NC旋盤の基礎知識。メリットや活用するための注意点をご紹介

NC旋盤の基礎知識。メリットや活用するための注意点をご紹介

NC旋盤は、旋盤加工に広く用いられている工作機械です。NC旋盤はどのような特徴を持ち、使用によるメリットとしては何が挙げられるのでしょうか。 この記事では、NC旋盤の特徴や機械の構成、使用するメリットなどをご紹介します。

NC旋盤とは

そもそも旋盤とは、円柱状の材料を回転させ、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、多くの加工が行えます。
上記のような加工を手作業で行う旋盤は、一般的に「汎用旋盤」と呼ばれます。汎用旋盤に数値制御装置を組み込み、自動加工が行えるようになった工作機械が「NC旋盤」です。NCは「Numerical Control」の略で、数値制御という意味になります。
NC旋盤には、主軸固定型・主軸移動型・単軸型・多軸型など主軸の動きや数による種類や、立旋盤・正面旋盤など機械そのものの形状による種類、タレットを備え工具の取り付け方法が異なるものなど、さまざまな種類があります。

NC旋盤で行える加工

NC旋盤は、汎用旋盤に数値制御装置が付いた工作機械なので、行える加工は汎用旋盤と同じです。ただし、従来の汎用旋盤はすべて人の手で作業工程を進めなければいけないので、1つの製品を作るのに工数が多くかかっていました。NC旋盤なら、あらかじめ決めた数値通りに機械が加工を行います。加工位置や送り速度などの管理が簡単に行えるため、作業工数を減らすことが可能です。
また、近年はコンピュータによる数値制御を備えたものが増えていて、CNC旋盤と呼ばれることもあります。

NC旋盤の機械構成

NC旋盤は、NC装置やNC装置からの指示を受けるサーボモータを備えている点が、一般的な汎用旋盤との大きな構造の違いです。ここでは、NC旋盤の構造をご紹介します。

・スピンドル

スピンドルとは、旋盤の回転主軸のことです。スピンドルには被削材を掴んで固定するチャックが取り付けられています。チャックには、スクロールチャックやインデペンデントチャック、コレットチャックなどの種類があります。また、ポジションコーダという位置検出器が主軸に連結されているのもNC旋盤の特徴です。ポジションコーダによって回転角度を検知し、主軸の回転数を制御します。

・心押台

心押台とは、回転センタを取り付ける部分です。 長い被削材の加工を行う場合、スピンドルのチャックだけで片端を支持するとブレが大きくなってしまいます。チャックと心押台を使って両端支持することで、被削材を安定させ加工精度を向上させる役割を持ちます。

・刃物台

刃物を取り付ける台が刃物台で、フラット型、櫛刃型、タレット型など複数のタイプがあります。複数本の刃物が設置できるようになっていて、自動で工具を使い分けるNC旋盤の機能を補助します。それぞれの刃物台の特徴は、以下の通りです。

【フラット型】

1面に1つの刃物を付け、刃物台全体を回転させながら工具を切り替えていきます。心出しを簡単に行えるのがメリットです。ただし、取り付けできる工具数が少なく、加工中に工具の取り換えが必要になることもあります。

【櫛刃型】

水平な刃物台に工具を横並びに配置するのが櫛刃型です。工具の切り替えに時間がかからず、作業時間の短縮が見込めます。工具が並んでいることから干渉が起こりやすく、設置に注意が必要です。

【タレット型】

円筒の刃物台に工具を取り付けるタイプで、多くのNC旋盤で採用されています。刃物台の円周に効率的に工具を取り付けられるのが特徴です。1台で複数の加工に対応できる反面、円筒の芯がずれると加工精度が落ちる恐れもあります。また、タレットの重量もあるので、各軸には高い剛性が求められます。

・制御盤

NC旋盤に搭載されている制御盤には、数値制御によって主軸の回転や刃物台の移動を制御するための基板またはコンピュータなどが収められ、モニタに必要な情報を映し出します。 旋盤の稼働・停止をはじめ、必要な操作や命令、入力を行うためのボタンやレバーが備わっているなど、手動で加工を行う旋盤と決定的に異なる部分です。

NC旋盤とマシニングセンタ(MC)の違い

NC旋盤とは、被削材を回転させ切削加工を行う旋盤をNC化したものです。 一方でマシニングセンタは、NCによって動きを制御するという特徴はNC旋盤と同様ですが、被削材を回転させず工具を回転させるフライス加工を基本としています。 NC旋盤は円柱状やテーパ、フレアなどの軸に対し円形の加工が得意なのに対し、マシニングセンタは平面や直線などの加工を得意とするのが両者の違いです。

NC旋盤を使用するメリット

フライス盤やボール盤など、旋盤以外にも工作機械は多くの種類があります。その中からNC旋盤を使用するメリットには、どのようなことが挙げられるのでしょうか。

・高精度の加工

NC旋盤は、数値制御によって1/1000mm単位の高精度な加工が可能です。 従来の汎用旋盤では難しかった加工も、NC旋盤なら高精度で行えます。また、刃物台の使用により、一度の加工における工具の付け替えが不要で、工具や被削材の取り付け位置が変わることなく加工できるのもメリットです。

・高効率の作業

NC旋盤を導入すれば、被削材や切削工具の固定に要していた時間を減らしながら、NCにより自動で最短時間の加工を行えるなど、作業を効率化できます。 作業の工数削減を実現すると同時に、精度に乱れのない加工を繰り返せるため、大量生産に適しています。

・作業・品質の標準化

NC旋盤は初期設定を行えば、その後は機械が同じ手順、同じ精度での加工を自動で行います。 作業者によってばらつきのあった加工精度が平準化され、「熟練者でなければ困難」といった、作業の属人化の解消につながります。

・生産性と安全性の向上

NC旋盤を用いれば、作業中に作業者がその場につきっきりになる必要はありません。 ほかの作業に時間を割くことで生産性が向上すると同時に、作業者は作業中に怪我や事故に巻き込まれる恐れが減るため、人員の安全性確保にもつながるでしょう。

NC旋盤を活用する際の注意点

NC旋盤により品質管理や高精度な加工が可能になり、作業の標準化や生産性向上へとつながることは大きなメリットです。しかしその反面、生産性を落としかねない注意点もあります。NC旋盤を活用する際は、以下の注意点を事前に踏まえておくことが重要です。

・プログラム開発が必要

NC旋盤を動かすためには、プログラム開発が欠かせません。汎用旋盤にはなかったプログラム入力や設定作業などの工程が増えるため、高い専門性を習得した人員が必要になります。

・作業開始までの工程が多い

数値制御のNC旋盤は、汎用旋盤のように実際に加工しながら動作確認を行えません。空運転による設定のチェックや試し加工など、加工開始前のチェック項目が多い点にも注意が必要です。チェックに時間を取られると稼働率が下がり、作業効率を落とす可能性もあります。 NC旋盤による加工工程の効率化を図る場合は、プログラム入力や設定・チェックなど、前段取り工程についての手順を見直すことが重要です。

NC旋盤を導入すれば高精度な大量製作が可能に

NC旋盤は高精度・高品質を維持し、効率的な大量生産を可能にする工作機械です。しかし、プログラムの設定作業や設定のチェック作業が必要など、デメリットを意識しなければかえって効率が低下する可能性もあります。NC旋盤は、注意点を踏まえたうえで導入を検討することが大切です。

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