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物つくりの原点 ─マザーマシン／マシセン 昨日・今日・あした─

三菱重工の昨日・今日・あしたThe Starting Point for "CREATION"− Yesterday, Today, and Tomorrow of "MACHINING
CENTER" Called "MOTHER MACHINE"−

1．はじめ

春 日 井霹

藤原

笹昭梶山井浩彰彦
優の 石油ショック で，低成長経済に移行し，この背景の中でに

昭和 49 年（1974 年）に自動化の先駆けとなる
MPA-70 ， MPA-40 ， MPA-100

工作機械は， 機械を作る機械 あるいは， マザーマシン

MPA-50 ，が完成した．と呼ばれ，産業製品の製造に不可欠な機械として産業の発展

昭和 54 年（1979 年）には，APC を標準装備し，無人運転，とともに歩んできた．現在，工作機械の中で，NC 旋盤と並FMS 対応が可能な， MPA-50A ， MPA-50B ， MPA-60A ，び広く世の中に普及しているのが，マシニングセンタである．
マシニングセンタの歴史は，昭和 33 年（1958 年）アメリカのカーネイ＆トレッカー社が開発した実用化マシニングセ
ンタ

ミルウォーキマチックにさかのぼる．この頃から

MPA-80Aが完成し，このシリーズの発売で従来の４倍の出荷台数を達成した．
昭和 58 年（1983 年）には，金型業界で圧倒的大勢を占めていた立形マシセンにも参入し，業界初の熱変位補正機能とマシニングセンタ （以下マシセンと称す）という名称が誕

独自の自動プログラミング装置を持つ生した．

V55 ， MPA-V65

MPA-V45 ， MPA-を発表し，市場の好評を得た．

一方，マシセンの無人運転が可能になるにしたがい FMC，2．マシセンの昨日

FMS の商品化も充実し，本格的なシステム商品へ展開して当社では，昭和 33 年（1958 年）頃から工作機械の NC 化いった．昭和 60 年（1985 年）には， フリーフロー生産シスの研究に着手し，昭和 40 年（1965 年）以降，産業界で合理テム（F-FMS） を開発．複雑な制御コントローラを必要と化ニーズが高まる中，昭和 43 年（1968 年）に初の横形マシ

しない本システムは，国内外のユーザの共感を得て多数のラセン

MPA-10 ， MPA-15を２機種同時に完成させ，市場インを納入した（図２）．
その後，マシセンは生産性向上を柱に高速・高精度化のニに投入した（図１）．
昭和46年（1971年）の ドルショック ，昭和48年（1973年）ーズに対応し，送り速度の向上，主軸の高速化をモデルチェ

MPA-40

MPA-10

MPA-50 A
MPA-100

19681974

図１

マシセンの沿革

1979

開発初期の横形マシセン機種の変革を示す．
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図２

F-FMS ライン

F-FMS（フリーフロー生産システム）ラインを示す．

ンジに合わせて実施し，市場に送り出してきた．主軸の高速化，高精度化には，ビルトインモータが不可欠となり，平成７年から８年（1995 年から 96 年）にかけて発売した横形マシセン M-HE シリーズ，立形マシセン M-VE シリーズでは，従来機

M-V 50-FM

図３ ボ ー ル エ ン ド ミ ル 加 工 で の 加 工 面 拡 大

従来機と
M-V50-FM 機での加工面品位の比較を示す．M-V50-FM での加工面が優れている．

主軸にビルトインモータを全面採用した．また主軸の高速化に合わせて送り系の高速化，運動性能向上にも取り組んだ．に形状を仕上げてゆく金型加工では，形状精度，加工面品位

当時，パレットサイズ 800 × 800 mm クラスの横形マシセンの向上が課題である．このためには三次元形状の移動指令点で，送り速度 40 m/min を実現し，いち早く世に送り出した．

群データを高速に処理し，送り軸の移動の追従遅れを正確に補正できる機能が必要であった．

3．マシセンの今日加工品位面向上には，高速回転・低振動主軸の研究を実施近年，中国を始めとしたアジア地域に，世界の製造拠点がした．また，送りの高加減速を頻繁に繰り返す形状加工に対シフトしつつあるなか，高付加価値マシセンとして商品化しし，高加減速時の機械の姿勢変化を極小に押さえるために，たのが，平成 13 年（2001 年）に発売した，Σシリーズの立剛性評価基準を見直した．さらに，移動指令点群データの高M-V50 ， M-V50-FMである．さらに，平成

速処理と送り軸の移動の追従遅れを補正する機能として，新

14 年（2002 年）には，Σシリーズの横形マシセン M-H60 ，しく FM 制御機能（微少点群データでの部品形状加工時の点M-H80と点の加速，減速を先読みし，機械の剛性に合った加速，減形マシセンを発表し，Σシリーズの立形マシセンには，テーブルサイズの一回り大きい

M-V70

M-V70-FMをラインナップした．

速の最適値を指令する機能）を開発し，高品位加工に寄与した（図３）．

このΣシリーズは，加工対象物の特性から，その性格付け

主軸の低振動化では，回転速度全域に対し，振動を抑制すを分類し，金型分野，原動機分野，航空機分野，自動車分野

るように設計解析した回転速度 30 000 min − 1 の主軸を開発し（その他汎用部品含む）の４分野を柱として展開した．

た．これにより，主軸の回転体のみならず，主軸を支える基（1）金型分野幹部品を含めた機械全体での評価解析技術を確立し，機械にアルミ材金型から高硬度材金型まで，自由曲面形状を高速，高精度，高品位に加工する機械．
（2）原動機分野
難削材を加工する高剛性機，さらにはブレードなどに代表される５軸加工機などの高機能機．
（3）航空機分野反映した．全回転域での振動評価は，業界に先駆けたものであった．さらに，低速域での主軸剛性を高めるために，低速，高速での主軸ベアリングの予圧切替機構を実現し，低速域での重切削から，高速域での切削迄を安定して実現することができた．これらの技術には，原動機を始めとする当社の回転体解析技術が活用された．また，機械の精度維持，安定には，アルミ材から三次元形状を高速に削り出す高速・高機能３点支持ベッドの採用，熱変位抑制として，機体内にエアを機（例えば５軸加工機）．また，原動機分野に共通する難送風しての機体温度の均一化（図４），機体への加工熱の影

削材部品加工用の高剛性機．

響を押さえる熱遮断カバーの設置，多点温度計測補正機能な（4）自動車分野
アルミダイキャストを中心とした高速切削送り機．鋳物，スチール材を中心とした高剛性，高速機．
3．1

金型分野を支える技術

どで，熱変位を± 0.005 mm 以下に低減した．これらの熱解析技術に関しても三次元 CAD をベースとした熱解析プログラムが大きな効果を挙げている．
3．2 原動機分野を支える技術

立形マシセンのΣシリーズは，特に金型分野を指向した機ブレードを始めとする高温環境下で使用される原動機分野

種で，高品位の金型加工を実現するために，金型の製造現場の部品は，耐熱合金鋼（チタン，インコネルなど），ステンを知ることから開発を始めた．ボールエンドミルで１パス毎レス鋼に代表され，難削材料であると同時に，加工形状も三三菱重工技報 Vol.40 No.1（2003_1）

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ただし，相違点としては，金型は型彫り加工で，部品自体に剛性があるのに対し，多くの航空機部品では，形状に薄肉（２ mm 程度）のリブ形状が多数存在する場合があり，部品の剛性が工具側より弱く，加工上もびびりやすく，規定の形状をいかに早く切削するかといったことが重要となる．
3．4 自動車分野を支える技術
近年，アルミダイキャストを中心とした基幹部品と，軽量化，部品点数削減を背景に部品の樹脂化などが進んでいる．
切削代の少ないダイキャスト部品では，高回転・高加減速主軸，高速送り機構など，非生産時間の極小化にますます拍車が掛かり，リニアモータを始め高速化に対応する要素技術が進展してゆくことが予想される．
当社では，こういった量産分野対応の機械としては，専用加工ラインから発展したマシニングセル（量産ライン向マシニングセンタ）に移行しており，平成 14 年（2002 年）に
図４ 機体内エア送風のモデルマシセンの機体内にエアを送風することにより，機体温度の均一化を計る．

M-CM4A （主軸 12 000 min − 1，加速度１ G）を市場に投入し，高能率の加工を支えている．
3．5 お客様の機械の稼動を支える技術

次元形状と複雑であり，高いプロファイル精度も要求される．

マシセンを利用するお客様が厳しいコスト競争に勝ち抜く

こういった難削材部品の加工機械としては，機械の静剛性がためには，マシセン自体の機能，性能に加え高い稼動率を保強いのみでなく，動剛性の高い機械が望まれる．また，長期証する技術が必要である．

安定精度も不可欠で，熱変位を含めた機械の精度安定が必要
横形マシセンΣシリーズでは開発の初期段階から，MTBF（Mean Time
Between Failure），MTTR（Mean Time To Repair）を評価し，となってくる．
M-H60 ， M-H80のΣシリーズは，この故障しにくい，耐久性を重視した機械としている．また要求にこたえるために次の要素技術に取り組んだ．

TPM（Total Productive Maintenance）を考慮した設計を行い，（1）高トルク，高剛性主軸の開発

定期的な保守を必要とする機器を一箇所にまとめ，視認性，高トルク，高剛性主軸として，主軸モータトルクのアッ保守性を向上させている．さらには環境問題への対応の一環

プに加えて，主軸ベアリングの高予圧化を図った．主軸ベとして，省エネ対応にも配慮した機械に取り組んでいる．

アリングの予圧を上げた場合のベアリングの温度上昇防止

また，最近の通信インフラを活用したリモート診断システ

技術として，主軸内部からベアリングを冷却する機構を採ムも実用化した．これは，お客様のマシセンと当事業部のサー用した．

ビス部門をインターネットや PHS で接続し，遠隔地のマシ（2）滑り案内の動剛性と転がり案内の運動性能を兼ね備えた送り機構

センの故障を直接診断する機能である．これらの IT を活用した機能は，今後ますます広く浸透していくと考えられる．

送り系に関しては，高い動剛性を確保するために，荷重さらに，万一不具合が発生した場合，当事業部 CS センタ側，反荷重側とも静圧支持を採用した全軸油静圧しゅう動がお客様の窓口としてサポートを行う．CS センタは，サー面機構を開発した．

ビス部門，技術部門を統括し，問題の解決に至るまでの一連

この機構は，従来の樹脂しゅう動面材の送り機構でみられる姿勢変化が解消され，形状精度の厳しい部品加工に適した機構となった．また，摩擦係数も低く，50m/min の送り速度を実現した．
3．3

航空機分野を支える技術

航空機分野にも耐熱合金鋼，ステンレス鋼に代表される難削材部品が使用され，切削性能の向上が原動機分野と共通ののプロセスをお客様の立場で管理している．

4．マシセンのあした製造拠点の海外シフトは，今後数年さらに加速，拡大していくことが予想される．しかしながら，研究，開発段階での試作部品，最先端技術を支える高付加価値部品は，各国の自国の産業として存続すると思われる．

テーマであり，静圧しゅう動面機構を採用した M-H Σシリー

このような中，先の４つの分野において，Σシリーズをベズは，この分野においても高い生産性を上げることができる．

ースに，高付加価値部品の生産リードタイム短縮に向けた，航空機では，アルミ，マグネシウム材の軽量素形材からの削り出し部品も主要構成部品上大きなウエイトを占めてい高付加価値マシセンの開発に取り組んでいる．
4．1 金型分野のあしたる．これらの部品では，最終製品の高精度化とあいまって，高硬度材，ステンレス材などの型加工のリードタイム短縮

直線３軸では加工できない形状が増加している．これらの部に向け，高剛性リニアモータの要素技術研究に取り組み始め

品は，形状を点群データから生成し，部品を削り出すというた．また，手仕上げレス化に向け更なる主軸の高速化，低振点では，金型と共通するところがある．

動化へ取り組んでいく．
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ます難しくなっている．当社のマシセンの能力を最大限にいかせる加工技術ノウハウ（加工法，ツーリング技術，切削条件，計測評価技術）を蓄積し，当事業部加工技術センタからお客様に提案していく体制を築いていく予定である．
（2）稼動率向上の取組み
TPM を考慮した保守の容易化，周辺装置の非生産稼動
時間の削減，センシング機能を強化した自己診断機能の充実，ネットワークインフラを活用した遠隔診断の充実など
今後のマシセンの利用技術を高めるには機械の知能化がベースとなる．当社技術本部と連携し，これらの要素技術開発を進めていく．
（3）海外拠点生産を含めた生産管理システム
現在 MES（生産実行システム）として他の製造分野で普及しているシステムが機械加工部門にも広く浸透すると
図５

ヘッド５軸加工機
５軸加工マシセンの一例として，ヘッドチルト形５軸加工マシセンの例を示す．

考えられる．グローバル化に対応し全世界の生産拠点における生産データが共用されるようになる．このような将来予想から，従来の FMC，FMS を含むさらに上位レベルのまた金型製作の全工程を効率化するためには，マシニングセンタによる加工工程を効率化するのみではなく，CAD/CAMによる最適加工プログラムの自動生成や検査工程の自動化など設計から検査に至る全工程を視野に入れた効率化の研究にも取り組んでいく．
4．2

原動機，航空機分野のあした

耐熱材などの難削材の高速切削に対しては，工具摩耗と機械の動剛性との関係を，工具と機械をシステム的にとらえて解明し，最適な工具の選定，設計に反映する手法の研究に取り組み始めた．

生産管理システムへ取り組んでいく

5．おわりに今後の日本の製造業は，高付加価値を追及した高度な製品や産業，また高精度加工や高能率加工を追及した製品や産業に集約されていくことが予想される．今後これらの高度な加工要求を満足するために必要な要素技術を抽出することが必要不可欠である．
当社では，ますます高精度，高耐久性を追及する原動機，航空機・宇宙機器分野の製品の製造を手掛けており，これら機械側においては，難削材の高速切削に対応できる機械剛製品事業の生産技術の初期段階に参加することによって，問性の評価基準を策定し，機械剛性向上の要素技術に取り組み題解決のための要素技術をいち早く抽出することが可能であ始めた．

る．

また，アルミ合金の複雑形状加工のリードタイム短縮は，さらに，これらの要求を満足していくために，当社技術本大きな課題である．段取りをミニマムにし高精度の加工を行部と連携を取り，要素技術研究に取り組んでいく．この要素うには 5 軸加工技術（複合加工技術）の適用が不可欠であり，技術研究の成果は，当社マシセンに反映し，幅広く全世界の加工に最適な５軸加工機の市場投入を計画している（図５）．

ユーザに受け入れられる機械となるよう，今後とも技術開発

4．3

自動車分野のあした

当社では，従来から自動車部品の専用部品加工ラインも手掛けてきた．この分野へは，ライン構成のフレキシビリティを備え，高生産性の超高速のマシニングセルにて中・量産部品加工に対応していく．また専用部品加工ラインにかける部

春日井霹

藤原彰彦

工作機械事業部長

工作機械事業部
技術部長

笹井浩昭

梶山優

工作機械事業部
技術部
工作機械設計一課主席

工作機械事業部
技術部
工作機械設計一課

品以外の，変種変量の中・小ロット用部品加工向けに，汎用性のある小型・高精度のマシセン開発に取り組んでいく．
4．4

マシセンを活用する技術のあした

マシセンを活用していただくお客様のあしたを支えていくには，高機能のマシセンを提供するだけでなく，さらにお客様の生産活動全体を支援する取組みが重要である．
（1）加工技術支援
高速切削が進展するにつれ，最適加工条件の把握はます

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