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今回は、大型機械加工について説明させて頂きます。当社では、製缶加工含めた大型機械加工品の製作を得意としていますので、委託先をご検討中の皆様、お気軽にご相談ください。
大型機械加工に用いられる設備
大型機械加工を行う上では、以下のような設備が用いられます。
門型五面加工機
門型五面加工機は、上面と４方向の側面を1台で加工ができるNC工作機械のことです。また門型構造により大型製品の切削に適しており、テーブルの大きさにより10ｍを超える製品の加工も可能です。５面から加工ができるので、加工物の向きを変えたり、動かしたりする必要もありません。そのため、大型で複雑な加工が必要とされるものも加工でき、精度の高い加工が可能です。
近年の大型部品加工においては、単に「大きいものが削れる」だけでなく、いかに工程数を減らして幾何公差を追い込むかが重要視されています。門型五面加工機は、加工物を固定する「チャッキング」が一度で済むため、付け替え時に発生するわずかなズレを排除できるのが最大の特徴です。これにより、数メートル規模の大型部品であっても、平面度、平行度、直角度といった厳しい精度要求に応えることが可能になります。
マシニングセンタ
マシニングセンタは、コンピューターの制御により工具を自動的に交換でき、穴あけ、中ぐり、フライス加工を１台でできる機械です。機械の段取り替えがなく、プラグラムをしておけば、自動で加工ができます。5軸のマシニングセンタであれば、曲線の加工も可能であり、精密部品の加工ができます。
旋盤
旋盤は、切削工具に加工したい素材を回転させることで加工を行います。手動で操作を行う汎用型やＮＣ装置付きのもの、主軸の向きが違うなど加工するものによって複数の種類があります。フライス加工ができる旋盤複合機もあります。
大型旋盤加工と大型マシニング加工
大型機械加工の分類は様々ですが、大型旋盤加工、大型マシニング加工に分類ができます。
大型旋盤加工
大型品は、多くの場合は立旋盤で加工します。大型の旋盤加工となると、通常よく使われる横型の旋盤では、重量物がうまく固定できないことがあります。加工物自体の重さが相当あるので、ワークが安定しません。立旋盤であれば加工物を台に置くため、重量の影響を受けず加工できます。
大型マシニング加工
大型のマシニング加工は、多種多様な製品に使われますが、自動車関係や船舶などの部品、アルミや鋳物の加工にも使用されます。大型品の場合、サイズが大きい分、段取り作業に時間を要します。重量のあるものであれば、セットや向きを変えるのも容易ではありませんが、より精度の高い加工ができます。
大型機械加工は、特に複雑な形状を持つ産業機械のベースフレームや、大型金型などの加工に向きます。大型になればなるほど、切削時の「ビビリ」が表面粗度に悪影響を及ぼしますが、高剛性な門型構造を持つマシニングセンタを使用することで、安定した高速切削が可能となります。また、素材の重さに合わせた最適なクランプ方法の選定や、ワークの歪みを逃がしながら加工する手順の構築も、大型部品加工における重要なノウハウの一つです。
大型部品加工における「精度維持」の技術的課題
大型機械加工において、避けて通れないのが「熱変位」と「自重による歪み」への対策です。これらをいかに制御するかが、加工メーカーの腕の見せ所となります。
熱変位への対策
金属は温度変化によって膨張・収縮します。1メートルを超えるような大型部品では、わずか1度の温度変化が数μmから数十μmの寸法変化を引き起こします。特に夏場や冬場の外気温の変化、あるいは切削熱による機械自体の温度上昇は、最終的な寸法精度に大きく影響します。そのため、加工環境の温度管理はもちろん、機械自体の発熱を抑える機能や、加工プログラム側での温度補正技術が不可欠です。
自重による歪みとクランプ技術
数トンに及ぶ大型のワークは、それ自体の重さでわずかに「たわみ」が生じます。加工中にこの歪みを考慮せずに削ってしまうと、機械から取り外した瞬間に形状が元に戻り、平面度が狂ってしまうことがあります。これを防ぐために、適切な位置にジャッキや支持具を配置する「芯出し・水平出し」の技術が重要です。熟練の技術者は、ワークの自重を計算に入れながら、最も精度の出る固定方法を選択します。
大型機械加工が求められる主要業界と具体的ニーズ
現在、大型部品加工の需要は多岐にわたります。各業界では製品の大型化・高機能化が進んでおり、それに対応できる設備と技術が求められています。
- エネルギー・インフラ関連：発電所向けの大型タービン部品や、大型クレーンの構造体、風力発電用の大型ベアリングハウジングなど。
- 半導体・液晶製造装置：装置の心臓部となる巨大なベースプレートやチャンバー。これらは極めて高い平面度と平行度が求められ、塵一つ許されない精密加工の極致です。
- 建設・工作機械：パワーショベルのブームや、大型プレス機のフレーム、工作機械自体のベッドなど。強靭さと高い寸法精度を両立させる必要があります。
大型機械加工と関連する工法
大物の金属加工品は、機械加工だけでなく製缶板金加工を含めた多様な工程を通り製造されます。
製缶板金加工
大型の製缶板金品に対して機械加工を行う場合は、立体構造物で公差があるものになりますが、削る部分は少ない場合が多いです。製缶板金加工で形成をした後に表面を削ったり、穴あけを行ったりする二次加工で用いられます。
ワイヤ放電加工
ワイヤ放電加工は、加工物を貫通してから削っていきます。精密機械の加工で用いられますが、大型品の加工自体にはあまり利用されません。門型五面加工機やマシニングなどに比べ、サイズは小さいので、加工できるワークに制約があります。
溶接
大型で機械加工が必要な製品に対して溶接を行う際、精度の高い穴あけなどは溶接後に行わないと歪みによって寸法がずれてしまいます。ただ、溶接前に機械加工によって前作業をしておくことで、溶接作業をスムーズにできるようにし、再度機械加工にてしっかりと寸法を出す方法もあります。
塗装
製品が大型になるとそれに対応した塗装ブースなど大型設備が必要になります。吹付塗装を行う場合は、塗る面積も増えることから、色ムラやタレなどに気を付けなければいけません。膜厚を均一に塗るには職人の技術が必要になります。
当社の大型機械加工
当社では、大型の製缶板金加工の他、門型五面加工機を用いた大型機械加工の対応が可能です。産業機器用のベース・フレームや架台、定盤までの納品実績があり、最大L2500mm×W8000mm×H1500mmの大型機械加工品を提供します。
門型五面加工機を用いた大型機械加工の他、製缶板金加工から溶接加工、塗装まで一貫対応が可能であり、当社にお声かけ頂けましたら、外注管理工数を削減し、最終製品に最大限近い大物製品の提供をさせて頂きます。
当社が対応できる加工品例
当社では、協力会社様とともに以下のような加工を行います。是非お気軽にご相談ください。
工作機械用ベースフレーム
業界 ：工作機械用
素材 ：SS
サイズ ：1500×6000
精度 ：3/100(平面度)
工程 ：レーザ加工、溶接、門型
■産業機械用ベースフレーム
業界 ：鉄鋼
素材 ：SS
サイズ ：2000×7000
精度 ：5/100 (平面度)
工程 ：レーザ加工、溶接、門型
