フライス盤の基礎知識。取り付けられる工具や行える加工の種類を解説

フライス盤の基礎知識。取り付けられる工具や行える加工の種類を解説

フライス盤は、ものづくりに欠かせない工作機械の一種です。フライス盤にはいくつかの種類があり、取り付けることができる工具も多くあるため、フライス盤を使用する際はそれぞれの違いを知っておくとよいでしょう。
この記事ではフライス盤の特徴や種類、使用する切削工具とそれに適した加工方法などをご紹介します。

フライス盤とは

フライス盤は金属や木材、樹脂などの加工に使われる工作機械の一種です。テーブルと呼ばれる台に被加工物を固定し、主軸に取り付けた切削工具を回転させることで被加工材の不要な部分を削り取り、さまざまな形状へと加工します。

フライス盤は取り付ける切削工具を換えることで、正面フライス削りや溝削り、エンドミル削り、穴あけなど、さまざまな加工が可能です。ただし、「ピンカド」と呼ばれる半径Rが0になる隅の加工は苦手としています。
隅に半径Rをつけても良い設計を行う、ニガシと呼ばれる隅を広げる加工を行うなど、ピンカドを回避する必要があります。

フライス盤と旋盤やマシニングセンタの違い

フライス盤に似た特性を持つ工作機械として、旋盤やマニシングセンタもよく知られています。どのような点がフライス盤と異なるのか、それぞれの特徴を交えながらご紹介します。

・旋盤

フライス盤は被加工物を固定し、フライスやエンドミルなどの切削工具を回転させて削りますが、旋盤は被加工物を回転させ、バイトと呼ばれる切削工具を接触させることで加工を行います。

このようにフライス盤は切削工具を回し、旋盤は被加工物を回す点が大きな違いです。フライス盤は平面方向の切削が得意で四角い形状の加工が行えるのに対し、旋盤は被加工物が回転することから円筒状のものを切削するのを得意としています。

・マシニングセンタ

一般的なフライス盤の場合は、加工工程に応じて工具を手動で交換し、その都度位置を調整する必要があります。自動工具交換装置(ATC)と呼ばれる装置を搭載し、工具交換を自動化したものがマシニングセンタです。

マシニングセンタを使えば、切削工具を着脱する手間や工具交換の際に位置のズレが発生する恐れがないので、より効率的で精密な加工を行えるのが特徴です。工程数が多く、工具を交換しながら加工を行う必要があるシーンでの使用に適しています。

フライス盤の基本的な構造

フライス盤は、各パーツが役割を果たすことで、被削材を加工するフライス加工を行っています。フライス盤の基本的な構造と、パーツの持つ役割をご紹介します。

・主軸頭

工具を取り付ける主軸やモ回転数を変更する変速機などを備えた部分です。モーターから主軸に動力を伝える役目を持っています。

・主軸

フライスやエンドミルといった切削工具を取り付ける軸のことを主軸と呼びます。

・コラム

フライス盤本体を構成する柱の部分がコラムです。モーターや送り機構を内蔵していて、フライス盤を支える役割を持ちます。

・サドル

被削材を固定するテーブルを支えるのがサドルです。

・ベッド

ベッド型と呼ばれるフライス盤において、サドルの下にある部分がベッドです。フライス盤本体を支える土台の役割を果たします。

・ニー

ヒザ型フライス盤で、テーブルとサドルを支える基礎となる部分です。サドルを前後に動かしたり、コラムに沿ってニーを上下に移動させたりするモーターも、この部分の中に含まれています。

フライス盤の種類

フライス盤は、主軸の向きや適した加工によっていくつかの種類に分けられます。ここではフライス盤の主な種類についてご紹介します。

・立型フライス盤

切削工具を取り付ける主軸が垂直方向になっているフライス盤です。 立型フライス盤には、主軸を上下、テーブルは前後左右に動かして加工する「ベッド型」と、主軸はその場で回転のみ行い、テーブルが前後左右上下に動く「ヒザ型」の2種類があります。

また、ヒザ型のなかでも主軸が前後に、テーブルが上下左右に動くものについては「ラム型」と呼ばれます。

・横型フライス盤

主軸が水平方向に取り付けられているフライス盤です。加工面が横向きになっているため切りくずの排出性にすぐれ、溝入れや切断、深穴加工などに適しています。また、板状の被加工材の側面を面加工する場合は、横型フライス盤でしか加工が行えません。

・万能フライス盤

構造は横型フライス盤とほぼ同じですが、万能フライス盤は旋回台を備えていて、テーブルを水平方向に回転できるのが特徴です。切削工具を取り付けた主軸が180度動くものは立横兼用で使用でき、歯車やドリルのように複雑な加工も行えます。

切削工具を取り付ける部分には「ユニバーサルヘッド」と呼ばれる、複雑な動きを可能にする特殊な保持工具が用いられます。

・NCフライス盤

数値制御によりX/Y/Z軸の3次元加工が自動で行えるフライス盤で、被加工材の位置や動きなどを数値化して機械を操作するため、品質のバラつきを抑えた精度の高い加工が行えます。近年は、コンピュータ制御によって自動加工を行う「CNCフライス盤」が主流です。

フライス盤に取り付けるフライス工具の種類

フライス盤には、加工の目的に応じてさまざまな形状の切削工具を取り付けることができます。設置できる工具は、大きくインロータイプとシャンクタイプの2種類です。インロータイプは、中央に穴があいていてアーバという保持具で取り付ける工具を、シャンクタイプは棒状の形状で、ツールチャック(コレット)で取り付ける工具を指します。
フライス盤に取り付ける切削工具のなかから、代表的なものをいくつかご紹介します。

・正面フライス

正面フライスは、工具の円周上に多くの切れ刃が付いている、インロータイプのフライス工具です。「フェイスミル」とも呼ばれ、被加工材の平面を切削する際に使われます。外径が大きく切れ刃の数が増えるほど一度に削れる量が増えますが、正面フライスのサイズが大きくなる分、機械の出力も必要になる点には注意しましょう。

・溝フライス

被加工材の側面や端面に溝を彫るために使う、インロータイプのフライス工具です。エンドミルを使用した溝加工よりも加工スピードが速く、切り屑を効率よく排出するため、仕上がりの精度も高くできます。また、T溝やアリ溝などの溝加工も可能です。

・平フライス

「プレーンカッター」とも呼ばれる、工具外周に切れ刃を持つインロータイプのフライス工具です。カンナがけのように、平面を整える作業に適しています。加工範囲が広く切削効率にすぐれていて、主に横型フライス盤で平面加工を行う際に使用されます。

・側フライス

円盤状で、工具の外周面と側面に切れ刃を持つインロータイプの切削工具です。サイドカッターと呼ばれることもあります。普通刃や荒刃、千鳥刃など、切れ刃には複数の種類があり、用途に応じて使い分けることが可能です。
主に、溝を作ったり側面を削ったりする際に使われます。

・エンドミル

一般的に工具先端中心から外周(シャンク手前)まで繋がる切れ刃を持ち、平面や側面の加工をはじめ、段加工や溝加工など幅広い加工が行える、シャンクタイプの切削工具です。刃の数や形状などの種類が豊富で汎用性が高く、細かな部分を削りたい場合や複雑な加工を行う場合によく使用されます。

切れ刃の取り付け方によって、スローアウェイエンドミル・ロウ付けエンドミル・ソリッドエンドミルの3つに大きく分けられます。

・ドリル

ドリルは、先端に切れ刃を持った穴あけ専用の切削工具です。シャンクタイプに分類され、側面にらせん状の溝がついているものが一般的によく知られています。形状こそエンドミルと似ていますが、ドリル側面の溝は切り屑を排出する役割を担うものなので、側面での切削はできません。

ドリルの切れ刃の形状には、ねじれのあるツイストドリルやセンター穴を決める際に使うセンタードリル、バニシング加工と穴あけを同時に行えるバニシングドリルなどがあり、用途に応じて選ぶことができます。また、ボディの長さや柄(シャンク)の形状、材質などもドリルによって異なるので、被削材の材質や穴の深さなどを考慮して選定することが重要です。

フライス盤でできる加工

フライス盤は、工具を使い分けることでさまざまな加工を行えます。ここからは、フライス盤で行える代表的な加工をいくつかご紹介します。

・平面加工

被削材の平面を削る加工です。刃物を回転させながらテーブルを前後に動かし、材料を削ります。
一般的には効率的に広い面積を削れる正面フライスを使用しますが、エンドミルや平フライスで加工を行う場合もあります。

・側面加工

被削材の側面部分を削る加工で、テーブルを動かすことでR面もきれいに削れます。エンドミルを使用するのが一般的ですが、広く浅い段差形状に加工したい場合は、正面フライスを用いることも多いです。

・溝加工

被削材に溝形状を作るのが溝加工で、主にエンドミルで行います。T字型の溝や台形型のアリ溝、スリットなどを作る場合は、T溝フライスやアリ溝フライス、側フライスといった工具を使用します。

・穴加工

フライス盤を使って、被削材に穴をあける加工です。基本的にはドリルを使用して加工を行いますが、エンドミルをらせん状に動かし、ドリルでは難しい大きな穴をあけることも可能です。

フライス盤を使用する際の注意点

フライス盤を用いた加工の際は、切削工具の他にもバイス(万力)などを使って被削材を固定する必要があります。加工する被削材の大きさや形状によってバイスの大きさや種類も選定が必要になりますがテーブルの耐荷重や広さなども考慮したうえで選定することが重要です。

また、被削材を固定する際は、緩すぎると加工中に被削材が飛んでしまい、締めすぎると被削材が浮いて精度の悪化につながる恐れがあります。適度に締めることを心がけることが大切です。

フライス盤はものづくりに欠かせない機械の一種

フライス盤にはさまざまな切削工具を取り付けられるため、切削工具を使い分けることにより、複雑な形状の加工にも対応できます。また、さまざまな産業で使う設備や機器の精密部品などの製造も可能です。このためフライス盤は直接的なものづくりだけでなく、多分野の産業を支える基幹として重要な工作機械のひとつといってもよいでしょう。

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