横フライス盤と立フライス盤はどのように異なりますか？ブロックやハウジングにはいつ横フライス盤を選択すべきですか？

CNC加工において、横型フライス盤と立型フライス盤はどちらも、フェースミーリング、穴あけ、リーマ加工、タップ加工、ポケット加工などの作業を実行できます。しかし、各機械の効率は、部品形状、加工面数、除去する材料量、サイクルタイム要件によって大きく異なります。簡潔にまとめると以下のようになります。

• プレート形状の部品：立型フライス盤が優先されることが多いです。
• 多面加工が必要なハウジングまたはブロック：横型フライス盤が多くの利点を持っています。
• 小型部品、短サイクルタイム：Brother SPEEDIOのようなコンパクト高速加工機がより適しています。
• 大型部品または重切削が必要な場合：FJVやVS10000のような、ストロークと剛性の高い機械を優先する必要があります。

したがって、問題は横型フライス盤と立型フライス盤のどちらが優れているかではなく、製品の形状と加工プロセスにどの機械が適しているかです。

立型フライス盤とは？

立型フライス盤、またはVertical Machining Center (VMC)は、主軸が垂直方向に配置された加工機です。工具は主に上からワークにアプローチします。これは、段取りが簡単で、加工プロセスを観察しやすく、多様な機械部品に適しているため、CNC加工において非常に一般的な構成です。立型フライス盤は、プレート、ベースプレート、治具プレート、ブラケット、フィクスチャ、同一面に多数の穴やポケットがある部品、加工が必要な箇所の大部分が上面にある製品などに特に効果的です。部品が多くの側面へのアクセスを必要としない場合、立型フライス盤は通常、段取り時間と加工コストの両面で優れた効率をもたらします。

横型フライス盤とは？

横型フライス盤、またはHorizontal Machining Center (HMC)は、主軸が水平方向に配置されています。この構造は、ハウジング、ブロック、ギアボックスケース、バルブボディ、マニホールド、モーターハウジング、複数の側面に多数の横穴、ボア、またはポケットを持つ部品など、異なる面に多数のフィーチャーを持つ部品の加工に特に適しています。横型フライス盤は通常、ロータリーテーブルまたはパレットシステムと組み合わせて使用され、各工程後にワークを治具から取り外すことなく、工具のアクセス方向を変更できます。これが、HMCが複雑なハウジングやブロック形状の製品に選ばれる理由です。

横型と立型フライス盤の違いは何ですか？

この2つの方法の最も重要な違いは、主軸の方向だけでなく、部品の表面へのアプローチ方法にもあります。

したがって、加工設備を選択する際には、機械の仕様を比較するだけでなく、製品の構造に着目する必要があります。

プレート形状の部品：なぜ立型フライス盤が優先されることが多いのか？

プレートは、立型フライス盤に最も適した製品形状の一つです。例としては、ベースプレート、治具プレート、マウンティングプレート、機械プレート、ブラケット、ポケットや多数の穴を持つプレートなどが挙げられます。このグループの共通の特徴は、加工が必要な表面、穴、ポケットの大部分が上からアクセスできることです。ワークを機械テーブルまたは治具に固定した後、工具は連続して以下のような工程を実行できます：フェースミーリング → ポケット加工 → 穴あけ → タップ加工 → 仕上げ。部品を何度も回転させる必要がないため、段取り時間を短縮し、プロセスを簡素化できます。この種の製品の場合、横型フライス盤を使用しても、設備や治具のコストに見合うメリットが得られるとは限りません。したがって、主要な1つまたは2つの面にフィーチャーの大部分があるプレートの場合、立型フライス盤がより経済的で効率的な選択肢となることが多いです。

多面加工のハウジングとブロック：横型フライス盤の利点はどこにあるのか？

ハウジングとブロックは、プレートとは構造が大きく異なります。典型的なハウジングでは、基準面のフライス加工、2つまたは3つの側面加工、横穴加工、ボア加工、ポケット加工、ベアリング取り付け位置の加工、複数の面間の直角度と相対位置の確保などが必要となる場合があります。通常の立型フライス盤を使用する場合、異なる方向にあるフィーチャーの各グループは、部品を取り外し、ワークを回転させ、再段取りする必要があるかもしれません。プロセスは以下のようになる可能性があります：A面加工 → ワーク取り外し → 回転 → 再段取り → B面加工 → 取り外し → 再段取り → C面加工。段取り替えのたびに生産時間が増加するだけでなく、誤差が発生する可能性もあります。ハウジングやブロックを加工する際の横型フライス盤の大きな利点の一つは、段取り回数を減らせることです。HMCがロータリーテーブルと組み合わされると、各工程後にワークを取り外し、回転させ、再段取りする代わりに、同一の段取りで部品を回転させて工具が複数の異なる面にアクセスできるようになります。これにより、準備時間を短縮できるだけでなく、特に多面間の高精度が要求される部品において、段取り基準の変更によって発生する誤差を抑制できます。これは、穴の位置、中心間距離、直角度、平行度、ボア間の同心度に関して高精度が要求される部品にとって特に重要です。複数のフィーチャーが同一の基準（datum）から作成される場合、段取り基準の変更による誤差を抑制できます。

深いポケット加工における横型フライス盤の利点

切りくず排出性も、立型と横型フライス盤の注目すべき違いです。立型機で深いポケットを加工する場合、切りくずはポケット内に留まる傾向があります。切りくず量が多い場合、それらは以下のようになる可能性があります：

• クーラントの流れを妨げる。
• 工具によって再切削される。
• 切削領域の温度を上昇させる。
• 表面に影響を与える。
• 工具寿命を短縮する。

横型フライス盤では、重力が切りくずが加工領域から落下するのを助けます。優れた切りくず排出性は、特に以下の場合に役立ちます：

• 深いキャビティを持つハウジング。
• 大量の荒加工が必要なブロック。
• 深いポケット。
• 大量の材料を除去する加工工程。

これが、多面加工と大量の切りくず除去が必要なブロックやハウジングにHMCがよく使用される理由の一つです。

ハウジングは必ずしも横型フライス盤で加工する必要はない

横型フライス盤はハウジングに対して多くの利点を持つものの、ハウジング形状の製品だからといって、必ずしもHMCで加工しなければならないわけではありません。小型のハウジングは、以下の場合に立型フライス盤で効率的に加工できます：

• 生産量がそれほど多くない。
• 側面のフィーチャー数が少ない。
• 簡単な回転治具を使用できる。
• 段取り時間が無視できる程度。
• 面間の相対精度要件がそれほど複雑ではない。

実際には、機械の選択は製品の名称や一般的な形状だけに基づいて行うべきではなく、総生産時間に基づいて行う必要があります。HMCでの加工が技術的には速い場合でも、投資コストや治具が生産量に見合わない場合もあります。逆に、大量生産される多面加工で高精度が要求されるハウジングの場合、1回または2回の段取り削減がサイクルタイムと安定性に大きな違いをもたらす可能性があります。

小型部品、短サイクルタイム：Brother SPEEDIOの利点

小型部品のグループでは、設備選択の方法は異なります。製品サイズが小さく、除去する材料量が大きくない場合、生産性を決定する要因は、重切削能力ではなく、繰り返し作業の処理速度である場合があります。例：工具交換、早送り、穴あけ、タップ加工、位置決め、各軸の加減速。部品の加工時間が数分しかないと仮定すると、工具交換のたびにわずかな時間を節約するだけでも、数千または数万個の製品を生産する際には大きな違いを生む可能性があります。これは、Brother SPEEDIOのようなコンパクト高速加工機に適したアプリケーションのグループです。この種の機械は特に以下に適しています：

• 小型部品。
• 多数の穴あけとタップ加工が必要な製品。
• 短い加工サイクル。
• 大量生産。
• 1シフトあたりの機械ごとの製品数を増やす必要がある。

したがって、量産加工において、機械の選択は機械テーブルのサイズや主軸出力だけに基づいて行うべきではありません。1製品あたりの実際のサイクルタイムこそが、生産性を評価するための重要な指標です。

大型部品または重切削：剛性と加工領域の優先

その一方で、大きなブロックや厚いプレートの場合、設備要件は完全に変わります。これらの製品は通常、以下の特徴があります：

• 大きなワークサイズ。
• 多くの加工代。
• 長い切削パス。
• 大きな切削深さ。
• 長い荒加工時間。

その場合、速い工具交換速度が決定的な要因であるとは限りません。より重要なのは：

• 剛性。
• 主軸トルク。
• 加工領域。
• テーブルの耐荷重能力。
• 切削中の振動抑制能力。

FJVやVS10000のような大型加工機が、この種の作業により適しています。特に大きなブロックの荒加工が必要な場合、剛性の高い機械は、より安定した切削条件を維持できるため、後続工程での精度と表面品質の管理をサポートします。

1つの部品が必ずしも1種類の機械だけで加工されるとは限らない

実際の生産において、設備選択は必ずしも以下の考え方に従う必要はありません：1つの製品 = 1つの機械。複雑な部品の場合、各工程は最も適した設備に割り当てることができます。例：荒加工 → 中仕上げ加工 → 仕上げ加工 → 穴あけ/タップ加工。大きなブロックは、剛性の高い機械で荒加工を行い、その後、仕上げ加工や多数の穴加工に適した別の設備に移行することができます。同様に、本体は大きいが、同時に短サイクルタイムで穴あけやタップ加工が必要な多数の小さなフィーチャーを含む部品もあります。この場合、重要な課題は「どの機械が最適か」ではなく、精度、生産性、加工コストのバランスを達成するために、どの設備に工程を割り当てるかです。これこそが、精密機械加工におけるプロセスエンジニアリング（工程設計）の役割です。

製品の形状と要件に応じた機械の選択

設備選択の方向性は以下のようにまとめられます：

セイコーインダストリーの設備システムは多様な部品に対応

全ての製品に1種類の機械を使用するのではなく、セイコーインダストリーは、異なる部品グループと切削条件に対応するために加工設備システムを構築しています。サイクルタイム短縮が必要な小型部品の場合、Brother SPEEDIOシステムは、工具交換、穴あけ、タップ加工の頻度が高い工程を最適化します。プレートやフィーチャーの大部分が片面に位置する部品の場合、立型加工機は、段取りを容易にし、シンプルなプロセスを構築できます。複数の面を加工する必要があるハウジングやブロックの場合、段取り回数を制限し、フィーチャー間の相対精度を維持する方向で加工計画が設計されます。その一方で、大きなブロックや大量の材料除去が必要な製品の場合、FJVやVS10000のような機械は、サイズと切削条件に関する処理能力を拡大します。異なる設備グループを組み合わせることで、セイコーインダストリーは以下に基づいて適切なプロセスを選択できます：

• 製品形状。
• ワークサイズ。
• 材料。
• 加工面数。
• 除去する材料量。
• 目標サイクルタイム。
• 公差と表面要件。

精密加工において、セイコーインダストリーは、製品の形状、材料、特定の技術的条件に応じて、0.005 mmまでの公差要件とRa 0.63までの表面粗さ要件に対応できます。重要な点は、特定の種類の機械を単独で所有することではなく、各部品に適切な機械を選択し、適切なプロセスを構築する能力にあります。