【製造業必見】CAD/CAMとは？知っておくべき基礎知識と選び方
工作機械に関わる仕事をされている方は、一度は「CAD/CAM（キャドキャム）」という言葉を聞いたことがあると思います。
本記事は、
「キャドキャムって聞いたことはあるけど、よくわからない」
「ものづくり業界に入ったばかりでCAD/CAMの基礎知識を知りたい」
という人向けに、CAD/CAMの基礎知識とメリット、課題、選び方まで解説します。
CAD/CAMの基礎知識
CAD/CAMとは、コンピューターを使用して設計したり、工作機械を動かすために必要なNCプログラムを生成するソフトウェアです。工作機械業界では「CAD/CAM（キャドキャム）」と一括りで使用されることが多いですが、CADとCAMでは使用する用途が違います。
CADとは、図面･3Dモデル作成ソフトウェア
CADとはコンピューターによる設計や製図をするシステムで、Computer Aided Design （コンピューター支援設計）の略語です。従来、人が手書きで描いて設計していた図面はCADの普及により、修正が容易になり、人による熟練度のバラつきがなくなったため大幅に設計効率が上がりました。
CADは、平面上で図面を描く「2次元CAD」と立体的な3Dの立体的なグラフィックモデルをつくる「3次元CAD」に大きく分類されます。
2次元CAD
2次元CADは、平面上で図面を作成するソフトウェアです。最近では安価なものやサブスクリプション形式のソフトも増え、機械系に関わらず電気系、建築系など幅広い業種で使用されています。
3次元CAD
3次元CADは、立体的なグラフィックモデルを作成するソフトウェアです。3Dグラフィックで表示されるため、2次元CADではわかりにくい細かな部分もわかりやすく正確に表示されます。3Dモデルを2D図面に変換する機能があり、近年の製造業では設計の3D化も進んでいます。
CAMとは、NCプログラム作成ソフトウェア
CAMとはコンピューターによる製造をするシステムで、Computer Aided Manufacturing （コンピューター支援製造）の略語です。工作機械を設備している製造業に導入され、CADデータを利用しながら工作機械で使用する「工具情報」や加工する切り込み量や工具の移動経路（ツールパス）など「加工方法」を設定し、最終的にはNCプログラムを出力するシステムです。
Windows版のCAD/CAMソフトが一般的になる1990年より前は、専用ハードウェアを使用してNCプログラムを作成する装置があり「自動プログラミング装置（自動プロ）」と呼ばれていました。これら自動プロも総称して、CAD/CAMと言われることもあります。
CAD/CAMを使用したNCプログラム作成の流れ（例：SOLIDWORKS → SolidCAM → 工作機械）
CAMもCAD同様「2次元CAM」「3次元CAM」と大きく2つに分類されます。
2次元（2.5次元）CAM
2次元CADデータを利用して、CAMの条件付けをするものを「2次元CAM」または「2.5次元CAM」と呼びます。輪郭加工、穴加工、ポケット加工など2次元形状の加工に特化しているため、2次元形状であれば早く、簡単に操作できることも特長です。動作が軽く、穴が数百個あるような2次元CADデータでも手早くNCプログラムが出力できます。
テーパーのような傾斜面やR形状などボールエンドミルを使用する加工は「2.5次元」と呼ばれ、
「基本は2次元加工だけど、たまにテーパー形状の加工がある」といった場合に使用されます。
【WinMAX V4製品ページ】2.5次元とは？一般的な3次元CAD/CAMとの違い
3D CAD/CAMソフトの場合、CAM機能（オプション）を2次元に限定することで「3次元CAD＋2次元CAM」として販売するメーカーもあります。取引先と3次元CADデータでのやり取りは増えてきたものの、機械加工の内容は2次元加工が多い場合にCAMのオプションを2次元に制限します。
3次元CAM
3次元CADデータを利用してCAMの条件付けをするものを「3次元CAM」と呼びます。輪郭加工、穴加工、ポケット加工のような2次元加工に加え、ボールエンドミルを使用して曲面形状や金型などを加工する3次元加工や直線軸XYZ+回転軸（C軸）、傾斜軸（A軸またはB軸）を制御できる5軸加工機の工作機械に対応する多軸加工ができます。
CAMに必要なポストプロセッサ
CAMは「ポストプロセッサ」と呼ばれるファイルを通じて、CAM独自の言語を工作機械で使用するNCプログラムに変換します。CAMで生成されたツールパス（工具軌跡）を工作機械の仕様やオプション、企業やNCオペレーターの運用に合わせてカスタマイズします。一般的には、CAMメーカーやCAMベンダーがポストプロセッサをカスタマイズして調整しますが、2次元CAMなどではユーザー自身がポストプロセッサをカスタマイズすることができるソフトもあります。
デジタル技術を活用するものづくり企業の約70%が使用
経済産業省が発行するものづくり白書によると、CAD/CAMはデジタル技術活用企業の68.7%が導入しており、製造業においてデジタル化に取り組む優先度の高い設備投資であるといえます。近年、働き方改革や人手不足による生産性向上、IT人材の需要は高まっており、CADCAMをはじめ、デジタル技術を活用して営業利益を大きくすることは製造業の課題です。
（出典：経済産業省 「2024年版ものづくり白書」P71 デジタル技術活用企業が活用しているデジタル技術の分野）
2024年版ものづくり白書 第2章第4節「ものづくり企業におけるデジタル化に対応した人材の確保・育成」より
"デジタル技術活用企業において活用しているデジタル技術の分野をみていく。
「CAD/CAM」が67.8％と最も活用割合が高く、次いで「生産管理システム」となっている。"
CAD/CAMを使用するメリット
NCプログラムを作成する主な方法は3つあります。 ※（）内は、工作機械業界における一般的な呼び方
- CAD/CAMを使用する（CAD/CAM）
- NC制御装置に搭載される対話プログラミング機能を使用する（対話）
- NCプログラムを手動で手入力する（手打ち）
この中でもCAD/CAMを使用してNCプログラムを作成することで以下のメリットがあります。
１．付加価値の高い機械加工ができる
NCプログラムを手打ちする方法では困難な形状の加工ができるようになり、自社で加工できる仕事の幅が広がります。
以下のような付加価値の高い機械加工を実現し、従来外注していた加工の内製化や新規取引先開拓ができます。
- ボールエンドミルを使用して曲面を加工する3次元加工
- 干渉の考慮が必要な旋盤加工
- 多軸加工機導入に伴う、同時5軸加工
２．工作機械の稼働率が上がる
工作機械が稼働している間、パソコン上でNCプログラムが作成できるため、機械の稼働停止時間を最小限に抑えることができます。機械の前に人が立ち、プログラムを入力したり、干渉確認をする作業は機械の稼働停止が発生しますがこれらをCAD/CAMで制御できれば稼働率が向上します。
前述したポストプロセッサをCAM内で切り替えることで、容易に別の工作機械用のNCプログラムを出力することができます。
「2年前に加工した仕事が来たけど機械が空いていない…」といった場合も、NCプログラムを作り直す必要なく、特急対応可能です。
３．CADデータを製造側にも活かせる
設計部署や取引先から支給されるCADデータを利用してNCプログラムを作成できます。CADCAMオペレーターは、取り込んだCADデータをもとに工具や加工条件などCAMの設定をするだけで、図面を見ながら数値を打ち込む必要はありません。
「設計で作成した3D CADデータや図面はあるものの、加工現場では図面をもとにGコードを手打ちしている」
といったことは製造現場でも多くあり、CADCAMを導入することで穴の座標値を手打ちしたり、座標をNCオペレーターが計算するなどの重複する作業を省き人為的ミスを減らすことができます。
４．効率化されたツールパスで加工時間の短縮ができる
「高速高能率加工」と呼ばれる加工方法は、CADCAMならではの加工方法で加工時間を大幅に削減します。特に難削材の加工には有効で、CADCAM導入前と比較し加工時間が70%以上早くなる事例もあります。製造現場において加工時間が70%早くなるということは、従来1個作るのに掛かっていたサイクルタイム内で加工ワークを複数個作ることができ、大きな利益を生みます。
一般的な加工では、コーナー部など加工中に切削負荷が大きい箇所と小さい箇所が発生しますがCAMで切削負荷を制御し、効率化された最適なツールパスを生成します。機械剛性、ツーリング、切削工具の業界において「加工時間短縮」は、重要であると認知されていますが、実はツールパス（CAM）によって加工時間や工具寿命が大きく変わることはあまり知られていません。
５．デジタル上で工作機械の干渉チェックができる
コンピューター上で、加工機内をデジタルでシミュレーションすることができます。ホルダ、治具、主軸などをCADCAM上で再現して干渉チェックが可能です。以下のメリットがあります。
- 作業者がドライラン（空運転）で確認する機械稼働停止時間を削減
- 加工での主軸や治具の干渉による損失の回避
- 工作機械実機で加工する前の段取り工程の調整（ホルダからの切削工具突き出し量の確認、治具の配置調整など）
- おおよそのサイクルタイム確認
CAD/CAMシステムの課題
ものづくり企業にとって加工の幅を広げたり、生産性を向上させるツールであるCADCAMシステムですが、課題もあります。
１．人材不足
「CAD/CAMを使える人がいない…」90%以上が中小企業である製造業にとって、コンピューターを扱うことが好きなデジタル人材を採用することは課題となっています。ただし、「今までパソコンに触れてこなかったからCADCAMはできない」ということではなく、やる気があれば、パソコン未経験の人もCADCAMを使いこなしています。
「他の人にはできない自分だけのスキルを確立したい」
「今までできなかったワークができるようになって楽しい！」
という気持ちがある人は、企業にとって欠かせない独自のスキルを身につけ、多くのものづくり企業で活躍しています。現場で一担当者だった若者がCADCAMと共に会社の主軸となるキーパーソンに成長することも見受けられます。
２．テキストや参考書など情報が少ない
CAD分野と比較すると、工作機械に付随するソフトであるCAM分野は導入ユーザーも1企業あたりのライセンス数も少ない小さなマーケットです。大きな本屋に行くとCADの参考書はあるものの、CAMに関する参考書はほとんどなく、情報が少ないです。
操作方法についても「機械仕様」「導入したCAMオプション」「加工ワーク」「ユーザーの運用方法」によって大きく変わるため、実際に運用するとテキストに載っていない操作のコツやユーザー独自の設定が発生する場合があります。
これらの課題を解決するためには、CADCAMメーカーのサポート力が重要でユーザーの加工内容に合わせた対応力が求められます。
３．ソフトウェアの性能を最大限活かしきれない
CADCAMを導入したものの、ソフトウェアの性能を最大限活かしきれていないことがあります。最終的に完成するワークは同じでも、CAMのアプローチ方法はいくつかあり、プログラム作成時間を短縮するような設定であったり、工具負荷が小さくなる設定方法があります。これらの課題を解決するためには、「こんな使い方がありますよ」というCADCAMメーカーの提案力とユーザー側の「より良いものを作るためのチャレンジする力」が重要になります。
ソフトによる違いや選び方
CADCAMソフトの種類は大きくわけると「部品加工向けCADCAM」と「金型加工向けCADCAM」に分かれます。最近のCADCAMは、バージョンアップによる機能向上もあり、部品加工向けCADCAMだから金型加工ができない、金型加工向けCADCAMだから部品加工ができないというわけではなく、その差はなくなりつつあります。CADCAMを導入する上で重要なポイントは以下の通りです。
CAD/CAM導入におけるサポートの重要性
CADCAMの導入する上でメーカー側のサポート力は非常に重要です。ソフトに付属されるテキストは基本の流れやコマンド説明が記載されているもので導入ユーザーの機械仕様、加工内容、ツーリングなどを考慮したものはありません。どのソフトを導入したとしても運用する上で必ずユーザーならではの操作方法や課題に直面する機会があり、CAMメーカー側のサポート力や技術力次第でユーザー側の生産性は大きく変わります。
ポストプロセッサのカスタマイズ性
ポストプロセッサのカスタマイズ性はソフト（またはCAMベンダー）によって異なります。ユーザー側が希望するポストプロセッサに合わせることができなかった場合、せっかくCADCAMでNCプログラムを作成しても、後からオペレーターが手打ちで修正する作業が必要です。人が手入力する作業はできる限り省いたほうが良いですし、少ない作業量でも長期でみると大きな無駄な時間となってしまいます。
2.5次元CAMはユーザー側で修正できるがカスタマイズ性が低く、3次元CAMはカスタマイズ性が比較的高い傾向です。特に複合加工機で運用する場合は、刃物台の数や背面主軸の有無、特殊なツーリングに対応できるか、などソフトによって違います。
部品加工向けCADCAM
部品加工向けのCADCAMは、以下の特長があります。
- 2次元加工から3次元加工、旋盤、複合加工機、多軸加工機まで対応でき、汎用性が高い
- ソリッドのCADデータを扱うことが多い
- ワークが複数並ぶ多数個取りや治具の干渉回避機能が充実している
【部品加工向け】SOLIDWORKSアドインCAM 「SolidCAM」
【部品加工向け】InventorアドインCAM 「InventorCAM」」
【部品加工向け】2.5次元CAD/CAM 「WinMAX V4」
金型加工向けCADCAM
金型加工向けのCADCAMは、以下の特長があります。
- 3次元形状の削り出しや曲面加工を得意としている
- サーフェスのCADデータを扱うことが多い
- ツールパスの編集機能が充実している
【金型加工向け】国産3次元統合CAD/CAMシステム 「CADmeister」
まとめ
NCプログラムを生成するソフトであるCAD/CAMをご紹介しました。ものづくり業界でも「難しい加工をするためのキャドキャム」というイメージが強いですが、導入することで加工時間が短くなったり、従業員のスキルが向上し、新分野の仕事が舞い込んできたりとさまざまなメリットがあります。当社タクテックスは、工作機械を設備するCAD/CAMメーカーとして最適な提案をしますので検討する機会があればお問い合わせください。