切削加工について / アルミ・ステンレス・チタンなどの金属の精密な切削加工技術

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切削加工とは

使用機械

旋盤

フライス盤

「切削加工」ってどんなもの?

「切削加工」ってどんなもの? 金属、木材やプラスチックといった素材を刃物を使用して削り取り、希望する寸法や形状にする加工法が「切削加工」です。

この加工法の長所としては、多種多様な形状が作り出せるということと、できあがりの精度が高いということ。そのため応用範囲が非常に広く、形状が複雑になりがちな機械部品や実験装置などの製作にも重宝されています。
切削加工の短所としては、複雑な形状になればなるほど、多くの刃物と様々な加工方法を用いることになるため、時間とコストがかかります。

複雑な部品を大量に生産する必要があるものは、金型を使った塑性加工が適します。しかし、金型を作成すること自体にお金がかかるため、少量の生産は切削加工のほうが適しています。また、金型で製作した部品に、精度の必要なところだけ切削加工を入れる。という方法は、多くの自動車部品等で利用されています。

切削加工で削れないほど硬い材質、または、切削加工よりもさらに精度の高い加工を行うためには、研削加工を行います。これは、砥石や細かい粒子を使って表面を少しずつ削り取っていく加工方法で、加工時間はかかりますが、どんなに硬い材質でも精度良く加工することが可能です。 近年、今までは研削加工でしか加工が困難といわれていた硬い材質も切削加工で削ってしまう研究が進み、切削加工の活躍の場が増えてきました。

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切削加工に使用している工作機械

切削加工を行う工作機械は、大きく分けて2つのタイプがあります。
→1つは、材料を回転させて、刃物を固定して加工するもの。これを一般的に旋盤といいます。
→もう1つは、材料を固定して、刃物を回転して加工するもの。これを一般的にフライス盤といいます。

旋盤は材料を回転させるために、断面が円になるもの(回転体)の加工になり、軸、軸受け、ネジ、等、様々な機械部品が作られます。 フライス盤は刃物が回転するため、刃物の動かし方次第でどんな形状も加工できます。
一般的には、旋盤の方が加工効率が高いため、部品は回転体で設計する方が安価にできますが、機能が限られるために、フライス盤も無くてはならない存在です。
近年、旋盤にフライス盤の機能をもたせた複合加工機も多種多様なものがあり、あらゆる形状を1台の機械で加工することができるようになって来ました。 由紀精密では、この複合加工機を数多く保有し、様々な切削加工部品に対応しております。

また、旋盤もフライス盤も、「NC」という言葉が前につくものがあります。
NCとは、Numerical Control(数値制御)の事で、あらかじめ加工したい形状に合わせた刃物の動き方をプログラムしておく事で、どんなに複雑な動き方でも毎回正確に繰り返します。現在、ほとんどの工作機械にNC機能がついています。
逆にNCの無い工作機械を、昔ながらの技術で大変精度良く加工してしまう職人さんもまだ多く、1点だけの試作品は逆にNC機を使うよりも早い場合もあります。

旋盤、フライス盤それぞれ、用途によってさらに細かく分かれていきます。
詳細については、下記をお読みください。

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旋盤

一口に旋盤と言っても、様々なタイプがあります。

汎用旋盤
典型的な昔ながらの旋盤で、チャックにワークを固定して回転させ、刃物台にバイトを固定して、目盛のついたダイヤルを手で回転させながら製品を削り出していきます。今でも、単品の加工に活躍しています。汎用旋盤の一部にモータとNC装置を組み合わせたものも多く利用されています。
卓上旋盤(ベンチレース)
卓上旋盤(ベンチレース) 汎用旋盤よりも小型で、昔のミシンをイメージしてもらえればよいと思います。
あまり大きな径は加工できませんが、(Φ20以下くらい)小さく簡単な形状を削るには効率が良いです。最近は使っているところが減ってきてしまいましたが、由紀精密では、8台のベンチレースを駆使して、効率の良い仕上げ加工に利用しています。
NC旋盤
NC旋盤 旋盤の各軸にサーボモータをつけ、NC装置でプログラムに従い加工を行います。NC旋盤の中にもさらに様々な種類が存在します。製品の交換をロボットで行うことで自動化が進んでいるものもあります。
カム式自動盤
自動盤というジャンルは、棒材を連続的に供給する事で、大量の製品を無人で連続的に加工することができます。棒材を供給する装置はオートバーあるいは、バーフィーダーと呼ばれます。自動盤はもともとカム式と呼ばれるものから始まり、様々な形状をしたカムが1回転することで、何本ものバイトが決まった軌跡で動き、製品を1つ作り出します。現在はNC化が進んでいますが、カム式の方が加工時間自体は早いことが多く、いまだに現役で活躍しています。
NC自動盤
カム式のカムに代わり、NC装置を用いてプログラムに従い加工を行います。最近では、複合加工のできる軸がついていたり、背面チャックを用いて背面側の加工を行ったりと、様々な機構が付加され、かなり困難な形状も自動運転が可能になっています。
スイス型自動盤(ピーターマンタイプ)
スイス型自動盤(ピーターマンタイプ) 自動盤の中でも、スイス型と呼ばれるものは、主軸側が移動し、加工する工具のすぐそばをガイドブッシュで押えて加工します。これにより、細くて長い形状も精度良く加工することができます。
多軸NC自動盤
何本もの材料を同時に加工することで、サイクルタイムを大幅に減らしています。超量産に向いています。段取りが大変なので、少量の量産には向いていません。
複合加工機
複合加工機 旋削加工だけでなく、フライス加工ができる回転工具を取り付け、回転体だけでない様々な形状を削り出すことができます。1つのマシンでチャックをかえずに複雑な形状を精度良く削り出します。 由紀精密の所有する設備は、NC自動盤・スイス型自動盤(複合軸付)・複合加工機合わせて16台になります。

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フライス盤

汎用フライス
汎用フライス テーブルの上にワークを固定し、XYZ軸を移動させる目盛のついたハンドルを回してテーブルを動かし、主軸についた工具を回転させて加工します。 汎用旋盤と同様に、単品の試作・ジグ等を加工するには便利です。金型製作にも多く用いられ、職人の技も問われます。 XYZ軸にサーボモータを取り付け、NC装置をつけたもの(NCフライスと呼ばれる)もあります。
縦型マシニングセンタ
縦型マシニングセンタ 構造は基本的にフライス盤と同様ですが、XYZ軸はサーボモータで駆動され、NC装置で使うことを前提として作られています。部品加工から金型加工とあらゆるジャンルで幅広く用いられています。近年精度の向上も目覚ましく、専用機で行っていた加工もどんどんマシニングセンタが使われるようになってきています。
横型マシニングセンタ
縦型マシニングセンタはワークを下において、上から工具で加工を行いますが、横型は、ワークをイケールと呼ばれるジグに横からボルトで取り付け、横向きの主軸で加工を行います。切粉が大量に排出される大型のワークを加工する際に良く使われます。横型マシニングセンタに、ワークパレットの自動交換装置を取り付けて、24時間の連続加工を行えるようにすることも多いです。
5軸加工機
XYZ軸だけでなく、回転軸を2軸加えることで、自由曲面や、オーバーハングのある形状など、飛行機のフレームやタービンブレードに使われるような複雑な形状を加工することができます。近年、回転軸を高速回転して、旋削加工を行うものもあります。複合加工機と5軸加工機では同じようなものが作れます。

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