フライス加工について

硬い金属を削って目的の形に仕上げていくフライス加工は、金属加工の中でも多くの場面で用いられる加工方法ですので、フライス加工の種類を詳しく知っておくと、ものづくりの幅が大きく広がります。また、フライス加工機の種類もたくさんあり、それそれの特徴も違うため、加工を依頼する工場がどのような加工機を使っているか知っておくと、理想の製品が作れるとも考えられます。そこで今回は、フライス加工の種類から金属加工工場で使われている加工機の種類や特徴について詳しくご紹介します。

フライス加工とは

フライス加工は、切削工具を高速で回転させながら金属を削り取り、目的の形状にする加工方法です。一般的に、工具を用いて金属の材料を削る加工を「切削加工」と言いますが、切削加工の中でも切削のやり方によって「旋盤加工」と「フライス加工」の2つに分けられます。まず「旋盤加工」は、丸物の工作物を回転させながら固定した切削工具に当てて削るため、円筒形状の加工物の外形や内径を加工します。中心に穴を開ける穴あけ加工やねじ切り、溝削りなどの加工が行えます。

一方、フライス加工は、切削工具を高速で回転させながら固定した工作物に当てて削っていきます。作業台に固定さえできれば、どのような形状の工作物でも加工できます。

材料を固定した作業台は前後左右にスライドし、切削工具は上下に動くため、組み合わせれば三次元的な動きが可能で、工作物の表面を平面や曲面に加工したり、穴を開けたり溝を掘ったりと、様々な加工が行えます。

フライス加工で製作されるものは複雑な形状をしており、一見すると何をどうやって加工しているのかわからないことが多いです。しかし段加工や溝加工など、様々な加工方法が組み合わされて一つの製品が作られていますので、加工で使われる切削工具の役割さえわかれば、徐々に出来上がりのイメージが出来るようになります。

フライス加工の種類

フライス加工は使用する工具によって様々な形状に仕上げることができます。主に使われることが多い工具は、正面フライス、エンドミル、溝フライス、平フライスの4つとなります。

主に使用される工具

  • 正面フライス
  • エンドミル
  • 溝フライス
  • 平フライス

正面フライス

円周上に多数の刃(チップ)が取り付けられており、高速で回転しながら平行移動して表面を平らに削ることができます。フライス加工で最も多く用いられる切削工具ですので、様々な大きさの正面フライスが存在します。広い平面を削りたい時は外径が大きな正面フライスを使えば一気に削れますが、サイズが大きな正面フライスは重量が重く、出力が大きいフライス加工機を使わなければなりません。そのため製品の加工には作業効率だけでなく、その加工機で使用できる工具サイズを配慮して選ぶ必要があります。

エンドミル

 

ドリルの刃に似た縦長の切削工具で、主に平面を削るために用いられます。正面フライスよりも削れる面積が小さいため、細かな部分を削るときに重宝します。一見するとドリル刃と間違えそうですが、エンドミルは先端の両サイドが鋭く角張っている特徴があります。刃の枚数も2~5枚、ものによっては6枚以上まであるものも存在し、用途や工作物の素材によって最適なものを選びます。

エンドミルは平面削りで削れる面積が少ないため、加工時間がかかる欠点がありますが、反対にエンドミルさえあれば、平面削りだけでなくそのまま段加工や溝加工もできるため、他の切削工具に比べて万能な切削工具とも言えます。

溝フライス

高速カッターの刃のような形状で回転し、工作物を当てながら平行移動させることで溝を掘ることができます。溝フライスのサイズも様々で、掘りたい溝の深さや幅によってサイズを決めます。サイズを決める基準は、

  • 刃の幅…溝の幅
  • 刃の外形…溝の深さ

となっています。

エンドミルでも溝加工ができますが、溝フライスの方が加工スピードが早く、切りくずも効率よく外に排出できるため、仕上がり精度を高くできる特徴があります。

平フライス

ギアのように外周に刃を持った切削工具で、横型フライスに取り付けて平面を削ることができます。また、工作物の両端の加工に用いれば段加工も可能です。ただし、平フライスでは溝加工や穴加工ができませんので、現在は平面の加工は正面フライスで一気に加工し、エンドミルで溝加工や段加工、穴加工をするといったパターンが多く、平フライスの出番は徐々に無くなりつつあります。

フライス加工機について

フライス加工機と聞くと、作業台の上に工作物を固定し、ハンドルで作業台を前後左右、切削工具を上下に動かしながら加工を行う機械が思い浮かびます。しかしフライス加工を行う機械は手動で動かすものや、自動で加工できるもの、コンピュータ制御されているものなど、様々な種類があります。主に一連の操作を手動で行うものを「汎用フライス」と呼び、フライス盤にNC(数値制御)の機構が付いて自動で加工できるものを「NCフライス(CNCフライス)」と呼ばれます。また、それ以外にも工具交換も自動で行ってくれる「マシニングセンタ」や、自動で歯車を製作する「NC歯車加工機」などが主流です。

汎用フライス

 

材料や切削工具の取り付けから加工完了まで、すべての作業を人の手で行うフライス加工機です。動作が人の手によるため、作業者の技量によって製品の出来栄えが変わる特徴があります。

自動化が主流になりつつある現代において、手作業で行う加工機は一見時代遅れに見えるかもしれませんが、熟練した作業者が加工すれば手動でしか加工できないほど精密で高品質な製品ができます。特に試作品やオーダー品などの製作現場で活躍しています。

NCフライス(CNCフライス)

 

NCは「Numerical Control」の略で、材料の位置や動きを数値化して機械を動かす方式を言います。最近は数値化したデータを加工機の内部にあるコンピュータに入力すると、数値制御を行い自動で加工してくれるCNC(Computerized Numerical Control)フライスが主流となってきました。元々はコンピュータを用いない「NCフライス」が先に開発され、後にコンピュータ制御が出来る「CNCフライス」が普及していたことから、「NC」と「CNC」は明確に線引きされていました。現代ではほとんどの「NCフライス」にもコンピュータ制御が搭載されているため、まとめて「NCフライス」と呼ばれることが多くなってきました。

NCフライスはコンピュータに加工条件や動作プログラムを入力すれば自動で加工できるため、複雑な形状をしていても、同じものを作ることができます。

また、材料や切削工具は入力された数値に従ってサーボモーターを制御しており、加工精度の狂いも少なく、高品質な製品を作ることができます。さらに形状を変更するときは、コンピュータ内のプログラムを変更するだけであるため、熟練した加工技術を必要としません。そのため現代の金属加工現場でとても重宝される加工機とも言えるでしょう。

マシニングセンタ

 

加工作業を数値制御によってコントロールされる「NCフライス」に「ATC(自動工具交換装置)」が付いている加工機を「マシニングセンタ」と呼びます。

これまでのNCフライスは切削工具の交換作業は人の手で行なわなければならず、各工程が終わるごとに切削工具を交換し、工作物に合わせ込む時間が必要でしたので、複雑な形状の製品を加工する時はかなり時間がかかります。

一方、ATCを装着していると、一度の加工で複数の切削工具が使えるため、工具交換の手間がなくなり、かなり効率的に加工が行えます。また、マシニングセンタで加工すれば、工具の脱着作業は必要ありませんので、工具の脱着作業によって発生する微妙なズレが起きません。そのため精密な部品の製作にも向いている加工機とも考えられます。

NC歯車加工機

歯車は伝達機構が三次元的な噛み合いとなっており、トルクを無駄なく伝達させることが求められる非常に精密な部品でもあります。

一般的な歯車の成形方法は、歯車のもととなる材料に、「ホブ」と呼ばれる切削工具を押し当てて円盤の外周に歯を削り込んでいく「ホブ加工」で成形されます。

歯車加工は用途によって歯の形状や数が細かく分かれているため、歯車を製作する時は切削工具や機械の加工条件を変えたりと、かなりの手間がかかります。NC歯車加工機は、歯車製造工程のホブ加工を自動で行える加工機で、切削速度の調整や歯数の指定も自由にできます。

最近では穴の内面加工や切削加工、歯切り加工を一貫して行う複合機が開発されています。複合機を使うと各工程を自動化し、段取り替えを極力減らすことが可能ですので、複雑な製造工程でも効率的に生産できるようになりました。

参考記事 Mitsuri(ミツリ) (mitsu-ri.net)

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