特開 2023-183325 切削加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023183325

(43)【公開日】2023-12-27

(54)【発明の名称】切削加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/09 20060101AFI20231220BHJP

   B23Q 11/08 20060101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

B23Q17/09 C

B23Q11/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022096872

(22)【出願日】2022-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】390003665

【氏名又は名称】株式会社日進製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100174388

【弁理士】

【氏名又は名称】龍竹 史朗

(72)【発明者】

【氏名】井上 健二

(72)【発明者】

【氏名】望月 千織

(72)【発明者】

【氏名】辻 秀和

(72)【発明者】

【氏名】田中 浩次

【テーマコード（参考）】

3C011

3C029

【Ｆターム（参考）】

3C011DD04

3C029DD04

(57)【要約】

【課題】工具の折損を迅速に検知することによりワークの加工精度を向上させることができる切削加工装置を提供する。
【解決手段】切削加工装置１は、工具２０が先端部に固定された回転主軸を回転駆動する主軸駆動部５１を有するヘッド５と、近接センサ３４と、工具２０を用いたワークＷの切削加工の前後において、近接センサ３４が工具２０の側方に対向するようにヘッド５を移動させた状態で、回転主軸５２を回転させたときの近接センサ３４から出力される検出信号の信号波形を取得する信号取得部と、切削加工の前後において取得された信号波形の差異の有無に基づいて、工具２０の折損有無を判定する判定部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

工具が先端部に固定された回転主軸を回転駆動する主軸駆動部を有するヘッドと、
第１近接センサと、
前記工具を用いたワークの切削加工の前後において、前記第１近接センサが前記工具の側方に対向するように前記ヘッドを移動させた状態で、前記回転主軸を回転させたときの前記第１近接センサから出力される検出信号の大きさを示す検出信号情報を取得する信号取得部と、
前記切削加工の前後において取得された前記検出信号情報それぞれが示す前記検出信号の大きさの時間推移に相当する信号波形の差異の有無に基づいて、前記工具の折損有無を判定する判定部と、を備える、
切削加工装置。

【請求項2】

前記ワークを保持するワーク保持部と、前記ワーク保持部が外側に露出した状態で前記ワーク保持部を支持するユニット本体と、を有する保持ユニットを更に備え、
前記第１近接センサは、前記ユニット本体の内側に配置されている、
請求項１に記載の切削加工装置。

【請求項3】

前記ワークを保持するワーク保持部と、前記ワークを保持した前記ワーク保持部を回転駆動する回転駆動部と、を有する保持ユニットと、
前記ヘッドに配設された第２近接センサと、を更に備え、
前記信号取得部は、前記工具を用いたワークの切削加工後において、前記第２近接センサが前記ワークの側方に対向するように前記ヘッドを移動させた状態で、前記ワーク保持部を回転させたときの前記第２近接センサから出力される検出信号の信号波形を取得し、
前記判定部は、前記切削加工後において前記第２近接センサから取得した信号波形に基づいて、前記ワークに付着した前記工具の折損片の有無を判定する、
請求項１または２に記載の切削加工装置。

【請求項4】

前記ヘッドは、有底筒状であり底壁に前記回転主軸が挿通される開口部が設けられるとともに、内側に前記主軸駆動部が配置されるヘッドカバーを更に有し、
前記第２近接センサは、前記ヘッドカバーの内側に配置されている、
請求項３に記載の切削加工装置。

【請求項5】

周壁に前記ヘッドが挿通される第１開口部と前記保持ユニットが挿通される第２開口部とが穿設されるとともに、前記ワーク保持部と前記工具とが内側に配置される内装ケースと、
軟性材料から形成され、前記ヘッドと前記内装ケースにおける前記第１開口部の外周部との間を閉塞する第１カバーと、
軟性材料から形成され、前記保持ユニットと前記内装ケースにおける前記第２開口部の外周部との間を閉塞する第２カバーと、を更に備える、
請求項２に記載の切削加工装置。

【請求項6】

周壁に前記ヘッドが挿通される第１開口部と前記保持ユニットが挿通される第２開口部とが穿設されるとともに、前記ワーク保持部と前記工具とが内側に配置される内装ケースと、
軟性材料から形成され、前記ヘッドと前記内装ケースにおける前記第１開口部の外周部との間を閉塞する第１カバーと、
軟性材料から形成され、前記保持ユニットと前記内装ケースにおける前記第２開口部の外周部との間を閉塞する第２カバーと、を更に備える、
請求項４に記載の切削加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、切削加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

切刃、鋼管および柄を互いに銀ロー付け接合部により接合することにより形成されたガンドリルであって、一端が柄の端部に設けられた銅板に接続され、他端が切刃の基端部近傍に導電性接着剤で接続されるとともに、切刃、鋼管および柄の表面にこれらと電気的に絶縁した状態でエナメル線が埋設されたガンドリルが提案されている（例えば特許文献１参照）。このガンドリルは、使用中に銀ロー付け接合部で折れると、同時にエナメル線が切断され、エナメル線の導通が遮断されるので、エナメル線の導通状態を監視することにより、ガンドリルの折損を検知することができるというものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９―２２５７１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載されたガンドリルの場合、例えばエナメル線が埋設されていない切刃の先端部分が折損した場合、切刃の折損を検知することができない。このため、切刃の先端部が折損しているにも関わらずワークの加工を継続してしまい、ワークの加工精度が大きく低下してしまう虞がある。

【0005】

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、工具の折損を迅速に検知することによりワークの加工精度を向上させることができる切削加工装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係る切削加工装置は、
工具が先端部に固定された回転主軸を回転駆動する主軸駆動部を有するヘッドと、
第１近接センサと、
前記工具を用いたワークの切削加工の前後において、前記第１近接センサが前記工具の側方に対向するように前記ヘッドを移動させた状態で、前記回転主軸を回転させたときの前記第１近接センサから出力される検出信号の大きさを示す検出信号情報を取得する信号取得部と、
前記切削加工の前後において取得された前記検出信号情報それぞれが示す前記検出信号の大きさの時間推移に相当する信号波形の差異の有無に基づいて、前記工具の折損有無を判定する判定部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、信号取得部が、ワークの切削加工の前後において、近接センサが工具の側方に配置されるようにヘッドを移動させた状態で、回転主軸を回転させたときの近接センサから出力される検出信号の大きさを示す検出信号情報を取得する。そして、判定部が、切削加工の前後において取得された検出信号情報それぞれが示す検出信号の大きさの時間推移に相当する信号波形の差異の有無に基づいて、工具の折損有無を判定する。これにより、切削加工中における工具の先端部の折損を迅速に検知することができるので、ワークの加工精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施の形態に係る切削加工装置の概略図である。

【図2】実施の形態に係る切削加工装置の一部破断した側面図である。

【図3】（Ａ）は実施の形態に係るヘッドの斜視図であり、（Ｂ）は実施の形態に係るヘッドを＋Ｚ方向側から見た図である。

【図4】実施の形態に係る保持ユニットの側面図である。

【図5】実施の形態に係る制御部の構成を示すブロック図である。

【図6】（Ａ）は実施の形態に係るヘッドを保持ユニットに設けられた近接センサの側方へ配置した状態を示す図であり、（Ｂ）は実施の形態に係るヘッドをワークの側方に配置した状態を示す図である。

【図7】実施の形態に係る切削加工装置が実行する切削加工処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図8】実施の形態に係る信号取得部が取得した信号波形を示し、（Ａ）は切削加工前の信号波形の一例を示す図であり、（Ｂ）は工具の一部が折損した場合の切削加工後の信号波形の一例を示す図である。

【図9】実施の形態に係る切削加工装置が実行する切削加工処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図10】変形例に係る保持ユニットの一部を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態に係る切削加工装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係る切削加工装置は、工具が先端部に固定された回転主軸を回転駆動する主軸駆動部を有するヘッドと、近接センサと、工具を用いたワークの切削加工の前後において、近接センサが前記工具の側方に対向するようにヘッドを移動させた状態で、回転主軸を回転させたときの近接センサから出力される検出信号の大きさを示す検出信号情報を取得する信号取得部と、切削加工の前後において取得された検出信号情報それぞれが示す検出信号の大きさの時間推移に相当する信号波形の差異の有無に基づいて、工具の折損有無を判定する判定部と、を備える。本実施の形態に係る切削加工装置は、特に、ワークを加工する加工領域を清浄な環境で維持しながら、ワークを高精度に加工する必要のある医療分野で使用される。この切削加工装置は、例えば、患者から採取した骨片から患者の骨折部分を接合するためのいわゆる骨螺子、或いは、患者の骨の欠損部分に充填するために欠損部分の形状に適合した形状を有する充填部材を作製するために使用される。なお、本実施の形態に係る切削加工装置は、前述の骨片を加工するものに限定されるものではなく、他の生体組織或いは生体組織とは異なる材料を加工するために適用されるものであってもよい。

【0010】

図１に示すように、本実施の形態に係る切削加工装置１は、ワークＷを保持する保持ユニット３と、保持ユニット３に対向して配置され工具２０を保持するヘッド５と、保持ユニット３およびヘッド５の動作を制御する制御部（図示せず）と、表示パネル１１と、を備える。また、切削加工装置１は、矩形箱状であり＋Ｙ方向側の側壁にワークＷを出し入れするための開口部１０ｂが形成され、内側に保持ユニット３、ヘッド５および制御部を収容する筐体１０を備える。なお、図１では図示していないが、開口部１０ｂは後述の扉１５により閉塞可能となっている。更に、切削加工装置１は、図２に示すように、一面が開放した矩形箱状であり内側に保持ユニット３、ヘッド５それぞれの一部が配置される内装ケース１３と、軟性材料から形成された第１カバー１４１、第２カバー１４２と、＋Ｙ方向側から開口部１０ｂを覆う扉１５と、を備える。また、切削加工装置１は、ヘッド５を鉛直方向に昇降させる昇降駆動部４４と、ヘッド５をＸ軸方向に沿って駆動するＸ方向駆動部７１と、ヘッド５をＹ軸方向に沿って駆動するＹ方向駆動部７６と、を備える。筐体１０は、内側に内装ケース１３が配置され、＋Ｙ方向側の側壁における開口部１０ｂの＋Ｚ方向側に表示パネル１１が取り付けられている。表示パネル１１は、例えばワークＷに対して行う切削加工処理の進捗状況を表示する。

【0011】

内装ケース１３は、その内側にワークＷの加工が行われる加工領域Ｓ１が形成されている。加工領域Ｓ１は、内装ケース１３および扉１５により囲まれている。内装ケース１３は、開放部分が筐体１０の開口部１０ｂ側を向く姿勢で筐体１０内に配置され、＋Ｚ方向側の周壁と－Ｙ方向側の周壁とのそれぞれに開口部１３ａ、１３ｂが設けられている。ここで、開口部１３ａは、ヘッド５が挿通される第１開口部であり、開口部１３ｂは、保持ユニット３が挿通される第２開口部である。また、筐体１０の内側における内装ケース１３の外側の領域Ｓ２には、ヘッド５、保持ユニット３等を支持する支持部材１２が配置されている。

【0012】

ヘッド５は、長尺であり長手方向の一端部に工具２０を保持するチャック５３が設けられた回転主軸５２と、回転主軸５２をその長手方向に沿った中心軸周りに回転させる主軸駆動部５１と、ヘッドカバー５４と、近接センサ５５と、を有する。チャック５３は、チャック（図示せず）と、チャックを駆動するアクチュエータ（図示せず）と、を有し、制御部から入力される制御信号に基づいてチャックが開閉する。ヘッド５は、ベース４１の＋Ｙ方向側においてＺ軸方向に沿って延在するレール４２１に摺動自在に保持されたスライダ４２２に固定されている。昇降駆動部４４は、Ｚ軸方向に沿って配置されスライダ４２２の一部に設けられたナット部（図示せず）に螺合する長尺の送り螺子（図示せず）と、送り螺子に連結され送り螺子を回転させるモータ（図示せず）と、を有する。そして、昇降駆動部４４は、Ｚ軸方向に沿って配置された送り螺子を回転させることにより、スライダ４２２およびスライダ４２２に固定されたヘッド５をＺ軸方向に沿って昇降させる。

【0013】

また、ベース４１は、Ｘ軸方向に沿って延在するレール７２１に摺動自在に保持されたスライダ７２２にブラケット４３を介して固定されている。Ｘ方向駆動部７１は、Ｘ軸方向に沿って配置されブラケット４３の一部に設けられたナット部（図示せず）に螺合する長尺の送り螺子（図示せず）と、送り螺子に連結され送り螺子を回転させるモータ（図示せず）と、を有する。そして、Ｘ方向駆動部７１は、Ｘ軸方向に沿って配置された送り螺子を回転させることにより、スライダ７２２およびスライダ７２２に固定されたベース４１をＸ軸方向に沿って移動させる。これにより、Ｘ方向駆動部７１は、送り螺子を介してベース４１およびヘッド５を纏めてＸ軸方向に沿って移動させる。また、レール７２１は、その長手方向における両端部がＹ軸方向に沿って延在する２つのレール７７１に摺動自在に保持されたスライダ７７２に支持されている。Ｙ方向駆動部７６は、Ｙ軸方向に沿って配置されベース４１の一部に設けられたナット部（図示せず）に螺合する長尺の送り螺子（図示せず）と、送り螺子に連結され送り螺子を回転させるモータ（図示せず）と、を有する。そして、Ｙ方向駆動部７６は、Ｙ軸方向に沿って配置された送り螺子を回転させることにより、スライダ７７２およびスライダ７７２に支持されるレール７２１をＹ軸方向に沿って移動させる。これにより、Ｙ方向駆動部７６は、送り螺子を介してレール７２１、スライダ７２２、ベース４１およびヘッド５を纏めてＹ軸方向に沿って移動させる。

【0014】

ヘッドカバー５４は、図３（Ａ）に示すように、有底角筒状であり底壁に工具２０が挿通される開口部５４ａが設けられるとともに、内側に主軸駆動部５１および回転主軸５２の先端部が配置される。近接センサ５５は、例えば誘導型近接センサであり、図３（Ｂ）に示すように、センサ部５５１と信号出力部５５２とを有する第２近接センサである。センサ部５５１は、誘導コイル（図示せず）と、内側に誘導コイルが埋設された扁平な矩形板状のパッケージと、を有する。信号出力部５５２は、扁平な矩形板状のパッケージを有し、内側に誘導コイルに接続された発振回路（図示せず）と、発振回路の出力電流の振幅を検出して検出した振幅の大きさを反映した検出電圧を出力する振幅検出回路（図示せず）と、振幅検出回路から出力される検出電圧に基づいて検出信号を生成して制御部へ送信する出力回路（図示せず）と、を有する。センサ部５５１および信号出力部５５２は、ヘッドカバー５４の内側における主軸駆動部５１との間の領域に配置されている。

【0015】

保持ユニット３は、図４に示すように、ワークＷを保持するワーク保持部３２と、略有底円状であり内側に工具２０が挿入された状態で工具２０を保持する工具保持部３３と、箱状のユニット本体３１と、近接センサ３４と、を有する。また、保持ユニット３は、図２に示すように、ユニット本体３１全体をユニット本体３１の長手方向に延在する回転軸（以下、「Ｂ軸」と称する。）ＪＢ周りに回転させる回転駆動部８１と、ワーク保持部３２をユニット本体３１の長手方向に直交する方向に延在する回転軸（以下、「Ｃ軸」と称する。）ＪＣ周りに回転させる回転駆動部８６と、を有する。

【0016】

回転駆動部８６は、ユニット本体３１の内側に配置され、Ｃ軸ＪＣに沿って延在し先端部がワーク保持部３２に連結されたシャフト（図示せず）を回転させるモータを有する。回転駆動部８１は、円柱状でありＢ軸に沿って延在するシャフト８２の－Ｙ方向側の端部を支持し、シャフト８２をＢ軸ＪＢ周りに回転させるモータを有する。シャフト８２の＋Ｙ方向側の端部には、ユニット本体３１が固定されている。回転駆動部８１は、筐体１０の内側における内装ケース１３の外側に設けられた支持部材１２に支持されている。

【0017】

ユニット本体３１は、中空の直方体状の第１部位３１１と、矩形箱状であり第１部位３１１の＋Ｙ方向側の端部において第１部位３１１に連続する第２部位３１２と、を有する。第１部位３１１は、図２に示すように、－Ｙ方向側の端部がシャフト８２に固定されている。そして、ユニット本体３１は、回転駆動部８１のシャフト８２が、Ｂ軸ＪＢ周りに回転すると、これに伴い、Ｂ軸ＪＢ周りに回転する。ワーク保持部３２は、長尺のワークＷの基端部を挟持するチャックである。ワーク保持部３２は、ユニット本体３１の第２部位３１２の周壁に固定されている。工具保持部３３は、その工具保持部３３に工具２０が挿入されていない状態で工具保持部３３の内側がユニット本体３１の外側に連通し且つ工具保持部３３の外壁がユニット本体３１の外側から隔離されるようにユニット本体３１に固定されている。

【0018】

近接センサ３４は、例えば誘導型近接センサであり、センサ部３４１と信号出力部３４２とを有する第１近接センサである。センサ部３４１は、誘導コイル（図示せず）と、内側に誘導コイルが埋設された扁平な矩形板状のパッケージと、を有する。信号出力部３４２は、扁平な矩形板状のパッケージを有し、内側に誘導コイルに接続された発振回路（図示せず）と、発振回路の出力電流の振幅を検出して検出した振幅の大きさを反映した検出電圧を出力する振幅検出回路（図示せず）と、振幅検出回路から出力される検出電圧に基づいて検出信号を生成して制御部へ送信する出力回路（図示せず）と、を有する。センサ部３４１は、ユニット本体３１の第１部位３１１におけるＹ軸方向においてワーク保持部３２に対向する側壁の内側に配置され、信号出力部３４２は、ユニット本体３１の第２部位３１２の内側においてワーク保持部３２に隣接する位置に配置されている。

【0019】

第１カバー１４１は、ゴム薄膜、ビニール製フィルム等の軟性材料から形成されており、例えばエチレンオキサイドガスを用いた滅菌が可能なものであることが好ましい。第１カバー１４１は、筒状であり筒軸方向における一端部から他端部に向かって縮径する形状を有し、筒軸方向における一端部全体が内装ケース１３の開口部１３ａの外周部に固定され、筒軸方向における他端部全体がヘッドカバー５４の底壁側とは反対側の端部全体に固定されている。第２カバー１４２も、ゴム薄膜、ビニール製フィルム等の軟性材料から形成されており、例えばエチレンオキサイドガスを用いた滅菌が可能なものであることが好ましい。第２カバー１４２は、筒状であり筒軸方向における一端部から他端部に向かって縮径する形状を有し、筒軸方向における一端部全体が内装ケース１３の開口部１３ｂの外周部に固定され、筒軸方向における他端部全体が保持ユニット３のユニット本体３１に固定されている。

【0020】

制御部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）ユニットと入出力制御ユニットとを含むＰＬＣ（Programmable Logic Controller）と、ＰＬＣに接続された、キーボード、タッチパネル等の入力装置と、を有する。図５に示すように、制御部１００は、ＣＰＵユニット１０１と、主記憶部１０２と、補助記憶部１０３と、入力部１０５と、インタフェース１０６、１０４と、各部を接続するバス１０９と、を有する。また、制御部１００は、駆動回路１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆ、１０７ｇと、を有する。主記憶部１０２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリであり、ＣＰＵユニット１０１の作業領域として使用される。補助記憶部１０３は、半導体メモリのような不揮発性メモリであり、加工プログラムを含む制御部１００の各種機能を実現するためのプログラムを記憶する。入力部１０５は、前述の入力装置と入力装置をバス１０９に接続するためのインタフェースとを有する。入力部１０５は、ユーザが入力装置を操作することにより入力した各種操作情報を受け付けると、受け付けた各種操作情報をＣＰＵユニット１０１へ出力する。インタフェース１０６は、駆動回路１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆ、１０７ｇに接続されており、ＣＰＵユニット１０１から入力される制御情報を制御信号に変換して、駆動回路１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆ、１０７ｇへ出力する。また、インタフェース１０６は、近接センサ３４、５５に接続されており、近接センサ３４、５５から入力される検出信号を検出信号情報に変換してＣＰＵユニット１０１へ出力する。インタフェース１０４は、ＣＰＵユニット１０１から入力される工具２０の折損有無を利用者に通知するための通知情報を表示パネル１１へ出力する。

【0021】

駆動回路１０７ａは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、主軸駆動部５１を駆動する。駆動回路１０７ｂは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、昇降駆動部４４を駆動する。駆動回路１０７ｃは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、Ｘ方向駆動部７１を駆動し、駆動回路１０７ｄは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、Ｙ方向駆動部７６を駆動する。駆動回路１０７ｅは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、回転駆動部８１を駆動し、駆動回路１０７ｆは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、回転駆動部８６を駆動する。駆動回路１０７ｇは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、チャック５３を駆動する。

【0022】

ＣＰＵユニット１０１は、補助記憶部１０３が記憶する前述のプログラムを主記憶部１０２に読み出して実行することにより、ヘッド制御部１１１、保持ユニット制御部１１２、信号取得部１１３、判定部１１４および通知部１１５として機能する。また、補助記憶部１０３は、近接センサ３４により得られる信号波形情報であって、ワークＷの切削加工を行う前の工具２０の折損有無を判定する基準となる工具２０の形状を反映した信号波形情報を記憶する基準信号波形記憶部１３１を有する。主記憶部１０２は、ワークＷの切削加工を行った後の工具２０についての近接センサ３４の検出信号の波形を示す信号波形情報と、ワークＷについての近接センサ５５の検出信号の波形を示す信号波形情報と、を一時的に記憶する。基準信号波形記憶部１３１は、ワークＷの切削加工を行う前に、保持ユニット３に設けられた近接センサ３４が工具２０の側方に対向するようにヘッド５を移動させた状態で、回転主軸５２を回転させたときの近接センサ３４から出力される検出信号の信号波形を示す信号波形情報を、工具２０を識別する工具識別情報に対応づけて記憶する。

【0023】

信号波形記憶部１２１は、ワークＷの切削加工を行った後に、保持ユニット３に設けられた近接センサ３４が工具２０の側方に対向するようにヘッド５を移動させた状態で、回転主軸５２を回転させたときの近接センサ３４から出力される検出信号の波形を示す信号波形情報を一時的に記憶する。また、信号波形記憶部１２１は、更に、ワークＷの切削加工を行った後に、ヘッド５に設けられた近接センサ５５がワークＷの側方に対向するようにヘッド５を移動させた状態で、ワーク保持部３２を回転させたときの近接センサ５５から出力される検出信号の波形を示す信号波形情報も一時的に記憶する。

【0024】

ヘッド制御部１１１は、ワークＷの切削加工の方法に応じて、回転主軸５２を回転させたり或いは回転主軸５２を回転させない状態で維持したりするように、制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、駆動回路１０７ａは、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、主軸駆動部５１を動作させたり停止させたりする。また、ヘッド制御部１１１は、ワークＷの形状に応じた加工プログラムに応じてヘッド５を昇降させるための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、駆動回路１０７ｂは、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、昇降駆動部４４を動作させる。また、ヘッド制御部１１１は、チャック５３に工具２０を保持させたり保持を解除させたりするための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、駆動回路１０７ｇは、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、チャック５３に、工具２０を保持させた状態にしたり工具２０の保持状態を解除させたりする。更に、ヘッド制御部１１１は、ヘッド５をＸ軸方向、Ｙ軸方向へ移動させるための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、駆動回路１０７ｃ、１０７ｄは、それぞれ、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、Ｘ方向駆動部７１、Ｙ方向駆動部７６を動作させたり停止させたりする。

【0025】

また、ヘッド制御部１１１は、ワークＷの切削加工の前後において、図６（Ａ）に示すように、保持ユニット３に設けられた近接センサ３４のセンサ部３４１が工具２０の側方に対向するようにヘッド５を移動させるための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。更に、ヘッド制御部１１１は、ワークＷの切削加工後において、図６（Ｂ）に示すように、ヘッド５に設けられた近接センサ５５がワークＷの側方に対向するようにヘッド５を移動させるための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。

【0026】

図５に戻って、保持ユニット制御部１１２は、ユニット本体３１全体をＢ軸ＪＢ周りに回転させるための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、駆動回路１０７ｅは、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、回転駆動部８１を動作させたり停止させたりする。また、保持ユニット制御部１１２は、ワーク保持部３２をＣ軸ＪＣ周りに回転させるための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、駆動回路１０７ｆは、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、回転駆動部８６を動作させたり停止させたりする。

【0027】

信号取得部１１３は、近接センサ３４、５５から出力される検出信号の大きさを示す検出信号情報を取得する。ここで、信号取得部１１３は、ワークＷの切削加工の前において、図６（Ａ）に示すように、近接センサ３４のセンサ部３４１が工具２０の側方に対向するようにヘッド５を移動させた状態で、ヘッド５の回転主軸５２を回転させたときの近接センサ３４から出力される検出信号の大きさを示す検出信号情報を取得する。そして、信号取得部１１３は、ワークＷの切削加工の前において、切削加工で使用する複数の工具２０それぞれについて取得した近接センサ３４の検出信号情報を、近接センサ５５によるサンプリング時刻を示すサンプリング時刻情報と複数の工具２０それぞれの工具識別情報とに対応づけて、基準信号波形情報として基準信号波形記憶部１３１に記憶させる。また、信号取得部１１３は、ワークＷの切削加工の後において、切削加工に用いた工具２０を保持したヘッドを近接センサ３４が工具２０の側方に対向するように移動させた状態で、ヘッド５の回転主軸５２を回転させたときの近接センサ３４から出力される検出信号の大きさを示す検出信号情報を取得する。そして、信号取得部１１３は、ワークＷの切削加工の後において取得した近接センサ３４の検出信号情報を、近接センサ５５によるサンプリング時刻を示すサンプリング時刻情報に対応づけて信号波形記憶部１２１に記憶させる。

【0028】

更に、信号取得部１１３は、工具２０を用いたワークＷの切削加工後において、図６（Ｂ）に示すように、近接センサ５５のセンサ部５５１がワークＷの側方に対向するようにヘッド５を移動させた状態で、ワーク保持部３２を回転させたときの近接センサ５５から出力される検出信号の大きさを示す検出信号情報を取得する。そして、信号取得部１１３は、ワークＷの切削加工の後において取得した近接センサ５５の検出信号情報を、近接センサ５５によるサンプリング時刻を示すサンプリング時刻情報に対応づけて信号波形記憶部１２１に記憶させる。

【0029】

判定部１１４は、近接センサ３４によりワークＷの切削加工の前後において取得された検出信号情報それぞれが示す検出信号の大きさ、即ち、検出信号の振幅値の時間推移に相当する信号波形の差異の有無に基づいて、工具２０の折損有無を判定する。具体的には、判定部１１４は、例えば、まず、基準信号波形記憶部１３１が記憶する基準信号波形情報を構成する検出信号情報に対応するサンプリング時刻と信号波形記憶部１２１が記憶する近接センサ３４により取得した検出信号情報に対応するサンプリング時刻とを同期させる処理を行う。次に、判定部１１４は、同一のサンプリング時刻における、基準信号波形情報を構成する検出信号情報が示す振幅値と信号波形記憶部１２１が記憶する検出信号情報が示す振幅値との差分値を、互いに同期している全てのサンプリング時刻について算出し、算出した差分値の総和を差分積算値として算出する。そして、判定部１１４は、算出した差分積算値が予め設定された差分積算閾値以上である場合、工具２０が折損していると判定する。また、判定部１１４は、ワークＷの切削加工後において近接センサ５５により取得した信号波形情報に基づいて、ワークＷに付着した工具２０の折損片の有無を判定する。具体的には、判定部１１４は、例えば信号波形記憶部１２１が記憶する近接センサ５５により取得した検出信号情報それぞれが示す検出信号の振幅値の時間推移に相当する信号波形に、ピーク波形が存在し、そのピーク波形の尖頭値と信号波形の平均値との差分値が予め設定された差分閾値以上である場合、工具２０の折損片がワークＷに付着していると判定する。

【0030】

通知部１１５は、判定部１１４による判定結果に基づいて、工具２０の折損有無並びにワークＷに付着した工具２０の折損片の有無を作業者に通知するための通知情報を生成してインタフェース１０４へ出力する。

【0031】

次に、本実施の形態に係る切削加工装置１が実行する切削加工処理について、図７乃至図９を参照しながら説明する。ここでは、切削加工装置１が、切削加工処理において、ワークＷに対して少なくとも１つの加工ステップを実行するものとして説明する。また、保持ユニット３は、初期状態において、工具保持部３３が＋Ｚ方向側を向く姿勢で維持されているものとする。更に、ヘッド５は、初期状態において、保持ユニット３の＋Ｚ方向側の初期位置に配置されているものとする。まず、図７に示すように、切削加工装置１は、切削加工処理が開始されると、切削加工で使用する少なくとも１つの工具２０の中から１つの工具２０を特定する（ステップＳ１）。次に、切削加工装置１は、特定した工具２０を受け取る位置へヘッド５を移動させてから特定した工具２０をヘッド５に保持させる（ステップＳ２）。具体的には、ヘッド制御部１１１が、切削加工で使用する少なくとも１つの工具２０の中から１つの工具２０を特定し、ヘッド５が前述の初期位置から特定した工具２０の＋Ｚ方向側へ移動するようにＸ方向駆動部７１およびＹ方向駆動部７６の動作を制御する。また、保持ユニット制御部１１２が、保持ユニット３をＢ軸ＪＢ周りに回転させて保持ユニット３に保持されたワークＷが鉛直上方を向く姿勢になるように回転駆動部８１の動作を制御する。そして、ヘッド制御部１１１は、ヘッド５を－Ｚ方向へ降下させて特定した工具２０を受け取る位置へ移動するように昇降駆動部４４の動作を制御する。更に、ヘッド制御部１１１は、ヘッド５が特定した工具を受け取る位置に配置された状態で、チャック５３により特定した工具２０が保持されるようにチャック５３の動作を制御する。

【0032】

続いて、切削加工装置１は、ヘッド５を、それに保持された工具２０が保持ユニット３の近接センサ３４に対向する位置へ移動させる（ステップＳ３）。具体的には、ヘッド制御部１１１が、図６（Ａ）に示すように、保持ユニット３に設けられた近接センサ３４のセンサ部３４１が工具２０の側方に対向した状態となる位置にヘッド５が配置されるように、Ｘ方向駆動部７１、Ｙ方向駆動部７６および昇降駆動部４４の動作を制御する。図７に戻って、その後、切削加工装置１は、工具２０を回転させながら近接センサ３４により得られる信号波形情報を取得して基準信号波形記憶部１３１に記憶させる（ステップＳ４）。具体的には、ヘッド制御部１１１が、工具２０を保持した回転主軸５２が予め設定された回転速度で回転するように主軸駆動部５１の動作を制御しながら、信号取得部１１３が、近接センサ３４から出力される検出信号の大きさを示す検出信号情報を取得する。そして、信号取得部１１３は、取得した検出信号情報を、サンプリング時刻情報および特定した工具２０の工具識別情報に対応づけて基準信号波形記憶部１３１に記憶させる。また、ヘッド制御部１１１は、回転主軸５２を予め設定された回転数だけ回転させた後、回転主軸５２の回転を停止させる。次に、切削加工装置１は、ヘッド５に保持した工具２０を保持ユニット３へ移載する位置へヘッド５を移動させてからヘッド５に保持した工具２０を保持ユニット３の工具保持部３３に収納させる（ステップＳ５）。具体的には、ヘッド制御部１１１が、ヘッド５に保持された工具２０の一部が保持ユニット３の工具保持部３３の内側に配置された状態となる位置にヘッド５が配置されるように、Ｘ方向駆動部７１、Ｙ方向駆動部７６および昇降駆動部４４の動作を制御する。また、保持ユニット制御部１１２が、保持ユニット３をＢ軸ＪＢ周りに回転させて保持ユニット３に保持されたワークＷが鉛直上方を向く姿勢になるように回転駆動部８１の動作を制御する。そして、ヘッド制御部１１１は、チャック５３による工具２０の保持を解除するようにチャック５３の動作を制御する。

【0033】

続いて、切削加工装置１は、切削加工処理で使用する全ての工具２０について信号波形情報の取得が完了したか否かを判定する（ステップＳ６）。ここで、切削加工装置１は、切削加工処理で使用する全ての工具２０のうち、未だ信号波形情報を取得していない工具２０が存在すると判定したとする（ステップＳ６：Ｎｏ）。この場合、切削加工装置１は、未だ信号波形情報を取得していない工具２０のうちの１つを特定し（ステップＳ１）、再びステップＳ２以降の一連の処理を実行する。一方、切削加工装置１が、切削加工処理で使用する全ての工具２０について信号波形情報の取得が完了したと判定したとする（ステップＳ６：Ｙｅｓ）。この場合、切削加工装置１は、加工プログラムに従って、最初の加工ステップで使用する工具２０を特定し、特定した工具２０を保持する（ステップＳ７）。その後、切削加工装置１は、特定した工具２０を受け取る位置へヘッド５を移動させてから特定した工具２０をヘッド５に保持させる（ステップＳ８）。次に、切削加工装置１は、切削加工処理に含まれる１つの加工ステップを開始する（ステップＳ９）。具体的には、ヘッド制御部１１１が、加工ステップの内容に応じて、工具２０が保持された回転主軸５２を回転させながら、ヘッド５を移動させて工具２０の先端部をワークＷに接触させるように主軸駆動部５１、Ｘ方向駆動部７１、Ｙ方向駆動部７６および昇降駆動部４４の動作を制御する。ここで、保持ユニット制御部１１２は、加工ステップの内容に応じて、ワーク保持部３２が＋Ｚ方向またはＺ軸から傾いた方向を向く姿勢で維持するように回転駆動部８１の動作を制御する。或いは、ヘッド制御部１１１が、加工ステップの内容に応じて、工具２０が保持された回転主軸５２を停止させた状態を維持させながら、ヘッド５を移動させて工具２０の先端部をワークＷに接触させるように主軸駆動部５１、Ｘ方向駆動部７１、Ｙ方向駆動部７６および昇降駆動部４４の動作を制御する。ここで、保持ユニット制御部１１２が、加工ステップの内容に応じて、ワーク保持部３２を回転させながら、ワーク保持部３２が＋Ｚ方向またはＺ軸から傾いた方向を向く姿勢で維持するように回転駆動部８１、８６の動作を制御する。

【0034】

続いて、切削加工装置１は、１つの加工ステップが終了すると（ステップＳ１０）、ヘッド５を、図６（Ａ）に示すようにヘッド５に保持された工具２０が保持ユニット３の近接センサ３４に対向する位置へ移動させる（ステップＳ１１）。図７に戻って、その後、切削加工装置１は、工具２０を回転させながら近接センサ３４により得られる信号波形情報を取得して信号波形記憶部１２１に記憶させる（ステップＳ１２）。

【0035】

次に、切削加工装置１は、加工ステップの前後において近接センサ３４により取得した信号波形情報が示す信号波形に差異があるか否かを判定する（ステップＳ１３）。具体的には、判定部１１４が、信号波形記憶部１２１が記憶する近接センサ３４により取得した検出信号情報それぞれが示す検出信号の振幅値の時間推移に相当する信号波形と、基準信号波形記憶部１３１が記憶する検出信号情報それぞれが示す検出信号の振幅値の時間推移に相当する信号波形とを比較して、信号波形に差異があるか否かを判定する。ここで、判定部１１４は、例えば基準信号波形情報に対応する信号波形が例えば図８（Ａ）に示す波形であり、信号波形記憶部１２１が記憶する検出信号情報に対応する信号波形が例えば例えば図８（Ｂ）に示すように図８（Ａ）に示す信号波形とは異なっている場合、信号波形に差異があると判定する。図７に戻って、切削加工装置１は、信号波形に差異があると判定すると（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、後述のステップＳ１５の処理が実行される。一方、切削加工装置１は、信号波形が同じであると判定すると（ステップＳ１３：Ｎｏ）、切削加工処理に含まれる全ての加工ステップが終了したか否かを判定する（ステップＳ１４）。ここで、切削加工装置１は、切削加工処理に含まれる加工ステップのうち未だ終了していない加工ステップが存在すると判定したとする（ステップＳ１４：Ｎｏ）。この場合、切削加工装置１は、次の加工ステップで使用する工具２０を特定し（ステップＳ７）、再びステップＳ８以降の一連の処理を実行する。

【0036】

一方、切削加工装置１は、切削加工処理に含まれる全ての加工ステップが終了したと判定すると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、図９に示すように、ヘッド５を、ヘッド５の近接センサ５５がワークＷに対向する位置へ移動させる（ステップＳ１５）。具体的には、ヘッド制御部１１１は、図６（Ｂ）に示すように、ヘッド５に設けられた近接センサ５５のセンサ部５５１がワーク保持部３２に保持されたワークＷの側方に対向する位置にヘッド５が配置されるように、Ｘ方向駆動部７１、Ｙ方向駆動部７６および昇降駆動部４４の動作を制御する。図９に戻って、続いて、切削加工装置１は、ワークＷを回転させながら近接センサ５５により得られる信号波形情報を取得して信号波形記憶部１２１に記憶させる（ステップＳ１６）。具体的には、保持ユニット制御部１１２が、ワークＷを保持したワーク保持部３２が回転するように回転駆動部８６の動作を制御しつつ、信号取得部１１３が、近接センサ５５から出力される検出信号の大きさを示す検出信号情報を取得し、取得した検出信号情報をサンプリング時刻情報に対応づけて信号波形記憶部１２１に記憶させる。その後、切削加工装置１は、信号波形記憶部１２１が記憶する近接センサ５５により取得した検出信号情報それぞれが示す検出信号の振幅値の時間推移に相当する信号波形に基づいて、ワークＷに付着した工具２０の折損片の有無を判定する（ステップＳ１７）。次に、切削加工装置１は、工具２０の折損有無並びにワークＷに付着した工具２０の折損片の有無を作業者に通知するための通知情報を生成して表示パネル１１に表示させる（ステップＳ１８）。具体的には、通知部１１５が、判定部１１４による判定結果を示す通知情報を生成してインタフェース１０４へ出力する。その後、切削加工処理が終了する。

【0037】

以上説明したように、本実施の形態に係る切削加工装置１によれば、信号取得部１１３が、ワークＷの切削加工の前後において、近接センサ３４が工具２０の側方に配置されるようにヘッド５を移動させた状態で、回転主軸５２を回転させたときの近接センサ３４から出力される検出信号の大きさを示す検出信号情報を取得する。そして、判定部１１４が、切削加工の前後において取得された検出信号情報それぞれが示す検出信号の大きさの時間推移に相当する信号波形の差異の有無に基づいて、工具２０の折損有無を判定する。これにより、ワークＷの切削加工中における工具２０の先端部の折損を迅速に検知することができるので、ワークＷの加工精度を高めることができる。

【0038】

ところで、ワークＷの寸法が小さくなると、それに応じて、ワークＷの加工に使用する工具２０の寸法も小さくなる。そして、ワークＷに微細な切削加工を施す場合、工具２０に微小な折損が生じた場合でも加工精度に大きく影響してしまう。しかしながら、工具２０の微小な折損は、作業者が目視で確認できない場合もある。これに対して、本実施の形態に係る切削加工装置１では、近接センサ３４から出力される検出信号の波形と工具２０の形状との間に相関関係があることを利用して、ワークＷの切削加工の前後において、工具２０が保持された回転主軸５２を回転させながら近接センサ３４の検出信号の振幅を示す検出信号情報を取得し、取得した検出信号情報それぞれが示す検出信号の振幅の時間推移に相当する信号波形を比較することにより、切削加工中の工具２０の折損有無を検知する。従って、作業者が目視で確認するのが困難な工具２０の微小な折損を検知することができる。

【0039】

また、本実施の形態に係る近接センサ３４が、保持ユニット３のユニット本体３１の内側に配置され、近接センサ５５が、ヘッドカバー５４の内側に配置されている。これにより、近接センサ３４、５５が、加工領域Ｓ１から隔離した状態で配置されるので、加工領域Ｓ１の清浄度を維持することができる。また、ワークＷの切削加工を行う毎に、近接センサ３４、５５の洗浄、滅菌処理等を行う必要がないので、ワークＷの切削加工を行う作業者の作業負担が軽減されるという利点もある。

【0040】

更に、本実施の形態に係る信号取得部１１３は、ワークＷの切削加工後において、近接センサ５５がワークＷの側方に対向するようにヘッド５を移動させた状態で、ワーク保持部３２を回転させたときの近接センサ５５から出力される検出信号の波形を示す信号波形情報を取得する。そして、判定部１１４は、近接センサ５５から取得した信号波形情報に基づいて、ワークＷに付着した工具２０の折損片の有無を判定する。これにより、工具２０が折損したときに発生した折損片のワークＷへの付着を検知することができる。従って、例えば工具２０の折損に起因した加工不良のワークＷが、切削加工処理を行う工程の後工程へ流出してしまうことを未然に防止できる。

【0041】

また、本実施の形態に係る切削加工装置１では、内装ケース１３の内側にワーク保持部３２と工具保持部３３とチャック５３とが配置され、第１カバー１４１が、ヘッド５と内装ケース１３における開口部１３ａの外周部との間を閉塞し、第２カバー１４２が、保持ユニット３と内装ケース１３における開口部１３ｂの外周部との間を閉塞している。また、工具保持部３３が、その内側に工具２０が挿入されていない状態で、内側が保持ユニット３のユニット本体３１の外側に連通し且つ工具保持部３３の外壁がユニット本体３１の外側から隔離されるようにユニット本体３１に固定されている。これにより、内装ケース１３の内側に内装ケース１３の外側から隔離された切削加工を行う加工領域Ｓ１を形成でき、内装ケース１３の外側に存在する異物の加工領域Ｓ１への侵入が抑制される。

【0042】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば図１０に示すように、保持ユニットが、工具保持部３３における工具２０の刃部２１が収納される部分の近傍に配置された近接センサ２０３４を有するものであってもよい。この場合、制御部が、工具保持部３３に工具２０が保持された状態で近接センサ２０３４から出力される検出信号に基づいて、工具２０の刃部２１の種類を特定する種類特定部と、種類特定部により特定された工具２０の種類と予め工具保持部３３それぞれについて設定された保持すべき工具２０の種類とが一致するか否かを判定する種類判定部と、を有するものであってもよい。

【0043】

本構成によれば、工具保持部３３への工具２０のセットミスの発生を抑制できる。

【0044】

実施の形態において、切削加工装置１が、加工ステップを開始する直前に、ヘッド５の近接センサ５５にワークＷが対向する位置へヘッド５を移動させて、ワークＷを回転させながら信号波形情報を取得し、取得した信号波形情報に基づいて、ワーク保持部３２に保持されたワークＷの形状を特定するものであってもよい。そして、切削加工装置１が、特定したワークＷの形状に基づいて、加工ステップで使用する工具２０の種類を特定するものであってもよい。

【0045】

以上、本発明の実施の形態および変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明は、骨の切削加工を行う切削加工装置として好適である。

【符号の説明】

【0047】

１：切削加工装置、３：保持ユニット、５：ヘッド、１０：筐体、１０ｂ，１３ａ，１３ｂ，５４ａ：開口部、１１：表示パネル、１２：支持部材、１３：内装ケース、１５：扉、２０：工具、２１：刃部、３１：ユニット本体、３２：ワーク保持部、３３：工具保持部、３４，５５，２０３４：近接センサ、４１：ベース、４３：ブラケット、４４：昇降駆動部、５１：主軸駆動部、５２：回転主軸、５３：チャック、５４：ヘッドカバー、７１：Ｘ方向駆動部、７６：Ｙ方向駆動部、８１，８６：回転駆動部、８２：シャフト、１００：制御部、１０１：ＣＰＵユニット、１０２：主記憶部、１０３：補助記憶部、１０５：入力部、１０４，１０６：インタフェース、１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ，１０７ｅ，１０７ｆ，１０７ｇ：駆動回路、１０９：バス、１１１：ヘッド制御部、１１２：保持ユニット制御部、１１３：信号取得部、１１４：判定部、１１５：通知部、１２１：信号波形記憶部、１３１：基準信号波形記憶部、１４１：第１カバー、１４２：第２カバー、３１１：第１部位、３１２：第２部位、３４１，５５１：センサ部、３４２，５５２：信号出力部、４２１，７２１，７７１：レール、４２２，７２２，７７２：スライダ、ＪＢ：Ｂ軸、ＪＣ：Ｃ軸、Ｓ１：加工領域、Ｓ２：領域、Ｗ：ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】