精密・複雑な形状が可能で、作業の同時進行もできるマシニングセンタとは

マシニングセンタをまだ導入していない企業からしばしば聞こえてくるのは、「操作するには専門的知識が必要なのでは？」「工業高校や機械学科出身の社員が用意できない。だれに担当させていいかわからない」の声です。確かに機能は盛りだくさんで、構造も複雑です。

ただ、その機能のひとつひとつはいずれも切削加工の範疇（はんちゅう）にほぼ収まるものです。切削加工・機械加工の一般的な知識さえあればすぐにマシニングセンタも理解できるでしょう。また、操作するのも、もっとシンプルなNC工作機械と大きな違いはありません。

「マシニングセンタ」の名前の意味

とっつきにくさの原因のひとつになっているかもしれない、「マシニングセンタ（Machining Center）」の名前の意味から考えてみましょう。 「machining」の元になっている単語は「machine」で、名詞としては「機械」、動詞としては「機械に掛ける」や「規定の寸法に仕上げる」です。

また、「センタ（center）」は、旋盤を操作する人には特になじみものでしょう。加工する素材を固定し、かつ回転運動をさせる部品です。正確に回転させるために円柱形の素材の断面中央を必ずとらえるようになっているので、「center」の名前がついています。

結局、「Machining Center」で「加工機械」「工作機械」程度の意味でしかありません。ただ、これでは実際のものとの隔たりが大きいので、日本語に訳すときは「複合切削工作機械」などになることが大半です。

マシニングセンタの登場は1958年

1958（昭和33）年、アメリカのカーネィ・アンド・トレッカー社（Kearney & Trecker Corporation）は作業を大幅に自動化したNCフライス盤を開発しました。 このときすでに、4軸制御が可能で、自動工具交換装置（ATC）・パレット交換装置（APC）も備えていました。これがマシニングセンタの元祖とされ、名前も「Machining Center」でした。  

マシニングセンタの現在の定義・機能

1980年代以降、マシニングセンタを始めとするNC工作機械の開発・生産は日本が中心でした。また、今でも多機能化は進んでいて、便利になると同時に、必要な知識もやや増えています。

マシニングセンタとターニングセンタの違い

マシニングセンタは、JIS（日本工業規格）でも定義されており、「工作物の取り替えなしに2面以上についてそれぞれ多種類の加工を施す数値制御工作機械。工具の自動交換機能又は自動選択機能を備える」(JIS B0105)となっています。 もっとシンプルには、「NC制御でき、フライスやドリルなどを自動で交換できるフライス盤」と考えればいいでしょう。

同じような工作機械に、「ターニングセンタ」があります。違いはとえば、ターニングセンタは基本が旋盤であることです。ただし、近年は1台でマシニングセンタとターニングセンタの両方の機能を持つ複合機も登場しています。

マシニングセンタを理解するための基本的な用語

難しい単語が多い印象を受ける間にマシニングセンタですが、実は押さえておくべきものは数個か10個程度でしかありません。

• X軸・Y軸・Z軸=工作物（金属素材）に対して、フライスやバイトを取り付けた主軸の位置を意味しています。X軸は左右、Y軸は前後、Z軸は上下のことです。たとえば、Y軸の数字を変化させると、主軸は前か後ろに移動します。
• 5軸=いくつかの種類があります。たとえば、「テーブル型」であれば、工作物を取り付けた台が電子レンジのターンテーブルのように方向を変えるのがC軸、台が前後に傾くのがA軸です。X軸・Y軸・Z軸にプラスしてC軸があれば4軸、さらにA軸があれば5軸です。
• NC・CNC=かつては主軸などの位置は、作業者の目と手で決めていました。それを数値を送るだけで機械が反応するようにしたのが、NC（numerical control）です。古くはテープやカードにいくつもの穴を開けてその位置で数値を記録し、工作機械もこれを読み取っていました。これらをコンピューターに置き換え、さらに大幅に自動化したのがCNC（computerized numerical control）です。今ではコンピューター制御が当たり前になりましたので、「NC」もほぼ自動的に「CNC」を指すようになっています。
• NCプログラミング=使用する工具・その順番と移動経路・加工速度など、NC工作機械に対する司令（プログラム）をコンピューターで作成します。これはNC工作機械内蔵のコンピューターに直接打ち込むものもあれば、パソコンで別に作るものもあります。マシニングセンタの場合、できる加工の種類が多く、また、2つ以上の工程も同時進行できるので、司令内容も膨大になるのは避けられません。ただし、いったん作ればほかにも転用できることも多く、慣れるに従って、作業は正確・迅速になります。
• ATC=「Automatic Tool Changer」の略で、日本語では「自動工具交換装置」です。多いものは約100ものフライスやドリルを用意でき、人手を使うことなく、プログラムに応じてそれらが順番に主軸にセットされます。
• APC=「Automatic Pallet Changer」の略で、同様に「自動パレット交換装置」です。いくつかのタイプのものがありますが、いずれも自動的に加工済みの工作物を取り外し、次の未加工のものをセットするためのものです。
• 縦型・横型=ドリルやフライスの回転軸の動きが垂直方向で、工作物に対して上から加工するのが縦型です。削りくずを工作物や台の上にためない工夫が欠かせません。これに対し、回転軸は水平にし、台は垂直にしたのが横型です。削りくずの問題は少なくなるものの、装置全体のサイズがやや大きくなります。

マシニングセンタを導入するメリット・デメリット

マシニングセンタのデメリットは、ほかのNC工作機械と基本的には変わりません。NCプログラミングができる作業者が必要になります。また、高性能で複雑な分、導入費も跳ね上がります。もちろん、様々な機種がありますが、本体だけでも数千万円と見ておいたほうがいいでしょう。

メリットも共通です。複雑な形状の製品が、しかも短時間で作れ、品質のばらつきも少なくなります。また、大半を機械任せにできるので、人件費は削減でき、労働災害も減ります。マシニングマシンの場合は、作業の同時進行ができるので、これらのメリットもより大きくなります。

ただし、製品の仕様や生産量などでこれらメリット・デメリットの度合いも変わってきます。「あえて導入する必要はない」「一部だけをマシニングセンタに交換する」といった選択肢も考えてみる必要もあるでしょう。

参考サイト

• 日本におけるNC工作機械のデザインに関する変遷――マシニングセンタを中心として（1）――（日本産業技術史学会）
• マシニングセンタの構造と機能（日刊工業新聞）
• 工作機械の種類と加工方法（一般社団法人・日本工作機械工業会）
• ３級技能検定の実技試験課題を用いた人材育成マニュアル（厚生労働省）
• ＮＣ言語について（新潟大学工学部創造工房）