機械加工はしばしば、進捗の遅れ、コストの上昇、工具の摩耗といった問題に直面する。多くのエンジニアや工場長は、スピードアップを図ろうとするが、パーツの品質低下を心配する。SFM "という言葉を、会議中や機械のマニュアルをめくっているときに目にしたことがあるかもしれない。あまり気にも留めなかったかもしれない。SFMという言葉を聞いたことがあっても、あまり気にも留めなかったかもしれない。
SFMの意味を理解していないと、機械を最大限に活用することが難しくなります。SFMの仕組みを知ることで、切削時間を短縮し、工具を保護し、コストを抑えることができます。ここでは、SFMについて、そしてそれが機械加工の基本にどのようにつながるのかをわかりやすくご紹介します。
機械加工におけるSFMとは？
SFMとは "Surface Feet per Minute "の略。これは、工具の刃先が材料表面を移動する速度を測定する。この速度は、工具の回転速度と大きさによって決まる。
切削工具の回転が遅すぎると、切り口がきれいにならないことがある。回転が速すぎると、工具がオーバーヒートしたり、早く摩耗したりします。SFMは、適切な速度を見つけるのに役立つ数値を示します。
この数値は、フライス、旋盤、ドリルの速度を選択する際に役立つ。工具と材料の両方に適用されます。材料によって、良好な切削と問題回避のために必要なSFMは異なります。
なぜSFMは機械加工で重要なのか？
適切なSFMは、工具の切れ味を長く保ち、滑らかな仕上げを実現します。また、オーバーヒートや振動、パーツの品質低下を防ぐのにも役立ちます。間違ったSFMを使用すると、時間を無駄にし、部品を損傷させ、工具を早く消耗させます。
すべての材料と工具の組み合わせには、推奨されるSFMの範囲があります。この範囲を守ることで、一貫性を保つことができます。また、生産コストや工具交換のコストも削減できます。
マシニストはSFMを使って、適切な主軸回転数（RPM）を設定する。工具のサイズや材料の種類に応じて調整します。これにより、より安全で信頼性の高い加工が可能になります。
サーフェスフィート／分の基本
SFMは、機械工が工具を材料上で移動させる速度を選択するのに役立ちます。このセクションでは、SFMの意味と現場での使用方法について説明します。
実践的なSFMの定義
SFMは、1分間に工具の刃先が表面を横切る距離を示す。単位はフィート/分。工具の回転速度と工具の大きさに基づいている。
例えば、大径の工具を使用する場合、小径の工具よりも同じ回転数でより多くの表面積をカバーすることができます。SFMは、工具の動きを作業や材料に合わせるのに役立ちます。
切削速度を実際の数値でコントロールする方法です。機械工は、SFMチャートまたは計算式を使用して、各工具と材料に適した切削速度を選択します。
SFMと切削速度の関係？
切削速度とは、材料が切削工具に接触する速度のことである。SFMはその速度を測定する一つの方法である。SFMは、工具が部品に接触する表面接触点に焦点を当てます。
SFMが高すぎると、工具が摩耗したり故障したりする可能性がある。SFMが低すぎると、切削が荒くなったり遅くなったりします。SFMが良いということは、切り屑処理、仕上げ面精度が良く、工具寿命が長いということです。
カッティング・スピードは、次のいずれにおいても重要である。 旋回 そして フライス加工.SFMは、機械や作業間の切削速度の比較を容易にします。
SFMとRPMの違い
SFMとRPMは関連していますが、同じではありません。SFMは、工具が材料表面に沿って移動する速さを測定します。RPMは1分間に工具が回転する速さです。
SFMは回転数と工具径の両方に依存する。同じSFMに達するには、大きい工具ほど少ない回転数が必要です。小さい工具は、その速度に一致させるために、より多くの回転数を必要とする。
そのため、工具を交換する際には、同じSFMを維持するために回転数を調整する必要があります。そのため、マシニストは切削を開始する前に両方を計算します。
SFMの計算方法？
実際の仕事でSFMを使うには、計算方法を知っておく必要がある。このパートでは、計算式、必要なインプット、そして数字が正しいことを確認する方法について説明します。
SFMの計算式
SFMの標準的な計算式はこうだ：
SFM＝（π×工具径×回転数）÷12
これにより、表面速度がフィート/分で示されます。π（約3.1416）を使うのは、工具の円運動を扱っているからです。
この式は、工具の外周面における切れ刃の移動速度を知るのに役立つ。
重要な変数直径と回転数
SFMの公式には、工具径と主軸回転数（RPM）という2つの主な変数がある。
- 直径 は工具の刃先の大きさで、単位は通常インチ。
- 回転数 は、工具が1分間に何回回転するかである。
どちらの値も連動する。直径が大きければ大きいほど、1スピンあたりの表面移動量が多くなる。回転数が高ければ、1分間のスピン数が増える。どちらかを変えるとSFMに影響します。
測定単位
SFMは以下の単位で測定される。 フィート毎分.
公式を機能させるために：
- 工具の直径はインチでなければなりません。
- RPMは常に毎分回転数
- インチをフィートに変えるには12で割る（1フィートに12インチあるため）
計算する前に、すべての単位が正しいことを確認してください。インチとミリが混ざっていると、計算結果は間違ってしまいます。常に入力をダブルチェックしてください。
SFMをRPMに変換するには？
希望するSFMは分かっていても、機械の正しい回転数を求める必要がある場合があります。このセクションでは、SFMの式を逆にして、適切な主軸回転数を求める方法を示します。
SFMをRPMに変換するには、以下の式を使用する：
回転数＝（SFM×12）÷（π×工具径）
これは、スピンドル回転数を毎分回転数で示します。
必要なものは2つ：
- 切断する材料の目標SFM
- 工具の直径（インチ
この式は、機械を正しくセットするのに役立ちます。工具を摩耗させたり、部品を損傷させたりする可能性のある、誤った速度を使用することを防ぎます。
推奨SFMが300で、工具の直径が1インチだとしよう。すると
回転数＝（300×12）÷（3.1416×1）
回転数 ≒ 1146
つまり、スピンドルを約1146RPMに設定することになります。この作業を頻繁に行う場合は、計算機やSFMチャートを使用して時間を節約してください。
ワーク材質別SFM
材料によって必要な切断速度は異なります。このセクションでは、一般的な材料の一般的なSFM値と、硬さが数値に与える影響を示します。
アルミニウム、スチール、チタン、プラスチックに最適なSFM
各材料には推奨SFM範囲があります。これらの値は、切削速度、工具寿命、部品の仕上がりのバランスをとるのに役立ちます。
- アルミニウムだ： 300～1,000平方メートル
アルミニウムは柔らかく、簡単に切れる。工具を傷めることなく高速で使用できる。
- 軟鋼： 100～300 SFM
鋼はアルミニウムよりも剛性が高い。熱の蓄積と工具の磨耗を避けるため、より遅い速度が必要です。
- ステンレススチール： 50～200 SFM
ステンレスは頑丈で加工硬化が早い。SFMが低いため、応力が軽減され、工具寿命が延びます。
- チタン： 30～70 SFM
チタンは強度が高いが、切削が難しい。熱を制御し、工具の故障を避けるために低速が必要です。
- プラスチック: 500～1500 SFM
プラスチックの種類は多岐にわたる。柔らかいプラスチックは高速で処理できるが、硬いプラスチックや充填されたプラスチックは、溶けたり欠けたりするのを防ぐために低速が必要な場合がある。
これらは一般的な範囲です。より正確な数値については、常に工具と材料の仕様を確認してください。
材料の硬度に基づくSFMの調整
硬い素材はより遅いSFMが必要です。柔らかい材料は、より高いSFMを使用することができます。このルールは、工具の損傷や熱の蓄積を避けるのに役立ちます。
例えば、高いSFMで焼入れ鋼を切削すると、工具がすぐに鈍くなることがある。柔らかいアルミニウムを低いSFMで切削すると、仕上がりが悪く、サイクルタイムが長くなることがあります。
工具のコーティングと材料の種類も重要である。超硬工具はSFMを高くできる。高速度鋼工具は、同じ材料でより低いSFMを必要とする場合がある。
に基づいてSFMを調整する：
- 材料の硬度
- 工具材料
- 機械能力
低めのレンジから始め、切り口がきれいで工具が冷たさを保てるようであれば上げていく。
SFMと送り速度
SFMと送り速度は、切削中に互いに作用し合います。このセクションでは、これらの相互作用と、より良い加工結果を得るためのバランスの取り方について説明します。
スピードとフィードの関係を理解する
SFMは、工具の刃先が被削材を横切る速度を制御する。送り速度は、工具が被削材に食い込む速さです。
SFMが高すぎるが送りが低すぎる場合、工具が切削せずにこすれることがある。送りが高すぎ、SFMが低すぎると、工具が欠けたり、過負荷になったりすることがある。
きれいな切削と良好な切りくずの流れを得るためには、両者が一致していなければならない。不一致は、工具の摩耗、仕上げ面の不良、機械のストレスにつながります。
SFMと歯当たりまたは回転当たりのフィードのバランス
送り速度はしばしば次のように与えられる：
- 歯当たり送り量（FPT） ミーリング用
- 1回転あたりの送り量（IPR） ターニング用
完全な送り速度を計算する：
送り速度 = 回転数 × 歯数 × FPT
旋回のために
送り速度 = 回転数 × IPR
SFMを知り、それを使って回転数を求めれば、次に送り速度を計算することができる。目標は、送りをSFMに合わせることで、工具がこすれたり、過負荷をかけたりすることなく、切削できるようにすることです。
SFMが高いということは、通常、送り速度が速いということである。しかし、送りは工具と機械の限界内に収めなければならない。
どちらを優先すべきか？
表面仕上げが重要な場合は、SFMをダイヤル調整することから始めます。正しいSFMで送りを小さくすると、より滑らかな表面が得られます。
生産速度の方が重要な場合は、送り速度を重視する。工具と部品が扱える最高の送りを使用し、それに合わせてSFMを調整します。
工具の摩耗と切りくずの形状を常に監視すること。切りくずが繊細すぎたり、粉状になっている場合は、送りが低すぎる可能性がある。切りくずが厚く、工具がチッピングしている場合は、送りが高すぎる可能性がある。
加工性能に及ぼすSFMの効果
SFMは工具、部品、機械の性能に直接影響します。このセクションでは、工具寿命、仕上げ面粗さ、熱、切り屑処理にどのような変化があるかを見ていきます。
工具寿命への影響
SFMは工具の寿命に大きく影響します。SFMが高すぎると、工具の刃先が熱くなりすぎて磨耗が早くなります。SFMが低すぎると、工具が切削の代わりにこすれることがあり、これも摩耗の原因となる。
適切なSFMの範囲にとどまることで、工具がきれいに切れるようになります。チッピングや破損の可能性が低くなります。また、常に工具を交換する必要がなくなるため、時間とコストの両方を節約できます。
コーティングされた工具を使用していますか？コーティングされた工具は、高いSFMを可能にすることが多いのですが、それは切り屑の排出と冷却がコントロールされている場合に限られます。
表面仕上げへの影響
適切なSFMは滑らかな表面を作るのに役立ちます。SFMが高すぎると、振動や工具のたわみによって切削が粗くなることがあります。SFMが低すぎると、工具の跡が残ったり、エッジが不均一になったりします。
安定したSFMは工具を正しくかみ合わせます。引きずらずに切削します。これにより、特に微細なフィーチャー加工において、仕上がりがよりきれいで安定したものになります。
たいていの場合、SFMを高くして送りを少なくしたほうが表面はよくなるが、それでも安全な範囲内にとどまる必要がある。
発熱とチップ制御における役割
SFMが高くなると、刃先の熱が上昇する。熱は工具と材料を軟化させ、工具の破損や切削不良の原因となります。クーラントを使用するか、より優れた工具コーティングを選択することで、この問題を軽減することができる。
SFMは切り屑の割れ方や流れ方も変える。適切なSFMでは、切りくずは小さく、きれいに丸まります。不適切なSFMでは、切り屑が固着したり、詰まったり、長い糸状になって部品を損傷したりします。
SFMとマシンの限界
計算が正しく見えても、マシンがその数字を実行できないことがある。このセクションでは、マシンの限界がSFMの選択にどのような影響を与えるか、また理論と現実が一致しない場合の対処法について説明する。
最大回転数と主軸出力の制約
どの機械にも最高回転数と主軸出力の上限があります。希望のSFMに対して計算した回転数が高すぎると、機械がそれに達しない可能性があります。
例えば、小型工具は適切なSFMを打つために高回転が必要です。しかし、最大回転数が6,000回転や8,000回転の機械もある。これでは、理想的なSFMを下回る回転数で稼働せざるを得なくなります。
主軸出力も重要です。大きな工具や硬い材料で高いSFMを使用する場合、機械が与えられる以上のトルクが必要になることがあります。十分なパワーがない状態で高速加工を行うと、スピンドルがストールしたり、モーターが破損したりする可能性があります。
安全のためにSFMを下げるタイミングは？
SFMを下げることで、工具の摩耗、熱、振動を減らすことができる。次のような場合には、賢明な選択である：
- ビビリ音や工具の跡が見える
- 材料が複雑であったり、一貫性がない
- 工具が長かったり細かったりすると、たわむことがある。
- セットアップが不安定、または部品のクランプが弱い。
安全第一です。不安な場合は、低いSFMから始め、徐々に上げていく。切りくずは短く、刃先はきれいに保ち、工具を冷やす。
工作機械の能力と理論計算の比較
SFMとRPMの計算式は理想的な数値を示す。しかし、マシンには限界がある-回転数の上限、高速でのパワー低下、剛性の問題など。
理論的な数値は計画を立てるのに役立つが、実際の切削は機械の強みに合わせるべきだ。常に細かい切削をテストし、機械の音を聞き、切りくずの形状や工具の摩耗をチェックすること。
また、古い機械では、高速で厳しい公差を保持できないことがある。そのような場合は、SFMをわずかに小さくすることで、より安定した再現性のある結果を得ることができる。
のSFM CNC加工
CNC加工において、SFMは単なる数値ではなく、プログラムの一部となります。このセクションでは、SFMがGコードにどのように適合し、ソフトウェアがどのようにそれを正しく設定するのに役立つかについて説明します。
GコードでSFMをプログラミングする
CNCマシンはSFMを直接読み取りません。工具径を使ってSFMから計算されるRPMを使用する。ほとんどのプログラマーは、コードを書く前にSFMからRPMへの計算を行う。
GコードのG97（一定回転数）またはG96（一定面速度）を使用してスピンドル回転数を入力します。
- G96 は、機械が一定の SFM を維持するように設定します。工具の位置と直径に基づいて回転数を自動調整します。
- G97 は固定回転数を設定します。直径が変わっても、切断中に回転数が変わることはありません。
例
G96 S250 M03（セット250SFM、スピンドルオン）
これは、直径が変化する旋盤加工に便利です。機械は回転数を調整し、表面速度を一定に保ちます。
フライス加工の場合、ほとんどの人はG97を使い、手動で回転数を計算し、それをプログラムに差し込む。
SFM最適化のためのソフトウェア・ツール
多くのCAMシステムと計算機は、適切なSFMを設定するのに役立ちます。工具サイズ、材料、機械仕様を入力します。ソフトウェアは、標準的な切削データに基づいて、速度と送りを提案します。
人気のツールは以下の通り：
- 工具メーカーアプリ（ケナメタル、サンドビックなど）
- Fusion 360、Mastercam、SolidCAMなどのCAMソフトウェア
- オンラインSFM計算機
これらのツールは当て推量を避けるのに役立つ。精度を向上させ、現場での試行錯誤を減らします。工具の摩耗や部品の形状に基づいてリアルタイムで送りを更新するものもあります。
結論
SFM（Surface Feet per Minute）は、機械加工の重要な要素です。SFMは、切削工具が材料表面を移動する速度を示します。SFMは、切削速度、工具寿命、仕上げ面粗さ、熱のバランスをとるのに役立ちます。適切なSFMは、工具のサイズ、材料の種類、機械の限界によって異なります。SFMはRPMと送り速度の計算に使用され、CNCプログラミングとチップコントロールにおいて重要な役割を果たします。
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ケビン・リー
レーザー切断、曲げ加工、溶接、表面処理技術を専門とし、板金加工において10年以上の実務経験があります。シェンゲンのテクニカルディレクターとして、複雑な製造上の課題を解決し、各プロジェクトにおける革新と品質の向上に尽力しています。
