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CHAPTER 1
切削加工

マシニングセンタ

1. 主な機能と特徴

現在、マシニングセンタ(machining center、略称MC)は、ものづくりの現場で広く用いられています。最も重要な用途である金型の製造をはじめ、金属部品の加工になくてはならない存在です。たとえば、自動車産業ではエンジン部品の研削や穴開けをはじめ、ボディ部品の金型製造などで威力を発揮しています。そのほか、暮らしや産業を支える製品の多くがマシニングセンタによって生み出されているといっても過言ではありません。

マシニングセンタの特徴は、コンピュータ制御による「工具自動交換機能」を備えている点にあります。一般的にNC工作機は作業者が工具を交換するのに対して、マシニングセンタは「ツールマガジン」と呼ばれる工具収納場所から、「チェンジアーム」によって自動で工具を交換し、加工を行います。そのため、段取り替えの手間を省くことができ、製造時の無人化と省力化、コスト削減を可能にしています。

近年は、縦、横、高さの3軸での加工に加えて、回転運動を行う2軸を足した「5軸マシニングセンタ」が登場し、より複雑な形状の加工ができるようになっています。

マシニングセンタで金型加工

2. マシニングセンタの誕生と発展

金属部品を製造するには、一般的に面や溝の研削をはじめ、穴開け、中ぐり(穴の拡大)、ねじ切りなど複数の加工を行う必要があります。かつてはこれらの加工のためにフライスやエンドミル、ドリル、中ぐり、タップといった刃物工具を使い分けていました。
その後、NC工作機の登場でタレットと呼ばれる手動式の工具交換機能が開発され、刃物の交換が便利になりました。さらに、刃物の交換をコンピュータ制御で自動化したのがマシニングセンタです。加工物の複数の面について同時に数種類の加工が連続してできることから生産効率を大幅に向上させることとなりました。年々、加工の精度と速度が向上していて、今やものづくりの根幹を担っています。

金属加工メーカーの工場を見学すると、複数のマシニングセンタが昼夜休みなく働き続けています。現場で機械の監視を行っているのは、ごくわずかのオペレーターだけです。

NC工作機では、タレットに工具をつけて手動で回転・マシニングセンタでは工具の交換が自動化

3. マシニングセンタの主な構造と種類

マシニングセンタは、大きくは横形と立形、門形という3種類の構造に分かれています。当初開発されたのが横形と呼ばれるもので、簡単に言えば、刃物を取り付ける回転軸(スピンドル)が横向き(地上に対して水平方向)に取り付けられています。これに対して、立て形は回転軸が縦向きのものを指します。一方、門形(ガントリー型)は、まさに門構えのような構造をしていて、回転軸は門の天井部に下向きについています。
マシニングセンタの主な構造は、横形を例に挙げると、下から順にベッドと呼ばれる基盤部分、ベッドの上で移動するサドル、サドルの上について加工材料を設置するテーブル、そしてベッドに垂直方向に設置されているコラム、刃物を取り付ける主軸頭などです。

4. 横形と立形の違い

横形マシニングセンタは、刃物の回転軸が横向きに出ていて、加工物を水平方向に加工していきます。その際、コラムがX軸方向、サドルがY軸方向、テーブルがZ軸方向に動き、三次元での加工を可能にしています。それらに加えて、テーブルの一部が水平方向に回転するB軸を持った機種があり、この場合、計4軸で加工を行うことができます。
横形のメリットは、B軸を含めて4軸を活用することで、加工物の4面を一気に加工することが可能な点です。そのため、加工物の4面に関して手作業で面替えをする必要がないため、加工精度の高さが特徴です。加えて、横から削っていくことで切りくずが下に落ちるため、切りくずが加工物の上にたまって刃物が食い込ませるといった不具合を避けやすいメリットもあります。

一方、立形マシニングセンタは、回転軸が垂直方向に付いていて、加工物を上から加工する構造となっています。一般的には、テーブルがX軸、Y軸の水平方向に移動し、回転軸が垂直方向に移動することで、3軸での加工が行えるようになっています。
回転軸が加工物の横に位置する横形と比べて、設置スペースが少なくて済むことから、現在、幅広く普及しています。また、加工物を上から削っていくため、設計図面と見比べながら加工を行うことができるのもメリットといえます。一方で、加工物の上部で加工を行うため切りくずがたまりやすいことから、圧縮空気の吹きつけや潤滑油剤での洗い流しで随時、取り除く必要があります。

立形マシニングセンタ・横型マシニングセンタ

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