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加工技術FAQ (VA/VE)

加工技術FAQ (VA/VE)

金属切削加工とは?

 

金属切削加工とは?

金属切削加工は、材料から余分な部分を取り除き、目的の形状や寸法を得るための機械加工の一種です。その基本原理と仕組みを以下に詳しく解説します。

 

1.基本原理
金属切削加工の基本原理は、工具(切削工具)の刃先が部品の表面に作用し、金属を削り取ることにあります。切削工具の刃先が部品の表面に侵入し、材料を塑性変形させた後に破断させることで切り屑(チップ)が発生します。これにより、部品の形状が工具の動きに従って変化します。

 

2.加工方法

金属切削加工には、主に以下の加工方法があり、それぞれが特定の用途や要求に応じて利用されます。

 

(1)旋削(Turning)
旋削は、回転する部品に対して固定された工具を使用して、材料を削り取る方法です。主に旋盤で行われ、円筒形状の部品の外径や内径を加工します。特に精密な円筒部品の加工に適しており、自動車部品や機械部品の製造で広く用いられます。

 

(2)フライス加工(Milling)
フライス加工は、回転する多刃の切削工具(フライスカッター)を用いて、固定された部品を削る方法です。平面、溝、複雑な輪郭などを高精度で加工できます。フライス盤は、立てフライス盤(垂直軸)と横フライス盤(水平軸)に分けられます。CNCフライス盤は、複雑な3次元形状の部品加工に優れています。

 

(3)穴あけ(Drilling)
穴あけ加工は、ドリルビットを使用して部品に円形の穴を開ける方法です。穴あけは、下穴加工から仕上げ穴加工まで多段階で行われ、精密な位置決めが求められます。ドリルプレスやCNCマシニングセンターで実施されることが多いです。

 

(4)研削(Grinding)
研削は、砥石を用いて部品を高精度で仕上げる方法です。特に硬度の高い材料や仕上げ精度が要求される場合に使用されます。平面研削、円筒研削、内面研削などの種類があります。研削は、工具の寿命が長く、微細な表面仕上げが可能です。

 

(5)ブローチ加工(Broaching)
ブローチ加工は、複数の切削刃が連なった工具(ブローチ)を部品に押し通すことで形状を加工する方法です。特に内部形状やスプライン、鍵穴などの加工に適しています。ブローチ加工は、高速で一度に複雑な形状を加工できる利点があります。

 

(6)旋盤削り(Lathing)
旋盤削りは、工具を回転させる代わりに部品を回転させて固定された工具で削る方法です。これにより、円筒形や円錐形の部品を加工できます。手動旋盤からCNC旋盤までさまざまな機械が利用されます。

 

(7)放電加工(EDM)
放電加工は、電気的に放電を利用して金属を除去する方法です。特に硬度の高い材料や複雑な形状の加工に適しており、工具電極と部品の間に放電を発生させて材料を溶融・蒸発させます。ワイヤ放電加工(WEDM)や形彫り放電加工(Sinker EDM)があります。

 

(8)レーザー加工(Laser Cutting)
レーザー加工は、高出力のレーザー光を集中して部品を溶融・蒸発させて切断する方法です。高精度で複雑な形状の加工が可能であり、特に薄板や微細加工に適しています。

 

これらの加工方法は、それぞれの特性を活かして多様な金属部品の製造に利用されます。最新のCNC技術や自動化システムの導入により、加工の精度と効率が飛躍的に向上しています。

 

3.金属切削加工の用途・ワーク

金属切削加工は、多くの産業分野で重要な役割を果たしており、さまざまな部品の製造に使用されます。

 

(1)自動車部品
自動車部品の金属切削加工では、高精度かつ高効率な加工が求められます。以下に主要なワークを挙げます。

エンジン部品:シリンダーヘッド、シリンダーブロック、クランクシャフト、カムシャフトなど。これらの部品は高精度の加工が必要で、耐久性も求められます。
トランスミッション部品:ギア、シャフト、ハウジングなど。高精度な歯切り加工や仕上げ加工が必要です。
サスペンション部品:アーム、ナックル、リンクなど。強度と軽量化が求められるため、複雑な形状の加工が行われます。

 

(2)産業機械
産業機械の金属切削加工は、多様な用途に対応するための部品が含まれます。

ロボットアーム:関節部分の精密な加工や、高強度のフレーム部品。
機械工具:刃物、チャック、固定具などの高精度な部品。
コンベアシステム:ローラー、ベアリングハウジング、駆動部品などの耐久性と精度が求められます。

 

(3)電力・エネルギー
電力・エネルギー分野では、大型かつ高精度な部品が必要です。

タービンブレード:ガスタービンや蒸気タービンのブレードは、熱と摩耗に強い材質を使用し、高精度な形状が求められます。
発電機部品:ローター、スタター、シャフトなど。これらは高い回転精度とバランスが重要です。
風力発電機部品:ローターブレード、ナセル、タワー部品。強度と耐久性が求められます。

 

(4)発電機
発電機の部品も高精度と高信頼性が求められます。

ステータ・ロータ:高精度の円筒形部品で、電磁効率を高めるための精密な加工が必要です。
シャフト:大型で高強度なシャフトの加工は、耐久性と精度が重要です。
エンジン部品:発電機エンジンのシリンダー、ピストン、バルブなど。

 

(5)半導体製造装置部品
半導体製造装置の部品は、極めて高精度かつクリーンな環境での加工が必要です。

チャンバー部品:エッチングやCVD(化学気相成長)装置のチャンバーは、耐食性と高精度が求められます。
ウェハハンドリングシステム:ウェハの搬送や位置決めを行うための高精度な部品。
精密ステージ:ナノメートル単位の精度で動作するためのステージ部品。

 

(6)鉄道
鉄道分野では、大型で高耐久性の部品が必要です。

車軸・車輪:高強度の鋼を使用し、厳密な品質管理の下で加工されます。
ブレーキディスク:高い摩擦力と耐久性が求められるため、精密な切削加工が必要です。
連結器部品:安全性が求められるため、強度と精度が重要です。

 

これらの用途における金属切削加工は、各産業のニーズに合わせた高精度、高効率の加工技術が求められます。それぞれの分野で必要とされる部品の特性に応じた加工方法と機械が選ばれることが重要です。

 

 

4.加工機メーカー特長
日本の金属切削加工機メーカーは、高精度、高効率、そして信頼性の高さで世界的に評価されています。以下に挙げるメーカーの特長を特に複合機や五軸機について詳述します。

 

(1)DMG MORI(DMG森精機)
DMG MORIは、日本の森精機とドイツのDMGが合併した企業で、グローバルな市場で強力なプレゼンスを持っています。特に複合機や五軸機において、最新の技術を積極的に採用しています。複数の加工工程を一台で行うことができる複合機を提供しており、加工の高効率化と精度向上を実現しています。高精度な五軸加工機は、航空宇宙、自動車、医療機器などの高付加価値部品の加工に最適です。

 

 

(2)マザック(Yamazaki Mazak)
マザックは、日本国内外で多くの特許を取得しており、先進的な技術を用いた製品を提供しています。特に複合加工機や五軸機では高い評価を受けています。複数の工具を一台で使用し、多様な加工を可能にする機能を持っています。INTEGREXシリーズはその代表です。五軸機はVARIAXISシリーズが有名で、自由度の高い加工が可能です。高精度と効率を両立し、複雑な形状の部品加工に強みを発揮します。

 

(3)オークマ(Okuma)
オークマは、自社開発のOSP制御装置を搭載した高精度で信頼性の高い機械を提供しています。
複合加工機は、MULTUSシリーズは、旋削、フライス加工、ドリリングなど多様な加工を一台で行うことができます。
五軸機はMUシリーズがあり、高速・高精度な加工が可能です。高剛性と高い切削能力が特長です。

 

(4)牧野フライス(Makino)
高精度の加工機を提供し、特にダイカストやプレス金型などの分野で強みを持っています。
複合加工機としてのMAGシリーズは、航空機部品の高効率な加工に対応しています。
五軸機のD2、D5シリーズは、特に航空宇宙分野で高い評価を受けています。高速加工と高精度が特長です。

 

(5)松浦機械(Matsuura)
高精度、高速な加工機を提供し、特に五軸機の分野で多くの実績を持っています。
複合機はH.Plusシリーズは、高効率な加工を実現するための多機能を備えています。
五軸機のMXシリーズ、MAM72シリーズは、高精度な五軸加工が可能で、自動化にも対応しています。特にMAM72シリーズは無人運転が可能です。

 

(6)ニデック(OKK)(Nidec Machine Tool)
高剛性、高精度な機械を提供しており、精密な加工が要求される分野で広く利用されています。
複合機は特に高い剛性を持ち、重切削に強みを持っています。
五軸機のVC-Xシリーズなど、高精度な五軸加工が可能で、複雑な形状の加工に対応しています。

 

(7)ツガミ(Tsugami)
精密小型加工機を得意とし、高精度な加工を行うための技術力を持っています。
複合機のB012、B032シリーズは、小型部品の高精度加工を実現するための複合機です。
主に複合機に注力していますが、小型で高精度な五軸機も提供しています。

 

各メーカーは、それぞれの特長を活かし、多様なニーズに対応した高性能な複合機や五軸加工機を提供しています。技術革新と市場の需要に応じて、これらのメーカーはさらなる進化を続けています。

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