除去加工（サブトラクティブ・マシニング）解説：技術・応用・メリット

工作機械と現代マシニング技術の世界に深く潜ると、「除去加工（サブトラクティブ）」と「付加加工（アディティブ）」の議論に出くわすことがよくあります。これらの技術とは何か、どう機能し、どう使われるのか？

本ブログでは両者の概念を探り、その後、除去加工に焦点を当てます。

現代のマシニング手法

マシニングとは、部品を創造し仕上げるための機械的プロセスを指します。ほとんどのマシニングは、旋盤、フライス盤、ルーターなど様々な工作機械で行われます。

付加加工と除去加工は、同じ目標を達成する2つの異なるアプローチです。付加加工は、名前が示す通り、材料を「足し合わせて」部品を作ります。大雑把な例えなら、陶芸──ロクロ（工作機械）を使って粘土（材料）を合わせ・成形し、完成品を作るプロセスです。

しかし、付加加工は扱える材料の種類に制約がありました。粘土は付加プロセスに適しますが、木材は不可能です。様々な金属を成形できますが、それは高温時のみで、鋳造・鍛造プロセスは付加加工とは区別されます。

人類史の大半において、これは様々な機械の部品を「除去加工」で作らざるを得なかったことを意味します。

除去加工──標準的アプローチ

例を挙げましょう。平らな金属ディスクがあり、これからギア（歯車）を作るとします。ディスクの縁にギアの歯を「取り付け」ようとすると、課題が生じます。歯を加熱溶接で取り付ける必要があり、それでも仕上げは特に滑らかではありません。ギアを仕上げて正しく機能させるには、再び余分な材料を「除去」しなければなりません。

もちろん、最初からディスクから材料を除去してギアを作れば、時間を節約できます。切削や研削で余分な材料を削り出せば、歯車の突起パターンが形成されます。その際、仕上げプロセスを併用すれば滑らかで均一な仕上げが得られます。

材料を除去することで完成部品を作った──これが除去加工です。歴史的に、除去プロセスは木材と金属で用いられてきました。木工職人が旋盤でオーク材を回転させて美しい椅子脚を作るのも、産業革命期の金属フライス盤が新工場用の鉄製支柱を削り出すのも、すべて除去加工です。

除去加工は通常、2つの目的で使われます：未加工の大きな塊から完成部品を作る、またはすでに加工された部品をより洗練された状態に仕上げる。

木材ブロックから脚を彫り出すのは前者の好例です。旋盤の切削工具をより細かく滑らかなものに交換するのは後者の好例です。どちらも材料を除去しますが、量と目的が異なります。

現代製造業における除去加工

今日の除去加工機械は、初期の先駆者たちとほぼ似ていません。現代の旋盤とフライス盤は極めて高精度、高出力、変速可能で、頻繁にCNC搭載です。CNC（コンピュータ数値制御）技術により、オペレーターはコンピュータを用いて切削操作を計画・プログラミング・実行し、信じられないほど狭い公差で加工できます。

多くの旋盤とフライス盤は3軸、あるいは4軸で動けます。これにより、部品を切削し、回転させ、再び切削し、裏返し、さらに切削する──かつて複数の機械や同一機械での複数操作を要したことが、今や単一工作機械でプログラム・切削できます。

現代技術は、機械工の武器庫に多数の新しい除去加工機械を追加しました。放電加工機（EDM）は電流を用いて鉄系材料を徐々に切断します。非鉄金属やコーティング部品には、ウォータージェットカッターが集中流で切断します。レーザーカッターは多様な材料に対応し、必要に応じて部品を切断します。

除去加工と付加加工の未来

除去加工機械がほとんどの製造現場で主役の座を占め続ける一方で、現代的な付加プロセスの統合への動きが高まっています。3Dプリンターのような現代ツールにより、木材や金属合金でも付加プロセスが可能になり、現代マシニングに新たな次元を加えています。除去加工機械は、付加手法では現在不可能な形状の切削や、余分な材料除去という「仕上げ役割」を担えます。

今後、機械工はこの2つのプロセスを組み合わせて使えるようになります。3Dプリンターでプロセスを開始し、旋盤やフライス盤で仕上げる──そんな2つのアプローチをシームレスにつなぐコンピュータプログラムの作成さえ可能になるかもしれません。それまでの間、機械工は新しい付加プロセスを試しつつ、依然として旋盤、フライス盤、除去加工を主力として頼ることになります。