工作機械は、様々な素材の形を変えることができる機械です。工業分野では、多種多様な工作機械が、幅広い種類の部品製造に使われています。では、工作機械はどのような部品を作ることができるのか、どういった素材に対応しているのかを解説していきます。
いくつもの種類がある工作機械
工作機械は、素材の形を変えることができる機械です。基本的には、機械の強い力を使って、素材から任意の形状を削り出していく形で加工を進めていきます。そして、どういった加工をするのかは、工作機械の種類によって異なります。
工作機械の中でも代表的なのは、刃を使った削り出しを行う、旋盤とフライス盤です。旋盤は、素材を高速回転させ、そこに刃を入れて削り出していきます。それに対してフライス盤は、刃を回転させ、素材を当てる形で加工を行います。どちらも比較的シンプルな回転を利用した工作機械ですが、刃と素材のどちらが回転するかによって、作れる形状が大きく異なります。そして、旋盤とフライス盤はそれぞれ、刃や素材を移動させられるようになっています。その移動を活用すると、複雑な加工を行うことも可能です。
フライス盤に似た工作機械としては、ボール盤が挙げられます。回転するドリル刃を素材に当てて、加工をしていく工作機械です。ただ、フライス盤とは異なり、刃は一方向にしか移動しません。そのため、素材に穴を開ける加工にのみ使用されます。そのボール盤と組み合わせることが多い工作機械には、中ぐり盤というものがあります。穴の内側を削り出して、加工を行う工作機械です。
刃を使わない工作機械としては、研削盤が挙げられます。細かな凹凸が付いている砥石を、回転あるいは往復させ、そこに素材を当てていく工作機械です。刃では対応できない高硬度の素材を少しずつ削る加工に用いられる他、目の細かな砥石を使用して、表面を仕上げる加工に使われることも多いです。
基本的な工作機械は、旋盤や研削盤など、ひとつの機能のみを備えています。ただ、工業分野では、複数の加工に対応している、ターニングセンタやマシニングセンタといった工作機械も使用されます。どちらも数値制御によって、機械が自動で動き、複雑な形状を作ることが可能です。人の手を加えなくても、立体的な形状を仕上げることも不可能ではありません。そして、ターニングセンタは、旋盤が発展した工作機械で素材を回転させる、マシニングセンタはフライス盤の発展形で、刃を回転させるという違いがあります。
また、特殊な工作機械として、放電加工機が挙げられます。旋盤や研削盤など、物理的に削り出していく機械とは異なり、電気によって生み出した熱で金属を溶かし、形を変えていくという仕組みになっています。そのため、他の工作機械ではできないような加工も可能です。
工作機械が作れる部品の例
工作機械が作れる部品は下記があります。
ネジ
工作機械で作られる部品として代表的なのは、主に固定目的で使われるネジです。ネジには大小様々な大きさがあり、大きなものは電車やロケットなどの乗り物にも使われます。小さなものは、パソコンやスマートフォン、デジタルカメラなど、精密機器に使われることが多いです。工作機械そのものにも、数多くのネジが使用されています。そして、どのようなサイズであっても、基本的な作り方は同じです。旋盤を使って、筒状の金属素材から、ネジの形を削り出していきます。ネジは、同じ形状のものが大量に必要となる場合が多いため、自動化された工作機械によって量産されることも珍しくありません。
歯車
動力を伝えるために使われる歯車は、工作機械で作ることが可能です。その際に使用するのは、歯切り盤という、歯車加工専用の工作機械です。歯車の溝に合わせた形状の刃で、金属の円盤を少しずつ削り出していきます。歯車には、歯が斜めになっているヘリカルギヤや、棒状のウォームギヤなど、複数の種類があります。その種類に応じて、歯切り盤を用意しなければなりません。また、効率的ではないですが、旋盤でも歯車を作ることは不可能ではありません。
シャフト
金属の棒や筒であるシャフトも、工作機械が作れる代表的な部品です。棒状のシャフトは、乗り物の車軸や、動力を伝えるための軸として使用されます。また、長さの短いシャフトは、複数の部材に開けた穴に打ち込み、固定する目的で使われることもあります。シャフトを作る場合、旋盤を使用し、円柱状や角柱状の素材を削り出していきます。穴を開けてパイプ状にするのであれば、ボール盤も使用されます。その他に、歯切り盤で一部を歯車状にして、ギアシャフトにする場合もあります。
シリンダ
工作機械は、主にエンジンに使用されるピストンを作ることも可能です。小型のものであればバイク用など、比較的コンパクトなシリンダ製作が中心となりますが、大型の工作機械だと、船舶用のシリンダも作れます。シリンダは、ピストン部品と筒状部品が、なるべく密着していることが大切です。その上で、間に凹凸を少なくしなければなりません。僅かな凹凸があるだけでも、摩擦熱によって破損するリスクが高まります。したがって、研削盤を使用して、ピストンの外側と筒の内側を研磨する工程が必須となります。
工作機械が加工できる素材
工作機械が加工できる素材として代表的なのは、木材あるいは金属です。硬すぎず柔らかすぎない素材であれば、ひと通り対応できると考えて問題ありません。工作機械の刃は金属でできているため、木材を使用する場合、加工に耐えられる強度があれば、問題なく対応できると考えて良いでしょう。
金属素材は、鉄やアルミ、銅など、幅広い種類に対応しています。ただ、カーボンが混ぜ込まれていたり、焼入れ加工が施してあったりして、強度が高くなっている金属素材は、工作機械には向いていません。中には、ダイヤモンドなど特殊な素材で作られた刃を使って加工できるものもありますが、そうでない刃は、破損してしまう可能性が高いです。また、金属の中でも、粘性が高いものは、工作機械での加工には向いていません。素材の粘性が高ければ、加工時に力を加えた際、その力に合わせて素材が伸びてしまいます。その結果、素材の形状が変わったり、バリが発生したりするおそれがあります。
また、工作機械は、単価が高くない素材に適しています。ほとんどの工作機械は、素材の塊から任意の形を削り出していきます。そして、削り取られた部分は、廃材となります。もし、金のような、単価の高い素材を工作機械で加工した場合、廃材部分のコストが高くなってしまいます。したがって、廃材のコストが痛手にならない、単価の安い素材が、工作機械に向いているというわけです。
放電加工機であれば、高硬度の素材や、単価が高い素材にも適しています。ただ、加工できるのは、金属のみです。熱によって金属を溶かすという性質上、熱で溶けることのない木材には対応していない点には注意しましょう。
おすすめの工作機械：SRM-20
簡単な切削加工であれば、当店で取り扱い中の「SRM-20」を導入してみるのがおすすめです。
「SRM-20」は、コンパクトな切削加工機です。デスクトップサイズなので置く場所を問わず、フルカバー構造による防塵設計なのでオフィスや教室でも使うことができます。
金属を切削することはできませんが、ケミカルウッドやモデリングワックスなど幅広い材料に対応しています。最終に近い素材でものづくりが行えるほか、3Dプリントした造形物と組み合わせることでより精細なものづくりを実現できます。
| 造形マテリアル | モデリングワックス、サンモジュール、アクリル、ケミカルウッド、バルサ、木（朴）、ABS、ポリカーボネート etc..（金属は不可） |
| 最大造形サイズ | 動作範囲：203.2（X）×152.4（Y） ×60.5（Z）mm |
| 積層ピッチ | − |
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多種多様な部品を作れる工作機械を導入しよう
工作機械は、色々な部品を作ることが可能です。ただ、全ての工作機械が、同じ部品を作れるとは限りません。工作機械によって、対応している素材も異なります。したがって、工作機械の種類ごとに、対応素材やできる加工を把握した方が良いでしょう。
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