機械加工とは機械を使って材料を目的の形に加工することをいいます。部品や機械を設計する際には、どのような機械でどんな加工ができるのかを知っていなければいけません。この知識が無ければ、その機械で実際には作れない形を設計してしまうこともあるからです。今回は機械加工の基礎について、更に加工方法と工作機械について解説していきます。
目次
機械加工と工作機械
機械加工とは、機械を使って材料を加工し、目的の形を作ることで、切削加工や研削加工など複数の種類があります。例えばドリルで穴を開けたり、電動ノコギリで木材を切断したりするような作業も機械加工の一種です。機械を使うことで、加工品のサイズなど品質を保ちながら効率良く加工作業を行うことができます。
機械加工に使う機械を全てまとめて「工作機械」といいます。工作機械には、材料を切ったり削ったりする機械や、材料を溶かしておし固める機械など、たくさんの種類があります。例えばドリルで穴は開けられますが溶接はできないように、工作機械は機械ごとにできる加工は決まっています。そのため、目的とする形状や行いたい加工に合わせて工作機械を選びます。
機械加工の種類と工作機械
機械加工は、加工の原理によって除去加工、成形加工、結合加工の3種類に大別されます。
それぞれの加工原理に複数の加工方法があり、更に加工方法に合った工作機械があります。次の表は、加工原理から各加工方法の概要と加工できるものを簡単にまとめたものです。
| 加工原理 | 加工方法 | 使用する工作機械 | 加工方法の概要 | |
|---|---|---|---|---|
| 除去加工 | 切削加工 | 旋盤加工 | 旋盤、NC旋盤 | 材料を回転させ、そこに刃物を押し当てて材料を加工する |
| フライス加工 | フライス盤、マシニングセンタ | 固定した材料に回転する刃物を押し当て、材料を加工する | ||
| 穴あけ加工 | ボール盤、マシニングセンタ | 回転するドリルを材料に押し込み、穴をあける | ||
| 研削加工 | 研削盤、円筒研削盤 | 高速で回転する砥石で材料を少しずつ削り取って加工する | ||
| 研磨加工 | グラインダー、バレル加工機 | 研削加工よりもさらに細かく削り、磨き上げる | ||
| 放電加工 | 放電加工機、ワイヤ加工機 | 放電の際に発生するアークによって材料表面を弾き飛ばして加工する | ||
| 成形加工 | プレス加工 | プレス機 | 強い力で材料を型に押しつけ、型に沿った形に曲げる | |
| 板金加工 | プレスブレーキ | 汎用型とよばれる型を使い、金属板を曲げる | ||
| 鋳造 | ダイカストマシン | 溶かした金属を砂や金属の型に流し込んで、冷やし固める | ||
| 鍛造 | 鍛造ハンマー、鍛造プレス | 強い力で金属材料を叩き、変形させる | ||
| 樹脂加工 | 射出成形 | 射出成形機 | 熱して溶かした樹脂を金属の型に射出して冷やし固める | |
| 結合加工 | 溶接 | レーザー溶接機、スポット溶接機 | 材料（金属）の接合する部分を熱して溶かし、接合する | |
| 接着・ろう付け | ろう付け機 | ろう（溶かした金属）や接着剤で材料を接合する | ||
工作機械の種類はこちらの記事で詳しく解説しています。
機械加工を行うときの注意点
工作機械はサイズなどの品質管理に役立つと述べましたが、加工品共通の注意点はあります。機械加工を行う際に注意すべき３つのポイントを紹介します。
- 加工精度
機械加工では、加工法によって精度や寸法公差が変わります。ですから加工品に求められている精度に対応できる方法を選ぶことが重要です。
加工方法別におおよその精度の目安を下表にまとめました。加工方法がさらに細分化され、それによって大きく精度が変わるものや、加工後の形状によって精度の指定方法が変わるものは、精度に「-」が入っています。加工原理 加工方法 おおよその精度 除去加工 切削加工 旋盤加工 0.03 フライス加工 0.03 穴あけ加工 0.06 研削加工 0.01 研磨加工 – 放電加工 0.01 成形加工 プレス加工 0.15 板金加工 0.15 鋳造 0.4～1.6 鍛造 – 樹脂加工 射出成形 0.1 結合加工 溶接 – 接着・ろう付け – - 表面粗さ
一般的に研削加工と比べ、切削加工は表面粗さが荒くなります。放電加工では、追加工を行わなくても滑らかな切断面が得られます。除去加工においては、加工のスピードと加工面の表面粗さに強い相関関係があり、加工速度が速ければ面は粗く、遅ければ面は滑らかになる傾向があります。
プレス加工品や板金加工品の面の粗さには、元々の金属材料の面の粗さも大きく関わるため、加工方法と面の粗さの関係は定義が難しくなります。
鋳造においては、やはり砂型の場合かなり面が粗くなります。ダイカストなどでは比較的滑らかな面も得られますが、精度の問題もあり、他の部品と精密に組み付ける際には、組み付け面に切削などの除去加工を行うケースが多いです。 - バリ
切削加工と溶接を施す場合には、バリにも注意を払わなければいけません。特に切削加工では、基本的にバリが発生するものと考えたほうがいいでしょう。バリの発生を抑えるには、刃の送り方向や速度を調整したり、製品の形状を工夫したりすることも有効です。
まとめ
機械加工とは機械や用具を使って材料を加工することをいい、複数の加工方法があります。また、このときに使用する機械をまとめて工作機械とよびます。
工作機械にはさまざまな種類があり、それぞれに可能な加工や特徴があります。工作機械と加工の知識は機械や部品の設計には欠かせません。
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