複合旋盤｜旋削とフライス一体で高効率加工

複合旋盤

複合旋盤は、旋削とミーリング、穴あけ、ねじ切りなどの多工程を一台で実行する工作機械である。主軸に対するC軸割出しと同期制御、タレットの駆動工具（ライブツール）、Y軸送り、さらにはB軸首振りやサブスピンドルを備える機種も多く、丸物部品の外径・端面・側面・背面まで連続的に加工できる。工程集約により段取り回数を削減し、取付け直しに伴う芯ズレや同軸度の劣化を抑制できるため、高精度かつ短納期の量産から多品種少量にまで対応する。近年はCAM連携と衝突回避シミュレーションが標準化し、加工の可視化と自動化が進む。

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構成と主要機能

複合旋盤の基本は、CNC制御の主軸、工具タレット、駆動工具ユニットである。上位機ではY軸による心高方向の送り、B軸首振りヘッド、対向するサブスピンドル、ATC（自動工具交換）付きミーリング主軸を備え、旋盤とマシニングセンタの機能を統合する。C軸は主軸を角度割出し可能にし、側面フライスや円周穴あけを実現する。サブスピンドルはワークを受け渡して背面加工を可能にし、上下タレットの同時加工やピンチターニングでサイクルタイムを短縮する。

  • 主軸・C軸：割出し加工、同期タップ、円周ポケット加工
  • Y軸：心高オフセット加工、キー溝、側面のポケット加工
  • サブスピンドル：背面加工、真円度・同軸度の一貫確保
  • 駆動工具：端面ミーリング、ドリリング、タップ加工
  • B軸（機種による）：斜面・複雑輪郭の連続5軸的加工

加工フローと工程集約

複合旋盤では、素材供給（バー材やチャックワーク）から仕上げまでを機内で連結する。代表的な流れは以下のとおりである。

  1. 荒旋削：外径・端面・溝などの高能率な切削で素材整形
  2. 下穴・ねじ下穴：端面からのドリリング、カウンタボア
  3. 側面ミーリング：C軸割出し＋Y軸送りによるキー溝やポケット
  4. ねじ切り：旋削ねじまたはタップ加工の適用
  5. 受け渡し：サブスピンドルで把持し反転の代替として背面加工
  6. 仕上げ：仕上げ旋削・面取り・座ぐり・スロッティング
  7. 機上計測：プローブやコンタクト計測で補正量を反映

メリットと留意点

複合旋盤の最大の利点は工程集約である。段取り回数と搬送を減らし、芯出し誤差や掴み直しの累積誤差を抑えるため、真円度・位置度・同軸度のばらつきを低減できる。一方、機械停止時の機会損失が大きく、プログラミング難度、干渉リスク、初期投資が増す。熱変位対策（ウォームアップ、サーモフレンドリー構造、補正テーブル）や工具摩耗監視、切りくず詰まり対策（高圧クーラント、チップブレーカ、チップコンベヤ）が安定稼働の鍵となる。

  • 利点：段取り短縮、リードタイム短縮、精度一貫、仕掛品削減、作業平準化
  • 課題：干渉回避、工具本数制約、複雑プログラム、停止時の全体影響

仕様と選定指標

導入検討では、加工対象の材質・サイズ・形状と必要工程から仕様を逆算する。バー材径（スルースピンドル径）、ベッド上振り、心間距離、主軸出力・トルク、最大回転数、タレットのステーション数と駆動工具出力、Y軸ストローク、サブスピンドルの同等能力、ATC付きB軸ヘッドの有無などが判断基準となる。自動化ではバーセンサ、バーフィーダ、ガントリーローダ、パーツキャッチャ、パレット化、機上計測や工具プリセッタとの連携を評価する。

  • 必要工具点数とタレット段数（拡張ポケットの可否）
  • 切削抵抗に見合う主軸・駆動工具の実効出力
  • Y軸の剛性とストローク、割出し精度・繰返し精度
  • クーラント（高圧、スルースピンドル）、切りくず処理能力

制御・プログラミング

複合旋盤のプログラムは、G-codeでの旋削サイクルとミーリング固定サイクル、C軸割出し、Y軸補間、主従スピンドル同期（カットオフ受け渡し）などを統合する。極座標補間や円筒補間で円周加工を簡潔化し、上下タレット同時加工では工具経路と主軸角の同期が重要となる。CAMはポストプロセッサで機種固有の制御語に対応し、仮想機シミュレーションと干渉チェック、送り・主軸・加減速の実機特性を反映した検証が品質とサイクルタイムに直結する。

プログラム品質確保の要点

  • 初品は送り・切込みの安全側設定と段階的最適化
  • 工具長・オフセット・干渉ボディの一元管理
  • サイクル間の主軸停止・割出し・チャック状態の明示
  • シミュレーション結果と機上試削のギャップ評価

治具・工具と加工品質

複合旋盤では、把持剛性と芯振れが仕上げ面粗さや真円度を左右する。チャックはソフトジョーをワーク形状に合わせてボーリングし、必要に応じてコレットやエア拡張治具を用いる。工具は低逃げ角でビビリを抑え、駆動工具は振れ精度と保持剛性を重視する。加工品質は切削熱・工具摩耗・機械熱変位に依存するため、クーラント条件、ブレーカ形状、送りの最適化、機上計測による補正ループが有効である。

  • 重要指標：Ra、Rz、真円度、同軸度、面直角度、位置度
  • 安定化策：高圧クーラント、刃先管理、熱安定化、芯高合わせ

導入効果の試算

複合旋盤で3工程（旋盤→フライス→タップ）の外段取りを一台に集約すると、段取り2回分と搬送待ちが削減される。加工時間T、段取り時間S、搬送待ちWとすると、従来総時間は3T＋2S＋2W、集約後はT′（同時加工で短縮）＋S′（1回）で表せる。T′≒0.7〜0.85T、S′≒0.5〜0.7Sが目安で、仕掛品・在庫圧縮、リードタイム短縮、品質のばらつき低減という副次効果も大きい。部品ファミリを分析し、最頻寸法・工具群・工程順の標準化を行えば、稼働率とOEEの向上が期待できる。