NC旋盤とは？構造、マシニングセンタとの違い、主な加工方法
NC旋盤は旋盤加工のなかでも、NC装置を使用して数値制御・自動化・省人化を実現できる加工機械です。
この記事では、NC旋盤の基本的な情報やNC旋盤のメリット、デメリットについて解説しています。この記事を読めばNC旋盤の概要を理解できるでしょう。
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目次
１．NC旋盤とは？汎用旋盤、マシニングセンタとの違い
NC旋盤とは、材料を目的の形状に加工するために使われる工作機械の一種です。工作機械は、機械の部品を作るための機械でもあるので、工作機械の精度はものづくりにおいて非常に重要な要素となっています。
本章では、工作機械であるNC旋盤の定義などの基本的な知識について解説していきます。
（1）NC旋盤とは？CNC旋盤との違い
NC旋盤とは、旋盤加工を数値制御(Numerical Contorol：NC)で行う機械です。NC旋盤の加工を行う際の制御プログラムをNCプログラムと呼びます。
NC旋盤が開発された当初はテープにNCプログラムを書いていました。しかしコンピューター上でNCプログラムを作成する機種が開発され、それらを区別するためにコンピューターを用いた旋盤をCNC(Computer Numerical Control)旋盤と呼ぶこともあります。現在ではほとんどのNC旋盤がコンピューターを用いているので、CNC旋盤を単にNC旋盤と呼ぶことが多くなっています。
また、NC工作機械については以下の記事を参考にしてください。
（2）そもそも旋盤とは
旋盤とは、加工する材料を回転させながら刃物を押しあてて丸い棒状に加工する工作機械です。
旋盤はその加工原理から円筒状の加工を得意としていて、自動車や建設機械、医療、生活家電などさまざまな製品の部品を作成するのに使用されています。
製品の精度を高くするためには、使用される部品の精度を上げることが必要不可欠です。したがって、さまざまな製品の部品を作成する旋盤の精度を高くすることはより高精度なものづくりを行っていく上で非常に重要です。旋盤加工も手作業から数値制御になったことで非常に高精度な加工が可能になりました。
（3）汎用旋盤との比較
旋盤のなかでもNCプログラムを用いずに、作業者が手動で加工するものを汎用旋盤や普通旋盤と呼びます。また、単に「旋盤」と表現した場合は汎用旋盤のことを指していることも多いようです。
汎用旋盤はNC旋盤と違い加工用のハンドルがついていて、そのハンドルを操作して加工を行います。
作業者が手動で加工を行うので、作業者ごとに加工品の質がばらついてしまいます。また、同じ作業者であってもその日の体調や連続して加工することで疲労して品質にバラツキが出てしまうケースもあるでしょう。
一方で、少ロットや試作品の加工、バリ取りなどのちょっとした修正などでは、NC旋盤よりもNCプログラムを書く必要がない汎用旋盤のほうが向いています。
（4）マシニングセンタとの違い
NC旋盤と同じようにNCプログラムを使用して加工を行う加工機械に、マシニングセンタがあります。
マシニングセンタは、フライス盤の一種でNCプログラムを用いること、ATC(自動工具交換装置：Automatic Tool Changer)が搭載されていることが特徴です。
NC旋盤は材料を回転させながら刃物を押し当てて加工するのに対して、フライス盤では刃物を回転させながら材料に押し当てて加工します。
NC旋盤とマシニングセンタでは、旋盤とフライス盤といった加工方法自体に違いがありますが、どちらもNCプログラムを使用するといった点から比較されることが多いようです。
マシニングセンタについては以下の記事を参考にしてください。
NC旋盤については、以下の動画も参考にしてください。
引用：機械加工－NC旋盤－
２．NC旋盤の構造
NC旋盤は主に機械本体・NC装置・操作パネル・オイルユニットからなっていて、この4つに生産性を高めるための付属装置を取り付けて加工を行います。
ここでは、NC旋盤の一般的な構造について見ていきましょう。
（1）機械本体
機械本体は主に、加工する材料を取り付ける「主軸」と切削工具を取り付ける「刃物台」、長い工作物などを両端保持するための「心押し台」で構成されています。
旋盤では、加工によって使用する工具を切り替える必要があります。しかしNC旋盤によって自動化する上で、その都度人の手で工具を取り替えるのは効率的とは言えません。
そこで、NC旋盤は刃物台に複数の工具を取り付け、刃物台が移動することで工具を取り替えることができるようになっています。
主な刃物台の種類は以下の通りです。
| タレット型 | 櫛刃型 |
| 円筒状の刃物台に工具を取り付ける。刃物台が回転することで工具の交換ができる。 | 工具を水平に取り付ける。刃物台が水平移動することで工具の交換ができる。 |
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（2）NC装置
NC装置は、NCプログラムから加工するための主軸の回転数や刃物台の移動指示、付属装置のオンオフの指示などを数値情報で指示を出す制御装置です。
NC装置にコンピューターが導入されたことで、従来のNCテープでは行うことのできなかった複雑な演算や制御も可能になりました。
（3）操作パネル
NC旋盤の制御やNCプログラムを入力する装置です。近年では、より直感的に操作することのできるタッチパネルを搭載したNC旋盤もあります。
（4）オイルユニット
オイルユニットには、油圧装置の動力を伝達させるための油圧ユニットと、可動部分の動きを滑らかにするための潤滑油ユニットに分けることができます。
①油圧ユニット
油圧装置からの圧力を伝達するための作動油が入っていて、この圧力で加工する材料を締め付け保持しています。
油圧装置はNC旋盤稼働中は常に動いており、作動油の温度が高くなりやすいです。そのため作動油は温度変化によって粘度や潤滑性などが変化しないことが求められます。
また、難燃性であることも重要で、極端に高温になってしまうような環境ではチラーなどを使って温度管理する必要があります。
②潤滑油ユニット
潤滑油は刃物台の移動を滑らかにするために使用されます。
潤滑油は粘度が高すぎでも低すぎても加工に影響を与えてしまうため、適正な粘度の潤滑油を使用することが重要です。また、使用するうちに粘度が変化していくので定期的な管理が必要です。
（5）付属装置
NC旋盤には、自動化や無人化、省力化のための装置をオプションで取り付けることができます。
一例としては、1つの加工が終了して材料が無くなると自動で材料を主軸に送り出すオートフィーダーや加工で出た切りくずを自動で排出させるチップコンベアなどがあります。
３．NC旋盤のメリット
NC旋盤には、加工の自動化や加工の精度向上などさまざまなメリットがあります。詳しく見ていきましょう。
（1）加工を自動化できる
NC旋盤はNCプログラムに従って自動で加工を行います。そのため、一度NCプログラムを作成すれば加工の大半を自動化でき、作業効率の上昇や人件費の削減を行うことができます。
特に、量産加工においてNC旋盤が大きく貢献することでしょう。
（2）高精度な加工が可能
NC旋盤は、回転速度や工具の移動速度を制御したり、XYZ軸の位置情報などを0.001mm単位でプログラムすることが可能な機種もあります。また、曲面や複雑な形状の加工も可能なので人の手で加工を行うよりも高精度な加工をすることができます。
（3）品質のバラツキを小さくできる
NC旋盤では、NCプログラムに沿って自動で加工を行うので均質な加工を行うことが可能です。
人の手で加工を行う場合、作業者による製品のバラツキは避けることが出来ません。また、一部の熟練した作業者しか加工できないようなケースも考えられます。しかし、NC旋盤を使用することで、そのような作業の属人化を防ぐことができます。
（4）安全性が高い
NC旋盤では、加工中に作業者が付きっきりになる必要がないため、汎用旋盤に比べて安全性が高いといえます。
旋盤加工中は、切りくずや工具が飛んできたり粉塵を吸い込んでしまう危険性があります。また、旋盤に巻き込まれてしまう可能性もあります。
汎用旋盤では加工時に作業者が旋盤の前にいなければならないため、それらのリスクを完全に避けることが困難です。
しかし、NC旋盤では加工をスタートしてしまえば旋盤から離れることができるので、リスクを最小限に抑えられます。
４．NC旋盤のデメリットや注意点
加工精度や効率化、安全性の向上などメリットの多いNC旋盤ですが、デメリットや注意すべき点も存在します。
（1）プログラムの作成に知識が必要
NC旋盤と汎用旋盤の違いで最も特徴的なことは、プログラムを用いるかどうかです。NC旋盤はNCプログラムを作成すれば高い精度の加工を連続的に自動で行えますが、そもそも適切なプログラムを書くことが出来なければ加工することは出来ません。
特に、複雑な加工を行うためにはCAMやCADなどのアプリケーションの知識も必要となります。汎用旋盤では感覚的に行えていた作業も数値で置き換えて表現する必要があります。
（2）作業開始までの工数が多い
NC旋盤では加工前のプログラムの作成や入力だけでなく、工具の取り付けや空運転による設定確認など汎用旋盤に比べて加工前の前段取りが多くなっています。
また、NCプログラムに不備があった場合は加工終了まで気が付かない可能性があり、入力前にNCプログラムのチェックも確実に行う必要があります。
NC旋盤の前段取りを確実に行うことが作業全体の効率化には重要です。
（3）導入コストが高額
NC旋盤は汎用旋盤に比べて、導入コストが高くなる傾向にあります。
NC旋盤は汎用旋盤には搭載されていないNC装置や操作パネル、オイルユニットなどが搭載されているため装置自体の価格が高くなってしまうことは避けられません。これらに加えて自動化や無人化のための付属装置を導入すれば価格は更に高くなるでしょう。
また、装置の構造が複雑なので故障のリスクも高くなってしまいます。
（4）多数の品種を少ロットで作成するのには向かない
NC旋盤は加工の際に、加工製品ごとにプログラムを作成・入力し必要な工具の取り付けなど加工開始までに多くの工程があります。
一度加工を開始してしまえば、自動で加工を行ってくれるNC旋盤ですが、製品ごとにプログラムや工具の準備を行わなければならないので多品種小ロット生産には向いていません。
５．NC旋盤の加工時のポイント
NC旋盤の加工は、図面の確認からはじまり加工工程や使用工具の選定、刃物台に取り付ける工具が加工時にお互い干渉しないようなレイアウトの決定、プログラムの作成や潤滑油や作動油の選定など実際の加工前の段取りが非常に重要です。
また、加工時に出る切りくずはそのままでは産業廃棄物として処理費をかけて捨てるしかありませんが細かくしたり乾燥させるなどの適切な処理を行うことで有価物として回収してもらうこともできます。
６．NC旋盤が使われる主な加工
この章では、NC旋盤を使った加工例を紹介します。
（1）外径加工
外径加工は回転している材料に対して外側から加工工具を当てて加工します。
表面をきれいに仕上げる仕上げ加工や加工の初期段階で大まかに形状を整えるときに使われます。旋盤加工のなかでも最も多く使用されている加工法といえるでしょう。
（2）内径加工
内径加工はパイプのような中空の材料の内側を削る加工です。
穴の大きさを調整したり穴の内側の表面をきれいにするために行います。
穴の内側は加工時に目視確認が難しいためNC旋盤を有効活用しやすい加工といえるでしょう。
また、穴の内側に切りくずが溜まりやすいため、切りくずをこまめに取り除く作業が必要です。
（3）穴あけ加工
穴あけ加工は、素材にドリルを使って穴を空ける加工法です。内径加工では工具が入る大きさの穴を空ける必要があるので内径加工の前段階の加工として使われます。
ドリルを使った穴あけ加工は精度が高くないので、穴あけ加工の仕上げとして内径加工が使われます。
（4）テーパー加工
テーパー加工とは材料を先細りの円錐型にする加工です。
工具の当て方によってさまざまな角度のテーパー加工を行うことができます。
（5）溝加工
溝加工とは材料の一部分を凹ませる加工です。旋盤による溝加工は専用工具を使用して行います。
（6）突っ切り
素材を切り落とす際に行う加工法です。他の旋盤加工を行った後に製品部分を切り離すために行われることが多い加工法です。
旋盤の最終工程にあたるため、精度良く加工する必要があります。
（7）ねじ切り
ねじ切りは材料にねじ山をつけるための加工法です。フライス加工のねじ切りでは内側にねじ山のある雌ねじしか加工できない場合が多いですが、旋盤を用いると外側にねじ山のある雄ねじも作成できます。
ねじ切りは材料に専用の工具を当て、一定の速度で工具を動かす必要があるため、NC旋盤を用いた自動加工に向いているといえるでしょう。
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