旋削・フライス・穴あけ: 主要機械加工プロセスの解説

投稿: テクニカルコミュニケーションチーム · 2024年8月23日

機械加工とは

前回のブログでは、積層造形（3Dプリント）の未来に焦点を当てました。積層造形は材料を層状に積み上げて3Dオブジェクトを形成します。機械加工は同じオブジェクトを作る別の方法で、材料を「除去」して所望形状を得ます。3Dプリントがレンガ積みなら、機械加工は彫刻に似ています。

機械加工では、最良の結果を得るために複数の操作を計画的順序で実行します。ここでは最も一般的な3操作——旋削、穴あけ、フライス加工——を解説します。機械加工は非常に一般的で汎用性の高い製造プロセスであり、これら3手法で金属、プラスチック、複合材、木材など多様な被削材を加工可能です。

目次:

工作機械と工具

旋削とは

穴あけとは

フライス加工とは

機械加工の革新

工作機械工具の種類

単刃工具 -

• 旋削プロセス: ワークを回転させ、切削工具を直線運動させる。手動・自動両対応。

多刃工具 -

• 穴あけプロセス: ワークに円孔を新規作成または仕上げる。通常、2〜4枚のねじれ刃を持つ回転工具を使用。
• フライスプロセス: 回転切削工具でワークから材料を除去し形状を創る。

単刃 vs 多刃工具

材料の目標形状が必要な工具タイプを決めます。基本的な切削工具は単刃と多刃の2種類。旋削・穴あけ・平削りには単刃、フライス・穴あけには多刃を使用。切削工具の適切な使用と維持管理は品質に直結します。残念ながら、機械と工具の適切な維持管理こそがコスト増の要因になります。

工具材料は多岐にわたります。最も一般的なのは超硬と高速度鋼（HSS）。汎用フライスにはHSS、より硬い工具鋼加工には超硬を選択します。

切削速度、送り、切込み深さ

機械加工では切削速度、送り速度、切込み深さが重要パラメータです。被削材、工具材料、寸法がこれらに影響します。切削速度は切削刃が被削材に食い込む速さ（表面フィート/分）。送り速度はワークが軸方向に工具へ進む速さ（インチ/分）。

切削条件計算ツール

旋削 切削条件計算ツール

穴あけ 切削条件計算ツール

フライス 切削条件計算ツール

芸術的彫刻のように、ワークはまず1回以上の荒加工を受け、仕上げ形状・寸法に可能な限り近づけます。荒加工後、仕上げ切削で最終寸法、公差、表面仕上げを出します。仕上げは低送り・浅切込みで行います。両段階で切削油を供給し、工具を冷却・潤滑します。

旋削加工

旋削はワークを回転させ、切削工具を直線運動させ、円筒形状を生成します。旋盤が旋削作業の主力機械です。

多くの機械加工と同様、旋削も手動・自動両対応。手動の欠点は常時監視が必要な点。自動なら不要。CNC（数値制御）では、すべての動作、速度、工具交換をコンピュータにプログラムし、指示を旋盤へ送信。CNCにより、大量生産の一貫性と効率が確保されます。

旋削用単刃工具は多様な形状があり、様々な角度で取り付けられ多様な結果を生みます。

旋削 切削条件計算ツール

穴あけ加工

穴あけはワークに円孔を作る加工です。ドリルプレスやタッピングマシンが専用機ですが、フライス盤でも可能です。チップは機械加工時に発生する廃棄金属片。ドリルビット形状がチップをワークから排出し、ワークを清潔に保ちます。

ドリルビットをワークに垂直にセットすると、振れや芯ズレを低減。更なる精度には、穴あけ前にセンタードリル操作を追加するのが一般的。角度穴あけには特殊なワーク保持工具が必要。手動機のヘッド回転やCNCの多軸制御で対応可能。

振れ防止策:

• 鋳造/鍛造/成形でのマーキング
• センターポンチ打ち
• スポットドリル/センタードリル
• スポットフェーシング

旋削と同様、特定用途向けの様々なドリルビットがあります。代表的な特殊ドリルと用途：

• スポッティングドリル: 浅い/下穴用の短いドリル。長いドリルで浅穴を加工すると振れやすい。
• ペックドリリング: 繰り返しドリルを引き抜きチップ排出、振れ防止。
• スクリューマシンドリル: 短く、事前スポッティングなしで真直・精密な穴加工が可能。
• チャッキングリーマ: 既存穴を極めて精密な径に拡大。

穴あけ 切削条件計算ツール

フライス加工プロセス

フライス加工は多刃回転カッタでワークから材料を除去します。

主なフライス操作はフェイスミリングとペリフェラルミリングの2種類。フェイスミリングはワークの平面と底面平らな空洞を切削。送りは水平または垂直。ペリフェラルミリングは深溝、ネジ、ギア歯を切削。

ワークをカッタへ送る方法は2通り。アップカット（従来フライス）はワークをカッタ回転逆方向へ送る。手動フライス盤推奨。ダウンカット（クライミングミリング）はワークをカッタ回転同方向へ送る。CNCフライス推奨。

フライスは、すでに機械加工されたワークへの二次加工として最適です。特徴を明確化し「仕上げ」の役割を果たします。穴、溝、ポケット、輪郭などのフィーチャー追加に二次プロセスとしてフライスを活用。

フライス 切削条件計算ツール

機械加工の革新

完璧に滑らかで精密、機能的なワークを機械加工するには、細部への注意と経験が必要です。旋削、穴あけ、フライスは最も一般的なプロセスの一部で、長い歴史があります。幸い、CNCの発展により機械加工は飛躍的に向上しました。従来加工にも役割がありますが、CNC加工が主流です。大量生産の一貫性と効率を実現します。最新革新とニュースを追うなら、American Machinistが良い情報源です。

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