マシニングセンタ(MC)とは?NC工作機械との違いや効果的な活用方法

マシニングセンタ近年、製造現場における需要が高まっている産業用ロボット。用途によってロボットの細分化が進んでおり、それぞれ強みが異なります。中でもマシニングセンタは複雑な加工でも手間をかけずに一台で済ませることができ、業務効率の改善、人件費の削減が見込める産業用ロボットです。

今回は、マシニングセンタとNC工作機械の異なる点や、種類と構造、導入するメリットなどを紹介します。

マシニングセンタとは?自動で工具を交換できるATCが特徴

マシニングセンタ(machining center:通称MC)は、それぞれの加工に必要な工具を自動で交換できる機能を備えており、一般社団法人日本工作機械工業会によると、以下のように定義されています。

中ぐり、フライス削り、穴あけ、ねじ立て、リーマ仕上げなど多種類の加工を連続で行えるNC工作機械

引用:『工作機械の種類と加工方法』一般社団法人日本工作機械工業会

加工に必要な作業工程などを数値によってコントロールし、自動化する「NC工作機械」に「ATC」が付いている機械がマシニングセンタです。ATCとは「Automatic Tool Changer 」の略であり、日本では「自動工具交換装置」と呼ばれています。ATCを装備することで、一度の工程で2本以上の工具を使う際、作業員が工具を取り替える必要がなくなります。

マシニングセンタの種類と特徴

横形マシニングセンタ

マシニングセンタのなかでシェアが大きいのは、「横型マシニングセンタ」と、「立型マシニングセンタ」の2種類です。このほか、「門型マシニングセンタ」と「5軸制御マシニングセンタ」という種類もあり、それぞれの特徴について紹介します。

加工精度と大量生産を求めるなら横型マシニングセンタ

工具を地面に対して水平方向に取り付けるのが、横型マシニングセンタです。X軸、Y軸、Z軸方向に稼働できるため、3次元での加工ができます。テーブルが水平方向に回転する軸(B軸)を持つものもあり、同時に4軸での制御が可能です。加工する材料の向きを手動で変える必要がなくなるので、加工の精度が高くなります。

自動で部品の輸送作業を行うパレットチェンジャーを装備できる点がメリットのひとつです。部品供給を自動化することで、手動で行っていた供給作業を省略できるので、長時間の連続稼働が可能になります。また、地面に対して水平に取り付けられているため、重力で削りカスが落ちやすいという点もメリットです。凹型の部品などに対しても多方向から切削工具を当てることができます。

しかし、材料を横から固定するので、材料が重すぎると、固定した際に主軸が乱れたり、たわんだりする可能性があることがデメリットです。そのため、高い加工精度が必要な精密小物部品加工に向いています。

多品種少量生産に向いている立型マシニングセンタ

工具を垂直(立)方向に取り付けるのが、立型マシニングセンタです。固定した材料を縦方向から削っていくので、上から切削している状況を確認することができ、機械の動きを理解しやすい、という利点があります。そのため、1面を加工する箇所が多い、金型などの部品を多品種で少量生産する際に適しています。

また、立型マシニングセンタは機械が積み上がるような構造で作られており、コンパクトな造りになっています。そのため、横型マシニングセンタと比べると床の専有面積が小さく、導入しやすい点もメリットです。実際に、昨今のマシニングセンタ市場では最も多く出回っています。

しかし、パレットチェンジャーの取り付けが難しく、稼働時間が横型マシニングセンタよりも短くなります。また、縦方向に削っていくので削りカスが排出されにくいだけではなく、切りクズが長くなりすぎるとチッピングの原因になり、切り削工具や切り刃の刃先が細かく欠けてしまう可能性があります。そこで、切削工具の回転速度に緩急をつけたり、切削油の噴射速度をあげたりするなどの対策を取らなければなりません。したがって、大量生産にはあまり向かないでしょう。

参考:『平成27年度特許出願技術動向調査報告書(概要)ターニングセンタ及びマシニングセンタ』特許庁

門型マシニングセンタと5軸制御マシニングセンタ

門型マシニングセンタは正面から見たときに、機械が門の形をしています。材料を置くテーブルが広くて長く、主に大型の製品を加工する際に用いられます。

また近年は、X軸、Y軸、Z軸の直線軸に2方向の回転軸が加わった5軸制御マシニングセンタが登場しています。3軸しか持たない機械で作業をする場合、3方向を加工するためには材料をそれぞれ3方向に手動で回転し、固定しなおさなければなりません。これでは作業工数がかかる上、手動で置き直した際に誤差が生じて製品精度にバラつきが生じてしまうこともあります。

対して5軸制御マシニングセンタで加工する場合、材料のセッティング作業が1度で済みます。工作物に対して切削工具の軸を適切に傾けたり、加工位置を選べるため、よく削れる部分を効率的に使用したり、突き出し量の少ない工具でも加工することが可能です。

デメリットは、制御が困難になることです。一般的に、産業用ロボットは軸が増えるほど、制御しづらくなります。3軸よりも5軸のほうが、制御しなければならない座標が多く、寸法ズレの対応が難しくなるのです。したがって、ティーチングを施す作業員はより細かな点に注意を払うことが必要になります。

5軸制御マシニングセンタは通常のマシニングセンタと同じように、立型や横型のほか、主軸が回転する型など、豊富なラインナップがあります。さらに、一度の固定で6面を同時に加工できたり、7軸制御ができたりするマシニングセンタも登場しているため、自社が扱う製品に適した機械を選択しましょう。

マシニングセンタを導入するメリット

マシニングセンタの導入は、同じ加工を手動で行う場合に比べて、大きく3つのメリットがあります。最後に、マシニングセンタを導入するメリットを改めて解説します。

形状精度の改善

作業員によって手動で加工操作を行うと、操作ミスによる不具合や経験不足などで、寸法や面の状態にバラつきが生じてしまう可能性があります。そこで、マシニングセンタが自動で作業することで、作業員の熟練度による仕上がりの差がなくなり、品質を安定させることが可能です。

金銭・時間・教育コストを削減

作業員が手作業で加工技術を習得する場合、長期的に教育しなければなりません。しかしマシニングセンタは、使用方法さえ理解できれば、加工は機械が自動で行うため、技術的な育成コストを削減することが可能です。

また、マシニングセンタは1台で複数の加工を一度に行うことができるので、作業員が行う作業を最小限にすることができ、人件費の削減にも繋がります。多軸制御ができるマシニングセンタは、1つの素材を一度固定すると、様々な方向から工具を当てられるため、加工方向に合わせて材料の位置を何度も合わせる必要がなく、作業時間も短縮できます。

事故を防止する高い安全性

厚生労働省が発表している労働災害統計によれば、製造業の死亡災害の発生件数はトップの建設業に次いで2番目に多くなっています。ATCによって、機械が自動で工具を変更するため、人が刃物に触れる機会を低減することが可能です。それによって、作業者の安全性向上に繋がります。

参考:『労働災害統計(平成29年)』厚生労働省

マシニングセンタは導入準備が肝心

マシニングセンタを導入すれば、必ずしも生産性が向上するとは限りません。現場の課題を把握し、横型や立型がいいのか、5軸が必要なのか、見定める必要があります。

また、一口にマシニングセンタを導入すると行っても、多くの工程が必要になります。具体的には、現状把握、機械の設置、NC工作機械・ACTを操作するためのプログラミング(ティーチング)、作業員への教育などです。マシニングセンタを使用し、成果を出すためには、導入準備がなによりも重要になります。決して安価な機械ではないため、中長期的な経営戦略のもとに、不明点がないように導入を進めましょう。

関連記事:【法律・お金・実務】産業用ロボットの導入に最低限必要な知識まとめ  <https://www.robot-befriend.com/blog/robot_howto>

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