切削加工（せっさくかこう）とは、金属や樹脂などの材料を主に工作機械を用いて、削ったり穴を開けたりして加工する技術のことです。鉛筆削りやかんなを使った作業も切削加工の一例です。製造業では非常に一般的な加工技術になります。
本記事では、切削加工にはどのような加工があるのか、加工で使用される材料について、わかりやすく解説します。
これから切削加工に関連する業務を行う方には、ぜひ知っていただきたい記事になりますので、最後までご覧ください。
切削加工の代表的な種類
切削加工の代表的な3種類について紹介します。
- 旋盤加工(旋削）
- フライス加工（ミーリング）
- 穴あけ加工(ボール盤・ドリル加工）
旋盤加工（旋削）
旋盤加工とは、回転させた工作物自体に、工具を当てて表面を削る加工方法です。この加工方法は、ボルトやシャフトなどの円筒形の部品に対して有効です。外周の切削や内径加工（穴あけ）、ねじ切り加工などに用いられます。
代表的な旋盤には以下があります。
| 汎用旋盤 | NC旋盤 | CNC旋盤 |
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| 手動操作で加工 | 数値制御による自動加工が 可能 | 複雑な形状や高精度の加工が可能 |
2. フライス加工（ミーリング）
フライス加工とは、固定した工作物に対して回転する工具（フライス）で切削する加工方法です。使用される工具は、正面フライス、エンドミルなどが一般的です。面削りや段差加工、溝加工など多様な形状に対応できます。
代表的なフライス加工には以下があります。
| 汎用フライス盤 | NCフライス盤 | マシニングセンタ（MC） |
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| 手動で加工操作 | 自動化された制御で加工 | ATC（自動工具交換機）を備え、3軸〜5軸方向からの加工に対応 |
3. 穴あけ加工（ボール盤・ドリル加工）
穴あけ加工とは、ドリルやボール盤を用いて素材に穴をあける加工方法です。多様な形状の部品において不可欠な工程であり、切削加工の中でも非常に汎用性の高い手法です。
代表的な穴あけには以下があります。
| 穴あけ | リーマ加工 | 中ぐり加工 | ネジ切り加工 |
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| 工作物を貫通させる | 穴径の精度を高める | 既存の穴を拡張する | タップを用いてねじ山を形成する |
切削加工の種類のまとめ
代表的な３種類の加工方法を表にまとめました。
| 加工 | 旋盤加工（旋削） | フライス加工 （ミーリング加工） | 穴あけ加工 (ボール盤、ドリル加工) |
| 工作物 | 回転 | 固定 | 固定 |
| 工具 | 固定 | 回転 | 回転 |
| 加工の用途 | 外周の切削、内径加工、ねじ切り加工 | 面削り、段差加工、 溝加工 | 穴あけ、リーマ加工、 中ぐり加工、 ねじ切り加工 |
| 加工の種類 | 汎用旋盤、NC旋盤、CNC旋盤、 | 汎用フライス盤、 NCフライス盤、 マシニングセンタ | ボール盤、NC穴あけ機 |
材料別の切削加工方法
材料には、陶器のように壊れやすかったり、ゴムのように粘りが強く弾力があったり、それぞれ特性があります。そのため、切削加工は材料毎に条件や工具を、選定して行う必要があります。
ここでは、材料別の切削加工方法について紹介します。
鉄系材料
一般的な鉄鋼材料で、非常によく使われる切削加工の材料です。表面処理を行うことで、硬くなる特性があるため、その前に切削加工を行うのが一般的です。
ステンレス系材料
錆びにくく、強度や耐熱性が高いことが材料の特徴です。鉄系の材料よりも、切削が難しいことで知られています。その理由として、
- 熱伝導率が低く、切削時に工具が加熱されやすい
- 加工硬化が起こりやすく、切削が進むほど硬くなる
ことが、挙げられます。
アルミニウム
軽量かつ加工性に優れているため、高級スポーツカーのフレームや航空機部品など、軽量化を目的とする製品に広く使われています。
アルミニウムは「柔らかく、融点が低く、熱が伝わりやすい」特性を持ちます。そのため、熱や加工時の抵抗の影響により変形しやすく、加工が困難です。
鉄系材料に比べると強度が劣ったり、材料のコストが高くなったりします。
樹脂
エンプラ（エンジニアプラスチック）とよばれる工業用の樹脂も切削加工ができます。
ABSやポリエチレンなどの素材で歯車を製作したり、試作として切削加工品を使用したりするケースもあります。
PETやアクリル、ポリカーボネートなどの透明樹脂素材は、穴開けや切り欠きなどの切削加工が可能です。しかし、複雑な形状を削り出すことには不向きです。透明樹脂の板に通し穴を開け、機械の窓部などにボルトで固定するなどの活用ができます。
その他
硬い金属（チタンやインコネル、タングステンなど）は加工が困難です。基本的にこれらの金属の切削加工はできるだけ行わないことが望ましいです。
切削加工の注意点
切削加工後に製品を狙いの寸法に仕上げるために、いくつか知っておくべきことがあります。ここでは、切削加工を行う際に払うべき注意点をご紹介します。
切削加工と抵抗
切削加工では、工具と材料間の抵抗により摩擦が発生します。この摩擦に熱が生じるため、熱変形してしまったり、材料の性質が変化したり、工具の寿命が短くなってしまう可能性があります。「加工速度」「切削液」「工具」を見直すことで、摩擦による不具合を防ぐことが可能です。
切削加工と速さ
製品の納期を厳守するために、作業効率は重要です。切削加工の速度を上げることで、作業効率は向上しますが、工具と材料間の摩擦も大きくなります。そのため、作業効率と摩擦を考慮した加工条件（材質、工具、加工内容）の設定が必要不可欠です。
切削加工とバリ
切削加工後には、基本時にバリが発生します。バリは部品の機能の妨げになったり、使用者や加工者がケガをしてしまったりするケースもあります。加工条件によって、バリの度合いも変わるため、注意が必要です。
切削加工のメリットとデメリット
切削加工には、製造業では、P（生産量）Q（品質）C（コスト）D（納期）が求められます。そのそのためPQCDに対して、切削加工のメリットとデメリットを考慮して、採用すべきか検討する必要があります。
| メリット | デメリット |
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切削加工の業界ごとの製品事例
ここでは、切削加工を用いた部品が使用される、業界や製造現場での活用例について説明します。
- 自動車部品
- 医療業界
- 航空宇宙産業
自動車部品における切削加工の事例
さまざまな自動車部品で、切削加工を利用してます。特にアルミホイールは、デザインの複雑さと強度の両立が必要であるため、高度な切削加工が施されているのです。
また、近年台頭しているのがEVです。EVにはガソリン車で使用しない走行用モーターがあります。モーターコア（鉄心）を製造するための金型を作るのに切削加工を利用しています。
2. 医療機器、医療業界の切削加工の事例
人工骨やプレート、金属製インプラントなどに切削加工を活用しています。
骨折部を固定する際に用いられる金属製ボルトは、ステンレスやチタンを使用していることが多いです。このボルトを作る際に、旋盤やねじ切り盤を用いて、ねじ山を高精度に形成します。
航空宇宙産業の切削加工の事例
航空宇宙産業では、強度が高く、軽いカーボン（CFRP）が利用されています。航空機なら主翼や尾翼、それに胴体に使われています。他には人工衛星のアンテナや太陽光パネル、ロケットの先端部（フェアリング）の一部にもCFRPが使用されています。
これらの部品は複雑な3次元形状と高精度を必要とし、加工時の振動・粉塵・工具摩耗への対策も不可欠です。
まとめ
切削加工の工作機械には加工物を回転させて加工する旋盤、加工物を固定し刃物を回転させて加工するフライス盤、穴をあけるボール盤があります。目的とする形状により、加工機の種類や加工軸の数などを選択します。
鉄系材料やアルミ系材料、樹脂など、幅広い材料を加工できますが、陶器のように壊れやすい素材やゴムのように弾力と粘りのある素材の加工は困難です。切削加工品を設計する際には、加工機の性質や刃物の形状を考えながら設計を行いましょう。
本記事が今後、製造業で活躍される皆様のお役に立てれば幸いです。
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