CNC旋盤とは? 種類ごとの違いや作業手順、便利な周辺装置などを解説

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CNC旋盤とは? 種類ごとの違いや作業手順、便利な周辺装置などを解説

金属の材料を削って加工し、部品を作り出す機械が工作機械です。その中でも多く用いられているのが旋盤で、近年はさまざまな現場で「CNC旋盤」と呼ばれる自動加工を可能としたタイプの導入が進んでいます。 この記事では、CNC旋盤の概要や種類、使用手順、周辺機器などについてご紹介します。

CNC旋盤とは?

旋盤は材料を回転させ、バイトと呼ばれる刃物を押し当てることで切削加工を行う工作機械です。外丸削り・テーパ削り・面削り・ねじ切り加工・中ぐり加工・突切り加工・穴あけ加工など、円形状の加工を得意とします。旋盤をコンピュータによる数値制御で動かし、自動加工をする機能を持たせたものがCNC旋盤です。タレットという刃物を複数取り付ける刃物台により、さまざまな加工を自動で行える点が特徴です。また、主軸だけでなく工具軸も複雑な動きが可能で、総合的な加工が行えるものは複合加工機と呼ばれています。

CNC旋盤とNC旋盤の違い

CNC旋盤ではなく、NC旋盤という名前を聞くことも多いかもしれません。「NC」とは数値制御という意味で、CNC旋盤やNC旋盤は数値制御によって動作する旋盤を指しますが、2つはどのような違いがあるのでしょうか。 NC旋盤が登場した当初は、プログラムの制御は基板単体ごとの動作の組み合わせによって行われていました。その後、制御用のコンピュータが工作機械に内蔵されるようになると、コンピュータによる数値制御機能を備えたものをCNCと呼び、NCと区別するようになります。 現在は、コンピュータによるNC(=CNC)を行うものが主流です。コンピュータによる数値制御をあえてCNCと表現する必要がなくなり、NC旋盤といえばCNC旋盤を指す場合が多くなっています。

CNC旋盤の種類

CNC旋盤は主軸の構造や被削材の固定方法、加工の目的などによっていくつかの分類があります。ここでは、CNC旋盤の分類方法と種類ごとの特徴をご紹介します。

・主軸と切削工具の移動方式による分類

CNC旋盤は主軸と切削工具の移動方式によって、主軸台が移動して被削材を長手方向に動かす主軸台移動型自動旋盤と、切削工具を長手方向に動かす主軸台固定型自動旋盤に分類できます。 主軸台移動型は、長い材料から1つの部品を大量生産するバーワークに向いている旋盤です。一方の主軸台固定型は、材料を1つずつ掴んで加工するチャックワークに向いています。

・刃物台の方式による分類

切削工具を固定する刃物台の構造にも、タレット型、櫛刃型、フラット型などの種類があります。 タレット型は、刃物台の円周状に工具を取り付け回転させることで使用工具を決める刃物台です。放射線状に工具を取り付けるため、効率的に多数の工具を取り付けできますが、芯ズレの修正が難しい、タレットが重く軸に剛性が求められるなどのデメリットもあります。 櫛刃型は、工具を横並びに設置する刃物台です。刃物台が回転しないため繰り返し精度に優れていますが、工具同士が干渉する場合もあり取り付けに制約があります。 汎用旋盤と同様の刃物台はフラット型と呼ばれます。芯高の調整は容易ですが工具の取り付け可能本数が少なく、加工の種類が限られる点に注意しなければいけません。

・特殊な構造のNC旋盤

CNC旋盤には立型や正面旋盤など、機械の構造にも種類があります。 CNC立旋盤は主軸が縦向きになったものです。被削材のたわみを軽減できるので、重量のある被削材に適しています。 正面からの切削を得意とするCNC正面旋盤は、直径の大きな被削材の端面加工や内面加工などに使われています。

CNC旋盤の使い方の手順

CNC旋盤は一般的に、次のような手順で使用します。

  1. 1.加工する部品の図面と要件を確認し、必要な切削工具があれば準備する
  2. 2.図面に沿って回転数や位置の数値を設定し、動作をプログラミングする
  3. 3.切削工具を刃物台に固定する
  4. 4.プログラムをコントローラに転送
  5. 5.テスト稼働し動作確認とデバッグを行う
  6. 6.被削材を主軸台に固定する
  7. 7.加工をスタートさせると、CNC旋盤がプログラムに沿って自動で加工を進める

生産性向上のために使用される周辺装置

CNC旋盤には、生産性向上のためによく使用される周辺機器があります。その一例をいくつかご紹介します。

・オートローダ

被削材を自動で着脱するための装置のことで、工作機械の上をレールでつなぎ、アームが移動するタイプが主流です。被削材の供給を自動化することで、作業効率が大きく向上します。

・バーフィーダ

主軸の後ろ側から、棒状の被削材を供給する装置です。バーワーク加工において、加工と切り落としのサイクルを連続して行えるようになるため、無人稼働を長時間化できます。

・オートワークチェンジャ

被削材を自動で交換する一連のシステムを、オートワークチェンジャと呼びます。多関節ロボットを応用した産業用ロボットの一種で、これまで人の手で行っていた被削材交換作業をロボットが行うことで、工場の無人化・自動化に寄与します。

・センサ類

CNC旋盤には、機械を自動で稼働させるためのセンサが使われているのも特徴です。代表的なものとしては、バイトの摩耗とチッピングを検知し不良の連続を防ぐツールセッタがあります。

・切り屑処理装置

高精度の切削加工を行うためには、切り屑や切粉の処理が重要です。このとき、処理を自動化する装置を使うことで、機械の稼働を安定させられます。 代表的なものとして、切り屑搬出のためのチップコンベヤ、切粉を粉砕したり圧縮したりする切粉処理装置などが挙げられます。

CNC旋盤の導入は省人化につながる

CNC旋盤は効率的な旋削加工が行える工作機械です。目的の加工に適した種類・構造のものを選び、周辺機器も活用することで、効率は飛躍的に向上します。金属加工の省人化・無人化に、CNC旋盤は欠かせない工作機械といえるでしょう。

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