CNC加工コストを解説：プロジェクト予算を形作る主要因子

CNC工作機械は製造に革命をもたらし、製品設計者が製造を自動化し、高品質な加工部品を生産できるようにしました。しかし、多くの製品設計者はCNC加工コストの見積もりを非常に困難と感じています。その結果、メーカーからプロジェクト見積もりを受け取ると、しばしば圧倒されてしまいます。

CNC加工プロジェクトのコストには、製品設計、材料選択、製造技術、工具、表面仕上げなど、いくつかの要因が影響します。

この記事では、これらすべての要因を取り上げます。この記事を読み終える頃には、CNC加工コストを推定（および削減）し、プロジェクトに最適な部品を作成する方法がわかるでしょう。

CNC加工コストに影響する要因

#1 設計の複雑さ

CNC加工は減法製造プロセスです。つまり、切削工具を使用してワークピースから材料の一部を除去し、望ましい部品が形成されるまで続けます。この動作モードの結果、CNC加工には特定の設計制約があります。

例えば、CNC加工部品の内部垂直コーナーは、切削工具のサイズに関わらず、常に半径を持ちます。また、CNC切削工具は通常、上面からワークピースにアクセスするため、特定のフィーチャーや部品の製造が困難（かつ高コスト）になります。

製品設計が複雑であればあるほど、部品の加工に時間がかかり、加工コストが高くなります。したがって、製品設計をシンプルにし、製造コストを削減するには、以下のヒントを実装して設計を最適化すべきです：

• 内部エッジにコーナーラジアスを追加し、CNC切削工具の円筒形状を考慮する。半径はキャビティ深さの少なくとも3分の1以上とし、すべての内部エッジで同じ半径にして時間を節約し、追加工具の必要性を排除する。

図1: 内部エッジのコーナーラジアス

 

• 90°の内部エッジを作成する必要がある場合は、アンダーカットを使用する。エンドミル工具のサイズを小さくしても解決しない。

図2: 90°内部エッジを製造する必要がある場合、エンドミル工具の半径を小さくしても機能しません。代わりに、キャビティ深さの少なくとも3倍の半径を持つアンダーカットを作成します。

 

• キャビティの深さを長さ（または幅）の4倍に制限する。深さ/幅比が小さいキャビティは特殊エンドミル工具を必要とし、製造コストを増加させます。

図3: キャビティの深さを制限する

 

• アンダーカットの深さを幅の約2倍に設計し、切削工具がアクセスできる十分なクリアランスを確保する。原則として、クリアランスはアンダーカット深さの少なくとも4倍以上、特にTスロット切削工具を使用する場合。

図4: アンダーカットには特定の工具と深さ/幅比が必要で、CNC加工コストを削減

図5: Tスロット切削工具を使用する予定の場合、アンダーカットにクリアランスを追加

 

• フィーチャーをワークピースの片側に保つことで、加工方向の数を最小限に抑える。絶対に必要でない限り。例えば、以下に示す製品を作成するには、3軸CNCフライス盤を2回セットアップする必要があります。

図6: 加工方向の数を最小限に抑える

 

#2 労務費

CNC工作機械を使用した製品開発プロセスにはいくつかのステップがあります。例えば、まず3D CADファイルを作成し、それをCNC工作機械が製造を自動化するために使用するコンピュータプログラムに変換する必要があります。

これらのプロセスが労務費に加算されるため、これらのプロセスの一部を自分で実行するのではなく外注することでコストを削減できます。例えば、製品の3D CADを自分で作成し、レビューと生産を製造エンジニアに外注できます。

製造コストは、生産する部品数（またはユニット数）にも依存し、ユニット数が多いほど製造コストは高くなります。しかし、少量生産と比較して、大量生産では単位あたりのコストが低くなると期待できます。

#3 エンジニアリング材料の選択

製品に選択する材料は、CNC加工コストの大きな決定要因です。CNC加工は減法プロセスであるため、3Dプリントのような付加製造プロセスよりも多くの材料を使用する傾向があります。CNC機械加工業者は通常、これらの材料をブロック単位で購入し、ブロック単価で価格を計算します。

CNC加工プロジェクトで一般的に使用される2つの材料タイプは金属とプラスチックです。金属は一般的にプラスチックより高価なので、金属部品の製造ではプラスチックより多くの費用がかかると予想されます。表1に、CNC加工プロジェクトのおおよその材料コストを示します。

#4 表面仕上げ

CNC加工部品は通常、生産ラインから印象的な表面仕上げで出てきます（図7参照）。

図7: CNC加工部品の加工直後の表面仕上げ

 

機械技師は、これらの「加工直後の」部品を作成するために追加料金を請求しません。しかし、製品が追加の後処理操作（陽極酸化、研磨、粉体塗装など）を必要とする場合、より高いプロジェクト見積もりを期待すべきです。

図8: 陽極酸化表面仕上げのCNC加工部品

 

外注で製造コストを削減

多くの一流製品設計者とビジネスオーナーは、製造プロジェクトを中国のCNC機械加工業者に外注することで加工コストを削減しています。例えば、複雑な部品を多軸CNC工作機械で製造する場合、中国では時間当たり40ドル程度で済むのに対し、欧米のメーカーでは最大120ドル/時間を請求することがあります。

しかし、アジアでは価格がより優しいからといって、どんな中国メーカーでも飛びつくべきではありません。代わりに、最新鋭のCNC技術と高度な資格を持つエンジニア、技術者、品質管理（QC）エキスパートを擁するメーカーを選ばなければなりません。

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