フライス加工とは? 旋削加工との違いや特徴、加工時の注意点を解説

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フライス加工とは? 旋削加工との違いや特徴、加工時の注意点を解説

フライス加工は、現代の製品作りに欠かせない金属加工のひとつです。商品そのものだけでなく、ものづくりで使用する産業機器や製造機械の部品を作る役割も担っています。
精密な金属部品を作る際に不可欠なフライス加工ですが、具体的にどのような加工方法なのでしょうか。今回は、フライス加工の概要や旋削加工との違い、フライス加工で使われる工作機械・切削工具の種類などをご紹介します。

フライス加工とは?

フライス加工とは、刃物を高速で回転させて金属を削り取り、目的の形状に仕上げる加工のことです。ミーリング加工とも呼ばれ、素材から不要な部分を取り除いて目的形状にする「除去加工」の一種です。除去加工はさまざまな方法に分けられますが、フライス加工は「切削加工」に分類されます。
加工には主にフライス盤(ミーリングマシン)という工作機械を使用し、加工に用いる刃物は切削工具と呼ばれます。さまざまな切削工具の使い分けにより、平面や曲面、溝、穴あけといった幅広い加工に対応することが可能です。

旋削加工との違いは?

フライス加工と並んで代表的な切削加工に旋削加工(旋盤加工)があります。フライス加工と旋削加工は、どのように異なるのでしょうか。
フライス加工は、回転している切削工具を固定した被削材に押し当てることで切削を行います。一方で旋削加工は、回転させた被削材に固定した切削工具を押し当てて切削するのが特徴です。 使用する切削工具もそれぞれ異なり、フライス加工ではエンドミルや正面フライスといった工具を、旋削加工ではバイトと呼ばれる工具を主に使用します。 このように、被削材と切削工具のどちらを固定し、どちらを回転させるのかという点が両者の大きな違いです。また、フライス加工は平面や直線的な溝のような加工が得意なのに対して、旋削加工は円筒状のものの外周や内面などの加工を得意としている点も違いとして挙げられます。

フライス加工の種類

フライス盤を用いたフライス加工では、さまざまな加工を行うことができます。フライス加工では、次のような種類の加工が可能です。

・平面加工

被削材の平面を削るフライス加工です。主軸が縦に設置された立ちフライス盤に正面フライスやエンドミルを取り付けて加工を行います。
主軸が横向きの横フライス盤を用いる場合は、平フライスを取り付けて切削することも可能です。ただし、この方法は主軸の突き出し量が長くなる傾向にあり、表面精度が確保しにくいというデメリットがあります。主に粗加工に適した方法です。

・側面加工

被削材の側面を削るフライス加工です。
立ちフライス盤に取り付けたエンドミルの外周の刃で切削する方法が一般的ですが、面積が広い場合、横フライス盤に正面フライスを取り付けて、加工を行うこともできます。

・段差加工

エンドミルや側フライスを用いて、素材に段差を作る加工です。立ちフライス盤の場合、幅が広く浅い段差であれば、正面フライスで広い面積を効率的に加工できます。
高さのある段差を作る時は、立ちフライス盤であればエンドミル、横フライス盤であれば側フライスを用いて加工を行うのが一般的です。

・溝加工

被削材に溝を掘る加工です。立ちフライス盤を使用する場合、エンドミルを回転させながら進めることで直線的な溝を作る方法が一般的です。
エンドミルで四角い凹みを作るポケット加工や、丸い凹みを作るヘリカル加工、回転する部品を固定するためのキー溝加工などもあります。
また、T溝フライスによるT溝加工やアリ溝フライスによるアリ溝加工など、工具によっては特殊な溝を作ることも可能です。

・穴加工

フライス盤による加工では、穴加工も可能です。ドリルやリーマを用いて穴あけ加工やボーリング加工、内面仕上げなどを行えます。

・曲面加工

工作物を前後左右に、工具を上下に動かすことで、曲面の加工もできます。複雑な3次元形状の加工には、NCフライス盤やマシニングセンタを活用するのが一般的です。

フライス加工で使われる工作機械の種類

フライス加工は、さまざまな工作機械を使って行われています。フライス加工に使われる工作機械の種類とそれぞれの特徴は、以下の通りです。

・汎用フライス盤

切削工具を取り付ける主軸と被削材を固定するテーブルの位置関係を、手動で操作するのが汎用フライス盤です。作業者の技量や熟練度に品質は左右されますが、手作業ならではの精密な加工を行えるのが特徴で、一点ものや試作品の加工に適しています。
主軸の向きによって、主軸が垂直方向の立ちフライス盤(たて型)と、主軸が水平方向の横フライス盤(よこ型)に大きく分けられます。

・NCフライス盤

NCは「Numerical Control」の略で、数値制御という意味です。主軸やテーブルの位置の座標、加工条件や機械の動きを数値化し、自動的に加工を行います。
以前はコンピュータ制御ではないNCフライス盤もあったため、コンピュータ制御によるものは「CNCフライス盤」と呼び分けられていました。しかし、現在はほとんどがコンピュータによって制御が行われるため、全般的にNCフライス盤と呼ばれています。
NCフライス盤による加工は、あらかじめ設定したプログラムに沿って進むため、作業者の熟練度に仕上がり精度が左右されません。加工を自動化でき、品質が安定するのがメリットです。

・マシニングセンタ

NCフライス盤の数値制御や自動加工に加え、オートツールチェンジャー(ATC=自動工具交換装置)を備えているのがマシニングセンタです。切削工具を手動で交換する手間がかからず、効率的に加工を行えます。
主軸や被削材をさまざまな向きに変更しながら加工できるものは多軸複合加工機と呼ばれ、より複雑で複合的な加工が可能です。

フライス加工で使用する主な工具

フライス加工では、工作機械だけでなくフライス工具も使い分けることで、目的の形状に仕上げます。フライス加工で使用する、代表的な工具の形状をご紹介します。

・正面フライス

円の外周に多数の切れ刃を配置した切削工具です。フェイスミル(フェースミル)と呼ばれることもあります。回転した正面フライスを平行移動させることで、表面を平らに加工します。
切削効率に優れており、切削面もきれいに仕上がるのが特徴です。主に立ちフライス盤で、平面切削や段差加工に使われます。

・平フライス

円筒状の工具の外周部に刃がある切削工具です。横型フライス盤に取り付けて、平面加工に使用します。
正面フライスより切削効率が高いものの精度で劣るため、粗加工で使われることが一般的です。

・溝フライス

外周に切れ刃を持った円盤状の切削工具で、名前のとおり溝加工に特化しています。加工のスピードが速く、切り屑の排出性にも優れているため、一定の幅や深さの溝を加工する用途に適しています。

・側フライス

外周と両側面に切れ刃を持つ円盤状の切削工具で、サイドカッターとも呼ばれます。横フライス盤に取り付けて、溝や側面の加工を使用する際に使います。
スリット状の溝加工に適しているすりわりフライスや、中心から刃先にかけて厚みが薄くなっているメタルソーも側フライスの一種です。

・エンドミル

外周面と端面に切れ刃を持つ、ドリルに似た見た目の切削工具です。平面加工や段加工、溝加工など、幅広い加工で使用できます。先端が球形のボールエンドミルを使用すれば、曲面の加工も可能です。
正面フライスよりも一度に削ることができる面積は小さいものの、エンドミル1本で多くの加工に対応できるのがメリットです。

フライス加工時の注意点

フライス盤を使ったフライス加工では、複雑な形状を精密に加工できる一方で、苦手とする加工もあります。フライス加工では、エンドミルや正面フライスなど、円形の切削工具を用いるのが基本です。切削工具が止まった場所には必ず円状の部分が残り、凹状の部分が完全に直角になる「ピン角」の加工は困難です。
対応策としては、いずれかの方向にRをつける、余裕を持って穴を広げるニガシを設ける、などの方法が考えられます。

精密で多種多様な加工が可能なフライス加工

フライス加工は、精密で面一な加工が行えます。またNCフライス盤やマシニングセンタを用いることにより、高精度な加工の自動化も可能です。
より効率的で高精度な加工につなげるために、加工方法や加工機の種類、切削工具の特徴を理解して、適したものを選定しましょう。

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