【2024】工作機械とは？種類やおすすめ機種、加工法や選び方も解説！

さまざまな金属部品の加工を可能にし、ものづくりの現場を支える重要な産業機械の1つである工作機械。現在は多種多様な工作機械が開発され、機能も異なるので生産に適した工作機械を選べずにお困りの方も多いのではないでしょうか。

そこで本記事では工作機械を詳しく解説し、種類やおすすめ機種、加工法や選び方も解説します。

工作機械とは

材料を指定の形状に加工するため、研削加工や研削加工などの除去加工を行う機械を工作機械といいます。あらゆる機械部品や装置部品の加工を行う点から「マザーマシン（母なる機械）」とも呼ばれ、製造業をはじめ幅広い分野に導入されている高精度な機械です。

工作機械は一般的に金属材料の除去加工を行う機械として認識されていますが、金属のほかにもガラスや樹脂、木材などの製品加工が可能な機種も開発されています。
工作機械は人が手動で機械を調整・操作する汎用工作機械と、データ入力により半自動・全自動での稼働が可能なNC工作機械、自動工具交換機能を搭載したマシニングセンタなどに分類されています。

工作機械の種類

工作機械は加工する製品や形状により、さまざまな種類に分類されます。
工作機械の主な種類を下記に表記します。

• ボール盤
• 中ぐり盤
• フライス盤
• 研削盤
• 旋盤
• 歯切り盤
• ブローチ盤
• 放電加工機
• マシニングセンタ
• ターニングセンタ

ではそれぞれの工作機械を詳しく解説します。

ボール盤

金属や樹脂、木材などの材料に対して、穴を開けたり、穴を広げたり、穴加工専用の工作機械をボール盤といいます。

ボール盤は主軸にチャックを介してドリルなどの回転工具を取り付けます。
主軸の横のハンドルを手で回すと工具を取り付けた主軸を上下に動作できます。
スイッチを入れることで工具を回転できるので、その状態でハンドルを回せば、テーブルに固定した材料に工具を押し当てて穴加工が行えます。

NC工作機械が世に出るまでは穴加工にボール盤は欠かせませんでした。
現在でも「ポンチ絵や簡単な図面で表現できるような小さなプレートへのドリル穴加工」程度であれば、NCデータを作らずにボール盤で済ませてしまう人も多々いらっしゃるでしょう。

中ぐり盤

ドリルなどを使用して材料に穴を開け、内側からその穴を大きく加工することを可能にした工作機械を中ぐり盤といいます。

中ぐり盤は最初にドリルで開けられた「下穴」に、中ぐりバイトやボーリングバーなどの切削工具を挿入して穴を広げます。中ぐり盤は精度を求める大きい穴を加工し、仕上げるのに使用される工作機械です。

フライス盤

複数の切削用の刃が付いた円筒状の切削工具であるフライスを回転、材料に接触させて加工を行う工作機械をフライス盤といいます。二次元加工と呼ばれる平面加工や輪郭加工、溝切などに最適で、様々な機械部品加工に利用されます。

NC工作機械の出現によって、XYZの3軸を同時に動作するような曲面加工が可能になりました。

研削盤

研削盤は別名グラインダーとも呼ばれる工作機械で、機械に設置された研削砥石を回転させて材料に接触させて表面の加工を行います。
研削盤を利用すれば、硬度が高い金属の表面加工や研磨が可能で、鏡面仕上げなど表面粗さを仕上げるのに最適です。

研削盤は主に材料を固定し、専用の機械で加工を行う機械研削盤と、卓上グラインダーをはじめとした小型の自由研削盤とに分類されます。

旋盤

加工する材料を機械のチャックと呼ばれる材料固定台でつかみ、材料を固定したチャックを高速回転させ、バイトと呼ばれる旋削工具を押し当てて加工を行う工作機械を旋盤といいます。

旋盤はチャックに固定された材料が回転し、その材料に切削工具を接触させて切削加工を行う工作機械です。
材料を回転させながら加工を行うので、円筒状のものを加工する際に使用されます。

歯切り盤

材料を歯車の形に加工できる工作機械が歯切り盤です。
さまざまな機械部品として使用されている歯車は、歯切り盤を使用して製造されています。

ホブ盤や歯車研削盤、ギアシェーバなど、用途に応じてさまざまな歯切り盤が製造されています。

ブローチ盤

ブローチと呼ばれる棒状の軸に、複数の切削刃物が取り付けられた特殊な長い切削工具を使用して、引き抜く動作で荒取りから仕上げまで一気に加工する工作機械をブローチ盤といいます。

ブローチ盤で使用される工具は、根元部から先端部まで少しずつ寸法や形を変化させており、一度の引き抜きで無理なく仕上げまで終わるように計算されています。

NCでの加工に比べ、工程や加工時間をスリムにでき、精度も出せるのがメリットです。
キー溝のような内側のピン角を出すことは切削では不可能ですが、ブローチ盤では得意分野なので、歯車の大量生産となれば大きな力を発揮します。

放電加工機

電気エネルギーを利用して放電と冷却を繰り返して加工する加工機です。
放電加工にはワイヤー放電と電極放電の2種類があります。

ワイヤー放電は金型の駒の貫通穴を切り抜くような加工方法で、電極放電は切削では深くて削りにくい曲面をもつポケットのような形状を彫る加工方法です。

導電性を利用しているため、金属材料であれば高硬度でも有効で、金型のような金属加工で切削加工と組み合わせて用いられる除去加工です。

放電加工機は、電極と材料の間に放電を行い、6,000℃以上の熱を発生させて金属加工を行う工作機械です。

マシニングセンタ

回転式の切削工具を使用し、穴あけや二次元加工、三次元加工などの複数の加工を1台で可能にしており、NCプログラムによって動作する機械をNC工作機械と呼び、さらに自動工具交換機能(ATC)も搭載されている工作機械をマシニングセンタといいます。
ツールマガジンに事前に加工に必要な切削工具をセットしておけば、NCプログラムの指令通りに工程に沿って工具を自動交換してくれるのがメリットです。

従来の汎用工作機械のように工程に応じて手動で切削工具を交換する手間も省け、曲面加工や多面加工、同時多軸加工等の手動ではできなかった加工ができるようになるなど、生産性を大幅に向上させています。

マシニングセンタには、大小様々あり、多面加工のできる機械や、同時5軸加工ができる機械など、多彩なラインナップがあります。

ターニングセンタ

NC旋盤の機能に加え、マシニングの機能も備えた工作機械がターニングセンタです。
ターニングセンタは旋盤の進化型とも呼ばれ、旋盤では不可能だった多面加工や同時多軸加工等が可能となるため、複合加工機とも呼ばれています。

旋盤部分はNC旋盤とも類似点が多いですが、ターニングセンタはタレットや刃物台の他に、切削加工用の工具主軸を搭載しており、マシニングセンタのように多面加工に対応しており、先端点制御を搭載していれば同時5軸加工も可能となります。

おすすめの工作機械を紹介

前述のように現在は多様な工作機械が開発されており、生産に適した工作機械を選ぶのにも困惑する方も多いのではないでしょうか。
そこでおすすめの工作機械が、株式会社岩間工業所が開発・販売している高精度な工作機械、「TAKMill」です。

TAKMillは誰でも簡単に操作できるように、切削手順を提案してくれるアシストモードを搭載し、初心者でも製品加工における”匠”の「勘・コツ」を表現できます。
加工時の工具長測定も自動で対応してくれるので、加工経験が少ない方でも機械や工具を損傷する危険も回避できます。

コンパクトな作りに対し、広い加工スペースを有しているのもメリットの1つ。
ソフトボール大程度のサイズであれば、無理なく加工できます。
価格も通常の立形マシニングセンタの半額程度とコスパも良好です。
下記にTAKMillの仕様表を掲載するので参考にしてください。

工作機械の加工法

工作機械は加工する材料や形状、硬度により加工方法を選択して加工を行います。
では工作機械の3つの加工法を紹介します。

切削加工

切削加工は材料を除去して指定の形状に加工する除去加工の1つで、高速回転させた工具を材料に接触させて削る加工をミーリング加工やフライス加工、切削加工などと呼び、高速回転させた材料に刃物を押し当てて削る加工をターニング加工、旋削加工などと呼びます。
いずれも材料は金属や樹脂や木材などで、穴あけ加工や二次元加工、三次元加工、旋盤加工など、削り上げる製品によって材料の形を選定し、工作機械が選ばれます。
切削加工は汎用工作機械やNC工作機械、マシニングセンタによって行われます。

研削加工

研削専用の砥石を回転させ、そこに加工する材料を接触・研摩させて加工する方法を研削加工といいます。

「磨く」ということを目的とするので、鏡面加工などの表面粗さを仕上げるのに使用されます。
研削加工はほかの加工方法に比べて寸法精度が高いのが特徴で、材料と砥石の接触により表面を滑らかに仕上げる点に特化した加工法です。

研削加工では切削加工では加工できない、硬度の高い材料も加工できます。

特殊加工

研削加工や切削加工では加工が難しい材料を加工する際には、電気や超音波などを利用した特殊加工により加工を行います。
プラズマ加工や放電加工などが特殊加工の代表的な例です。

工作機械の選び方

工作機械は機種によって使用意図なども異なるので、加工する材料や費用に合わせて適切な機種を選択しなければ費用対効果を得ることはできません。

そこでここからは、工作機械の有効な選び方を紹介します。

剛性が高いものを選ぶ

加工する材料によっては、強度が強い工作機械を選ばなければ、機械にゆがみが生じて加工精度が低下します。したがって機械の強度である、剛性が高いものを選ぶのも工作機械を選ぶ際の重要なポイントですが、その分コストもかかりますのでバランス良く選定することが必要です。

最適な剛性の工作機械を選べば、高精度な加工が実現されると同時に故障も減少し、メンテナンスコストの削減にも繋がります。

コストで選ぶ

工作機械は高性能な機械だけに決して安いものではなく、中には数百万円から数千万円にも上る機種もあります。高額な機種を導入したものの、十分な収益を確保できず、結果的に意味のない導入になるケースも少なくありません。

このような事態を防ぐためにも、導入後の生産状況やランニングコストなども想定し、費用対効果を得られるコストの工作機械を選択しましょう。

精度が高いものを選ぶ

現在は製造業のDX化など、製造分野の技術が飛躍的に進化しています。
このような動向に伴い、工作機械に関しても求められる製品によってはさらなる精度の向上が求められているのが現状です。

今後の技術躍進に対応可能な、高精度な機種を選択して周囲の環境の変化にも柔軟に対応することも必要なことかもしれません。

効率性の高いものを選ぶ

現在は加工データ入力により自動加工が可能なNC工作機械や、材料のセットから仕上げまでの工程を一貫して行えるマシニングセンタや複合加工機など、便利な工作機械が無数に開発されています。このような効率性に優れた機械は高い初期投資費用がかかるものの、自動化による省人化や生産品質の安定化、量産加工などを実現できる画期的な工作機械です。

このような観点からも、工作機械を選択する際には長期的な視野を持ち、効率性の高いものを選びましょう。

最適な工作機械で生産性を高めよう

本記事では工作機械を詳しく解説し、種類やおすすめ機種、加工法や選び方も解説しました。
現在はユーザーニーズの多様化により、高精度な工作機械が無数に開発・販売されています。

今後工作機械の導入により生産性を高めるためにも、本記事を参考に自社に最適な工作機械を選択して生産性を高めてください。