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工作機械の意味や種類とは?実例やロボットとの連携まで徹底解説

キャド研

普段使っている製品は、部品を組み合わせて作る場合が多いです。
その部品の製造に必要な機械が「工作機械」になります。
工作機械にはさまざまな種類があるため、それぞれの特徴を理解しているといいでしょう。
これから、工作機械の概要や種類・特徴・用途などをご説明します。
また、工作機械とロボットの連携についてもご紹介しますので、参考にしてください。

工作機械とはどのようなものか?

工作機械とは

 

工作機械とは金属やプラスチック・ガラスなどから加工される部品を作るための機械です。
材料となる素材に穴を開けたり削ったりして、求められる形に加工します。
工作機械の構成要素は「工具や加工する素材に運動を与える動力」「特定の動きにする案内機構」「加工する素材を削る加工工具」の3つです。
それぞれの目的によって刃の大きさや向きは異なりますが、どれも素材を「除去加工」する時に使用します。
工作機械を用いることで、加工する時の精度の違いやミスがなくなり、品質を均一にできることが特徴です。
また、待機や段取り時間を意味するタクトタイムの短縮ができ、加工する時間も高速化できます。

工作機械の用途とは?

工作機械の用途は、素材の除去加工によって作られた部品です。
つまり、除去加工で切削や穴を開けて、不必要な部分を除去しながら加工したものを生産できます。
せん断や曲げ・プレスは除去加工ではなく、それらを行う機械は「板金機械」と表現するのが一般的です。
工作機械から作られるものとして、ネジやシャフトなどの部品、精密機器などの小さな部品もあります。
そして、最終的に自動車やパソコン・スマートフォン・ロボットなどになるのです。
工作機械で作られたものは、自動車や航空機・造船・鉄道車両を作る業界で多く使われています。
また、電化製品を作る産業・精密機械業界や建設機械業界・エネルギー業界でも使用率が高いです。

工作機械の加工方法

工作機械の加工方法は「切削加工」「研削加工」「特殊加工」の3つです。

切削加工

切削加工では素材を回転させて切削する方法や工具を回転させる方法・直線運動で切削させる方法があります。
素材を切り、おおよその求める形にする作業です。

研削加工

研削加工は、切削加工で作ったものを仕上げ加工する方法で、固定砥粒や遊離研粒によって、表面を目的の形状や質感にしていきます。

特殊加工

そして、放電加工や電解加工・レーザー加工などの特殊加工を行い、目的の機能を持った加工品に仕上げるのです。

工作機械の種類とは?特徴も理解しよう!

工作機械は「汎用工作機械」と「NC工作機械」の2つに大きく分けられます。
汎用工作機械は作業する人がハンドルを回して操作する機械です。NC工作機械は、数値制御などをコンピューターに記録し、自動運転をさせます。
工作機械の90%以上が、NC工作機械です。
また、工作機械は除去加工の方法によって、「旋盤」「フライス盤」「研削盤」「歯切り盤」「ボール盤」「中ぐり盤」「マシニングセンタ」「ターニングセンタ」「放電加工機」に分けられます。
以下にそれぞれの解説をします。

汎用工作機械

旋盤とは?

旋盤は工作機械の中で使用率が多い機種です。円盤状または円筒状になっている素材を回転させ、加工していきます。加工方法は、面削りや外丸削り・テーパ削り・中ぐり・穴あけ・ネジ切り・突切りなどです。旋盤は「汎用旋盤」「NC旋盤」「卓上旋盤」などの機種に分けられます。

フライス盤とは?

フライス工具を回転させ、素材を平面や曲面・溝などの形に加工していく機械です。
形によって、正面フライスやエンドミル・溝フライスなどの種類があります。
また、主軸の向きやテーブルが移動する方向で「立型フライス盤」「横型フライス盤」に分かれるのです。
フライス盤を使用する所の約8割は、立型フライス盤を用いています。

研削盤とは?

研削盤は砥石を使用して加工する機械で、精度が高く、仕上げ面で用いられることが特徴です。
研削盤は加工する部位によって、3つに分かれます。
円筒素材の外面を削るのが「円筒研削盤」、円筒素材の内面を削るのが「内面研削盤」、平面を削るのが「平面研削盤」と表現するのです。

歯切り盤とは?

歯車のような形に加工する時、使用する機械です。
ボブカッタやピニオンカッタ・ラックカッタなどの工具を使用します。
軸に平行のギザギザが付いているのが「平歯車」で、平歯車の形に加工する頻度が高いです。
それ以外にも、傘の形状の歯車、直線状の歯車など、用途によって歯車の形状を変えられます。

ボール盤とは?

ドリル状になっている工具を回転させることで、素材に穴を開ける加工ができます。
穴を開けるだけでなく、ネジ立てやリーマ仕上げをすることも可能です。
穴を開けていく際、穴を掘り広げる加工を主に行います。

中ぐり盤とは?

ドリル工具で穴を開けた後、中ぐり盤で内面を整えます。
より精度を良くするために既定の大きさにする中ぐり加工とドリル加工・フライス加工ができる機械です。
中ぐりをする場合、旋盤やフライス盤でも、ある程度の加工ができます。
ただし、直径が大きい加工物や穴が深い時には、中ぐり盤を使うのが一般的です。

NC工作機械

マシニングセンタとは?

マシニングセンタはNC工作機械の一つで、中ぐりやフライス削り・穴あけ・ネジ立てなどの加工を連続して行えます。
必要な工具を自動で交換できることが特徴です。マシニングセンタは「立型」「横型」「門型」に分けられます。
立型マシニングセンタは小さいものを大量生産する時、門型は重量がある大きいものを加工する時に使う場合が多いです。

ターニングセンタとは?

ターニングセンタは旋盤が複合化されたNC工作機械です。旋盤の精度が高く、フライス削りや穴あけなどの加工もできます。
ターニングセンタも工具を自動で交換することが可能です。
旋回しながら加工できる回転工具を主軸にした「旋盤形複合加工機」とも呼ばれています。

特殊加工機

放電加工機とは?

放電エネルギーを利用する加工ができる機械です。電極の形状によって「形削り放電加工機」「ワイヤ放電加工機」に分かれます。
また、レーザー加工機や超音波加工機を含めて、「特殊加工機」と総称する場合が多いです。

工作機械とロボットは連携できる

工作機械とロボット

工作機械で製作した部品のピックアンドプレースは「作業用ロボット」を使う場合が多いです。
作業用ロボットは単純作業の時に、人手不足解消やミスの減少などに役立っています。
工作機械と作業用ロボットは、使用できる範囲や目的が異なっていました。
しかし、2つを連携させると作業が効率化するという理由で、連携したものを導入する企業が増えています。
例えば、自動車業界では、部品加工ラインにおいて、産業ロボットと工作機械を連携させるシステムを導入しているのです。
6軸多関節のロボットが金属部品を持ち、指定の場所にセットした後、工作機械が加工します。
作業の自動化によって、タクトタイムが減少し、作業時間も短くなるのです。

工作機械を理解し、適切な種類を使おう!

工作機械を使用する時には、用途に合わせて適切な機種を使うことが大切です。
また、作業の効率化を図るためには、最新の技術を取り入れるのもいいでしょう。
工作機械には汎用工作機械とNC工作機械があり、自動運転ができるNC工作機械の使用率が高くなっています。
さらに、作業用ロボットと連携する工作機械も出ているのです。
これを参考に、工作機械の種類や特徴を理解してみてください。

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