- NC加工に使われるNC旋盤とは？
- NC旋盤の機械構成
- -スピンドル
- -心押台
- -刃物台
- -制御盤
- NC旋盤を使用するメリット
- -高精度の加工
- -高効率の作業
- -作業・品質の標準化
- -生産性と安全性の向上
- NC旋盤を活用する際の注意点
- -プログラム開発が必要
- -作業開始までの工程が多い
- NC加工で使われる工作機械の種類
- -NCフライス
- -ターニングセンタ
- -マシニングセンタ
- NC工作機械があれば高精度な大量製作が可能に
NC加工に必要なNC旋盤の基礎知識。メリットや使用時の注意点は？
近年は、NC工作機械を使ったNC加工が行われることが増えてきました。NC加工はどのような特徴を持ち、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加工に使われるNC工作機械の中から「NC旋盤」に焦点を当てて、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加工に使われるNC旋盤とは？
NCとは「Numerical Control」の略で、数値制御という意味です。手動でハンドルを回して操作するのではなく、作成したプログラムに基づいて工作機械の動きを制御して行う加工は、「NC加工」と呼ばれます。
NC加工を行うために、汎用旋盤に数値制御装置を組み込んだのが「NC旋盤」です。近年は、コンピューターによる数値制御を行う「CNC旋盤」と呼ばれるタイプが主流になっています。
汎用旋盤に数値制御装置を付けた工作機械なので、行える加工自体は汎用旋盤と変わりません。ただし、従来の汎用旋盤は全て人の手で作業工程を進める必要があったのに対して、NC旋盤ならあらかじめ決めた数値通りに機械が動きます。加工位置や送り速度などの管理が簡単に行えるので、作業工数を削減することが可能です。
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ーなどが収められ、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、作業の属人化を解消できます。
・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ります。
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。簡単なものなら工作機械に付いている制御装置に打ち込むだけで済みますが、複雑なものだとCAMやCADといったアプリケーションを使用してプログラムの作成・入力といった作業が必要になります。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、NC旋盤を使った加工には、高い専門性を有した人員が不可欠です。
・作業開始までの工程が多い
数値制御のNC旋盤は、汎用旋盤とは異なり、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、前段取り工程の手順を見直すことが重要です。
NC加工で使われる工作機械の種類
NC加工では、NC旋盤以外にもNCフライス盤やターニングセンタ、マシニングセンタなど、さまざまな工作機械が使われています。種類ごとに特徴や用途が異なるため、高精度かつ高効率の加工を行うには、適切に使い分けることが重要です。
NC加工で使われる工作機械の種類と、それぞれの特徴をご紹介します。
・NCフライス盤
NC旋盤とは異なり、固定した被削材に、回転させた切削工具を押し当てることで加工を行うのがNCフライス盤です。平面削りや側面削り、段加工、溝加工、穴あけ加工などを行えます。平面方向の切削に適していて、四角い形状の加工を行えるのが特徴です。
・ターニングセンタ
NC旋盤をベースに、マシニングの機能も備えているNC工作機械です。旋盤加工だけでなく、穴あけやフライス加工、リーマ加工、タップ加工など、幅広い加工を1台で行うことができます。
・マシニングセンタ
自動工具交換装置（ATC：Automatic Tool Changer）を搭載していて、工具の切り替えから加工まで、すべて自動で行える工作機械です。加工で使用する切削工具をツールマガジンにセットしておけば、プログラムに沿って自動で工具を交換してくれます。
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て、平面や直線などの加工に適している点も特徴です。
NC工作機械があ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。
