マシニングセンタ（machining center、MC）は、金型の製作や金属部品の製作に使われる工作機械です。さまざまな工具を自動で使い分ける機能を持ったNC(Numerical Control: 数値制御)工作機械で、大きさなどによっていくつかの種類に分けられています。今回はマシニングセンタとは何か、特徴やメリット、価格について説明します。
目次
マシニングセンタ（MC）とは？
マシニングセンタとは、自動工具交換機能をもった工作機械で、切削や研削などの機械加工ができる機械です。一般社団法人日本工作機械工業会によると「中ぐり、フライス削り、穴あけ、ねじ立て、リーマ仕上げなど多種類の加工を連続で行えるNC工作機械」と定義されています。
汎用フライスのような、古くからある工作機械では、加工の内容にあわせて作業者が刃物を取り換える必要があります。たとえば円筒にネジ穴を切る際には、まずはドリルで穴を開け、次に刃物をタップに交換してねじを切ります。さらに刃物を進める量や加工軸の回転数なども手動でコントロールしなければいけません。しかしマシニングセンタを利用すれば、ドリルからタップへの刃物の交換や、削り量などのコントロールも全て自動で行われます。そのため複雑な形状でも作業者の工数が少なくできたり、連続加工ができたりするなど、さまざまなメリットがあります。
マシニングセンタは、樹脂の射出成形やプレス加工、ゴム加工に使う金型を削り出したり、さまざまな形状の機械部品を削り出したりするのに使われます。
また近年では3D CADデータを取り込み、加工用のNCプログラムを作成するアプリケーション(CAM)により、複雑な形状でも自動で加工ができる機種も増えています。
一般にマシニングセンタに刃物をセッティングする際は、非常に高度な熟練技術が必要になります。しかし近年では、刃物のセッティングを補助するツールも多く出ており、より簡単に使えるように進化が続いています。
マシニングセンタのおもな種類
マシニングセンタには非常に多くの種類があり、工具を保持する軸の太さや軸の向きなどにより分類されます。ここではマシニングセンタの形状を基に、立型、横型、門型、5軸の4種類について解説します。
立型マシニングセンタ
基準の状態で刃物や工具が垂直方向にセットされるものが、立型マシニングセンタです。一般的な動きとしては、ワークを乗せたテーブルが、水平方向（X軸、Y軸）に動き、刃物が垂直（Z軸）方向に動いて加工します。テーブル上に固定したワークを上から削っていくため、加工の状況を確認しやすく、重たいワークや長いワークでも高い精度で加工できるのが特徴です。一方で切粉がワークの上にとどまってしまいやすく、排出のために切削油の噴射量を増やすなどの工夫が必要なケースもあります。また、ワークを自動で搬入、搬出する仕組みの導入が難しいケースも多いです。立形マシニングセンタでは、XYZの3軸方向の制御による3次元形状の削り出しが可能です。
マシニングセンタとしてはコンパクトなものが多く、加工面が上面の1面に集中している場合や、少量多品種生産に向いています。
横型マシニングセンタ
横形マシニングセンタは、基準の状態で刃物や工具が水平にセットされるものです。横向きにワークをセットするため、切粉が排出されやすいのがメリットです。また、ワークの側面を含む多面の加工が多い場合には、ワークをセットし直さずに連続で加工ができ、さらに自動搬入、搬出にも対応しやすい形状をしているため、連続加工に向いています。
一方で大きく重たいワークの場合、ワーク自体の重みでたわみが出る可能性があります。そのため小型で精度が高く、大量生産を行う部品の加工に向いています。横型マシニングセンタでは、XYZの3軸方向に加え、ワークを固定したテーブルを回転させる4軸の制御が行えるものもあります。
立型に比べると横方向に大きく、専有面積を多く取るものがほとんどです。
門型マシニングセンタ
ワークを乗せたテーブルが固定され、ヘッドがX、Y、Zに動くのが、門型マシニングセンタです。立型と似ていますが、主軸を支える部分がテーブルの上をまたいだ門のようになっているのが特徴です。大きく、長いテーブルが門の中をくぐり抜けていく構造であるため、大型部品の加工に使われます。加工軸が片持ちではないため精度が高い加工ができるのも特徴です。
門型マシニングセンタは、他の種類に比べて非常に大きいものが多く、大物専用の工作機械として使用されます。立型と同様、XYZの3軸方向の制御による3次元形状の削り出しが可能です。門型でヘッドが2軸方向に回転して多方面から加工できるタイプを「5面加工機」といいます。
5軸マシニングセンタ
5軸加工とは、既存の３軸方向の制御に加えてワークや刃物を傾け、斜めからの加工ができるなど、非常に複雑な3次元形状の加工ができる加工です。回転方向の制御が加わるため、ワークをセッティングし直さずに複数の加工面を連続で加工できたり、複雑な曲面の加工が可能になったりします。
一方で、同時に複数の軸を制御するためプログラムが難しく、多くのノウハウを必要とするのがデメリットです。
5軸加工を可能にするテーブルや刃物の動かし方には複数のバリエーションがあり、機種により回転の方法が異なります。マシニングセンタの形状としては立型や横型が多く、加工目的に合わせて使い分けられています。5軸加工が可能なマシニングセンタでは、ジェットエンジンのタービンのように、複雑な形状を削り出すことができます。
マシニングセンタを導入するメリット
マシニングセンタは、自動工具交換機能をもったNC加工機です。その種類に関わらず、手動の旋盤やフライス盤などと比べ、次のようなメリットがあります。
精度の高い加工ができる
数値制御により、自動的で刃物やワークの位置を制御するため、手動での作業に比べて仕上がりのばらつきが少なくなります。NC工作機と比較しても、ワーク取り付けによるばらつきもなくなります。また、複数の軸を同時制御できるため、複雑な加工も可能です。
コストを削減できる
NC工作機や手動の工作機の場合、工具の交換は作業者が手作業で行わなければいけません。重たい工具を交換するには体力が要り、時間がかかります。さらに作業への熟練も必要なため、教育費などのコストも大きくなります。しかしマシニングセンタであれば、自動で工具が交換されるので、人件費や教育費などを削減できます。無人でも連続運転できるため、工場に人が減る夜間でも継続運転できるのも大きなメリットです。
作業員の安全を守れる
NC工作機で使用される工具や刃物は、とても重く、また鋭利なため取り扱いには注意が必要です。しかしマシニングセンタであれば刃物や工具が自動的に交換されるため、作業員がそれらを扱う頻度は大幅に少なくなります。扱う時間が短くなればトラブルも少なくなりますので、ケガなどの危険から作業員を守れます。
マシニングセンタの目安価格
マシニングセンタは基本的にオープン価格で取り扱われるため、商社に問い合わせ、見積もりを取らないと価格がわかりません。また加工精度や周辺機器、オプションの有無によっても大きく値段が変わるため、値段の比較はとても難しいです。
おおよその目安として、小型の機種なら800万円程度、一般的な大きさのもの機種ならば2000～4000万円程度、上位機種では3000～5000万円程度になるでしょう。
とはいえ、門形に代表されるような大型機種や5軸加工機などの高性能な機種では1億円を超えるケースもめずらしくありません。
メンテナンス費用、切削油などの消耗品など、ランニングコストもかかりますので、導入の検討は綿密に行うべきでしょう。
まとめ
マシニングセンタとは、自動で刃物を交換し、切削や研削などの機械加工によりさまざまな形状を削り出すNC工作機械です。立型、横型、門形などの形があり、加工物やワークの角度を変えられる5軸加工機もあります。手動の加工機に比べて精度の高い加工ができ、人件費などの削減ができるほか、より安全に作業ができるようになります。マシニングセンタの価格は機種や大きさによって大きく変わり、小型のものならば800万円程度、高額なものでは1億円を超えます。
