CNC加工の速度と送り：計算と最適化の方法

はじめに

速度と送りは、CNC加工において最も調整される2つのパラメータです。正しく設定すれば、工具寿命を守りながら、材料除去率を最大にすることができます。正しく設定されないと、びびり、仕上げ面の不良、工具の破損を引き起こします。

速度と送りとは？

2つの変数が切削動作を定義します：

• 切削速度 (Vc)：切削速度（Vc）：刃先が被削材に噛み合う速度。単位はメートル毎分（m/min）またはサーフェスフィート毎分（SFM）。切削速度は、熱の発生と工具の摩耗率を決定する。

• 送り速度（F）：単位時間当たりに工具が被削材まで進む距離。通常はmm/minまたはインチ/min（IPM）。送り速度は切り屑排出量と仕上げ面粗さを制御する。

この2つのパラメータは連動します。高切削速度で低送りを行うと、効率よく切削できずに熱が発生する。低速で高送りを行うと、工具のたわみや破損の危険性があります。

速度と送りの計算方法

CNCオペレーターが必要とする基本的な計算式です：

主軸回転数（RPM）：RPM = (切削速度 × 1000) / (π × 工具径)

切削速度（m/min）、工具径（mm

送り速度（mm/min）：送り速度 = 回転数 × 1 歯あたりの送り × 刃数

送り速度（mm/min）：送り速度＝回転数×1歯あたりの送り×刃数（mm）（切屑処理量ともいう

例12mm4枚刃エンドミルを使用し、切削速度250m/min、送り0.1mm/歯を目標にアルミニウムを切削する場合：

• 回転数 = (250 × 1000) / (3.14 × 12) = 6630 rpm

• 送り = 6630 × 0.1 × 4 = 2652 mm/min

これが出発点となる。実際の調整は、セットアップの剛性、クーラント、切り込み深さによって異なります。

一般的な材料に対する推奨速度と送り

以下の表は、超硬工具の一般的な開始範囲を示しています。これらはガイドラインであり、絶対的なものではありません。工具メーカーの推奨がある場合は、常にそちらを優先してください。

工具材質の調整

• 高速度鋼（HSS）：高速度鋼（HSS）：超硬値から50～70%速度を下げる。

• コーティング超硬（TiAlN、AlTiN）：特に硬い被削材では、範囲の上限で加工できる。

最適パラメータに影響する要因

材料の硬度と状態

ひとつの材種でも、熱処理と微細構造によって、まったく異なる加工が可能です。6061-T6アルミニウムは、6061-Oとは 切削が異なる。硫黄含有量の高い304ステンレス（快削性）は、標準の304よりも速く加工できる。

工具形状とコーティング

刃数が多いほど、送り速度は速くなるが、切り屑のスペースが狭くなる。コーティングは、耐熱性と潤滑性に影響する。工具メーカーのデータは、これらの変数を考慮しているため、一般的なチャートよりも信頼性が高い。

機械とセットアップ

• 良好な主軸ベアリングのある高剛性機械は、より高いパラメータを実行することができます。

• 工具のオーバーハングが長い場合、びびりを防ぐために速度と送りを下げる必要がある。

• 肉厚の薄い部品は、たわみを防ぐため、送りを控えめにする必要があります。

クーラントと切屑排出

フラッドクーラントにより、熱に敏感な材料での切削速度を上げることができます。深いキャビティでは、スルーツールクーラントが有効。切り屑のクリアランスが悪いと、送りを減らさざるを得ません。

安定した加工に一貫した材料が重要な理由

生産加工を行う人なら誰でも経験するシナリオです：

新しいジョブをダイヤルインします。何時間もかけて、良好な仕上げ面、許容可能な工具寿命、必要なサイクルタイムなどのスイートスポットを見つけます。翌月、別のサプライヤーに材料を追加注文する。同じグレード、同じスペックシート。しかし、今度は工具の摩耗が速くなった。切りくずは同じようには壊れない。表面仕上げは劣化する。

原因は、材料の不一致です。

推奨される切削速度は、材料の挙動が予測可能であることを前提としています。硬度が規格を超えて変化している場合、そのバッチの計算回転数は間違っています。結晶粒組織が不均一であれば、微細な硬い斑点ができ、工具のエッジを打ちます。内部応力が存在すると、加工後に部品が動いてしまいます。

これは、材料の調達が速度と送りに直結するところです。原材料の硬度が一定で、微細構造が均一で、応力が除去されていることがわかれば、パラメータを固定し、次から次へと加工を行うことができます。

速度と送りを調整するための実践的なヒント

控えめに開始し、その後増加させる

計算値の70～80%で試運転をプログラムする。チェック

• 切り屑の色と形（青い切り屑は熱すぎることを意味する）

• 表面仕上げ

• 機械負荷メーター

• びびりまたは振動

まず送りを増やし（効率を上げる）、次に速度を上げる（仕上がりを良くする）。本番稼動では、限界から10～15％後退させる。

すべてを記録する

パラメータだけでなく、どの材料バッチで使用したかを記録する。うまくいく設定が見つかったら、材料の出所とテストデータを記録する。こうすることで、将来の注文の際にも参照できるようになる。

機械に耳を傾ける

経験豊富なオペレーターは、カットが正しいかどうかを聞き分けることができる。甲高いキーキー音は、通常、びびりを意味する。ドスンという鈍い音は、擦れを意味し、速度を上げるか、工具の状態をチェックする。

まとめ

速度と送りの計算は簡単な計算です。生産用に最適化するには、工具、セットアップ、そして重要なことですが、材料の一貫性に注意を払う必要があります。

上記の表と式から始め、特定の条件に基づいて調整し、うまくいったものを文書化します。一貫性のない材料で常に再最適化を余儀なくされている場合は、機械に投入される材料を見直してみてください。材料要件についてのご相談、または仕様書付きのお見積もりのご依頼は、こちらまでご連絡ください。

よくある質問

CNC加工における速度と送りの違いは何ですか？

速度とは、切削工具がワークピースに対して相対的に移動する速さを指し、送りとは、工具が材料に進入する速度を指します。

材料の特性は、速度と送りにどのように影響しますか？

一般的に、硬い材料ほど、工具の摩耗を防ぎ、加工品質を確保するために、低い速度と送りが要求されます。

不適切な速度と送りは、工具の損傷につながりますか？

はい、不適切な速度と送りを使用すると、工具の過度の摩耗、破損、または表面仕上げ不良を引き起こす可能性があります。

CNC 技術は、どのように速度と送りを計算するのですか？

CNCマシンは、プログラムされたパラメーターに基づき、速度と送りを正確に計算・調整できる精密な制御システムを使用しています。

加工速度と送りの計算に必要なツールは？

正確な計算には、加工速度計算機、工具メーカーのガイドライン、CNC機械のソフトウェアが不可欠です。