【機械加工】切削加工を基礎から学ぶ！工作機械の種類と加工方法

当社は、プラスチック加工をして多種多様な研究開発試作品を製造する会社です。

「プラスチック加工って、どんなものがあるの？」

プラスチックの加工には様々な工法が存在します。
用途や目的、材料、形状にあった最適な工法を選定していく必要があります。

しかし、加工内容など知識がなくては選定することはできません。

初心者の方は、プラスチック製品製作をスムーズに進められように少しずつ加工方法の知識を増やしていけるといいでしょう。

プラスチック加工では、製品を高精度で加工するためにさまざまな工作機械が使われております。

今回は、日本の製造業を支える重要な技術「機械加工」の一つ「切削加工」にスポットを当てて、

• 加工方法
• 工作機械の種類
• 加工するための工具の種類

など、切削加工の基礎をご紹介させていただきます。

（より分かりやすくするため関連する画像や動画も載せておきますので、よろしかったら参考にしてみてください）

是非、ご覧ください。

切削加工は「除去加工」

先述した通り、プラスチック加工の種類は多くあります。
それらの加工方法は、大きく分けて3つに分類できます。

■プラスチック加工を3つに分類してみると。。。

カテゴライズしてみると各加工の特徴がわかりやすくなりませんか？

除去加工の代表格！「切削加工」の基本をわかりやすく解説

切削加工 (読み方：せっさく）とは、工具を用いて金属や樹脂などの材料を切ったり削ったり穴を開けたりする加工技術です。

ここでは、除去加工の代表格である「切削加工の基礎」を学んでいきましょう。

切削加工の2つの加工方式

切削加工には、大きく分けて2種類の加工方式があります。

• 「フライス加工（ミーリング）」
• 「旋削加工（ ターニング）」

まずは、フライス加工からご説明させていただきます。

フライス加工 (ミーリング）

フライス盤で使用する工具

フライス盤（ミーリングマシン）では、加工によって様々な工具を使用します。代表的なフライス（ミーリングカッター＝刃物工具）をご紹介します。

■正面フライス（フェイスミル）

■エンドミル

側面や端面にも刃がある多機能工具。

広い範囲の平面は、正面フライスで加工し、狭い範囲の側面や段差、溝などはエンドミルで加工します。外周削り、曲面削り、穴加工まで可能です。

《 おもなエンドミルの種類 》

■平フライス

円筒状で外周に切刃を持ったボアタイプの切削工具です。平フライスは横型フライス盤で使用するもので、平フライス削りを行う基本的なフライスです。プレーンカッターともいいます。

しかし平面加工においては立型フライス盤の正面フライスやエンドミルを使ったほうが効率が良く、最近では平フライスはあまり使われることはありません。平フライスの工具自体もあまり販売されていません。

よこ型フライス盤で使用するフライスで、平面を削る加工を行うときに使用します。切削効率に優れているものの、削った後に正確な精度を出すことができませんので、正面フライスより荒くなってしまいます。そのため、精度を求めない部分の荒削り加工の時に使用されることが多いとも言えます。

フライス盤 （ミーリングマシン） の種類

フライス盤は手動のもの（汎用フライス）、数値制御で自動加工できるもの（CNCフライス）、工具自動交換機能がついているもの（マシニングセンター）、歯切り加工をする（NC歯車加工機）など、様々な種類があります。

それぞれの特徴を詳しく見ていきましょう。

[汎用フライス]

[NCフライス（CNCフライス）]

NCフライスは、数値制御（NC）による機械の加工です。

NC (Numerical Control)とは「数値制御」という意味で、切削工具の動作を座標値によって定義し、そのプログラム情報の指示によって工作機械が動き加工する方法です。

以前は、パンチカードなどを使って加工していましたが、現在では、コンピューターでNC制御をするCNC（Computerized Numerical Control）で自動化できる機械が主流ですので、ほとんどの場合、NC加工＝CNC加工のことを指します。

またCAD/CAMソフトを用いて、どんな順序で、どのような工具を使って加工していくかをプログラムして加工することもできます。

CAD/CAMの加工プログラム次第で、加工時間や仕上がりが変わってくるので、加工時間の短縮化、適した工具選定、正確に仕上げるためのプログラム設定など、フライス機械の操作技術だけでなく、プログラム能力も重要になってきます。

[マシニングセンター]

マシニングセンターも年々進化していて、通常のマシニングセンタは3軸加工のX、Y、Zの3軸にしか動きませんが、5軸加工機は、X、Y、Zの3軸に加えて回転の2軸を加えて加工できます。段取りの工程短縮ができたり、より柔軟な加工が可能で、3軸加工機にはできない加工ができるようになりました。

旋削加工

旋削加工で使用する工具

旋盤加工は工作物を回転させてバイトと呼ばれる工具で切削する機械です。加工方法に合わせて適切なバイトを選択する必要があります。

旋盤の種類

旋盤にはいくつかの種類があり、加工する材料の大きさや、作りたい製品の形状によって最適な加工機を選択する必要があります。

[汎用旋盤]

汎用旋盤とは、手動で加工する旋盤のことです。試作品など少量生産に用いられることが多いです。汎用フライスと同様で手動では精度の高い製品が加工できますが、熟練した技術力が必要です。技術力次第で仕上がりや品質が大きく左右されます。

[CNC旋盤]

CNC旋盤とは、 コンピュータによるNC（Numerical Control）と呼ばれる 数値制御で加工を自動化する機能を持つ旋盤です。

[卓上旋盤]

小型の旋盤のことで、 作業台の上に置ける小さなサイズのものでベンチレースともいいます。

汎用旋盤で加工できない小さな部品に使用されています。

[正面旋盤]

主軸が地面に対して平行の旋盤で 、大きな工作物を加工する時に使用されます。

切りくずが下方向に落ちるので、立旋盤に比べて製品に傷がつきにくいメリットがあります。

切りくずを巻き込む心配も少ないため、作業効率が良く連続加工に向いています。

[立旋盤]

立旋盤は主軸が縦向きで切削工具を垂直方向に動かします。

立旋盤では上を向いた主軸に加工物を取り付けるため、 重力や遠心力によるズレ起こりにくく、正面旋盤と比べて加工の精度がいいのが特徴で、汎用旋盤では加工が難しい大型製品の加工も可能です。

[タレット旋盤]

タレットと呼ばれる旋回式の刃物台がついている旋盤です。
通常旋盤加工では、加工に応じて工具交換が必要ですが、タレット旋盤なら、あらかじめ切削工具をセットしておくことで、タレットを回して工具を切り替えることができます。工具交換の手間が減り加工時間を短縮できます。

昭和33年のタレット旋盤。当時は大量生産向けだったそうです。まだ作動するそうです！すごいですね！

複数の加工が1台でできる「複合加工機」

複合加工機は、工具の自動交換機能（ATC）を備えており、フライス削り・旋削・研削などの様々な加工ができるNC（数値制御）の工作機械です。

「複合加工機」にはNC旋盤ベースとマシニングセンタベースの2種類があります。

■NC旋盤ベースの複合加工機（ターニングセンタ）

NC旋盤をベースに、ドリル（穴あけ）・フライスなどの回転軸を追加したものです。
旋盤ベースなので、円筒状のワークが得意です。

タレット（刃物台）にあらかじめ複数の工具を割り付けることができるため、工具交換の時間が短縮できます。

■マシニングセンタベースの複合加工機

マシニングセンタをベースに、回転テーブルなどの回転軸を追加したものです。
フライス加工がベースなので角ものワークが得意です。

複合加工機・マシニングセンタ・5軸加工機の違いって？

複合加工機、マシニングセンタ、5軸加工機など、加工機にもいろいろありますので、違いが分かりにくいですよね。

「一体何がちがうのか？」

ここで、整理してみましょう。

• マシニングセンタ

マシニングセンターは、 多種類の加工（中ぐり、フライス加工、穴あけ、ねじ立て、リーマ仕上げなど）の加工をするNCフライス盤に自動工具交換機能（ATC）を装備したもの。

• 5軸加工機

マシニングセンタ（通常XYZの3軸加工）に、回転と傾斜の2軸を加えて5軸になったもの。5軸マシニングセンターともいいます。
（5軸加工機＝5軸マシニングセンタ）

• 複合加工機

NC旋盤の特性とマシニングセンタの特性を併せ持った工作機械のこと。

機械を複合化することにより、一台の工作機械で、フライス加工・旋削加工・研削加工など、すべての加工を終えることができる。

加工時間短縮や加工別の機械を複数所有しなくて済むので省スペースにもなります。

まとめ

今回は「機械加工のきほん」ということで切削加工を基礎から学ぶため、工作機械の種類と加工方法をご紹介させていただきました。

今回の記事を簡単におさらいしてみしょう。

切削加工

• 「除去加工」の分類で「不要な部分を除去することによって、形状をつくる加工方法 」
• 切削加工には「フライス加工」と「旋削加工」の2種類ある

フライス加工

• フライス盤では、おもに「正面フライス」と「エンドミル」という工具を使用
• フライス盤の種類は、「汎用フライス」「CNCフライス」「マシニングセンタ」などがある
• マシニングセンタは通常XYZの3軸ですが、5軸のものもあり「5軸加工機」または「5軸マシニングセンタ」と呼ばれる

旋削加工

• 旋削加工の工具は、「バイト」という工具を使用
• 旋盤の種類は、「汎用旋盤」「CNC旋盤」「卓上旋盤」「正面旋盤」「立て旋盤」「タレット旋盤」などがある

複合加工機

• すべての加工が1台でできる「複合加工機」というものもある

以前は、加工ごとにそれぞれ工作機械が必要でしたが、デジタル化が進み、機械の高速化、高精度化、複合化や多軸化もますます発展していくことになるでしょう。

一般的に最先端の機械を導入すれば、簡単に高精度のものができると思われてしまいますが、必ずしもそうではありません。

機械が高度化すれば、それと同時に機械を動かすためのソフトウェアやプログラミングも高度化され、より複雑になったり、より広範囲の知識が必要になることが多い傾向にあります。

機械の個性や特徴を熟知した上で使いこなせるようにならなければいけないのです。

先端技術の機械を導入したはいいが、それに伴うオペレーション力がなく使いこなせないということも何度か耳にしたことがあります。

これからは、ますますデジタル化が進んでいくでしょう。

新しい技術知識を得ることはもちろんですが、まずは、基本をしっかり身につけてから新しい知識を増やすことが一番の近道になるのではないでしょうか。