小ロット品に合わせた加工部位は何ですか？
機械や生産設備の設計者にとってワークは非常に重要な要素です。 全体的な機能やパフォーマンスだけでなく、コストにも大きく関係します。
FA機器などの少量生産品の部品を設計する際、製造プロセスを考慮して設計していますか？
量産品の場合、製品一つあたりのコストは安くなりますが、金型代などのイニシャルコストが膨大になります。 一方、FA機器は少量生産のため、イニシャルコストが安い生産方法を選択する必要があります。
少量生産に適した製造方法としては、例えば、マシニングに代表される機械加工、レーザー切断等の板金加工、溶接等が挙げられる。
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特にFA機器のデバイス部品では以下のような加工方法がよく使われます。
機械加工
機械部品、強度、剛性、精度が要求される部品の二次加工、缶詰加工品
板金加工
カバーやハウジングなどの薄板部品、強度、剛性、精度をあまり必要としない部品
溶接工程
アングル材やパイプ材等からなる部品（フレーム、スケルトン等）の製缶加工。
まず、主要な機械加工に焦点を当てます。
機械部品製造の強い味方！ 機械加工
一口に機械加工といっても様々な方法があります。 機械加工は基本的に、基材から不要な部分を除去して、目的の形状を実現するプロセスです。 この処理を除去処理ともいう。 主な加工方法は以下の通りです。
フライス加工（機械加工）
素材を固定し、回転工具で切削することで不要な部分を取り除く加工です。 マシニングとも呼ばれ、機械加工の主役の一つとも言えます。
工具はエンドミルと呼ばれ、用途に応じて形状や大きさが使い分けられています。 穴あけ、切断面、溝加工など汎用性の高い加工方法です。
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主な機械設備：一般フライス盤、CNCフライス盤、マシニングセンター、5面マシニングセンター
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CNCフライス盤
マシニングセンター
※加工機の写真は著者および関係者が撮影したものです
旋盤（旋削）
素材（主に丸材）を回転させ、工具を押し当てて不要な部分を削り取る加工です。 旋削加工とも呼ばれ、機械加工のもう一つの主役とも言えます。
材料を固定して回転工具を接触させる機械加工とは異なり、旋削は材料を回転させて切削工具と呼ばれる工具を接触させます。 したがって、回転できる形状は同軸円筒または円筒形状でなければなりません。
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機械加工に比べて同軸形状を早くきれいに加工できるのが特徴です。 シャフトやロッドなどの円筒・円筒形状の高精度加工によく使用されます。
また、羽根車などは旋削加工後にマシニングセンタに切り替えて加工するのも一般的な加工技術です。
主要機械設備：一般旋盤、CNC旋盤、複合旋盤、ターニングセンタ、自動旋盤
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一般旋盤
CNC旋盤
退院クラス
これは、通電した電極 (銅またはグラファイト製) またはワイヤを材料に近づけてアーク放電を発生させ、材料を溶解して除去するプロセスです。 導電性があればどんなに硬い材質でも加工できるという利点があります。 例えば、フライスでは不可能なコーナーや底面の加工も可能です。
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ワイヤ電極で輪郭を除去するワイヤカット放電加工や、対称形状の電極を接触させることで様々な形状を実現できる放電フォーミング加工など。放電加工は金型製作などで主に使用されています。
主な機械設備：放電加工機、放電加工機
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ワイヤー放電加工機
放電加工機
研削
回転する砥石を接触させて素材の表面を精密に仕上げる加工です。 部品同士の接合面など、精密な仕上げが必要な部品に。
精密な平面の加工のほか、円筒形状の外周や穴の内径などを仕上げる研削加工もあります。
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主な機械設備：平面研削盤、円筒研削盤、座標研削盤、ホーニング盤
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平面研削盤
まずは機械加工の主役でもあるフライス切削加工について説明します。
底板やシェルなどの板状・ブロック状の部品の加工に適した加工方法です。 FA機器などの部品加工では主流の加工方法と言えます。
加工現場の印象を作り上げよう！
機械加工は、材料を装置のテーブル上に固定し、高速回転する工具（エンドミル）を材料に押し当てて不要な部分を削り取る加工です。 主に、表面の切断、輪郭の切断、穴開け、溝入れ、曲面の切り抜きが可能です。
また、非常に汎用性の高い加工方法ですので、それぞれの加工方法に適した工具を交換することで加工が可能です。
汎用フライス盤とは、工具を手動で交換しプロセッサーによって動作させる汎用フライス盤と、動作する部品を数値制御（ニューメリカルコントロール：Numerical Control）できる数値制御フライス盤のことです。 数値制御とは、プログラムに従って主軸の回転や移動、ワークテーブルの移動を自動的に行う機能のことです。
また、ATC（Automatic Tool Changer：自動工具交換装置）を備えたものをマシニングセンタと呼びます。 加工中に複数のツールが自動で切り替わるため、素材を組み立ててプログラムを起動すれば、素材に対してさまざまな加工を一度に行うことができます。
現在主流の汎用マシニングセンタの構成を下図に示します。
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マシニングセンタの構成（森精機：NV4000）
材料（主にブロック材）を作業台に置き、固定し、ツールを取り付け、材料原点を設定し、加工プログラムを入力します。 その後、プログラムに従って主軸とテーブルを加工し、所望の製品形状を実現します。
加工用のプログラムをNCプログラムといいます。 昔は紙テープに出力して、それを機械で読み取ってもらう方式だったようです。 現在、プログラムを作成するには主に 2 つの方法があります。
① コントローラにプログラムを直接入力
② CAM という PC アプリケーションを使用してデータを作成し、コントローラに転送します。
単純な形状の場合は①の方法で、複雑な形状の場合は②の方法でプログラムを入力できます。
加工できるアイテム
では、機械加工で作れるものはどのような形状になるのでしょうか？ ここではまず、イメージを持っていただくために代表的な部品例をご紹介します。
1～2軸加工品
最も簡単に作成できる部品は、一方向から打ち抜くか切断することで作成できる形状です。 一軸方向の加工や同一高さの輪郭加工、溝入れなどの表面加工は比較的単純な加工です。
下図の例のように、平面にネジ穴やドリル穴だけを設けたベースプレートや、部分的にカットや面取りを施したブロックなどが代表的な加工です。 穴や切り抜きに加えて、輪郭や溝も加工できます。
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多面加工品
上図の部品を一方向だけでなく多方向から加工した加工品です。 図3に示すように、一方向からの輪郭加工、穴加工、溝入れ、ノッチ加工に加え、横方向からの穴加工も行います。
図4に横方向からの溝加工と反対方向からの穴加工の例を示します。 素材をひっくり返して向きを変え、全方向に形状を加工する加工です。
一方向から加工した後、材料を裏返して再度固定することを「ワーク交換」ともいいます。
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3-軸加工
3-軸加工とは、一方向からの加工でも滑らかな曲面（自由曲面など）を切削できる加工方法です。 先端が丸いボールエンドミルの曲面に沿って移動させて仕上げ加工を行います。 図5のような自由曲面の部品だけでなく、図6のような人や動物をスキャンして得られた曲面も加工できます。
曲面に沿って主軸を3次元的に同時に動かす必要があるため、3D加工に対応したCAM（Computer Aided Manufacturing）用の専用アプリケーションを使用してNCプログラムを作成します。 この加工方法は射出成形部品の機械加工によく使用されます。
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多軸加工品
ブロック状ではないが全体形状が複雑な部品も加工可能です。 材料を全方向にリセットし、5- 軸加工機を使用することで、複数の面を持つ複雑な形状を製造できます。 航空部品などでよく使われる加工方法です。
図 7 と図 8 は、典型的な航空宇宙部品の形状 (概略図) です。 自由曲面と穴加工の組み合わせ、突起、全体の薄肉形状など複雑な薄肉構造が多いのが特徴です。
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多軸同時加工
最新の 5- 軸および複合加工機では、一部の形状は工具の動きと同期して材料を回転させながらのみ加工できます。 代表的な形状としては、図9に示すようないわゆるロータブレード（4-軸同期）や、図10に示すような羽根車のような形状（5-軸同期）があります。
このように、固定された材料方向からのみ機械加工できない複雑な形状の場合、機械加工には利点があります。
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機械加工では単純な形状から複雑な形状まで、ほぼすべての部品の加工が実現できます。
