CNC加工のメリットとデメリット

CNC 加工とは？

CNC加工は、精密な切削、フライス加工、旋削、彫刻を行う自動化された製造プロセスです。手作業による加工よりもはるかに高速で、コストも安く、信頼性も高くなります。これから、CNC加工があなたとあなたの生産ニーズにどのような影響を与えるかを学びます。

機械加工

まず、機械加工のプロセスを理解することでメリットが得られるかもしれません。大きな物体から削り出して何かをデザインするところを想像してみてください。木の丸太を彫ってカヌーを作ったり、大理石で顔を彫刻したりするかもしれません。

簡単に言えば、機械加工とは、何かを切ったり、削ったり、彫ったりして、目的の形状にすることです。これは製造業の用語であり、一般的には金属だけが対象だと思われがちですが、実際には、プラスチック、木材、石材など、幅広い材料が機械加工の対象となります。

CNC加工

CNC加工の「CNC」は「コンピュータ数値制御」を意味します。これは、加工工程でコンピュータ化された工具が使用されるためです。手作業による加工とは異なり、CNC加工には様々な利点があります。

機械加工を手作業で行う場合、製造ミスが発生する可能性が高くなります。CNC加工では、コンピュータ化された工具を一度セットアップするだけで、最終製品を従来の何分の一かの速度で製造できます。同じ速度と精度で工程を繰り返すことさえ可能です。

● 高品質は CNC 加工の最大の保証です。

● より多くのコンポーネントをより効率的に作成できます。

● 人的ミスのリスクが最小限に抑えられます。

● 手動調整は最終デザインの一貫性に影響を与えません。

CNC加工はどのように機能しますか?

CNC加工が製造業における高精度な彫刻工程であることはご理解いただけたかと思います。また、デジタル設計を最終製品や部品へと加工することもご存知でしょう。しかし、ここまで読んで、具体的な工程の流れが気になっている方もいるかもしれません。どのように機能するのでしょうか？

1. CAD ソフトウェアの使用を開始します。

CNC加工プロセスは、デジタル設計から始まる。 3D モデルを作成します。これを実現するには、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを使用します。Fusion 360、SolidWorks、AutoCADなどは、いずれも業界で人気の高いソフトウェアです。CADソフトウェアを使えば、必要なアイテムのあらゆる寸法を定義した仮想設計図を作成できます。

「Grand View Research」は、製造業における信頼できる情報源であり、権威ある調査会社です。同社は2023年に、CADソフトウェア市場が世界全体で前年比7.5%の成長を遂げると報告しました。これはCNCプロセスの利用拡大が大きく関係しており、CADソフトウェアメーカー間の競争とイノベーションを促進しています。

2. CAD を CAM に変換します。

CADを使って最終設計が完成したら、複雑な寸法や詳細をすべて含んだ仮想設計図が利用可能になります。次に、CAD設計図をコンピュータ支援製造（CAM）ソフトウェアで処理します。CAMソフトウェアは、CAD設計図をCNC工作機械で使用されるプログラミング言語であるGコードに変換します。

Gコードは、機械加工工程の特定の部分におけるスピンドルの正確な速度まで、精密なコマンドプロンプトを組み込むことができます。MITのマシンショップは次のように報告しています。 30% 最適化された CAM ソフトウェアを使用すると、総生産時間を大幅に短縮できます。

現在、CAM 業界をリードしているのは、HSMWorks や MasterCAM などのブランドです。

3. CNCマシンとプロセスを設定する

Gコードを正常にロードしたら、 CNCマシン機械のコンピュータが指示を読み取ります。これにより、刃やエッジングツールをあらかじめ設定された経路に沿って正確に動かすことができます。最高級の機械は、髪の毛よりも細い0.001インチという精度の許容差を保証します。

4. 自動化して精度を上げる。

自動化によってこれほど効率が上がるとは驚きです。NASAによると、CNC加工された部品はエラーが99.8%も削減されているそうです。人為的なミスの可能性をなくせば、手作業による加工はCNC加工に太刀打ちできないからです。

CNC加工は自動化されたプロセスです。これにより、必要な部品を正確に製造し、より早く納品し、何度でも作り直すことができます。CNC加工を使用することで、生産規模を急速に拡大することも、減速することもできます。CNC加工は、自動車、医療、エンジニアリング、航空宇宙産業の基盤となっています。

CNC加工の仕組みはご理解いただけたかと思います。では、その主な利点と、なぜ多くの業界でCNC加工が採用されているのかを見ていきましょう。

🟢 CNC加工の利点

CNC加工によって、均一で高品質な部品が生産されることは、既にご存知かと思います。では、CNC加工を自社の製造プロセスに活用することの5つのメリットを、事実に基づいてご紹介します。

1. 精度を確保

CNC加工で達成できる精度は、わずか0.001インチ（約XNUMXmm）です。これは非常に信頼できる数値であり、NASAでさえCNC加工を採用しています。この航空宇宙大手は、多くのロケット部品をCNC加工で製造し、仕上げを行っています。

皆さんが思い浮かべる一般的な医療器具の多くは、CNC加工によって作られています。メスや義肢、さらには聴診器などもその一つです。これらはすべて、製造段階で何らかの機械加工が施されますが、手作業で行われることはほとんどありません。

自動車メーカー、エンジニア、航空機メーカーなど、他にも様々な企業があります。これらは、物事を成し遂げるために一貫した精度が求められる、大規模かつ重要な産業です。CNC加工が使われていない業界を見つけるのは難しいでしょう。

2. 時間を節約できる

CNCプロセスを導入することで生産速度を向上させることができます。2022年、Journal of Manufacturing Systems誌は、CNC加工によって待ち時間が半減すると報告しました。機械は一日中停止することなく稼働できるため、手作業に伴う休憩時間がなく、部品をより速く製造できます。

1週間または1ヶ月かかる注文を、わずか数時間または数日で完了させることができます。その結果、競合他社よりも早く製品を市場に投入できるようになります。

3. コストを節約できる

CNC加工により生産コストを削減できます。売上増加にもつながります。

CNCプロセスを活用することで、手作業による人件費を削減できます。さらに、導入コストを無数の部品に分散させることも可能です。これは、CNC加工によって多種多様な部品や最終製品を製造できるためです。CNC加工が単独の用途で導入されることは稀ですが、実際に導入されることはほとんどありません。

4. 様々な材料を加工できる

機械加工は金属加工だけに限定されると考えるのは間違いです。アルミニウムからチタンまで、金属はもちろんのこと、プラスチック、木材、石材もCNC加工が可能です。

生産できるアイテムの数に制限はありません。さらに、製造プロセスへの影響を最小限に抑えながら、材料の選択を変更することも可能です。

5. ビジネスを拡大できる

最初は20個程度の部品を扱うことになるかもしれません。注文してから到着するまでに長い待ち時間が発生することもあります。CNC加工を活用すれば、わずか数ヶ月で生産量を飛躍的に拡大できます。

リードタイムの​​短縮だけでなく、設計変更も迅速に行うことができます。新しい設計についてスタッフをトレーニングする必要はありません。デジタル設計を更新するだけで、すぐに作業を開始できます。これにより、人件費を最小限に抑え、生産性を向上させることができます。

CNC加工は、生産拡大において明確なメリットをもたらします。新しい試作品の実験をされている方も、既存の生産量を増やすだけの自信がある方も、いずれにせよ、CNC加工による事業拡大は、精度、制御性、そしてコスト削減を実現します。

CNC加工がいかに精度、スピード、そしてコスト削減をもたらすかを詳しくご理解いただけたかと思います。また、CNC加工は多様な材料に対応し、お客様のビジネス規模に合わせて拡張できることもご理解いただけたかと思います。こうした利点から、CNCは現代の製造業にとって不可欠なものとなっています。

最も一般的なCNCプロセス

部品を製作する必要があるのに、どのCNC加工法を使えばいいのか分からないという時もあります。そんな時でも安心してください。以下に、最も一般的な5つのCNC加工法を分かりやすく解説したガイドをご用意しました。

1. CNCフライス

複雑な形状にはCNCフライス加工が用いられます。フライス加工では、回転するカッターが使用されます。これらのカッターは、加工対象物を固定したまま、複数の方向に移動できます。

CNCフライス加工の利点

●フライス加工により複雑なポケットを彫り出すことができます。

● 細かく彫ることができる 3D 輪郭と最も繊細なスロット。

● チタンのような最も硬い材料からプラスチックのようなそれほど硬くない材料まで加工できます。

● 最大0.001の許容誤差を実現できます（SMEジャーナル、2023年）。

非常に細かいディテールを備えた複雑な部品が必要な場合は、CNC ミリングを選択します。

2. CNC旋盤

丸い部品や曲線部品には、CNC旋盤が最適です。この加工方法では、加工工具を固定したまま材料を自由に動かすことができます。

CNC旋盤は、互いに動く部品の製造に特化しています。油圧部品やエンジンのシャフトなどを考えてみてください。このような曲線を作るには、気密性の高いシールを備えた高精度な移動が求められます。

CNC 旋削加工のメリット

● このプロセスは、 30% 手作業による旋盤加工よりも高速です。

● 曲面部品の表面仕上げが大幅に向上します

● このプロセスは、大量生産における円形アイテムの高回転率に効果的です。

CNC 旋削は、回転部品と対称性が必要な場合に頼るプロセスです。

3.CNC穴あけ

穴あけ機能は重要な機能です。CNCによる自動化により、正確で気密性の高いスロット穴を開けることができます。その精度は、人間の手では到底及ばないレベルです。回路基板や自動車エンジンのような精巧なものを作ることを想像してみてください。これらの部品には、超高精度かつ高速な穴あけ加工が求められます。

CNC ドリリングの利点

● CNCドリルを使用すると、加工対象材料に関係なく、平均して50分間に約XNUMX個の穴を開けることができます。

● 複雑なデザインにも対応できます。

● 完了までに何時間もかかる掘削機能を自動化できます。

多数の正確な穴を次々に開ける必要がある作業の場合は、CNC ドリリングが最適なソリューションです。

4. CNC研削

完璧な仕上がりを実現する理想的なCNC加工法はCNC研削です。ご注文いただいた部品の仕上げは、鏡のように滑らかでなければならない場合があります。また、部品の面によって異なる質感が求められる場合もあります。

研磨ホイールは、機械研削工程で使用されます。この工程により、機械加工面に所定の仕上げを施すことができます。また、物体を研いだり、鈍らせたりするのに用いることもできます。

CNC 研削の利点

● 飛行機のプロペラのような大きなものから手術用メスのような小さな工具まで適用できます。

● このプロセスは微細な欠陥を除去するために使用できます。

● 業界標準を維持するのに最適です。

● CNC 研削は可動部品間の摩擦を減らすためにも使用できます。

必要なアイテムの表面に最高品質の仕上げが必要な場合は、CNC 研削を使用します。

5. 複合CNCプロセス

異なるCNC加工プロセスを組み合わせることを考えたことがあるかもしれません。これはあらゆる業界で一般的な手法です。部品や工具は、フライス加工と穴あけ加工、あるいは研磨と旋削加工が必要になる場合があります。そのため、CNC加工プロセスにおいて複数の手法を組み合わせることは珍しくありません。

心強い統計があります。製造業者の67%以上が2つ以上のCNC工程を組み合わせています。これは2024年に発表されたIMISレポートによるものです。

🔴 CNC加工のデメリット

CNC加工の利点は言うまでもありませんが、欠点を無視することはできません。以下は STYLECNC 主な欠点について詳しく説明します。

1. 初期費用が高い

CNC マシン (CNC フライス盤、CNC 旋盤、CNC ルーター、五軸 CNC マシンなど) には、多額の先行投資が必要です。

セットアップとツールのコスト: カスタムの固定具、切削ツール、プログラミングにより、特に小ロットの場合はコストが増加する可能性があります。

2. 熟練した操作が必要

CNC は手作業を削減しますが、プログラミング、セットアップ、メンテナンスには熟練した技術者 (オペレーターとプログラマー) が必要です。

トレーニングコスト: オペレーターは職務に就く前に特別なトレーニングを受ける必要があるため、人件費が増加します。

3. 材料の無駄

減算型製造：CNC加工では材料が除去されるため、付加製造（例えば、 3D 印刷）。

高価な材料のコスト増加: チタンやインコネルなどの材料を廃棄するとコストがかかる可能性があります。

4. 特別な設計上の制限

CNC では複雑な部品を製造できますが、多軸 CNC マシンがなければ、一部の特殊なデザイン (内部グリッド、面取りなど) を実現するのは困難です。

複雑な形状はコストが高くなります。五軸 CNC 加工により制限を減らすことができますが、投資コストも増加します。

5. 大型部品の加工限界

CNC 加工テーブルのサイズが限られているため、特定の大規模プロジェクトに参加できず、代わりの加工方法が必要になります。

6. メンテナンスとダウンタイム

CNC 工作機械には、潤滑、校正、部品（スピンドル、ボールねじなど）の交換などの定期的なメンテナンスが必要です。

ダウンタイムの障害により、生産ラインが中断または停止する可能性があります。

7. 低速な大量生産

非常に大規模なバッチ（部品が数百万個など）の場合、射出成形、スタンピング、ダイカストなどのプロセスの方がコスト効率が高くなります。

8. 表面仕上げの制限

非常に滑らかな表面を実現するには、通常、研磨や研削などの追加の二次操作が必要になります。

まとめ：

CNC加工は、その優れた利点から現代の工業製造業に欠かせないものとなっていますが、初期コストの高さから中小企業経営者の導入を躊躇させ、CNCプログラミングには経験が必要となるため、初心者は自信を持てません。つまり、CNC加工には長所と短所があるということです。初心者であれプロであれ、誰もが自分の長所を活かし、短所を避けて、必要なものを手に入れようとするでしょう。

CNC加工の最終段階

CNC加工の可能性を存分に探求しました。精度と速度から5つの主要プロセスまで、すべて理解できました。そして、それが現代の製造業の基盤となっている理由もお分かりいただけるでしょう。

これらすべてを念頭に置くと、信頼できる CNC 加工パートナーが傍らにいるのは素晴らしいことかもしれません。

CNC加工をビジネスに活用する

CNC加工がいかに精度、スピード、そして拡張性を実現するか、ご理解いただけたかと思います。あとは行動を起こすだけです。CNC加工は競争力を高め、 STYLECNC弊社は、お客様のニーズにぴったり合う CNC 加工サービスを専門としています。

CNC加工を真に理解したいなら、パートナーでありガイドでもある私たちにお任せください。お気軽にお問い合わせください。