【2024】切削機械とは？種類やおすすめ機種、メリットやデメリットを紹介！

専用の切削工具を使用し、金属などの材料を思い通りの形に加工することができる便利な工作機械である切削機械。導入により高精度で効率的な加工が可能ですが、機能や機種に詳しくなければ最適な機種選びができません。

そこで本記事では、切削機械を詳しく解説し、種類やおすすめ機種、メリットやデメリットを紹介します。

切削機械とは

取り付けた回転工具を高速回転させて、樹脂や金属などの加工材料を削る工作機械を切削機械と言います。

材料と工具をセットして加工を進め、求める形まで除去加工していきます。

切削機械の種類

切削機械は高精度な製品加工を可能にした工作機械で、具体的には下記のような種類に分類されます。

• 汎用フライス盤
• NC工作機械（NCフライス盤）
• マシニングセンタ
• NC歯車加工

ではそれぞれの切削機械の機能や特徴を詳しく解説します。

汎用フライス盤

手動で操作を行うフライス盤のことを、汎用スライス盤といいます。手動タイプだけにNCフライス盤に比べて価格が安く、シンプルな操作性が特徴です。

一方で完全手動操作で加工を行うため、作業者の熟練度やスキル次第で品質が異なる点がデメリットといえます。

NC工作機械（NCフライス盤）

従来のフライスによる加工に、NC（数値制御）による自動加工機能を加えた工作機械をNC工作機械（NCフライス盤）といいます。切削工具は手動で交換しなければいけませんが、その後の加工は機械による自動加工が可能です。

NC工作機械はフライス加工をはじめ、穴あけや中ぐりなど、幅広い用途に利用されています。

マシニングセンタ

切削工具を使用した曲面加工やフライス削りや穴加工など、複数の加工をひとつの機械に凝縮しています。さらに、マシニングセンタには工具を自動で交換する自動工具交換装置(ATC)が搭載され、NCプログラム上で指定した通りに工具を自動的に交換して加工を進めていってくれるのが特徴です。

従来の汎用工作機械やNC工作機械では、加工工程の進捗ごとに手動での工具を交換する必要がありました。一方マシニングセンタは、自動で工具を交換して加工を継続するので、手動での工具交換作業時間を排除した無駄のない加工時間で生産が可能となります。

NC歯車加工

NC（数値制御）を搭載し、歯車の加工で使用される工作機械をNC歯車加工機といいます。NC機能により高さや幅などのデータを入力すれば、高精度な歯車の自動加工が可能です。

また加工する材料の硬度や素材、用途に応じた切削工具の送り速度や回転速度を制御できます。

おすすめの切削機械

前述のように現在は多種多様な切削機械が開発され、各メーカーが高精度な研削機械を無数に開発しているので、自社の生産に適した切削機械を選ぶのも大変ですよね。また切削機械の導入で早い段階で費用対効果を得るためにも、「使いやすく、高機能」な機種を選択しなければいけません。

そこでおすすめの切削機械が、株式会社岩間工業所が開発・販売している切削加工機、「TAKMill」です。TAKMillでは機械に操作手順が登録されているので、画面の表示順通りに操作を行えば段取手順を全て完了できる便利なアシストモードを搭載しています。

材料毎の切削条件も登録されており、誰でも簡単に”匠”の「勘・コツ」を再現できる、シンプルな操作性も特徴のひとつ。機械自体は省スペースなのに、シンプルな機構・構成にすることで広い加工範囲を実現しています。

切削加工品を手に取るために必須となるCAD・CAMとも連携しているので、初心者の方でもスムーズに加工できる仕組みが出来上がっています。 コストも通常の立形マシニングセンタの半額程度で導入できるのでぜひご検討ください。また下記にTAKMillの仕様表を記載します。

機械加工の主な方法

切削機械のような切削加工のほかにも、さまざまな加工方法で製品加工は行われています。機械加工によって材料を変形する方法は、まず大きく分けて以下の3つの加工があります。

• 塑性加工
• 除去加工
• 付加加工

切削加工もそのうちのひとつに含まれます。

塑性加工

材料に力を加え、指定の形に変形させて製品を作る加工方法を塑性加工といいます。主に自動車部品の製造を行うプレス加工や、板金の曲げ加工などに使用されている加工方法です。

除去加工

材料の不要な部分を切削・除去し、指定の形状に加工する方法を除去加工といいます。切削機械による切削加工は、この除去加工に含まれる加工方法です。

除去加工には切削加工のほかに、砥石で材料を研磨する研磨加工、電力で金属材料などを溶解させて加工を行う放電加工なども含まれます。

付加加工

材料にほかの素材も付け加え、製品の形状を加工する方法を付加加工といいます。主に電気溶接やガス溶接による、材料結合などが該当する加工方法です。

切削機械の加工の種類

切削機械を効率的に使用するためにも、どのような加工法があるのか把握しなければ最適な切削機械を選択できません。そこでここからは、切削機械の加工の種類を詳しく解説します。

穴加工

材料に対してXY座標を指定してZ軸方向に加工します。ドリル、座ぐり、タップ、ボーリングなどの加工です。基本的にすべての切削機械で対応しています。

2軸ミーリング加工

材料に対して、Z座標を固定してXY方向の外側から工具を当てて加工します。内側のポケット形状には下穴をあけて、その穴に工具を落としてから、Z座標を固定してXY方向に動作して材料を加工します。

面削りや、ポケット加工、輪郭加工などの加工です。工具径補正を使えることから、高精度の加工ができるといわれます。2.5軸加工と呼ばれる等高線加工もここに含まれる場合もあります。基本的にすべての切削機械で対応しています。

3軸ミーリング加工

3D形状に対して、曲面加工を行います。部品加工や金型加工などでよく使わる加工で、3Dモデルを元にして3DのCAMを使ってプログラムを作成します。

面沿い、ペンシル、放射状、スパイラルなどの加工です。NC工作機械やマシニングセンタを使って加工します。XYZの3つの軸を動作させながら加工するので、汎用フライス盤では対応できません。

同時4軸ミーリング加工

円筒の3D形状に対して、材料を回転させながらXYZの3軸加工を行います。
旋盤加工と違う点は、工具を回転させて低速で材料を回転させるので、偏心したクランクシャフトのような形状を削ったり、カム溝を掘ることが可能です。

主に同時5軸マシニングセンタ、複合旋盤を使って加工します。

同時5軸ミーリング加工

複雑な3D形状に対して、XYZ座標以外にふたつの回転軸も動かしながら加工します。材料に対して切削効率のいい角度で当てるように傾けて加工したり、真上からでは見えないアンダー部分に傾けてアプローチしたりなど、傾ける角度を変位させながらでないと削れない加工を行います。

同時5軸マシニングセンタや複合旋盤を使いますが、先端点制御の機能を必須とします。

切削機械のメリット

切削機械を導入すれば、多様な形状の製品加工が可能になりますが、ほかにどのようなメリットがあるのでしょうか。では切削加工のメリットを詳しく解説します。

高精度な加工を実現

近年の切削加工では人の手での加工ではなく、加工プログラムを設定して機械での精密加工を可能にしたNC研削機械を導入するケースが多く見受けられます。このような加工方法を使用すれば、従来の人の手では不可能な高精度な寸法の形状加工も可能です。

NC研削機械の中には10ミクロンの広差での管理も可能な機種もあり、従来の汎用工作機械では不可能だった高精度な加工を実現しています。

導入コストが低い

導入コストが低いのも、切削機械のメリットの1つです。前述のような自動運転が可能なNC切削機械は数千万円もする機種もありますが、一般的な機種であれば100万円以下で十分購入できます。

また鋳造や鋳造加工による製品加工と比較して、時間やコストもかかりません。

多様な加工が可能

研削機械は研削できるものであれば、材料を問わず加工できるので、多様な加工が可能な点もメリットです。鉄やステンレスなどの金属類、チタンや銅などの非鉄金属、樹脂やプラスチックなど幅広い加工に対応できます。

切削機械のデメリット

研削機械は多様な加工が可能な工作機械で、高精度加工が可能な点などメリットも多いですが、その反面デメリットも生じます。では切削機械のデメリットを詳しく解説します。

高度な技術が必要

研削機械は精度の高い研削が可能な反面、その機能を使いこなすための高度な技術も必要になります。近年開発されているNC研削機械であればデータ入力すれば自動加工が可能ですが、手動での汎用研削機械での加工は高度な技術が必要です。

特に手動で複雑な形状の加工を行う際には、切削工具の選定を始めとした準備・段取りも複雑化するので確かなスキルや経験が求められます。

大量生産には向かない

切削機械では材料を切削して加工を行い、その際に生じる切りクズなどは無駄になり、コストを浪費するので大量生産には向いていません。また複雑な形状の研削加工では1つの製品加工に時間がかかるため、高精度製品の少品種生産に向いています。

品質を保つのが難しい

研削機械では加工回数が増えるに伴って切削工具の刃が摩耗し、そのまま使用すれば品質が低下するので定期的なメンテナンスも行わなければいけません。そして材料ごとの寸法や硬度に合わせた切削工具の選択や、事前の工具メンテナンスなども必要で、品質保持が難しい点もデメリットです。

生産に最適な切削機械を導入しよう

本記事では、切削機械を詳しく解説し、種類やおすすめ機種、メリットやデメリットを紹介しました。研削機械を導入すれば、高精度で多用な製品加工が可能になり、バラエティに富んだ商品開発が実現されます。しかし自社の生産状況に適した研削機械を導入しなければ、導入後の費用対効果も期待できません。

今後製品開発に研削機械を導入し、生産性を高めるためにも本記事を参考にして自社の生産に適した研削機械を導入してください。