機械加工の基礎！工作機械の種類など徹底解説します！

公開日：2022.03.28 | 更新日：2023.11.14 | 試作人基礎講座

機械加工の基礎！工作機械の種類など徹底解説します！

こんにちは！本日は機械加工の基礎となる工作機械の種類や加工方法などを解説していきます！
これから機械加工の仕事を覚えていく方は必見情報だと思います。是非ご覧ください♪

必達試作人

機械加工の基礎を学ぶのじゃ！

機械加工とは
機械加工の種類
機械加工に用いる工作機械の種類と特徴
形状や得たい精度に応じて工作機械を選定しよう
関連

機械加工とは

機械加工とは、工作機械や切削用具を用いて、金属やプラスチック、木材などの形状を加工することを指します。
手作業と比較して高精度の製品を生産でき、加工にかかる時間も短いことが特徴で、現代のものづくりにおいて必要不可欠なものと言えるでしょう。
機械加工は大きく「除去加工」「成形加工」「付加加工」に分けられ、目的の形状によって使用する工作機械や手順が異なります。
安全で効率の高い機械加工を行うためには、機械や加工の方法を正しく選定することが重要です。

機械加工の種類

除去加工

除去加工は、加工物の不要な部分を削り取る加工です。
代表的な加工方法の種類と、それぞれの概要についてご紹介していきます。

切削加工

切削工具を使い、金属などの材料を切断したり、削ったりすることで形状を変えるのが切削加工です。
切削加工はさらに、加工物を回転させる旋削加工と、工具を回転させるフライス加工の２つにわけることができます。

CNC旋盤

旋削加工は、回転させた加工物にバイトと呼ばれる切削工具を押し当てる方法です。
加工物を回転させるため、円柱や円筒状の材料加工に適しています。

5軸加工機

一方のフライス加工は、エンドミルや正面フライスなどと呼ばれる切削工具を回転させて、固定された材料に押し当てることで加工します。
面加工を行うため、加工された材料は角物になる点が特徴です。

研削加工

除去加工の一種で、研磨砥石を高速で回転させて、加工物の表面を削り取りながら目的の形状に仕上げていく加工方法です。
研削加工に使われる工作機械としては、精度の高い平面を作る平面研削盤、円周の外周を検索する円筒研削盤、円筒の内面を研削する内面研削盤などがあります。

砥石表面は砥粒と呼ばれる硬く小さな粒とバインダー(ボンド)でできていて、砥粒の一つ一つが刃の役割を果たすことで材料を削っていきます。

研磨加工

微細な硬い粒子を工作物に押し当て、少量ずつ削り取ることで、表面の凹凸をなくして滑らかに仕上げる加工です。
表面仕上げに優れる遊離砥粒方式と、短い時間で研磨できる固定砥粒方式があります。

素材の形状を変えていく研削加工とは異なり、研磨加工は工作物の表面を滑らかにすることが目的です。
表面が滑らかになることで、外見や製品精度の向上だけでなく、汚れの付着や腐食の防止といった効果も見込めます。

特殊加工

刃物や砥石を使わずに加工物を削る方法です。
熱エネルギーで素材を溶かす放電加工やレーザー加工、プラズマ加工などが該当します。
切削工具では加工が難しい高硬度材などの加工を行うことも可能です。

成形加工

成形加工は、加工物に力や熱を加えて変形させることで、目的の形状に仕上げる機械加工のことです。
大きく、塑性加工と鋳造加工の2種類に分けることができます。

塑性加工

ブレーキプレス

金属に力を加えて伸ばしたり、曲げたりして、目的の形状に仕上げる加工です。
素材を型に押し付けて変形させるプレス加工が、代表的な塑性加工に挙げられます。
目的の金型を用意すれば、同じ形状の部品を大量生産できるのが、プレス加工のメリットです。

他にも、素材をたたいて変形させる鍛造加工や、薄い板を曲げたり切ったりして目的の形状にに仕上げる板金加工などがあります。

鋳造加工

溶かした金属を型に流し込んで、冷やし固めることで目的の形状を得る加工方法です。
型は繰り返し使用することができるので、大量生産に適しています。

付加加工

加工物に別の材料を付け加えて目的の形状に仕上げる加工が付加加工です。
材料同士を接合する溶接や接着、3Dプリンターを用いて金属を積層する積層加工、表面に薄い膜を生成するめっき処理などがあります。
2つ以上の材料を合わせることで、より大きな部品にすることができます。

機械加工に用いる工作機械の種類と特徴

マシニングセンタ

自動工具交換装置(ATC)が備わっていて、フライスや中ぐり、穴あけなどの加工を連続で行えるのがマシニングセンタです。

軸構成などによって立型や横型などの種類があり、加工物や製品形状に応じて種類を選定する必要があります。
近年は、縦横高さの3軸に加えて回転する2軸を加えた5軸制御マシニングセンタも普及しています。

旋盤

外径・内径旋削やテーパー削り、面削り、穴あけ、ねじ切りなど多くの加工を行え、工作機械の中でも使われる機会が多いのが旋盤です。
円柱や円筒状の材料を回転させ、固定した刃物で加工していきます。

旋盤にもさまざまな種類があり、加工物の大きさや加工方法によって使い分けられています。

ボール盤

材料に穴をあけたり、穴を広げたりするために使う工作機械がボール盤です。
旋盤やフライス盤でも穴あけ加工は可能ですが、ボール盤は穴あけに特化しています。
ドリルによる穴あけ加工だけでなく、リーマを使用したリーマ加工や、タップによるねじ立て加工なども可能で、汎用性が高いのも特徴です。
作業台の上における小型の卓上ボール盤は、小規模な加工を行う自動車や産業機械の整備工場、DIY目的での個人利用など、幅広い場面で使われています。

ターニングセンタ

旋盤の刃物台にエンドミルなどの回転工具も装備し、旋盤加工に加えて中ぐりや穴あけ、面加工などの加工も行うことができるNC工作機械です。
旋回しながら加工も行える回転工具主軸を備えたターニングセンタは、複合加工機とも呼ばれています。

フライス盤

正面フライスや溝フライス、エンドミルなどを回転させることで、加工物の平面・曲面・溝などを加工するための工作機械です。
工具を取り付ける主軸がテーブルに対して垂直な立型、テーブルに対して平行な横型など、いくつかの種類があります。
現在は、あらかじめプログラムしておいた形状に切削加工を行うNCフライス盤や、コンピューターにより制御を行うCNCフライス盤が主流です。

また、フライス盤に装着するフライス工具の種類も豊富で、使い分けることで複雑な形状を仕上げることもできます。

中ぐり盤

ドリルなどを使ってあけた穴の内面を、所定の大きさまで広げることを中ぐり加工と呼びます。
中ぐり盤は大きい加工物に対して、大きい径や深い穴をあけたい際に使用されますが、中ぐり加工以外にもドリル加工やフライス加工を行うことも可能です。

歯切り盤

素材を歯車状に切削するための工作機械で、ホブ盤やギヤシェーパーなどの種類があります。
取り付ける工具にもホブカッターやピニオンカッター、ラックカッターなどの種類があり、製造する歯車の形状や種類に合わせて選定します。

放電加工機

放電加工とは、加工液の中に浸した加工物と電極の間に電気を流して加工する方法です。
放電によるエネルギーを利用して、加工物を溶かしながら電極の形を彫り込んでいき、用途に応じて型彫放電加工とワイヤー放電加工の2種類を使い分けます。

導電性のあるものなら素材の硬さに関係なく加工できるのが特徴で、現在はセラミックのような絶縁物質でも放電可能といわれています。