CNC加工は広く普及し、成熟した技術です。様々な分野に適した部品の製造に利用されています。CNC加工の費用についてご興味はありませんか？費用はどのくらいかかるのでしょうか？
本稿では、CNC加工のコストとその影響要因について解説します。また、CNC加工の生産形態や、生産量を増やすことでコストを削減する方法についてもご紹介します。それでは始めましょう。
CNC部品のコストは何によって決まるのか？
お客様から、なぜある部品の価格が別の部品の2倍もするのかというご質問をよくいただきます。そこで、弊社のエンジニアが以下の表を作成しました。
| 因子 | コストに影響する理由 |
| 加工時間 | 機械が稼働するたびに、電力が消費され、工具が摩耗し、熟練したオペレーターの監視が必要となる。生産サイクルが長くなればなるほど、コストは高くなる。 |
| 材料 | 金属によってはバターのように簡単に切れるものもあれば、工具を傷めてしまうものもある。アルミニウムは安価で切れ味も速い。ステンレス鋼やチタンは切れ味が悪く、高価だ。 |
| 複雑 | 機能が増えるということは、工具交換の回数も増えるということ。工具経路も増える。プログラミングも増える。穴が1つだけのシンプルなブロックは安価だが、穴が10個、ポケットが3つ、角度のついた面が2つあるブラケットはそうはいかない。 |
| 許容範囲 | 公差が緩いと加工速度は速い。公差が厳しいと、送り速度を遅くし、より精密な工具を使用し、検査を頻繁に行う必要がある。 |
| バッチサイズ | 部品1個のセットアップには数時間、切削には数分かかる。100個の部品であれば、セットアップ時間を多くの部品に分散できるため、1個あたりのコストは大幅に低下する。 |
| 後処理 | 後処理工程が一つ増えるごとに、処理時間が数時間長くなるだけでなく、別の業者を手配する必要が生じる場合もある。結果として、コストは飛躍的に上昇する。 |
CNC加工コストを削減する10の効果的な方法
NOBLEのエンジニアたちは、実際の事例研究と経験に基づき、効率性を向上させ、コストを削減するための方法をリストアップしました。
1. 最初から製造性を考慮した設計（DFM）を行う
深い空洞は避けてください。深いポケットには細長い工具が必要です。長い工具は振動し、送り速度が遅くなり、刃が破損し、結果が悪くなります。薄い壁は切削圧力でたわみます。
内側の角には半径が必要です。鋭角な内側の角には、極小のエンドミルを使用するか、別途放電加工（EDM）を行う必要があります。どちらも高価です。半径が1ミリメートル以上であれば、機械は標準工具を使用し、単純な経路に沿って加工できるため、時間を節約できます。
ほとんどの用途では、ねじ山の深さは直径の1.5倍で十分です。それ以上深くすると、加工時間と工具のリスクが増加するだけで、強度面でのメリットはほとんどありません。
穴のサイズは標準サイズにしましょう。標準ドリルは安価で在庫も豊富です。非標準サイズの場合は、特殊な工具やリーマ加工が必要になります。エンドミルの直径についても同様です。一般的なサイズを使用することでコストを削減できます。
2. 不必要な許容範囲を緩和する
許容範囲の確保には費用がかかる。人々は時として、その金額の大きさに気づかない。
公差がプラスマイナス0.01ミリメートルは厳しい。機械の速度を落とす必要がある。作業員はより頻繁に測定する必要がある。工具はより新しいものにする必要がある。不良率が上がる。公差がプラスマイナス0.1ミリメートルは緩い。機械は高速で稼働する。作業員は工程を信頼する。部品は次々と出荷される。
賢明なアプローチはシンプルです。設計時には、以下の点を考慮してください。この部品や位置の公差は本当にこれほど厳しくする必要があるのでしょうか？公差を広げると、最終製品の摩耗や損傷につながったり、最悪の場合、製品が使用不能になったりすることはないでしょうか？
厳しい公差は、実際に必要な面のみに設ける。例えば、嵌合面、ベアリングジャーナル、重要な位置合わせ部分などだ。それ以外の部分は、保持しやすい緩めの形状公差とする。
3. 適切な素材を選択する
見た目の印象が良い合金ではなく、用途に合った合金を選びましょう。切削加工性に優れた合金が存在するのには理由があります。303ステンレス鋼は304よりもはるかに速く切削できます。6061アルミニウムは加工しやすく安価です。7075は強度が高いですが、工具への負担が大きくなります。
チタンとインコネルは加工速度が遅い。硬化鋼はインサートを損傷させる。用途上どうしてもこれらの材料が必要な場合を除き、使用は避けるべきである。加工コストの差は小さくなく、多くの場合2～5倍にもなる。
ニアネットシェイプも効果的です。鋳造品、鍛造品、押出棒材は最終形状に近い形状から始まります。除去する材料が少なく、加工時間も短縮され、廃棄物も少なくなります。ニアネットシェイプの初期コストは、加工コストの削減によって十分に回収できます。
4. 加工時間の短縮
機械の稼働時間は金なり。
粗削りは大きな工具で行います。大きなエンドミルは材料を素早く除去します。その後、細かい仕上げは小さな工具で行います。小さな工具で粗削りをしようとすると、時間がかかり非効率的です。
複数の工程を統合する。フライス加工と穴あけ加工を一度の段取りで行う。部品を締め直す代わりに、4軸で回転させる。部品のボルトを外して締め直すたびに、時間が無駄になり、エラーが発生する。
工具交換を減らしましょう。類似の形状をまとめて加工します。エンドミルに交換する前に、すべての穴を1本のドリルで加工します。工具交換のたびに時間がかかってしまいます。その時間は、バッチ加工全体で積み重なって大きな差になります。
不要な表面仕上げは避けましょう。Ra値3.2マイクロメートルは、機械加工後の標準的な表面仕上げです。ほとんどの部品でこれで十分です。0.8や0.4といったより細かい仕上げを指定すると、研磨やごく軽い仕上げ工程が必要になり、時間もかかります。
5. バッチサイズを最適化する
1個から50個程度の小ロット生産は、最も大きな負担となる。段取り時間がほとんど無駄になり、プログラミング、クランプ、工具設定、初回品検査といった作業が各部品にすべて集中してしまう。単位当たりのコストは高くなる。これは避けられない。
50～500個程度の中規模生産量であれば、採算が取れるようになる。初期費用が分散され、機械の稼働時間が数分から数時間へと短縮される。単位当たりのコストが大幅に低下する。
500個以上の大量生産が最適解となる。セットアップ費用は誤差の範囲内。部品1個あたりのコストは、機械加工時間と材料費にほぼ等しい。これは、特定の設計における最低価格である。
具体的な対策は簡単です。今後の注文をまとめて1回の生産ロットにすれば良いのです。今月50個、来月50個と別々に注文するのではなく、今100個注文すれば良いのです。サプライヤーは一度にまとめて生産できるため、単価が下がり、購入者はコストを削減できます。双方にとってメリットがあります。
6. ワーク保持具と治具の簡素化
部品を押さえておくには時間がかかる。設計が悪いと、これが難しくなる。
平らなクランプ面は、CNC加工業者にとってまさに天の恵みです。シンプルな平底のおかげで、特別な治具を使わずに部品を万力に固定できます。ソフトジョーも、特注クランプも不要。CNC加工工場ならどこにでもある標準的な万力だけで十分です。
標準サイズの材料を使用してください。多くの人が厚さ6.3ミリの部品を設計していますが、標準の棒材は6ミリです。機械加工担当者は、余分な0.3ミリを削り取らなければなりません。これには時間がかかります。標準的な厚さ、幅、直径で設計してください。そうすれば、CNC加工工場はエンジニアに感謝するでしょう。
アンダーカットとオーバーハングはコストがかかります。アンダーカットには特殊なロリポップカッターや複数のセットアップが必要です。オーバーハングは、部品を振動させずに保持するための特注治具が必要です。可能な限り、どちらも避けるべきです。シンプルで角ばった部品は、保持コストが安く、CNC加工も迅速です。
7. 重要度の低い機能には代替プロセスを使用する
すべての穴が完璧である必要はない。人は往々にして必要以上に細かく指定しすぎる。
標準的なドリル穴は加工が速い。リーマ加工やボーリング加工は時間がかかる。ドリル加工では、ボルト、ピン、またはクリアランス穴を通すのに十分な円形の穴が開けられる。用途で正確な直径や鏡面仕上げが求められない場合は、ドリル加工で十分である。
ねじ切り加工はどちらも同じです。タッピングは高速で、タップは数秒でねじ込み・ねじ戻しが可能です。一方、ねじ切りフライス加工は速度が遅く、専用工具とらせん状の切削経路が必要です。ねじ切りフライス加工は、大径のねじや硬い材料の加工に適しています。アルミニウムや鋼材の標準的な小径ねじであれば、タッピングの方が安価です。
非接合面は加工後そのままにしておいてください。エンドミルや旋削工具による標準的な仕上げでほとんどの面は問題ありません。研磨、研削、またはサンディングを行うと、時間とコストが増加します。
8．可能な限り後処理を避ける
陽極酸化処理は見た目が良いですが、費用もかかります。メッキ処理は耐食性を向上させますが、メッキ加工を行うCNC加工工場への出張が必要になります。熱処理は材料特性を変化させ、部品の反りのリスクがあり、さらに炉での加熱サイクルも必要になります。
ルールはシンプルです。部品の機能上、後処理が実際に必要な場合にのみ後処理を施してください。装飾用ブラケットに陽極酸化処理は不要です。自動車の内装用クリップにメッキは不要です。アルミニウム製スペーサーに熱処理は不要です。
後処理が避けられない場合は、工程を統合しましょう。複数の工程をこなせる業者に部品を依頼し、陽極酸化処理とレーザーマーキングを同じ施設で行う、熱処理とショットピーニングを一括で行うなど、複数の工程を統合することで、取り扱い、輸送、事務処理の手間を削減できます。工程を統合するごとにコスト削減につながります。
9. 部品サイズを機械の加工範囲に合わせる
機械のサイズは重要です。すべての部品に巨大な5軸加工センターが必要なわけではありません。
巨大な機械のほんの小さな部品を作るのは、お金の無駄遣いだ。大型の5軸加工機は時間当たりの料金が高く、電力消費量も多く、設置場所も占有する。オペレーターは高度なスキルを持ち、それに見合った報酬を得ている。そんな機械にコインほどの大きさの部品を載せるのは、たった1通の手紙を配達するのに貨物トラックを使うようなものだ。
より賢明な選択は、部品のサイズに合わせて、その部品を加工できる最小の機械を選ぶことです。3軸CNCフライス盤は時間当たりのコストが低く、5軸加工機よりも30～50%低い場合がよくあります。角度のついた穴や複雑な曲線加工を必要としない部品であれば、3軸加工で十分です。高速で安価であり、ほとんどすべてのCNC加工工場で利用可能です。
加工機の移動距離も考慮する必要があります。長さ300ミリメートルの部品であれば、標準的なフライス盤に収まるかもしれません。しかし、長さ600ミリメートルの部品は、より大型で高価な機械が必要になります。部品を一般的な機械サイズ内に収めることで、見積もり価格を抑えることができます。
10．適切なCNC加工工場と協力する
すべてのCNC加工工場が同じというわけではありません。人々はたいてい、最寄りの、あるいは最も安い業者に図面を送ります。
配送は速くなるだろうが、考慮すべき要素はそれだけではない。
適切なCNC加工工場は、材料と部品の種類に特化しています。毎週何千個ものアルミ製ブラケットを加工しているCNC加工工場は、そのノウハウを熟知しています。治具も準備済みですし、プログラマーはあらゆるバリエーションに対応できる経験を積んでいます。
明確な技術図面は、人々が考える以上に重要です。寸法が欠落していると、CNC加工工場は作業を中断して質問せざるを得なくなります。これは作業の遅延につながり、多くの場合、再見積もりが必要になります。寸法公差、明確な注記、適切な幾何公差（GD）と寸法精度（T）が記載された、きれいな図面があれば、加工担当者は混乱することなく部品を加工できます。
費用を節約できる直接的な質問があります。CNC加工工場に「この部品のどの部分がコスト増につながっているのですか？」と尋ねてみてください。優れたCNC加工工場は正直に答えてくれるでしょう。重要度の低い面の厳しい公差、特殊工具が必要な深いポケット、あるいは切削性の悪い材料などを指摘してくれるはずです。こうしたフィードバックによって、設計者は見積もりを確定する前に部品を変更できます。このやり取りだけでも、コストを大幅に削減できる可能性があります。
コスト削減の可能性を一覧で示す（表）
| Strategy | 潜在的な節約 | 準備 |
| 許容範囲を緩和する | 20〜40％ | 非常に低い |
| 深い空洞を避ける | 15〜30％ | ロー |
| 快削材を使用する | 10〜25％ | ロー |
| バッチサイズを増やす（10→100） | 50〜70％ | 穏健派 |
| 5軸から3軸に切り替える | 30～50％（時給換算） | ハイ |
CNCコスト削減に関するよくある誤解
「加工速度が速ければ、必ずコスト削減につながる。」
これは理にかなっている。機械の稼働速度を上げれば、部品の製造スピードが上がり、コストも削減できる。実にシンプルだ。
問題は、工具の破損、廃棄部品、そしてスピンドルの損傷です。
工具や材料の許容範囲を超えて送り速度や回転速度を上げると、重大な事故につながります。超硬エンドミルを高速回転させると熱が発生し、工具が軟化します。その結果、工具は数時間ではなく数分で摩耗し、場合によっては折れてしまいます。工具が破損すると、加工部品が台無しになるだけでなく、治具や機械自体も損傷する可能性があります。
「安価な材料は常に有利に働く。」
その論理は理にかなっているように思える。より安価な金属を購入すれば、原材料費を抑えることができ、結果として全体のコストを削減できる。
これはしばしば誤りである。
硬い材料が安いのには理由があります。切削性能が悪く、加工硬化しやすく、インサートを破損させやすいからです。そのため、送り速度を遅くし、切削深さを浅くし、工具交換の頻度も高くなります。
2種類のステンレス鋼を考えてみましょう。304は安価ですが、粘着性があり加工が難しいです。一方、303は1キログラムあたりの価格は高いですが、バターのように簡単に切削できます。303の加工時間は304の半分で済み、工具寿命は3倍です。高価な材料を使った方が、完成品の総コストは低くなります。
アルミニウムでも同じことが言えます。7075は6061よりも強度が高いですが、多くの工場では工具の摩耗も早くなります。用途上、その強度が特に必要でない限り、加工コストの安い合金の方が総コストで有利になります。
「一度に大量に注文するのが一番です。」
規模の経済は確かに存在する。生産量が増えれば単位当たりのコストは下がる。しかし、この法則には限界がある。
大量注文は、設計が安定している場合に限りコスト削減につながります。例えば、5000個の部品を注文したとします。設計変更が発生し、半分の部品が不良品になってしまうと、材料費は既に支払われ、機械稼働時間も費やされ、お金は無駄になってしまいます。
保管費用もまた、隠れたコストの一つです。5,000個の部品は床面積を占有します。保管スペースには賃料がかかります。部品にはラック、温度・湿度管理、在庫管理が必要です。これらのコストは積み重なります。回転率の低い部品の場合、保管費用によって大量生産による単価削減効果が相殺されてしまう可能性があります。
より良い方法は、小ロットで段階的に発注することです。まず500個の部品を発注し、生産段階で設計を検証します。それから次の500個を発注します。単価は若干高くなりますが、大量生産で不良品が発生するリスクはゼロです。このトレードオフを無視すると、非常に高い代償を払うことになる場合があります。
NOBLEでCNC加工部品を入手してコストを削減しましょう
NOBLEは、精密金属部品に特化したプロフェッショナルなCNC加工工場です。自動車、医療機器、航空宇宙、ロボット、産業機器など、様々な業界から人材が集まっています。各業界にはそれぞれ異なる基準がありますが、私たちはそれらすべてに対応しています。
なぜ私たちと一緒に働くのですか？
コスト削減に注力– 当社は、製造性を向上させるために、お客様の部品設計変更を積極的に支援します。この記事で紹介する戦略は抽象的な概念ではなく、CNC加工コスト削減のために日々実践しているものです。
迅速な見積もり– 24時間から48時間以内に見積もりをお届けします。すべての見積もりにはDFM（製造性設計）に関するフィードバックが含まれています。部品の製造コストが高いことが判明するまで何週間も待つ必要はありません。
隠れた費用は一切ありません。料金は透明性が高く、機械稼働時間、材料費、工具費、セットアップ費用（減価償却費）のみが含まれます。
試作品から量産へ– お客様がテスト用に部品を1個必要とする場合、当社がテストを実施します。その後、同じお客様が量産用に1万個の部品を必要とする場合、当社は規模を拡大します。同じプログラム、同じ品質管理システムを使用します。
ISO 13485:2016 – 医療機器メーカーのお客様を歓迎いたします。当社は包括的なバリデーションパッケージを提供しています。トレーサビリティ、プロセス管理、規制当局への申請に必要な文書作成などに対応いたします。
短納期– 標準部品は5～10営業日以内に出荷されます。緊急の場合は特急オプションもご利用いただけます。お客様は必要な時にのみ、スピードに応じた料金をお支払いいただきます。
お客様のCNC加工コスト削減への取り組み
私たちは単に部品を加工するだけではありません。費用対効果の高いソリューションを設計します。すべてのお見積もりには、以下の4つの項目が含まれています。
- DFM分析– 無料のデザインレビュー。金属加工を行う前に、コスト削減のための提案をお送りします。多くのお客様がこれらの変更を実施し、すぐに見積もり額の削減を実現しています。
- 代替材料に関する推奨事項用途によっては、特殊な合金は必ずしも必要ではありません。用途に適した、より安価で加工速度の速い代替案をご提案いたします。
- 耐性レビュー– 私たちは不必要に厳しい公差を指摘します。多くのエンジニアはコストへの影響を認識せずに過剰な仕様を設定しています。私たちの簡単な質問が、価格を大幅に削減する設計変更につながることがよくあります。
- バッチ最適化に関するアドバイス– 当社はお客様の注文をまとめて発注するお手伝いをいたします。例えば、6ヶ月間毎月50個ずつ発注していた場合、まとめて300個の注文にすることができます。これにより単価が下がり、お客様はコストを削減できます。サプライヤーも効率的な業務運営が可能になります。双方にとってメリットがあります。
FAQ
生産量はコストに影響しますか？
はい。少量生産は単位当たりのコストを高くします。その理由は固定費です。プログラミング、セットアップ、工具設定、初回品検査にかかる時間は、部品が1個でも100個でも同じです。この固定費を1個の部品に分散させると、単位当たりのコストは高額になります。しかし、100個の部品に分散させれば、コストは大幅に下がります。
デザインを変えずにコストを削減することはできますか？
はい、いくつかの方法があります。バッチサイズを大きくする。それだけで単位あたりのコストが下がります。別の加工工場を選ぶ。一部の工場は少量生産を専門としており、小規模な仕事に対して時間当たりの料金が低く設定されています。ニアネットシェイプの材料を使用する。鋳造品、鍛造品、または押出成形された棒材は、機械が除去しなければならない材料の量を減らします。機械の稼働時間が短縮されれば、コストも削減されます。
最も効果的なコスト削減方法は何ですか？
重要度の低い公差を緩和する。実施コストは一切かからない。設計変更も、材料変更も、新しい金型も不要だ。
ツールパスを最適化することで、どれくらいコストを削減できますか？
一般的には10～20%程度です。正確な数値は部品の複雑さによって異なります。穴が数個しかない単純なブロックでは、パス最適化の余地はほとんどありません。一方、深いポケットや狭い角を持つ複雑な金型コアでは、最適化の余地が大きくなります。こうしたコスト削減は、エアカットの削減、工具交換回数の減少、そしてより効率的な荒加工戦略によって実現されます。
Is 5軸 常に良いですか?
いいえ。3軸加工機は時間当たりの料金が低くなります。多くの場合、30～50%も安くなります。3軸加工機は構造がシンプルで、消費電力も少なく、オペレーターの数も多いため、時間当たりのコストが安くなるのです。
5軸加工は、特定の状況において付加価値を発揮します。例えば、アンダーカットのある部品、複合角度を持つ形状、工具長が問題となる深い空洞などです。部品の形状がこれらの機能を必要としない場合、5軸加工は単に3軸加工よりも高価な方法に過ぎません。形状が5軸加工を必要とする場合にのみ、5軸加工を使用すべきです。そうでない場合は、3軸加工で済ませ、見積もりコストを抑えるのが賢明です。
