マシニングセンタは、複数の工具を自動で取り替える機能が備わった工作機械です。自動制御可能なNC装置に、工具を交換できる機能が加わることで、多くの工程を少ない段取りで作業が可能となっています。マシニングセンタについて、導入するメリットや種類について解説します。
マシニングセンタとは？
マシニングセンタとは、切削加工を行う工作機械に、加工にあわせて切削工具を自動で交換する装置が備わっています。
切削加工の機械にはさまざまな装置があり、手作業で加工を施す工作機械から、数値を入力して精密な製品を大量生産できる工作機械もあります。さらに進化した工作機械がマシニングセンタです。
機能と特徴
マシニングセンタには、「ATC」装置が備わっています。ATCはAutomatic Tool Changerの略で、自動で工具を交換できる装置です。金属など素材の表面を削ったり穴を明けたりなど、さまざまな工程が必要な場合、その都度作業員が工具を付け替える必要がありました。ATC装置を備えることで、機械が自動で工具を交換し次の工程へと移るため、交換の手間や作業の停滞を省けるようになります。
フライス盤（NCフライス盤）との違い
切削加工機械の一種にフライス盤があります。フライス盤やNCフライス盤は、ATC装置が備わっていない点が、マシニングセンタとの大きな違いとなります。
フライス盤は手動操作であることに対して、NCフライス盤は切削加工のための動作を数値化してプログラミングし、自動で切削が可能となる工作機械です。フライス盤とNCフライス盤は、工具は1本しか装着できません。
旋盤との違い
旋盤加工はチャックに材料を設置し、回転させながら工具をあてることで切削する機械です。マシニングセンタやフライス盤を用いた加工は、材料を固定して工具を回転させるといった違いがあります。旋盤加工は、円柱状の加工物に適しています。
マシニングセンタの種類
マシニングセンタの種類についてご紹介します。
立型マシニングセンタ
切削工具の主軸部分が下向きに装着され、水平方向と垂直方向に移動します。材料を置くテーブルは前後に移動します。材料を置いて作業を行うため、重量物などの加工に適しています。
門型マシニングセンタ
立型と同じく主軸が水平方向と垂直方向に移動します。主軸を装着する設備部分が門型をしており、材料の移動距離が前後に長く動かせるため、大型の加工物に用いられます。
横型マシニングセンタ
立型とは異なり、主軸が横方向に装着され、水平垂直に移動します。加工テーブルは前後の移動に加え、回転機能も備わっています。切削加工では、材料を切り崩していくため、切りくずが発生します。加工物を横向きにしながら加工するため、切りくずが溜まりにくいといった利点があります。
5軸制御マシニングセンタ
工具やテーブルを、水平・垂直・前後の3方向に移動させることが基本ですが、横と縦の2方向の回転を加えた5軸の制御が可能な機械です。複雑な加工が可能となります。
マシニングセンタを使うメリット
マシニングセンタを導入するうえでのメリットについてご紹介します。
手動に比べ加工の精度が高い
マシニングセンタは、精度が高い加工が可能です。切削の動きを数値化してプログラミングされているため、0.001mmの数値まで制御でき、複雑な加工物も製造できます。
コストが抑えられる
工具の交換には、人の手が必要です。加工物によって工具の交換頻度が多かったり、重量のある機械装置の取り扱いが大変だったり、体力を消耗し工数がかかります。工具の交換にかかっていた手間を省け、コストカットにもつながります。
工具の自動交換ができる
工具の交換が自動で行えるため手間が省け、作業がストップすることがありません。
量産加工に適している
NC装置が備わっていることで、同じ品質の加工物を量産できます。あらゆる工程の作業をノンストップで稼働し続けられるため量産加工に適しています。
マシニングセンタを使う際の注意点
マシニングセンタはメリットを導入するメリットは多いですが、注意しなければいけない点もあります。
高速回転加工により真円度が劣る
マシニングセンタは、旋盤加工に比べると真円度に誤差が生じてしまいます。高速回転することで、加工物が発熱するなど精度に影響を与える可能性があります。
厚みのある加工に不向き
工具の形状の観点から、厚みのある材料は加工できません。また厚みがある場合、垂直に工具が動作するため、工具との摩耗も懸念となり不向きです。
プログラム作成に時間を要する
プログラム作成には、専門の知識が必要になります。一度プログラムが完了して問題なく加工できれば、あとの作業は人員も不要となりますが、プログラム作成の労力が大きくなります。
導入コストがかかる
マシニングセンタは、NC装置に加えてATC装置も備わっていることで、導入費用が高くなります。必要な装備が備わっているか、使いこなせないオプションがついていないかなど、機能性などを把握して検討する必要があります。
マシニングセンタを導入する際の費用相場
基本使用のマシニングセンタであれば、2,000～4,000万円ほどが相場となっており、加工の仕様や周辺設備、サイズなどによって導入費用は大きく変動します。高機能な装備があり、大型のものであれば、1億円を超える機械もあります。
マシニングセンタの加工手順
マシニングセンタのおおまかな加工手順についてご紹介します。
手順1：プログラムデータの作成・転送
加工物の図面などを元に、加工物や工具をどのように動作させ加工していくかをプログラミングします。工具の選定や削る回転速度などを機械に指示します。
手順2：加工工具のセット・材料のセット
加工の手順に合わせて適切な工具をセットします。材料は位置合わせやサイズなどを考慮しながらセットします。
材料の加工
すべての段取りを終えたら、機械の加工に移ります。想定通りに動作しているか、完成した加工物に問題ないか確認します。加工の手順は以上となり、定期的に材料の供給や、完成品の運搬、機械動作の確認など補助的な作業を行います。
まとめ
マシニングセンタは、自動で工具を交換できさまざまなメリットがあります。手動で操作を行う工作機械から、NC装置やATC装置が備わり進化しています。マシニングセンタの機械にも多様な機能があるため、最適な機械を導入することでさらなるメリットに期待できます。
