目次
CNC旋盤とは？
CNC旋盤は、数値制御（NC）によって主軸や工具の動きを高精度に制御し、金属加工を行う工作機械です。
NCプログラムは、CAD/CAMを用いて作成する方法のほか、図面寸法をもとにGコードを直接入力したり、対話式プログラミングによって作成することも可能です。
CNC旋盤の定義
CNCは「Computerized Numerical Control」の略で、コンピュータが数値制御を行う機械を指します。CNC旋盤は旋盤加工にコンピュータ制御を組み合わせた機械で、切削工具やスピンドルの動きをプログラムで制御します。これにより、寸法精度の高い部品を大量生産できるだけでなく、試作や小ロット生産にも柔軟に対応できます。近年ではIoTやAIとの連携により、さらなる自動化や効率化が進んでいます。
NC旋盤との違い
NC旋盤は数値制御（NC）で動く機械です。対して、コンピュータ数値制御（CNC）で動くCNC旋盤は、コンピュータを内蔵したより高度な制御ができるNC旋盤です。両者の違いは制御方式の進化にあり、現在では「CNC旋盤」がNC旋盤の現代版として主流になっています。CNC旋盤は複雑な形状や高速加工に適しており、より自動化された生産が可能です。
従来の汎用旋盤との違い
汎用旋盤はオペレーターが手動で操作するため、加工精度や生産効率は作業者の技術に依存します。一方、CNC旋盤はプログラムに基づいて自動で加工するため、均一な品質を維持しながら大量生産が可能です。また、複雑な形状や高精度加工にも対応できる点が大きな違いです。
CNC旋盤の仕組みと特徴
CNC旋盤は、CADで設計したデータをCAMでNCプログラムに変換し、その指令に従って工具やスピンドルを動かします。または、CADやCAMを使わずに手動でGコードを入力してNCプログラムを作成し加工することもできます。
CNC旋盤の特徴としては、高精度加工、複雑形状対応、自動化による効率化が挙げられます。特に小型モデルでも自動化機能を搭載した機種が増えており、省スペースで高性能な加工が可能です。
CNC旋盤の主な構成要素
①主軸
素材を回転させる重要な部品で、加工精度を大きく左右します。高剛性の主軸は振動を抑え、安定した切削を実現し、高精度な仕上がりに貢献します。
②刃物台（タレット）
複数の工具を保持し、NCプログラムに従ってタレットを割り出すことで、使用する工具を自動で切り替える装置です。
工具交換の段取りを最小限に抑え、複雑形状や多工程の部品加工を効率的に行えます。
③心押し台
長尺ワークを支えるための部品で、加工中の安定性を確保します。特に精密加工では、心押し台の剛性と位置精度が品質に直結する重要な要素です。
④ベッド
機械全体を支える基盤となる構造体で、高い剛性により切削時の振動を抑制し、加工精度の安定化に寄与します。
耐久性と熱的安定性に優れたベッドは、長期間にわたる精度維持に不可欠な要素です。
⑤操作盤・NC装置
操作盤は、機械の各種操作やNCプログラムの入力・編集を行うためのインターフェースです。
NC装置は、手動操作やNCプログラムの指令をもとに、主軸・送り軸・刃物台など各部を統合的に制御する中枢装置です。
機械の動きを司る「頭脳」として、最新のNC装置は高速演算処理やネットワーク連携に対応し、スマートファクトリー化を支えています。
CNC旋盤を使った加工の流れ
①図面・設計（方法は自由）
製品の形状や寸法は、CADで設計することが一般的ですが、手書き図面など従来の方法でも問題ありません。
CNC旋盤にとって重要なのは「図面があること」であり、CADの使用は必須ではありません。
②NCプログラム作成（必須）
CNC旋盤を動かすためには、NCプログラムが必要です。
プログラムの作成方法には、CAMを用いて自動生成する方法、Gコードを手動で入力する方法、対話式入力などがあります。
- CAM：：複雑形状・干渉確認・シミュレーション向き
- 手動入力や対話入力：単純形状・量産～多品種少量生産まで・現場調整向き
③切削工具とワーク（素材）のセット
機械にチャックと爪を取り付け、必要な切削工具をタレットに装着して、チャックにワークを固定します。正確なセットアップは加工精度に直結するため、位置合わせや締結の確認が不可欠です。
④プログラムの実行
NC装置にプログラムを読み込み、加工を開始します。自動運転により、複雑な形状でも高精度で安定した加工が可能となり、人的ミスを大幅に削減します。
⑤仕上げと確認
加工後の寸法や表面状態を測定し、品質を保証します。必要に応じて微調整や追加加工を行い、製品が設計通りの精度を満たしているかを確認します。
CNC旋盤の種類
CNC旋盤には構造や機能に応じて多様なタイプがあります。加工対象や生産量に合わせて最適な機種を選ぶことが重要です。
主な種類
・主軸台移動型自動旋盤（スイス型CNC自動旋盤）
主軸台が前後に移動して加工するタイプで、長尺ワークや細長い部品を高精度に加工するのに適しています。ガイドブッシュを用いる仕様では、材料のたわみを防ぎ安定した加工が可能ですが、近年はガイドブッシュを使わない「ノンガイドブッシュ仕様」もあり、短尺材や材料ロス削減に対応できます。医療機器や精密部品の製造に多く利用されます。
・主軸台固定型自動旋盤
主軸台が固定され、工具側が移動する一般的な構造です。剛性が高く、幅広い部品加工に対応できる汎用性があります。
・立型旋盤
ワークを垂直に保持し、大型部品や重量物の加工に適した構造です。自動化対応モデルもあり、効率化が進んでいます。
・正面旋盤
ワークを水平に保持し、一般的な部品加工に広く利用される普通旋盤です。シンプルな構造で操作性が高く、導入しやすいタイプです。
・タレット旋盤
複数の工具を保持するタレットを搭載し、効率的な多工程加工が可能です。複雑形状にも対応でき、生産性向上に貢献します。
・2スピンドル旋盤
2つのスピンドル（主軸）を搭載したモデルです。
ワークを高精度に受け渡すことで、製品の表側と裏側の加工を一台で行うことができ、工程集約による段取り削減と生産性向上に貢献します。
・複合旋盤（複合加工機）
旋削とミーリングを一台で行える高機能モデルです。工程集約により、加工時間の短縮と品質向上を実現します。
CNC旋盤のメリットとデメリット
CNC旋盤は高精度かつ複雑形状の加工を自動化できる反面、導入コストの高さやプログラミングスキルが求められるという課題があります。
メリット
・高精度加工
ミクロン単位の精度で加工が可能です。自動制御により、安定した品質を維持し、精密部品の大量生産にも対応できます。
・複雑形状対応
CNC旋盤の種類によりますが、複合旋盤（複合加工機）であれば曲面や複雑な形状もプログラムで対応できます。多軸制御や複合加工機能により、工程を集約し効率的な製造が可能です。
・人的ミス削減
自動化により、作業者の技術差による品質ばらつきを防ぎます。標準化された工程で、安定した生産体制を構築できます。
デメリット
・価格
導入コストが高く、一定の初期投資が必要です。
特に複合加工機や自動化対応モデルでは設備費が高額になりやすいため、ROI（投資対効果）を十分に検討することが重要です。
・プログラミングスキルの必要性
NCプログラムの作成や修正には一定の専門知識が求められます。
そのため、教育体制の構築や人材の確保が課題となり、導入前に運用体制を整えておくことが重要です。
CNC旋盤の選び方と導入ポイント
CNC旋盤を選ぶ際は、加工対象の材質やサイズ、必要な精度、さらに自動化機能やメーカーのサポート体制を総合的に検討することが重要です。
加工対象の材質・サイズ
鉄、アルミ、樹脂などの材質やワークサイズに応じて機種を選定します。加工精度や切削条件に適したモデルを選ぶことで、生産効率と品質を両立できます。
自動化機能の有無
ロボット連携や自動工具交換機能の有無は、生産効率に直結します。無人運転や省人化を目指す場合、周辺装置との連携性も含めて検討することが重要です。
CNC旋盤の自動化を実現する周辺装置
CNC旋盤の自動化には、オートローダーやロボットシステムなどの周辺装置が不可欠です。これらを導入することで、無人運転や省人化が可能になり、生産効率と品質の安定性が大幅に向上します。
オートローダー（ガントリーローダー）
ワークの自動供給を行う装置で、加工開始から終了までの工程を効率化します。無人運転を実現し、夜間稼働や大量生産に対応できるため、工場の稼働率を最大化します。
ワークストッカー・パーツキャッチャー
加工後の部品を自動で回収し、次工程への搬送をスムーズにします。人手による取り出し作業を削減し、製造ラインの安全性と効率性を高める重要な装置です。
ロボットシステム
搬送や組立、工具交換など、さらなる自動化を実現するためのシステムです。CNC旋盤と連携することで、完全無人化ラインやスマートファクトリー構築に貢献します。
CNC旋盤に工具回転機能を付加した「複合加工機（複合旋盤）」
中村留精密工業が提供する複合加工機（複合旋盤）は、CNC旋盤に工具回転機能を加え、旋削とミーリング加工を一台で行える工作機械です。
従来は複数の工程や機械を必要としていた複雑な部品加工を一台で完結できるため、工程集約による生産効率の向上とコスト削減を実現します。
ワークの取り付け替えが不要になることで、段取り替えによる精度ばらつきを防ぎ、安定した品質を維持できます。
また、ロボットとの連携にも対応しており、自動化によるさらなる生産性向上が可能です。
試作や小ロット生産から量産まで幅広く対応でき、スマートファクトリー化を目指す企業に適したソリューションとして、航空機部品や医療機器など、さまざまな市場で高精度かつ複雑形状の加工が求められる分野で導入が進んでいます。
まとめ
CNC旋盤は、コンピュータ制御による高精度加工を実現し、複雑形状や大量生産に対応できる工作機械です。従来の汎用旋盤やNC旋盤と比べ、品質の安定性や効率性に優れ、製造現場の自動化を大きく推進します。導入時には、加工対象の材質やサイズ、必要な精度に加え、自動化機能やメーカーのサポート体制を総合的に検討することが重要です。さらに、複合加工機やロボット連携などの最新技術を活用すれば、スマートファクトリー化や省人化にも対応できます。CNC旋盤の選択は、企業の競争力を高める鍵となるでしょう。
