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加工方法読了時間 13 分

切削条件は何を基準に決めるか

カタログの回転数と送りは出発点にすぎません。工具寿命、加工時間、面品位、機械剛性のどれを優先するかで、適切な条件は変わります。

Wikimedia Commons・CNC Mill 1.jpg・CC BY-SA 4.0

01速度・送り・切込み

パラメータ記号式何を決めるか
切削速度Vc (m/min)Vc = π × D × n ÷ 1000道具寿命、切削温度
主軸回転数n (rpm)n = Vc × 1000 ÷ (π × D)Vc から逆算
1 刃送りfz (mm/tooth)fz = Vf ÷ (n × z)切りくず厚さ、面粗さ、切りくず処理
送り速度Vf (mm/min)Vf = fz × z × n実際に機械へ与える値
軸方向切込みap (mm)—能率、軸方向の力
半径方向切込みae (mm)—半径方向の力、振動、接触角
カタログの切削速度と1刃当たり送りを、工具径と刃数から実機の設定値に換算します。

加工能率の目安には除去体積 MRR = ap × ae × Vf ÷ 1000(cm³/min)を使えます。ただし、深くゆっくり削る場合と浅く速く削る場合では、MRR が同じでも工具負荷や切りくず排出、ワークのたわみは異なります。

02切削速度と工具寿命

工具寿命と切削速度の関係は、テイラーの式 Vc × Tⁿ = C で表せます。速度を上げれば寿命は短くなりますが、係数は工具と被削材で変わります。万能の数値としてではなく、試加工の目安として使います。

材料超硬エンドミルの Vc (m/min)備考
アルミ 6061300 ~ 1000構成刃先を嫌うので、むしろ高速に
低炭素鋼 S45C120 ~ 200もっとも一般的な基準
ステンレス SUS30480 ~ 140加工硬化が激しく、切込みを浅くしてはいけない
鋳鉄 FC250100 ~ 180切りくずは切れるが摩耗性が強い
チタン Ti-6Al-4V30 ~ 60熱伝導が悪く、熱が刃先に残る
焼入れ鋼 HRC50+50 ~ 120CBN またはセラミック道具が必要
数値は出発点です。コーティング、切削液、固定、機械剛性に合わせて調整します。

031刃当たり送り

送りを小さくしすぎると、切りくずが十分な厚さにならず、刃先が材料をこするだけになることがあります。発熱や摩耗、面品位の悪化を避けるには、仕上げだけでなく最小切りくず厚さも考えます。

  • 下限。fz は刃先丸み(一般に 0.02〜0.05 mm)を下回らないこと。
  • 上限。道具強度、機械出力、要求される面粗さで決まります。
  • 面粗さ。旋削では理論値が Rz ≈ f² ÷ (8 × ノーズ R) なので、ノーズ R を大きくすれば同じ送りでも良い面が得られます。

切りくずの薄化

径方向の切込みが小さいと、実際の切りくず厚さは設定した1刃当たり送りより薄くなります。高速ミーリングでは、このチップシンニングを見込んで送りを調整します。

04切込みとびびり

打ち手apae向く場面
一般的なフライス小(0.5〜2 mm)大(0.5〜1 D)機械剛性が並、荒加工
高速加工 HSM大(1〜2 D)小(D の 5〜10%)剛性の高い機械、深いポケット、硬材
トロコイド大小さく、経路は円弧を描く溝加工。全周接触を避ける
高速加工では刃先の使われ方が変わるため、実際の工具経路と材料で寿命を比べます。

びびりは切削系の安定性の問題です。回転数、切込み、工具の突出し、固定方法を変えると収まることがあり、すべての条件を単に下げればよいわけではありません。

05カタログ値の調整

  1. カタログの条件は十分な機械剛性を前提にしています。古い機械、長いホルダ、薄肉ワークでは、実際に使える条件は大きく下げざるをえません。
  2. クーラントが合っていない。同じ道具でも乾式・エアブロー・水溶性で Vc の上限はまったく違います。断続切削で被膜によっては、クーラントをかけると熱衝撃で欠けることもあります。
  3. 突き出し量が無視されている。道具の突き出しが 2 倍になれば、たわみはおよそ 8 倍(3 乗の関係)になります。
  4. ワークの掴み方。バイスで問題なく回る条件でも、真空チャックではワークを押し飛ばすことがあります。