機械加工とは？基礎知識・加工方法などの紹介｜NBK株式会社
機械加工とは、工具や工作機械を用いて材料を加工し、目的の形状や寸法の部品を作り出す技術の総称です。
この基礎知識は、現代の製造業において不可欠であり、特に金属加工の分野で広く用いられています。
機械加工の定義は、材料を除去、変形、または付加することで製品を生み出すプロセスを指し、その意味は自動車や家電製品、航空宇宙産業に至るまで、あらゆるものづくりの根幹を支える重要な知識体系にあります。
まずは基本から！機械加工の概要を解説
機械加工は、製品の設計図に基づいて材料を所定の形状に仕上げる一連の工程を指します。
その基本的な手順は、まず設計図面から加工方法を検討し、必要な材料を準備することから始まります。
次に、工作機械を用いて切削や研削などの加工を行い、徐々に目的の形に近づけていきます。
加工後は、寸法精度や表面の状態を測定・検査し、品質が要求仕様を満たしているかを確認します。
この一連のプロセスが、機械加工の基本となります。
機械加工に不可欠な工作機械の役割
機械加工において、工作機械は部品を高精度かつ効率的に製造するための中心的な役割を担います。
これらのマシンは、人力では不可能な強力な力や精密な動きを実現し、金属などの硬い材料を正確に削ったり、曲げたりすることが可能です。
旋盤やフライス盤、マシニングセンタといった多様な工作機械があり、それぞれが特定の加工に特化しています。
プログラムによって自動で動作するNC工作機械の登場により、複雑な形状の部品も安定した品質で量産できるようになりました。
【分類別】機械加工の主な種類とそれぞれの特徴
機械加工の種類は多岐にわたりますが、その加工方法の原理から大きく3つに分類できます。
材料の塊から不要な部分を取り除く「除去加工」、材料に力を加えて変形させる「成型加工」、材料を付け足して形状を作り上げる「付加加工」です。
この一覧で示すように、それぞれの機械加工の種類は異なる特徴を持ち、作りたい製品の材質、形状、精度、生産数などに応じて最適な加工方法が選択されます。
材料を削り取って成形する「除去加工」
除去加工は、ドリルやエンドミルといった工具を使用して、材料の塊から不要な部分を切り屑として取り除き、目的の形状を作り出す加工方法の総称です。
代表的な手法として、工具で直接削り取る切削加工や、砥石で表面をわずかに削って高精度に仕上げる研削加工が挙げられます。
また、電気エネルギーを利用して硬い金属を加工する放電加工のような特殊加工もこの分類に含まれます。
除去加工は、高い寸法精度が求められる部品の製造に広く用いられる技術です。
工具で削る切削加工（旋盤・フライス盤など）
切削加工は、バイトやエンドミルなどの工具を使い、材料を削って目的の形状にする加工法です。
代表的なものに、材料を回転させて削る旋盤加工や、工具を回転させて平面や溝を加工するフライス加工があります。
近年ではNC制御によって自動化が進み、マシニングセンタと呼ばれる複合加工機では、フライス削り、穴あけ、ねじ切りなど多種多様な加工を一台で完結させることが可能です。
さらに、5軸加工機を用いれば、より複雑な三次元形状の加工も実現できます。
歯車を製作するホブ加工も切削加工の一種です。
砥石で表面を高精度に仕上げる研削加工
研削加工は、砥石と呼ばれる硬い砥粒を固めた工具を高速回転させ、工作物の表面をわずかに削り取る加工法です。
主な目的は、切削加工後の部品の寸法精度をさらに高めたり、表面を滑らかに仕上げたりすることにあります。
この加工により、ミクロン単位での精密な形状制御が可能となり、鏡のような光沢を持つ表面（鏡面仕上げ）を得ることもできます。
研磨としばしば混同されますが、研削はより高い精度で形状そのものを創成する目的で用いられる点が異なります。
電気の力で硬い金属を溶かす放電加工
放電加工は電極と加工物の間で火花放電を断続的に発生させその際の熱エネルギーで金属を溶かしながら加工を進める方法です。
この技術の大きな特徴は工具が直接材料に触れない非接触加工であるため切削工具では加工が難しい高硬度の材料や熱処理後の焼入れ鋼なども容易に加工できる点にあります。
微細で複雑な形状の金型製作などに用いられることが多いです。
同様に熱エネルギーを利用する加工法としてレーザー光を集光して材料を切断溶融させるレーザー加工も特殊な除去加工に含まれます。
材料を変形させて目的の形を作る「成型加工」
成型加工は、材料に大きな力を加えて変形させることで、目的の形状を作り出す加工方法です。
この方法は塑性加工とも呼ばれ、材料が元の形に戻らない性質（塑性）を利用します。
材料を削り取る除去加工とは異なり、切り屑が発生しないため、材料の歩留まりが良く、大量生産に適しているという特徴があります。
代表的な成型加工には、金型を用いて板材を打ち抜くプレス加工、金属を叩いて鍛える鍛造、溶かした金属を型に流し込む鋳造などがあり、それぞれが異なる目的で利用されます。
金型を使って強い力で打ち抜くプレス加工
プレス加工は、対になった金型の間に金属の板材を置き、プレス機械で大きな圧力をかけて、材料を打ち抜いたり、曲げたり、絞ったりして成形する加工法です。
この方法の最大の利点は、同じ形状の製品を短時間で大量に生産できる高い生産性にあります。
自動車のドアやボンネット、家電製品の筐体、飲料缶など、私たちの身の回りにある多くの金属製品がこの技術によって作られています。
金型の初期費用は高価ですが、生産量が多い場合には一つあたりのコストを大幅に抑えることが可能です。
材料を叩いて強度と形を整える鍛造
鍛造は、金属材料を加熱し、ハンマーやプレス機で叩いて圧力を加えることで成形する加工方法です。
古くは刀鍛冶が鉄を叩いて日本刀を作っていたように、金属を叩くことで内部の結晶組織が緻密になり、気泡などの内部欠陥が圧着されるため、強度や粘り強さが向上します。
この特性から、自動車のエンジン部品であるクランクシャフトや、航空機の構造部品など、高い信頼性と耐久性が求められる重要部品の製造に用いられます。
形状を整えると同時に、材料の性質を向上させることが鍛造の大きな特徴です。
溶かした金属を型に流し込んで固める鋳造
鋳造は、鉄やアルミニウム、ステンレスといった金属を融点よりも高い温度で溶かし、液体状になった金属（溶湯）を、作りたい製品形状の空洞を持つ型（鋳型）に流し込み、冷やして固める加工方法です。
この方法の利点は、切削加工などでは作ることが難しい複雑な形状や、内部に空洞を持つ中空形状の製品を一体で製造できる点にあります。
自動車のエンジンブロックやマンホールの蓋、仏像など、大型で複雑な形状の製品から小物まで、幅広い分野で活用されており、大量生産にも適しています。
材料を付け足して立体物を造形する「付加加工」
付加加工は除去加工とは対照的に材料を少しずつ付け足していくことで目的の立体形状を造形する加工技術の総称です。
アディティブ・マニュファクチャリングとも呼ばれ3Dの設計データをもとに必要な部分にのみ材料を積層または接合していきます。
この方法の大きな特徴は従来の方法では製造が困難であった複雑な内部構造や一体化した部品を金型なしで製作できる点にあります。
代表的な手法には3Dプリンタによる積層造形や複数の部品を一体化させる溶接などの接合加工が含まれます。
3Dプリンタに代表される一層ずつ積み重ねる積層造形
積層造形は、3次元のCADデータをもとに、樹脂や金属の粉末といった材料を薄い層として一層ずつ積み重ね、それを固めながら立体物を造形していく技術です。
一般的に3Dプリンタとして知られているのがこの方法です。
金型を必要としないため、試作品の製作や、一点ものの部品、あるいは少量多品種の生産に大きな利点を発揮します。
複雑な格子構造（ラティス構造）や内部に冷却水管を持つような形状も一体で造形可能です。
ミスミをはじめとする多くの企業が、この技術を活用した部品製造サービスを提供しています。
複数の部品を一つにする接合加工（溶接など）
接合加工は、二つ以上の部品や材料を、熱や圧力などを利用して一体化させる加工方法の総称です。
その中でも代表的な技術が溶接で、部材の接合部を局部的に溶融・凝固させることで、連続性のある一つの部品として結合させます。
溶接は、ビルや橋などの建築鉄骨、船舶、自動車のボディフレームといった、大型で高い強度が求められる構造物の組み立てに不可欠な技術です。
他にも、ボルトやリベットによる機械的接合、接着剤による化学的接合など、用途や材料に応じて様々な接合方法が用いられます。
機械加工を行う際に押さえておきたい注意点
機械加工を依頼または実施する際には、いくつかの注意点があります。
まず、各加工方法にはメリットとデメリットが存在し、万能な方法はありません。
例えば、切削加工は高精度ですが、加工に時間がかかりコストが高くなる傾向があります。
一方、プレス加工は大量生産時の速度とコストに優れますが、初期の金型費用がかかります。
したがって、求める精度、コスト、納期、材料の種類、生産数量などを総合的に考慮し、最も適した加工方法を選択することが重要です。
まとめ
機械加工は、材料を除去・成形・付加するというアプローチによって多種多様な方法に分類されます。
それぞれの加工法は固有の原理と特徴を持ち、製品の材質や形状、要求される精度、生産コストに応じて使い分けられます。
これらの技術は、自動車から電子機器、医療機器に至るまで、現代社会を支えるあらゆる製品の製造に関わっており、ものづくりの根幹をなす非常に重要な要素です。
目的や条件に合致した最適な加工法を選定することが、高品質で競争力のある製品開発には不可欠となります。