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機械加工の大まかな流れ


機械加工の仕事の流れを大まかに考えてみる。図1に示すように、市場からのニーズや設計者のシーズなどから商品の発想し、具体的な設計活動から始まり、アイデアは組立図や部品図として具現化される。
そして、それらの図面に基づき、機械加工が行われる。完成した部品を組み立てれば、機械として完成できる。部品や製品は、検査した後、出荷となる。

(図1)~
【設計】⇒【製図】⇒【機械加工】⇒【組立】⇒【検査】⇒【完成】⇒【出荷】

工作機械を扱うだけが機械加工ではない。部品図を見て、加工手順を考えた後、材料や工具を準備する。必要に応じて治具(製作を補助するための道具)を作ることもある。そして、材料を切り出して、形状を仕上げていく。そして、最終的に穴あけやねじ切りなどの加工を行って部品を完成させる。

一連の流れの中で最も重要なことは、加工の手順を考えることである。加工手順は部品の形状や材質によって異なるのはもちろん、要求されている加工精度や使用する工作機械によっても異なってくる。

機械加工の能率を考える


 機械加工において、正確な部品を製作することが最も重要である。一方、ビジネスで行っているので、短時間で能率のよい加工を行うことも要求されている。確かに、機械加工の初心者よりも機械加工のベテランの方がはるかに加工が早い。しかし、実際に工作機械を動かしている時間は、加工速度に制限があるので、初心者とベテランとの差はほとんどない。能率よく機械加工を進めるためには、工具を交換する際の手際のよさや、適切な加工手順の決定が重要である。加工の作業のスピードが求められている場合であっても、定められた品質条件を満たしうる作業が必要で、加工ミスは最小化しなくてはならない。

切削加工とプレス加工


 機械加工の代表的なものとして、切削加工とプレス加工(あるいは塑性加工)がある。切削加工とは、刃もので材料を削る加工であり、切り屑が出るのが特徴である。その代表的な工作機械として旋盤やフライス盤があり、これらは一つの工作機械で様々な形状の部品を製作できるという特徴がある。そのため、実験装置などの単品製作に適している。

 一方、プレス加工は、金属材料の塑性(一度曲げるとそのままの形状を保つ性質)を利用した加工である。プレス加工は切り屑が出ない(切り屑は無くても抜き加工などで材料のロスは別の形で発生する)ため、材料を無駄なく使えるのが特徴であり、大量生産に適した加工法である。
しかし、一対の型に対して、一種類の形状の部品しか作れないので、実験装置などの単品製作には適していない。

バリ取りは機械加工の基本

 “バリ”とは、材料を切ったり、削ったりした際に材料の角にできる“出っ張り”のことである。
 目視でよく見えるバリもあるが、指で触ってみないとわからない小さなバリもある。ヤスリを使って丁寧にバリを取ることは、高い精度で機械部品を作るための基本である。材料を切ったり、削ったりした後には、こまめにバリを取るように心がける。

 なぜバリを取るのかというと、材料にバリが残っていると、材料がまっすぐに固定できないので、加工面が傾いたり、曲がったりする加工過程での問題あるし、バリで指をけがすることもあり、安全上の問題もある。
 また、バリがあると、部品の正しい長さを測定できないという測定上の問題もある。
 当然であるが、部品にバリが残っていると、正しい組立ができないという問題もある。最終的な製品をユーザーに提供し、ユーザーがバリで怪我をすればクレームになるという品質保証上の問題もある。

寸法の測定


 機械加工において、部品の長さ寸法を測るには、ノギスやマイクロメータを使用する。 ノギスには、アナログ式(バーニヤと呼ばれる目盛のある形式)は1/20 mmの最小単位で測定できるのが普通である。デジタル式のノギスでは1/100 mmまで測定できるものがある。ノギスは、部品の辺の長さや外径のほか、内径や深さも測定できる。

加工精度と寸法公差


機械加工において、部品図に表示された基準の寸法と全く同じ寸法で加工を行うことはできない。そのため、部品の長さに応じて、実際の寸法として許される最大値と最小値が決められている。
寸法公差とは、その最大値と最小値の差のことである。部品図に何の表示もない場合、通常は基準寸法を中心としてプラス側(大きく作る側)とマイナス側(小さく作る側)に同じだけの寸法公差がある。すなわち、許される範囲内で、プラス側に作ってもマイナス側に作っても構わないともいえる。
 一方、歯車と軸などのように、機械部品では穴と軸とをはめ合わせて使用することが多い。このような関係を「はめあい」と言い、軸の直径が穴の直径より小さくなければ組み立てることができない。もちろん、軸の直径が小さすぎると歯車は適切に機能しない。
したがって、このような軸や穴には、プラス側かマイナス側のどちらか一方の寸法公差(最大許容寸法、最小許容寸法)が必要になる。
このような寸法公差は、部品が設計される際に決められるのが普通である。機械加工を行う際には寸法公差を十分に考えながら加工を進めなければならない。
なお、実現できる加工精度は、工作機械や作業者自身の能力や加工手順(方法)による。

表面粗さ


 表面の凹凸をマイクロメートルの単位で測り、それを数値で表したものを「表面粗さ」という。一般に、表面粗さを測定しながら機械加工を進めることはほとんどないが(筆者は測定したことがない)、表面をどの程度のきれいさに仕上げる必要があるのかは機械加工の手順を考える上でも重要である。
 例えば、Oリングでシールする表面は滑らかに仕上げる必要がある。表面がざらざらだとOリングを脱着する際、Oリングを傷つけてしまい、シール性能を損なうためである。また、部品同士が摺動する箇所も表面を滑らかに仕上げる必要がある。


けがき作業

 穴の中心位置を決めたり、材料の中心や基準を決めるための、けがき作業には正確さが必要とされる。そのような場合、時間をかけて丁寧にけがく。一方、帯のこ盤などで切断する位置を決める場合などは、切断後に部品の形状を仕上げていくので、それほど正確でなくてよい。その場合、時間をかける必要はなく、能率よく作業するべきである。
機械加工においては常に能率よく作業を進めるよう、心がけなければならない。

ドリル加工

 ドリルはボール盤、フライス盤、電動ハンドドリルなどに取り付けて使用される。最も精度が高い位置に穴をあけることができるのはフライス盤である。一般に、ハンドドリルは穴の位置がズレやすいので、特別な場合を除き、機械部品を作る際には使用しない方がよい。

ねじ切り

 ねじには、ねじ部の形状によって、三角ねじ、角ねじ、台形ねじなどいろいろな種類がある。ほとんどの場合、三角ねじが機械部品として使われている。角ねじや台形ねじは旋盤の送りなど、正確な運動伝達などに使用される。
 また、ねじの規格として、メートルねじ(記号M)、管用平行ねじ(記号PF)、管用テーパねじ(記号PT)、ユニファイねじ(記号UNC、UNF)などがある。通常、機械に使われるのはメートルねじである。さらに細かく見ると、メートルねじには並目ねじと細目ねじがある。メートル並目ねじが最も一般的なねじであり、メートル細目ねじはそれよりもピッチが細かいねじである。

金属材料

 機械部品として使われる材料は、ほとんど「丸棒」が「板材」である。それらをうまく組み合わせて、部品や機械を製作していく。また、アングル材(山型鋼)やチャンネル材、パイプなどをうまく利用すると機械加工が容易になる。
 S45CやSS400に代表される鉄鋼は、安価であること、溶接性に優れていること、様々な熱処理ができることなどの特徴がある。多くの工作機械や工具は鉄鋼材料を加工するために作られているので、機械加工において問題になることは極めて少ない。
 黄銅(真鍮)は銅と亜鉛を主成分とした合金である。黄銅は鉄鋼やステンレス鋼と比べて切削性がよく、ハンダや銀ロウとの相性がよいという特徴がある。

旋盤

旋盤加工において部品をきれいに、しかも能率よく仕上げるためには、回転速度、切り込み量、送りの3つを適切に調整することが重要である。しかし、これら3要素の設定値は、材料の寸法や形状、材質、使用しているバイトなどによって異なるため、実際に削ってみないとわからないのが実情である。~
旋盤は「バイト」という刃物で材料を削る。バイトには様々な種類・形式があり、部品の形状によって使い分ける。
加工精度は、長さや平行度、平面度、真円度、同軸度などいろいろな精度がある。

三爪チャックと四爪チャック

旋盤のチャックは、円周上に配置された「爪」を狭めていくことで、材料を固定する。通常の旋盤加工では三爪チャックを使う。一般の旋盤加工では、材料の芯(中心)を出して円柱状に削ることが多いので、3つの爪で材料を固定するのが便利なためである。一方、材料を偏心させて削ったり、あるいは偏心させた位置に穴をあける場合、四爪チャックを使用する方法がある。

フライス盤を使う

 フライス盤には回転軸が鉛直方向にある縦フライス盤と回転軸が水平方向にある横フライス盤とがある。一般に、横フライス盤は、加工速度が速いという特徴がある。しかし、工具の付け替えがやや面倒であり、製作できる部品の形状に限りがある。
縦フライス盤は汎用性に優れている。
 削る材料を固定するのがバイス(万力)である。バイスはフライス盤のテーブルにしっかりと固定されている。

エンドミルとは

 エンドミルは、フライス加工に欠かすことができない工具である。回転しているエンドミルを材料に当てて、左右方向(または前後方向)に材料を動かすことで平面を作るのが基本的な使い方である。これを使用することで様々な形状の部品を製作できる。
 エンドミルの刃先はもろくて、欠けやすい。削り始めの際には、エンドミルをできる限りゆっくりと材料に当てるように気をつけなければならない。
 エンドミル加工において部品をきれいに、しかも能率よく仕上げるためには、回転速度、切り込み量、送りの3つを適切に調整することが重要である。しかし、これら3要素の関係は、材質や形状、使用しているエンドミルの状態、仕上げる加工面に必要とされるの精度などによって大きく変わる。一般に、加工面をきれいに仕上げるためには、少ない切り込み量でゆっくりとした送りで加工するとよい。

溶接

溶接とは、金属材料同士の接合部を高温の熱によって溶かして接合する加工である。溶接には、熱の与え方によって様々な種類がある。鉄鋼材料の溶接法として最もよく使われるのがアーク溶接である。比較的薄い鉄鋼材料の溶接は、ガス溶接が扱いやすい。ステンレス鋼やアルミニウム合金の溶接にはTIG溶接などが用いられる。
  ロウ付けは、溶接に類する接合法であり、材料そのものを溶かすことなく、ロウ(ハンダや銀ロウ)だけを溶かし、ロウと金属材料とを接合させて、金属材料同士を接合する。ロウ付けは、溶接と比べて加工時の温度が低く、手軽な加工であるが、ロウと金属材料との相性などに問題が生じることがある。

接着剤

機械を組み立てる場合,接着剤や充填剤(シール剤やパテ)が必要になることがある。接着剤・充填剤には、瞬間接着剤、エポキシ接着剤、多用途接着剤、ゴム・ビニル・発泡スチロール用の接着剤、木工用ボンド、セラミック接着剤、アクリル用接着剤、シリコン系充填材、シール剤、パテなどがある。種類が多いため、これらの接着剤や充填剤は、適材適所にうまく選択しなければならない。



ISO9001で製造工程を管理する


では、この機械加工業では、ISO9001を使って、どのように品質管理をするのでしょうか。

品質マネジメントシステムは、大別すると、4. 品質マネジメントシステム 、5. リーダーシップ 、6. 計画、 7. 支援、 8. 製品の実現、 9. パフォーマンス評価、 10. 改善 になります。

さらに細かくしてみると、以下のようになります。
  • 4. 品質マネジメントシステム
    • 4.4 品質マネジメントシステム及びそのプロセス
  • 5. リーダーシップ
    • 5.1 リーダーシップ及びコミットメント
    • 5.2 品質方針
    • 5.3 組織の役割、責任及び権限
  • 6. 計画
    • 6.1 リスク及び機会への取組み
    • 6.2 品質目標及びそれを達成するための計画策定
    • 6.3 変更の計画
  • 7. 支援
    • 7.1 資源
    • 7.1.3 インフラストラクチャー
    • 7.1.4 作業環境
    • 7.1.5 監視及び測定機器の管理
    • 7.1.6 組織の知識
    • 7.2 力量
    • 7.3 認識
    • 7.4 コミュニケーション
    • 7.5 文書化した情報 (品質マニュアル、文書管理、記録の管理)

  • 8. 製品の実現
    • 8.1 製品実現の計画と管理
    • 8.2 顧客関連のプロセス(顧客とのコミュニケーション、 製品に関連する要求事項の明確化、製品に関連する要求事項のレビュー、要求事項の変更管理)
    • 8.3 設計・開発(設計・開発の計画、設計・開発へのインプット、設計・開発の管理、設計・開発からのアウトプット、設計・開発の変更管理 )
    • 8.4 購買(管理の方式及び程度、外部提供者に対する情報 )
    • 8.5 製造の提供(製造及びサービス提供の管理、製造及びサービス提供に関するプロセスの妥当性確認、識別及びトレーサビリティ、顧客の所有物、製品の保存、引渡し後の活動、変更の管理 )
    • 8.6 製品の監視及び測定
    • 8.7 不適合製品の管理
  • 9. パフォーマンス評価
    • 9.1 監視及び測定(プロセスの監視・測定、顧客満足、データ分析・評価 )
    • 9.2 内部監査
    • 9.3 マネジメントレビュー(一般、マネジメントレビューへのインプット、マネジメントレビューからのアウトプット)
  • 10. 改善 (是正処置、継続的改善 )


このページの冒頭で機械加工の大まかな流れで整理した業務フローは加工する作業部分の詳細に過ぎません。製造するにはその前後にも多くのプロセスがあります。
これらも管理しないと、よい製品を安定的に製造することができません。
まず、顧客から依頼があって製造する受注生産の場合と、自社で設計開発して製造する見込み生産の場合など、細かくはケースによっていろいろなフローが存在します。どちらの場合であっても顧客を見つけて売る必要がありますから営業活動が必要です。
それが 8.2 顧客関連のプロセスです。
顧客関連のプロセスは、仕様を明確にすること、御見積書などで条件と詰めること、受注可能な案件なのか、製造可能なのかレビューすること、顧客とのコミュニケーションをとるなど、管理すべき点がいくつかあります。
ずさんな営業活動は、赤字受注やクレーム対応のまずさから顧客不満足につながったり、信用失墜になるなどの結果を招きます。品質管理活動の大事なプロセスの一部なのです。
受注したら、図面や仕様書から、どのように製品を製造したらよいか、品質計画をつくります。これが8.1 製品実現計画です。
次に、具体的な設計開発が必要な場合、8.3 設計・開発のプロセスを管理する必要があります。

設計開発のプロセスを終え、製造に先立ち、在庫引き当てや材料手配が必要になります。それが8.4 購買です。
業者を選定し、発注し、受入れ検査を終えたら、いよいよ製造です。これが8.5 製造及びサービス提供です。
製造には、製品のできばえをチェックするために、ノギス、マイクロメータ、ハイトゲージ、三次元測定器などの計測器が必要になります。7.1.5 監視機器及び測定機器の管理で管理します。

物造りの基幹プロセスは、8. 製品実現で実現してくのですが、それを支えるプロセスの7. 資源の運用管理、9. パフォーマンス評価、10.改善での管理項目も管理する必要があります。

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