切削加工とは? 高精度な加工につながる種類ごとの特徴

切削加工とは? 高精度な加工につながる種類ごとの特徴

切削加工はさまざまな形状を作り出すことのできる、精度の高い加工方法です。金属やプラスチック(樹脂)の加工に使われることが多く、現代のものづくりにおいて欠かせない加工のひとつでもあります。
ここでは、切削加工の特徴や種類、加工時の注意点についてご紹介します。

切削加工とは

切削加工は「切削」という文字通り、刃物で金属や樹脂を切ったり、削ったりして、希望の形状を作り出す加工のことです。機械で切削加工を行う際に使う刃物は、一般的に「切削工具」と呼ばれます。

切削加工は、砥石を使って素材の表面を削り取る「研削加工」や、被削材の表面を滑らかにする「研磨加工」とともに、不要な部分を取り除く「除去加工」に分類されます。
研削加工や研磨加工に比べて一度に削れる量が多く、加工物の全形を作る用途に適しているのが特徴です。

切削加工のメリットとデメリット

切削加工は、多くのメリットを持つ一方で、デメリットもある加工方法です。加工の精度や効率を上げるために、切削加工のメリット・デメリットも押さえておきましょう。

・切削加工のメリット

切削加工は、刃物を使って被削材を削ることで目的の形状に仕上げます。鋳造や鍛造と異なり、金型製作にかかる時間やコストを削減できるため、低コストかつ短期間で加工を行えます。特に、1点ものの試作品や多品種小ロットの生産に最適です。
また、金属や樹脂(プラスチック)、木材などの多彩な素材を、高精度に加工できる点もメリットです。機械が対応できる範囲なら素材の厚みに制限もなく、複雑な形状でも自由に加工できます。

・切削加工のデメリット

材料を削って目的の形状に仕上げることから、切削加工では必ず切りくずが発生します。形状によっては切りくずが大量に発生し、材料費が余計にかかることも考えられます。
複雑な形状や高精度なものを作る場合は、加工時間も必要です。大量生産の場合はコストが高くなりやすい点はデメリットといえます。

また、加工によって刃物の摩耗が進むので、寸法や精度を保つためには刃物の管理が欠かせません。

切削加工の種類と使用する工具

切削加工には、材料の表面や内側を削るなど、さまざまな加工方法がありますが、大きく旋削加工・転削加工・穴あけ加工の3種類に分けることができます。ここでは、切削加工の種類とそれぞれの特徴、使用する切削工具をご紹介します。

・旋削加工

旋削加工(ターニング)は、被削材を回転させながら、固定した切削工具を被削材に押し当てて切削する加工方法です。バイトという切削工具を使い分けることで、被削材の外周や内周、端面の加工ができます。

溝を作ったり、素材を切断したりする突切り加工や、平削り、形削りなど、さまざまな加工を行うことが可能です。

⇒旋削加工とはどのような加工のこと? 切削加工との違いなどを解説

・転削加工

切削工具を回転させ、固定された被削材を切削することで希望の形状を作り出す加工です。フライス加工が例として挙げられます。旋削加工は丸型の加工を得意とするのに対し、転削加工では角型素材の加工が行えるのが特徴です。
正面フライスやエンドミルといった切削工具を加工方法に応じて使い分けることで、多種多様な形状を作り出せます。

⇒フライス加工とは? 旋削加工との違いや加工時の注意点を解説

・穴あけ加工

回転するドリルを使って、被削材に円筒状の穴をあける加工です。浅穴加工や深穴加工などの種類に分けることができます。穴の精度を高めるリーマ加工や、下穴を大きくする中ぐり加工、タップと呼ばれる工具でねじ山を加工するタップ加工なども、穴あけ加工の一種です。

⇒ドリルによる穴あけ加工(ドリリング)のポイントは? 穴曲がりを防ぐための注意点

切削加工に使われる主な工作機械

加工方法に複数の種類があることからもわかるように、切削加工ではさまざまな工作機械を使うことで、材料を目的の形状に削り出していきます。切削加工で使われる代表的な工作機械と、それぞれの特徴は以下のとおりです。

・旋盤

加工物をチャックに取り付け、回転する加工物にバイトを押し付けることで切削加工を行うのが旋盤です。

加工物の取り付けや工具交換などを全て作業者が行う汎用旋盤(普通旋盤)や、数値制御により工具を動かすNC旋盤など、さまざまな種類の旋盤があります。
近年は、コンピューター制御により加工を行うCNC旋盤を用いるのが一般的です。

⇒旋盤とは? 汎用旋盤とNC旋盤の違いや旋盤を使用した加工方法をご紹介

・フライス盤

加工物をバイスなどに固定して回転させた工具で切削する、転削加工で使われる工作機械がフライス盤です。旋盤と同様に、作業者が全ての工程を手動で操作する汎用フライスや、数値制御で加工を行えるNCフライス盤(CNCフライス)などの種類に分けられます。

また、自動工具交換装置(ATC)を搭載することで工具交換まで自動化したマシニングセンタがフライス加工に使われることもあります。

⇒フライス盤とは? 用途や種類、旋盤との違いを知って加工精度を高めよう

⇒マシニングセンタとは? 種類ごとの特徴とマシニング加工の手順を解説

・ボール盤

穴あけ加工に特化した工作機械がボール盤です。作業台に設置できる卓上ボール盤や、一度に複数の穴あけを行える多軸ボール盤、深穴加工に特化した深穴ボール盤(ガンドリリングマシン)などの種類があります。
旋盤やフライス盤でも穴をあけることはできますが、ボール盤ならより効率的に加工を行えるのが特徴です。

⇒ボール盤の種類ごとの違いは? ボール盤でできる加工や使い方についても解説

切削加工を行う際の注意点

切削加工を行う際には、いくつか注意しなければならない点があります。切削加工を実施する際は、以下の注意点を意識して加工しましょう。

・切削抵抗と切削条件

切削加工では被削材と切削工具が接触した状態で加工を行うため、摩擦と抵抗力が生まれます。この時、切削抵抗が大きくなると仕上がりの悪化や工具寿命の低下といった影響を及ぼします。
回転速度や送り速度などの切削条件を適切に設定し、切削抵抗を軽減することが重要です。

・素材の反りや歪み

残留応力(外部からの力が除去された後、内部に残る抵抗力)によって、加工物に反りや歪みが発生することがあります。特に、厚みのない金属を加工したり、素材の一部分だけ加工したりする際は、反りや歪みが起こりやすいです。熱処理で残留応力を取り除く、公差の許容範囲を検討するなど、反りや歪みへの対策も欠かせません。

・被削材と切削工具の放熱性

切削加工では、被削材と切削工具の摩擦によって熱が生じます。切削熱を放熱し被削材と工具を冷却しないと、工具の熱変形や溶着、熱膨張による食い付き、仕上がりの悪化や工具寿命の低下などの原因となります。
クーラントの適切な使用と、切削熱が高くなりすぎない切削条件の設定が必要です。

・切りくずの排出性

切削加工は材料を削るため、加工時に切りくずが排出されます。切りくずの排出性が悪いと、工具に切りくずが絡まって仕上げ面に傷がついたり、切りくずが工具に溶着したり、クーラント注入を阻害したりするといった影響があります。
加工の際は、切りくず排出性の良い工具の使用や、切りくず排出を考えた加工方法の選定、被削材や切削工具の取り付け方向を考慮しなければいけません。

・加工困難な形状がある

フライス加工は切削工具を回転させて加工を行います。エンドミルなどの工具で加工を進めると、突き当たりや隅の部分には工具の半径分の丸みが残ってしまうので「ピン角」と呼ばれる丸みのない角の加工は困難です。
加工方法を工夫してピン角を作ることはできるものの、時間がかかり効率は良くありません。

・加工に必要な工具の選定と種類

切削加工は目的の形状に加工するために、工具が細かく設定されています。加工の際は、工具選定や工具を用意するコスト、工具を長持ちさせるための適切な取り扱い方法の知識が必要です。

・バリへの対策

材料や加工方法にもよりますが、切削加工ではバリが発生する可能性があります。バリは加工精度の低下や製品の劣化、作業者や使用者のけがにつながる恐れがあるため注意が必要です。切れ味に優れた工具を選定する、切削加工後にバリ取りの工程を含めるなどの対策を行いましょう。

各加工の特徴を知って高精度な製品に仕上げよう

切削加工は、複雑な形状の加工が行える、高精度・高効率な加工方法です。あらゆる産業で使う加工機械の部品も、多くは切削加工によって作られていることから、現代のものづくりを支える加工ともいえます。
切削加工に使う機械や工具の進化が進み、高効率な加工が可能となっていますが、デメリットがないわけではありません。切削加工の特徴や注意点を踏まえたうえで、加工方法や切削工具の選定を行うことが、高精度な加工を行うコツです。

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