工作機械

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工作機械（こうさくきかい）とは、機械を構成する部品を製作する機械。旋盤、歯切り盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、研削盤など様々な種類がある（「工作機械の種類」参照）。

一般に加工対象物もしくは刃のどちらかを回転させ、両者の相対位置を制御することで目的の形状に加工する。加工対象物としては、金属、木材、プラスティックなど。刃としては、ドリル、エンドミル、バイトなど。

近年では、相対位置の数値制御を自動化することで、生産効率を高めた NC加工を行う工作機械が主流。中でも、FA（ファクトリーオートメーション）の一環として ATC（オートツールチェンジャー）・APC（オートパレットチェンジャー）の機能を持つマシニングセンタなどが登場した。

[編集] 工作機械の発展と母性原理

現存するすべての機械は、いずれもどこかの工作機械から生み出されている。そのため工作機械のことを母なる機械－マザーマシン－と呼ぶこともある。現代の工作機械もまた、歴代の工作機械から生み出された。これは、「創めて作られたコンパイラは何でコンパイルされたか」という疑問と同じく、創めの工作機械はどうやって作られたかという疑問が出てくる。

これについて明確な答えは無いが、有史前に職人が手作業で作り上げたと推測される。またおそらく、単純に全ての機械の生みの親と言えるべき工作機械が存在していたわけではなく、ほぼ同時期にいくつもの工作機械が手作業で作り出されたと考えられる。

初期の工作機械の精度は悪かったと考えられる。歴代の技術者の努力によって、精度の高い工作機械が作られ、それがさらに精度の高い工作機械を生み出すことを繰り返し、今の工作機械の精度が得られるようになった。機械の精度を高めるために、キサゲ・ラッピングという金属加工の技術が編み出された。キサゲとは、木の棒の先に、超硬バイトをつけて0.1μm単位で削る加工方法である。この手法で削られた金属面は、ウロコ状の模様になる。目的として、摺導面に油だまりを作り摺導摩擦を軽減するのと、0.1μ単位で機械の部分的な精度を向上させる。しかしながら、この手法は、高度な習得技術を必要として作業時間もかかる。このために、摺導面を持つような、工作機械は高額になるといえる。

ところで工作機械には「工作機械以上の精度で部品を生み出すことが出来ない」という母性原理が存在する。この原理を真に受けると、このように次第に精度を上げてきた工作機械の歴史には矛盾があるように感じる。

しかしこれは、例えば 10μm の精度の工作機械が生み出す部品は、必ず 10μm の誤差があるわけではない(1μm＝0.001mm)。精度 10μm の工作機械を用いてまったくおなじように 1000 個部品を作ってみると、出来る部品の誤差が ±10μm の範囲に収まるという意味であり中には 1 個くらい ±1μm の部品が出来る可能性がある。選りすぐられた精度の高い部品のみを使うことで、母性原理に反せず工作機械の精度を向上させることができる。また、職人が砥石等を使って精度を上げた部品の採用や誤差が出にくいように設計する工夫なども精度向上の歴史を担ってきている。

[編集] 工作機械の歴史

工作機械がいつ頃発明されたかは定かではない。紀元前1200年頃のミケーネの墳墓から、旋盤によって加工されたと考えられる木鉢が発掘されている。紀元前6世紀頃、エトルリアやケルトの中に、高度な旋盤技能を持つ人がいたと、発掘品から考えられている。

旋盤の技術は紀元前 2 世紀頃にはヨーロッパや近東にも広がった。工作機械が劇的に発展したのは、14世紀以降で、これはまず14 世紀の機械時計の発明によって加工精度が必要になったためである。しかし、機械時計は対象物が小さく、比較的大きな物に対する工作機械が登場するのは 18 世紀の蒸気機関の発明により、ピストンやシリンダを高精度に加工する時代まで待たないといけない。以降、工作機械はますます高度化し現代に至っている。

[編集] 工作機械の種類

工作機械には、大きく分けて万能工作機械と単能工作機械の2種が存在する。前者は旋盤の様に様々な加工をこなす事が出来る反面、十分な精度を出すには高い技術と熟練を要する。後者はボール盤の様に単一の作業しかこなせない代わりに操作が容易で、多種の単能機械を組み合わせる事で高精度の部品を大量に生産できる。この違いが顕著に示された例が第二次世界大戦の日本とアメリカで、熟練職人の操作する万能工作機械に頼っていた日本の軍需工業が彼らの徴兵によって弱体化したのに対し、アメリカは経験に乏しい作業員でも精度の出せる単能工作機械を大量に駆使して高い生産力を維持し、物量でドイツや日本を圧倒したのである。