マシニングセンタとは?工作機械の使い方を徹底解説

動画職人大塚

こんにちは大塚です。
今回は、マシニングセンタとその使い方についての解説と、歴史、マシニングセンタを動かせるソフトの紹介について解説します!

マシニングセンタとは?

マシニングセンタとはNCのプログラミング制御によりフライス加工や穴あけ、中ぐり、ねじ加工などの各種機械加工を、自動で工具交換を行いながら1台でこなすことのできる工作機械のことです。

マシニングセンタ

マシニングセンタの歴史

マシニングセンタが登場する前の機械では、切削時間以上に工具交換などの段取りにとても時間がかかっていました。

そこで、生産性をあげるために工具をあらかじめ数本〜数十本装塡しておき、加工の工程にあわせて工具マガジンから切削工具を選択して、自動的に主軸に装着し切削を行う機械が登場しました。

これが1958年、開発会社のKearney & Trecker社によりマシニングセンタと名付けられました。

マシニングセンタ-Kearney & Trecker社

マシニングセンタの特徴

  • 機械加工の自動化により、部品加工の段取り時間を短縮できる
  • 材料を固定したまま連続して異なった機械加工が行われるため、各加工の加工精度を向上させることができる
  • 数台の工作機械がもつ加工機能を1台に集約させることができる

上記以外にもテーブルや主軸の角度を変更させることで複数加工面を加工できる機械や、材料を乗せるパレットをNC制御で交換させるパレットチェンジャー(APC:automatic pallet changer)がついている機械などもあります。

マシニングセンタの種類

立型マシニングセンタ

立体マシニングセンタ

立型マシニングセンタとは主軸が垂直になっているマシニングセンタのことをいいます。

一般的には制御できる軸としてはX軸、Y軸、Z軸で、テーブルは横方向に長いものが多くなっています。

特徴として、テーブルの長さを活かし多数の工作物を並べて加工することができる点や、長物の加工ができることがあげられます。
また、上記のX軸、Y軸、Z軸の3軸以外に、テーブルの回転(C軸)と傾斜角(B軸)がついたインデックステーブルを使用して5軸加工を可能としている機種もあります。

横型マシニングセンタ

横型マシニングセンタ

横型マシニングセンタとは主軸が水平になっているマシニングセンタのことをいいます。

制御できる軸の数は、通常の3軸(X軸、Y軸、Z軸)のものと、さらに水平方向にテーブルが回転するB軸が加わった4軸のもの、これにテーブルが垂直方向に回転するC軸が加わり、5軸が可動するものの3種類があります。

門型マシニングセンタ

門型マシニングセンタ

門型のマシニングセンタはガントリー型ともいい、主軸が天井側に付いています。正面から見たときに門の形をしています。
テーブルに取り付けた材料に対して、直線運動をして平面加工を行います。
そのため、重量のある加工物や、長尺物の加工を行うことができます。

マシニングセンタのIOT化とAIへの取り組み

最近ではIOTを用いて生産性を向上させることのできるマシニングセンタも登場しています。
お客さんの工作機械をネットワーク上で監視し、異常があった場合に対応するサービスを提供しているメーカーも出てきています。
このサービスによって、故障を未然に防いだり故障時の対応時間を短くできたりなどの効果が見込まれています。

また、マシニングセンタのデータを収集し、AIで解析して生産性の向上に役立てる取り組みも進んでいます。

IOT化を行うには、マシニングセンタ自体にIOTの機能が搭載されていなくても、外部機器によりマシニングセンタのセンサー情報を取得しネットワーク上で収集することも可能です。

マシニングセンタの価格

マシニングセンタの価格は性能や大きさによって違いますが、一般的な価格帯をざっくりと解説していきます。

低価格帯のマシニングは、500万円〜1,000万円程度となっています。
一般的によく購入される価格帯のマシニングセンタは、1,500万〜4,000万円程度のものが多いです
大型のものになると5,000万円を超える金額になってきます。
そして、船の大型部品を削り出すような超大型の門型のマシニングは、数億円〜の価格帯となります。

マシニングセンタは、工程の自動制御によって複雑な加工でも工具交換などの段取りに時間をかけずに行えるため、マシンの価格帯はかなり高くなっています。
非常にざっくりとした金額ですが、参考にしてみてください。

マシニングセンタの使い方

続いて、マシニングセンタの一般的な使い方について解説します。

1)CADで製品のモデルを作成

加工を行いたい製品のモデルをCADソフトで作成します。
2次元CADで作成することもできますが、最近では3次元CADで作成することが多くなっています。

2)CAMでツールパスを作成

1で作成した製品モデルと材料を登録し、機械で加工するためのツールパスをCAMで作成します。
この際に、工具の情報、切削方法、切削速度、工具の進入方法などを定義します。

この設定によっては、製品に目立つ加工の跡が残ったり、場合によっては工具が折れてしまうこともあるので注意が必要です。

3)ツールパスをNCデータへ変換

使用する工作機械に合わせて、CAMで作成したツールパスをポストプロセッサでNCデータへ変換します。
工作機械ごとにNCデータの形式が異なるため、それぞれの機械に適した変換のできるポストプロセッサを使用する必要があります。

NCデータは主に、Gコードと呼ばれる工作機械用のプログラムで書かれています。
作成したNCデータはメディアやネットワークを用いて工作機械に転送します。

4)加工を行う

CAMで設定した工作機械の工具番号の位置に工具を取り付け、工具の位置や製品の寸法を固定するための治具や、製品の材料をセットして機械加工を行います。

マシニングセンタに対応しているCAMソフト

最後に、マシニングセンタを稼働させることのできるCAMソフトをいくつか紹介します。

Fusion 360:Autodesk社

Fusion 360

Fusion 360はAutodesk社が開発するクラウドベースの3DCADで、CAM機能を使ってマシニングセンタを動かすことができます。
3DCADとしての機能も高く、設計から機械製造までのワークフローをこなすことができます。

HSM:Autodesk社

HSM

HSMは、CADと同じ操作体系でCAMの操作ができるCAD・CAMソフトです。
HSMはPDMコレクションのみに含まれるソフトになります。
PDMコレクションについてはこちら

Mastercam:CNC Software社

Mastercam

世界的にもユーザーの多いCAMで、幅広いモジュール構成によって時間効率や作業効率、費用対効果を考えた構成になっています。

hyperMILL:OPEN MIND Technologies社

hyperMILL

同時5軸加工CAMとしては高い評価があり、国内においてはほぼすべての工作機メーカーが5軸加工用として推奨しています。

まとめ

いかがだったでしょうか? 今回は、マシニングセンタに関する情報ついてまとめてみました。
マシニングセンタは製品加工の工程を自動化できる便利なマシンであるため、価格帯も高くなっています。
この記事を参考にして、マシニングセンタの知識を活用してみてください。

マシニングセンタに関する記事を他にも書いているので、興味があるものがあればぜひ読んでみてください。

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