CNC加工とは？種類、長所、短所、加工ステップ
複雑な金属部品がどうやって精密に作られるのか不思議に思ったことはありませんか？CNCマシニングがその答えだ。この記事では、コンピューター制御の工具が、金属のような素材をどのように複雑な部品に成形するのかを説明します。
フライスカッターの最適な切削条件をどのように決定しますか？加工におけるこの重要な側面は、効率と工具寿命に劇的な影響を与えます。この記事では、主軸回転数、送り速度、切込み深さの計算について掘り下げ、計算式と実践的なヒントを提供します。読者は、異なる材料やカッター径に対してこれらのパラメーターを調整することで、正確で効果的なフライス加工を行うための洞察を得ることができます。
1.質問
エンドミル加工の切削条件を計算するには、どのような方法がありますか？
エンドミル加工の準備のため、切削条件表を参照したが、目的の加工に対応する条件が見つからない。
粉砕条件の計算方法は？
2.回答
主軸回転数はフライス回転数から計算され、送り速度は歯当たりの送りから計算され、切り込み深さはカッターの直径から計算される。
主軸回転数は切削速度とカッター径から計算され、切削速度は切削条件表または切削性指数から参照される。
送り速度は、1歯あたりの送り量、スピンドル回転数、カッターの歯数から計算されます。切り込み深さは、カッタ径から算出します。計算結果をもとに加工テストを行い、フライス加工条件を調整します。
スピンドル回転数の計算方法
回転速度の計算式：
N=(1000*Vc)/π*Dc
フライス削り速度の計算式：
Vc=(π*Dc*N)/1000
I.使用工具径が切削条件表に記録されていない場合
最も近い直径のフライス条件に基づいて、与えられた計算式でフライス回転数を計算する必要があります。次に回転速度を計算します。より簡単な方法は、希望する直径を基準とし、それに直径の比率を掛けて回転速度を計算することです。
図 2 切削条件表
| 加工する材料 粉砕条件 カッター直径 (D) | 機械構造用炭素鋼 (S45C-S55C) | 合金工具鋼 (skd, scm, sus) | 焼入れ・焼戻し鋼 (35-40HRC） (HPM, NAK） | 銅合金 アルミニウム合金 | ||||||||
| 送り速度（mm/min） | 回転速度 分-1) | 送り速度（mm/min） | 回転速度 分-1) | 送り速度（mm/min） | 回転速度 分-1) | 送り速度（mm/min） | 回転速度 分-1） | |||||
| スロッティング | 横 | スロッティング | 横 | スロッティング | 横 | スロッティング | 横 | |||||
| 2 | 140 | 270 | 10,190 | 90 | 190 | 7,350 | 70 | 150 | 6,620 | 330 | 650 | 25,200 |
| 2.5 | 170 | 340 | 8,610 | 90 | 190 | 6,410 | 70 | 150 | 5,570 | 370 | 740 | 21,000 |
| 3 | 180 | 360 | 7,250 | 110 | 210 | 5,570 | 80 | 160 | 4,620 | 420 | 840 | 16,800 |
| 3.5 | 200 | 400 | 6,300 | 130 | 250 | 4,830 | 80 | 170 | 3,990 | 440 | 880 | 14,700 |
例えば、構造用炭素鋼を加工するための刃径2.8のエンドミルの回転速度を計算する場合、
刃の直径が3のエンドミルの回転速度は7250(min)-1),
従って、刃径2.8のエンドミルの回転速度は、7,250(min)-1)×3/2.8=約7,768(最小)-1).
*一定のフライス回転数では、刃の直径が小さいほど回転数は高くなる。
2.加工する材料が切削条件表に記載されていない場合、
これは、リストアップされた他の被削材の回転速度に、被削材間の被削性指数の比率を乗じて計算される。
例えば、刃の直径が3のエンドミルの回転速度を計算する場合、次のようになります。 ねずみ鋳鉄,
ブレード径3、構造用炭素鋼加工時の回転数は7,250(min)-1).
構造用炭素鋼の被削性指数が70、ねずみ鋳鉄の被削性指数が85の場合、
ねずみ鋳鉄のフライス加工時の回転速度は7,250(min)-1)×85/70=約8,804(分)-1).
被削性指数とは、被削材の加工のしやすさを表す数値で、快削鋼の加工のしやすさを100とする。数値が小さいほど加工しにくく、切削速度を設定する際の目安となる。
回転数設定のポイント
ボールエンドミルを使用する場合
ボールエンドミルを使用する場合は、実際の切削径で計算した方が実際の加工条件に近くなります。
図 3 実際の切削直径と正しい回転速度を計算する方法
1.スピンドル速度が制限されている場合
工作機械によって主軸回転速度が制限され、切削条件表で指定されているよりも加工速度が遅くなる場合は、それに比例して送り速度を下げる必要があります。
例えば、推奨切削条件が主軸回転数30,000(min)の場合-1工作機械の制限速度は20,000（min）である。-1)、送り速度は600×20,000/30,000=400(mm/min)に低下する。さらに、カッタ径を大きくすることで、主軸回転数が低下しても切削速度を維持することができる。
2.振動対策を採用する場合
振動を避け、工具を長持ちさせるために主軸回転数を下げたとしても、一般的な切削速度範囲（例えば、機械構造物に使用される炭素鋼の場合、50～150（m/min））での切削抵抗の変化はわずかであり、能率の向上にはつながらない。
切込みと送り速度を調整する方が効果的である。ただし、工作機械の経年劣化により固有回転数で振動が発生する場合や、適正な切削速度が分からないまま加工した場合は、主軸回転数を調整する必要がある。
送り速度の計算
送り速度の計算式は以下の通りである：
F=fz*N*Zn
各切削深さの計算式は以下の通り：
Fz=F/(Zn*N)
1.切削条件表に工具の刃径に対応する条件が記載されていない場合：
歯当たりの切り屑処理量を定数として計算する場合は、最も近い刃径の加工速度と送りから歯当たりの切り屑処理量を計算し、この値と加工速度を用いて送り速度を計算する。
実際の用途では、切れ刃の直径や長さが変わると、工具の剛性に影響します。歯当たりの切り屑処理量を計算する際には、この点を考慮する必要があります。基本的な使用法では、切削条件表に記載されているパラメータの中央値に基づいて計算することもできます。
図5：切削条件表
| 加工する材料 粉砕条件 カッター直径 (D) | 機械構造用炭素鋼 (S45C) | 合金工具鋼（SKD、SCM、SUS） | 40hrc) (HPM、NAK) | 銅合金-アルミニウム合金 | ||||||||
| 送り速度（mm/min） | 回転速度 分-1) | 送り速度（mm/min） | 回転速度 分-1) | 送り速度（mm/min） | 回転速度 分-1) | 送り速度（mm/min） | 回転速度 分-1) | |||||
| スロッティング | 横 | スロッティング | 横 | スロッティング | 横 | スロッティング | 横 | |||||
| 2 | 140 | 270 | 10,190 | 90 | 190 | 7,350 | 70 | 150 | 6,620 | 330 | 650 | 25,200 |
| 2.5 | 170 | 340 | 8,610 | 90 | 190 | 6,410 | 70 | 150 | 5,570 | 370 | 740 | 21,000 |
| 3 | 180 | 360 | 7,250 | 110 | 210 | 5,570 | 80 | 160 | 4,620 | 420 | 840 | 16,800 |
| 3.5 | 200 | 400 | 6,300 | 130 | 250 | 4,830 | 80 | 170 | 3,990 | 440 | 880 | 14,700 |
例えば、刃径2.8の立フライスカッターを使って構造用炭素鋼を加工する場合、立フライスカッターの送り速度を次のように計算する：
刃物径が3の時の送り速度が360mm/min、刃物径が2.5の時の送り速度が340mm/minとすると、刃物径が2.8の時の送り速度は、(360-340)/(3-2.5)*(2.8-2.5)+340となり、約352mm/minとなる。主軸回転速度は「主軸回転速度計算方法」で計算します。
2.被削材が切断条件表に記載されていない場合：
未掲載の被加工材の送り速度は、他の掲載被加工材の送り速度に2つの被加工材の被削性指数の比率を乗じて計算される。
例えば、ねずみ鋳鉄を加工する場合の刃径3の立フライスの送り速度を計算すると、構造用炭素鋼を加工する場合の送り速度は360mm/minとなる。構造用炭素鋼の被削性指数は70、ねずみ鋳鉄の被削性指数は85である。
したがって、ねずみ鋳鉄をフライス加工する場合の送り速度は次のようになります：360(mm/min) * 85/70 = 437(mm/min)となります。主軸回転数は「主軸回転数計算方法」で計算します。
1.防振対策を行う場合
刃長が長く振動しやすい立形フライスや、ネックが長く突起が大きいもの、刃径の細いものなどは、切り込み量や1歯あたりの送り量を小さくすると、それに比例して切削抵抗も小さくなります。従って、主軸回転数を下げるよりも効果的である。
図6は、ロングネック縦フライスによる切削の概略図である。
さらに、側面加工でコーナ部を加工する場合、刃先の接触長さが長くなるため、送り速度を下げる対策が必要になる。
歯当たりの送りが小さすぎると摩耗が早まります。細径(2本以下)のエンドミルを除き、1歯当たりの送りは0.01mm以下にしてください。
図7：コーナー部加工の概略図
送り速度の計算
1.エンドミルを使用する場合
図8：エンドミルの切削条件
| カッター径 D | 広告 | 広告 | Rd | |
| グルーヴ | サイド・フェイス | |||
| D<1 | ≤0.02D | ≤1.5D | ≤0.05D | |
| 1≤D<3 | ≤0.05D | ≤0.07D | ||
| 3≤D<6 | ≤0.15D | ≤0.10 | ||
| 6≤D | ≤0.2D | ≤0.15D | ||
図9：側面加工における切り込み量
図10：溝加工における切り込み量
切込み量AdとRdは、カッタ径に切削条件テーブルの係数を乗じて算出する。例えば、カッタ径が5でサイドミルを行う場合、切削条件テーブルによれば、Adは1.5D、Rdは0.1Dとなる。したがって、Adは1.5×5で7.5(mm)以下、Rdは0.1×5で0.5(mm)以下となる。
2.ボールノーズエンドミルを使用する場合
表11 (a) ボールノーズエンドミルの切削条件
| 加工内容 | 広告 | Pf |
| 粗加工 | ≤0.1D | ≤0.3D |
| 精密機械加工 | ≤0.05D | ≤0.05D |
表12 (b) - ボールノーズエンドミルの切削条件
| トップエンドR | 加工材料 | 焼入れ・焼戻し スチール（35～40HRC）（HPM、NAK） | |||
| 粉砕条件 | |||||
| 有効長 | 広告（mm） | Pf（mm） | 切削速度（mm/min） | 回転速度（min-1） | |
| 0.1 | 0.5 | 0.01 | 0.01 | 340 | 50,400 |
| 1 | 0.01 | 0.01 | 300 | 50,400 | |
| 1.2 | 0.01 | 0.01 | 230 | 49,350 | |
| 0.15 | 1 | 0.01 | 0.01 | 500 | 50,400 |
| 2 | 0.01 | 0.01 | 390 | 45,150 | |
| 0.2 | 1 | 0.02 | 0.04 | 690 | 50,400 |
| 2 | 0.02 | 0.03 | 620 | 50,400 | |
| 3 | 0.01 | 0.01 | 440 | 43,050 | |
| 4 | 0.01 | 0.01 | 420 | 39,900 | |
図13は、ボールノーズエンドミルを使用した場合の切削深さAdを示している。
(a）ボールノーズエンドミルを使用する場合、切削深さAdは工具径に一定の係数を乗じて計算します。例えば、工具径が2でAdが0.1Dの場合、0.1×2＝0.2(mm)と計算します。
(b) ボールノーズエンドミルの切削条件表を使用する場合、切削深さAdは表から直接読み取ります。使用する工具の切削条件が表にない場合は、最も近い工具径と有効長の中間値を使用してください。
3.被削材が切削条件表に記載されていない場合
切断条件表に記載されている機械構造用炭素鋼または調質鋼をベースラインとして使用する。
ベースラインより軟らかい材料の場合、切削深さを一時的に同じ値に設定し、試し加工で問題が発生しないレベルまで上げる。
硬い材料の場合は、切削深さに両者の被削性指数の比を掛けた値を設定し、テスト加工を行う。
MachineMFGの創設者として、私は10年以上のキャリアを金属加工業界に捧げてきました。豊富な経験により、板金加工、機械加工、機械工学、金属用工作機械の分野の専門家になることができました。私は常にこれらのテーマについて考え、読み、執筆し、常にこの分野の最前線にいようと努力しています。私の知識と専門知識をあなたのビジネスの財産にしてください。
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