切削加工とは【金属の不要な部分を削って目的の形を作る加工です】

切削加工ってどんな加工？

切削とは、「切る」と「削る」から来た造語と言われています。

果物や野菜などは「切る」ですが、機械加工では「削る」と表現します。

何が違うのかというと、「加工の時の切り屑が変形すること」

例えばリンゴの皮むきをすると、切り屑（皮）は上手に巻き付けるとほぼ元の形に戻ります、しかし「削る」作業では元の形に戻りません。

そんなわけで、普段の加工の現場では「削る」という言葉がよく使われます。
切削加工では切削熱による変形のため、「切る」形での加工が難しいからです。

切削加工の基本的な種類3つ

切削における基本的な加工方法は、以下の3つが代表的です。

少し詳しく解説します。

旋削加工

「せんさく」と読みます。「旋回させて」「削る」から旋削ですね。
旋削加工は英語ではlatheとかturningとか言います。ちなみに中国語では旋削加工の事を车加工（車加工）と言います。

定義っぽく言うと、「素材を回転させて、工具を押し付けて切削する加工方法」です。

旋盤という機械で工作物（ワークと言います）を回転させて、工具（バイトと言います）を使って削ります。
身近な加工だと、野球の木製バットも旋盤で削っています。

「旋削加工とは。旋盤との違い、加工条件の決め方などトータルで紹介」という記事で、もう少し詳しい解説をしています。

フライス加工

フライス加工は旋盤と逆で、「ワークは固定して、工具を回転させて行う加工」の事を言います。

フライス加工を英語ではmillingと言います。日本語でも「ミーリング」ってよく言いますよね。フライスの語源はドイツ語の「Fräse」や、フランス語やオランダ語の「Fraise」から来ていると言われています（参考：Wikipedia）
ちなみにフライス加工は中国語では铣加工（銑加工）と言います。

平面を工具の直径の大きさで削り取っていくイメージ、、、逆にわかりづらいですかね。
四角いブロックの平面を削るイメージを持っていればOKかなと思います。

【超基本】フライス加工とは【技術者に必要な8つの知識を一気に紹介】という記事で、フライス加工についてもう少し詳しく解説していますので、よかったら参考にしてください。

穴あけ加工

穴あけ加工は、読んで字のごとく穴あけ加工です。
工具の中では一番身近な「ドリル」を使って加工します。

穴あけは英語ではDrillingと言います。（ドリルを使うので）
中国語では穴あけを钻头（鑽頭）と言います。これも「ドリル」の意味です。

身近なところで言うと、ボウリングボールの指穴の加工は、「ボール盤」という機械で穴あけ加工しています。

切削加工で使用する機械

画像は「機械加工が一番わかる本」より

知ってても得することは無いですが、切削加工を大きく分類すると「旋削」と「転削」があります。

です。

旋削はワークが回転するので、棒状のものが加工できます。主に旋盤で加工します。

転削は工具が回転するので、形状に自由度が出ます。フライス盤やボール盤が有名です。

現在はものづくりに求められる形状も複雑になってきたので、丸と角を合わせたような形状も加工できるように、制御軸の多いマシニングセンタもたくさん出ています。そして、展示会に行くとマシニングセンタの展示が多いです。

フライス盤とマシニングセンタの違い

転削加工で原始的なのがフライス盤で、そこからNC（Numetrical Control：数値制御）フライス盤が登場しました。
いままで職人が目盛りを上手に合わせて加工していたものを、デジタルでわかりやすく発展しました。

フライス盤では、面削り（エンドミルやフライスカッタ）、穴あけ（ドリルやリーマ）など工程が変わると工具を交換する必要がありますが、その手間をなくすためにATC（Automatic Tool Changer：工具自動交換機能）がついて、名前も「マシニングセンタ」になりました。
マシニング（加工）の工程ががセンター（に集まった）からマシニングセンタと、私は理解しています。

マシニングセンタはフライス盤からの発展形ですが、旋盤に工具交換機能を付けたものもマシニングセンタと呼んだりします。
その時は「横型マシニングセンタ」と言ったり、「複合加工機」と言ったりします。

そしてさらに、工作物を置く台（テーブル）に傾斜角を付けて加工できるような、5軸加工機もまた、「マシニングセンタ」と呼んだりします。
新しく生まれた機械なので意味が広いですね。

切削加工のメリットとデメリット

切削加工のメリットは、素材から削り出して目標の形を作れることです。

工具や切削加工条件を変更することで材料や要求する面粗さや加工時間に自由度があること、レーザー加工や板金加工のように厚みに制限がないこと、形状に自由度がある事などから広く使われています。

また加工精度もミクロンの単位で制御可能なので、精度が出しやすいのもメリットです。

プログラムを組めば一品物から量産品まで対応できるのも魅力です。

切削加工のデメリットは切り屑が大量に発生することです。
しかし切り屑は再利用できるので、同じ材料の切り屑をまとめて一気にリサイクルして、デメリットを減らしています。

切削加工で作れるもの

切削加工で作れるものは、機械によって変わります。
一つの機械で切削して完成する物もあれば、複数の機械を使って作り上げる物もあります。

切削加工で製作する部品を設計する時に気を付ける事

加工屋さんになるとどうしようも避けがたいですが、部品を新たに設計する際は、加工しやすい形状にすることが、設計のコツです。
機能上不要な曲面を作ったり、機械を何台も跨がないと完成できないような形状だとQCD（品質、コスト、納期）すべてに跳ね返ってきます。

「設計する人も機械の勉強をしておいたほうがいい」と言われるのは、量産時にネックになりそうなものを予め検討しておけるので、設計のセンスが磨かれるからですね。

「できる限り一般的な3軸加工機で加工が完了するような設計をする」と覚えておけばOKです。

切削加工に使う工具の種類と選び方

切削加工に使う工具の種類は、最低限これだけ覚えておけばかなり網羅できます。

少しだけ詳しく解説します。

工具は「単刃工具」と「多刃工具」に分類されます、が、現場で使うことは無いので忘れても良いです。

というだけです。今回紹介する中で単刃工具はバイトだけなので、「単刃工具は旋盤加工で使うんだな」くらいに覚えておけばOKです。

バイト

バイトは、旋削加工で使う単刃工具です。
旋盤の機械を見ると、彫刻刀のようなものがついていますが、それがバイトです。

バイト刃先の形状で名前が異なります。

などなど、種類も豊富です。

片刃バイト

外径切削、端面切削に使います。
外形を削るときに使うので、旋削加工では使用頻度が高いです。

外径の形状を作ったり、段付きの加工を作ったり、テーパ形状にしたり、器用に動かせば曲面や球面に近い形も作れます。

突っ切りバイト

突っ切りバイトは、ワークの外径に溝を入れたり、長いワークを切り落とすときに使います。

突っ切りバイトを使ってワークの中心部に向かって切り込みを入れますが、途中でやめれば溝入れ、中心まで削れば突っ切りです。

ネジ切りバイト

ネジの山や谷を作るためのバイトです。
一定のスピードで工具を送ると、ネジの山と谷が作られます。

中ぐりバイト

中ぐり加工（ボーリング加工）をする時に使われるので、ボーリングバーともいわれます。
片刃バイトが外径削りが得意であるのと対照的に、中ぐりバイトは内径削りが得意です。

ローレット工具

滑り止めになるローレット形状を作るための工具です。
精密ドライバーのざらざらした部分が、ローレット加工です。

ドリル

ドリルは、工具の中でも一番有名ですよね。
ご存知のように、穴をあける加工のために使います。

刃になっているのは一番先っぽの部分だけで、それ以外は切り屑を逃がすための溝です。

ドリルにも種類があります。

などなど。

▼ツイストドリルはよく見る形の、ねじれたドリルです。

画像はミスミより

▼センタドリルは、長い棒状のワークを旋盤で加工する時に、両持ちにするための穴（センタ穴）をあけるためのドリルです。

画像はミスミより

▼油穴付きドリルは、切り屑の排出をよくするためにセンタースルークーラント用の穴がついたドリルです。

画像はミスミより

▼ガンドリルは、深い穴をあけるときに使う、先っぽ以外は棒になってるドリルです。高圧クーラントを出して、切り屑の排出を良くします。

画像はミスミより

リーマ

リーマは、穴の仕上げ加工に使います。
ドリルで荒く穴をあけて、リーマで公差通りの穴に仕上げるイメージです。

▼こんな形状をしています。

画像はミスミより

エンドミル

エンドミルは、機械加工で非常にお世話になる工具です。
面を削ったり穴をあけたり溝を掘ったり、色んな使い方ができます。

切削加工に使うクーラントの種類と選び方

「油をささないと機械が焼き付く」って聞いたことありますか？
身近なところだと、自動車のエンジンオイルが足りないと、走るときに焼き付きます。

同じように、切削加工をすると加工面（工具の刃先とワークが接触する場所）が高温になって切れ味が悪くなります。
切削加工の時の切れ味を保つために、クーラント（切削油）を書けながら加工します。

クーラントは大きく分けて「非水溶性」と「水溶性」があります。

滑りやすさを上げたいのか、冷却したいのかによって、クーラントの選び方が変わります。

切削加工ではクーラントの選定はあまりやりません。研削加工はクーラントを変えたらどうなるか？とかよく研究しているイメージです。

切削加工の基本知識

画像は「機械加工が一番わかる本」より

切削加工の基本知識として、以下の3つを紹介します。

切削加工に影響を及ぼす力

切削加工に影響を及ぼす力はいくつかありますが、特に加工中に困る事の多い3点を、本記事では紹介します。

加工抵抗について

金属を切削加工する時に、工具の刃とワークの間に摩擦力が働き、それが切削抵抗として現れます。
切削抵抗の大きさは素材の種類（柔らかいのか硬いのか、粘り強いのかサクサク切れるのか）や切削する時の除去体積、加工条件（工具の回転数や送り量）などが関係します。

工具と素材の相性があるので、「この素材はこの工具で、この条件で削るといい」という情報をたくさん持っておくことが大切です。
切削条件や工具の選定については、工具のカタログによく書いてあるので参考にすると良いです。

加工抵抗を知って、工具と素材の相性を理解すると加工品質や工具寿命にダイレクトに聞いてくるので、まずは「相性があるなだな」という情報だけ覚えておきましょう。

熱変形について

温度が上がると素材が膨張します。
切削加工では金属同士の摩擦で火花が飛び散る事もあるくらい高温になるので、工具の刃先とワークの間にクーラントをかけて温度を下げます。

他にも工作機械自体も稼働時間が長ければ熱を持ってくるので、これも加工精度に影響が出ます。

よくある事例として、「お昼休みに一斉に機械を止めたら機械が冷えてしまい寸法が大きく出てしまった」なんて事があります。
他にも、「クーラントが上手に刃先に当たらず、熱で摩耗して寿命が短くなった、ワークが熱膨張して削り過ぎてしまった」などの問題もあります。

精密な加工をする時は恒温室（つまりエアコンのよく効いた部屋で、年中同じ室温）で加工をすることもあります。

剛性について

剛性とは、物体の変形しにくさ、曲がりにくさを表します。

剛性が弱い素材（長い棒など）だと先端がたわんで回転したときに大きく振れます。
剛性が弱い工具（突き出しの長いカッターなど）だと切削力が弱くなったり、工具が振れて削り過ぎた利します。

剛性がビビリに関わっているので、「表面がでこぼこしてるな」と思ったら剛性を疑うと、原因を発見できます。

切削加工で発生する切り屑の見方

切削加工で発生する切り屑、じつは切り屑の色や形を見ると切削条件がちょうどいいのかを判断するヒントになります。
「切削条件がちょうどいい」とは、工具の寿命と、品質を同時に確保できる条件の事です。

切り屑は大きく分けて2種類あります。

流れ型切り屑

画像は「わかる！使える！機械加工入門（基礎知識）」より

流れ型切り屑は、良好な切り屑の形です。

切削抵抗が一定で安定していて、綺麗な加工面を得ることができます。
すくい角が大きい時、切削速度が大きいとき、送りや切り込みが小さいときに現れやすいです。

つまり、抵抗が小さめの時ですよね、仕上げ加工の時の切り屑を見てみると、流れ形の切り屑を見れるかもしれません。

せん断型切り屑

画像は「わかる！使える！機械加工入門（基礎知識）」より

削った切り屑が欠片になって飛んでくる切り屑です。

粘り強くなく、切り屑が繋がりにくい材料を削った時に発生しやすい切り屑の形状です。
送り量、切り込み量が大きいときに生成されやすいといわれています。

切削力が一定ではないので、流れ形切り屑を出す加工よりも仕上げ面が悪くなります。しかしむしり型や亀裂型よりは良好な仕上げ面になります。

むしり型切り屑

画像は「わかる！使える！機械加工入門（基礎知識）」より

切り屑が刃先に粘りついたときにできる切り屑です。

アルミニウムなど粘り強い材料で発生しやすく、構成刃先が発生したときに出ます。

ただし、切削条件を最適にすると流れ型になる場合もあるので、加工条件を見直すタイミングかもしれません。

亀裂形切り屑

画像は「わかる！使える！機械加工入門（基礎知識）」より

削るよりも先にワークに亀裂が入ってはがれていく、、、みたいな現象で発生します。

鋳鉄など、もろい材料を切削加工したときの切り屑に見られます。

切削加工の条件の決め方

切削加工の条件の決め方として大切なのは、以下の4つです。

この3つについて、簡単に紹介します。

切削条件を決めるときは、まずは図面を見ます。

こんな事を決めます。

素材の形状から工作機械を決める

図面では、まず「どんな部品を作るのか」を見ます。そこで工作機械を決めます。

丸い部品なら旋盤を選び、四角い部品ならフライス盤を選ぶといった感覚です。
5軸のマシニングセンタを選ぶのも良いですが、軸制御が複雑だったり機械の値段が高かったりするので、よっぽど複雑な加工以外は旋盤型の3軸マシニングセンタとか、フライス盤型の3軸マシニングセンタとか、最低限の機械を選ぶのがコツです。

素材の材質から工具を決める

次に材質を見ます。

SS400とか、S45Cとか、大体図面の右下に書いてあるやつですね。

工具とワーク材質には相性があるので、工具のカタログや自身の経験から工具の形状や工具の材料を決めます。
工作機械メーカーの人でも工具カタログを基準に工具を選定しているので、やり方はそれでOKです。

また、それでも最適な工具を決めきれないときは工具の商社に図面を見せて相談する方法もあります。

工具と形状、寸法精度から条件を決める

工具の形状、工具の材料、そしてワークとの相性から、ある程度加工条件が決まります。
（荒加工は回転数●●、送り○○、仕上げはもう少し変えて…など）

その条件を基本条件にして、図面の精度要求が厳しければ条件を落とし、ゆるければ条件を上げるなどの微調整をします。

荒加工は雑に、仕上げ加工は丁寧に加工するように条件選定すると早く、品質を満たした製品を加工できます。

切削加工のほかに、どんな加工がある？

範囲で見ていくと、金属の加工方法は種類が非常にたくさんあります。

必要になれば細かい内容を見ていくとして、今回は切削加工が含まれる「除去加工」について見てみましょう。

「切削加工」以外の除去加工は、

等があります。

研削加工とは

研削（Grinding）は切削の後の仕上げに使われることが多く、研磨（Polish）は特に表面粗さが求められる場合に使われることが多いです。
研削と研磨はよく一緒の仲間として見られます。「表面をピカピカにしたい」時に使うものだと思っておけば良いです。

「研削加工とは」という別記事を書いているので、詳しく知りたい方はこちらの記事も参考にしてください。

▶「研削加工とは」について詳しく知る

放電加工とは

放電加工は切削しづらい硬い金属を加工する時に利用されますが、加工の特性上ひび割れするなどの不具合が起きやすいことから「できれば切削加工したい」といった感じの立ち位置です。金型加工に広く利用されます。

▼日本語での分かりやすい説明が無かったので、英語が分かる方はこちらの動画をどうぞ（アニメーションで視覚的にわかりやすくなっています）

切断加工

切断加工は対象物を「切断」したい時に利用します。板材の加工に使ったり、長いものを短くするときに使ったりします。

切断の方法は6種類あります。

「どんなイメージなの？」というのが分かりやすいレーザーの加工の動画を貼っておきます。
イメージの通り、切れ味よく「切って」います。

今回は切削加工について網羅的に紹介しました。

当ブログでは、ものづくりに関する情報を網羅的にまとめたサイトにして、新入社員の教科書になるのが夢なので、気になる事があればどんどんコメントをください。Twitterもやっていますので、意見など頂けると嬉しいです。

私ももっともっと勉強して、日本のものづくりに貢献したいと思っています。