CNCフライス盤は、コンピュータ数値制御（CNC）技術を搭載した工作機械で、汎用フライスとマシニングセンタの中間に位置する機械です。
本記事では、CNCフライス盤の基礎知識について、現役でフライス加工に携わる私が丁寧に解説しています。
特に、日本製CNCフライス盤の優れた精度と信頼性、さらにはスペースを取らない卓上型CNCフライス盤の便利さに注目しています。
また、既存の卓上フライス盤をCNC化する方法やその手順についても解説してみました！
本記事を、CNCフライス盤の入門書としてぜひ活用してください。
CNCフライス盤の基礎知識！
まずは、CNCフライス盤とは何ぞやというところから解説していきます。
CNCフライス盤とは？どんな機械？
CNCフライス盤は、コンピュータ数値制御（CNC）技術を使用して動作する工作機械です。この機械は、汎用フライス盤で可能な手作業での加工に加え、プログラミングを使った自動運転が可能です。
私は金属加工業に勤務して加工機械を使っているため、専ら金属を加工していますが、プラスチック、木材などの素材も高精度で切削・形成できます。
この機械の最大の特徴は、汎用機の操作性・コンパクトさとNC機のプログラミング機能を両立していることです！
現代の機械加工は、マシニングセンタが主流です。
そしてマシニングセンタを始めとしたCNC機の特徴は、その精度と効率です。例えば、0.005mm（5マイクロメートル）という極めて小さな誤差範囲で部品を加工でき、これは人間の手による操作ではかなり難しいレベルです。（もちろんこれを汎用機で難なくやってしまう職人さんもいらっしゃいます！）
加えて、CNC機の自動化能力は、R加工やヘリカル制御など、複雑な形状やパターンの加工を可能にし、大量生産においても一定の品質を保ちながら加工することができます。そして一度プログラムが設定されれば、機械は同じ作業を何度も正確に繰り返すことができ、これにより生産効率が大幅に向上します。私も経験がありますが、同じ部品を300個製造する場合、CNC機は初めから最後まで一貫した品質と寸法で部品を生産することが可能です。
また、CNCフライス盤は多軸制御が可能であり、通常は同時3軸（X、Y、Z）の加工が可能です。一応は5軸以上の複雑なモデルも存在しますが、CNCフライスは3軸がほとんどです。これにより、立体的かつ複雑な形状の加工が実現可能となり、航空宇宙産業や自動車産業、医療機器製造など、高度な精密加工を要求する分野において活用することも十分可能です。
・・・とはいえ、マシニングセンタにはあってCNCフライス盤にはないものがあります。それは自動工具交換機能”ATC(automatic tool changer)”です。これがあるのとないのとでは、加工の効率に雲泥の差が出ます。だからマシニングセンタが主流なわけです。
マシニングが自動で工具を交換してくれるところ、CNCフライス盤では手で工具を付け替える必要があります。これがかなり大変な作業で、例えばリーマ加工であれば、リーディングドリル→ハイスドリル→エンドミル→リーマと、一種のリーマを加工するのにこれだけの交換作業が必要になってしまいます。
これ、文字で書くとそうでもなく感じるかもしれませんが、かなり時間がかかります。
プロがバリバリ使うならマシニングセンタ、DIYや試作用、補助的につかうならCNCフライスといったところでしょうか。
どちらにせよ、現代の製造業界ではCNCの技術なしには、多くの製品や部品の製造が不可能であると言っても過言ではありません。
CNCフライス盤の応用範囲は広く、小規模なジュエリー製作から、大型の航空機部品製造まで多岐にわたります。
CNCフライス盤の進化：技術の発展の歴史
CNCフライス盤の技術は、過去数十年にわたり顕著な進化を遂げてきました。初期のモデルでは、機能は限定的で、プログラムの入力には専門的な知識が必要でした。しかし、技術の発展に伴い、現代のCNCフライス盤は高度な自動化と扱いやすい対話プログラミング機能を備えるようになりました。
例えば、1980年代初頭のCNCフライス盤では、基本的な平面切削作業に限定されていましたが、現代のモデルは複雑な3次元形状の加工が可能です。また、初期のCNCシステムは数十KBのメモリしか持たないものもありましたが、現在のシステムでは数GBのメモリを搭載し、より複雑で詳細な加工プログラムを扱うことができます。
さらに、CADとの連携により、設計から製造までのプロセスが大きく変革しました。CADで設計された3Dモデルは、CAM（コンピュータ支援製造）ソフトウェアを通じて、直接CNCフライス盤の加工プログラムに変換することができます。
これによって、従来の流れ（設計→紙に印刷→FAXで加工業者に送信→手打ちでプログラミング・加工）から効率化された無駄を省いた流れ（設計→直接CAMでプログラミング・加工）になりつつあります。
日本は遅れているため、私の勤務先を含めてそのほとんどが前者ですが、中国ではほとんどが後者で、効率化された製造プロセスが実現されているようです。
そして、実際にこういったプロセスで使われる加工機は、ほとんど全てがCNCフライスではなくマシニングセンタです。
この進化は、製造時間の短縮と精度の向上をもたらし、小ロット生産やカスタムパーツ製造においても効率的な生産を可能にしています。
そしてCNCフライスからマシニングセンタの時代に移り変わった今、インターネットやクラウドベースの技術と統合され、遠隔操作や加工プロセスの最適化までも可能になっています。これにより、生産の柔軟性が向上し、製造業界のさらなるイノベーションを推進しています。
これらの進化により、CNCフライス盤はマシニングセンタへと進化を遂げ、小規模な職人工房から大規模な製造工場まで、幅広い分野で不可欠な機械となっています。技術の発展に伴い、今後もさらなる革新が期待されています。
CNCフライス盤のプログラミング
CNCフライス盤は、マシニングセンタと同様に手打ちでプログラムを行うのが基本になります。
プログラミングのさわりだけ解説しておきますので、どんなものかという参考程度にご覧ください。
実際のGコードとMコードの例
ちょっと難しいかもしれませんが、実際に使用されるGコードとMコードを見てみましょう！
CNCフライス盤のプログラミングにおいて、GコードとMコードは複数の命令を組み合わせて使用されます。以下に、簡単な実施のGコードとMコードのサンプルを示します。このコードは基本的な直線と円弧の加工を行うプログラムの例です。先頭にGが付くのがGコード、Mが付くのがMコードです。
(プログラム開始)
(スピンドルの開始と初期位置への移動)
M03 S1200 ; スピンドルを時計回りに毎分1200回転で開始
G00 X0 Y0 ; 開始点に高速移動
(直線加工)
G01 X50 Y0 F150 ; X軸に沿って50mmの位置まで毎分150mmの速度で移動
G01 X50 Y50 F150 ; Y軸に沿って50mmの位置まで移動
G01 X0 Y50 F150 ; X軸に沿って元の位置まで戻る
G01 X0 Y0 F150 ; Y軸に沿って元の位置まで戻る
(円弧加工)
G02 X50 Y50 I25 J0 ; 現在の位置からX50 Y50まで、中心点がI25 J0の円弧を描きながら移動
(スピンドル停止とプログラム終了)
M05 ; スピンドル停止
M30 ; プログラムの終了
(プログラム終了)いかがですか？この例ではよく使用するコードをバラバラに羅列しただけですが、実際はこういったコードを組み合わせて加工が完了するように打ち込んでいきます。
このプログラムによってフライス盤が動作するというイメージを持っていただけたのではないでしょうか。以下は実際の加工シーンの動画です。
フライス加工のプログラムについて、より深く知りたい方はこちらの記事をご参照ください！
CNCフライス盤の種類と選択ガイド
日本製CNCフライス盤の特徴とメリット：精密加工と信頼性の高さ
日本製のCNCフライス盤は、その卓越した精密加工能力と信頼性で、国内外で高い評価を受けています。これらの機械は長年にわたる製造経験と技術革新に支えられ、特に精密部品製造や要求の厳しい工業用途に最適です。
驚異的な加工精度
日本製CNCフライス盤は、約0.001mm（1マイクロメートル）未満の誤差範囲での加工が可能で、これは特に航空宇宙産業、精密医療機器、自動車部品などの高度な精度を要求される分野で不可欠です。
耐久性と効率性
これらのフライス盤は、長時間の連続稼働でも精度の低下がほとんどなく、メンテナンスの頻度も低いです。高品質な素材の使用と精密な組み立て技術が生産コストの削減とダウンタイムの最小化に貢献しています。
先進的な機能とユーザーフレンドリーな設計
多くのモデルでは直感的なユーザーインターフェースや自動化された工程管理システムが組み込まれており、IoT技術の統合による遠隔監視やデータ分析などの機能も提供されています。
現在はNCフライスは作っていませんが、ヤマザキマザックは扱いやすい対話プログラミングのパイオニアで、その機能は現在のマシニングセンタにもしっかり継承されています。
日本製CNCフライス盤の代表的なメーカー
牧野フライス製作所:
牧野フライス製作所のCNCフライス盤は、現在CNCフライスでは一番のメーカーではないでしょうか。大きい会社ですので、その高精度な加工能力は長年の製造経験によって裏打ちされており、品質と信頼性は高いです。
加えて、堅牢な機械構造により、長時間の連続稼働でも性能の低下が少ないため、耐久性に優れています。大きいメーカーならではの、CNCフライスに限らず小規模から大規模な工業用途に対応する多様なニーズへの適応力と、顧客の特定の要求に合わせたカスタマイズが可能な点も、牧野フライス製作所のCNCフライス盤の強みです。
これらの要素が組み合わさり、高い品質と柔軟性を実現しています。
株式会社山崎技研
山崎技研はCNCフライス盤にかなり力を入れているメーカーということもあり、その使いやすさと効率性で高い評価を受けています。加工に細かな精度が求められる作業においても、大手メーカーと同様の加工精度で加工できるようです。また、職人たちが長年の使用を通じてその操作性に慣れ親しんでいることも、山崎技研のCNCフライス盤が選ばれる大きな理由です。
アフターサポートに関しても、山崎技研は高い評価を得ています。何か問題が発生した時に迅速かつ安心できるサポートを提供し、顧客の信頼を築いています。
購入の際の決め手のデータも公式HPに掲載されていましたが、使い勝手の良さが32%で最も高く、営業マンやサービスの対応の良さも24%と高い評価を得ています。
新潟マシンテクノ株式会社
新潟マシンテクノのCNCフライス盤は、一般的なフライス盤と少し違う形で、ターンテーブルや剛性で特徴を出している、特殊なCNCフライスです。
特に注目すべきはその一パスで幅235mmのワークを加工できる剛性で、これにより生産効率が大幅に向上します。また、対話型の自動プログラミング機能も搭載しており、加工データの入力だけで自動切削が可能です。
素材測定装置も搭載でき、素材の厚さを自動で測定し、ユーザーの入力作業を省きます。さらに、ワークエアフロートシステムは、マグネットチャックからのエアーを出すことにより、ワークの正確な位置決めなど段取り性が良くなるようになっています。
卓上CNCフライス盤の特徴と選び方
卓上型CNCフライス盤は、そのコンパクトなサイズと高い機能性により、限られたスペースでも精密な加工が可能です。これらの機械は、個人の工房や教育の現場、小規模な製造業に最適で、多様な創作活動や試作に利用されています。
中には安価に手に入る物もあり、DIYが一般的になってきている昨今は特に人気のある機械です！
加工範囲と精度
卓上型CNCフライス盤を選ぶ際に重要なのは、加工範囲と精度です。加工範囲は一般的に約300mm x 200mmと小さく、より大きな作品を作成する場合は広い範囲を加工できる機械が必要です。精度は0.01mmから0.05mmの範囲で、安いものを買うと精度も低くなる場合が多いです。剛性が比較的高く、高精度なモデルがおすすめです。
スピンドル速度と加工素材
スピンドル速度は1,000～10,000RPMで、加工する素材によって適切な速度が異なります。木材、プラスチック、金属など、加工したい素材を考慮して選びます。
卓上機は基本的に剛性がかなり低いため、金属を加工できたとしてもアルミが精一杯です。鋼材やステンレスは基本的に加工できないと思ったほうが良いでしょう。
互換性のあるソフトウェア
使用目的に応じて、互換性のあるソフトウェアの選択も重要です。今はFusion360という高機能なCAD/CAMが無料で使えるため、こちらを使うと良いでしょう。
CNC卓上フライス盤のおすすめメーカー
手に入りやすいCNC卓上フライス盤のメーカーを挙げました。
国産ではないのでどうしても信頼性やサポート面に難がありますが、それを覚悟の上で購入してみるのも面白いかと思います。
- Bantam Tools (アメリカ): Bantam Toolsは、使いやすさと精密加工を兼ね備えた卓上型CNCフライス盤を販売しています。小規模な試作や細かい部品加工に適しており、教育機関やDIYでの利用に最適です。下に掲載した動画を見た感じ、しっかり作られていそうな感じがします。
- Carbide 3D (アメリカ): Carbide 3Dは、ユーザーフレンドリーな設計と高い加工精度で知られるメーカーです。同社の卓上型CNCフライス盤は、さまざまな素材に対応し、特に金属加工に優れた性能を発揮します。
- Genmitsu (中国): Genmitsuは、コストパフォーマンスに優れた卓上型CNCフライス盤を提供しています。通販でも手に入りやすく、非常に安いですね。
自分で作るCNCフライス盤：自作のステップ
DIY愛好家にとって、自分でCNCフライス盤を作ることは、非常に魅力的なチャレンジです。フライス加工を仕事にしている私でも自分でつくろうと思ったことなどありませんので、全て自分でやろうと思うと難易度は高いかと思います。
後ほど紹介するように、卓上フライス盤を販売されているCNC化キットを使ってCNC化するのでしたら難易度は下がりますので、フライス盤の仕組みを理解しきっていないかたはそういったところから挑戦してみると良いでしょう。
自作ができるようになると、個々のニーズに合わせたカスタマイズが可能で、加工能力やコスト効率を最大限に引き出すことができます。
部品の選定と計画
自作CNCフライス盤のプロセスは、適切な部品の選定から始まります。この段階では、スピンドルモーター、ステッピングモーター、リニアガイド、ボールねじなど、機械の主要な部品を決定します。スピンドルモーターの選択においては、最大回転数や馬力が重要な要素となります。例えば、金属の加工には最大10,000RPMのスピンドルが適していますし、場合によってはさらに高速なスピンドルを搭載することもできます。
ソフトウェアとハードウェアの組み合わせ
次に、適切なソフトウェアとハードウェアの組み合わせを選ぶ必要があります。CNCマシンの動作をコントロールするためには、適切なCAMソフトウェアとCNCコントローラーソフトウェアが必要です。例えば、CAMソフトウェアには「Fusion 360」や「SolidWorks」がありますが、コスト面から考えてやはり「Fusion 360」がおすすめです。これらを使いこなせれば、手打ちプログラミングではでは削り出せないような複雑な形状の加工も可能です。
機械の組み立てと調整
最終段階では、選定した部品を使用して機械を組み立て、適切に調整します。組み立てには基本的な工作機械と電子機器に関する知識が必要で、精密な位置決めと動作の調整が重要となります。どのくらいの剛性や精度を求めるかにもよりますが、0.05mm未満の精度で動作させることも十分可能です。これにより高度な精密加工が行えます。
コスト面でのメリット
自作CNCフライス盤の最大のメリットの一つは、コスト削減です。市販のCNCフライス盤は数千から数万ドルで販売されていますが、自作マシンはこれらの半額以下のコストで作成することが可能です。また、自分の具体的なニーズに合わせた機械を作ることで、不必要な機能に費用をかけることなく、最適な機械を手に入れることができます。
自分でCNCフライス盤を作るプロセスは、技術的な理解と創造性を深める上で大変良い経験になるかと思います。それに自分で作った機械であればメンテナンスも容易ですし、愛着も湧くでしょう。趣味としてはとても面白いと思います。
卓上フライス盤はDIYでCNC化が可能！
既存のフライス盤をCNC化することは、男のロマンてきなところがあり、挑戦しているDIY愛好家もインターネット上でちらほら見かけます。CNC化は、手動操作による制限を克服し、フライス盤の機能を大幅に拡張します。より精密な加工が可能になるだけでなく、操作の効率化や品質の安定性が大きく向上します。
ステッピングモーターの選定
CNC化の第一歩は、適切なステッピングモーターを選定することです。ステッピングモーターは、フライス盤の軸を正確に動かすための鍵です。通常、NEMA 17やNEMA 23サイズのモーターが用いられます。モーターの選定は、トルクを確認の上、加工する素材の種類や重さ、必要な加工精度に基づいて行います。
制御システムの設置
次に、CNCマシンをコントロールするための制御システムを設置します。Arduinoベースのコントローラーや専用のCNCコントローラーが一般的に使用されます。これらのシステムは、ステッピングモーターを正確に制御し、ユーザーが設計した加工パスに従ってフライス盤を動かします。
ソフトウェアのインストール
CNC化の最終ステップは、適切なソフトウェアのインストールです。CAM（Computer-Aided Manufacturing）ソフトウェアは、設計データを加工パスに変換し、フライス盤が読み取れるGコードを生成します。市場には「Fusion 360」や「GRBL」などのソフトウェアがあり、これらは操作性や機能性に優れ、ユーザーの具体的なニーズに応じた選択が可能です。Fusion 360は無料で使用することができるため、個人の趣味で楽しむには最適です。
精密加工への道
CNC化により、手動フライス盤より精度の高い加工もかなりやりやすくなります。例えば、機種にもよりますが、CNC化されたフライス盤は、0.01mm未満の精度で複雑な形状や微細なパターンを加工することができます。これにより、DIYプロジェクト、模型作成、小規模な製品製造など、さまざまな用途での使用が可能になります。
自分でフライス盤をCNC化することは、なかなかDIYとしてはハードルが高いですが、技術的な挑戦であると同時に、創造性を最大限に活かす機会になります。こうして、手動機械に新たな命を吹き込み、製造の可能性を広げる一歩となります。
プロクソンのフライス盤のCNC化方法
プロクソンのフライス盤は、DIY愛好家や精密作業を必要とする職人にとって、そのコンパクトサイズと精度の高さで重宝されています。このフライス盤をCNC化することで、その機能性を大幅に拡張し、プログラミングによる自動化された加工を実現できます。CNC化は、特に反復作業や複雑なデザインの加工において、時間の節約と精度の向上をもたらします。
CNC化キットの活用
プロクソンのフライス盤のCNC化には、専用のキットが市販されています。これらのキットには、CNC化に必要なすべての部品が含まれており、特に電子工作や機械工作に慣れていないユーザーにとっても取り付けやすい設計となっています。キットの内容には、ステッピングモーター、マウントブラケット、制御ボード、ケーブルなどが含まれ、これらを使えば手動フライス盤のCNC化は完結させることができます。
以下のリンクでキットは販売されていましたが、執筆時点で販売中止状態になっています。
取り付けとセットアップ
CNC化キットの取り付けは、通常、手動操作用の部品を取り外し、新しい電動部品を装着することから始まります。多くのキットには詳細な取り付け手順が含まれており、基本的な工具で組み立てることができます。組み立て後は、制御システムを設定し、フライス盤とコンピュータを接続してCNC化を完了します。
プログラミングと操作
CNC化されたプロクソンのフライス盤は、CAM（Computer-Aided Manufacturing）ソフトウェアを使用してプログラムを作ります。このソフト、例えばFusion360等を通じて、ユーザーは加工したいデザインを入力し、その指示に基づいてフライス盤が動作します。こうして複雑な形状やパターンの加工を容易に行うことができ、作業の精度と効率が大きく向上します。
プロクソンのフライス盤のCNC化は、DIYには行き過ぎのレベルです。ですが、キットを使うことでまだとっつきやすくなるかと思います。
CNC化をすることで、DIYにあたってもより複雑で精密な作業ができるようになります。このアップグレードにより、加工の幅が広がり、部品の品質も引き上げられます。
Genmitsu CNCフライス盤ProverXL 4030のレビュー：実際のユーザーからの口コミのまとめ
GenmitsuのCNCフライス盤”ProverXL 4030″は、低価格でありながら必要十分な性能を持ったマシンです。Amazonでの実際のユーザーの声を基に、この機械の特徴と実用性について詳しく見ていきます。
口コミから見える本機の特徴
- 堅牢な構造：”非常に堅牢なアルミニウム製のフレームと美しいアノダイズ処理”が、この機械の耐久性と見た目の良さを保証しています。口コミ投稿者J.T.
- 組み立てのしやすさ：「組み立てが比較的簡単」との口コミがあり、これは初心者にとって助かるポイントですね。口コミ投稿者Baumarktkunde
- 作業範囲の広さ：一部の人は「作業エリアの広さ」を特に評価しています。町工場で普段私が使うような機械と比較するともちろん小さいですが、卓上機としては及第点ということですね。口コミ投稿者D.Sch.
口コミから見える、検討すべき点
- 作業範囲の活用：”スピンドルが移動できる範囲が思ったより狭い”点に注意が必要です。しっかりXYZ各軸のストロークを確認した上で、目的に合う場合のみ購入するようにしましょう。口コミ投稿者Baumarktkunde
- ケーブル管理：ケーブルの損傷に関する問題も指摘されており、適切な管理が必要です。ケーブルは丁寧に扱う必要がありそうですね。
総合評価
Genmitsu CNCフライス盤ProverXL 4030は、その堅牢な構造、使いやすさ、および拡張性の高さにより、ユーザーから高い評価を受けています。アルミや樹脂の加工において、DIYに大活躍するでしょう。ただし、ストロークの小ささや、ケーブル管理に関する注意点があるため、これらの点を考慮した上で購入することが必要です。全体的に、このCNCフライス盤はコストパフォーマンスが良く、十分検討に値するレベルと思います。
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