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「金属を削って形を作る」そんなイメージをお持ちでしょうか？実は、私たちの身の回りにある多くの製品は、金属加工によって作られています。その中でも、旋盤という機械は、円筒形の部品を削り出すために欠かせない存在です。
旋盤は、金属の棒を回転させながら、刃物で削り取ることで、様々な形状の部品を作ることができる工作機械です。
この記事では、旋盤の基礎知識から、NC加工の仕組み、そして実際の加工事例まで、初心者の方にも分かりやすく解説します。
金属加工の旋盤とは何か？
旋盤加工は、金属などの材料を回転させながら刃物で削り、円筒形の部品を作る工作機械です。NC旋盤という種類もあり、コンピュータで作成したプログラムに基づいて自動で加工を行うことができます。これにより、高精度な部品を大量に生産することが可能になりました。
旋盤加工は、外径加工（外側を削る）、内径加工（内側を削る）、ねじ切りなど、様々な加工を行うことができます。また、穴あけや溝切りも可能です。
汎用旋盤加工は、手動操作が中心で、多様な形状の加工に対応できます。一方、NC旋盤加工は、数値制御で自動加工が可能で、高精度な部品を大量生産できます。
金属加工の旋盤の種類と特徴
旋盤加工には、主に汎用旋盤とNC旋盤の2種類があります。汎用旋盤加工は、手動操作が中心で、様々な形状の加工に対応できるのが特徴です。小ロット生産や試作品作りに適しています。
一方、NC旋盤加工は、コンピュータで作成したプログラムに基づいて自動で加工を行うことができます。高精度な部品を大量に生産するのに適しており、自動車部品や精密機器の部品など、幅広い分野で利用されています。
汎用旋盤の特徴
汎用旋盤加工は、手動操作が中心の工作機械です。NC旋盤と比べ、柔軟性が高く、小ロット生産や試作品作りに適しています。様々な形状の部品加工に対応でき、オペレーターの技術によって加工の精度が左右されます。多様な加工に対応できる反面、生産性はNC旋盤加工に比べて劣ることがあります。
NC旋盤の特徴
出典：中村留精密工業㈱
NC旋盤は、数値制御によって自動加工を行う工作機械です。コンピュータで作成したプログラムに基づき、工具を自動で動かし、高精度な部品を大量に生産することができます。
主な特徴は以下の通りです。
- 高精度: 微細な寸法まで正確に加工できる
- 高効率: 人の手による作業を減らし、生産性を向上させる
- 複雑な形状: 複雑な形状の部品も加工可能
- 無人運転: プログラムの設定後、人手を介さずに加工できる
などが挙げられます。これらの特徴から、自動車部品や精密機器部品など、高精度が求められる製品の製造に広く利用されています。
汎用旋盤と比較して、初期投資は高くなりますが、長期的にはコスト削減につながるケースが多いです。
卓上旋盤の特徴
出典：時計工具.com
卓上旋盤は、卓上に置けるコンパクトな旋盤です。小規模なワークや試作品の製作に適しており、趣味の工作や模型製作など、個人での利用が多いのが特徴です。
主な特徴は以下の通りです。
- コンパクトで軽量: 場所を取らず、持ち運びも容易
- 低価格: 汎用旋盤やNC旋盤に比べて導入コストが低い
- 操作が簡単: 比較的簡単な操作で加工が可能
- 多様な材料に対応: 金属だけでなく、樹脂や木材なども加工できる
などが挙げられます。
汎用旋盤やNC旋盤と比較すると、加工範囲や精度は劣りますが、手軽に金属加工を楽しみたいという方にとっては最適な機械です。
注意点として、加工可能なワークサイズやモーター出力は限られているため、大規模な加工には不向きです。
立旋盤の特徴
立旋盤は、ワークを垂直に立てて加工する工作機械です。大型部品の旋削加工が挙げられます。
立旋盤加工の特徴は以下の通りです。
- 高精度: ワークを垂直に固定するため、たわみが少なく高精度な加工が可能
- 大型ワーク対応: 重量のある大型ワークの加工に適している
などがあげられます。
正面旋盤の特徴
正面旋盤は、大型ワークの端面加工や平面加工に特化した工作機械です。高精度な加工が可能で、効率的な生産に貢献します。しかし、汎用性や初期投資という点では、汎用旋盤との違いがあります。加工するワークの種類や加工内容に合わせて、最適な旋盤を選択することが重要です。
正面旋盤の特徴は以下の通りです。
- 面盤: 正面旋盤では、より大きなワークを固定できる面盤を使用
- 主軸の向き: 正面旋盤では水平に近い角度
- 工具の動き: 正面旋盤では、工具が地面と平行に移動
- 大型ワークの加工: 面盤を使用することで直径の大きなワークを加工
などがあげられます。
タレット旋盤の特徴
タレット旋盤は、複数の切削工具をドラム状のタレットに装着し、加工内容に応じて工具を自動で交換しながら様々な加工ができる旋盤です。
タレット旋盤の特徴は以下の通りです。
- 多様な加工: 一つのワークに対して複数の加工を連続して行うことが可能
- 生産性向上: 工具交換の手間が省けるため生産性が向上
- 自動化: NC制御に対応しており複雑な形状の部品も高精度に加工可能
などあげられます。
複合旋盤の特徴
複合旋盤は、旋盤とフライス盤の機能を1台に集約した多様な加工を効率的に行える高性能な工作機械です。
複合旋盤の特徴は以下の通りです。
- 多様な加工: 旋削、フライス加工、穴あけなど、様々な加工を1台で加工
- 高精度: NC制御により、複雑な形状の部品を高精度に加工
- 生産性向上: 段取り替えの回数が減り生産性が向上
- 省スペース: 複数の機械を導入する必要がないため工場スペースを有効活用
などがあげられます。
金属加工の旋盤加工の基礎知識
旋盤加工は、金属などの材料を回転させながら刃物で削り、円筒形や円錐形の部品を作る加工方法です。工作物を回転させる主軸と、それに沿って移動する刃物（バイト）から構成されます。
旋盤加工の基礎知識は以下の通りです。
| 項目 | 詳細 |
| 加工対象 | 円筒径部品（外径、内径、端面） |
| 加工方法 | 回転するワークに刃物を当てて削る |
| 特徴 | 高精度な寸法・形状に加工可能、多様な材料に対応 |
| 用途 | 軸、部品の削りだし、ねじ切り |
| 種類 | 汎用旋盤、NC旋盤、CNC旋盤 |
| 注意点 | 切削速度、送り速度、刃物の選択が重要 |
旋盤の構造
旋盤の構造は、大きく分けて主軸台、ベッド、刃物台、心押し台、サドル、横送り台などに分かれます。これらの部品が組み合わさることで、ワーク（加工物）を回転させながら刃物で削り出すという動作を実現しています。
旋盤加工の種類
旋盤加工は、ワークを回転させて削る加工方法で、外径加工、内径加工、端面加工、ねじ切りなど、様々な種類があります。これらの加工を組み合わせることで、多様な形状の製品を作ることができます。
出典：さくさく株式会社
旋盤加工で使われる材質
旋盤加工では、金属だけでなく、樹脂やセラミックスなど、様々な材質を加工することができます。製品の用途や要求される性能に応じて、最適な材質を選択することが重要です。
旋盤加工で使われる金属材料は以下の通りです。
| 材料の種類 | 材料 | 特徴 |
| 鉄鋼 | 炭素鋼、ステンレス鋼 | 強度、硬度が高い |
| 非鉄金属 | アルミ、銅、真鍮、チタン | 軽量、耐食性、導電性に優れている |
| 合金 | アルミ合金、ステンレス鋼 | 母材の特性を改善し、特殊な性質を持つ |
旋盤加工で使われる非金属材料は以下の通りです。
| 材料の種類 | 材料 | 特徴 |
| 樹脂 | プラスチック、アクリル | 軽量で加工しやすい |
| セラミックス | アルミナ、ジルコニア | 耐熱性、耐摩耗に優れている |
旋盤で使う切削工具の種類
旋盤加工で使用する切削工具は、加工の種類やワークの材質によって様々な種類があり、それぞれ特徴があります。適切な切削工具を選択することで、高品質な加工を行うことができます。
バイトの種類は以下の通りです。
出典：㈱カドクラ
バイトの種類と特徴は以下の通りです。
| バイトの種類 | 特徴と用途 |
| 片刃バイト |
刃が片側のみ。外径加工、内径加工、面取り、溝切りなど、幅広い用途に使用。 |
| 右剣バイト |
刃先が右側に傾斜し、正面から見て右回りの旋削に適用。外径加工、面取りなどに使用 |
| 斜剣バイト |
刃先が斜めに傾斜し、正面から見て右回りの旋削に適用。外径加工、面取りなどに使用されます。 |
| 真剣バイト |
刃先がまっすぐで、正面から見て右回りの旋削に適用。外径加工、面取りなどに使用。 |
| へーる仕上げバイト |
刃先が非常に鋭角で、仕上げ加工に適用。鏡面仕上げなど、高品質な表面仕上げに使用。 |
| おねじ切りバイト |
ねじ山を切るための専用バイト。ねじの種類やピッチに合わせて様々な形状がある。 |
| 先丸剣バイト | 刃先が丸みを帯び、R加工や曲面加工に適用。 |
| すみバイト | 刃先が直角に交わっており、90度の角を加工する際に使用。 |
|
横バイト |
ワークに対して横方向に刃を当てて加工するバイト。溝切りや切断などに使用。 |
| 先丸穴ぐりバイト | 内径加工用のバイトの一種で、穴を広げたり、穴の仕上げ加工を行う際に使用。 |
| めねじ切りバイト |
内ネジを切るための専用バイト。おねじ切りバイトと対になる工具です。 |
切削条件
切削条件とは、旋盤加工を行う際に、加工品質や工具寿命に大きく影響する、切削速度、送り量、切り込み量といった数値の組み合わせのことです。
切削条件の設定は、加工品質や生産効率に大きく影響するため、経験と知識に基づいて適切な値を設定することが重要です。
メーカーから発行されているパンフレットなどに加工条件が記載されていますので参考にしてください。
切削速度
切削速度は、刃物がワークに接する速度で、単位はm/minです。この速度が速すぎると工具が摩耗しやすく、遅すぎると加工時間が長くなります。
切削速度は、周速とも言います。周速は、回転する速度のことで回転した時の速さです。
切削速度(m/min)を分かりやすく表現すると、リンゴの皮を1分間(min)で向けた長さ（m）と考えれば分かりやすいですね。
VC=π×D×N/1000
VC：切削速度m/min π：円周率(3.14) N：1分間あたりの回転数min-1 D：直径㎜
回転数とは、1分間に物が回転する回数のことです。
例
D=5㎜ N=100min-1 π=3.14 の場合のVC切削速度を求める場合。
VC=3.14 * 5 * 100 / 1000 = 1.57 m/min
切削速度は1.57 m/min です。
※なぜ1000で割る必要があるのか？単位㎜/min⇒m/minに変換する必要があるからです。（1m=1000㎜）
回転数の計算
回転数とは、1分間に物が回転する回数のことです。
回転数（N）=(VC × 1000) / (π × D)
例
D=5㎜ 切削速度1.57m/min
N = (1.57 * 1000) / (3.14 * 5) = 100 min⁻¹
回転数Nは、100 min⁻¹ です。
送り量（送り速度）
送り量は、1回転あたりの工具の送り量で、単位はmm/minです。送り量が大きすぎると、工具に大きな負荷がかかり破損する可能性があります。
F=f×N
F：送り量 f：1回転あたりの送量（mm/rev） N：1分間あたりの回転数
例
旋盤加工で、1回転あたりの送り量が0.2mm/rev、主軸の回転数が500min⁻¹のとき、送り量Fはいくらになるか。
F = f × N = 0.2mm/rev × 500min⁻¹ = 100 mm/min
答え： 送り量Fは、100 mm/min です。
切り込み量
切り込み量は、工具がワークに食い込む深さで、単位はmmです。切り込み量を大きくすると、加工時間が短縮されますが、工具の摩耗が早くなります。
金属加工の旋盤加工の注意点
旋盤加工は、ワークを回転させながら刃物で削る金属加工法です。高精度な部品を製造できる一方、安全に作業を行うための注意点がいくつかあります。
注意点は以下の通りです。
- 安全対策: 保護メガネ、耳栓、作業着を着用し、機械の操作手順を熟知する
- 切削条件: 切削速度、送り量、切り込み量を適切に設定する
- 工具の選択: ワークの材質や形状に合わせて適切な切削工具を選択
- 振動: ワークや工具の振動は加工精度が低下
- 寸法精度: 設計図面どおりの寸法になるよう定期的に測定を行う
- 表面粗さ: 仕上げ面の状態は、加工条件や工具の状態に大きく影響される
などがあります。
金属加工の旋盤加工の活用事例
旋盤加工は、自動車部品のシャフトやギア、精密機器の軸、機械部品の円筒形パーツなど、円筒形や円錐形の部品の製造に広く利用されています。NC旋盤の導入により、高精度な部品を大量生産することが可能となり、自動車産業や機械産業を中心に、様々な分野で活躍しています。また、ねじ切り加工や穴あけ加工など、多様な加工に対応できるため、製品の設計の自由度を高めることにも繋がっています。
具体的には以下の通りです。
- 自動車部品: エンジン部品、シャフト、ギア、ベアリング
- 機械部品: 軸受、プーリー、スプロケット
- 精密機器部品: 時計部品、カメラ部品
- 旋盤加工は、私たちの身の回りの様々な製品の製造に不可欠な技術となっています。
- その他: 医療機器部品、金型部品
などがあります。
リョーユウ工業にご相談ください
リョーユウ工業では、主にシャーリング（切断）加工、タレットパンチ加工、プレーナー加工、レーザー加工、曲げ加工、面取り加工、溶接加工を行っています。塗装に関しても協力会社を通じて対応することが可能です。
リョーユウ工業の技術
リョーユウ工業は、年間50,000件もの加工実績があり、幅広い素材や形状に対応できることが強みです。また、最新の設備を導入しており、高精度な加工が可能です。さらに、小ロットから大ロットまで対応できるため、様々なニーズに対応できます。
- シャーリング（切断）加工
- タレットパンチ加工
- プレーナー加工
- レーザー加工
- 曲げ加工
- 面取り加工
- 溶接加工
他社で断られた案件でも、リョーユウ工業なら解決できるかもしれません。リョーユウ工業に依頼しても駄目なら他でもできない最大の信頼をもらえる会社を目指しています。
金属加工の旋盤のまとめ
旋盤は、ワークを回転させながら刃物で削る工作機械です。円筒形や円錐形の部品を高精度に加工でき、NC旋盤を使えば大量生産も可能です。金属だけでなく、樹脂やセラミックスなど、様々な材料に対応できます。外径、内径、端面、テーパ面など、多様な形状の加工が可能です。
NC旋盤の導入により、高精度で効率的な加工が可能となり、様々な産業で利用されています。
