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株式会社 阪井金属製作所

金属加工の代表的な機械とは?
工作機械の種類や加工方法を紹介

2023年9月15日

金属加工に使用される代表的な工作機械① NCフライス

NCフライスとは、NC(Numerically Controlled)と呼ばれる数値制御機能を備えたフライス盤のこと。フライス盤とは、工作物となる素材を固定し、そこへ回転させた刃物を当てることで金属を削ったり、穴をあけたりして加工していく工作機械のことです。 

NCフライスの動きはプログラムで制御されているため、はじめに設計図に合わせてプログラムを設定してしまえば、あとは自動で工具が動き、目的の形状になるまで加工をしてくれます。 

角型材料の加工に適しているのが特徴で、フライス工具を正面フライスやエンドミル、みぞフライス等に変更すれば、表面加工や段差加工、溝加工、穴あけ等の各種加工が可能です。 

なお、NCフライスによる加工で作られる製品の例としては、部品を取り付けるための板状のパーツや、取付穴、取り付けねじ等が挙げられるでしょう。

現代の金属加工機はNC工作機械、CNC工作機械が主流

近年の金属加工の現場では、主に数値制御装置を備えたNC工作機械、またはコンピュータ数値制御装置を備えたCNC工作機械を使用するのが一般的です。 

他の加工方法が適していると考えられる場合には、必要に応じて金型を作ったり、汎用工作機械を使った職人の手作業を組み合わせる等して、加工精度を高めていきます。

金型がなくとも、設計図やCAD・CAMのデータがあれば高精度な切削加工が行えるNC工作機械は、金属加工のコストカットに大きく貢献しているのです。

金属加工に使用される代表的な工作機械② NC旋盤

金属加工に使用される代表的な工作機械 ②NC旋盤

NCフライスが材料を固定し、刃物を回転させて金属を加工していくのに対し、NC旋盤は材料を高速回転させた所へバイトと呼ばれる刃物や切削工具を押し当てて、金属を切削加工します。 

NC旋盤の最大の特徴は、材料を回転させるという特性から丸形状の材料の加工に適しているところ。回転する工作物に対し、刃物の位置や角度を調整しながら切削加工を進めていくため精度の高い円形の加工が可能になるのです。 

なお、NC旋盤でできる代表的な金属加工としては外形・内径バイト、溝入れバイト、ねじ切りバイトが挙げられますが、他にもドリルやタップ、ダイス、ねじ穴補正にも使用されます。 

NC旋盤によって作られる製品の代表的な例としては、円筒形状のシャフトが挙げられます。

また、0.001mm単位での精密な加工が可能であることから、製品同士を隙間なく圧入して接続するためのパーツ作りにもNC旋盤が使われています。金属加工の精密性においては、NCフライスを使った加工よりもNC旋盤による加工の方が優れていると言えるでしょう。

金属加工に使用される代表的な工作機械③ マシニングセンタ

金属加工に使用される代表的な工作機械 ③マシニングセンタ

マシニングセンタとは、中ぐりや旋盤加工、フライス加工、ボール盤、リーマ仕上げ等の複数の金属加工を1台で自動的に行うことができる複合型のNC工作機械です。

「マシセン」や「MC」と呼ばれることもある機械で、NC旋盤と同じく材料を固定し、プログラムに基づいて刃物を回転・移動させることで各種の金属加工を進めていきます。 

NCフライスやNC旋盤との大きな違いは、金属加工だけでなく用途に合わせたツールの交換も自動で行ってくれるところ。また旋盤に比べると刃物の可動域や自由度も高いため、より複雑な形状の金属加工ができるところもマシニングセンタの大きな特徴と言えるでしょう。

なおマシニングセンタには、軸構成の違いにより以下のような種類があります。金属加工の現場では、目的や条件に合わせてこれらを使い分けているのです。

立型マシニングセンタ

工具を取り付ける回転軸が、地面に対して垂直方向に付いているタイプのマシニングセンタ。 

材料の上面から様子を見ながら加工をしていける作りであるため、小物・中物の試作や中量産に適した工作機械として、金属加工の現場で広く普及しています。 

ただし、切粉を排出しにくいという弱点もあるため注意が必要です。

横型マシニングセンタ

工具を取り付ける回転軸が、地面に対して水平方向についているタイプのマシニングセンタ。 

材料の加工したい面を地面に対して水平にセットし、横から切削していくため、立型に比べて切粉を排出しやすいのが特徴です。 

また長時間の連続稼働に強く、加工物の取り替えが少なくて済むため製品を量産したい場合に便利な工作機械だと言えるでしょう。

門型マシニングセンタ

名前の通り、門のような形をしたマシニングセンタです。

筐体にカバーが付いていないため、ある程度大きさを調整することが可能で、門の下に入るものなら大きな材料でも加工することができます。 

具体的には飛行機部品や造船部品等の重量物、大型製品を金属加工する際に使われています。

5軸マシニングセンタ

X軸、Y軸、Z軸の直交3軸に加え、旋回2軸を同時に制御・操作できるマシニングセンタ。 

マシニングセンタの中でも比較的新しい種類で、多数軸制御と加工品の回転が可能になったことにより、複数面に対し従来より複雑な加工ができるようになりました。

近年、金属加工の現場への普及が少しずつ進んでいる工作機械です。

金属加工に使用される代表的な工作機械④ 研削盤

研削盤とは、加工したい材料に対し、バイトやドリルではなく高速回転する研磨砥石を当てることにより、表面を少しずつ削っていく工作機械のことです。近年ではフライス盤や旋盤と同じく、NC制御機能を備えたNC研削盤も金属加工の現場で広く活躍しています。 

刃物ではなく砥石を使って金属を削っていく研削盤の強みは、加工精度が非常に高いこと。 

刃物やドリルを材料に当てる切削加工では素材への当たりが点になりますが、研削加工では面で当たるため、狙った寸法精度や面粗さを出しやすくなるのです。

そのため、他の金属加工を施した後に仕上げとして表面の研削加工を行い、加工精度を高めるケースも少なくありません。

金属加工に使用される代表的な工作機械⑤ プレス機

プレス機とは、金型を取り付けた状態で薄い板状の加工材料に強い圧力をかけて成形し、金属を加工する工作機械です。日本語では「鍛圧機械」と表現されることもあります。 

一枚の金属板に複数の金型を押し当てると、一度のプレスで大量に製品を製造できるため、特にプレート状の製品を大量生産したい場合に積極的に用いられています。 

なおプレス機は圧力の発生方法により、大きく「機械プレス」と「油圧(液圧)プレス」の2種類に分けることができます。 

電動モータの回転運動によって圧力を獲得してプレスを行うものを機械プレスと呼び、冷間鍛造プレスや熱間鍛造プレス、スクリュープレス等は、この機械プレスに当たる種類です。 

対して、油や水等の液体の圧力を利用するプレス機は油圧(液圧)プレスと呼ばれ、代表的なものでは汎用油圧プレスやハイドロフォーミングプレス等が油圧プレスに該当します。

またプレス機では金型を使った成形の他に、せん断や曲げ、絞り等の金属加工にも対応可能です。

金属加工に使用される代表的な工作機械⑥ 特殊加工機

金属加工に使用される代表的な工作機械⑥ 特殊加工機

工作機械による金属加工は、大きく切削加工、研削加工、特殊加工の3種類に分けられます。

ここまでは切削加工と研削加工、そして成型加工を行う工作機械について見てきましたが、ここからは特殊加工を行う2種類の金属加工機について紹介していきます。

ワイヤー加工機

ワイヤー加工機は、真鍮等からできたワイヤー線に電気を流して材料を溶かしながら、糸のこぎりのように切断していく工作機械です。ワイヤー放電加工機と呼ばれることもあります。 

材料に導電性があれば、厚みや硬度に関わらずどのようなものでも加工することができ、緻密な除去加工等が必要な金属加工の際に使用されます。

放電加工機

放電加工機は、加工したい材料を水や油等の液体に浸し、その中で放電する熱によって金属を溶かし、除去して、掘り進めるように金属の形を変えていく金属加工機です。

ワイヤー加工機と同じく導電性のある材料なら硬さに関係なく使用できるため、難削材や工具が接触することによる工作物へのダメージを避けたい場合等に、よく使用されます。

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