CNC旋盤とは? NC旋盤との違いや加工の手順、便利な周辺装置などを解説

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CNC旋盤とは? NC旋盤との違いや加工の手順、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は工作機械と呼ばれます。工作機械の中でも多く用いられているのが旋盤です。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が、通常の旋盤と何が異なるのでしょうか。 この記事では、CNC旋盤の概要や使用手順、CNC加工を行えるその他の工作機械などをご紹介します。

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て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。
旋盤にコンピュータ制御装置を取り付け、入力されたデータを基に自動加工する機能を持たせたものがCNC旋盤です。CNCとは、「Computerized Numerical Control」の略で、コンピュータ数値制御という意味になります。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。
似ている工作機械にマシニングセンタがありますが、マシニングセンタは刃物を回転させて切削加工を行うという点で、CNC旋盤とは異なります。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。
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。

・主軸の数による分類

CNC旋盤は、主軸の数から単軸自動旋盤と多軸自動旋盤に分けることもできます。単軸自動旋盤は主軸を1つ搭載したもの、多軸自動旋盤は主塾を複数個搭載したものです。
多軸自動旋盤は6つや8つの加工位置を持ち、被削材を回転させることで、中ぐりや旋削、ねじ切り、面取りなどの各工程を同時に行えます。主軸に常に複数の被削材がセットされていて、加工効率に優れるのが特徴です。

・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旋盤の特徴

コンピュータ制御で駆動するCNC旋盤は、手動で動かす汎用旋盤とはどのような点で異なるのでしょうか。CNC旋盤の持つ特徴をご紹介します。

・加工時間が短く生産性が高い

一度適切なプログラミングを作成・設定すれば、加工工程は機械が自動で行います。無駄な動きがないため加工時間が短く、生産性の向上が見込めます。作業を自動化できるので、手の空いた作業者が他の作業を行なうことも可能です。

・作業者の安全性が高い

作業者が直接加工を行なう手動の工作機械とは異なり、コンピュータにより機械の動きを制御できるため、機械に巻き込まれたり、飛んできた切り屑でけがをしたりするリスクが軽減されます。作業者の安全性を確保しやすい点もメリットです。

・高品質な加工が可能

コンピュータによる数値制御で加工を行うため、作業者の疲労によるミスや品質の劣化などは発生しません。作業者の熟練度に応じた品質のばらつきもなくなり、複雑な形状で難易度が高い加工でも、高い品質を維持できます。

・多品種少量生産には不向き

CNC旋盤で加工を行う際は、プログラミングの作成やテスト稼働などの工程が発生します。段取りにかかる時間や労力が増えるため、段取り替えが発生しがちな多品種少量生産には不向きです。また、大きな被削材や重切削にも向きません。

・初期コストが高い

CNC旋盤をはじめ、CNC加工を行える工作機械には数値制御用のコンピュータが搭載されています。従って汎用旋盤などに比べると本体価格が高価で、CADやCAMといったソフトウェアの用意も必要など、初期コストはかかります。

CNC工作機械の使い方の手順

CNCで加工を行う際は、次のような手順で使用します。

  1. 1.CADを使用して製品の図面を作成する
  2. 2.CADデータを基にして、CAMでNCプログラムを作成する
  3. 3.必要な切削工具を準備し、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する
  5. 5.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

前述のとおり、CNC工作機械はコンピュータによる数値制御で加工を行います。仕上がりは数値によって決まるため、入力ミスや数値の間違いなどがあると、目的の形状を作ることができません。
加工を始める前に、必ず動作確認やデバックといったテストを行いましょう。

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。周辺装置の例をいくつかご紹介します。

・オートローダ

オートローダとは、被削材を自動で着脱するための装置を指します。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、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て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。この時、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加工を行える工作機械の種類

CNC工作機械は、CNC旋盤以外にもいくつか種類があります。代表的なCNC工作機械の種類は、以下のとおりです。

・CNCフライス盤

フライス盤にCNCを搭載した工作機械です。正面フライスやエンドミルといった切削工具を回転させながら動かし、固定した工作物を削って目的の形状に仕上げます。
滑らかな表面を作ったり、穴をあけたり、溝を作ったりすることが可能です。

・CNCボール盤

一般的なボール盤と異なり、ドリルビットの動きやスピードをコンピュータによって制御しています。精度や再現性、効率性を向上できるのがメリットです。

・その他のCNC工作機械

旋盤やフライス盤以外にも、CNCを搭載した工作機械は多くあります。放電によるエネルギーで被削材を目的形状に仕上げる放電加工機や、光エネルギーで被削材を溶かすレーザー加工機、高圧で噴射した水によって切断するウォータージェットカッタなどが一例です。

CNC搭載機械設備を導入して省人化につなげよう

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、周辺機器も活用すれば、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。
旋盤以外にも、CNCを搭載した工作機械は数多くあります。適切な工作機械を導入して、CNC加工を行うことが大切です。

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