近年の製造業ではIT技術の進化に伴い、工作機械を自動化させて生産効率化を可能にしたCNC工作機械を導入し、CNC加工を積極的に行う企業が増加しています。効率的なCNC加工による生産が実現すれば生産性を高めることができますが、どのようにCNC工作機械の導入を進めればいいか分からずお困りの企業担当者の方も多いのではないでしょうか。
そこで本記事では、CNC加工を詳しく解説し、加工の種類や手順、導入のメリット・デメリットも紹介します。
CNC加工とは
CNCとは英語の「Computer Numerical Control」の略称で、コンピューター制御により工作機械を自動操作することを指します。コンピューターに生産データをプログラミングすることにより、高品質でスピーディーな加工・生産が可能になりました。
従来の工作機械は人の手作業による生産により、作業者の違いによる仕上がり状態のムラや、複雑な形状の加工ができないなどの問題が生じていました。一方現在はコンピューター制御による自動検索により、生産状況の安定化やより複雑な形状の加工が実現されています。
さらに近年はCNCにCADやCAMを融合させ、設計から加工までの工程を完全に自動化するスマートファクトリーに取り組む企業も多いです。下記にスマートファクトリーを詳しく解説した記事を掲載するので参考にしてください。
CNC加工の種類
CNC加工はコンピューター制御による高精度・迅速な加工を可能にした加工方法ですが、生産工程では細かな加工方法に分類されます。ここからはCNC加工の種類を紹介します。
フライス加工
固体ブロックの材料を少しずつ研削し、指定の形状やデザインを作成する加工方法をフライス加工といいます。CNC加工におけるフライス加工では複数の切削工具により加工を行うので、材料である加工物はテーブルにしっかり固定されています。
フライス加工は平面の加工に最適で、複数の切削工具による研削により複雑な形状の加工が可能です。フライス加工は使用する切削軸の数により、3軸、4軸、5軸フライス加工の3種類に分類されます。
では下記にそれぞれの加工法を表記し、それぞれを詳しく解説します。さらにCNCフライスを詳しく解説した記事を掲載するので参考にしてください。
| 加工法 | 特徴 |
| 3軸フライス加工 | かんな加工や穴あけなどの基本加工ができる加工方法 |
| 4軸フライス加工 | 3軸よりも複雑な形状の加工が可能なうえに、角度をつけた切断加工なども可能です。 |
| 5軸フライス加工 | 精度の高さが要求される高精密部品などの加工に最適な加工方法 |
3軸フライス加工
X・Y・Zの3軸により、かんな加工や穴あけなどの基本加工ができる加工方法を3軸フライス加工といいます。シンプルな形状の加工を行う際に最適の加工法で、操作も比較的簡単な点から人気も高いです。
一方で加工軸が少ない観点から、複雑な形状の加工には向いていません。
4軸フライス加工
3軸フライスに1軸をプラスすることにより、より複雑な形状の加工を可能にした加工方法を4軸フライス加工といいます。この方法は3軸よりも複雑な形状の加工が可能なうえに、角度をつけた切断加工なども可能です。
これらの機能により3軸加工よりも高精度な加工を実現しています。
5軸フライス加工
5軸フライス加工はフライス加工の最高峰ともいわれている加工方法です。5つの切削軸が自動工具交換機能により交互にセットされ、同時に加工を行うので高精度で複雑な形状の加工を実現できます。
このような観点からも、精度の高さが要求される高精密部品などの加工に最適な加工方法です。さらに切削工具を交換せずに複数の加工が可能になるので、作業時間短縮や生産性向上にもつながります。
穴開け加工
穴開け加工もCNC加工における重要な加工法の1つです。穴あけ加工では切削工具の動きはコンピューター制御により完全自動化されており、切削速度も最適な速度に制御されています。
穴あけ加工は主に金属部品やプラスチック、プリント基板などの加工で使用され、従来の人の手による穴開けに比べて高精度・スピーディーな加工を実現しています。
旋盤加工
旋盤加工は主に円筒状の加工物の成型に利用される加工方法ですが、四角形や六角形の加工も可能です。CNC旋盤の加工におけるプログラミングにおいては、多様な切削工具に対して材料である加工物を高精度で回転させる機能が設定されています。
このような機能が働き、加工物を理想的な円筒形の形状に成型することも可能です。旋盤加工は多様な主軸とコンピューター制御された材料の回転速度能力により、加工精度が異なります。
尚この加工方法は水平・垂直の両方向による加工が可能で、加工物の材質や形状により加工方向を変更するのが一般的です。
CNC加工の手順
基本的にCNC加工は材料である加工物を研削しながら形状を整える加工方法で、加工は以下の手順で行います。
- CADでモデリングを行う
- CAMで切削用ツールパスを作成
- CNC加工専用のコードデータ生成
- CNCに加工物や切削工具をセットして加工開始
この手順がCNC加工の基本的な流れであり、この流れを明確に把握しなければ正確なCNC加工はできません。したがって正確なCNC加工を行うためには、CNCだけでなくCADやCAMなどの知識も習得するのも重要なポイントです。
CNC加工に必要なCADやCAMに関する技術を取得するためにも、2日間で多用な業種で導入されている汎用CAD、AutoCADのスキルが取得できるAutoCAD基礎セミナーや、CNC加工で有効活用できるCAMであるFusion 360のスキルが取得できるAutodesk Fusionセミナーの受講がおすすめです。
CNC加工のメリット
CNC加工は従来の人の手による加工に比べて高精度とスピーディーな加工を実現していますが、具体的にどのようなメリットがあるのでしょうか。ではCNC加工のメリットを詳しく解説します。
安全性の向上
安全性が向上する点も、CNC加工のメリットの1つです。従来の工作機械では人の手で加工を行っていたので、機械への巻き込まれや切りくずが目に入って負傷する事例なども多く見受けられました。
一方のCNC加工では機械が自動的に研削・加工してくれるうえに、切削工具の交換も自動的に行われるので怪我をする心配もありません。しかしCNC工作機械に規格外の製品を設置して加工しようとすれば、機械から工作物がはみ出し、接触による負傷の危険性もあるので規格内での使用を徹底しましょう。
大量生産を実現
CNC加工を導入すれば、大量生産を実現できる点もメリットの1つです。以前は全ての加工や、加工方法変更の際の切削工具交換作業などを職人の手作業で行っていたので、1つひとつの製品加工に時間がかかっていました。
一方CNC加工では、一度加工データを入力すれば加工や切削工具交換も自動的に行われるので、製品1つあたりの加工時間が大幅に短縮されて大量生産も可能になりました。またCNC加工ではデータ入力するだけで機械が自動加工してくれるので、1人の職人が複数の機械を担当することも可能です。
このような観点からも、従来の工作機械と比較して生産性が大幅に向上した点が伺えます。
品質の安定化
品質の安定化に繋がるのも、CNC加工を導入するメリットです。人の手作業による加工では、担当者の技能や熟練度によって製品の仕上がりのバラつきや、ヒューマンエラーによる加工ミスなども生じます。
一方のCNC加工はプログラミングにより機械が自動加工を行うため、入力ミスでもない限りは生産品質の安定化が可能です。
工具自動交換を実現
CNC加工を導入すれば、工具の自動交換が実現される点もメリットです。CNCと加工途中で工具を自動交換できる機能であるATC（Automatic Tool Changer）を組み合わせれば、加工途中に手作業で切削工具を交換する手間が省け、作業時間を短縮できます。
また切削交換時に工具に手が接触して怪我をする心配も無くなり、安全性が向上する点もCNCへのATC導入のメリットです。
CNC加工のデメリット
CNC加工を導入すれば多様なメリットを取得できますが、その反面デメリットも生じます。ではCNC加工におけるデメリットを詳しく解説します。
段取りに手間がかかる
段取りに手間がかかる点も、CNC加工導入のデメリットの1つです。CNC加工を行うためには、CNC工作機械に加えてCADやCAMなどの基礎知識やNCプログラム入力や作成、加工物の位置きめやテストカットなど、加工開始までの段取りが従来の工作機械に比べて大変です。
導入時には事前にこのような手間にかかるコストを検討し、そのうえで費用対効果を得られるかどうかを考慮して導入を進めましょう。
導入コストがそれなりにする
CNC加工を導入すれば、導入コストがそれなりにする点もデメリットです。CNC加工を行うCNC工作機械は最新のソフトウェアや制御用機械を導入している精密機械なので、従来の工作機械などと比較して導入コストが高くなります。
さらに別途CAMを導入しなければいけないケースも多く見受けられるので、導入による費用対効果を十分検討するのも重要なポイントです。
CNC加工を利用して生産性を高めよう！
本記事ではCNC加工を詳しく解説し、加工の種類や手順、導入のメリット・デメリットも紹介しました。自社の生産工程にCNC工作機械を導入し、CNC加工を行えば作業時間短縮や人的コスト削減、品質向上など多様なメリットを取得できます。
現在CNC加工の自社への導入を検討している方は、本記事を参考にして効率的にCNC加工を導入・利用して生産性を高めてください。またCNC加工に必要なCADやCAMの知見を深めるためにも、2日間33,000円で高機能な汎用CADであるAutoCADのスキルを取得できるAutoCAD基礎セミナーや、高精度なCAMであるFusion 360の応用操作までマスターできる、Autodesk Fusionセミナーの利用がおすすめです。
