マシニングセンタとは

製造業の生産工程の自動化を実現する上で欠かせないのはマシニングセンタです。マシニングセンタを活用して、無人化や標準化を実現したいと考えているのではないでしょうか。ここでは、マシニングセンタの概要と種類、注意点などをまとめました。

マシニングセンタとは

回転工具を使用して、フライス削り、中ぐり、穴あけ、ねじ立て、リーマ仕上げなど多種類の加工を1台で連続して行えるNC工作機械がマシニングセンタです。マシニングセンタには、自動工具交換装置（ATC）搭載されており、これが多種類の加工を実現しています。加工に必要な切削工具をツールマガジンにセットすると、プログラムに沿って、工具の切り替えから加工まで、人の手を加えることなく進めることができます。

従来のフライス盤では、工具交換作業を行う際、機械稼働を止めていました。これでは工具交換に作業時間を多く取られ、非効率です。ATCによって工具交換をスピーディに行えるようになりました。マシニングセンタは生産性向上に活用されています。

マシニングセンタとフライス盤や旋盤との違い

マシニングセンタと似た機械に「フライス盤」があります。ATC装置の有無が大きな違いです。一般的なフライス盤には工具が一本しかついておらず、別の加工を行う際は工具を交換しなければいけません。マシニングセンタは、ATC装置を搭載したことで、工具を自動的に交換できるようになり、生産性・加工精度を向上しました。また、安全性が向上したことも見逃せない効果です。

旋盤との違いも確認しておきましょう。マシニングセンタやフライス盤は、材料を固定して回転させた工具を当てて削る仕組みです。これに対して旋盤は、材料を回転させ、固定した工具を当てて削ります。固定するものが逆である点が大きな違いです。この違いによって、得意な加工が異なります。マシニングセンタが得意なのは角物の加工、旋盤が得意なのは丸物の加工です。また、旋盤とマシニングセンタを組み合わせた複合加工機もあります。複数工程を一台で終わらせられる機械です。

マシニングセンタの構造について

NC装置

NCプログラムの読み込みや機械を動かす指令を出す部分をNC装置と言います。マシニングセンタの頭脳です。

ATC

加工で必要になる工具のセットや交換を行う機能がATCです。刃物台が回転して工具交換を行う「旋回式」とツールマガジンに収納した工具をアームによって主軸に取り付ける「マガジン式」の2種類があります。ツールマガジンの種類によっては100本以上の工具を収納できます。

主軸

主軸は、取り付けた工具を回転させる装置のことで、スピンドルとも呼ばれています。

ベッド

ベッドは、マシニングセンタの最も下に位置しています。ベッドから垂直に伸びた柱はコラムと呼ばれ、横型マシニングセンタではコラムが上下に移動する仕組みです。コラムとベッドが一体化していることもあります。

インデックステーブル

被削材を固定する部分のことをインデックステーブルと言います。割り出しテーブルとも呼ばれていて、角度の割り出しを行います。1度単位での割り出しが可能。4軸や5軸といった複雑な加工を行うためには欠かせない部分です。

マシニングセンタの種類について

立型マシニングセンタ

主軸が機械上部から下に向かってついており、加工物と工具を3軸方向に動かすことで取り付けた加工物を上から加工する仕組みです。上から加工を行う特性上、切削している状況を確認しやすいというメリットがあります。重い加工物に対しても高精度に加工することが可能です。また、他のタイプと比較して、専有面積が小さいのもメリットと言えます。切屑が排出されにくいという特徴があるため、加工物を傷つけないように切削油を強く書けるなどの対策が必要です。

横型マシニングセンタ

横型マシニングセンタは主軸が横方向についています。立型は3軸方向に動かしますが、横型はもう一つ軸が加わり4軸方向に制御できるものもあります。4軸制御ができる機械は、4面に取り付けられた加工物を段取替え無しで一気に加工することが可能です。横向きになっているため、切屑が排出されやすく、加工面が傷つくリスクが抑えられます。重い材料を取り付けると治具が変形する可能性があり、加工精度が落ちるため、重たい部品の加工には不向きです。

門型マシニングセンタ

主軸を支える部分が門のようになっているのが特徴。立型と同じで主軸が上部から下に向かってついています。3軸に動かして加工を行うのも立型と同じです。門型のため奥に長く動かすことができると言う特徴があり、大型部品の加工に向いています。

5軸制御マシニングセンタ

横型にもう一つ軸を追加し、5軸で制御できるマシニングセンタです。2つの回転軸を持っています。回転軸が追加されたことで、難易度の高い複雑な加工もこなせます。回転させて加工面を自由に変えることが可能。一度の取付で完成品まで加工することができます。制御するためのプログラミングは難易度が高いです。細かい点に注意しながら作業する必要もあります。

マシニングセンタを使用するメリットについて

手動で同じ加工を行う場合と比較して、作業工程を抑えられることがマシニングセンタの最大のメリットといえるでしょう。マシニングセンタは1台で複数の加工を行えるため、生産の自動化が実現します。大幅な作業時間の効率化が可能です。マシニングセンタの使用方法を覚えれば加工自体は機械が自動で行います。従来のフライス盤のように手動操作技術を習得する必要がなく、人件費や育成コストも節約できます。

また、加工精度も向上します。自動作業のため、一定レベルの加工精度で仕上げることが可能です。手動のような加工精度のばらつきがなく、品質が安定することもメリットです。

マシニング加工の手順について

マシニングセンタを使用した加工では、大きく3つの工程があります。

最初は、NCプログラムの作成です。マシニングセンタを動かすためのプログラムを作成する必要があります。工作機械に直接打ち込んで設定することもできますが、複雑な加工はCAMやCADを使った設計図をマシニングセンタへ転送することで設定できます。加工の形状はもちろん、削る方向や工具を動かす速度、回転数などの指示もプログラムで作成できます。

プログラムの転送が終わったら、工具や材料の取り付けです。使用する工具や加工したい材料をマシニングセンタに取り付けます。工具や材料を適切な位置に取り付けていないと、加工精度の低下につながります。正確に取り付けることが重要です。

3番目の工程は、プログラムの実行です。プログラムを作成・転送し、工具・材料の取り付けが完了したら、加工ができます。設定したプログラムや取り付けにミスがないかを確認しながら、実際に加工をしていきましょう。大まかな形状を作る加工を行って、中仕上げ加工、仕上げ加工と段階を踏んで、求められている加工精度に近づけていきます。

マシニング加工をするときの注意点

マシニング加工を行う際は、加工の手順や方法から逆算して設計することが大切です。加工を行う順番や削る深さ、角の付け方などで完成品の品質や作業時間、コストなどに影響します。求められている完成品に合わせてどのような手順でどのように加工するかを考慮して、プログラムを作成しましょう。また「両側から加工できるようにしておく」などの工夫を取り入れておくと、作業時間の短縮が可能です。一度に削る深さを浅くしておけば、加工精度の悪化を防ぐことに役立ちます。マシニングセンタは回転する刃物を押し付けて素材の不要な部分を削り取る加工です。隅に必ず刃物の半径分のアールが付きます。ピン角と呼ばれる丸みのない角の加工が難しいという特性があるので気をつけましょう。

まとめ

マシニングセンタは、作業を自動化でき、作業時間の削減はもちろん、人手不足の解消にも貢献してくれるシステムです。品質の安定やコスト削減にもつながります。マシニングセンタにはタイプがあり、それぞれ特徴が異なります。加工するものに合わせたマシニングセンタを導入しましょう。マシニングセンタは、設計を間違えると加工に時間がかかってしまったり、精度が落ちてしまったりする可能性があります。どのような機能が必要なのかを考えて、導入しましょう。