マシニング加工とは？種類やフライス加工との違いをわかりやすく解説
マシニング加工とは、マシニングセンタと呼ばれる工作機械を用いて、プログラム制御によって自動で工具を交換しながら材料を削る加工方法です。
主な種類として、立形・横形・門形・5軸などのマシニングセンタがあり、目的に応じて使い分けられます。
手動で工具を交換するフライス加工とは異なり、複数の工程を一度の段取りで完結できるため、高精度かつ効率的な生産が可能です。
この記事では、マシニング加工の基礎からフライス加工との違い、加工手順、依頼時のポイントまで、初心者にも分かりやすく解説します。
マシニング加工の基本を理解しよう
マシニング加工の基礎として、まずこれが切削加工の一種であることを理解する必要があります。
切削加工とは、刃物（工具）を使って材料を削り取り、目的の形状を作り出す技術の総称です。
マシニング加工は、その中でも特にコンピュータ制御（NC）と自動工具交換機能（ATC）を備えたマシニングセンタを使用する点を特徴とします。
この自動化技術により、手作業では難しい複雑な形状でも、高い精度で安定して加工できるメリットがあります。
この基本的な知識は、加工の可能性を理解する上で重要です。
マシニング加工とフライス加工の決定的な違い
マシニング加工とフライス加工の最も決定的な違いは、自動工具交換機能（ATC）の有無にあります。
フライス加工は、材料を固定し、回転する工具を当てて削る切削加工の一種ですが、工具の交換は基本的に手動で行われます。
一方、マシニング加工はATCを備えたマシニングセンタで行うため、プログラムに従って自動で工具を交換し、複数の異なる加工を連続して実行できます。
これにより、作業者の負担が減り、工程集約による高効率・高精度な生産が実現します。
なお、砥石で削る研削加工や、電気エネルギーで溶かして加工する放電加工、表面を滑らかにする研磨とは、加工原理そのものが異なります。
マシニング加工を支える自動工具交換（ATC）の仕組み
自動工具交換（ATC：AutomaticToolChanger）は、マシニング加工の効率と精度を支える中核的な機能です。
この仕組みは、マガジンと呼ばれる場所にドリルやエンドミル、リーマなど多数の工具を収納しておき、プログラムの指令に応じて必要なツールを自動で主軸に取り付けます。
マガジンの形式には、円盤状のタレット型や、より多くの工具を収納できるチェーン型などがあります。
工具の刃先には、加工する材料に合わせて超硬合金などのチップが取り付けられており、ATCによってこれらの工具を瞬時に交換することで、穴あけから仕上げまで、一連の工程を人の手を介さずに連続で行うことを可能にしています。
【目的別】マシニングセンタの主な4つの種類
マシニングセンタは、加工する製品の大きさや形状、複雑さに応じて様々な種類が存在します。
それぞれの機械は主軸の向きや構造に特徴があり、得意な加工が異なります。
代表的なものとして、汎用性が高く上面からの加工に適した「立形」、切り屑の排出性に優れる「横形」、大型部品の加工に対応する「門形」、そして複雑な形状を一度に加工できる「5軸」が挙げられます。
これらの種類を理解することで、加工したい製品に最適な機械を選定することが可能になります。
主軸が垂直に動く「立形マシニングセンタ」
立形マシニングセンタは、工具を取り付ける主軸が地面に対して垂直に設置されている最も一般的なタイプの機械です。
加工物を上から見下ろす形で加工が進むため、作業者は加工状態を目で確認しやすく、操作性に優れています。
構造としては、加工物を載せたテーブルがX軸（左右）とY軸（前後）に動き、主軸がZ軸（上下）に動く3軸制御が基本です。
テーブルの上が開けているため、加工物の着脱が容易であり、比較的小型の部品やプレート状の製品、金型の加工などで広く利用されています。
汎用性が高く、多くの加工現場で導入されているのが特徴です。
主軸が水平に動く「横形マシニングセンタ」
横形マシニングセンタは、主軸が地面に対して水平に取り付けられている機械です。
この構造の最大の利点は、切り屑の排出性に優れている点にあります。
加工中に出る切り屑は重力によって自然に落下するため、加工面に溜まりにくく、製品の面品位の向上や工具の長寿命化に寄与します。
また、切削油が加工点に届きやすいというメリットもあります。
多くの場合、加工物を回転させるテーブル（インデックス）を備えており、一度の段取りで4面を加工できるなど、多面加工の効率化に適しています。
量産部品の加工ラインなどでその能力を発揮します。
大型の加工物に対応する「門形マシニングセンタ」
門形マシニングセンタは、その名の通り門のような形状のコラム（柱）を持ち、その間を主軸が移動する構造の大型工作機械です。
テーブルが広く、重量のある加工物も安定して設置できるため、自動車の大型金型や航空機部品、産業機械のフレームといった、他のマシニングセンタでは扱えない大きさの製品加工に用いられます。
機械自体が非常に剛性が高いため、重量物を加工してもたわみが少なく、高い加工精度を維持できるのが特徴です。
主に長尺物や重量物の平面加工、複雑な形状の彫り込みなどで活躍します。
複雑な形状を一度に加工できる「5軸マシニングセンタ」
5軸マシニングセンタは、直線的な3軸（X、Y、Z）の動きに加えて、回転軸と傾斜軸の2つの軸が加わった機械です。
これにより、工具を様々な角度から加工物にアプローチさせることが可能となり、自由曲面や傾斜面など、3軸加工機では難しい複雑な形状の加工を実現します。
最大のメリットは、一度の段取りで多面的な加工を行える点です。
段取り替えの回数が減ることで、作業時間が短縮されるだけでなく、取り付け誤差が生じないため、結果的に製品全体の精度が向上します。
航空機の部品や人工関節など、高精度で複雑な形状が求められる製品の加工に不可欠です。
マシニング加工が完了するまでの3ステップ
マシニング加工は、単に機械を動かすだけでなく、事前の準備から実際の加工まで、いくつかのステップを経て行われます。
まず、設計図をもとに加工内容を記述したNCプログラムを作成し、次に加工する材料を機械に正確に固定します。
最後に、作成したプログラムを実行し、自動で加工を進めます。
これらのステップを正確に行うことで、初めて高精度な製品を完成させることが可能です。
ここでは、その一連の流れを3つのステップに分けて具体的に解説します。
ステップ1：加工データとなるNCプログラムを作成する
マシニング加工の最初のステップは、機械をどのように動かすかを指示するNCプログラムの作成です。
通常、3DCADで作成された製品モデルをCAMと呼ばれるソフトウェアに取り込みます。
CAM上で、使用する工具の種類や刃物の経路、回転数、送り速度といった加工条件を設定し、シミュレーションで問題がないかを確認します。
その後、CAMはこれらの情報をマシニングセンタが解読できる言語（Gコードなど）に変換し、NCプログラムとして出力します。
このプログラムの出来栄えが、最終的な製品の品質や加工効率を直接左右するため、非常に重要な工程となります。
ステップ2：加工する材料を機械に固定する
NCプログラムが完成したら、次に加工対象となる材料（ワーク）をマシニングセンタのテーブル上に固定します。
この作業は「段取り」と呼ばれ、加工精度に大きく影響します。
バイス（万力）やクランプ、専用の治具などを用いて、加工中に材料が動いたり振動したりしないよう、強固に固定することが不可欠です。
固定が不十分だと、寸法精度の悪化や、最悪の場合は工具の破損や機械の故障につながる危険性があります。
また、この段階で機械の原点とプログラム上の原点を正確に合わせる作業も行い、プログラム通りの位置に加工が行われるように準備します。
ステップ3：プログラムを実行して自動で加工する
材料の固定と原点設定が完了したら、作成したNCプログラムをマシニングセンタに転送し、加工を開始します。
機械はプログラムの指令に基づき、自動で工具を交換しながら、穴あけ加工や輪郭の切削などを順次行っていきます。
加工は一般的に、まず大まかな形状を削り出す「荒加工」を行い、その後、寸法精度や表面の滑らかさを整える「仕上げ加工」へと進みます。
オペレーターは加工がプログラム通りに進行しているか、異音や振動などの異常がないかを監視し、必要に応じて機械を停止させたり、加工条件を調整したりする役割を担います。
マシニング加工でよく使われる代表的な材料
マシニング加工は、非常に幅広い材料に対応できる汎用性の高い加工方法です。
金属では、軽量で加工しやすいアルミや、強度と耐食性に優れたステンレスが代表的です。
鉄鋼材料も一般的に使用されます。
また、金属以外にも、ABSやポリアセタール（POM）といったエンジニアリングプラスチックなどの樹脂材料の加工も可能です。
さらに、専用の工具や加工条件を用いることで、セラミックやガラスといった硬くて脆い難削材の精密加工にも対応できます。
ただし、材料の硬度や粘り、熱伝導率などの特性によって最適な工具や加工速度が異なるため、材料の知識が重要になります。
マシニング加工を依頼する際に押さえておきたいポイント
マシニング加工を外部の業者に依頼する際は、いくつかのポイントを押さえることで、スムーズな取引と期待通りの品質確保につながります。
まず最も重要なのは、正確な図面を用意することです。
寸法公差や幾何公差、表面粗さの指示が明確でないと、意図した通りの部品が製作されず、手戻りや追加費用の原因となります。
また、複数の業者から見積を取得し、価格だけでなく、納期や品質管理体制、過去の実績などを総合的に比較検討することが賢明です。
加工内容について事前に詳細な打ち合わせを行い、疑問点を解消しておくことで、後々のトラブルを防ぐことにもなります。
まとめ
マシニング加工は、NCプログラムによって制御され、自動工具交換機能を活用して材料を削り出す高精度な切削技術です。
主軸の向きや構造によって立形、横形、門形、5軸といった種類に分類され、加工する製品のサイズや形状に応じて使い分けられます。
自動工具交換機能を持たないフライス加工と比較して、複数の工程を一度の段取りで連続して行えるため、生産性と精度の両面で優位性があります。
加工はプログラム作成、材料の固定、自動運転という手順で進められ、金属から樹脂まで多様な材料に対応可能です。
これらの基本的な知識は、加工技術の理解を深め、適切な業者選定を行う上で役立ちます。
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