(57)【要約】【課題】スピンドルの劣化や故障を診断可能な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は、回転するスピンドル６１を備えた主軸６０と、主軸６０に設けられ、スピンドル６１の回転に伴う振動を測定するとともに、測定された振動に対応する信号を送信するセンサ６５と、制御装置とを備える。制御装置は、センサ６５からの信号を受信する受信部と、測定された振動の値が所定の閾値を超える場合に異常振動と診断する診断部とを備えている。【選択図】図５
2019118985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するスピンドルを備えた主軸と、
前記主軸に設けられ、前記スピンドルの回転に伴う振動を測定するとともに、測定された振動に対応する信号を送信するセンサと、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記センサからの信号を受信する受信部と、
前記測定された振動の値が所定の閾値を超える場合に異常振動と診断する診断部と、
を備えている、
切削加工機。
【請求項２】
前記センサは、加速度センサを備えている、
請求項１に記載の切削加工機。
【請求項３】
前記閾値は、前記センサによって予め測定された振動の値に基づいて設定されている、
請求項１または２に記載の切削加工機。
【請求項４】
前記閾値は、前記予め測定された振動の値に所定の倍率を乗じて得られた値である、
請求項３に記載の切削加工機。
【請求項５】
前記閾値は、前記スピンドルの回転数に応じて設定されている、
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】
前記スピンドルは、ツールを把持する把持部を備え、
前記閾値は、前記把持部が前記ツールを把持している場合の閾値と、前記把持部が前記ツールを把持していない場合の閾値とを含む、
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】
前記制御装置は、前記診断部が異常振動と診断した場合に前記スピンドルの回転を停止させる非常停止部を備えている、
請求項１〜６のいずれか一つに記載の切削加工機。
【請求項８】
前記制御装置は、前記診断部が異常振動と診断した場合に警告を発する警告部を備えている、
請求項１〜７のいずれか一つに記載の切削加工機。
【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次元的に平行移動させる機構と、保持部を２方向に回転させる機構とを備えた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、特許文献１に開示されたような切削加工機では、使用に伴ってスピンドルの劣化や故障が生じうる。スピンドルが劣化または故障すると、切削加工機に重大な故障をもたらしたり、被切削物の品質に影響を及ぼしたりする場合がある。
【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、スピンドルの劣化や故障を診断可能な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、回転するスピンドルを備えた主軸と、前記主軸に設けられ、前記スピンドルの回転に伴う振動を測定するとともに、測定された振動に対応する信号を送信するセンサと、制御装置とを備える。前記制御装置は、前記センサからの信号を受信する受信部と、前記測定された振動の値が所定の閾値を超える場合に異常振動と診断する診断部とを備えている。
【０００７】
上記切削加工機によれば、スピンドルの回転に伴う振動を測定し、その振動が異常な振動かどうかを診断することによって、スピンドルの劣化や故障を診断することができる。
【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】保持部材、回転機構、およびマガジンの構成を示す斜視図である。
【図５】主軸付近の断面図である。
【図６】切削加工機のブロック図である。
【図７】主軸の初期の振動の測定結果および閾値を表すグラフである。
【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、ワーク２００（図４参照）を保持する保持部材７０（図４参照）やツール２１０（図３参照）を回転させる主軸６０（図３参照）などを収納する部材である。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、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Ａ１を構成している。背面エリアＡ１には、制御装置１００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Ａ２と、制御エリアＡ３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、その内部でワーク２００の切削加工が行われる加工エリアＡ２である。右側の空間は、後述する保持部材７０やマガジン５０の回転および移動を制御する駆動部などが収容された制御エリアＡ３である。制御エリアＡ３の前面には、制御エリアＡ３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Ａ２は、制御エリアＡ３よりも広く構成されている。
【００１５】
このように、加工エリアＡ２および制御エリアＡ３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Ａ２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、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Ａ２の内部には、保持部材７０、回転機構８０、マガジン５０、主軸６０、Ｘ１方向移動機構９１、Ｙ方向移動機構９２、Ｚ１方向移動機構９３が配置されている。図４は、保持部材７０、回転機構８０、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、ワーク２００を保持する保持部材７０と、保持部材７０を回転させる回転機構８０と、棒状のツール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】
保持部材７０は、ワーク２００を保持する部材である。ここでは、ワーク２００は円板状に形成されている。ワーク２００は、例えば人工歯の材料である。保持部材７０は、半円弧状に構成されている。本実施形態では、保持部材７０は図示しないネジ等を備え、ユーザーがネジ等を締めることによりワーク２００を固定する。
【００１８】
回転機構８０は、保持部材７０を支持している。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７０を回転可能に支持している。第１回転軸８１は、保持部材７０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軸を軸にして方向Ｔ１に回転させる。第１駆動部８５の駆動によって、保持部材７０は方向Ｔ１に回転する。保持部材７０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軸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７０のＸ１軸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軸周りの方向Ｔ２に回転させる。支持部材８４の方向Ｔ２への回転によって、保持部材７０も方向Ｔ２に回転する。
【００１９】
図４に示すように、マガジン５０は、回転機構８０の第３回転軸８３および支持部材８４を介して保持部材７０を支持している。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５５が複数形成されている。ストッカー５５には、ツール２１０が収容される。本実施形態では、ストッカー５５には、ツール２１０が上端部２１０ａを露出した状態で挿入される。マガジン５０にストッカー５５が複数設けられていることによって、様々な種類のツール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５５が設けられている。１０個のストッカー５５は、マガジン５０に、Ｘ１軸方向に５個ずつ、Ｙ軸方向に２列に亘って配列されている。
【００２０】
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１００に接続され、制御装置１００によって制御されている。保持部材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、保持部材７０に保持されたワーク２００も、保持部材７０とともにＸ１方向に移動する。
【００２１】
ツール２１０は、ワーク２００を切削する工具である。ここでは、棒状のツール２１０が用いられる。図４に示すように、ツール２１０には、フランジ２１０ｂが設けられている。ここでは、フランジ２１０ｂは、穴状のストッカー５５に対応した形状をしている。ツール２１０がストッカー５５に収容される際、フランジ２１０ｂがストッカー５５に嵌め込まれる。図４に示すように、ツール２１０がストッカー５５に挿入された状態において、フランジ２１０ｂよりも上方の上端部２１０ａがストッカー５５から突出する。この上端部２１０ａが主軸６０により把持される。フランジ２１０ｂよりも下方には刃物部２１０ｃ（図５参照）が設けられている。本実施形態では、ツール２１０には、様々な形状の刃物部２１０ｃを有するものがある。主軸６０がツール２１０を把持してＺ１軸周りに回転することで、ツール２１０もＺ１軸周りに回転する。回転状態にあるツール２１０の刃物部２１０ｃがワーク２００に当接することで、ワーク２００に対して切削加工が行われる。
【００２２】
主軸６０は、ツール２１０を把持して回転させる部材である。図５は、主軸６０付近の断面図である。図５に示すように、主軸６０は、回転するスピンドル６１と、駆動部６２と、ベルト６３とを備え、スピンドル６１は把持部６４を備えている。駆動部６２は、スピンドル６１を回転させる部材である。駆動部６２とスピンドル６１とは、ベルト６３を介して接続されている。
【００２３】
スピンドル６１は、回転する回転軸６１ａと、ケーシング６１ｂとを備えている。ケーシング６１ｂは、ベアリング等を備え、回転軸６１ａをＺ１軸周りに回転可能に支持している。ケーシング６１ｂは、切削加工機１０にスピンドル６１を取り付けるための部材でもある。ケーシング６１ｂは、例えば円筒状の部材である。
【００２４】
回転軸６１ａは、その多くの部分がケーシング６１ｂの内部でＺ１軸周りに回転する。ただし、回転軸６１ａの上端側の一部と下端側の一部がケーシング６１ｂの外部に突き出している。回転軸６１ａは、Ｚ１軸方向に延びる円筒状の部材である。回転軸６１ａの上端付近のケーシング６１ｂの外部に飛び出した部分には、ベルト６３が巻き掛けられている。ベルト６３は無端状のベルトであり、駆動部６２の動力を回転軸６１ａに伝える部材である。回転軸６１ａの下端には、把持部６４によってツール２１０が把持される。詳しくは後述するが、回転軸６１ａは、内部に把持部６４を有している。ツール２１０は、この把持部６４によって把持され、回転軸６１ａが回転することによって回転する。
【００２５】
駆動部６２は、スピンドル６１の回転軸６１ａを回転させる部材である。駆動部６２は、例えばモータである。駆動部６２は、回転する駆動軸６２ａと、プーリ６２ｂとを備えている。プーリ６２ｂは、駆動軸６２ａのＤ１方向の端部に固定されている。駆動部６２のプーリ６２ｂにはベルト６３が巻き掛けられている。このベルト６３とプーリ６２ｂにより、スピンドル６１の回転軸６１ａは駆動部６２の駆動軸６２ａと接続され、駆動軸６２ａの回転に伴って回転する。駆動部６２は、制御装置１００に接続され、制御装置１００によって制御されている。駆動部６２は、制御装置１００の制御により、スピンドル６１を所定のタイミングと所定の回転数で回転させる。
【００２６】
把持部６４は、ツール２１０を把持する部材である。把持部６４は、スピンドル６１に設けられている。図５に示すように、把持部６４は、チャック６４ａと、締付け部６４ｂと、空間形成部材６４ｃと、可動板６４ｄと、軸６４ｅとを備えている。
【００２７】
チャック６４ａは、ツール２１０の上端部２１０ａを把持する。チャック６４ａは、先端が３つのコレット部６４ａ１に分かれている。チャック６４ａは、３つのコレット部６４ａ１でツール２１０の上端部２１０ａ挟むことで、ツール２１０を把持する。ただし、コレット部６４ａ１の数は３つでなくともよく、２つであってもよい。また、４つ以上であってもよい。３つのコレット部６４ａ１は、Ｚ１軸方向に延びた部材であり、上端部分で一体化している。チャック６４ａがツール２１０を把持しているとき、３つのコレット部６４ａ１は、ツール２１０を囲むようにして配置されている。本実施形態では、３つのコレット部６４ａ１の外面は、先端に向かうにつれて外側に広がるように傾斜している。ここでは、先端に向かうにつれて外側に広がる部分をテーパ部６４ａ２と称する。
【００２８】
締付け部６４ｂは、チャック６４ａの３つのコレット部６４ａ１を締め付ける。チャック６４ａは、締付け部６４ｂによって締め付けられることで、ツール２１０を把持することができる。ここでは、締付け部６４ｂには、チャック６４ａの３つのコレット部６４ａ１が挿入される。チャック６４ａは、締付け部６４ｂに対して上下方向（ここでは、Ｚ１軸方向）に移動可能に構成されている。ここでは、チャック６４ａがＵ１方向に移動するに従って、テーパ部６４ａ２が締付け部６４ｂ内に入り込む。そのため、３つのコレット部６４ａ１同士の間隔が狭くなり、ツール２１０を把持する力が発生する。一方、チャック６４ａがＤ１方向に移動するに従って、チャック６４ａのテーパ部６４ａ２が締付け部６４ｂのＤ１方向に移動する。そのため、３つのコレット部６４ａ１同士の間隔が広がり、チャック６４ａによるツール２１０への締付けが緩和される。
【００２９】
本実施形態では、チャック６４ａの上下方向への移動は、空間形成部材６４ｃ内の空気を調節することで行われる。空間形成部材６４ｃは、チャック６４ａおよび締付け部６４ｂの上方に設けられている。空間形成部材６４ｃによって、その内部に空間６４ｃ１が形成されている。空間形成部材６４ｃには、図示しない空気送入装置が接続されている。空気送入装置の種類は特に限定されないが、例えば、エアコンプレッサである。空気送入装置は、空間６４ｃ１内に送り込まれる圧縮空気を発生させる装置である。空気送入装置と空間６４ｃ１とを繋ぐ経路の途中には、図示しない電磁バルブが設けられている。この電磁バルブを開閉することによって、空気送入装置から空間形成部材６４ｃ内に送られる空気の量を調節している。
【００３０】
本実施形態では、空間形成部材６４ｃによって囲まれた空間６４ｃ１には、可動板６４ｄが配置されている。可動板６４ｄは、空間６４ｃ１内を上下方向（Ｚ１軸方向）に移動する。可動板６４ｄは、軸６４ｅを介して、チャック６４ａに接続されている。可動板６４ｄは、空間形成部材６４ｃの横断面の形状に対応した形状を有している。ここでは、空気送入装置からの空気は、空間６４ｃ１のうち、可動板６４ｄよりも上方の空間に送り込まれる。そして、可動板６４ｄよりも上方の空間に送り込まれる空気が多くなると、可動板６４ｄが下方（Ｄ１方向）に移動する。可動板６４ｄのＤ１方向への移動に伴い、チャック６４ａはＤ１方向に移動する。チャック６４ａがＤ１方向に移動することで、締付け部６４ｂによるチャック６４ａへの締付けが緩和されるため、チャック６４ａからツール２１０が取り外される。なお、チャック６４ａおよび可動板６４ｄは、図示しないバネによって上方（Ｕ１方向）に付勢されるように構成されていてもよい。空気送入装置によって空間形成部材６４ｃ内に空気が送り込まれていないときには、ツール２１０は、３つのコレット部６４ａ１によって把持された状態となる。
【００３１】
スピンドル６１のケーシング６１ｂの外周面には、センサ６５が設けられている。センサ６５は、スピンドル６１の回転に伴う主軸６０の振動を測定する部材である。また、センサ６５は、測定された振動に対応する信号を制御装置１００に送信する部材である。この信号は、例えばアナログの電流信号である。本実施形態では、センサ６５は、加速度センサを備えている。加速度センサは、センサ自体が加速度をもって移動されるとその加速度を検知するセンサであり、主軸６０の振動の大きさは、ここでは加速度によって測定される。加速度センサは、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計測するものである。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。加速度センサの測定原理は限定されないが、測定レンジは、例えば２０００〜３０００ｍ／ｓ２以上であるとよい。
【００３２】
主軸６０の振動を測定する箇所は、振動に再現性があるとともに、振動が大きい箇所が好ましい。振動が大きい方が外乱の影響を受けにくく、測定誤差の比率も小さいと考えられる。ここでは、センサ６５は、ケーシング６１ｂの下端近くに取り付けられている。ケーシング６１ｂにおいては、上端付近よりも下端付近の方がスピンドル６１の回転に伴う振動が大きくなりうる。加速度センサでは、例えばＸ１方向、Ｙ方向、Ｚ１方向の加速度がそれぞれ測定されうるが、Ｘ１方向、Ｙ方向、Ｚ１方向の３軸合成の加速度が利用されるとよい。
【００３３】
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１００に接続され、制御装置１００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６４に把持されたツール２１０も、主軸６０とともにＹ方向およびＺ１方向に移動する。
【００３４】
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１１０を備えている。操作パネル１１０は、ユーザーが切削加工機１０の操作を行う部位である。操作パネル１１０には表示装置１１１が設けられている。表示装置１１１は、機器状態などを示す画面を表示する部材である。また、図示は省略するが、操作パネル１１０には、表示装置１１１の他に操作ボタンや注意喚起用のブザー等が設けられていてもよい。操作パネル１１０は、制御装置１００に電気的に接続されている。
【００３５】
制御装置１００は、背面エリアＡ１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１００は、主軸６０の駆動部６２および把持部６４と、センサ６５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とに接続されている。制御装置１００は、記憶部１０１と、切削制御部１０２と、受信部１０３と、診断部１０４と、非常停止部１０５と、警告部１０６とを備えている。
【００３６】
制御装置１００の構成は特に限定されない。制御装置１００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。
【００３７】
記憶部１０１は、切削データを記憶する部位である。記憶部１０１は、例えば外部のコンピュータなどから送信されてきた切削データを一時的に記憶する。
【００３８】
切削制御部１０２は、記憶部１０１に記憶された切削データに基づいて切削加工を行う部位である。切削制御部１０２は、主軸６０の駆動部６２および把持部６４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とを制御して、ワーク２００とツール２１０との位置関係を変化させながらワーク２００に対して切削加工を施す。その際、適宜、ツール２１０の交換を行い、またスピンドル６１の回転数を変える。
【００３９】
受信部１０３は、センサ６５からの信号を受信する部位である。制御装置１００は、受信部１０３でセンサ６５からの信号を受信することによって、スピンドル６１の回転に伴う主軸６０の振動の大きさを把握する。
【００４０】
診断部１０４は、センサ６５によって測定された振動の値が所定の閾値を超える場合に主軸６０の振動を異常振動と診断する部位である。この閾値の設定方法については後述する。
【００４１】
非常停止部１０５は、診断部１０４が主軸６０の振動を異常振動と診断した場合にスピンドル６１の回転を停止させる部位である。非常停止部１０５は、主軸６０の異常振動により切削加工機１０に重大故障が発生しないように、また、切削加工の品質が低下しないようにスピンドル６１の回転を停止させる。
【００４２】
警告部１０６は、診断部１０４が主軸６０の振動を異常振動と診断した場合に警告を発する部位である。ここでは、警告は操作パネル１１０の表示装置１１１または外部の表示装置に表示される警告画面によって発せられる。ユーザーは、この警告画面によって主軸６０が異常振動したことを知ることができる。ただし、異常振動をユーザーに知らせる警告方法は警告画面によるものに限られず、例えばブザーの鳴動等によってもよい。また、複数の手段が併用されてもよい。
【００４３】
本実施形態に係る切削加工機１０においては、ユーザーによって保持部材７０にワーク２００がセットされた後、以下のような手順で切削加工が行われる。まず、切削加工機１０は、ツール２１０を選択する。制御装置１００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を指定のツール２１０が収納されたストッカー５５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６４を制御して、把持部６４に指定のツール２１０を把持させる。このとき既に指定のツール２１０が把持部６４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、別のツール２１０が把持されている場合には、当該別のツール２１０をストッカー５５に戻す作業が先に行われてもよい。次いで制御装置１００は、Ｘ１方向移動機構９１、Ｙ方向移動機構９２、Ｚ１方向移動機構９３を制御して、ツール２１０とワーク２００を指定された位置に配置させ、回転機構８０を制御してワーク２００に指定の姿勢を取らせる。主軸６０の駆動部６２に対しては、指定の回転数でスピンドル６１を回転させるように指令する。この後、ワーク２００とツール２１０の位置関係およびワーク２００の姿勢を（場合によってはスピンドル６１の回転速度も）変えながら連続的に切削加工が実施される。その途中で適宜、ツール２１０は指定のものに変更され、１つのワーク２００に対する切削加工が完了する。
【００４４】
ところで、主軸６０のスピンドル６１は、切削加工による負荷などによって経年劣化する。経年劣化以外にも、大きな負荷が掛かることなどにより、劣化や故障が生じることもありうる。スピンドル６１の劣化や故障の例としては、例えば、ベアリングの摩耗によるガタの増加、スピンドル６１の偏心などが挙げられる。スピンドル６１が劣化または故障すると、回転軸６１ａの回転に伴う振動が大きくなることがある。このような状態で主軸６０の使用を続けることは望ましいことではない。
【００４５】
そこで、本実施形態に係る切削加工機１０は、主軸６０の振動を測定し、測定された振動の値が所定の閾値を超える場合には、主軸６０の振動を異常振動と診断するように構成されている。詳しくは、本実施形態に係る切削加工機１０は、主軸６０に設けられ、スピンドル６１の回転に伴う振動を測定するとともに、測定された振動に対応する信号を送信するセンサ６５と、センサ６５からの信号を受信する受信部１０３と、センサ６５によって測定された振動の値が閾値を超える場合に主軸６０の振動を異常振動と診断する診断部１０４とを備えている。本実施形態では、センサ６５は加速度センサを備えており、振動の値は加速度として把握される。
【００４６】
主軸６０の振動を異常振動と診断する際の閾値は、センサ６５によって予め測定された振動の値に基づいて設定されている。より詳しくは、予め測定された振動の値に所定の倍率を乗じて得られた値に設定されている。この振動の測定は、例えば切削加工機１０の製造時などに行われる。ただし、使用の初期などに測定するようにしてもよい。いずれにしても、主軸６０が劣化していない段階の振動が測定される。なお、ここでは、振動の測定は、切削加工機１０の個体差などを考慮して機体ごとに行われるが、個体差が小さければ機体によらず同じ値に設定されてもよい。
【００４７】
図７は、主軸６０の初期の振動の測定結果および閾値を表すグラフである。図７の横軸はスピンドル６１の回転数である。図７の縦軸は主軸６０の加速度（振動）である。図７のグラフＧ１は、把持部６４がツール２１０を把持していない場合における初期の振動の測定結果である。グラフＧ２は、把持部６４がツール２１０を把持していない場合における異常振動の閾値である。グラフＧ１に示されているように、初期の振動はスピンドル６１の回転数を変えて測定されている。測定の際のスピンドル６１の回転数は限定されないが、例えば１０００ｒｐｍから３００００ｒｐｍまで１０００ｒｐｍ刻みで測定するなどするとよい。グラフＧ１は、スピンドル６１の回転数を変えて測定された振動の間を補間して得られたものである。グラフＧ２は、グラフＧ１の振動の値に所定の倍率を乗じたものである。そこで、閾値もまたスピンドル６１の回転数に応じて設定されている。振動の測定値から閾値を求める際に測定値に乗じる倍率は特に限定されないが、例えば、１．２倍から２倍程度に設定されるとよい。ツール２１０が把持されていない場合において、センサ６５で測定される主軸６０の振動がグラフＧ２で表される閾値を超えると、診断部１０４は、主軸６０の振動を異常振動と診断する。ツール２１０が把持されずにスピンドル６１が回転する場合とは、例えば暖気運転などの場合である。
【００４８】
また、図７のグラフＧ３は、把持部６４がツール２１０を把持している場合における主軸６０の初期の振動の測定結果である。グラフＧ４は、把持部６４がツール２１０を把持している場合における異常振動の閾値である。グラフＧ４は、グラフＧ３の振動の値に所定の倍率を乗じて得られたものである。このように、本実施形態では、初期の振動は、把持部６４にツール２１０が把持された状態と、把持されていない状態とでそれぞれ測定されている。このように、主軸６０がツール２１０を把持している場合の振動と、把持していない場合の振動とに分けて診断することにより、より細かな劣化診断が可能となりうる。
【００４９】
本実施形態では、スピンドル６１が回転中は常に主軸６０の振動が測定されている。その際、把持部６４にツール２１０が把持されているかどうかは制御装置１００が把握している。また、スピンドル６１の回転数も制御装置１００によって把握されている。ここで例えば、把持部６４にツール２１０が把持されており、回転数がＲ１であれば、図７のグラフＧ４より、振動の閾値はＴＶ１である。この条件において、センサ６５によって測定された振動が閾値ＴＶ１を越えていた場合には、測定された振動は異常振動であると診断される。ただし、外乱要因などによって異常な測定結果が得られる可能性を考慮して、センサ６５によって測定された振動が閾値ＴＶ１を越える状況が一定時間以上継続した場合に異常振動と診断するようにしてもよい。
【００５０】
本実施形態では、診断部１０４が主軸６０の振動を異常振動と診断した場合には、スピンドル６１の回転は、非常停止部１０５によって停止される。また、警告部１０６によって警告が発せられる。本実施形態では、警告は操作パネル１１０の表示装置１１１または外部の表示装置に表示される警告画面によって発せられる。
【００５１】
このように、本実施形態に係る切削加工機１０は、主軸６０に設けられ、スピンドル６１の回転に伴う振動を測定するとともに、測定された振動に対応する信号を送信するセンサ６５と、センサ６５からの信号を受信する受信部１０３と、センサ６５によって測定された振動の値が所定の閾値を超える場合に主軸６０の振動を異常振動と診断する診断部１０４を備えている。本実施形態では、センサ６５は加速度センサを備えており、振動の値は加速度として把握される。本実施形態に係る切削加工機１０によれば、主軸６０が経年劣化その他の理由により異常振動したことを把握することができる。
【００５２】
また、上記閾値は、センサ６５によって予め測定された振動の値に基づいて設定されている。即ち、主軸６０に劣化が見られる前の段階で測定された振動の値を元に閾値が設定されている。そこで、切削加工機１０の機体差によらず異常振動を確認することができる。上記閾値は、具体的には、予め測定された振動の値に所定の倍率を乗じて得られた値である。
【００５３】
さらに、上記閾値は、スピンドルの回転数に応じて設定され、また、把持部６４がツール２１０を把持している場合の閾値と、把持していない場合の閾値とを含んでいる。主軸６０の振動の値は通常、回転数によって異なり、ツール２１０の把持／不把持によっても異なる。上記閾値が、スピンドルの回転数に応じて設定され、また、把持部６４がツール２１０を把持している場合の閾値と、把持していない場合の閾値とを含んでいることにより、より緻密に診断を行うことが可能になりうる。
【００５４】
本実施形態では、診断部１０４が主軸６０の振動を異常振動と診断した場合には、非常停止部１０５がスピンドル６１の回転を停止させる。それにより、切削加工機１０の重大故障や加工不良によるワーク２００の損失を未然に防止しうる。また、診断部１０４が主軸６０の振動を異常振動と診断した場合には、警告部１０６が警告を発する。それにより、ユーザーは主軸６０に異常振動が発生したことを知ることができる。
【００５５】
以上、一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、センサ６５は、スピンドル６１のケーシング６１ｂの外周面に取り付けられていたが、センサ６５は主軸６０の振動を検出可能な位置に取り付けられていればよい。センサ６５の取付位置は限定されない。また、センサ６５は加速度センサを備えたものに限らず、他の方式によるものであってもよい。
【００５６】
上記した実施形態では、主軸６０の振動はスピンドル６１の回転中常に測定されたが、そうでなくともよい。例えば、主軸６０の振動は、始業点検のようなときにだけ測定されてもよい。主軸６０の振動を測定するタイミングは限定されない。
【００５７】
また、上記した実施形態では、閾値は、主軸６０にツール２１０が把持されている場合と、把持されていない場合のそれぞれに対して１種類（図７の場合には、グラフＧ２とグラフＧ４）設定されたが、２種類以上設定されてもよい。例えば、スピンドル６１の回転は止めないが警告を発する第１閾値と、スピンドル６１の回転を止めて警告を発する第２閾値とが設定されてもよい。このような場合には、第２閾値は第１閾値よりも大きく設定されてもよい。
【００５８】
上記した実施形態では、ツール２１０はＹ方向およびＺ１方向に移動され、ワーク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、ツール２１０とワーク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。
【００５９】
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】
【００６０】
１０    切削加工機
６０    主軸
６１    スピンドル
６４    把持部
６５    センサ
１００  制御装置
１０３  受信部
１０４  診断部
１０５  非常停止部
１０６  警告部
２００  ワーク
２１０  ツール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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