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NC旋盤の基礎知識

NC旋盤とはコンピュータによって制御される旋盤であり、1950年代の後半から日本のものづくり業界を支える重要な工作機械の1つとなっています。このページでは、NC旋盤の特徴や通常の旋盤との違い、さらにNC旋盤の導入に関するメリット・デメリットなどをまとめて解説しています。

NC旋盤とは?

NC旋盤とは、旋盤の中でもコンピュータによって作業パラメータの数値制御(Numerically Control=NC)が行われる工作機械を意味しています。NC旋盤は事前にコンピュータによって数値条件を設定しておくことで、様々な加工作業をスムーズに変更して製造作業の工程を効率化できるといった強みが特徴です。

加えて、設定条件に合わせた自動加工による作業も可能となっており、旋盤を担当する作業員の経験や技術に左右されることなく均一な作業品質による量産体制を構築できる点も見逃せません。

NC旋盤にも様々な種類があり、使い分けることで対応可能な作業の範囲が広がります。

NC旋盤と汎用旋盤の違い

NC旋盤はNCプログラムを介して制御・操作するのに対して、汎用旋盤は作業員が主導でレバー操作やハンドル操作を行って旋盤を操作します。汎用旋盤では事前にNCプログラムを作成する必要がなく、色々な条件の旋盤加工を迅速に行える反面、NC旋盤では設定条件さえ整えておけば同じ加工を自動的に再現して製品を量産できる点が特徴です。

その他、汎用旋盤では旋盤操作の経験が必要になり、NC旋盤ではプログラム作成の知識が必要となります。

NC旋盤とNCフライス盤の違い

旋盤では、ワークを回転させたうえで、刃物を押し当てて切削加工を行います。それに対してフライス盤は、刃物を回転させたうえで、ワークへ押し当てて切削加工を行う点が特徴です。

NC旋盤とマシニングセンタの違い

マシニングセンタとは、NCプログラムで作動するNCフライス盤に、自動工具交換装置(ATC)が搭載された産業用工作機械を指します。

マシニングセンタはNCフライス盤の発展系と考えることができ、NC旋盤とマシニングセンタの違いは必然的にNC旋盤とNCフライス盤の違いに準拠します。またマシニングセンタにはATCが付属している点も違いの1つです。

NC旋盤とCNC旋盤の違い

CNC旋盤とは、NC旋盤に「Computerized(コンピュータ化された)」という単語が付いた用語であり、直訳すれば「コンピュータ数値制御旋盤(CNC:Computerized Numerical Control)」と呼ぶことができます。

かつてNC旋盤が開発された当初は、コンピュータによる自動制御でなく、複数の基板を個々に組み合わせて制御する方式が採用されていました。しかし現代ではNC旋盤の制御はコンピュータで実行されるため、実質的にNC旋盤とCNC旋盤はほぼ同義になっています。

NC旋盤のメリット・デメリット

NC旋盤を導入するメリット

自動加工による作業効率化

NC旋盤の導入メリットとして最たるものは、自動制御によって自動加工が実現するという点でしょう。これにより従来は手作業が必要だった旋盤もシステムが自動的に実行してくれるため、作業の大幅な効率化と人的リソースの再配置を同時に叶えることができます。

また管理システムなどと連携させることで、製造ライン全体のFA化といったニーズも実現可能です。

作業員の属人性解消

あらかじめ設定されたNCプログラムに則って自動加工が制御・実行されるため、個々の作業者の旋盤技術や経験といった属人的要素が加工品質に影響しなくなります。これにより従業員の退職や離職といったリスクに対応できるうえ、経験の浅い作業員でもマニュアルを用意することでベテランと同様の生産作業に従事できることはメリットです。

量産体制の構築

NCプログラムに従って一定の作業を自動的に繰り返すため、同じ品質の旋盤加工を何度でも再現できることもポイントです。

大量生産でも均一の品質を保てるという点で量産体制の土台として有用であり、システム制御によるオートメーション化と合わせて量産加工を実現することができます。

労災リスクの低減

従来の汎用旋盤ではどうしても刃物による作業員のケガや、切削加工時に生じる粉塵などによる健康被害といった労災リスクを解消することは困難でした。

しかしNC旋盤による自動制御環境を構築することで、旋盤や加工品へ従業員が近づくタイミングを最小限に抑えることが可能であり、労災リスクが増大する環境そのものを改善できるようになっています。

NC旋盤を導入するデメリット

高額の導入コストがかかる

NC旋盤を導入する場合、当然ながら導入に必要なコストがかかります。

そのうえ、高性能なNC旋盤は汎用旋盤と比較して高額に設定されており、イニシャルコストがどうしても大きくなってしまう点はデメリットでしょう。また、シンプルな構造の汎用旋盤に対して、精密機器による制御が行われるNC旋盤では定期的なメンテナンスなどの必要性も増大します。

NCプログラムの決定まで時間がかかる

NCプログラムに従って一定作業を繰り返してくれるNC旋盤ですが、言い換えれば正解となるプログラムが作成されるまでの条件設定などに時間がかかります。また、誤ったパラメータを設定してしまえば、不具合品が大量生産されることになってしまうリスクもデメリットです。

プログラム作成のスキルが必要

NC旋盤では旋盤を操作する技術といった属人性を解消できるものの、今度はコンピュータを使ってNCプログラムを作成・入力するというスキルが必要になります。

そのため、これから初めてNC旋盤を導入しようとする場合、改めてコンピュータの操作方法やプログラムの作成手順などについて学ばなければなりません。

NC旋盤の構成

ここではNC旋盤を構成している各パーツや機構について解説します。それぞれの役割や意味を理解しておくことで、NC旋盤の操作の理解度を深めてくれるうえ、メンテナンスや不具合発生時の対応についても理解しやすくなるでしょう。

主軸(スピンドル)

主軸(スピンドル)とは旋盤の「回転主軸」を指しており、ワークの回転に働く部分です。スピンドルにはワークを固定するためのパーツ(チャック)が搭載されており、その種類によってスクロールチャックやコレットチャック、インデペンデントチャックといったものに分類されます。

加えてNC旋盤ではスピンドルに位置検出器(ポジションコーダ)が接続されており、ワークの回転角度を検知しながら回転数の制御を実行していることも特徴です。

刃物台

ワークを切削するための刃物(バイト)を取り付けるための台座です。形状によってフラット型や櫛刃型、タレット型といったタイプに分類されています。

NC旋盤では複数のバイトを搭載し、それらをプログラムの自動制御によって使い分けながら切削加工などを実行することが特徴です。そのため刃物台にも複数のバイトを設置できるように設計されており、量産加工やオートメーション化の要にもなっているといえる部分でしょう。

心押台

心押台とは、回転センタを取り付けてワークの安定性を確保するための台座です。高速でワークを回転させる旋盤において、特に長いワークなどを利用する場合、回転数が上がれば遠心力による影響でワークの保持が不安定になりやすくなります。

そこで心押台を利用し、スピンドルのチャックと心押台の療法でワークを固定することで、高速回転時でもワークの位置を安定させて正確な切削加工を実現できるという仕組みです。

制御盤

NCプログラムによって旋盤作業を制御するためのパーツです。基板やコンピュータなどが組み込まれており、パネル表示によってパラメータの数値などを確認できるものもあります。また、NC旋盤の操作に必要なボタンやレバーといった部品が一緒に備わっていることも多いでしょう。

NC旋盤の導入費用・価格相場

NC旋盤の価格に関しては、サイズや加工性能、周辺機器の機能などによって大きく変動します。たとえば小型のNC旋盤であれば数百万円で導入できたとして、同じレベルの機能であっても対象ワークのサイズが大きくなれば数千万円の導入コストがかかることもあります。

また、ワークの対象サイズは小さくとも、精密制御やシステム連携といった高機能を搭載しているNC旋盤であれば一層に高額な導入コストが発生するかもしれません。

そのため、導入時にしっかりとニーズを明確化して比較検討することがコストパフォーマンスを左右するポイントになります。

NC旋盤が使用される業界・用途

一般論として、ものづくり業界の中でもNC旋盤の恩恵を受けやすい業界や用途をまとめました。

自動車業界・自動車工場

NC旋盤は金属加工を自動化するための工作機械であり、自動車のように様々な金属パーツを必要とする製品の製造や量産には欠かせないマシンの1つとなっています。

自動車業界においてNC旋盤は内燃機関や足回りのパーツ、あるいはインテリアの金属パーツなど様々な領域の部品を製造するために利用されており、対象となるワークや目的に合わせて様々なタイプが導入されています。

医療機器製造業

高品質な金属加工を大量に繰り返せるという安定した性質から、NC旋盤は医療機器の製造業界においても積極的に利用されていることは重要です。

医療機器としてCTやMRIといった画像診断装置があることに加えて、現代は手術支援ロボットなど人の生命管理に直結する医療用機器も誕生しており、安定的かつ正確な金属加工作業を自動対応できるNC旋盤の価値は非常に高いといえるでしょう。

一般製造業

自動車業界や医療機器業界の他にも、金属加工の必要がある分野や業界であれば幅広くNC旋盤の利用価値を追求することが可能です。

一般の雑貨として販売されている製品の機械部品や、家電業界や鉄道業界、航空宇宙産業、あるいは各分野で導入される産業用ロボットの製造にもNC旋盤が活用されています。

NC旋盤と加工ロボットを比較

NC旋盤は、旋盤に特化した自動加工マシンであり、設定や調整によって様々な作業や動作を反映できる加工ロボットとは本質的にコンセプトが異なっています。そのため、従来はNC旋盤と比較して加工ロボットの方が作業品質において劣っており、NC旋盤で対応可能な作業でも加工ロボットでは剛性が足りずに困難といったケースは少なくありませんでした。

しかし、現代は加工ロボットや産業用ロボットの品質及び技術の向上が進められ、加工ロボットでもきちんと旋盤に対応できる製品が増えてきています。

一定の条件下で作業を繰り返す少品種大量生産向きのNC旋盤に対して、ハンドエフェクタを使い分けながら多様な作業を再現する加工ロボットは多品種少量生産向きのマシンといえるでしょう。

NC旋盤とロボットの連携

コンセプトが違って導入目的やメリットにも違いがあるNC旋盤と産業用ロボットだからこそ、互いに連携させることでデメリットを補い合い、より高度なシステム化やオートメーション化の実現を目指せることは重要です。

そのため、現在ではNC旋盤をロボットシステムと連携させて製造ラインで一体化させ、生産工場のオートメーション化のレベルをさらに高めるといった利用方法も進められています。

今後はNC旋盤と加工ロボットという2つの利便性を融合させた活用法が主流になるかもしれません。

まとめ

NC旋盤は、職人の手作業で行っていた旋盤を、あらかじめコンピュータで作成したNCプログラムによって自動化できる工作機械でありシステムです。

NC旋盤はイニシャルコストが高いといった問題もある反面、従業員の金属加工の技術や経験に影響されることなく、一定品質の製品や部品を大量生産できるといったメリットも有しています。

NC旋盤と加工ロボットの連携や併用も価値が高まっており、これからNC旋盤や産業用ロボットを導入する際には比較検討の候補になるでしょう。

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参照元:
*1 トライエンジニアリング公式サイト https://trieg.co.jp/
*2 インフィニティソリューションズ公式サイト https://www.infinitysolutions.co.jp/faq/
*3 KADO公式サイト http://www.kado-corporation.com/