マシニングセンタとは

マシニングセンタとは？

回転工具を使用し、さまざまな切削加工を行う工作機械です。例えば、フライス削り、ネジ立て、中ぐり、穴あけなどを行えますが、このようにマシニングセンタを用いて目的の形状に仕上げるための加工を「マシニング加工」といいます。

例えば汎用フライスのような、古くから使用されてきた工作機械の場合、加工内容に合わせて工具を取り替える必要があり、工具交換などに時間を取られていました。しかしマシニングセンタには「自動工具交換装置（ATC・オートツールチェンジャー）」が搭載されているため、必要な切削工具をセットしておくことによってプログラムに沿った形で工具の自動交換が行われます。自動工具交換装置によって工具の交換を迅速に行えるため、生産性向上につながっています。

マシニングセンタと各種工作機械との違い

NCフライス盤との違い

「NC」とはNumerical controlの略であり「数値制御」を意味します。NCフライス盤は材料の位置・動きについて数値化を行って機械を動かす方式です。現在使用されているものはコンピューターによる数値制御機能を備えているため、加工条件をコンピュータに対して入力を行うことによって自動で加工を行えるCNC（Computer numerical control）フライス盤が主に用いられています。

NCフライス盤もマシニングセンタと同様にフライス加工を行うことを目的としており、プログラムによって制御されていますが、「自動工具交換装置」があるかどうかにおいて違いがあります（マシニングセンタには搭載、NCフライス盤には非搭載です）。

NC旋盤との違い

NC旋盤も工作機械のひとつですが、マシニングセンタとの違いは「加工を行う際に材料と工具、どちらを回転させるのか」という点が挙げられます。

NC旋盤の場合は工具を固定し、材料を回転させて加工を行っていきます。それに対し、マシニングセンタの場合は材料を固定し、工具を回転させることによって加工を行います。このような加工方法の違いがあり、NC旋盤は丸棒材、マシニングセンタは角材の加工に適しています。

そのほか、NC旋盤にマシニングセンタの機能を備えた「ターニングセンタ」と呼ばれている工作機械もあります。

マシニングセンタの基本的な構造

NC装置

NC装置はマシニングセンタの頭脳部分にあたる部分です。加工プログラムをもとにして機械の動きを制御します。

ATC

ATC（オートツールチェンジャー）は自動工具交換装置とも呼ばれており、加工で必要となる工具のセット・交換を行う機能を指します。刃物台の回転により工具の交換が行われる「旋回式」と、ツールマガジンに収納されている工具を、アームにより主軸に取り付ける「マガジン式」の2つの種類に分かれています。ちなみに、ツールマガジンの種類により100本以上の工具を収納できるものもあります。

主軸

スピンドルとも呼ばれている部分であり、取り付けた工具を回転させる役割を持つ装置です。

ベッド

マシニングセンタの最もしたに位置する部分です。このベッドからはコラムと呼ばれる柱が垂直に伸びており、横型マシニングセンタの場合には、コラムが上下に移動する仕組みとなっています。また、ベッドとコラムが一体化しているものもあります。

インデックステーブル

被削材を固定する役割を持っているものですが、角度の割り出しが可能で割り出しテーブルとも呼ばれています。「1度」や「5度」といった単位での割り出しを行うことができ、複雑な加工を行う際に欠かせない部分といえます。

切削工具

材料を削り取る役割を持った刃物であり、主軸に取り付けて加工を行います。マシニングセンタの場合、フライスやドリル、タップ、エンドミルなどさまざまな切削工具が用いられていますが、高い精度での加工を目指すには、対象物や加工内容に合わせた切削工具を使用することが大切です。

マシニングセンタの種類

立型マシニングセンタ

切削工具を取り付ける回転軸が垂直方向に取り付けるマシニングセンタであり、X軸（縦）、Y軸（横）、Z軸（高さ）に回転軸が動きます。材料を上から削るために切削状況を確認しやすく、設計図面と比較しながら加工を行えるという面があります。またコンパクトな作りになっているため、横型マシニングセンタと比較すると設置面積を抑えられ、導入がしやすく非常に普及しているマシニングセンタでもあります。

ただ、切り屑が排出しにくいために工具のチッピングの原因となる可能性もあり、大量生産には向いておらず多品種少量生産に向いています。

横型マシニングセンタ

切削工具を取り付ける回転軸が地面と水平方向に取り付けるマシニングセンタであり、加工物を横から削っていくことから切屑の排出性に優れている点が特徴です。また、部品の供給を自動で行うためのパレットチェンジャーを装備することによって長時間の連続稼働も可能となり、量産にも向いています。

ただし、材料を横から固定する構造となっていることから、重い材料を固定した際には治具が乱れる、たわむといった可能性があります。重量物の加工には向いておらず、精度の高さが要求される精密小物部品の加工に向いているマシニングセンタです。

門型マシニングセンタ

天井側に主軸が設置されているマシニングセンタです。正面から見た時に、機械が門の形をしているのが特徴であり、「ガントリー型」と呼ばれることもあります。門型マシニングセンタは、材料を置くためのテーブルが広くなっており、重量物や長尺の製品を加工する際に用いられています。

5軸制御マシニングセンタ

直線軸であるX軸、Y軸、Z軸という3軸に加えて、2方向の回転軸を持つマシニングセンタです。3軸のみの場合、材料を手動で回転させなければなりませんが、5軸になると材料の設置作業が1回で済むために作業工程を減らすことができ、付け替えに伴う精度のバラつきを防げます。

複雑な形状の加工が可能なマシニングセンタであるものの、軸が増える分設定する座標も増えることから、高度なプログラミング知識が求められます。

マシニングセンタを導入するメリット

マシニングセンタは、1台導入すると複数の加工を行えるようになります。この点から、作業工程の削減が可能になります。また使用方法を習得できれば加工そのものは自動で行われますので、フライス盤のように手動で操作するための技術を習得する必要がありませんし、作業員の経験の差や作業ミスによる加工精度のばらつきを抑えられます。

さらに、工具の交換・切削加工などをマシニングセンタが行うために、人の手による作業を減らすことができ、作業中に発生する事故やけがなどのリスクを減らせます。また、主軸・テーブルがカバーで覆われていますので、適切な使用によって粉じんや切り屑などによる影響も防げるという面もあります。

マシニングセンタのデメリットは？

導入時に費用がかかる点が、マシニングセンタのデメリットのひとつといえます。費用はメーカーや加工精度、必要となる周辺機器などによって異なるものの、必要となるコストが導入のネックになるケースも考えられます。

また、マシニングセンタによって加工を行う場合には、CADやCAMによって加工プログラムの作成が必要です。この加工プログラムによって工具をどのように動かすのかを指示することになりますが、加工が複雑になる程作成するプログラムも複雑なものを作らなければならず、作成までに時間を要します。