マシニングセンタの基礎知識と導入メリットを解説

マシニングセンタは、品質の安定および効率良く金属加工をするのに便利な機械です。複雑な形状の切削加工にも自動で対応でき、多くの加工業者で採用されています。

しかし、一口にマシニングセンタと言っても、横型マシニングセンタや立型マシニングセンタなど、種類は豊富にあります。これらにはそれぞれメリットやデメリットがあるため、機械の導入や加工で利用する際は、特徴を理解したうえで選ぶ必要があります。

本記事では、マシニングセンタとNC工作機械の違いや、各マシニングセンタの種類、マシニングセンタを導入することのメリットについて解説していきます。

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マシニングセンタとは？工具自動交換機能が特徴

マシニングセンタ(machining center：通称MC)とは、コンピューター制御によって工具を自動で交換できる機能（automatic tool changer：通称ATC）を有し、中ぐり・フライス削り・穴あけ・ねじ立てなどの加工を連続で行える機械のことを指します。

マシニングセンタは、フライス盤などのように機械の段取り替えをすることなく、加工を行えるのが特徴です。あらかじめ加工の段取りをプログラミングしておけば、人の手がかからずに加工できるのもポイントです。

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マシニングセンタとNC工作機械の違い

NC工作機械の「NC」とは、「Numerical control（数値制御）」の意味を表します。従来の工作機械は、人力でハンドルを操作して切削加工を行っていましたが、NC工作機械ではプログラムを入力しておくことで、自動で刃物を移動・回転させることが可能です。これにより、人の手で加工することによる技術介入がなくなり、精度や品質が安定します。

上記の内容はマシニングセンタも同様のことが言えますが、NC工作機械との違いは工具自動交換機能（ATC）の有無となります。

マシニングセンタはATC機能を有しており、ドリル・エンドミル・正面フライスなど、複数の刃物を自動で交換して加工が可能です。刃物の交換時に発生する位置ズレも発生しにくく、精密な部品の製作に適しています。

一方で、NC工作機械はATCの機能を搭載していないことから、刃物の交換を手動で行う必要があります。そのぶんマシニングセンタよりもコストが安価なので、加工内容がシンプルなものであればNC工作機械を採用するなどの使い分けがされています。

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マシニングセンタの種類

ここでは、代表的なマシニングセンタの種類を紹介します。それぞれで主軸の向きや特徴が異なり、加工の目的によって使い分けがされています。

横型マシニングセンタ

引用元：モノタロウ

横型マシニングセンタは、工具の主軸が水平に配置されているマシニングセンタです。X軸・Y軸・Z軸方向に稼働できるため、3次元で加工できます。また、テーブルが水平方向に回転するB軸を持つ横型マシニングセンタの場合は、4軸での制御も可能です。4軸の横型マシニングセンタは、材料の向きを変えずにあらゆる角度から加工できるため、傾斜面の加工が簡単かつ、高精度を実現しています。

また、ワークをセットしたパレットを加工機本体に搬送・搬出する、APC（automatic pallet changer）を使うことで、作業効率が向上できるのもポイントです。

横型マシニングセンタは主軸の方向が水平であるため、切粉が重力で落ちて溜まりにくいメリットがあります。一方で、ワークを支える力が必要なため、重たい材料の加工には適していません。

立型マシニングセンタ

引用元：モノタロウ

立型マシニングセンタは、工具の主軸が地面に対して垂直方向に配置されているマシニングセンタです。駆動軸はX軸・Y軸・Z軸の直線3軸で、ボール盤や立てフライス盤と似たような構造になっています。

立型マシニングセンタは主軸が縦向きであるぶん、加工している様子や刃物とワークの距離を確認しやすいのが特徴です。1面を削ることが多い材料に適しています。

また、横型マシニングセンタに比べて本体が小型であることから、設置スペースが小さいこともメリットとして挙げられます。

しかし、APCの取り付けがしにくいほか、切粉がたまりやすく、加工不良の原因となりやすいデメリットがあります。立型マシニングセンタは加工不良を避けるために、切削工具の回転速度を変更したり、切削油の噴射速度をあげたりする必要もあるため、大量生産には不向きです。

門型マシニングセンタと5軸制御マシニングセンタのメリット・デメリット

引用元：モノタロウ

門型マシニングセンタは、上図のように機械が門の形をしているのが特徴です。主軸は立型マシニングセンタと同様に、地面に対して垂直方向に配置されています。駆動軸はX軸・Y軸・Z軸の直線3軸です。

門型マシニングセンタは、テーブルが広く、門をくぐるようにして動かせられるため、通常のマシニングセンタには乗らない大型の製品を加工するのに適しています。また、直線の3軸に加えて、回転軸が2軸加わった5軸制御に対応するものもあります。

一方で、大型の製品を加工できるぶん、設備は大がかりなものとなります。

引用元：モノタロウ

5軸マシニングセンタも、立型マシニングセンタと同様に、地面に対して垂直方向に主軸が配置されています。他のマシニングセンタと異なる点は、主軸とテーブルの2つが回転させられるため、XYZの直線3軸と回転2軸の計5軸を備えていることから、5軸マシニングセンタと呼ばれています。

5軸マシニングセンタは、主軸またはテーブルを傾けることで、斜め方向からの加工も実現しています。ワークをワンチャッキングで加工できるため、効率よく加工することができます。

しかし制御する軸が多いぶん、扱いが困難です。

マシニングセンタを導入するメリット

マシニングセンタを導入するメリットは以下の通りです。

●品質の安定

手動で加工を行うと、作業員の熟練度に左右され、寸法精度にどうしても違いがでてしまいます。また、人間が手作業で加工をすると失敗する可能性もあるでしょう。しかし、マシニングセンタを利用すれば、工具の扱いの熟練度に関わらず、安定した品質で製品を生産することができます。

●複雑な加工に対応できる

マシニングセンタは、3軸や5軸といった複数の軸を同時に制御できるため、斜面やRの加工など、複雑な形状の加工にも対応できます。

●作業時間と人件費の削減

マシニングセンタは、フライス加工や穴あけなどの、多種の加工を自動で行えるため、段取り替えなどの手間を省けます。マシニングセンタの種類によっては、ワークのセッティングを一度行うだけで加工ができる点もメリットです。これらのように、作業員が必要な作業を最小限に抑えられるため、人件費の削減にも寄与します。

●安全性の向上

マシニングセンタは手動操作とは異なり、一度加工手順をプログラミングしておけば自動で加工できます。そのため、刃物に触れる機会が少なくなり、ケガのリスクも低減することが可能です。

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