工作機械とは? 種類や特徴を知って高精度な加工につなげよう

工作機械とは? 種類や特徴を知って高精度な加工につなげよう

現代の暮らしには、金属部品が使われた製品を使う機会が数えきれないほどあります。そのような金属部品の加工には「工作機械」と呼ばれる機械が欠かせず、それぞれの加工に適した機械が細分化されています。この記事では、工作機械の種類や役割、工作機械と加工精度の関係性についてご紹介します。

工作機械とは?

工作機械は、主に材料を削ったり穴を開けたりする除去加工に用いられる機械のことです。ものづくりに使われる機械や装置の部品も工作機械によって作られることから「マザーマシン(母なる機械)」とも呼ばれ、加工作業ごとにさまざまな工作機械が生産されています。
工作機械は金属のほか樹脂やガラス、木材などの加工にも使われていますが、一般的には金属素材の除去加工に使う機械のことを指します。そのため、「工作機械=金属素材の除去加工に使う機械」と捉えても間違いではありません。
工作機械は操作方法によって、手動で加工する箇所を調整しながら操作する「汎用工作機械」と、数値制御によって全自動または半自動で加工を行う「NC工作機械」の2つに分けられます。近年は、コンピューターによる制御を行うCNC工作機械が大半を占めています。

工作機械の種類

工作機械には多くの種類があり、それぞれ得意とする加工の種類も異なります。効率的な加工のために、複数の工作機械による加工を組み合わせる場合もあります。ここでは、代表的な工作機械の種類と特徴をご紹介します。

・旋盤

バイトと呼ばれる切削工具を使い、旋削加工を行うための工作機械です。被削材(ワーク)を回転させて、円盤または円筒状に切削加工します。外丸削り・面削り・テーパ削り・中ぐり・穴あけ・ねじ切り・突切りなどの加工が可能です。 旋盤の中でも、手動で操作するものは普通旋盤や汎用旋盤、数値制御によって加工をするものはCNC旋盤またはNC旋盤と呼ばれます。
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・ボール盤

ドリルを回転させて穴あけ加工を行う工作機械がボール盤です。穴あけ加工だけでなく、リーマ加工やねじ立ても行えます。
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・中ぐり盤

穴の内面を精度良く仕上げたり、さらに大きい穴へ加工したりするための工作機械です。中ぐり盤では、ドリル加工やフライス加工を行うこともできます。
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・フライス盤

エンドミルや正面フライスなどのフライス工具を回転させて、平面や曲面、溝掘りなどの切削加工を行う機械です。機械の主軸の向きやテーブルの移動方向によって、立型や横型に分けられます。
数値制御によって加工を行うものはCNCフライス盤またはNCフライス盤と呼ばれます。
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・研削盤

高速回転させた砥石を素材に押し付け、少しずつ削り取る工作機械です。平面研削や円筒研削、内面研削、芯なし研削(センタレス研削)などの加工が行えます。加工精度が高く、仕上げ面がきれいなことが特徴です。
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・歯切り盤

歯車を作り出すことに特化した工作機械です。目的の歯車形状に合わせてホブカッター・ピニオンカッター・ラックカッターなどの切削工具を使用します。
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・ブローチ盤

ブローチと呼ばれる特殊な切削工具を用いて加工を行います。ブローチとは、複数の切れ刃を持ち、段階的に寸法を大きくしながら切削していく工具のことです。 素材にブローチを貫通させて、一度の加工で目的形状へと仕上げることができます。
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・マシニングセンタ

フライス盤による加工をさらに複合化し、中ぐり加工や穴あけ、リーマ加工なども可能にした工作機械がマシニングセンタです。自動工具交換装置(ATC)を持ち、プログラムに合わせて自動で工具を交換しながら加工を行います。近年は、5軸制御によって複雑な形状の加工も可能なマシニングセンタが普及しています。
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・ターニングセンタ

旋盤による加工を複合化した工作機械です。マシニングセンタ同様に自動工具交換装置を備え、フライス削りや穴あけ加工などを行うこともできます。また、工具主軸だけでなく被削材も旋回させられるため、あらゆる形状への複雑な加工が可能です。
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・放電加工機

電気による放電エネルギーを用いて、不要な部分を除去していく加工に使われる工作機械です。形彫り放電加工機と、ワイヤ放電加工機の2種類に大きく分けられます。 導電性がある素材であれば、硬さに関係なく加工できるのが特徴です。
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工作機械で行える加工方法

工作機械を用いることで、さまざまな加工が可能になります。工作機械によって行える加工の種類には、以下のようなものがあります。

・切削加工

刃物を用いて素材から不要な部分を除去し、目的の形状を作り出す加工です。代表的な切削加工として、旋盤による旋削加工や、フライス盤によるフライス加工、ボール盤による穴あけ加工、中ぐり、歯切り、ブローチ加工などが挙げられます。

・研削加工

砥石や砥粒を用いて被削材の表面の凹凸をなくし、高精度に仕上げる加工です。研削盤による研削に加え、遊離砥粒を用いたラップ仕上げや、バレル仕上げなどの研磨も含まれます。

・特殊加工

刃物や砥石を使わず、特殊な方法を用いて行う加工です。一例としては放電加工や電解加工、レーザ加工、超音波加工などが挙げられます。

工作機械に求められる精度

世の中で使われているさまざまな製品は、工作機械を使って作られています。高品質な製品を生み出すためには、高精度な部品を作ることができる工作機械が必要です。例えば、精度に大きな誤差が生じる工作機械で部品を作った場合、その部品を組み合わせた完成品の品質も低くなります。工作機械の精度は、最終的な製品の品質を大きく左右する要素といえるでしょう。近年の工作機械は、1μm(マイクロメートル、1mmの1,000分の1)以下という、肉眼での確認が難しい精度で加工を行うことが可能です。

工作機械の精度は剛性の高さがポイント

高精度な機械加工を行うためには、工作機械の剛性の高さが重要です。剛性とは、外部からの力に対する変形しにくさのことを指します。剛性が高いほど力を加えられても変形しにくく、低いほど変形しやすくなるのが特徴です。
例えば、剛性が低い工作機械で重量のある被削材を加工する場合、被削材の重さによって工作機械に変形が生じ、加工精度が落ちる恐れがあります。難削材の加工や不適切な切削条件などで加工時の抵抗が大きくなると、振動の影響で加工精度が出ないだけでなく、機械の破損につながることもあるでしょう。
より高精度な加工を行うためには、剛性に優れた工作機械を使用することを心がける必要があります。

工作機械とロボットを連携させることも

ターニングセンタやマシニングセンタの普及に代表されるように、工作機械は加工工程の自動化が進められていますが、材料の固定や取り外し、運搬などは人の手で行うのが従来の基本でした。 より効率的な作業のためには、人の手で行われる部分も無人化する必要があることから、材料の固定や運搬のような工程に活用可能なロボットが導入されつつあります。
近年は加工工程を自動化した工作機械と、工作機械への材料の着脱・運搬を行う産業ロボットを組み合わせて、工場の自動化と無人化、生産性の向上が進められています。また、ロボットを使用すれば、ヒューマンエラー(人為的なミス)が発生することはありません。手作業に比べて取り付け位置の誤差も少ないため、品質の安定化と作業標準化に寄与しています。

加工には適切な工作機械を使用しよう

ものづくりを支えてきた工作機械には多くの種類があり、それぞれ得意とする加工や役割があります。効率的に加工を行い、作業の生産性を向上させながら製品の質を高く保つためには、工作機械を適切に使い分けることが重要です。

ミストコレクタで安心・安全な作業スペースを確保しよう

オイルミストは工場内や製品の汚染、機器・設備の故障、人体への悪影響、環境汚染など、さまざまな問題を引き起こす恐れがあります。大量の切削油を使用する加工や、大型油圧装置を使用する工場内では、オイルミストを確実に除去するための設備も必要です。
ミストコレクタを適切に使用し、安全な作業スペースを確保しましょう。