CNC自動化とは、コンピュータ数値制御（CNC）技術を利用して、工作機械の動作や加工プロセスを自動で行う技術やシステムの総称です。「CNC自動化」と聞くと、ロボットによるワーク搬送を思い浮かべる方も多いかもしれません。しかし実際には、工具交換やパレット運用、計測、稼働監視など、自動化できる範囲はより広くあります。

本記事では、CNC自動化の意味から含まれる工程、周辺機能を整理し、自社ではどこから自動化を検討すべきか判断するための全体像をわかりやすく解説します。

 

 

CNC自動化の意味を解説

CNC自動化は、加工機そのものの動作だけを自動にする考え方ではありません。加工前のワーク供給から加工後の取り出し、工具交換、計測、監視まで含めて捉えることで、自動化できるポイントが見えやすくなります。

ここでは、まず次の2つの視点からCNC自動化の基本を整理します。

• CNC工作機械の自動化が指すものとは
• 加工機本体だけでなく前後工程も含めて考える

 

CNC工作機械の自動化が指すものとは

CNC自動化とは、CNC工作機械を中心とした加工工程で、加工機とワーク供給装置、搬送装置、計測機器などの周辺機器を連携させ、加工前後を含む一連の工程を自動化することを指します。

対象になるのは加工そのものだけではありません。ワークの供給・取り出し、工具交換、パレット交換、計測、異常時の通知なども、自動化の範囲に含まれます。

 

加工機本体だけでなく前後工程も含めて考える

CNC自動化を検討するときは、加工機の動作だけを見るのではなく、その前後で人がどのような作業をしているか、周辺機器や他の設備とどのように連携しているかまで確認することが大切です。

たとえば、加工中は機械が自動で動いていても、加工が終わるたびに作業者がワークを取り出し、次の材料をセットしている場合があります。工具の交換や測定、完成品の搬送などに人手がかかっていれば、加工機が止まる時間も発生するでしょう。

そのため、CNC自動化では「加工を自動化する」というよりも、加工を止めている作業や、人が介在している工程を含めて見直すという視点が欠かせません。

工作機械単体ではなく、生産工程全体の自動化まで検討したい場合は、以下の関連記事で詳しく解説しています。ぜひ、あわせてご覧ください。

関連記事：工場自動化はどこから始めるべきか？進め方と成功事例を解説

 

 

CNC自動化の範囲を整理して考える

CNC自動化を検討する際は、「機械を自動化する」と一括りにするのではなく、どの工程・作業を自動化するのか、CNC工作機械とどの機器・システムを連携させるのかを分けて考えると整理しやすくなります。

主な自動化の対象は、以下の5つです。

• ワーク供給・取り出し
• 工具交換・段取り替え
• パレット運用・搬送
• 計測・補正・品質確認
• 監視・通知・稼働管理

それぞれで使われる装置や目的を整理すると、次のようになります。

すべてを一度に自動化する必要はありません。現在どこに人手がかかっているかだけでなく、どの工程で機械が停止しているか、機器間の受け渡しや情報連携が途切れている箇所はないかを確認しながら、自動化する対象を絞り込むことがポイントです。

 

ワーク供給・取り出しの自動化

加工が終わるたびに作業者が扉を開け、完成したワークを取り出して次の材料をセットする。この作業を繰り返している現場では、ワークの供給・取り出しが自動化の候補になります。

ロボットや専用の供給装置、ストッカなどを組み合わせれば、作業者が加工機の前に常駐しなくても連続加工しやすくなります。夜間運転や複数台の工作機械を少人数で管理したい場合にも関係する領域です。

ロボットによって工作機械へのワーク投入・取り出しなどを自動化する仕組みは「マシンテンディング」と呼ばれます。具体的な仕組みや導入時の考え方については、以下の記事で詳しく解説しています。

関連記事：マシンテンディングとは？基本概念や意味、工程の流れ、自動化が注目される理由をわかりやすく解説

 

工具交換・段取り替えの自動化

CNC自動化を考えるとき、見落とされやすいのが段取り替えにかかる時間です。加工そのものは短時間で終わっていても、工具交換や条件切り替えのたびに機械が止まっていれば、思うように稼働時間は伸びません。

そこで活用される代表的な機能がATC（Automatic Tool Changer：自動工具交換装置）です。ただし、実際に確認したいのはATCの有無だけではありません。現場では、次のような周辺作業が停止時間を長くしているケースもあります。

• 工具の交換や準備
• 加工条件の切り替え
• 治具やワークの載せ替え
• 段取り替え後の確認作業

つまり、CNC自動化では「切削中の自動運転」だけでなく、加工の前後で人が止めている時間をどこまで減らせるかが重要になります。加工時間だけを見るのではなく、段取りの流れまで含めて整理する視点が欠かせません。

 

パレット運用・搬送の自動化

マシニングセンタなどでは、ワークを固定したパレットを交換することで、加工機への投入を効率化する方法があります。代表的なのがAPC（Automatic Pallet Changer：自動パレット交換装置）です。

一方のパレットを加工している間に、別のパレットで次のワークを準備できれば、加工終了後の交換をスムーズに進めやすくなります。パレットストッカを組み合わせて複数のワークを待機させる構成もあり、長時間の連続運転を考えるうえで重要な仕組みです。

さらに自動搬送装置などと連携すれば、加工機へのパレット供給だけでなく、前後工程との受け渡しまで自動化の対象を広げられます。ただし、どこまで連携するかは加工量や品種数、工場のレイアウトによって変わります。

 

計測・補正・品質確認の連携

ワークの供給や取り出しを自動化できても、加工後の寸法・形状などの計測や品質確認を人が行い、その結果を見て補正値を入力している状態では、まだ人手に依存する部分が残っています。連続運転を目指すなら、加工後の確認工程まで視野に入れた設計が必要です。

CNC自動化で計測連携を考える場合、基本の流れは次のように整理できます。

加工 → 測定 → 判定 → 補正 → 次の加工

この流れの一部、あるいは全体を機械側や計測機器と連携させることで、作業者が毎回測定し、手で補正値を入れる負担を減らしやすくなります。

特に重要なのは、単に「加工できる状態」をつくることではありません。品質を確認しながら加工を続けられるかまで含めて考えることが、実運用では大きな差になるのです。無人化や長時間運転に近づくほど、この領域の重要性は高まります。

 

監視・通知・稼働管理の自動化

CNC自動化では、「動かす仕組み」と同じくらい「止まったときに気づける仕組み」も重要です。たとえば、異常停止や工具トラブルが起きても担当者にすぐ伝わらなければ、無人運転できる時間は思ったほど伸びません。

そこで、稼働状態やアラームを監視し、異常発生時に担当者へ通知する仕組みを組み合わせます。加工の自動化だけで完結させず、運転を続けるための情報連携まで含めて考えることが、実務上のCNC自動化では不可欠です。

 

 

代表的なCNC自動化の実現方法3選

CNC自動化の方法は1つではありません。ロボットを使ってワークの供給・取り出しを行う方法もあれば、APCやストッカを組み合わせたり、計測機器や監視システムまで連携させたりする方法もあります。

代表的な実現パターンは、以下の3つです。

• ロボット・マシンテンディングによる自動化
• APC・ストッカ・周辺装置を組み合わせる自動化
• 計測機・監視システムとつなぐ自動化

どの方法が適しているかは、加工するワークや生産量、既存設備の構成、自動化したい作業によって変わります。ここでは、それぞれの特徴を大まかに整理します。

 

ロボット・マシンテンディングによる自動化

CNC工作機械へのワーク供給や加工後の取り出しをロボットに任せる方法は、代表的な自動化パターンの1つです。加工機の扉の開閉、ワークの着脱、完成品の取り出しなど、これまで作業者が繰り返していた作業を自動化します。この「工作機械の前後工程」を担う作業は、「マシンテンディング」と呼ばれています。

既存のマシニングセンタやNC旋盤を活かしながら、ロボットや周辺機器を後付けする構成を検討できる場合もあります。一方で、ワークの形状や置き方、チャック・治具との受け渡しなどを含めて設計する必要があり、ロボット単体を導入すれば成立するとは限りません。

こうした自動化は、次のような場面で検討されます。

• ワークの投入・取り出しを繰り返している
• 作業者が加工機の前に長時間拘束されている
• 複数台の工作機械を少人数で運用したい
• 夜間にも加工を継続したい

マシンテンディングの仕組みや工程については、以下の記事で詳しく解説しています。

関連記事：マシンテンディングとは？基本概念や意味、工程の流れ、自動化が注目される理由をわかりやすく解説

 

APC・ストッカ・周辺装置を組み合わせる自動化

ロボットを使わず、APCやパレットストッカ、ワーク供給装置などを組み合わせて連続加工を実現する方法もあります。

あらかじめワークをセットした複数のパレットを用意し、加工終了後に自動で入れ替える仕組みであれば、人が毎回ワークを交換する必要を減らせます。加工する部品や運用方法によっては、こうした周辺装置の活用だけでも自動化の範囲を広げられるでしょう。

 

計測機・監視システムとつなぐ自動化

連続運転をさらに進める場合は、ワークの供給だけでなく、加工後の計測や運転中の監視までつなげて考えることになります。

計測結果を加工条件の補正へ反映したり、工作機械の稼働状況を監視して異常時に通知したりできれば、作業者が常に機械のそばにいる必要性を減らせます。自動化の対象が増えるほど、CNC工作機械1台だけではなく、周辺機器や前後工程との情報連携も重要になってきます。

さらにライン全体まで対象を広げる場合は、搬送や検査、工程間の能力差も含めて考える必要があります。

製造ライン全体の自動化については、以下の記事で詳しく解説しています。ぜひ、あわせてご覧ください。

関連記事：生産ライン自動化の課題を解決！費用・ROIと失敗しない進め方

 

 

CNC自動化と混同しやすい言葉の違い

CNC自動化を検討していると、「省人化」「無人化」「工作機械の自動化」といった似た言葉が使われることがあります。これらは重なる部分もありますが、何を目的に、どこまで自動化するのかという点で捉え方が異なります。

まずは、それぞれの違いを整理してみましょう。

実際の現場では、これらの言葉が厳密に使い分けられているとは限りません。名称そのものよりも、どの工程をどの状態まで変えたいのかを具体的にすることが大切です。

 

省人化との違い

省人化は、これまで複数人で行っていた作業を見直し、必要な人数を減らすことに重点を置いた考え方です。CNC自動化は、その省人化を実現する手段の1つと考えられます。

たとえば、作業者が1台の加工機につきっきりだった状態から、ワーク供給を自動化して複数台を担当できるようにするケースです。この場合、加工工程すべてが無人になっていなくても、人の配置を見直せれば省人化につながります。

 

無人化・無人運転との違い

無人化や無人運転では、作業者が常時付き添わなくても加工を継続できる状態を目指します。そのため、ワークの供給・取り出しだけではなく、工具寿命への対応、計測、異常監視なども含めて考える必要があります。

CNC自動化を進めた結果として無人運転が可能になることはありますが、自動化したからといって必ず無人化まで実現するわけではありません。目的が日中の作業負担軽減なのか、夜間の連続運転なのかによって、必要な自動化の範囲も変わります。

 

工作機械の自動化との違い

「工作機械の自動化」は、マシニングセンタやNC旋盤などの工作機械を中心に、加工や周辺作業を自動化する考え方として使われます。そのため、CNC自動化と工作機械の自動化は、重なる部分が多いのが事実です。

一方、本記事ではCNC自動化を、加工機本体だけではなく、ワーク供給・搬送・計測・監視といった前後工程まで含めて捉えています。さらに対象を広げ、複数工程や工場全体の自動化を考える場合は、FA（ファクトリーオートメーション）の視点を考慮する必要があります。

 

 

CNC自動化の導入前に整理したい3つの視点

CNC自動化では、導入する装置や方式を決める前に、自社のどこに課題があり、何を自動化したいのかを整理しておくことが大切です。目的が曖昧なまま進めると、一部の作業を自動化できても、工程全体では十分な改善につながらないことがあります。

導入前に確認したいポイントは、次の3つです。

• どの工程を自動化対象にするか
• 稼働率だけでなく段取りや測定も含めて考える
• 既存設備との接続方法を確認する

 

どの工程を自動化対象にするか

最初に整理したいのは、現在どの工程が生産のボトルネックになっているのかです。ワークの供給に人手がかかっているのか、段取り替えで加工機が止まっているのか、測定作業が次工程への流れを遅らせているのかによって、自動化すべき対象は変わります。

あわせて、何を改善したいのかも明確にしておきましょう。人手不足への対応が目的なのか、主軸の稼働時間を増やしたいのか、夜間運転を実現したいのかでは、必要になる仕組みも同じではありません。

CNC工作機械だけを見るのではなく、前後工程まで含めて「どこで人やモノの流れが止まっているか」を確認すると、自動化する範囲を絞り込みやすくなります。

 

稼働率だけでなく段取りや測定も含めて考える

CNC自動化では、加工機の稼働率だけに注目しないこともポイントです。加工時間が短くても、ワーク交換や段取り、工具の準備、加工後の測定などで長く停止していれば、工程全体ではロスが残ります。

そのため、「加工している時間」だけではなく、「加工機がなぜ止まっているのか」まで確認することが、自動化する作業を見つける手がかりになります。

 

既存設備との接続方法を確認する

自動化設備を追加すれば、そのまま現場で使えるとは限りません。まず確認したいのは、既存のマシニングセンタやNC旋盤と、どのように受け渡し・連携するのかという点です。

たとえば、ロボットを後付けできたとしても、チャックへの着脱方法が合わない、前工程からのワーク供給が人手のまま、加工後の測定だけ別工程で止まる、といった状態では、工程全体の改善にはつながりにくくなります。

特に夜間運転や連続運転を視野に入れるなら、工作機械1台だけの成立性では不十分です。ワーク供給、搬送、計測、監視まで含めて、前後工程が無理なくつながるかを見ておく必要があります。部分最適ではなく、運用まで含めた接続性を確認することが大切です。

 

 

まとめ｜CNC自動化は加工機だけでなく前後工程まで含めて考えよう

CNC自動化は、加工機本体だけでなく、ワーク供給・取り出し、工具交換、搬送、計測、監視まで含めて考えることが重要です。まずは自社の工程で人手や停止時間が発生している箇所を整理し、自動化する範囲を見極めましょう。

TMCシステムでは、マシンテンディングの実装をはじめ、ロボットや周辺機器を組み合わせた自動化設備の開発を支援しています。CNC加工工程の省人化・自動化をご検討の方は、サービス詳細をご覧ください。