金属切削加工を行う際にマニシングセンタを利用する製造現場は多くあります。
加工は製品ができるまでの工程の一部ですが、完成される製品の品質を決める重要な作業です。
しかし、重要な作業と認識していても加工でミスを起こしたり失敗することもあります。
その理由は、種類ごとの加工方法をきちんと理解していないことや加工の手順が守れていないことが原因として挙げられます。
そこで、本記事ではマニシングセンタの加工における特徴や手順、注意点など詳しく解説します。
マニシングセンタとは？
マニシングセンタとは、回転工具を利用して多種類の加工を連続で行える工作機械です。
その加工方法には、以下のようなものがあります。
- フライス加工/輪郭加工（二次元加工全般）
- 穴あけ
- ねじ立て
- リーマ仕上げ
- 中ぐり/ボーリング
そして上記のような多種類の加工を実現している理由は、 NCプログラムによる動作指令をNC装置によって受けれる仕組みのNC工作機械の機能と、自動で工具を交換できる機能「自動工具交換装置（ATC）」を備えているからです。
NCプログラムに従って動作することにより、小数点以下の精度の指令にも、正確に動作・切削することを可能にし、シンプルな形状から複雑な形状まで、効率的に加工していくことを実現します。
このマシニングセンタによってもたらされた大きなメリットは、「加工の段取時間の短縮」や「加工精度の向上・均一化」など、これまで様々な汎用工作機械を用いて行なっていた職人の手による加工を、集約して自動化できたことです。
マニシングセンタで使用される加工材料
マニシングセンタで使用される材料は、
- 鉄
- 銅
- アルミ
- 合金
などが一般的です。また、刃物の種類によってはガラスや樹脂などの材料でも加工ができます。
一方で、加工の際に切りくずが多く発生するため金・銀の高価な素材を加工することは可能ではありますが、おすすめはしません。
マニシングセンタの種類と加工方法の違い
マニシングセンタの中で種類が多く需要が高いのは「立型マシニングセンタ」と「横型マシニングセンタ」の2種類ですが、他にも特徴的・代表的な2つも紹介しておきます。
ここでは、以下 4つの機械の種類と概要を解説します。
| 種類 | 概要 |
| 立型マシニングセンタ (3軸) |
刃物が地面に対して垂直であり、縦（垂直）方向に工具を向けた状態で加工を行う。 |
| 横型マシニングセンタ (3軸+1軸) |
刃物が地面に対して水平であり、横（水平）方向に工具を向けた状態で加工を行う。 テーブルにY軸方向の回転軸（B軸）を持つものが主流。 |
| 門型マシニングセンタ (3軸+2軸) |
立型と同様に刃物が地面に対して垂直のヘッドを持ち、工具取り付け方向が90°持ち上がったアングルヘッドを利用して材料の側面を加工できるので、五面加工機とも呼ばれる。 |
| 5軸加工機 (5軸マシニングセンタ:同軸5軸) |
材料に対して工具軸を傾けて加工でき、傾けたことで突き出し量を短くすることが可能で、切削効率の高い工具のおいしいところを使って加工できる機械。 |
立型マシニングセンタ（3軸）
オーソドックスなマシニングセンタで、主軸側がXY方向に動作するものと、テーブル側がXY方向に動作するものがあります。また、工具主軸がZ方向に稼働します。
テーブル側が動作する方が主軸の剛性を保てますが、テーブルの稼働分だけマシン自体のサイズが大きくなります。
横型マシニングセンタ（3軸+1軸）
加工する材料と切削工具が水平方向に設置され、横向きに加工するマシニングセンタを、横型マシニングセンタといいます。
材料＋テーブルに重量がある想定で作られており、B軸の回転軸を持ちます。
B軸はY軸方向を軸とした回転軸です。
Z軸(主軸方向)の稼働はテーブル側が主ですが、主軸側が付き出すようなW軸の動作を搭載している機械もあります。
4面取付治具などを用いると、複数の材料を各面に固定して加工することができるので、大量生産を目的として使用されることもあります。
門型マシニングセンタ（3軸+2軸）
門型マシニングセンタは読み名の通り、門の形をしたマシニングセンタです。
材料を稼働するテーブル上に配置し、加工地点まで移動した後に主軸を降ろして加工します。
門型マシニングセンタは、大型製品や重量物加工のための機械なのでベッドと呼ばれるテーブルは広く作られています。
ベッドはX軸方向のみに稼働し、主軸は門の上部のレールなりにY軸方向に稼働し、主軸なりにZ軸方向に稼働します。A軸とC軸の回転軸を主軸側に持ち、材料の上面を加工するにはZ軸方向に工具を取り付けて加工します。
主軸にアングルヘッドを用いることで、A軸を90°持ち上げた横向きの方向に工具を取り付けられるので、材料の側面を工具の底面で加工できます。
これにより5面加工機とも呼ばれます。
5軸加工機（5軸マシニングセンタ：同時5軸）
立型3軸の加工範囲XYZに加え、回転軸をふたつ持つものを5軸マシニングセンタといいます。
回転軸は、主軸側にふたつにあるものと、テーブル側にふたつあるものと、主軸側とテーブル側にひとつずつあるものがあります。
同時加工することも可能ですが、ワーク座標系を切り替えて割り出しで加工することも可能です。
同時5軸を使うメリットは、突き出し長さを短くして工具のビビりを抑えたり、切削速度を均一化したり、工具と製品面との接する角度を滑らかに整えられる点ですので、面の綺麗さを求める箇所には同時5軸、公差などの加工精度を求める箇所には割り出し加工、というように使い分けるのがポイントです。
同時5軸の加工を行うならば、機械側に先端点制御の機能と、同時5軸対応のCAMを使いこなすことが必須です。マシンの動作を確認できるシミュレーションソフトもあれば安心でしょう。
マニシングセンタ加工の特徴
マニシングセンタ加工の特徴は切削工具を高速で回転させることで材料を削り取ります。
フライス加工や旋盤加工などもマニシングセンタの加工に含まれます。
また、加工したい条件・材質などを事前に設定したプログラムによって工具を自動で交換してくれるため、加工の手間を短縮できます。
汎用フライスやNCフライスとの違い
マニシングセンタの加工は汎用フライスやNCフライスと混同されることが多くありますが、それぞれに違いがあります。
まず、汎用フライスは操作する作業員の技術によって製品の品質が異なります。
マニシングセンタやNCフライスはプログラムによって制御されているため、誰が操作しても高品質の製品が作れます。
そして、マニシングセンタは自動で工具の交換を行いますが、NCフライスは工具の交換を手動で行う必要があります。
マニシングセンタ加工の手順
マニシングセンタ加工の手順は以下の通りになります。
- 加工プログラムの作成
- 工具と加工材料のセット
- 加工の実施
手順①加工プログラムの作成
まずは材料に合わせて加工する形状や加工方法をCAM上で作成します。
マニシングセンタに指示を出すNCプログラムをCAMから出力します。
3Dモデルなどを用いて作成を行いますが、CAMによって形状に適したツールパスの作成と、切削条件を整える必要があります。
NCプログラムの出力が完了すれば、マニシングセンタに読み込ませて稼働させることができます。
手順②工具と加工材料のセット
加工したい材料や刃物をセットします。
この際に材料の固定が甘かったり、刃物を適切に固定できていないような場合、材料がズレたり、工具が外れるような事故が起こりえます。必ずひとつひとつ作業を確認しましょう。
工具と加工材料、原点位置の確認など、正確な位置合わせを行いましょう。
手順③加工の実施
実際に材料を加工していきますが、設定したNCプログラム通りに加工が行われているか確認する必要があります。
初めての加工の場合には、加工の様子をじっと眺めていたくなります。
特にATCの動作は、機械好きにはたまらないほど滑らかな動作です。
削り上がったら、仕上がった形状が想定通りの寸法で仕上がっているか、カッターマークは綺麗に整っているか、等を確認して次の加工の糧にしましょう。
高品質な加工が手軽にできるTAKMill（たくみる）
ここからは株式会社岩間工業所が発売する小型マニシングセンタ「TAKMill（たくみる）」についてご紹介します。
TAKMill（たくみる）とは？
TAKMill（たくみる）は切削経験がない方や、3Dプリンタのように簡単に造形したい方などを対象としています。特に「マニシングセンタを扱うには修行が必要」という価値観を覆すようなコンセプトで設計されています。
誰でも簡単に加工ができるアシストモードを搭載し、設計室や研究室などスペースの限られた空間でも導入できるように極限までシンプルさを追求した切削加工機です。
TAKMillの特徴
TAKMillには以下4つの特徴を兼ね備えています。
- アシストモードの搭載
- コンパクトかつ大きな削り面
- 工具長測定が不要
- 安心のサポート体制
アシストモードの搭載
マニシングセンタを動かすのは知識やノウハウは必要と思っている方が多くいます。
実際に未経験者が動かすのはハードルが高いと言えますが、スムーズに操作できるように「アシストモード」を搭載しています。
機械が提案するシンプルな手順通りに操作するだけで、切削加工を行えるため未経験者でも操作可能です。
コンパクトかつ大きな削り面
通常のマニシングセンタは機械が大きければ広いストロークが大きいですが、機械サイズが小さくなるとストロークが狭くなるため切削に不自由を感じることもあります。
TAKMillは機械幅1000mmに対して広いストロークを兼ね備えており、広い加工範囲での切削が実現します。
工具長測定が不要
加工経験が少ない場合、工具長測定は時間がかかる上に測定ミスによる加工失敗などを引き起こしやすくなります。場合によっては機械に大きなダメージを与えてしまうこともあるでしょう。
TAKMillは自動で行なってくれるようにプログラミングしているため、工具長測定を行う手間はありません。
安心のサポート体制
TAKMillをご購入後は操作説明会やCAMソフトの操作説明、加工サポートなど安心のサポート体制を提供しています。
「初めてマニシングセンタを導入する」「導入しても使用できるまで時間がかかりそう」などの不安を抱える必要はありません。
マニシングセンタで加工する際の注意点
マニシングセンタで加工を行う際に注意するべきポイントは、加工手順を考慮して設計を行うことです。
加工する手順、選択する工具や切削条件によって加工後の品質や製造時間は大きく異なります。
また、加工を行う際は熱が発生しますが、薄い製品を削ろうとした場合など、材料に反りが発生してしまうような、予期しない変化を起こすこともあります。
何事も経験ではありますが、加工の順番を変えたり、あえて工程を分けたりなどの工夫をして対策しましょう。また、加工後のバリなどを考慮して面取りをするなど対策をしておくと安心です。
マニシングセンタ加工についてのまとめ
マニシングセンタの加工はプログラムによって加工を実施し、短時間で製品の加工を行なってくれます。ただし、マニシングセンタで加工を行う際は加工手順やマニシングセンタの種類ごとの特徴を理解し、材料に対して適切な加工を行う必要があります。
本記事を参考に加工の精度を上げて生産性を向上してください。
