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NC旋盤とは|さまざまな「NC旋盤」の種類と、NC旋盤の周辺機器・チャック・価格を解説

NC旋盤とは|さまざまな「NC旋盤」の種類と、NC旋盤の周辺機器・チャック・価格を解説

公開日:
2020/05/27 (2020/11/25 更新)by 甲斐 智
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| 工作機械 | 旋削 | 除去加工 |
       

NC旋盤は、旋削加工で使われる「NC工作機械」のひとつです。

自動車シャフトの切削からスマホ用精密部品の削り出しまで、 「金属加工」を代表する工作機械 として、世界中で広く使われています。

この記事では、切削加工の現場で使われているNC旋盤や周辺機器、チャックの種類について解説しています。

NC旋盤ってどんな機械?

NC旋盤は、旋削加工で使われる「NC工作機械」です。

NC制御によって、複数のバイトを自動で交換しながら、外周削り穴あけねじ切りなどを自動加工。
作業者による加工のバラつきがなくなり、量産部品の安定加工が実現 します。

NC旋盤:
NC旋盤は、普通旋盤にコンピュータがついた工作機械です。
材料の回転だけでなく工具の移動や工具の交換もコンピュータ制御で動かすことが出来るため、常時加工者がいなくても加工が可能な工作機械として広く使われています。
引用元:大阪労働局 職業安定部「旋盤工」

最近では、マシニングセンタと融合した「ターニングセンタ」とよばれる複合機械などが誕生し、多機能・高機能化が進んでいます。

英語では〔CNC Lathe〕と表記されます。

汎用旋盤について
工作機械とNC旋盤について|汎用旋盤について
NC機能のない手動の旋盤は「汎用旋盤」とよばれています。
汎用旋盤では、熟練作業者によるハンドル操作で金属を加工。
大量生産には向いていませんが、試作や少量多品種の加工現場で活躍しています。

NC旋盤でできる加工

工作機械とNC旋盤について|NC旋盤でできる加工

NC旋盤では、バイト(刃物)を使った旋削加工や、ドリルを使った穴あけ加工など、さまざまな切削加工を自動で行います。

旋削加工
加工ワークを回転させて削る除去加工法
「旋削加工」について解説
穴あけ加工
穴あけで使われる除去加工法
「穴あけ加工」について解説
中ぐり加工
穴をおおきく広げる除去加工法
「中ぐり加工」について解説
超仕上げ
専用の超仕上げユニットを使うことで、鏡面仕上げができます
「超仕上げ」について解説

NC旋盤の種類

工作機械とNC旋盤について|NC旋盤の種類

NC旋盤はちいさな精密部品の加工から、おおきな発電タービンの加工まで、加工の目的によって分けられます。

ここでは、切削加工の現場で使われている代表的なNC旋盤を紹介します。

NCタレット旋盤(CNC旋盤)

工作機械とNC旋盤について|NCタレット旋盤

NCタレット旋盤は、タレット(旋回式の刃物台)を搭載したNC旋盤です。
生産現場で「NC旋盤/CNC旋盤」といえば、このNCタレット旋盤を指すことが多いです。

タレットに装着された複数の刃物を順番に使うことで、外周削り穴あけねじ切りなどの連続加工ができます。

生産性が高く、小物~中物の大量生産に向いています。

NCタレット旋盤の種類

NCタレット旋盤には「主軸」や「タレット」を複数搭載した、さまざまな機種があります。

2タレットCNC旋盤
工作機械とNC旋盤について|2タレットCNC旋盤

2台のタレットを搭載した、NCタレット旋盤です。
2本の工具で同時加工を行うことで、加工効率が上がります。

対向主軸CNC旋盤
工作機械とNC旋盤について|対向2主軸CNC旋盤

2台の主軸を向かい合わせに搭載した、NCタレット旋盤です。
加工ワークを左右で受け渡すことがで、背面加工ができます。

タレットを2台搭載したタイプでは、1台の機械で2台分の生産性が発揮できます。

平行主軸CNC旋盤
工作機械とNC旋盤について|平行主軸CNC旋盤

2台の主軸を横ならびに搭載した、NCタレット旋盤です。
加工中にもう片方のワークを着脱できるため、加工効率が上がります。

タレットを2台搭載したタイプでは、ことなるワークの同時加工ができます。

CNC自動旋盤

工作機械とNC旋盤について|CNC自動旋盤

CNC自動旋盤は、加工ワークの着脱を自動化させた小型のNC旋盤です。

もとは時計部品の精密加工機械として生まれたため、いまでも時計メーカーの自動旋盤がおおきなシェアをもっています。

自動旋盤:
時計部品は大量生産される部品の典型例である.
そのため軸物加工には,カム式自動旋盤が今も使われる.
それは加工精度が高く,加工サイクル時間が短く,大量生産に適しているからである.
引用元: 精密工学会「リニアモータ式自動旋盤の開発」
工作機械とNC旋盤について|CNC自動旋盤

主軸の背面からバー材(棒状のワーク)を自動供給し、加工・切り落としのサイクルを繰り返します。
作業者によるワークの着脱が不要になるため、自動化に最適です。

ベアリング部品や自動車部品など、小物の連続加工で使われています。

CNC自動旋盤の種類

CNC自動旋盤では、さまざまな構成を組み合わせることで、さらに自動化を追求することができます。

  • 主軸の数(単軸/多軸)
  • 刃物の固定方法(タレット型/くし刃型)
  • 主軸の移動方法(主軸固定/主軸移動)
CNC単軸自動旋盤/多軸自動旋盤
工作機械とNC旋盤について|CNC単軸自動旋盤

CNC単軸自動旋盤:ひとつの主軸を搭載したNC自動旋盤
CNC多軸自動旋盤:複数の主軸を搭載したNC自動旋盤

多軸自動旋盤では、4軸・5軸・6軸・8軸・12軸などのタイプがあります。

4軸タイプの場合は、工程を4つに分割(ワーク着脱・旋削穴あけ中ぐり)。
4つのワークを回転移動させながら、各工程を同時加工します。

刃物を効率よく使えるため、サイクルタイムが速いのが特徴です。

CNCくし刃型旋盤
工作機械とNC旋盤について|CNCくし刃型旋盤

CNCくし刃旋盤は、刃物を櫛(くし)状にならべたNC自動旋盤です。

ワークを回転させ、くし刃(横一列にならべた刃物)を動かしながら加工。
タレット型にくらべコンパクトなため、生産品目にあわせて柔軟にラインを構築できます。

中国のスマートフォンの生産現場でも、数多く使われています。

CNCスイス型旋盤(主軸移動型旋盤)
工作機械とNC旋盤について|CNCスイス型旋盤(主軸移動型旋盤)

CNCスイス型旋盤は、加工ワークを回転させながら前後に動かすNC自動旋盤です。
主軸が移動するため「主軸移動型」ともよばれます。

ワークをガイドブッシュで支えるため、細長いバー材でも安定した加工ができます。

時計部品の精密加工用として、スイスで誕生した機械です。

CNC高精密旋盤

工作機械とNC旋盤について|CNC高精密旋盤

CNC高精密旋盤は、高精度加工に特化したNC旋盤です。

レンズ金型や光学部品など、高い精度が要求される精密部品をサブミクロン(1μm以下)の精度で加工をすることができます。

研磨仕上げまでできる、「砥石」を搭載した機種もあります。

NC立旋盤(ターンミラー)

工作機械とNC旋盤について|NC立旋盤

NC立旋盤は、主軸(ワークの回転軸)が縦向きになったNC旋盤です。

加工ワークをテーブルに置いて回転させるため、重たい材料でも安定して加工することができます。

ワークを平置きするため、ガスタービンや発電機ポンプなどの大型ワークでもかんたんに着脱や芯だしが可能。
ATC(自動工具交換装置)を搭載した機種では、ドリル回転テーブルとの組み合わせによって、マシニングセンタに近い加工もできます。

NC正面旋盤

工作機械とNC旋盤について|NC正面旋盤

NC正面旋盤は、おおきいワークを削るためのNC旋盤です。

直径がおおきく長さがみじかいワークの端面加工や、内面加工で使われます。

主軸が作業者の「正面」を向くタイプが多いため、正面旋盤とよばれます

NC単能機

工作機械とNC旋盤について|NC単能機

NC単能機は、ひとつの工程に特化したNC旋盤です。
自動車部品などの量産加工の「専用機」としても使われます。

シンプルな構造のためメンテナンス性がよく、コストが低いのが特徴です。

NCロール旋盤

工作機械とNC旋盤について|NCロール旋盤

NCロール旋盤は、おおきな円筒ワークを旋削するための大型NC旋盤です。

発電機の大型シャフトやタービンなど、特殊部品の加工で使われます。

NC車輪旋盤

工作機械とNC旋盤について|NC車輪旋盤

NC車輪旋盤は、鉄道車輪を削るためのNC旋盤です。
車輪の外周加工や、車輪の摩耗の補正・修理に使われます。

NC倣い(ならい)旋盤

NC倣い旋盤は、「倣い加工」の機能を搭載したNC旋盤です。
段付き軸部品やテーパー状の部品を、倣い装置でトレースしながら加工します。

高性能のNCの普及によって活躍の場は減っていますが、ピストンなどのオーバル(楕円)加工などで使われます。

NC旋盤の構成

NC旋盤は外部環境の影響を受けやすく、熱変異が加工精度をおおきく左右します。
そのため切粉や切削油が飛散する悪環境下でも高い精度を発揮できるよう、さまざまな工夫がされています。

NC旋盤を構成する、それぞれの名称を紹介します。

刃物台(NC旋盤)

バイトやドリルなどの工具を取り付けるための台座です。
バイトはビビリ(振動)を防ぐため、できるだけ短い突き出しで取り付けます。

工具の代わりにセンサを取り付け、加工原点出しやワークの測定をすることもできます。

「タレット型」と「くし刃型」があります。

タレット型刃物台

工作機械とNC旋盤について|タレット型刃物台

刃物を円周状に取り付けた「旋回式」の刃物台です。
加工内容にあわせて旋回し、刃物を交換します。

くし刃型にくらべ、刃物の交換がしやすく、さまざまな工具に対応できます。

くし刃型刃物台

工作機械とNC旋盤について|くし刃型刃物台

刃物を横ならびに取り付けた「固定式」の刃物台です。
タレット型にくらべ、刃物交換の時間が短くコンパクトです。

工具の搭載本数は、タレット型にくらべ少なくなります。

センタ(NC旋盤)

工作機械とNC旋盤について|センタ

長いワークを支えるための治具です。
ワークの端にちいさな穴(センター穴)をあけ、センタの先端を押しあてることでワークの振れを防ぎ、加工が安定します。

センタの先端角度は 60° ですが、重量のあるワークを支える 75° や 90° のものもあります。

固定式で精度の高い「デッドセンタ」や、発熱の少ない「回転センタ」があります。

心押台(NC旋盤)

工作機械とNC旋盤について|心押台

センタを装着するための台座です。
ドリルリーマなどの工具を取り付け、加工を補助することもできます。

振れ止め(NC旋盤)

工作機械とNC旋盤について|振れ止め

長いワークを支えるための治具です。
ワークのふれを防ぎ、加工が安定します。

NC旋盤で使われるチャックについて

工作機械とNC旋盤について|NC旋盤で使われるチャックについて

NC旋盤のワークの固定・回転には、チャックが使われます。

チャックの先端の爪でワークをつかみ回転させることで、精度の高い旋削加工が実現。
チャックはNC旋盤をはじめ、NC研削盤マシニングセンタなどの工作機械でも使われます。

工作機械とNC旋盤について|NC旋盤で使われるチャックについて

ターニングセンタでは、90°・120°などの割り出し機能をもった「インデックスタイプのチャック」を使うことで、フライス加工と組み合わせた複合加工ができます。

NC旋盤のチャック種類

チャックは、爪はワークをつかむための固定部品で、「爪」の数や種類によって用途が変わります。
機械設計では、「ジョー」や「フィンガー」ともよばれます。

爪の数によるチャックの見分け方

チャックの種類は、爪の数やありなしによっておおきく3つに分けられます。
なかでも「スクロールチャック」とよばれる3爪連動チャックが、もっとも一般的です。

ここで紹介するチャック以外にも、角材や異形ワークをつかむための「2爪チャック」や「特殊チャック」などのチャックもあります。

3爪連動チャック(スクロールチャック)
工作機械とNC旋盤について|3爪連動チャック(スクロールチャック)

3つの爪をもったチャックです。
3つの爪が連動して動くため、ワークの芯だし精度が高く、芯だし作業が不要です。
「スクロールチャック」ともよばれます。

締めつけ力は高くないため、荷重のかかる重切削には向いていません。

つかめるワーク

  • 円筒状のワーク
4爪単動チャック(インディペンデントチャック)
工作機械とNC旋盤について|4爪単動チャック(インディペンデントチャック)
写真は、穴あけ加工での利用例

4つの爪をもったチャックです。
「インディペンデントチャック」ともよばれ、4つの爪が独立して動くため、ワーク取りつけ後は芯だし作業が必要です。

締めつけ力が高いため、荷重のかかる重切削にも向いています。

つかめるワーク

  • 円筒状のワーク/角状のワーク/偏心したワーク
コレットチャック
工作機械とNC旋盤について|コレットチャック

爪をもたないチャックです。
スリットの入ったチャックにワークを差し込み、外側から締めつけることで、ワークを全周でつかみます。

高速回転に強いため、ちいさなワークの高速加工に最適。
ワークにキズがつきにくく、アルミや軟らかい金属の固定にも適しています。

爪の種類について

爪の種類には、「生爪」と「硬爪」があります。

工作機械とNC旋盤について|爪の種類について
生爪(なまづめ)

焼入れ処理がされていない、軟らかい爪です。
芯ブレがすくないため、高精度加工や仕上げ加工に向いています。

あらかじめつかむワークにあわせて生爪を切削してから使います。
(高速加工には、軽いアルミ製の生爪が使われます)

硬爪(かたづめ)

焼入れ処理がされた、硬い爪です。
現場では「オニ爪」ともよばれ、荒加工に向いています。

摩耗が少ないため、繰り返し使うことができます。
(つかむ際にワークを傷つけやすいため、注意が必要です)

チャックの駆動方式(NC旋盤)

工作機械とNC旋盤について|チャックの駆動方式

NC旋盤のチャックの締めつけには、油圧/空圧が使われています。
パワーチャックとよばれ、NC制御による爪の自動開閉で、機械の自動化が実現します。

(汎用旋盤では、作業者の手締めによるハンドチャックが主流です)

油圧チャック

駆動源に油圧を使ったパワーチャックです。
締めつけが強く、ランニングコストが低いのが特徴です。

油圧の発熱による熱変異や、液漏れに注意が必要になります。

空圧チャック

駆動源に空圧を使ったパワーチャックです。
メンテナンス性が高く、環境に優しいのが特徴です。

電動チャック

駆動源にサーボモータを使ったパワーチャックです。
チャック開閉の締めつけトルクやスピードを調整できます。

チャックの自動化機器(NC旋盤)

工作機械とNC旋盤について|チャックの自動化機器

AJC(爪自動交換システム)

AJCは、爪を自動で交換する装置(Auto Jaw Changer)です。
手作業で行っていた「爪」の交換を自動で行うことで、無人の連続加工ができます。

爪は「ショーホルダー」に格納され、NC制御産業用ロボットを使い自動供給されます。

ACC(チャック自動交換システム)

ACCは、チャックを自動で交換する装置(Auto Chuck Changer)です。
AJCとちがい、チャックを本体ごと交換するシステムです。

さまざまなワークに対応できるため、より柔軟な連続加工ができます。

NC旋盤の加工条件とは

工作機械とNC旋盤について|NC旋盤の加工条件とは

NC旋盤による旋削加工では、ワークの材質や加工要件によってさまざまな加工条件があります。
加工条件はバイトのビビリ(振動)や摩耗、ワークの発熱など、加工精度におおきく影響します。

旋削加工の現場で検討される「加工条件」をかんたんに解説します。

NC旋盤の切削速度(m/min)

切削の速度です(m/min = 1分間の移動量)

ワーク直径(mm) × 3.14 × 主軸の回転数(rpm)÷ 1000
ワークの材質・直径、バイト種類などから「切削速度」を決め、ワークの回転数を逆算していきます。

NC旋盤のバイト送り量(mm/rev)

バイトがワークに切り込む量です(mm/rev = 1回転あたりの移動量)

送り量がちいさいほど加工時間はかかりますが、精度の高いなめらかな加工面に仕上がります。
また逆に、送り量がおおきいほど加工時間は短くなりますが、加工面は荒くなります。

荒加工や仕上げ加工など、目的によって使い分けられます。

NC旋盤の主軸回転数(rpm)

加工ワークの回転数です(rpm = 1分間の回転数)

おなじ回転数でもワークの直径がおおきいほど、回転速度ははやくなります。
ワークの中心に近づくにつれ回転速度がおそくなるため、汎用旋盤では切削中に切削速度が変化。
そのため、ワークの端面と中心部で仕上がりに差が出る場合があります。

NC旋盤では、旋削中の切削速度が変わらないよう、NCによって回転数がリアルタイムに制御されています。

NC旋盤のバイト送り速度(mm/min)

バイトの移動速度です(mm/min = 1分間の移動量)

「バイト送り量」に、「主軸回転数」をかけた数値です。

NC旋盤の周辺機器について

NC旋盤は、さまざまな周辺機器を利用することで、精度や生産性が飛躍的にあがります。
ここでは、NC旋盤と一緒に使われる代表的な周辺機器について紹介します。

NC旋盤で使われる自動化装置

オートローダー

工作機械とNC旋盤について|オートローダー

加工ワークを自動で着脱するための自動化装置です。

工作機械の頭上をワークが高速で移動する「ガントリーローダー」が主流。
機械や工場のレイアウトに応じて、専用設計されています。

バーフィーダー

工作機械とNC旋盤について|バーフィーダー

バー材(棒状ワーク)を自動で供給するための自動化装置です。

主軸のうしろからバー材を自動供給し、加工・切り落としのサイクルを繰り返すことで、長時間の無人稼働ができます。

チャックには、中が空洞になった「中空タイプ」が使われます。

AWC(自動ワーク交換システム)

工作機械とNC旋盤について|AWC(自動ワーク交換システム)

AWCは、加工ワークを自動で交換する一連のシステム(Auto Work Changer)です。

さまざまな工作機械の工程間に、「産業用ロボット」などの多関節ロボットを配置し、ワークを自動で交換します。

工作機械とNC旋盤について|AWC(自動ワーク交換システム)

NC旋盤の高い汎用性を活かしながら、工場の自動化が実現します。

NC旋盤で使われる計測センサ

ツールセッター

工作機械とNC旋盤について|ツールセッター

ツールセッターは、バイトの摩耗を検出するためのセンサです。

刃先の加工原点を自動で検出し、NCにフィードバックすることで、バイトの摩耗をミクロン単位で補正。
バイトのチッピング(欠け)を検知し、加工不良を未然に防ぎます。

24時間の無人運転に、かかすことのできないセンサです。

NC旋盤の切粉処理に使われる周辺装置

工作機械とNC旋盤について|切粉の処理に使われる周辺装置

NC旋盤の高精度加工には、切粉の確実な処理がかかせません。

工作機械とNC旋盤について|切粉の処理に使われる周辺装置

切粉の処理には「チップコンベヤー」とよばれる切粉搬出装置や、切粉処理装置が使われています。

NC旋盤の代表的なメーカー

工作機械とNC旋盤について|NC旋盤の代表的なメーカー

さまざまな工作機械メーカーが、NC旋盤を製造。
ワークサイズや生産形態に合わせて、多種多様な機種が開発されています。

金属加工の現場で多く使われている「NCタレット旋盤」「CNC自動旋盤」のメーカーを、一部ご紹介します。

〈NCタレット旋盤の関連メーカー〉

オークマ(株) CNC旋盤 など
(株)嶋田鉄工所 2主軸1NC旋盤 など
(株)タカハシキカイ 精密タレット型NC旋盤 など
高松機械工業(株) CNC旋盤 など
(株)滝澤鉄工所 平行2主軸CNC旋盤 など
ハース(Haas)- アメリカ ミーリング機能付きCNC旋盤 など
(株)長谷川機械製作所 小型精密CNCタレット旋盤 など
村田機械(株) 2軸型CNC旋盤 など
ヤマザキマザック(株) CNCタレット旋盤 など

〈CNC自動旋盤の関連メーカー〉

(株)エグロ 自動化CNC旋盤 など
シチズンマシナリー(株) 主軸台移動形/主軸台固定形 CNC自動旋盤 など
スター精密(株) スイス型CNC自動旋盤 など
(株)ツガミ CNC精密自動旋盤 など
◎五十音順・敬称略
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NC旋盤の価格相場について

工作機械とNC旋盤について|NC旋盤の価格相場について

NC旋盤の販売価格は、加工精度や機械の規模によってさまざまです。
(軸の数や周辺機器のオプションによっても、おおきく変わります)

価格相場の目安

  • 小型のNC旋盤 :約600万円~
  • CNC自動旋盤:約1,000万円~
  • 標準的なNC旋盤 :約2,000~3,500万円
  • 高機能のターニングセンタ :約3,000~5,000万円

NC旋盤とは?まとめ

この記事では、切削加工の現場でつかわれているNC旋盤の種類や周辺機器を通して、NC旋盤について解説しました。

NC旋盤は古くから多くの工場で使われているなじみ深い機械ですが、NC装置の進化によって、IoTを使ったインテリジェント化が急速に広がっています。

LANケーブル接続による機械間の加工情報の共有、離れた工場の生産状況の見える化など、いままでにないNC旋盤の使い方も増えています。

本記事が、NC旋盤を知る「はじめのいっぽ」となればうれしいです。

この記事(NC旋盤)の編集者

甲 斐 智(KAI Satoshi)

甲 斐 智(KAI Satoshi)

1979年 神戸生まれ
多摩美術大学修了後、工作機械周辺機器メーカーの販売促進部門
14年以上に渡り、工作機械業界・FA業界のWebマーケティングに携わる
技術専門誌への寄稿多数
科学技術振興機構「J-GLOBAL」登録情報

・株式会社モノト 代表
・株式会社アプト Webディレクター
・一般社団法人日本機械学会 特別員
・東京商工会議所 会員

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