フライス加工（機械加工）

フライス加工は、ロータリーカッターを使用してカッターをワークピースに進めて材料を除去する機械加工プロセスです^[1]。これは、1つまたは複数の軸の方向^[2]、カッターヘッドの速度、圧力を変えることによって行うことができます。^[3]フライス加工は、小さな個々の部品から大規模で強力なギャングフライス加工まで、さまざまな操作と機械をカバーしています。これは、カスタムパーツを正確な許容差で機械加工するための最も一般的に使用されるプロセスの1つです。

フライス加工は、さまざまな工作機械で行うことができます。フライス加工用の工作機械の元々の種類は、フライス盤（ミルと呼ばれることが多い）でした。1960年代にコンピュータ数値制御(CNC) が登場した後、フライス盤は、自動工具交換装置、工具マガジンまたはカルーセル、CNC 機能、冷却システム、エンクロージャによって強化された、マシニング センターへと進化しました。フライス盤は、一般に、垂直マシニング センター (VMC) または水平マシニング センター (HMC) に分類されます。

フライス加工と旋削加工の統合、およびその逆の統合は、旋盤用のライブ ツールと、旋削加工用のミルの使用から始まりました。これにより、同じ作業範囲内でフライス加工と旋削加工を容易にするために特別に設計された、新しいクラスの工作機械、マルチタスク マシン (MTM) が誕生しました。

フライス加工は、フライスカッターを使用してワークピースの表面から材料を除去する切削プロセスです。フライスカッターは回転切削ツールで、多くの場合、複数の切削ポイントがあります。工具が回転軸に沿って進められるドリル加工とは対照的に、フライス加工のカッターは通常、軸に対して垂直に動かされ、切削はカッターの円周上で行われます。フライスカッターがワークピースに入ると、ツールの刃先 (溝または歯) が材料に繰り返し食い込んでは抜け、パスごとにワークピースからチップ (切りくず)を削り取ります。切削動作はせん断変形です。材料は小さな塊になってワークピースから押し出され、多かれ少なかれ (材料によって異なります) 集まってチップを形成します。このため、金属の切削は、刃で柔らかい材料をスライスする場合とは(機構的に) 多少異なります。

フライス加工では、多数の小さな切削を別々に行うことで材料を除去します。これは、多数の歯を持つカッターを使用するか、カッターを高速で回転させる、または材料をカッターにゆっくりと通すことで実現されます。ほとんどの場合、これら 3 つの方法の組み合わせが採用されます。^[2]使用される速度と送りは、変数の組み合わせに合わせて変化します。ピースがカッターを通過する速度は、送り速度、または単に送りと呼ばれます。これは、ほとんどの場合、時間あたりの距離 (インチ/分 [in/min または ipm] またはミリメートル/分 [mm/min]) として測定されますが、回転あたりの距離やカッターの歯あたりの距離が使用されることもあります。

製粉プロセスには主に 2 つの種類があります。

• 正面フライス加工では、切削動作は主にフライスカッターの端の角で発生します。正面フライス加工は、ワークピースに平らな面 (フェース) を切削したり、平底のキャビティを切削したりするために使用されます。
• 外周フライス加工では、切削動作は主にカッターの円周に沿って行われるため、フライス加工された表面の断面は最終的にカッターの形状になります。この場合、カッターの刃がワークピースから材料をすくい取るように見えます。外周フライス加工は、深い溝、ねじ、および歯車の歯の切削に適しています。

フライス加工では、さまざまな種類の切削工具が使用されます。エンドミルなどのフライスカッターは、端面全体に切削面があるため、ワークピースに穴を開けることができます (プランジング)。フライスカッターには、周辺フライス加工を可能にするために側面に延長された切削面がある場合もあります。正面フライス加工に最適化されたツールは、端の角に小さなカッターのみを備えている傾向があります。

フライスカッターの切削面は、一般的に硬くて耐熱性のある材料で作られているため、摩耗が遅くなります。低価格のカッターの表面は、高速度鋼で作られている場合があります。より高価ですが摩耗が遅い材料には、超硬合金があります。摩擦を減らしたり、硬度をさらに高めたりするために、薄膜コーティングを施す場合があります。

フライス盤やマシニング センターでフライス加工を実行するために一般的に使用される切削工具があります (場合によっては他の工作機械でも使用されます)。切削工具は、機械内での動きによって材料を除去したり (ボール ノーズ ミルなど)、カッターの形状から直接材料を除去したり (ホブ カッターなどのフォーム ツールなど) します。

材料がフライス盤の切削領域を通過すると、カッターの刃が一定の間隔で材料の切りくずを切削します。そのため、カッターの側面で切断された表面（周辺フライス加工など）には、常に規則的な隆起が含まれます。隆起間の距離と隆起の高さは、送り速度、切削面の数、カッターの直径によって異なります。^{[4]カッターが狭く、送り速度が速い場合、これらの回転隆起によって}表面仕上げに大きなばらつきが生じる可能性があります。

フェイスミル加工では、原理的には非常に平坦な表面を生成できます。しかし、実際には、カッターの端面上の点の動きに伴って、結果的にトロコイドマークが常に目に見える形で現れます。これらの回転マークにより、フェイスミル加工された表面の特徴的な仕上がりが実現します。回転マークは、カッターの端面の平坦度や、カッターの回転軸と送り方向の垂直度などの要因に応じて、かなり粗くなることがあります。多くの場合、材料の大部分が除去された後、表面仕上げを改善するために、送り速度を遅くした最終パスが使用されます。精密なフェイスミル加工では、回転マークは、刃先の欠陥による微細な傷にすぎません。

ギャングミリングとは、水平ミリングセットアップで同じアーバーに取り付けられた（つまり、ギャングされた）2つ以上のミリングカッターを使用することを指します。すべてのカッターが同じタイプの操作を実行する場合もあれば、各カッターが異なるタイプの操作を実行する場合もあります。たとえば、複数のワークピースにスロット、平面、角度付き溝が必要な場合、これらを切断するのに適した方法は（CNC以外のコンテキストで）ギャングミリングです。完成したワークピースはすべて同じになり、ピースあたりのミリング時間は最小限に抑えられます。^[5]

ギャングミリングは、 CNC時代以前は特に重要でした。重複部品の生産では、1 つの操作で 1 つのフィーチャを手動でミリングしてから、次の操作を切削するためにマシンを変更する (または同じマシンのセットアップを変更する) よりも、大幅に効率が向上したためです。今日では、自動ツール交換と 4 軸または 5 軸制御を備えたCNCミリングにより、ギャングミリングの実施が大幅に不要になります。

フライス加工は、フライス盤のスピンドルに 保持されたコレットなどに保持されたさまざまな形状のフライスカッターを使用して実行されます。

ミルの向きは、フライス盤の主な分類です。基本的な構成は垂直と水平の 2 つで、カッターが取り付けられている回転スピンドルの向きを表します。ただし、制御方法、サイズ、目的、および動力源に応じて、別の分類もあります。

垂直フライス盤では、スピンドル軸は垂直方向を向いています。フライスカッターはスピンドルに保持され、スピンドルの軸上で回転します。スピンドルは通常下げることができ (またはテーブルを上げることができ、カッターをワークに近づけたり深くしたりするのと同じ相対効果が得られます)、プランジカットや穴あけが可能になります。ブレードがワークに切り込む深さは、マイクロメータ調整ナットで制御できます。垂直フライス盤には、ベッド フライス盤とタレット フライス盤の 2 つのサブカテゴリがあります。

• タレットミルには固定スピンドルがあり、テーブルはスピンドル軸に対して垂直および平行に移動して切削を行います。一部のタレット ミルには、フライス カッター (またはドリル) をドリル プレスと同様の方法で上下させることができるクイルが付いています。これにより、垂直 (Z) 方向の切削方法が 2 つ提供されます。クイルを上下させる方法と、ニーを動かす方法です。
• しかし、ベッドミルでは、テーブルはスピンドルの軸に対して垂直にのみ移動し、スピンドル自体は自身の軸に対して平行に移動します。

一般的に、タレットミルは 2 つの設計のうちより汎用性が高いと考える人もいます。

3 番目のタイプも存在します。これは、より軽量で多用途な機械で、ミル ドリルと呼ばれます。ミル ドリルは垂直ミルの近縁種であり、軽工業や趣味で非常に人気があります。ミル ドリルは、基本的な構成が非常に重いドリル プレスに似ていますが、XY テーブルとはるかに大きなコラムが装備されています。また、通常、同等の大きさのドリル プレスよりも強力なモーターを使用し、ほとんどが多速ベルト駆動で、一部のモデルにはギア付きヘッドまたは電子速度制御があります。通常、非常に頑丈なスピンドル ベアリングが装備されており、フライス加工操作によって生じるスピンドルの横方向の負荷に対処します。ミル ドリルは通常、モーターを含むヘッド全体を、多くの場合蟻継ぎ (ラックとピニオンを備えた円形の場合もあります) の垂直コラム上で上下させます。ミル ドリルには大きなクイルも装備されており、通常、フライス加工操作中はロックされ、ドリル機能を容易にするために解放されます。ミルドリルとドリルプレスを分けるその他の違いとしては、Z 軸の微調整、より正確な深さストッパー、X、Y、または Z 軸をロックする機能、そして多くの場合、角度付きの切削ドリルを可能にするためにヘッドまたは垂直コラムとパワーヘッド アセンブリ全体を傾けるシステムなどがあります。サイズは別として、これらの軽量マシンと大型の垂直ミルとの主な違いは、XY テーブルの高さが固定されていることです。Z 軸は、ヘッドまたはクイルを X、Y テーブルに向かって下方に動かすことによって制御されます。ミルドリルには通常、クイルに内部テーパー フィッティングがあり、コレット チャック、フェース ミル、または垂直ミルに似たジェイコブス チャックを取り付けることができます。

水平フライス盤も基本的には同じですが、カッターはテーブルを横切って取り付けられた水平スピンドルまたはアーバーに取り付けられています。多くの水平フライス盤には、さまざまな角度でフライス加工できる内蔵回転テーブルも備わっています。この機能はユニバーサル テーブルと呼ばれます。エンドミルや垂直フライス盤で使用できる他の種類のツールを水平フライス盤で使用することもできますが、その本当の利点は、アーバーに取り付けられたカッターにあります。サイド ミルおよびフェイス ミルと呼ばれるカッターは、断面が丸鋸に似ていますが、一般的に幅が広く直径が小さいです。カッターはアーバーからしっかりと支えられ、エンド ミルよりも断面積が大きいため、非常に重い切削が可能で、材料の除去速度が速くなります。これらは、溝やスロットのフライス加工に使用されます。プレーン ミルは、平面を形作るために使用されます。複数のカッターをアーバーにまとめて、複雑な形状のスロットや平面をフライス加工することもできます。特殊カッターは、溝、ベベル、半径、または必要な任意のセクションを切断することもできます。これらの特殊カッターは、高価になる傾向があります。シンプレックス ミルにはスピンドルが 1 つ、デュプレックス ミルにはスピンドルが 2 つあります。また、水平ミルではギアの切削も簡単です。一部の水平フライス盤には、テーブルに動力取り出し装置が装備されています。これにより、テーブル送りを回転固定具と同期させることができ、ハイポイドギアなどのスパイラル形状のフライス加工が可能になります。

ユニバーサルフライス盤は、水平スピンドルまたは垂直スピンドルのいずれかを備えた機械です。後者は、2 軸タレット上にある場合があり、必要に応じてスピンドルを任意の方向に向けることができます。2 つのオプションは、独立して駆動することも、ギアを介して 1 つのモーターから駆動することもできます。いずれの場合も、作業は通常、どちらのタイプの操作でも同じ場所に置かれるため、使用されていない方法のメカニズムは邪魔にならない場所に移動します。小型の機械では「スペア」を持ち上げて取り外すことができますが、大型の機械では、使用されていない部品を引っ込めるシステムが備わっています。

フライス盤の設計において、垂直スピンドルと水平スピンドルのどちらを選択するかは、通常、加工物の形状とサイズ、および加工が必要な加工物の面の数によって決まります。エンドミルをカッターとして使用し、スピンドルの軸方向の動きが1 つの平面に対して垂直である作業は、垂直フライス盤に適しています。垂直フライス盤では、オペレーターが機械の前に立ち、下から見上げることで切削動作に簡単にアクセスできます。したがって、垂直フライス盤は、型彫り作業 (金属ブロックに鋳型を加工する作業) に最も適しています。^[6]より重く長い加工物は、水平フライス盤のテーブルに配置するのに適しています。

数値制御以前は、旋盤のような主軸台の下にフライス盤テーブルを配置することで進化した水平フライス盤が最初に登場しました。その後数十年で垂直フライス盤が登場し、水平フライス盤を垂直フライス盤に変更する (後にはその逆も可能) ためのアドオンヘッドの形のアクセサリが一般的に使用されるようになりました。CNC 時代でも、複数の側面の加工が必要な重いワークピースには水平加工センターが適しており、ダイシングには垂直加工センターが適しています。

水平と垂直に加えて、他の区別も重要です。

• ベッド ミルこれは、スピンドルがペンダント上にあり、ペンダントが上下に動いてカッターをワークに動かし、テーブルが床に置かれた頑丈なベッド上にあるフライス盤を指します。これらは通常、ニー ミルよりも剛性があります。ガントリー ミルは、このベッド ミルのカテゴリに含めることができます。
• ボックス ミルまたはコラム ミル コラムまたはボックス ウェイ上でヘッドが上下する、趣味用の非常に基本的なベンチマウント型フライス盤です。
• C フレーム ミルこれらは、大型の工業生産ミルです。垂直方向にのみ可動するニーと固定スピンドル ヘッドを備えています。通常、タレット ミルよりもはるかに強力で、全方向への一体型油圧パワー フィード用の独立した油圧モーターと、20 ～ 50 馬力のモーターを備えています。バックラッシュ除去装置は、ほぼ常に標準装備です。大型の NMTB 40 または 50 ツールを使用します。C フレーム ミルのテーブルは通常 18 インチ x 68 インチ以上で、複数の部品を同時に加工できます。
• フロア ミルこれらには、回転テーブルの列と、テーブル列と平行に走る一連のトラックに取り付けられた水平ペンダント スピンドルがあります。 これらのミルは主にCNCに変換されていますが、手動制御のものもまだいくつかあります (中古の機械が見つかる場合)。 スピンドル キャリッジは各テーブルに移動し、機械加工操作を実行し、前のテーブルが次の操作のためにセットアップされている間に次のテーブルに移動します。 他のミルとは異なり、フロア ミルには移動可能なフロア ユニットがあります。 クレーンが巨大な回転テーブル、XY テーブルなどを機械加工の位置に降ろすため、大規模で複雑なカスタム フライス加工操作が可能になります。
• ガントリーミル フライス加工ヘッドは、作業面の両側にある 2 本のレール (多くの場合、スチール シャフト) の上を移動します。その設計により、通常、機械の移動サイズに比べて設置面積が非常に小さくなります。欠点としては、通常、C フレーム ミルなどほど剛性が高くありません。
• 水平ボーリング ミルさまざまな工作機械の多くの機能を組み込んだ、大型で正確なベッドの水平フライス盤です。これらは主に、大型の製造治具の作成や、大型で高精度の部品の修正に使用されます。スピンドル ストロークは数フィート (通常 4 ～ 6 フィート) あり、多くはテール ストックを装備しているため、穴の深さが増しても精度を落とさずに非常に長いボーリング操作を実行できます。一般的なベッドは X 方向と Y 方向の移動が可能で、回転テーブル付きで 3 ～ 4 フィートの正方形、テーブルなしではより大きな長方形になります。ペンダントは通常 4 ～ 8 フィートの垂直移動を提供します。一部のミルには、大型 (30 インチ以上) の一体型フェーシング ヘッドがあります。直角回転テーブルと垂直フライス加工アタッチメントを使用すると、さらに柔軟に使用できます。
• ジグボーラー 穴あけ、および非常に軽いスロットまたはフェースフライス加工用に作られた垂直ミルです。これらは通常、スピンドルのスローが長いベッドミルです。ベッドはより正確で、ハンドホイールは 0.0001 インチまで目盛りが付けられており、正確な穴の配置が可能です。
• ニー ミルまたはニー アンド コラム ミルとは、垂直方向に調整可能なニーの上で XY テーブルがコラムに沿って上下するフライス盤を指します。これにはブリッジポートも含まれます。
• プレーナー型ミル(Plano Milling)プレーナーと同じ構成で作られた大型ミルですが、プレーニング ヘッドの代わりにミリング スピンドルを備えています。プレーナー自体はほぼ過去のものとなったため、この用語は時代遅れになっています。
• ラム型ミルこれは、スライド式ラムにカッティング ヘッドが取り付けられているミルを指します。スピンドルは、垂直または水平に向けることができます。実際には、ラムを備えたほとんどのミルには、それが「タレット」マウントと呼ばれるかどうかに関係なく、旋回機能も含まれています。ブリッジポート構成は、垂直ヘッド ラム型ミルに分類できます。Van Norman Machine Tool Company は、 20 世紀のほとんどの間、ラム型ミルを専門としていました。CNC マシンが広く普及して以来、ラム型ミルは今でもブリッジポート構成 (手動またはCNC制御) で製造されていますが、あまり一般的ではないバリエーション (Van Norman、Index などが製造したものなど) は消滅し、現在ではブリッジポート形式のミルまたはマシニング センターで作業が行われています。
• タレット ミル一般的にはブリッジポート型フライス盤と呼ばれます。スピンドルはさまざまな位置に調整できるため、非常に汎用性が高いですが、剛性はやや劣ります。

フライス盤は機械工によってしばしばミルと呼ばれます。ミラーという古語は19世紀から20世紀初頭にかけてよく使われていました。^[7]

1960 年代以降、フライス盤とマシニング センターという用語の使用法が重複するようになりました。NC/ CNCマシニング センターはフライス盤から発展したため、用語は徐々に進化しましたが、かなりの重複がまだ残っています。区別すると、マシニング センターは、CNC以前のミルにはなかった機能、特にツール マガジン (カルーセル) を含む自動ツール チェンジャー (ATC) や、場合によっては自動パレット チェンジャー (APC) を備えたミルであるという点です。一般的な用法では、すべてのマシニング センターはミルですが、すべてのミルがマシニング センターというわけではありません。ATC を備えたミルだけがマシニング センターです。

ほとんどのCNCフライス盤 (マシニング センターとも呼ばれる) は、コンピューター制御の垂直フライス盤で、スピンドルを Z 軸に沿って垂直に動かすことができます。この自由度の高さにより、型彫り、彫刻、レリーフ彫刻などの2.5D表面での加工に使用できます。円錐形ツールまたはボール ノーズ カッターと組み合わせると、速度に影響を与えることなくフライス加工の精度が大幅に向上し、ほとんどの平面手彫り作業に代わるコスト効率の高い方法となります。

CNCマシンは、水平フライス盤のような手動機械のほぼすべての形式で存在します。最も高度なCNCフライス盤である多軸マシンは、3 つの通常の軸 (XYZ) に加えてさらに 2 つの軸を追加します。水平フライス盤には C 軸または Q 軸もあり、水平に取り付けられたワークピースを回転させて、基本的に非対称で偏心した 旋削を可能にします。5 番目の軸(B 軸) は、ツール自体の傾きを制御します。これらの軸をすべて連動して使用すると、非常に複雑な形状、さらには人間の頭などの有機的な形状も、これらのマシンで比較的簡単に作成できます。ただし、このような形状をプログラムするスキルは、ほとんどのオペレーターの能力を超えています。したがって、5 軸フライス盤は、ほぼ常にCAMを使用してプログラムされます。

このような機械のオペレーティング システムは閉ループ システムであり、フィードバックに基づいて機能します。これらの機械は、基本的な NC (数値制御) 機械から開発されました。NC 機械のコンピュータ化された形式は、CNC 機械として知られています。一連の命令 (プログラムと呼ばれる) は、機械を目的の操作に誘導するために使用されます。100 を超えるさまざまな G コードと M コードがあります。^[8]プログラムで使用される非常に一般的なコードは次のとおりです。

G00 – 早送り
G01 – ツールの直線補間
G02 - 円弧時計回り（cw）
G03 - 反時計回りの円弧 (ccw)
G20 - 寸法（インチ）
G21 – 寸法（mm）
G28 - 基準点に戻る
G40 - 工具補正キャンセル
G41 - 工具補正左
G42 - 工具補正右
G43 - 工具長補正
G54 - 座標系 #1 を選択

M03 – スピンドル始動（時計回り）
M04 – スピンドル始動（反時計回り）
M05 - スピンドル停止
M06 - ツール交換
M08 - 冷却水オン
M09 - 冷却水オフ
M30 – プログラム終了

他にも様々なコードが使われています。CNC マシンはプログラマーと呼ばれる 1 人のオペレーターによって操作され、さまざまな操作を自動的かつ経済的に実行することができます。

コンピュータとオープンソースの CNC ソフトウェアの価格低下により、CNC マシンのエントリー価格が急落しました。

工作機械 (フライス盤を含む) で使用されるアクセサリと切削工具は、総称として「ツール」と呼ばれます。CNC フライス盤で使用されるツールは高度に標準化されていますが、手動フライス盤で使用されるツールはそれほど標準化されていません。CNC 生産におけるツールの整理を容易にするために、多くの企業がツール管理ソリューションを使用しています。

特定の用途向けのフライスカッターは、さまざまなツール構成で保持されます。

CNC フライス盤では、ほぼ常に SK (または ISO)、CAT、BT、または HSK ツールが使用されます。SK ツールはヨーロッパで最も一般的ですが、CAT ツール (V フランジ ツールとも呼ばれる) は米国で最も古く、おそらく最も一般的なタイプです。CAT ツールは、イリノイ州ピオリアのCaterpillar Inc.によって、機械に使用するツールを標準化するために発明されました。CAT ツールには、CAT-30、CAT-40、CAT-50 などと指定されたさまざまなサイズがあります。この数字は、製造技術協会(旧称 National Machine Tool Builders Association (NMTB)) のツールの テーパー サイズを示しています。

CAT ツールの改良版が Bridgeport Taper (BT) ツールです。これは CAT ツールと似ているため、混同されやすいものです。CAT ツールと同様に、BT ツールにもさまざまなサイズがあり、同じ NMTB ボディ テーパーを使用します。ただし、BT ツールはスピンドル軸を中心に対称ですが、CAT ツールはそうではありません。これにより、BT ツールは高速でも安定性とバランスが向上します。これら 2 つのツールホルダーのもう 1 つの微妙な違いは、プル スタッドを保持するために使用されるねじです。CAT ツールはすべてヤードポンド法のねじで、BT ツールはすべてメートル法のねじです。これはプル スタッドのみに影響し、保持できるツールには影響しないことに注意してください。どちらのタイプのツールも、ヤードポンド法とメートル法の両方のサイズのツールを受け入れるように販売されています。

SK および HSK ツールは、「中空シャンク ツール」と呼ばれることもあり、米国よりも発明されたヨーロッパでより一般的です。HSK ツールは高速では BT ツールよりも優れていると言われています。HSK ツールの保持機構はツールの (中空の) 本体内に配置されており、スピンドル速度が上昇すると拡張し、スピンドル速度が上昇するにつれてツールをよりしっかりと掴みます。このタイプのツールにはプル スタッドはありません。

手動フライス盤の場合、以前は競合していた規格が多数存在するため、標準化はそれほど進んでいません。新型で大型の手動フライス盤では通常、NMTB ツールが使用されます。このツールは CAT ツールに似ていますが、フライス盤内にドローバーが必要です。さらに、NMTB ツールには互換性を困難にするさまざまなバリエーションがあります。機械が古いほど、適用される規格の多様性が高くなります (例: Morse、Jarno、Brown & Sharpe、Van Norman、およびあまり一般的ではないメーカー固有のテーパー)。ただし、特に広く使用されている 2 つの規格は Morse #2 と R8 であり、これらの普及は、コネチカット州ブリッジポートのBridgeport Machinesが製造したミルの人気によって推進されました。これらのミルは長い間市場を独占していたため、「Bridgeport」は事実上「手動フライス盤」と同義です。ブリッジポートが 1938 年から 1965 年の間に製造したマシンのほとんどはモールステーパー #2 を使用していましたが、1965 年頃からはほとんどが R8 テーパーを使用するようになりました。

フライス盤にはフライスカッター、スリットカッター、ギアカッター、エンドミルなど多くの切削工具が存在する。^[9]

• アーバーサポート
• 停止ブロック

ポケットフライス加工は、機械加工で最も広く使用されている操作の 1 つと見なされています。航空宇宙産業や造船業界で広く使用されています。ポケットフライス加工では、ワークピースの平面上の任意の閉じた境界内の材料が、固定された深さまで除去されます。通常、ポケットフライス加工にはフラットボトムエンドミルが使用されます。最初に粗加工を行って材料の大部分を除去し、次に仕上げエンドミルでポケットを仕上げます。^{[10]工業用フライス加工のほとんどは、} 2.5 軸CNC フライス加工 で処理できます。 ^[11]このタイプのパス制御では、すべての機械部品の最大 80% を加工できます。ポケットフライス加工の重要性は非常に高いため、効果的なポケット加工アプローチにより、加工時間とコストを削減できます。^[12] NC ポケットフライス加工は、主に線形と非線形の 2 つのツールパスで実行できます。^[13]

このアプローチでは、ツールの動きは一方向です。ジグザグおよびジグツールパスは、線形ツールパスの例です。

ジグザグフライス加工では、材料は前進パスと後進パスの両方で除去されます。この場合、切削はスピンドルの回転に合わせて、また回転に逆らって行われます。これにより、加工時間は短縮されますが、機械のチャタリングと工具の摩耗が増加します。

ジグミリングでは、工具は一方向にのみ動きます。工具は各カットの後に持ち上げて引っ込める必要があるため、加工時間が長くなります。ただし、ジグミリングの場合、表面品質は向上します。

このアプローチでは、ツールの動きは多方向です。非線形ツールパスの一例としては、輪郭平行ツールパスがあります。

このアプローチでは、必要なポケット境界を使用してツールパスを導出します。この場合、カッターは常にワーク材料と接触しています。したがって、ツールの位置決めと引き戻しに費やされるアイドル時間は回避されます。大規模な材料除去では、輪郭平行ツールパスが広く使用されています。これは、プロセス全体を通じてアップカットまたはダウンカット方式で一貫して使用できるためです。輪郭平行ツールパス生成のカテゴリに分類される 3 つの異なるアプローチがあります。

• ペアワイズ交差アプローチ：ペアワイズ交差アプローチでは、ポケットの境界が段階的に内側に引き込まれ、オフセットセグメントは凹角で交差します。必要な輪郭を得るには、これらの交差をトリムする必要があります。一方、凸角の場合は、オフセットセグメントを延長して接続し、輪郭を作成します。これらの操作、つまりオフセット、トリム、延長は、加工ボリューム全体を十分なプロファイル層でカバーするために繰り返し実行されます。^[14]
• ボロノイ図アプローチ：ボロノイ図アプローチでは、ポケット境界をセグメント化し、ポケット境界全体に対してボロノイ図を作成します。これらのボロノイ図は、加工用のツールパスを生成するために使用されます。この方法は、より効率的で堅牢であると考えられています。さらに、従来のオフセットアルゴリズムに関連するトポロジの問題を回避します。^{[15] [16]}

このアプローチでは、工具は徐々に変化する螺旋状の経路に沿って移動します。螺旋は加工するポケットの中心から始まり、工具は徐々にポケットの境界に向かって移動します。工具経路の方向は徐々に変化し、工具の局所的な加速と減速は最小限に抑えられます。これにより、工具の摩耗が減少します。^[17]

• 
  ジグザグツールパス
• 
  ジグツールパス
• 
  輪郭平行ツールパス
• 
  曲線ツールパス

フライス盤は、回転式やすりがけ、つまり、やすりのような歯を持つ円形のカッターを旋盤の主軸台で動かすという手法から発展しました。回転式やすりがけ、そして後には、真のフライス加工が開発され、手作業でやすりがけする時間と労力を削減しました。フライス盤開発の全容は、初期の開発の多くが個々の工場で行われ、後世に残る記録がほとんど残されていないため、決して明らかではないかもしれません。しかし、以下に要約するように、大まかな概要はわかっています。技術史の観点から見ると、この新しいタイプの加工を「フライス加工」という用語で命名したのは、その言葉の以前の意味である、何らかの方法で材料を研磨して加工する (切断、研削、粉砕など) ことの延長であることは明らかです。回転式やすりがけは、フライス加工よりずっと前から存在していました。1760年頃のジャック・ド・ヴォーカンソンによる回転式やすりはよく知られています。 ^{[18] [19]}

1783年、サミュエル・レーは真のフライス盤を発明した。^[20] 1795年、イーライ・テリーはコネチカット州プリマスでフライス盤を使い、背の高い時計を製造し始めた。テリーはフライス盤を使い、時計業界で初めて互換性のある部品を実現した。木製部品のフライス加工は互換性のある部品を作るには効率的だったが、高収量には非効率的だった。木製ブランクをフライス加工すると、機械の刃が1つしかないため、カッターが木材の平行な木目に当たると歯が失われ、部品の収量が低くなる。テリーは後に、部品を大量生産するために1807年にスピンドル切断機を発明した。ウォーターベリーのジェームズ・ハリソン、リッチフィールドのトーマス・バーンズ、ブリストルのギデオン・ロバーツなど、コネチカット州の他の時計職人も、フライス盤を使って時計を製造した。^[21]

明らかに、フライス盤は、回転やすりで削る旋盤とは別の、独立した種類の工作機械として、1814年から1818年の間に初めて登場しました。真のフライス盤の最初期の開発の中心地は、米国の2つの連邦兵器庫（スプリングフィールドとハーパーズフェリー）と、さまざまな民間兵器庫、そして熟練工を彼らと分け合っていた社内請負業者でした。1912年から1916年の間に、工作機械史の創始者として尊敬を集めるジョセフ・W・ローは、イーライ・ホイットニー（上記の民間兵器メーカーの1人）が最初の真のフライス盤を製造したと評価しました。^{[22] [23]} 1918年までに、彼はそれを「おそらく史上初のフライス盤であり、現在存在する中で間違いなく最古のフライス盤である」と考えました。^[24]しかし、ロバート・S・ウッドベリー^[25]や他の研究者^[26]を含むその後の学者は、ローの初期の歴史を改良し、コネチカット州ミドルタウンのロバート・ジョンソン、ハーパーズ・フェリー兵器工場のジョン・H・ホール大尉、ミドルタウンのスタッドル・ヒル工場のシメオン・ノース、スプリングフィールド兵器工場のロズウェル・リー、トーマス・ブランチャードを含むさまざまな他の発明家も同様に、いや、おそらくそれ以上に功績があると主張している。（上記の男性の何人かは、インターネット上で「最初のフライス盤の発明者」または「交換可能な部品の発明者」と説明されることがある。これらの技術は多くの人々の間で時間の経過とともに進化したため、そのような主張は単純化しすぎている。）

ピーター・バイダ^[26]は、1966年にスミソニアン歴史誌に掲載されたエドワード・A・バティソンの記事「イーライ・ホイットニーとフライス盤」を引用し、1950年代と1960年代に活躍した技術史家がホイットニーの「偉人」のイメージを払拭した例を示している。彼はバティソンが「ホイットニーが本物のフライス盤を開発または使用したという証拠はない」と結論付けたと引用している。バイダは「1818年のいわゆるホイットニーの機械は、実際にはホイットニーが亡くなった1825年以降に作られたようだ」と述べている。バイダは、最初の本物のフライス盤はホイットニーではなくミドルタウンのロバート・ジョンソンが作ったというバティソンの示唆を引用している。^[26]

19世紀後半は工作機械の歴史において極めて重要な時期であった。1814年から1818年は、当時の先駆者（フォックス、マレー、ロバーツ）がプレーナーを開発していた時期でもあった。^[27]また、フライス盤と同様に、さまざまな工場で行われていた作業は、さまざまな理由（部分的には所有権の秘密のため、また単に誰も後世のために記録を残していなかったため）で文書化されていなかった。

ジェームズ・ナスミスは1829年から1831年の間に、当時としては非常に先進的なフライス盤を製作しました。 ^{[28]この機械は、6方向}インデックス治具に取り付けられた六角ナットの6面をフライス加工するように設計されていました。

1830 年代に Gay & Silver (別名 Gay, Silver, & Co) の工場で製造され使用されたフライス盤は、それ以前の機械よりも優れた垂直位置決め方法を採用していたため、大きな影響力を持っていました。たとえば、Whitney の機械 (Roe が最初の機械とみなしたもの) やその他の機械では、膝の垂直移動は考慮されていませんでした。明らかに、この背後にあるワークフローの想定は、特定の部品設計に対して機械がシムやバイスなどでセットアップされ、後続の部品では垂直調整が不要 (またはせいぜいシム調整のみ必要) であるというものでした。これは、フライス盤に関する初期の考えが、工具室の機械ではなく生産機械であったことを示しています。

初期の頃は、フライス加工は単に荒削りの作業であり、その後に手やすりで仕上げる作業であると考えられていました。手やすりの作業を減らすという考えは、手やすりを置き換えるという考えよりも重要でした。

この時代のフライス盤開発のキーマンには、フレデリック・W・ハウ、フランシス・A・プラット、エリシャ・K・ルートなどがいた。（この同じ時代の人々は、タレット旋盤の最新技術の開発にも取り組んでいた。ハウは1840年代のゲイ・アンド・シルバーでの経験から、両方の工作機械の初期バージョンに精通していた。彼の工作機械設計は、後にロビンズ・アンド・ローレンス、プロビデンス・ツール・カンパニー、ブラウン・アンド・シャープで製造された。）この時代に登場した最も成功したフライス盤設計は、リンカーン・ミラーは、工作機械の特定のメーカーやモデルというよりは、数十年にわたってさまざまな会社が共通の構成で製造した工具のファミリーです。リンカーン・ミラーの名前は、市場に最初にリンカーン・ミラーを投入した会社、ジョージ・S・リンカーン・アンド・カンパニー（旧フェニックス・アイアン・ワークス）に由来しており、1855年にコルト兵器庫向けに最初のリンカーン・ミラーが製造されました。 ^[29]

この時代、フライス盤の設計には依然として盲点があり、さまざまな設計者が、典型的なフライス盤の 3 つの軸 (X、Y、Z、または以前は縦、横、垂直と呼ばれていました) すべてでスライド移動を提供する、本当にシンプルで効果的な手段を開発できませんでした。垂直方向の位置決めのアイデアは、存在しなかったか、十分に開発されていませんでした。リンカーン ミラーのスピンドルは上げ下げできましたが、その位置決めの背後にある本来のアイデアは、稼働中に頻繁に移動するのではなく、所定の位置にセットアップしてから稼働するというものでした。タレット旋盤と同様に、反復生産マシンであり、熟練したセットアップの後に、かなり低スキルの操作が広範囲にわたって行われました。

1861 年、プロビデンス ツール カンパニーで働いていたフレデリック W. ハウは、ブラウン & シャープ社のジョセフ R. ブラウンに、ツイスト ドリルの溝などの螺旋状のフライス加工の問題の解決策を依頼しました。当時、これらは通常、手作業で削られていました。^[30] (螺旋状のプレーニング加工は存在していましたが、決して一般的ではありませんでした。) ブラウンは「万能フライス盤」を設計し、1862 年 3 月の初販売から大成功を収めました。この機械は、3 軸移動 (つまり、現在 XYZ と呼んでいる軸) の問題を、これまでよりもはるかにエレガントに解決し、テーブル送りと連動して送り出されるインデックス ヘッドを使用して螺旋状のフライス加工を可能にしました。この機械に「万能」という用語が付けられたのは、工具室での作業を含むあらゆる種類の作業に対応でき、以前の設計ほど用途が限定されていなかったためです。 （ハウは1852年に「ユニバーサルミラー」を設計していたが、画期的な成功作とみなされるのは1861年のブラウンのミラーである。）^[30]

ブラウンはまた、歯を連続的に研ぐことで形状を崩さない成形フライスカッターの設計を開発し、特許を取得した（1864年）。^[19]

1860 年代の進歩により、製粉業が一気に発展し、近代的な製粉業が誕生しました。

この数十年間、ブラウン・アンド・シャープ社とシンシナティ・ミリング・マシン社がアメリカのフライス盤業界を独占していた。しかし、当時は他にも何百もの会社がフライス盤を製造しており、その多くがさまざまな意味で重要であった。多種多様な特殊生産機械のほか、19世紀後半から20世紀初頭の典型的な多目的フライス盤は、パワーテーブルフィード、インデックスヘッド、アーバーを支える頑丈なオーバーアームを備えた重いニーアンドコラム水平スピンドル設計であった。機械設計の進化は、発明精神だけでなく、1860年から第一次世界大戦まで次々と画期的な進歩を遂げたフライスカッターの絶え間ない進化によっても推進された。^{[31] [32]}

第一次世界大戦の終わりごろ、工作機械の制御はさまざまな方法で進歩し、後の CNC 技術の基礎を築きました。ジグボーラーは、座標寸法 (単一の参照点から部品上のすべての位置の寸法を測る) という考え方を普及させました。日常的な機械機能として「10分の1」（1000分の1インチ、0.0001インチ）単位で日常的に作業し、制御を使用して図面から部品に直接進み、治具作成を回避しました。 1920年に、JC Shawの新しいトレーサー設計が、テンプレートの3次元コピーを介して金型沈下を行うKellerトレーサーフライス盤に適用されました。これにより、金型の需要がかつてないほど高まったため、金型沈下がより迅速かつ容易になり、自動車製造でシートをスタンプするために使用されるような大型の鋼製金型に非常に役立ちました。このような機械は、トレーサーの動きを、機械のリードスクリューまたは油圧を操作するサーボの入力に変換しました。また、アンチバックラッシュリードスクリューナットの開発を促進しました。 上記の概念はすべて1920年代には新しいものでしたが、NC/CNC時代には日常的になりました。 1930年代までには、シンシナティハイドロテルなどの信じられないほど大きく高度なフライス盤が存在し、 CNC 制御自体を除くあらゆる点で、今日の CNC ミルは優れています。

1936年、ルドルフ・バナウ（1897-1962）はフライス盤の大幅な改良を思いついた。^[33]彼の会社は1938年に新しい膝と柱の垂直フライス盤の製造を開始した。これがブリッジポートフライス盤で、ヘッドにスライドラムと回転タレットが取り付けられていることから、ラム型またはタレット型フライス盤と呼ばれることが多い。この機械は非常に人気があったため、他の多くのメーカーがコピーや派生品を作成した。さらに、その名前はそのような派生品を意味するようになった。ブリッジポートは、以前のモデルに比べて永続的な利点を提供した。それは、最も小さな機械工場でも実用的な購入になるほど小さく、軽く、手頃な価格でありながら、スマートな設計で、多用途で、しっかりとした造りで、堅牢であった。さまざまな方向にスライドおよび旋回するため、ヘッドはどの角度からでも作業に近づくことができた。ブリッジポートの設計は、数世代にわたる中小企業の機械工が使用する手動フライス盤の主流となった。 1980年代までに、ブリッジポートフライス盤は推定25万台が製造され、^[33]現在でも（およびそのクローンが）生産されています。

1940 年までに、ねじ加工機や自動チャッカーなどのカムによる自動化は、すでに数十年にわたって非常によく開発されていました。1930 年代初頭から、サーボ機構を含むアイデアはありましたが、特に第二次世界大戦中および直後に芽生え始めました (数値制御 > 歴史も参照)。これらはすぐに、デジタルコンピューターという新興技術と組み合わされました。第二次世界大戦直前から 1950 年代にかけてのこの技術開発環境は、銃やロケット砲の誘導やミサイル誘導など、大型機械の運動学/動力学を人間が迅速かつ正確に自動的に制御することを希望するその他のアプリケーションにおける当時の進歩を追求する軍事設備投資によって推進されていました。十分な研究開発費は、工作機械業界だけで発生することはおそらくなかったでしょうが、後者のアプリケーションのためには、支出する意志と能力がありました。開発が始まると、それは第二次世界大戦後の多くの技術移転の事例の一つとして、工作機械の制御に積極的に適用されました。

1952年、数値制御は実験室レベルでの実現段階に達した。最初のNC工作機械は、シンシナティ・ハイドロテル社のフライス盤に、自作のNC制御ユニットを取り付けたものである。これは、もう1つの画期的なフライス盤であるブラウン・シャープ社のユニバーサルフライス盤が1862年に発表されたのと同様に 、サイエンティフィック・アメリカン誌^{[34]で報告された。}

1950年代、数値制御はゆっくりと研究室から商業サービスへと移行しました。最初の10年間は​​、航空宇宙産業以外では影響が限られていました。しかし、1960年代から1970年代にかけて、NCはCNCに進化し、データストレージと入力メディアが進化し、コンピュータの処理能力とメモリ容量が着実に増加し、NCおよびCNC工作機械は、大企業と主に航空宇宙産業の環境から、中規模企業と多種多様な製品のレベルへと徐々に普及しました。NCとCNCによる工作機械制御の劇的な進歩は、製造業の文化を大きく変えました。^[35]詳細については（この記事の範囲を超えています）、10年ごとに大きく進化してきました。

コンピュータと CNC 工作機械は急速に発展し続けています。パーソナル コンピュータ革命はこの発展に多大な影響を与えています。1980 年代後半には、小規模な機械工場にデスクトップ コンピュータと CNC 工作機械が導入されました。その後すぐに、愛好家、アーティスト、デザイナーが CNC ミルや旋盤を入手し始めました。メーカーは、デスクトップに置けるほど小型で、ステンレス鋼よりも柔らかい材料を高解像度で切断できる、経済的な価格の CNC マシンの製造を開始しました。これらのマシンは、ジュエリーからプリント基板、銃の部品、さらには美術品まで、あらゆるものを作るのに使用できます。

フライス加工の定義、環境要件、試験方法を標準化するために、国内および国際規格が使用されています。使用する規格の選択は、サプライヤーとユーザーの間の合意であり、フライス加工機の設計において重要な意味を持ちます。米国では、ASME がB5.45-1972フライス加工機と B94.19-1997フライス加工カッターとエンドミルの規格を開発しました。

一般的な許容差は、ほとんどの形状にわたる局所的な許容差が+/-0.005インチ（約0.1mm）、部品のサイズに応じて変化するプラスチックの許容差が+/-0.010インチ（約0.25mm）、金属の最小壁厚が0.030インチ（約0.75mm）、プラスチックの最小壁厚が0.060インチ（約1.5mm）です。^[36]

• アーバーミリング
• CNCルーター
• クライオミリング
• 放電加工
• フライスカッター
• 木工製品
• 多軸加工
• 光化学加工
• プリント基板フライス加工
• ルーター（木工）
• 3Dプリント
• 穀物粉砕ホイール

• ハウンシェル、デビッド・A（1984）『アメリカ式システムから大量生産へ、1800-1932年：米国における製造技術の発展』、メリーランド州ボルチモア：ジョンズ・ホプキンス大学出版局、ISBN 978-0-8018-2975-8、LCCN  83016269、OCLC  1104810110
• ロルト、LTC (1965)、工作機械の小史、マサチューセッツ州ケンブリッジ、米国：MIT プレス、OCLC  250074. 共同版として出版されたRolt, LTC (1965)、Tools for the Job: a Short History of Machine Tools、ロンドン: BT Batsford、LCCN  65080822。