スタティスタ (2022年データ)は、先進(jìn)工業(yè)國(guó)における精密加工工程の70%以上をCNCマシンが占め、手動(dòng)加工はニッチな用途に追いやられていると推定している。精度、制御方法、生産品質(zhì)から、これは全く予想外のことではない。

それでも、手作業(yè)での加工が必要なサンプルオーダーもありました。そこで、この文章では、実際にあった事例の一つから始め、CNC加工と手加工の両方の紹介に移ります。そして、CNC加工と手加工の究極的な比較のために、その特徴、長(zhǎng)所と短所を挙げていきます。最後に、CNCと手加工の組み合わせについて言及します。そして、このブログの最後にオンラインでよくある質(zhì)問に対する簡(jiǎn)単な答えを示します。それでは、本題に入りましょう。

注文の特殊なケース

先月、ジョンソン社がナビゲーション?システムの研究プロジェクトで使用する高精度のジャイロスコープ?ローターを発注してきた。そして、我々は彼らの 表面粗さRa は0.008μm以下でなければなりません。工場(chǎng)でCNC加工を行った結(jié)果、オペレーターは細(xì)心の注意を払っているにもかかわらず、Raが基準(zhǔn)に達(dá)しないと聞きました。そこで最終的には、CNC加工による殘留応力層を除去するために、レイヤーバイレイヤーの材料除去アプローチによる手動(dòng)研磨を採(cǎi)用することになった。今回のレポートでは、Raを含むすべてのパラメータで良好なデータが得られた。そして、ジョンソンはその要素に満足している。わかりますか？ある程度までは、手動(dòng)機(jī)械は役に立たないわけではないんだ。

ここで、CNC加工と手作業(yè)による加工とでは、実際のところどれくらいの違いがあるのだろうか？素晴らしい、私はこの質(zhì)問は良いと思う。そして、比較する前に、それらが何であるかを知らなければならない。

CNC加工とは？

1950年代初頭、パーソンズの研究グループとMITのサーボメカニズム研究所との畫期的な共同研究により、世界初の數(shù)値制御（NC）工作機(jī)械のプロトタイプが誕生した。この先駆的なシステムは、切削工具の正確な運(yùn)動(dòng)経路を指示するためにデジタル信號(hào)を採(cǎi)用した。これは間違いなく、完全に自動(dòng)化された製造工程への大きな飛躍を意味する。その後10年間、絶え間ない技術(shù)の進(jìn)歩と反復(fù)的な改良を経て、この初期のNC技術(shù)は、今日のような高度なコンピュータ數(shù)値制御（CNC）加工システムへと成熟していった。

コンピュータ數(shù)値制御（CNC）機(jī)械加工は、CNC機(jī)械加工と略され、高度な製造方法である。そのフルネームが示すように、CNCオペレーションはGコードの形をしたコンピュータープログラムに完全に依存している。これは、複雑な形狀や複雑なデザインを扱う能力に貢獻(xiàn)しています。どんなものでも CNCフライス加工, CNC旋盤加工 特に製品量が多い場(chǎng)合、コスト効率の高い方法で、正確かつ安定した性能を発揮します。

また、3+2 CNCという言葉を耳にする人もいるだろう。これはCNC多軸のことである。一般的に、その多軸はA軸とC軸が一緒に動(dòng)作することができます。あるいは、機(jī)械はA軸かC軸しか持つことができない。あるいは、A軸やC軸はなく、基本的なX-Y-Zステージだけであることもある。例えば、「3つの直線軸（X、Y、Z）と2つの回転軸（例えば、A、C）を統(tǒng)合する」CNC機(jī)械を、3+2CNC機(jī)械または5軸CNC機(jī)械と呼ぶ。また、「3つの直線軸（X、Y、Z）と1つの回転軸（例えば、AまたはC）を統(tǒng)合する」ものは、4軸CNCマシンと呼ばれる。

対照的に、3軸CNCマシンは、もっぱらX、Y、Zのリニア軸を備えている。これらは、シンプルな構(gòu)造設(shè)計(jì)と比較的安価なため、最も基本的で広く使用されている構(gòu)成である。そのため、一般的な平面加工や穴加工など、基本的な部品加工にしか対応できない。

CNC加工の種類

CNCフライス加工

CNCフライス加工は、伝統(tǒng)的なフライス加工の原理を最先端のコンピュータ數(shù)値制御（CNC）オートメーションと融合させた減法的製造技術(shù)です。このプロセスでは、高速回転する切削工具を使用して、金屬、プラスチック、木材、複合材など、固體のワークピースから材料を正確に削り取り、複雑なコンポーネントや完成品を製造します。

CNC旋盤

溝や歯車の加工に使用されるCNCフライスとは異なり、CNC旋盤は主にシャフト、スリーブ、ディスク、ネジなどの回転部品を製造するために設(shè)計(jì)されています。その作業(yè)原理は、切削工具を靜止させるか直線的に移動(dòng)させながらワークを回転させ、旋削、中ぐり、面削り、ねじ切りなどの加工を行う。そのため、回転部品を得意とする理由は容易に想像できる。

さらに、CNC旋盤は一般的にCNCフライス盤よりも安価である。多軸加工機(jī)能と複雑なモーションコントロールにより、比較的高い生産効率を?qū)g現(xiàn)します。その高い加工精度と相まって、CNC旋盤は従來の円筒形や円錐形の部品の高精度製造に最適です。

イーディーエム

しかし、すべての部品が円盤やねじ山のように規(guī)則正しいわけではない。では、航空宇宙用のノズルやタービンブレードのような複雑で超硬質(zhì)な部品は、どのようにしてそのような完璧さで作られているのだろうか？出會(huì)い 放電加工（EDM） の作品です。それは EDMは、慎重に制御された電気火花を使用して材料を丹念に成形する魅力的な非接觸加工プロセスです。硬化鋼、タングステンカーバイド、またはエキゾチック合金-EDMは、ジェットエンジンのブレードの繊細(xì)な冷卻穴を大膽不敵に彫り、射出成形金型の迷路のような空洞を作り、宇宙船の奇妙な形の燃料ノズルを貫く。そのため、複雑な形狀、薄い壁、機(jī)械的ストレスのない超精密（±0.005mm）部品に最適です。

CNCフライス、旋盤、放電加工の比較

CNCフライス盤、旋盤、放電加工機(jī)は、コンピューティングに基づくCNC加工です。CNCフライス加工、旋盤加工、放電加工は計(jì)算機(jī)によるCNC加工です。

	CNCフライス加工	CNC旋盤	イーディーエム
生産効率	高い	高い	低～中程度
精密	±0.005 mm	±0.005 mm	±0.002 mm
機(jī)械代	中～高	ミディアム	高い
スクラップ率	中程度	低い（安定した回転）	低い
素材適合性	金屬、プラスチック、複合材料	金屬、プラスチック	導(dǎo)電性材料
最適な部品	3D輪郭、ポケット、スロット	回転/対稱部品	複雑なディテール、硬化した素材

手作業(yè)による機(jī)械加工とは？

とは大きく異なる。 CNC加工手作業(yè)による機(jī)械加工は、旋盤、ドリルプレス、ポータブルフライス盤のような手動(dòng)の工具を使って、金屬などの原材料を希望の寸法や形に成形する工蕓プロセスである。一般的には、職人技の延長(zhǎng)として機(jī)能し、人間の創(chuàng)造性と特殊な機(jī)器を融合させる。例えば、複雑な公差を持つ特注の航空機(jī)エンジン部品を作ることは、手動(dòng)機(jī)械加工のかけがえのない価値を例証している。

CNC加工と手動(dòng)加工のケーススタディ手動(dòng)加工

次のパートでは、農(nóng)業(yè)機(jī)械用の2つの類似したギアシャフトについて、CNC加工と手加工の工程を追跡した。そして、両者の違いやメリット?デメリットを多角的に検証した。

農(nóng)業(yè)用ギアシャフトの手動(dòng)加工

プロセス?レビュー

オペレーターは中炭素鋼（1045スチール）を原材料として選び、電動(dòng)ハクソーと橫型バンドソーで適切な長(zhǎng)さに切斷する。その間、彼は主要なパラメーターを計(jì)算尺で計(jì)算する。私の記録が示すように、彼は計(jì)算式を使ってピッチ直徑（D）を求め、計(jì)算尺のC目盛りのモジュール値とD目盛りの歯數(shù)を合わせる必要がある。また、切削速度(V)を計(jì)算し、回転數(shù)(RPM)と回転計(jì)算尺の外目盛りを合わせる。計(jì)算が終わって初めて旋盤をスタートさせることができる。

それなら、ワークを3つ爪のチャックに取り付けて、余分な材料を取り除く荒旋盤加工をすればいい。それは難しそうですね。それから、0.05ミリの公差を達(dá)成するために、仕上げ旋削にも超硬工具を使うべきだ。

歯車の加工には、今でもフライス盤という手工具が使われる。據(jù)付、割り出し計(jì)算、割り出し板の調(diào)整もすべて彼の手によるものだ。

最後に、彼は高周波焼入れによってギアの歯を焼き入れ、50～55HRCを達(dá)成した。

レビュー表

問題	スコア/バリュー
表面粗さ	8/10
生産速度（枚/時(shí)）	2
オペレーター経験（年）	12
オペレーター技能レベル	9/10

最終結(jié)果テスト

パラ	スタンダード	試験結(jié)果	合否
表面粗さ（Ra）	≤1.6 μm	1.8 μm	失敗
ロックウェル硬さ試験（HRC）	50-55	52	パス
外徑公差	±0.05 mm	+0.03mm	パス
累積ピッチエラー	≤0.02 mm	0.015 mm	パス
同軸度エラー	≤0.01 mm	0.008 mm	パス

農(nóng)業(yè)用ギアシャフトのCNC加工

プロセス?レビュー

CNC加工となれば、より自動(dòng)化される。オペレーターはまず、SolidWorksとAutoCADを使ってギアシャフトを設(shè)計(jì)し、モジュール（m）、歯數(shù)（z）、圧力角（α）、螺旋角（β）などのパラメーターを定義した。同時(shí)に、ピッチ徑、ルート徑、切削深さなどの形狀を計(jì)算した。その後、歯車パラメータ計(jì)算機(jī)や計(jì)算式を使って寸法を確認(rèn)する。

次のステップは、CAMプログラミングとツールパスシミュレーションです。つまり、オペレーターがCAMソフトでGコードを生成し、パラメータを入力する。その後、CNC加工が始まる。

作業(yè)保持から荒加工、ギヤホブ加工、研削加工、品質(zhì)検査に至るまで、手作業(yè)による機(jī)械加工よりも早いようだ。

レビュー表

問題	スコア/バリュー
表面粗さ	8/10
生産速度（枚/時(shí)）	5
オペレーター経験（年）	5
オペレーター技能レベル	9/10

最終結(jié)果テスト

パラ	スタンダード	試験結(jié)果	合否
表面粗さ（Ra）	≤1.6 μm	0.8 μm	パス
ロックウェル硬さ試験（HRC）	58-62	60	パス
歯形精度	±0.02mm	+0.015mm	パス
歯先ラジアル振れ	≤0.03mm	0.002 mm	パス
モジュールの均一性	m=3±0.01	m=3.005	パス

CNC加工と手動(dòng)加工の比較

以上、2つのケースを検証した上で、特徴比較もまとめてみた。

精度、再現(xiàn)性、品質(zhì)保証

私たちの期待通り、CNC加工は高精度で再現(xiàn)性が高い。CNCの最終製品が、手作業(yè)のそれよりもRaで優(yōu)れているのも不思議ではない。深く考えれば、CNC加工の性質(zhì)上、設(shè)計(jì)仕様からの逸脫が最小限に抑えられ、コンピューター制御の動(dòng)きによってヒューマンエラーが排除されるからである。

生産規(guī)模とコスト効率

検討表から、1人作業(yè)で1時(shí)間に5個(gè)の生産が可能である。私たちの観察によれば、工程中の人間の介入を最小限に抑えることができるからです。逆に、手作業(yè)による機(jī)械加工は低～中程度の生産量に最適化されている。私の記録では、1人労働で1時(shí)間に2個(gè)しか生産できない。このように、CNCマシンは人件費(fèi)と時(shí)間のかからない大量生産に適しており、一方、手作業(yè)は1～2個(gè)のサンプル製作に適している。

スキルセットと業(yè)務(wù)要件

CNCオペレーターはコンピューターやオートメーション製造に詳しく、マニュアルオペレーターは実踐的な技術(shù)に長(zhǎng)けている。

このCNCオペレーターは、統(tǒng)合プログラミングの設(shè)定、技術(shù)的なトラブルシューティング、機(jī)械操作が得意である。彼はこの仕事で5年の経験がある。 

また、オペレーターの手作業(yè)による機(jī)械加工は、切削工具、材料特性、実地技術(shù)において洗練されている。さらに、技術(shù)的な図面を解釈し、適切な工具を選択し、切削パラメータを手動(dòng)で制御することができる。このプロセスは、12年の経験によって磨かれた直感的な判斷に依存している。

品質(zhì)リスクの軽減と適応性

CNC固有の再現(xiàn)性は、醫(yī)療機(jī)器製造のような均一性が譲れないアプリケーションにおいて、品質(zhì)リスクを低減します。オペレーター間のばらつきがないため、各サイクルがプログラムされたパラメーターを厳密に守り、不良を最小限に抑えます。

しかし、手作業(yè)による加工では、そのばらつきを相殺するために、積極的な品質(zhì)管理が必要となる。例えば、工具の摩耗やわずかな手の震えによって偏差が生じることがあり、その場(chǎng)合は工程後の検査が必要になる。

CNC加工と手動(dòng)加工の短所と長(zhǎng)所

以上の検討から、さらにCNC加工と手動(dòng)加工の長(zhǎng)所と短所について、次のように結(jié)論を下す。

	CNC加工	手動(dòng)加工
完成品の互換性と精度	高い	カスタム?ペアリングが必要
生産効率	高い	低い
適用材料	金屬/プラスチック/複合材料	金屬/ABS/木材/G10
廃棄物発生量	より少ない	もっと見る
人件費(fèi)	低い	高い
作業(yè)上の安全性	高い	低い
メンテナンスの難しさ	高い	低い
機(jī)械コスト	高い	低い
リアルタイム調(diào)整	難しい	簡(jiǎn)単
こんな人に最適	大量生産	シングル/スモールバッチ生産

CNC加工の利點(diǎn)

1.生産速度

CNCマシンは疲れたことがない。コンピューティングと準(zhǔn)備が整っている限り、休憩時(shí)間なしに働くことができる。これは、より多くの製品を生産するために多くの時(shí)間を節(jié)約します。第二に、自動(dòng)化されているため、一人のオペレーターが複數(shù)の機(jī)械を擔(dān)當(dāng)し、同時(shí)に複數(shù)の製品を生産することができる。これが、生産速度が速いもうひとつの理由である。

2.再現(xiàn)性

繰り返し精度は、高精度で互換性のある製品をもたらします。CNC加工の動(dòng)作は計(jì)算コードに強(qiáng)く依存しているため、コードの方向と異なる誤差を?qū)毪工毪长趣悉扦蓼护蟆￥饯紊?、最終製品は互いに完全に同じであるため、ユーザーは同じバッチで別の部品と交換することができます。

3.人件費(fèi)の削減

複數(shù)のCNC加工工程を同時(shí)に一人で操作できる。つまり、人件費(fèi)を數(shù)倍節(jié)約できるのです。 

4.複雑なデザイン

CNCマシンのCAD（コンピュータ支援設(shè)計(jì)）／CAM（コンピュータ支援製造）ソフトウェアは、多軸の輪郭や曲線を含む複雑な設(shè)計(jì)を可能にする。

CNC加工の欠點(diǎn)

1.高いイニシャルコスト

CNCマシンは、設(shè)備費(fèi)も設(shè)置費(fèi)も高いため、初期投資額は高くなる。CNCマシンは大きく、自動(dòng)化された部品がたくさんある。マシンにさえ、コードを把握するためのハイテク?モジュールを搭載しなければならない。通常、この大型で複雑な機(jī)械を設(shè)置できるのは専門家だけであり、設(shè)置費(fèi)用がかかる。

2.高いメンテナンスコスト

故障の可能性は低いが、萬が一故障が発生した場(chǎng)合、高度な技術(shù)を持ったプロでなければ解決できない。また、設(shè)置費(fèi)用もかかる。

3.プログラミングスキル

CNCマシンは特定のコードに依存しているため、コードを作成し設(shè)定するには熟練したプログラマーが必要です。プログラマーは、専門的な訓(xùn)練を受けている必要があります。

手動(dòng)加工の利點(diǎn)

1.低コスト

手動(dòng)機(jī)械の初期投資コストは低い。ハイテクがなければ、手作業(yè)の工具や機(jī)械はそれほど高価ではない。手ごろな価格であるため、手動(dòng)機(jī)械は予算が限られている小規(guī)模な製造業(yè)者に適している。

2.プログラミング不要

プログラミングが得意な作業(yè)者がいない場(chǎng)合は、手加工が最適である。

3.容易なメンテナンス

手工具の構(gòu)造が単純なので、工具に不具合が生じた場(chǎng)合のメンテナンスが容易である。また、メンテナンス費(fèi)用も安い。

4.より良いカスタマイズ性

手動(dòng)フライス盤は通常、1回限りのプロジェクトに使用される。これらの機(jī)械は、コードの指示の代わりに人間によって処理されるため、生産プロセスにおいて大きな柔軟性と適応性を持っています。

手作業(yè)の欠點(diǎn)

1. 遅い生産速度

手作業(yè)による加工は、より多くの人手を必要とする。1人のオペレーターが擔(dān)當(dāng)できるのは1つの製品だけだ。手作業(yè)で精度をコントロールしなければならない。これには多くの時(shí)間とエネルギーが必要だ。また、人間は仕事中に休憩を取るだけでなく、伝統(tǒng)的な休日には休暇を取る必要がある。この間、手作業(yè)の機(jī)械加工工場(chǎng)では生産ができない。 

2.人的要因による高いエラー率

オペレーターへの依存度が高いため、手動(dòng)機(jī)械は精度に欠ける。つまり、最終製品として不適格なものを製造する可能性がある。また、手戻りのリスクも高くなる。

3.労働技能への高い依存度

オペレーターは、効率と製品の品質(zhì)に密接に影響するマニュアル技術(shù)に精通していなければならない。しかし、こうした必要な技術(shù)を習(xí)得するには、知識(shí)の訓(xùn)練だけでなく、長(zhǎng)年の実務(wù)経験が必要だ。それは容易なことではない。

CNC加工と手作業(yè)のハイブリッドは？

CNC機(jī)械加工と手作業(yè)のハイブリッドとは、精密作業(yè)にはコンピューター制御の機(jī)械を使用し、仕上げや調(diào)整には人間の技術(shù)を加えることで、製造にバランスの取れたアプローチを生み出すことを意味する。例えば、CNCマシンが金屬部品を高精度で切削し、次に作業(yè)員が手作業(yè)でエッジを研磨して滑らかにし、最後に穴やネジ山などの細(xì)部を検査?調(diào)整して完璧を期す。

このハイブリッド方式は、CNCでベース形狀を作り、職人が手彫りのパターンを加える複雑なジュエリーの製作や、CNCで新しい部品を加工し、古い部品に手作業(yè)で取り付けるビンテージカーのエンジン修理のようなカスタムプロジェクトに適している。さらに、CNCによるプラスチックケーシングの高速生産と、手作業(yè)による極小電子部品の組み立てを組み合わせることで、品質(zhì)と柔軟性を維持しながら時(shí)間を節(jié)約することができる。

結(jié)論

最終的には、70%をCNC加工に、30%をマニュアル加工に重要視したい。

ソガワークスについて

SogaWorksは、カスタムメカニカルパーツのためのオールインワンオンラインプラットフォームです。CNC機(jī)械加工、3Dプリント、板金加工、ウレタン鋳造、射出成形などのサービスで、ラピッドプロトタイピング、少量テスト、大規(guī)模生産のための柔軟な製造ソリューションを提供します。AIを活用した見積もりエンジンにより、SogaWorksは5秒で見積もりを提出し、最適なキャパシティをマッチングさせ、すべてのステップを追跡することができます。これにより、納期が短縮され、製品の品質(zhì)が向上します。

よくあるご質(zhì)問

1.手動(dòng)加工はどこで使うべきか？

手作業(yè)による加工は、CNCマシンが緊急の小ロット加工で忙しい場(chǎng)合に最適です。また、獨(dú)自の工具角度を必要とするスラントベッド構(gòu)成など、標(biāo)準(zhǔn)的なCNCセットアップを超える特殊な作業(yè)にも不可欠です。

2.CNC加工と手動(dòng)加工を選択する前に考慮すべき要素とは？

CNC加工と手動(dòng)加工のどちらかを選択する場(chǎng)合、部品の複雑さ、予算、數(shù)量、時(shí)間を考慮する：CNC加工は、複雑な設(shè)計(jì)、厳しい公差、大量ロットの加工に適していますが、初期費(fèi)用は高くなります。一方、手動(dòng)加工は、単純な形狀、少量生産、限られた予算に適していますが、より多くの労力と時(shí)間を必要とします。複雑で大量のプロジェクトにはCNCで精度と効率を優(yōu)先し、シンプルで小規(guī)模な作業(yè)には手動(dòng)で柔軟に対応する。CNC加工と手動(dòng)加工、どちらを選べばよいかわからない場(chǎng)合は、お?dú)葺Xにお問い合わせください。

3.CNC機(jī)械加工と手作業(yè)による機(jī)械加工では、どのような違いがありますか？手動(dòng)加工とは？

CNCマシニングは、自動(dòng)車部品のような大量生産、精密なプロトタイピング、丈夫な素材を使った迅速なツーリングに最適です。また、手作業(yè)による機(jī)械加工は、柔軟性があり、コーディングの必要がないため、小規(guī)模なプロジェクト、蕓術(shù)的なカスタマイズ、緊急の修理に適しています。