は、底面壁２１と、前面壁２２と、左側壁２３と、右側壁２４と、天面壁２５と、背面壁２６とを有している。筐体２０の各部材はそれぞれ、鋼板などによって形成されている。底面壁２１は、ここでは、ＸＹ平面に平行に設けられている。底面壁２１は、切削加工機１０全体の底面を構成している。底面壁２１の左端には左側壁２３が接続されている。左側壁２３は、底面壁２１の左端からＺ方向に延びている。底面壁２１の右端には右側壁２４が接続されている。右側壁２４は、底面壁２１の右端からＺ方向に延びている。底面壁２１の後端には背面壁２６が接続されている。背面壁２６は、底面壁２１の後端からＺ方向に延びている。背面壁２６の左端および右端は、それぞれ左側壁２３の後端および右側壁２４の後端と接続されている。天面壁２５は底面壁２１に平行に形成され、左側壁２３の上端、右側壁２４の上端、および背面壁２６の上端と接続されている。底面壁２１の前端には前面壁２２が接続されている。前面壁２２は、底面壁２１の前端から斜め上方に延びている。詳しくは、後方に傾きながら上方に延びている。前面壁２２の左端は左側壁２３の前端と接続されている。前面壁２２の右端は右側壁２４の前端と接続されている。前面壁２２は、左側壁２３および右側壁２４よりも高さが低い。そのため、筐体２０には、前面に開口部２０ａが形成されている。
【００１２】
筐体２０の開口部２０ａには、扉３０が設けられている。扉３０は、開閉可能に構成されている。詳しくは、扉３０は、筐体２０に対し、左側壁２３の前端および右側壁２４の前端に沿って上下方向にスライド可能に取り付けられている。扉３０が上下方向にスライドすることで、筐体２０の前部の開口部２０ａを通じて筐体２０の内部と外部を連通させることができる。なお、ここでは扉３０は上下方向にスライドすることによって開閉するが、横開き等の種々の形態を取ることができる。扉３０には、筐体２０の内部を視認可能な窓部３１が設けられている。
【００１３】
筐体２０の内部は、内部壁によって複数のエリアに分割されている。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図２および図３に示されるように、筐体２０の内部には、内部壁として、下面壁４１と、後方壁４２と、仕切り壁４３と、後方仕切り壁４４とが設けられている。後方仕切り壁４４は、筐体２０内部の背面壁２６に近い側に配置され、上下方向に延びている。後方仕切り壁４４は、筐体２０の内部を前方側のエリアと後方側のエリアに区切っている。後方仕切り壁４４によって区切られた後方側の空間は、背面エリアＳ１を構成している。背面エリアＳ１には、制御装置１５０などが収容されている。後方仕切り壁４４によって区切られた前方側の空間には、下面壁４１と後方壁４２とが配置されている。下面壁４１は、筐体２０の前面壁２２の上端に、前面壁２２と垂直に接続されている。前述したように前面壁２２は後方に傾いて形成されており、前面壁２２に垂直に配置された下面壁４１もＸＹ平面に対して傾斜して形成されている。詳しくは、下面壁４１は、前方から後方にかけて下降傾斜している。下面壁４１の後端には、後方壁４２が、下面壁４１と垂直に接続されている。図３に示すように、後方壁４２は、下面壁４１との接続部から斜め上方に延び、後方仕切り壁４４に接続している。下面壁４１と、後方壁４２と、後方仕切り壁４４の後方壁４２より上側部分とは、筐体２０の内部に内部空間を構成している。上記内部空間は、下面壁４１に対して垂直に配置された仕切り壁４３によって、さらに加工エリアＳ２と、制御エリアＳ３とに仕切られている。
【００１４】
図２に示されているように、仕切り壁４３は、下面壁４１と後方壁４２と後方仕切り壁４４とによって区切られた内部空間を、さらに左右に区切っている。そのうち左側の空間は、その内部で被切削物２００の切削加工が行われる加工エリアＳ２である。右側の空間は、後述する保持部材７１の回転やマガジン５０の移動を制御する駆動部などが収容された制御エリアＳ３である。制御エリアＳ３の前面には、制御エリアＳ３を外部と隔離するカバー４５が取り付けられている。加工エリアＳ２は、制御エリアＳ３よりも広く構成されている。
【００１５】
このように、加工エリアＳ２および制御エリアＳ３は、切削加工機１０のＸ方向およびＺ方向に対して後方に向かって下降傾斜して形成されている。そこで、以下では、加工エリアＳ２において、下面壁４１に対して垂直な方向をＺ１方向と称することとする。また、下面壁４１に直交する前面壁２２に対して垂直な方向をＸ１方向と称することとする。Ｘ１方向、Ｙ方向、Ｚ１方向は互いに直交している。さらに、このように互いに直交するＸ１方向およびＺ１方向について、Ｘ１方向の前方をＦ１、後方をＲｒ１とし、Ｚ１方向の上方をＵ１、下方をＤ１とする。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、切削加工機１０の設置態様を何ら限定するものではない。
【００１６】
図３に示すように、加工エリアＳ２の内部には、保持部７０、マガジン５０、主軸６０、および移動装置９０が配置されている。図４は、保持部７０およびマガジン５０の構成を示す斜視図である。図４に示すように、本実施形態では、被切削物２００を保持する保持部７０と、切削ツール２１０を収容するマガジン５０とが一体に組み付けられている。
【００１７】
保持部７０は、被切削物２００を保持する。図４に示すように、保持部７０は、保持部材７１と、回転機構８０とを備えている。保持部材７１は、被切削物２００を保持する。ここでは、被切削物２００は円板状に形成されており、保持部材７１は、半円弧状に構成されている。被切削物２００は、例えば人工歯の材料である。被切削物２００は、半円弧状の保持部材７１に差し込まれ、固定される。本実施形態では、保持部材７１は図示しないネジ等を備えている。ユーザーがネジ等を締めることにより、保持部材７１は、被切削物２００をクランプして固定する。
【００１８】
回転機構８０は、保持部材７１を回転可能に支持している。回転機構８０は、第１回転軸８１と、第２回転軸８２と、第３回転軸８３と、支持部材８４と、第１駆動部８５と、第２駆動部８６（図４には図示せず、図６参照）とを備えている。図４に示すように、第１回転軸８１および第２回転軸８２は、それぞれＦ１方向およびＲｒ１方向から保持部材７１を回転可能に支持している。第１回転軸８１は、保持部材７１のＦ１方向に設けられた第１駆動部８５に接続されている。第１駆動部８５は、特に限定されないが、例えばモータである。第１駆動部８５は、第１回転軸８１を、Ｘ１軸を軸にしてＴ１方向に回転させる。第１駆動部８５の駆動によって、保持部材７１は、第１回転軸８１周りのＴ１方向に回転する。保持部材７１および第１駆動部８５は、Ｌ字状に形成された支持部材８４によって支持されている。支持部材８４は、第１支持部８４ａと、第２支持部８４ｂとを有している。第１支持部８４ａは、Ｘ１方向に延びた部材である。第２支持部８４ｂは、第１支持部８４ａの後端から左方に延びた部材である。第１支持部８４ａの前端は、第１駆動部８５を支持している。第２支持部８４ｂは、第２回転軸８２を支持している。また、第１支持部８４ａの中央部分には、第３回転軸８３が接続されている。第３回転軸８３は、保持部材７１のＸ１方向の中心に対応する位置に接続されている。第３回転軸８３は、図４には図示しない第２駆動部８６（図６参照）に接続されている。この第２駆動部８６が駆動することで、第３回転軸８３は、支持部材８４の第１支持部８４ａをＹ軸周りのＴ２方向に回転させる。支持部材８４の回転によって、保持部材７１も第３回転軸８３周りのＴ２方向に回転する。
【００１９】
保持部材７１は、切削加工中などを除き、基本的に図４に図示した回転位置に配置されている。即ち、Ｘ１−Ｙ平面に平行な回転位置に配置されている。以下、このＸ１−Ｙ平面に平行な保持部材７１の回転位置をホームポジションとも呼ぶ。保持部材７１は、切削加工中には、必要に応じて、Ｔ１方向およびＴ２方向に回転される。
【００２０】
図４に示すように、保持部７０には、振動測定器１００が設けられている。より詳しくは、振動測定器１００は、第２支持部８４ｂの下面に設けられている。ただし、振動測定器１００は、必ずしも上記場所に設けられる必要はない。振動測定器１００は、振動を検出するセンサである。振動測定器１００は、加速度センサ１１０（図６参照）を備えている。加速度センサ１１０は、それ自体が加速度をもって移動されたときの加速度を測定する。加速度センサ１１０は、例えば、加速度が加えられると可動部が移動して非可動部分との距離が変化することを利用して加速度を測定する。上記可動部の移動距離は、例えば、静電容量の変化やスプリングの歪みなどによって計測される。振動測定器１００は、それ自体に加えられた加速度を測定することによって、保持部７０の振動の大きさを測定している。
【００２１】
加速度センサ１１０は、互いに直交する３方向についての加速度を測定可能に構成されている。加速度センサ１１０は、第１方向についての加速度を測定可能な第１加速度センサ１１１と、第１方向に直交する第２方向についての加速度を測定可能な第２加速度センサ１１２と、第１方向および第２方向に直交する第３方向についての加速度を測定可能な第３加速度センサ１１３（第１加速度センサ１１１〜第３加速度センサ１１３については図６参照）とを備えている。
【００２２】
振動測定器１００は、出力部１２０（図６参照）を備えている。出力部１２０は、加速度センサ１１０が検出した振動の大きさに対応した信号を送信するように構成されている。この信号は、例えばアナログの電流信号である。ここでは、出力部１２０が出力する信号は、第１加速度センサ１１１が測定した第１方向の振動と、第２加速度センサ１１２が測定した第２方向の振動と、第３加速度センサ１１３が測定した第３方向の振動とをベクトル合成して得られる振動の大きさに対応している。
【００２３】
図４に示すように、マガジン５０は、保持部７０を支持している。マガジン５０は、複数の切削ツール２１０を収容可能なツール収容部の一例である。マガジン５０は、箱状に形成されている。マガジン５０の上面５０ａには、穴状のストッカー５１が複数形成されている。ストッカー５１には、切削ツール２１０が収容される。マガジン５０にストッカー５１が複数設けられていることによって、様々な種類の切削ツール２１０をマガジン５０に収容することができる。本実施形態では、マガジン５０には、１０個のストッカー５１が設けられている。１０個のストッカー５１は、マガジン５０に、Ｘ１方向に５個ずつ、Ｙ方向に２列に亘って配列されている。
【００２４】
切削ツール２１０は、被切削物２００を切削する工具である。切削ツール２１０は、棒状に形成されている。マガジン５０は様々な種類の切削ツール２１０を収納していてよいが、切削ツール２１０は、少なくとも、棒状の粗削りツール２１１と、同じく棒状の仕上げツール２１２とを含んでいる。粗削りツール２１１は、被切削物２００の形状をおおまかに形成するための切削ツールである。粗削りツール２１１は、被切削物２００のおおまかな形状を迅速に形成するために比較的太い棒状に形成されている。仕上げツール２１２は、粗削りツール２１１よりも細い棒状に形成されている。
【００２５】
図５は、粗削りツール２１１および仕上げツール２１２を模式的に示す正面図である。図５に示すように、粗削りツール２１１には、フランジ部２１１ｂが設けられている。フランジ部２１１ｂは、穴状のストッカー５１に対応した形状に構成されている。図４に示すように、粗削りツール２１１がストッカー５１に収容される際には、フランジ部２１１ｂがストッカー５１に嵌め込まれる。フランジ部２１１ｂよりも上方には、被把持部２１１ａが形成されている。被把持部２１１ａの直径は、フランジ部２１１ｂの直径よりも小さく構成されている。粗削りツール２１１が主軸６０によって把持される際には、この被把持部２１１ａが把持される。図５に示すように、フランジ部２１０ｂよりも下方には、刃物部２１１ｃが設けられている。主軸６０が粗削りツール２１１を把持してＺ１軸周りに回転することで、粗削りツール２１１もＺ１軸周りに回転する。回転状態にある粗削りツール２１１の刃物部２１１ｃが被切削物２００に当接することで、被切削物２００に対して切削加工が行われる。
【００２６】
図５に示すように、仕上げツール２１２は、粗削りツール２１１よりも細い棒状に形成されている。仕上げツール２１２の刃物部２１２ｃの直径は、粗削りツール２１１の刃物部２１１ｃの直径よりも小さい。仕上げツール２１２は、被切削物２００の最終形状を仕上げるための切削ツールである。仕上げツール２１２の刃物部２１２ｃは、より微細な加工が可能となるように、粗削りツール２１１の刃物部２１１ｃよりも細い棒状に形成されている。仕上げツール２１２は、粗削りツール２１１と同じ形状のフランジ部２１２ｂおよび被把持部２１２ａを備えている。
【００２７】
マガジン５０は、右方に配設されたＸ１方向移動機構９１（図４には図示せず、図３参照）に固定されている。Ｘ１方向移動機構９１の構成は特に限定されないが、例えば、モータとねじ送り機構等を備えている。Ｘ１方向移動機構９１は、制御装置１５０に接続され、制御装置１５０によって制御されている。保持部７０は、Ｘ１方向移動機構９１の駆動により、マガジン５０と一体的にＸ１方向に移動する。その際、保持部７０に保持された被切削物２００も、保持部７０とともにＸ１方向に移動する。
【００２８】
主軸６０は、切削ツール２１０を把持して回転させるように構成されている。主軸６０は、スピンドル６１と、駆動部６２と、把持部６３とを備えている。
【００２９】
スピンドル６１は、Ｚ１軸周りに回転するように構成されている。スピンドル６１は、駆動部６２によって回転される。駆動部６２は、例えばモータである。駆動部６２とスピンドル６１とは、例えば、図示しない無端状のベルトによって接続されている。この図示しないベルトにより、駆動部６２の回転がスピンドル６１に伝達される。駆動部６２は、制御装置１５０に接続され、制御装置１５０によって制御されている。駆動部６２は、制御装置１５０の制御により、スピンドル６１を指定されたタイミングと指定された回転数で回転させる。
【００３０】
把持部６３は、切削ツール２１０を把持している。把持部６３は、スピンドル６１の下端部に設けられている。把持部６３の構成は特に限定されないが、ここでは、圧縮空気の圧力によって開放され、圧縮空気の圧力が掛からなくなると閉鎖されるコレットを備えている。把持部６３には、圧縮空気を送る配管（図示せず）が接続されている。配管の途中には、圧縮空気の流れを制御する電磁バルブ（図示せず）が設けられている。電磁バルブは、制御装置１５０に接続され、制御装置１５０によって制御されている。電磁バルブは制御装置１５０の制御により、指定されたタイミングで開閉され、それにより、把持部６３が指定されたタイミングで開閉される。把持部６３が開閉されることにより、把持部６３は、切削ツール２１０を把持し、または開放する。把持部６３は、スピンドル６１が回転すると、スピンドル６１とともにＺ１軸周りに回転する。把持部６３に把持された切削ツール２１０は、スピンドル６１とともにＺ１軸周りに回転する。
【００３１】
図３に示すように、主軸６０は、Ｙ方向移動機構９２およびＺ１方向移動機構９３により、それぞれＹ方向およびＺ１方向に移動される。Ｙ方向移動機構９２およびＺ１方向移動機構９３の構成も特に限定されないが、例えば、それぞれモータとねじ送り機構等を備えている。Ｙ方向移動機構９２およびＺ１方向移動機構９３は、それぞれ制御装置１５０に接続され、制御装置１５０によって制御されている。主軸６０は、Ｙ方向移動機構９２およびＺ１方向移動機構９３の駆動により、Ｙ方向およびＺ１方向に移動する。その際、把持部６３に把持された切削ツール２１０も、主軸６０とともにＹ方向およびＺ１方向に移動する。
【００３２】
Ｘ１方向移動機構９１とＹ方向移動機構９２とＺ１方向移動機構９３とは、主軸６０と保持部７０とを相対的に移動させる移動装置９０を構成している。ここでは、Ｘ１方向移動機構９１は、保持部７０をＸ１方向に移動させる。Ｙ方向移動機構９２は、主軸６０をＹ方向に移動させる。Ｚ１方向移動機構９３は、主軸６０をＺ１方向に移動させる。しかし、移動装置９０は、主軸６０および保持部７０のうちのいずれか一方または両方を、互いに直交する３方向に移動させるように構成されていればよく、それ以上限定されない。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態に係る切削加工機１０は、筐体２０の前面壁２２に操作パネル１５１を備えている。ユーザーは、操作パネル１５１を介して切削加工機１０の操作を行う。操作パネル１５１は、機器状態などを示す表示装置や、操作ボタン等を備えている。操作パネル１５１は、制御装置１５０に電気的に接続されている。
【００３４】
制御装置１５０は、背面エリアＳ１に設けられている。図６は、本実施形態に係る切削加工機１０のブロック図である。図６に示すように、制御装置１５０は、主軸６０の駆動部６２および把持部６３と、回転機構８０の第１駆動部８５および第２駆動部８６と、Ｘ１方向移動機構９１と、Ｙ方向移動機構９２と、Ｚ１方向移動機構９３と、振動測定器１００とに接続されている。制御装置１５０は、切削制御部１６０と、ツール交換部１７０と、異常診断部１８０とを備えている。
【００３５】
制御装置１５０の構成は特に限定されない。制御装置１５０は、例えばマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータのハードウェア構成は特に限定されないが、例えば、ホストコンピュータ等の外部機器から印刷データ等を受信するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）と、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（random access memory）と、上記プログラムや各種データを格納するメモリ等の記憶装置とを備えている。
【００３６】
切削制御部１６０は、被切削物２００の切削加工に係る動作を制御する。切削制御部１６０は、移動装置９０を制御して、被切削物２００と切削ツール２１０との三次元的位置関係を指定された位置関係とする。また、回転機構８０を制御して、被切削物２００の姿勢を指定された姿勢にする。切削制御部１６０は、さらに、主軸６０を制御して切削ツール２１０を指定された回転数で回転させる。これらの動作により、被切削物２００は、加工データに規定された形状に切削加工される。
【００３７】
ツール交換部１７０は、被切削物２００の加工データに切削ツール２１０の交換コマンドが含まれている場合に、移動装置９０および把持部６３を制御して、把持部６３に把持される切削ツール２１０を交換する。切削ツール２１０の交換コマンドには、切削ツール２１０の種類に応じて様々なものがあるが、例えば、粗削りツール２１１から仕上げツール２１２への交換のコマンド等が含まれている。
【００３８】
異常診断部１８０は、振動測定器１００が測定する保持部７０の振動に基づいて、切削ツール２１０の異常の有無を診断する。異常診断部１８０は、区間設定部１８１と、信号受信部１８２と、第１振動設定部１８３と、第１判定部１８４と、第１停止部１８５と、第２振動設定部１８６と、第２判定部１８７と、第２停止部１８８とを備えている。
【００３９】
区間設定部１８１は、被切削物２００の加工データに基づいて、移動装置９０が主軸６０および保持部７０を移動させる移動経路を、接触区間と非接触区間とに区分する。接触区間は、加工データ上、切削ツール２１０が被切削物２００に接触する区間である。非接触区間は、加工データ上、切削ツール２１０が被切削物２００から離間する区間である。区間設定部１８１による区分によって、加工データ上は切削ツール２１０が被切削物２００に接触しているはずの時間帯と、加工データ上は切削ツール２１０が被切削物２００から離れているはずの時間帯とを区別することができる。異常がない場合、接触区間では、切削ツール２１０が被切削物２００に接触した状態で切削ツール２１０および被切削物２００が移動され、被切削物２００の加工が行われる。非接触区間では、被切削物２００の切削を伴わないで、被切削物２００および切削ツール２１０が移動される。
【００４０】
信号受信部１８２は、振動測定器１００からの信号を受信している。信号受信部１８２は、例えば、一定の時間周期で振動測定器１００からの信号を取得する。図６に示すように、信号受信部１８２は、ハイパスフィルタ１８２ａを備えている。ハイパスフィルタ１８２ａは、振動測定器１００からの信号のうち予め定められた閾値よりも小さい振動に対応する部分をカットする。信号受信部１８２は、ハイパスフィルタ１８２ａを通過した信号を受信するように構成されている。よって、信号受信部１８２は、ハイパスフィルタ１８２ａに設定された閾値以上の出力を有する信号だけを受信する。ハイパスフィルタ１８２ａに設定される閾値については後述する。
【００４１】
第１振動設定部１８３では、非接触区間において振動測定器１００が測定する振動についての上限値が設定される。第１判定部１８４は、信号受信部１８２が受信する信号に基づく振動と、第１振動設定部１８３で設定された上限値とを比較する。第１判定部１８４は、非接触区間において、信号受信部１８２が受信する信号に基づく振動が上限値を越える場合に、切削ツール２１０が被切削物２００に接触していると判定する。言い換えれば、非接触区間において異常が発生していると判定する。第１停止部１８５は、非接触区間において切削ツール２１０が被切削物２００に接触していると第１判定部１８４が判定した場合に、加工を停止するように設定されている。異常の内容、および、第１振動設定部１８３で設定される振動の上限値については後述する。
【００４２】
第２振動設定部１８６では、接触区間において振動測定器１００が測定する振動についての下限値が設定される。第２判定部１８７は、信号受信部１８２が受信する信号に基づく振動と、第２振動設定部１８６で設定された下限値とを比較する。第２判定部１８７は、接触区間において、信号受信部１８２が受信する信号に基づく振動が下限値を下回る場合に、切削ツール２１０が被切削物２００に接触していないと判定する。言い換えれば、接触区間において異常が発生していると判定する。第２停止部１８８は、接触区間において切削ツール２１０が被切削物２００に接触していないと第２判定部１８７が判定した場合に、加工を停止するように設定されている。異常の内容、および、第２振動設定部１８６で設定される振動の下限値については後述する。
【００４３】
以下に、切削ツール２１０に係る異常検知のプロセスについて説明する。以下では、まずパターン１として、粗削りツール２１１で被切削物２００を粗削りした後に仕上げツール２１２で仕上げ加工をする場合であって、粗削りツール２１１が摩耗していた場合の異常検知について説明する。その後、パターン２として、粗削りツール２１１で被切削物２００を粗削りした後に仕上げツール２１２で仕上げ加工をする場合であって、粗削りツール２１１が切削中に折れた場合の異常検知について説明する。なお、これらの例は、説明のための典型的な不具合であって、本実施形態に係る切削加工機１０によって検知できる不具合は、これらに限定されるわけではない。
【００４４】
（パターン１）
図７は、粗削りツール２１１で被切削物２００を粗削りした後に仕上げツール２１２で仕上げ加工をする場合の異常検知の流れを示すフローチャートである。図７に示すように、ステップＳ１０では、被切削物２００の加工データに基づいて、移動装置９０が主軸６０および保持部７０を移動させる移動経路が、切削ツール２１０が被切削物２００に接触する接触区間と、切削ツール２１０が被切削物２００から離間する非接触区間とに区分される。
【００４５】
続くステップＳ２０では、切削ツール２１０として粗削りツール２１１が選択される。選択された粗削りツール２１１は、主軸６０の把持部６３に把持される。切削ツール２１０の把持動作においては、制御装置１５０は、Ｘ１方向移動機構９１およびＹ方向移動機構９２を制御して、主軸６０を指定の切削ツール２１０が収納されたストッカー５１のＵ１方向に移動させる。さらに、Ｚ１方向移動機構９３および把持部６３を制御して、把持部６３に指定の切削ツール２１０を把持させる。このとき既に指定の切削ツール２１０が把持部６３に把持されている場合には、この作業は省略されてもよい。また、別の切削ツール２１０が把持部６３に把持されている場合には、当該別の切削ツール２１０をストッカー５１に戻す作業が先に行われてもよい。
【００４６】
ステップＳ３０では、粗削りツール２１１を使って被切削物２００の粗削りが行われる。粗削りでは、最終的な被切削物２００の外形よりも、例えば１ｍｍ程度大きい寸法を狙って加工が行われる。ステップＳ３０の「粗削り」の内容には、粗削りツール２１１が被切削物２００に接触して被切削物２００を切削することと、被切削物２００の切削なしに被切削物２００および粗削りツール２１１を移動させること（空移動とも言う）が含まれる。加工データ上、粗削りツール２１１が被切削物２００に接触して被切削物２００を切削する区間は、接触区間である。加工データ上、粗削りツール２１１が被切削物２００に接触せず、被切削物２００および粗削りツール２１１が空移動する区間は、非接触区間である。なお、ステップＳ３０では、まず粗削りツール２１１が主軸６０によって指定の回転数で回転される。その後、被切削物２００および粗削りツール２１１が移動される。
【００４７】
ステップＳ４０では、粗削りが終了したかどうかが判断される。加工データの粗削りが終了するまでは、異常がない限り、粗削りは継続される。ステップＳ４０の結果が「ＮＯ」であり、粗削りがまだ終了していない場合は、ステップＳ５０において、保持部７０が異常振動していないかどうかが判定される。ステップＳ４０の結果が「ＹＥＳ」であり、粗削りが終了した場合は、ステップＳ７０以降の仕上げ加工に進む。
【００４８】
図８は、ステップＳ５０の詳細を示すフローチャートである。図８に示すように、ステップＳ５１では、振動測定器１００が送信する信号が受信される。この信号は、保持部７０に加えられる加速度に対応している。続くステップＳ５２では、判定時点が加工データ上の接触区間に属するか、非接触区間に属するかが確認される。
【００４９】
判定時点が非接触区間に属し、かつ、異常がない場合には、保持部７０は大きく振動しないはずである。より詳しくは、保持部７０に設けられた振動測定器１００は、切削時に印加されるような大きな加速度を検出せず、保持部７０の移動により印加される加速度やその他の小さな機械振動等だけを検出する。一方、もしも、判定時点が非接触区間に属しているにもかかわらず何らかの理由で粗削りツール２１１が被切削物２００に接触している場合には、保持部７０は大きく振動する。
【００５０】
前述したように、振動測定器１００が送信する信号は、ハイパスフィルタ１８２ａを通して受信される。図９は、ハイパスフィルタ１８２ａを通過した信号を示す模式図である。図９の縦軸は、加速度の大きさＡを表している。図９の横軸は、時間Ｔを表している。ハイパスフィルタ１８２ａの閾値は、ここでは、非接触区間において切削ツール２１０が被切削物２００に接触していない状態の保持部７０の加速度付近に設定されている。そこで、図９のＮ部に示すように、非接触区間において切削ツール２１０が被切削物２００に接触していない状態では、ハイパスフィルタ１８２ａを通過した信号は、ほぼ加速度「０」を示している。
【００５１】
一方、もしも、判定時点が非接触区間に属しているにもかかわらず何らかの理由で切削ツール２１０が被切削物２００に接触した場合には、図９のＡＮ部に示すように、ハイパスフィルタ１８２ａを通過した信号は、「０」から大きく乖離した大きな加速度を示す。
【００５２】
判定時点が非接触区間に属する場合（ステップＳ５２の結果が「ＹＥＳ」の場合）、ステップＳ５３において、保持部７０の加速度Ａ１が上限値Ａｍａｘを越えるかどうかが判定される。上限値Ａｍａｘは、予め定められた値であり、例えば、図９中に示したように、ハイパスフィルタ１８２ａを通過した信号が明瞭に「０」から乖離した場合にそれを検出できるように設定されている。
【００５３】
ステップＳ５３において保持部７０の加速度Ａ１が上限値Ａｍａｘ以下であった場合（ステップＳ５３の結果が「ＹＥＳ」の場合）、ステップＳ５４において、切削加工機１０は正常に動作していると判定される（正常判定）。ステップＳ５３において保持部７０の加速度Ａ１が上限値Ａｍａｘを越えていた場合（ステップＳ５３の結果が「ＮＯ」の場合）、ステップＳ５５において、非接触区間にもかかわらず切削ツール２１０が被切削物２００に接触していると判定される（異常判定）。図７に示すように、ステップＳ５５で異常判定がされた場合、ステップＳ６０において、切削加工機１０の動作が停止される。
【００５４】
なお、振動測定器１００からの信号は、判定時点の実値でもよいが、例えば、判定時点前のいくつかの実値の標準偏差や移動平均等でもよい。標準偏差や移動平均等の標準化された加速度を使用すれば、誤検知のリスクが抑えられ、判定の精度が向上する。
【００５５】
ステップＳ５２の結果が「ＮＯ」の場合（判定時点が接触区間に属している場合）、ステップＳ５６において、振動測定器１００が測定した加速度Ａ１が下限値Ａｍｉｎを下回っているかどうかが判定される。判定時点が接触区間に属している場合には、異常がなければ、切削ツール２１０により被切削物２００の切削加工が行われている。よって、切削加工に伴う大きな加速度が保持部７０に印加されている。一方、何らかの理由によって接触区間であるにもかかわらず切削ツール２１０が被切削物２００に接触していない場合には、ハイパスフィルタ１８２ａを通過した信号が示す加速度は、ほぼ「０」となる。
【００５６】
図９に示すように、下限値Ａｍｉｎは、ハイパスフィルタ１８２ａを通過した信号が明瞭に「０」に近づいた場合にそれを検出できるように設定されている。振動測定器１００が測定した加速度Ａ１が下限値Ａｍｉｎを下回っている場合、ステップＳ５６の結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ５８において、接触区間にもかかわらず切削ツール２１０が被切削物２００に接触していないと判定される（異常判定）。ステップＳ５８で異常判定がされた場合、図７に示すように、ステップＳ６０において、切削加工機１０の動作が停止される。振動測定器１００が測定した加速度Ａ１が下限値Ａｍｉｎ以上である場合、ステップＳ５６の結果は「ＹＥＳ」となり、続くステップＳ５７において、切削加工は正常に行われていると判定される。
【００５７】
なお、図９では、下限値Ａｍｉｎは上限値Ａｍａｘよりも小さく設定されたが、両者は同じ値でもよく、大小関係が逆でもよい。下限値Ａｍｉｎおよび上限値Ａｍａｘは、安全と誤検知の可能性とを考慮して、それぞれ適宜に設定されてよい。
【００５８】
パターン１では、粗削りツール２１１が摩耗している場合が想定されている。粗削りツール２１１が摩耗している場合、粗削りツール２１１の刃物部２１１ｃの直径は、当初よりも小さくなっている。粗削りツール２１１の摩耗によって接触区間において粗削りツール２１１が被切削物２００に接触しない不具合が生じた場合、ステップＳ５６が「ＮＯ」となり、切削加工が停止される。上記のような不具合が発生することなく粗削りが終了した場合には、ステップＳ７０に進む。
【００５９】
ステップＳ７０では、切削ツールが粗削りツール２１１から仕上げツール２１２に交換される。ステップＳ８０では、仕上げ加工が行われる。ステップＳ８０の「仕上げ加工」の内容には、仕上げツール２１２による被切削物２００の切削と、被切削物２００および仕上げツール２１２の空移動とが含まれる。
【００６０】
ステップＳ９０では、仕上げ加工が終了したかどうかが判断される。加工データ上の仕上げ加工が終了するまでは、異常がない限り、仕上げ加工は継続される。ステップＳ９０の結果が「ＮＯ」であり、仕上げ加工がまだ終了していない場合は、ステップＳ１００において、保持部７０が異常振動していないかどうかが判定される。ステップＳ９０の結果が「ＹＥＳ」であり、仕上げ加工を終えた場合は、切削加工のプロセスが終了する。ステップＳ１００の異常振動の判定は、ステップＳ５０と同じである。
【００６１】
パターン１の場合、粗削りツール２１１が摩耗しているため、粗削り終了後の被切削物２００の寸法は、加工データ上の寸法よりも大きくなっている。そこで、被接触区間において仕上げツール２１２が被切削物２００に接触するおそれがある。一般に、非接触区間では、総加工時間の短縮のため、主軸６０および保持部７０は高速で移動されている。このような高速移動中に仕上げツール２１２が被切削物２００に接触し、そのまま高速移動を続けると、仕上げツール２１２が折れてしまうおそれがある。また、そのまま仕上げ加工を行おうとすると、被切削物２００に対して刃物部２１２ｃが厚く入り過ぎ、同じく仕上げツール２１２が折れてしまうおそれがある。仕上げツール２１２は、粗削りツール２１１に比べて細いため折れやすい。パターン１のような粗削りツール２１１が摩耗しているケースで、従来から起こっている典型的な不具合は、このような仕上げツール２１２が折れる不具合である。
【００６２】
本実施形態に係る切削加工機１０では、被接触区間において仕上げツール２１２が被切削物２００に接触すると、ステップＳ１００において、仕上げツール２１２が被切削物２００に接触したと判定され、ステップＳ１１０において切削加工機１０の動作が停止される。そこで、例えば、仕上げツール２１２が折れるような不具合を少なくすることができる。
【００６３】
（パターン２）
不具合のパターン２では、粗削りツール２１１で被切削物２００を粗削りした後に仕上げツール２１２で仕上げ加工をする場合であって、粗削りツール２１１が粗削り中に折れた場合を想定する。粗削りツール２１１が粗削り中に折れ、そのことが検知できないと、仕上げツール２１２が非接触区間で被切削物２００に接触して折れてしまうおそれがある。非接触区間で切削ツール２１０が被切削物２００に接触した場合に切削加工機１０が停止するとしても、仕上げツール２１２が折れてしまう可能性はある。粗削りツール２１１が粗削り中に折れたことを検知できれば、そのような不具合を未然に防ぐことができる。
【００６４】
粗削りツール２１１が粗削り中に折れた場合、接触区間であるにもかかわらず粗削りツール２１１が被切削物２００に接触しない。よって、本実施形態に係る切削加工機１０では、ステップＳ５６の結果が「ＮＯ」となり、ステップＳ６０において切削加工が停止される。パターン２のような場合には、このようにして、粗削りツール２１１だけでなく、仕上げツール２１２も折れてしまう不具合を未然に防ぐことができる。
【００６５】
以上のように、本実施形態に係る切削加工機１０は、保持部７０に設けられ、振動を測定するとともに振動の大きさに対応した信号を送信する振動測定器１００を備えている。また、被切削物２００の加工データに基づいて、移動装置９０が主軸６０および保持部７０を移動させる移動経路を接触区間と非接触区間とに区分する区間設定部１８１と、非接触区間において振動測定器１００が測定する振動についての上限値Ａｍａｘが設定される第１振動設定部１８３と、測定された振動Ａ１と上限値Ａｍａｘとを比較し、振動Ａ１が非接触区間において上限値Ａｍａｘを越える場合に切削ツール２１０が被切削物２００に接触していると判定する第１判定部１８４とを備えている。かかる構成によれば、加工データ上は切削ツール２１０と被切削物２００とが接触しないタイミングで切削ツール２１０と被切削物２００とが接触した場合に、それを検出することができる。
【００６６】
また、本実施形態に係る切削加工機１０は、非接触区間において切削ツール２１０が被切削物２００に接触していると第１判定部１８４が判定した場合に加工を停止する第１停止部１８５を備えている。それにより、非接触区間において切削ツール２１０が被切削物２００に接触しているにもかかわらず作業を継続して、例えば、切削ツール２１０を折ってしまうような不具合を減らすことができる。
【００６７】
さらに、本実施形態に係る切削加工機１０は、接触区間において振動測定器１００が測定する振動についての下限値Ａｍｉｎが設定される第２振動設定部１８６と、測定された振動Ａ１と下限値Ａｍｉｎとを比較し、振動Ａ１が接触区間において下限値Ａｍｉｎを下回っている場合に切削ツール２１０が被切削物２００に接触していないと判定する第２判定部１８７とを備えている。かかる構成によれば、加工データ上は切削ツール２１０と被切削物２００とが接触するタイミングで切削ツール２１０と被切削物２００とが接触しない場合に、それを検出することができる。
【００６８】
本実施形態に係る切削加工機１０は、さらに、接触区間において切削ツール２１０が被切削物２００に接触していないと第２判定部１８７が判定した場合に加工を停止する第２停止部１８８を備えている。それにより、切削がされていないにもかかわらず加工を継続する無駄を省くことができる。また、次の切削ツールがある場合には、次の切削ツールの破損を予防することができる。
【００６９】
本実施形態では、信号受信部１８２は、振動測定器１００からの信号のうち予め定められた閾値よりも小さい振動に対応する部分をカットするハイパスフィルタ１８２ａを備え、ハイパスフィルタ１８２ａを通過した信号を受信するように構成されている。かかる構成によれば、切削ツール２１０と被切削物２００との接触以外の原因による振動の多くがカットされ、ほぼ切削ツール２１０と被切削物２００との接触による振動だけを取り出すことができる。よって、異常振動の検知精度を向上させることができる。
【００７０】
本実施形態では、振動測定器１００は、保持部７０に設けられている。振動測定器１００は、例えば、主軸６０に設けることもできる。しかし、振動測定器１００を主軸６０に設けると、振動測定器１００は、主軸６０の回転による振動を拾う。主軸６０の回転による振動は、周期が早く、切削ツール２１０と被切削物２００との接触による振動と区別しにくい。よって、振動測定器１００を保持部７０に設ける構成によれば、異常振動の誤検知が起こりにくい。
【００７１】
本実施形態では、振動測定器１００は、加速度センサ１１０を備えている。加速度センサ１１０で加速度を測定することにより、振動の大きさを確実に測定することができる。
【００７２】
ここに説明されたような異常振動の判定方法および判定のための制御装置は、複数の切削ツールを収容可能なツール収容部（本実施形態では、マガジン５０）を備え、被切削物の加工データに切削ツールの交換コマンドが含まれている場合に切削ツールを交換する切削加工機において特に有効である。切削ツールの交換を含む切削プロセスでは、上記したパターン１のように、先の切削ツールを使用するプロセスでは不具合が発見されず、その不具合が後の切削ツールを使用するプロセスでさらなる不具合を誘発するケースがある。本実施形態に係る異常振動の判定方法および判定のための制御装置によれば、少なくとも、後の切削ツールを使用するプロセスにおける不具合を抑制することができる。
【００７３】
中でも、切削ツールの交換コマンドが粗削りツール２１１のような太いツールよりも仕上げツール２１２のような細いツールを後に使用するように設定されている場合には特に有効である。細いツールは折れやすく、折れたツールは交換する必要があるため、不具合が発生した場合に復旧のコストが高くなる場合が多い。従って、本実施形態に係る異常振動の判定方法および判定のための制御装置によって不具合を減らせば、復旧コストを削減することができる。
【００７４】
（振動測定器の他の取り付け態様）
以下では、上記した実施形態における振動測定器１００の取り付け態様以外の好適な取り付け態様についていくつか説明する。なお、以下に説明する振動測定器１００の他の取り付け態様も、好適な例示に過ぎず、振動測定器１００の取り付け態様を限定するものではない。
【００７５】
（他の取り付け態様１）
図１０は、他の実施形態に係る保持部７０の平面図である。図１０に示すように、本実施形態では、振動測定器１００は、保持部材７１を回転可能に支持する第２回転軸８２に設けられている。ここでは、できるだけ保持部材７１の振動を確実に拾うため、振動測定器１００は、保持部材７１と固定された第２回転軸８２の後端に設けられている。なおかつ、振動測定器１００は、第２回転軸８２の軸線８２ａ上に設けられている。
【００７６】
例えば、できるだけ保持部材７１の振動を確実に拾うためには、振動測定器１００を保持部材７１に設けることも考えられる。例えば、振動測定器１００を、図１０の場所Ｐに設けたとすると、振動測定器１００の位置は、保持部材７１上の第２回転軸８２の軸線８２ａから少し離れる。そこで、この場合において第２回転軸８２とともに保持部材７１が回転したときの振動測定器１００の回転半径は、本実施形態において第２回転軸８２とともに保持部材７１が回転したときの振動測定器１００の回転半径よりも大きい。よって、保持部材７１の回転によって振動測定器１００に印加される加速度も大きい。保持部材７１またはこれと固定された部材に振動測定器１００を設けたい場合、保持部材７１の回転によって振動測定器１００に印加される加速度は、振動測定器１００が第２回転軸８２の軸線８２ａ上に設けられたときが最も小さい。
【００７７】
このように、振動測定器１００を第２回転軸８２の軸線８２ａ上に設ける構成によれば、保持部材７１の振動を確実に拾いつつ、保持部材７１を第２回転軸８２周りに回転させたときの振動測定器１００の測定値への影響を小さくすることができる。
【００７８】
（他の取り付け態様２）
振動測定器１００のさらに他の設置態様では、加速度センサ１１０が加速度を測定可能な３方向が、保持部７０に対して規定される。振動測定器１００の設置場所は、保持部７０に設けられることを除き、特に限定されない。振動測定器１００は、例えば、最初の実施形態と同じ場所に設けられてもよい。図１１は、本実施形態に係る保持部７０の左側面図である。図１１に示すように、振動測定器１００は、第２支持部８４ｂに設けられている。
【００７９】
前述したように、振動測定器１００は加速度センサ１１０（図６参照）を備え、加速度センサ１１０は、互いに直交する３方向についての加速度をそれぞれ測定可能に構成された第１加速度センサ１１１、第２加速度センサ１１２、および第３加速度センサ１１３（いずれも図６参照）を備えている。図１１に示すように、本実施形態では、第１加速度センサ１１１が加速度を測定する方向Ｄ１は、第２支持部８４ｂに直交する方向に設定されている。よって、保持部材７１がホームポジションに位置しているときには、Ｄ１方向は、Ｘ１方向と一致している。第２加速度センサ１１２が加速度を測定する方向Ｄ２は、第１支持部８４ａに直交する方向に設定されている。よって、保持部材７１がホームポジションに位置しているときには、Ｄ２方向は、Ｙ方向と一致している。第３加速度センサ１１３が加速度を測定する方向Ｄ３は、第１支持部８４ａおよび第２支持部８４ｂに平行な方向に設定されている。よって、保持部材７１がホームポジションに位置しているときには、Ｄ３方向は、Ｚ１方向と一致している。
【００８０】
図１１に示すように、保持部材７１が第３回転軸８３周り（Ｔ２方向）に角度θだけ回転したときには、第１加速度センサ１１２が加速度を測定する方向は、Ｄ１ａ方向に変化する。Ｄ１ａ方向は、Ｄ１方向を第３回転軸８３周りに、角度θだけ回転させた方向である。保持部材７１が第３回転軸８３周り（Ｔ２方向）に回転されると、第１加速度センサ１１１が加速度を測定する方向は、第３回転軸８３周りに回転される。同様に、保持部材７１が第３回転軸８３周り（Ｔ２方向）に角度θだけ回転されると、第３加速度センサ１１３が加速度を測定する方向は、第３回転軸８３周りに回転され、方向Ｄ３から方向Ｄ３ａに変化する。第２加速度センサ１１２が加速度を測定する方向は、保持部材７１の回転位置にかかわらず、常にＤ２方向であり、Ｙ方向に一致している。
【００８１】
本実施形態に係る振動測定器１００は、第１加速度センサ１１１が測定した加速度に対応する信号と、第２加速度センサ１１２が測定した加速度に対応する信号と、第３加速度センサ１１３が測定した加速度に対応する信号とをそれぞれ送信するように構成されている。図１２は、本実施形態に係る切削加工機１０のブロック図である。図１２に示すように、本実施形態では、信号受信部１８２は、第１信号受信部１８２ｘと、第２信号受信部１８２ｙと、第３信号受信部１８２ｚとを備えている。第１信号受信部１８２ｘは、第１加速度センサ１１１が測定した加速度に対応する信号を受信する。第２信号受信部１８２ｙは、第２加速度センサ１１２が測定した加速度に対応する信号を受信する。第３信号受信部１８２ｚは、第３加速度センサ１１３が測定した加速度に対応する信号を受信する。
【００８２】
また、図１２に示すように、異常診断部１８０は、信号補正部１８９を備えている。信号補正部１８９は、Ｘ１方向移動機構９１の動作データに基づいて、振動測定器１００からの信号を補正するように構成されている。詳しくは、信号補正部１８９は、Ｘ１方向移動機構９１によって保持部７０がＸ１方向へ移動される際に発生する加速度の影響を少なくするように、振動測定器１００からの信号を補正する。例えば、保持部材７１がホームポジションに位置しているときに保持部７０がＸ１方向へ移動されたとすると、第１加速度センサ１１１の測定値には、保持部７０の移動に係る加速度が加算される。Ｘ１方向移動機構９１の動作データから、制御装置１５０は、保持部７０がＸ１方向へ移動される時間帯を把握している。信号補正部１８９は、保持部７０がＸ１方向へ移動される時間帯では、保持部７０の移動によって加算されると推定される加速度を第１加速度センサ１１１の測定値から差し引いている。
【００８３】
保持部材７１がホームポジション以外の位置に位置している場合にも、保持部７０がＸ１方向へ移動される際の加速度を算出することができる。図１１に示すように、実際に保持部７０がＸ１方向に移動された際の加速度をＡｘとすると、それによって第１加速度センサ１１１に加算されたＤ１ａ方向の加速度Ａｘ１は、Ａｘ１＝Ａｘ×ｃｏｓθの式で求められる。回転機構８０の動作データから、制御装置１５０は、角度θを把握している。よって、保持部材７１が傾いている場合でも、保持部７０がＸ１方向へ移動される際に第１加速度センサ１１１に加算される加速度を算出することができる。同様に、第３加速度センサ１１３に加算されたＤ３ａ方向の加速度Ａｚ１は、Ａｚ１＝Ａｘ×ｓｉｎθの式により求めることができる。信号補正部１８９は、保持部７０がＸ１方向へ移動される時間帯では、保持部７０の移動によってＤ１ａ方向に加算されると推定される加速度Ａｘ１を第１加速度センサ１１１の測定値から差し引き、また、保持部７０の移動によってＤ３ａ方向に加算されると推定される加速度Ａｚ１を第３加速度センサ１１３の測定値から差し引いている。かかる補正により、保持部７０の移動の影響を少なくして、より確実に保持部７０の異常振動を検知できるようになる。
【００８４】
本実施形態においては、加速度センサ１１０が加速度を測定可能な３方向のうちの少なくとも１方向は、保持部７０が移動される方向に対して常に直交している。ここでは、加速度センサ１１０が加速度を測定可能な３方向のうちの１方向は常にＹ方向に固定され、保持部７０が移動されるＸ１方向に対して常に直交している。これにより、保持部７０の移動による加速度の影響を平面内で（ここでは、Ｘ１−Ｚ１平面内で）考えることができる。従って、保持部７０の移動による加速度の影響の計算は、上記のように簡単なものになる。もしも、加速度センサ１１０が加速度を測定可能な３方向のいずれの方向も、保持部７０が移動される方向に対して直交しないか、または直交しない時間帯があるとすれば、保持部７０の移動による加速度の影響の計算は複雑化する。
【００８５】
なお、保持部材７１がホームポジションに配置されているときのように、加速度センサ１１０が加速度を測定可能な３方向のうちの２方向が保持部７０の移動方向に対して直交していれば、残る１方向が保持部７０の移動方向に一致し、なお好適である。そのような振動測定器１００の設置も可能であるが、その場合、振動測定器１００は、保持部材７１が回転しても回転しないように設置する必要がある。そのようにすると、多くの場合に振動測定器１００と保持部７０との距離が遠くなるので、測定できる振動は小さくなる傾向となる。よって、振動測定器１００と保持部７０との距離も勘案しながら、振動測定器１００の場所を決定するとよい。
【００８６】
以上、いくつかの実施形態に係る切削加工機について説明した。しかし、上記した実施形態は好適な例に過ぎず、ここに開示する切削加工機を限定するものではない。例えば、上記した実施形態では、振動測定器１００は、保持部７０に設けられていた。しかし、振動測定器１００は、被切削物２００または切削ツール２１０の振動を測定できるように設けられていればよく、その設置場所は特に限定されない。振動測定器１００は、例えば、主軸６０に設けられていてもよい。その場合、加速度センサ１１０の加速度を測定可能な方向のうちの１方向と主軸６０の移動方向とを一致させてもよい。
【００８７】
上記した実施形態では、接触区間における切削ツール２１０と被切削物２００との非接触が検知され、異常と判定されたが、接触区間においては、想定される振動に対して大きすぎる振動が検知された場合も異常と判定してもよい。
【００８８】
また、上記した実施形態では、切削ツール２１０が途中で交換される加工プロセスを例に説明したが、ここに開示する技術は、切削ツールが途中で交換されない加工プロセスに対しても有効である。
【００８９】
最初に説明した実施形態では、振動測定器１００からの信号は、ハイパスフィルタ１８２ａを通して処理されたが、測定値がそのまま判定に使用されてもよい。また、加速度センサが測定する３方向の加速度は、必ずしも合成されなくてもよく、例えば、主要な１方向の加速度のみを判定に使用したり、３方向の加速度をそれぞれ判定に使用したりしてもよい。その他、振動測定器１００からの信号の処理方法は、特に限定されない。
【００９０】
上記した実施形態では、切削ツール２１０はＹ方向およびＺ１方向に移動され、被切削物２００はＸ１方向に移動されるとともにＴ１方向、Ｔ２方向の２方向に回転されたが、切削ツール２１０と被切削物２００の位置関係は相対的なものであり、どちらがどのように動くかは限定されない。
【００９１】
さらに、ワークの形状やツールの形状は上記したものに限定されず、保持部材がワークを保持する方式等も限定されない。切削加工機は、切削加工によって生じる粉塵を回収する集塵装置や、ワークを自動交換するワークチェンジャー等をさらに備えていてもよい。切削加工機の機械的な構成は特に限定されない。
【符号の説明】
【００９２】
１０      切削加工機
５０      マガジン（ツール収容部）
６０      主軸
６１      スピンドル
６３      把持部
７０      保持部
７１      保持部材
８０      回転機構
８２      第２回転軸（回転軸）
８５      第１駆動部（駆動部）
９０      移動装置
９１      Ｘ１方向移動機構
９２      Ｙ方向移動機構
９３      Ｚ１方向移動機構
１００    振動測定器
１１０    加速度センサ
１１１    第１加速度センサ
１１２    第２加速度センサ
１１３    第３加速度センサ
１５０    制御装置
１７０    ツール交換部
１８０    異常診断部
１８１    区間設定部
１８２    信号受信部
１８２ａ  ハイパスフィルタ
１８３    第１振動設定部
１８４    第１判定部
１８５    第１停止部
１８６    第２振動設定部
１８７    第２判定部
１８８    第２停止部
２００    被切削物
２１０    切削ツール
２１１    粗削りツール（第１ツール）
２１２    仕上げツール（第２ツール）
Ａｍａｘ  加速度の上限値
Ａｍｉｎ  加速度の下限値
【図１】
2020135209.tif 000003
【図２】
2020135209.tif 000004
【図３】
2020135209.tif 000005
【図４】
2020135209.tif 000006
【図５】
2020135209.tif 000007
【図６】
2020135209.tif 000008
【図７】
2020135209.tif 000009
【図８】
2020135209.tif 000010
【図９】
2020135209.tif 000011
【図１０】
2020135209.tif 000012
【図１１】
2020135209.tif 000013
【図１２】
2020135209.tif 000014