切削加工は代表的な機械加工の一つで、主に金属に対して、刃物で切ったり削ったりする加工です。鉛筆削りや、木材を削るかんなをイメージするといいでしょう。今回は切削加工の種類や切削加工で製作できる部品例をご紹介します。さらに、切削加工によく使われる材料と加工・設計のポイントについても解説します。

目次

切削加工とは工具を用いて母材を削り、望む形状を作る加工のことです。対象となる母材は、鉄やステンレスなどの金属、アルミニウムや真鍮、そしてカーボンや樹脂などの非金属も含まれます。ただし、材質によって硬さや粘さが異なるため、回転速度などの切削条件、あるいは工具そのものを変える必要があります。

切削加工は旋盤加工（旋削加工）、フライス加工、穴あけ加工の大きく3種類に分けられます。旋盤加工は工作物を回転させて削る工作方法で、フライス加工や穴あけ加工は刃物を回転させて削る工作方法です。

切削加工で作れる部品とはどのような形状でしょうか。ここでは、まずはイメージを持っていただくために、代表的な部品例をご紹介します。

切削加工の具体的な作業についてはこちらの記事で解説しています。 切削加工を疑似体験してみよう！

アルミニウムは鉄に比べて軽く、重量当たりの単価が高いのが特徴です。そのため、軽量化を目的として高級スポーツカーのボディパネルやエンジンのシリンダーブロックなどに使用されます。

アルミニウムの利点は次の通りです。

アルミニウムは加工性に優れている材質ですが、切削加工する際に注意しなければならないのが構成刃先です。アルミニウムは熱伝導率が高く熱を逃しやすいとされますが、加工品の形状や種類によっては表面が溶着して工具の刃先に付着します。これを構成刃先と呼びます。

構成刃先を防止するには、エアブローを使用して切り粉を頻繁に取り除いたり、切削油を多量にかけることで切削油中に切り粉を浮かせて取り除く必要があります。

ステンレスの最大の特徴は錆びにくいこと（耐食性が高いこと）です。同じ環境で使用する場合、鉄には塗装やめっきが必要でも、ステンレスならそのまま使用できる場合もあります。

ステンレスの利点は次の通りです。

ステンレスは難削材に分類される材料です。その理由は、熱伝導性が低いため加工時に発生する熱が工具から母材に伝わらず、工具が熱をもってしまうことです。そのため、工具の寿命が短くなります。

また、SUS304やSUS316などのオーステナイト系ステンレスは、加工硬化を起こしやすいのが特徴です。加工硬化とは一度塑性変形させてから同じ方向に力を加えると、降伏点が上昇して塑性変形しにくくなる現象のことです。つまり、加工を進めていくうちに降伏点が高くなり（材料が硬くなり）、加工しづらくなります。

カーボンの特徴は軽さと強度を兼ね備えていることです。そのため、競技用自転車や航空機など、軽さと強度の両方を必要としている場面で使用されます。

カーボンの利点は次の通りです。

カーボンも難削材に分類される材料です。樹脂とカーボンの複合材料であるCFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics）は強度が高いため、炭素粒子が工具を削って寿命を急激に低下させます。また、切削中に発生する切り粉（粉塵）が工作機械のベアリングの摺動部に侵入すると摩耗するほか、人体に入ると肺を傷付ける恐れがあります。

真鍮は銅と亜鉛の合金であり、柔らかくて伸びやすい特徴があります。そのため、複雑な形状に加工しやすく、3次元曲面が多い金管楽器などに使用されます。また、5円硬貨が真鍮で作られていることは有名です。

真鍮の利点は次の通りです。

真鍮は切削しやすい材料ですが、溶解温度が低く切り粉が刃先に付着しやすいため、油性クーラントで刃先を冷却したり、すくい角が大きい超硬素材の工具で高速切削する必要があります。ちなみにすくい角とは、断面において軸方向に鉛直の線と刃物の斜辺（すくい面）がなす角です。

さまざまな自動車部品で、切削加工が利用されています。外観のうち分かりやすいのはアルミホイールです。ホイールは車体を支え、スムーズに回転する役割を持ちますが、デザイン性の高いものには複雑な形状の切削加工が施されています。

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、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が利用されます。

骨折の状態によっては、骨を固定するために金属製ボルトが使用されます。このボルトはステンレスやチタンを切削加工して作られます。ボルトを作る場合は、旋盤の「ねじ切り加工機能」を利用するか、ねじ切り加工専用の「ねじ切り盤」を使用します。 航空宇宙産業の切削加工の事例 カーボン（CFRP）は強度と軽さが求められる航空宇宙産業で利用されています。航空機なら主翼や尾翼、それに胴体に使われ、他には人工衛星のアンテナや太陽光パネルにも使用されています。また、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。

切削加工ができないのは、陶器のように壊れやすい脆性の高い素材や、ゴムのように粘りが強く弾力がある素材です。切削加工は、それ以外の金属材料や木材、一部の樹脂材料など、非常に幅広い材料を加工することができます。しかし、やはり材料によって切削しにくかったり、切削加工にコストがかかったりするため注意が必要です。基本的に硬いものは削りにくくコストが上がると考えるといいでしょう。

切削加工を行う際は、工具と材料との摩擦により熱が発生します。そのため熱に弱い材料の場合、変形してしまったり、材料の性質が変化してしまったりする可能性があります。そのような場合には、切削油やクーラントを使用したり、加工速度を調整したりするなどの工夫が必要になります。 また加工後に発生するバリにも注意が必要です。材料や加工の種類により発生状況は変化しますが、切削加工を行った際には、バリが発生する可能性は高いと考えておきましょう。バリがあると、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。あらかじめ、バリに対する対策も考えておくようにしましょう。

切削加工の現場目線から具体的な設計のポイントを２つ紹介します。

今回は２つ紹介しましたが、その他には加工形状の深さやアンダーカット、段取り替えをなるべく減らすといった設計のポイントがあります。 切削加工部品の効果的な設計のコツはこちらの記事で詳しく説明しています。

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。

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