旋盤は、金属やプラスチックの材料を所望の形状に精密に加工する工作機械です。
今回は、旋盤の種類や構成について解説します。
1. 旋盤とは何か
旋盤は、金属やプラスチックなどの材料を加工するための工作機械の一つです。原料を旋回させながら、刃物を接触させることで、所望の形状やサイズに材料を削ることができます。この方法により、円筒形状やテーパ、ねじなどの複雑な形状も精密に作成することができます。
2. 旋盤の種類について
①汎用旋盤（普通旋盤）
汎用旋盤、または普通旋盤は、最も一般的な旋盤のタイプであり、様々な部品の加工に対応できるように設計されています。手動で操作されることが多く、熟練の技術者が必要とされることが一般的です。基本的な旋盤加工の学習や小規模な生産に適しており、多種多様な加工を行うことが可能です。
②NC旋盤
NC旋盤は「Numerical Control」の略で、数値制御を用いて自動的に部品を加工する旋盤です。コンピュータで作成された加工プログラムをもとに、精密な加工を高速で行うことができます。生産効率や再現性が高く、大量生産に適しています。
③卓上旋盤
卓上旋盤は、小型の作業台や机の上に設置できる小型の旋盤です。趣味や教育目的、試作品の作成など、小規模な作業に適しています。場所を取らないので、限られたスペースでも使用可能です。
④正面旋盤
正面旋盤は、ワークの端面を主に加工するための旋盤です。大きな径のワークや、内径の加工が主な用途となります。複数の刃物を同時に設置できるのが特徴で、効率的な加工が可能です。
⑤立旋盤
立旋盤は、主軸が垂直に配置されている旋盤で、大型のワークの加工に適しています。船舶部品や風力発電の大型部品など、大きな寸法の部品の加工に使用されます。
⑥タレット旋盤
タレット旋盤は、複数の刃物を一つのタレットに取り付けることができる旋盤です。タレットを回転させることで、連続的な加工工程を一つのセットアップで完結させることができます。生産性が高く、中・大量生産に適しています。
⑦複合加工旋盤
複合加工旋盤は、旋盤加工だけでなく、フライス加工やドリル加工など、複数の加工を一台の機械で行うことができる高機能な旋盤です。加工工程の効率化や高精度な加工が求められる場面で使用されます。
3. 一般的な旋盤の構成
旋盤は金属や木材を加工するための機械工具であり、特定の形状やサイズに仕上げるために用いられます。以下に、旋盤の主な構成要素について詳しく解説します。
①主軸台
旋盤の中心的存在である主軸台は、加工する材料や工具を固定・回転させる「主軸」を収容する部分です。通常、堅牢な鋳鉄や鋼材で作られ、振動や熱の影響を抑える構造を持っています。主軸はモーターによって駆動され、高精度なベアリングを介して滑らかに回転します。主軸台内部にはクーラント供給システムも組み込まれることがあり、加工中の冷却や潤滑を助けます。この部分の精度と安定性は、旋盤全体の性能や完成する製品の質に直接影響するため、非常に重要です。
②心押し台
心押し台は、旋盤の作業時に、加工材の両端を安定して支える役目を果たす部分です。主軸台に固定された材料のもう一方の端を支え、中心を合わせるために使用されます。この支えがあることで、長尺の材料でも曲がることなく、正確に旋盤加工が可能となります。心押し台の先端は細く尖っており、加工材の中心にピンポイントでプレッシャーをかけることができる構造になっています。
また、位置調整が可能で、さまざまな長さや太さの材料に対応することができます。心押し台の精度や安定性は、加工品の品質や加工時の安全性に直結するため、適切な管理と使用が求められます。
③往復台
往復台は、旋盤において刃物台を材料の上で正確に移動させるための部分です。刃物の位置を微調整しながら材料に対する加工の深さや位置をコントロールすることができます。この台の動きは、旋盤の操作者が手動で行ったり、モーターや送り装置と連動して自動で行われたりします。往復台の正確な動きは、旋盤加工の精度に直結しており、均一な仕上がりや複雑な形状の加工を可能にします。また、往復台はベッドの上をスムーズに移動する設計となっており、摩擦を最小限に抑えて精度の高い加工をサポートします。定期的なメンテナンスや清掃が必要で、特に刃物の微調整の際の安定性を保つためには、往復台の管理が欠かせません。
④送り装置
送り装置は、旋盤における主要な部分で、刃物台や往復台を一定の速度と方向で動かす役割を持っています。この装置によって、加工物に対する切削刃の移動速度がコントロールされ、均一な加工や特定の形状の切削が可能となります。送り装置は、手動または自動の方式で動作することができ、多くの旋盤では変速機構を備えており、切削速度を調整することができます。精度の高い加工を行うためには、適切な送り速度の選択が不可欠であり、その速度は加工する材料や切削刃の種類、加工の目的に応じて選ばれます。熟練の旋盤オペレーターは、最適な送り速度を瞬時に判断し、高品質な加工結果を実現します。
⑤ベッド
旋盤のベッドは、旋盤の主要な基礎部分としての役割を果たし、機械全体の安定性や精度を保つための基盤となります。通常、鋳鉄や他の耐久性のある材料で作られており、機械の振動を吸収し、切削時の安定性を向上させる目的があります。ベッドの上面は精密に加工されており、刃物台や往復台がスムーズに移動することを確保します。
また、ベッドにはV字型や平らなガイドレールが備わっている場合が多く、これらのガイドレールは刃物台や往復台の正確な移動を支える重要な役割を持ちます。耐久性と精度の両立が求められるベッドは、旋盤の性能や寿命に大きく影響するため、定期的なメンテナンスや清掃が欠かせない部分となっています。
⑥刃物台
刃物台は旋盤における切削工具の取り付けと位置決めを行う部分であり、工作物に対する切削の精度や質を大きく左右します。刃物台はベッド上を水平方向にスライド移動することができ、送り装置や手動の操作により、工作物に対する切削工具の位置を微調整することが可能です。多くの刃物台には、切削工具の角度や高さを変更するための調整機構が備わっており、異なる形状やサイズの工作物に合わせて最適な切削条件を設定することができます。
また、刃物台は強固に作られているため、切削時の振動や荷重にも耐えることができます。そのため、刃物台の質や機能は、高精度な加工や効率的な作業を実現する上で非常に重要な役割を果たします。
⑦チャック
チャックは旋盤における工作物の固定装置の一つで、工作物を主軸と同期して回転させるための重要な部品です。多くの旋盤で使用されるチャックは、いくつかの爪（ジョウ）が内側へと動くことで工作物を挟み込み、確実に固定します。この爪の動きは、チャックの中心部にあるキーを回すことで調整が可能です。
チャックはその形状や爪の数、固定方法によってさまざまな種類があります。例えば、三爪チャックや四爪チャックなどが一般的です。また、自動旋盤やCNC旋盤などの高度な旋盤では、油圧や空気圧を利用したチャックも存在し、迅速なワーク交換や高度な加工をサポートします。チャックの選択や使い方は、加工する工作物の形状やサイズ、そして旋盤の種類や用途に応じて変わります。
4. 旋盤に必要なバイトの種類
付刃バイト
付刃バイトは旋盤加工において一般的に使用されるバイトの一つです。その名の通り、先端に刃が付けられたバイトで、主に金属材料の旋盤加工時に用いられます。付刃バイトの特徴は、先端の刃部分が研磨や交換が可能であり、加工精度を一定に保つことができる点にあります。さまざまな形状や切れ味のバイトが...
スローアウェイバイト
スローアウェイバイトは、一度刃が摩耗するとその部分を取り替えるタイプのバイトです。名前の「スローアウェイ」は、使い捨て可能な刃部分を指しています。繰り返し研磨することなく、刃部分を新しいものに交換することで、常に良好な切れ味を維持することができます。大量生産や精密加工において、加工精度を一定に保ちつつ作業効率を上げる目的で多く使用されます。
ムクバイト
ムクバイトは旋盤加工での内径加工、特に深い穴の加工に適しているバイトです。細長い形状をしており、深い場所へのアクセスが可能で、狭いスペースでもしっかりと材料を削ることができます。ムクバイトは内径の仕上げや、特定の深さまでの穴あけ作業などに特化しており、適切な取り扱いとともに、高い加工精度を実現することが可能です。
5. 旋盤でよく使用する加工方法
① 外丸削り
外丸削りは、ワークの外径部を均一に削る基本的な加工方法です。ワークの形状を円筒形にしたり、外径を所定の大きさにするために行われることが多いです。加工時には、ワークを旋回させながら刃物を横方向に移動させて材料を削り取ります。使用する刃物の種類や形状、切り込みの深さ、旋盤の回転速度などのパラメータに注意を払い、材料や仕上がりの要求に応じて適切に調整することが重要です。外丸削りにより、高い精度や美しい表面仕上げを実現することが可能となります。
② テーパー削り
テーパー削りは、ワークの外径をテーパ形状にする加工方法です。特定の角度で斜めになった面をつけるため、部品の組み合わせや適切な形状を持たせるために行われます。テーパの角度や長さに応じて刃物の進行方向や旋盤の設定を調整する必要があります。また、細かいテーパの角度や仕上げの要求に合わせて、刃物の微調整が必要となる場合もあります。
③ 端面削り
端面削りは、ワークの端部を平らにするための加工方法です。製品や部品の寸法精度を向上させるため、または接合部を滑らかにするために行われることが多いです。具体的には、ワークを旋回させつつ、刃物をワークに対して縦方向に進行させて不要な部分を削り取ります。端面の平坦度や仕上がりの品質を保つための適切な加工速度や刃物の選択が必要です。
④ 中ぐり加工
中ぐり加工は、ワークの中心部に円形の穴を開ける加工方法です。特定の深さや径の穴を作るために、ドリルや特殊な中ぐり刃を使用して加工します。深い穴を開ける際には、刃物の冷却やチップの除去などの注意点があり、精度や仕上げの品質を確保するための技術が求められます。
⑤ 突切り
突切りは、ワークを一定の長さに切断する加工方法です。突切り刃を使用して、ワークを回転させることで、刃物がワークを切断します。切断面の品質や精度を保つため、適切な刃物の選択や旋盤の設定が重要です。高い生産効率を求める場合、この加工は自動化されることが多いです。
⑥ ねじ切り
ねじ切りは、ワークの外径や内径にねじの形状を加工する方法です。部品の組み合わせや固定のためにねじを必要とする場合に使用されます。旋盤でのねじ切りでは、特定のピッチや深さのねじを作成するために、ねじ切り刃やタップを使用します。ワークの材料やねじの要求仕様に応じて、刃物の選択や旋盤の設定が必要となります。
6. 旋盤加工によるトラブルや事故を防ぐための注意点
旋盤加工時の注意点：作業時の服装や姿勢
旋盤作業時の安全は重要です。作業者は、ゆるい衣服、ぶら下がるアクセサリーやネクタイなどの着用を避けましょう。また、髪の長い方は髪をしっかりと束ねることが必須です。
このような取り組みは、機械への巻き込み事故を防ぐための基本です。足元は滑りにくい靴で確実に立脚し、作業中は常に正面から機械を注視し、正確な操作を心がけましょう。
また、疲労や体調の不調を感じた場合は、無理をせず作業を一時中断し、安全を最優先に行動することが大切です。
旋盤加工時の注意点：立ち位置や刃物の扱い
特に立ち位置や刃物の取り扱いが旋盤加工時の注意ポイントです。作業時、作業者は旋盤の正面に立ち、ワークピースや刃物の動きを常に注視すべきです。安定した足元で、適切な距離を保ちながら作業することで、予期せぬ事故のリスクを低減できます。
刃物に関しては、取り扱う際は手袋の着用が必須です。また、取り付けや取り外し、位置の調整を行う際は、旋盤の電源をオフにしてから作業を行うことが求められます。鈍ったり、欠けた刃物は即座に交換すること。これらの基本を守り、日々の作業に臨むことで、安全と効率を両立させた加工が実現します。
7．まとめ
旋盤は多岐にわたる部品製作のための重要な工作機械であり、その種類や構成、使用方法についての知識は非常に重要です。注意点を守ることで、安全かつ効率的な加工が可能となります。