送り速度(F値)・1刃送り(fz) 計算ツール｜N×Z×fzと1回転送り・面粗さRz・MRR一括算定
フライス加工の送り速度F(mm/min)を、主軸回転数N・刃数Z・1刃送りfzから瞬時に計算。1回転送りfn・平均切りくず厚さhm・理論面粗さRz・材料除去量MRRまで対応。被削材別fz早見(SS400/SUS304/A5052/S45C等)、φ6-φ20径別の推奨値、荒/中仕上げ/仕上げの使い分けを提示。CNCフライス・マシニング・金型加工・治具製作の現場で頻用される計算式を、JIS B 4053・ISO 8688などの公的規格に照らして解説します。
送り速度F・1刃送りfz 計算機
計算式と単位系
基本式
F (mm/min) = N (rpm) × Z (刃数) × fz (mm/刃)
fn (mm/rev) = Z × fz
fz (mm/刃) = F ÷ (N × Z) ※逆算
Fは実際に工作機械のテーブル(またはZ軸)が1分間に移動する距離、fzは1刃が1回転で削り取る量、fnは1回転で削り取る合計量(工具1回転あたりの累積送り)。CNCではG94(mm/min)モードでFをGコード指令に直接入力するため、fzから換算して指令値を作ります。
平均切りくず厚さ
hm ≒ fz × √(ae / D) (サイドカット時)
切りくず厚さhmは1刃が接触する角度で変わります。半径方向切込みaeが小さい高速加工(HSM)では、fzを大きくしても実切りくずは薄いため、工具寿命と加工能率の両立が可能です。
材料除去量(MRR)
MRR (cm³/min) = ap × ae × F ÷ 1000
単位時間あたりに削り取る体積。加工時間の直接指標で、荒加工の効率評価に使います。実測kW値との比で「単位電力あたりの除去量」を算定し、機械の実効出力を確認する運用も一般的です。
F・fz・fnの違い
| 指標 | 単位 | 意味 | 誰が決める |
|---|---|---|---|
| F(送り速度) | mm/min | テーブル移動速度 | CNC指令値・計算結果 |
| fz(1刃送り) | mm/刃 | 1刃あたり切込み量 | 被削材・工具メーカーが決める基準 |
| fn(1回転送り) | mm/rev | 1回転あたり総送り | Z×fzの結果値 |
| N(主軸回転数) | rpm | 主軸の毎分回転数 | Vcとエンドミル径で決定 |
| Vc(切削速度) | m/min | 工具外周速度 | 被削材・工具材種で決定 |
| hm(平均切りくず厚) | mm | 実際の1刃切りくず厚 | fzとae/Dで自動決定 |
実務では被削材と工具メーカーカタログからVc・fzが決まり、エンドミル径Dと刃数Zは工具選定で決まり、そこからN・F・fn・MRRが自動計算される流れです。3000rpm・4枚刃・fz=0.05 → F=600mm/min、fn=0.20mm/rev。
被削材別 1刃送りfz早見(超硬エンドミルφ10)
超硬エンドミル(乾式/湿式混在)・工具メーカーカタログの中央値を採用。仕上げは表値の下限、荒加工は上限を選択してください。
| 被削材 | fz (mm/刃) | 推奨N (rpm) | 備考 |
|---|---|---|---|
| マグネシウム合金 | 0.08-0.20 | 10,000-20,000 | 発火注意 |
| A5052/A6061(アルミ) | 0.05-0.15 | 7,000-10,000 | 高速加工可 |
| A7075(超々ジュラルミン) | 0.05-0.12 | 5,000-8,000 | 航空機部材 |
| 快削鋼(SUM24L) | 0.05-0.10 | 3,500-5,000 | 切りくず良好 |
| SS400(一般構造用鋼) | 0.04-0.08 | 2,000-3,200 | 汎用 |
| S45C(機械構造用炭素鋼) | 0.04-0.08 | 1,600-2,800 | 調質後加工可 |
| SCM440(クロモリ鋼) | 0.03-0.07 | 1,600-2,500 | 調質HRC28-35 |
| SUS304(オーステナイト系) | 0.03-0.06 | 1,300-2,200 | 加工硬化注意 |
| SUS316(耐食) | 0.03-0.05 | 1,100-1,900 | 切削油必須 |
| SKD11(冷間ダイス鋼) | 0.02-0.05 | 950-1,900 | 焼入時は50%減 |
| Ti-6Al-4V(チタン合金) | 0.02-0.05 | 950-1,900 | 大流量クーラント |
| インコネル718 | 0.02-0.04 | 500-1,300 | 耐熱・低速高送り |
エンドミル径別 fzの目安
径が大きくなるほどfzを大きくできます(工具剛性が上がるため)。SS400・超硬・湿式条件での目安。
| 径 D | fz (mm/刃) | F (mm/min) 例 | 備考 |
|---|---|---|---|
| φ2 | 0.008-0.020 | N≒12,700、Z=2 → 200-500 | マイクロ加工 |
| φ3 | 0.010-0.030 | N≒8,500、Z=2 → 170-500 | 細径 |
| φ6 | 0.020-0.050 | N≒4,240、Z=4 → 340-850 | 細径標準 |
| φ8 | 0.030-0.070 | N≒3,180、Z=4 → 380-890 | 汎用 |
| φ10 | 0.040-0.080 | N≒2,550、Z=4 → 410-820 | 汎用標準 |
| φ12 | 0.050-0.100 | N≒2,120、Z=4 → 420-850 | 汎用 |
| φ16 | 0.060-0.120 | N≒1,590、Z=4 → 380-760 | 大径 |
| φ20 | 0.080-0.150 | N≒1,270、Z=4 → 410-760 | 大径 |
| φ25以上 | 0.100-0.200 | N≒1,020、Z=5 → 510-1,020 | 面削工具 |
面粗さRzとfz
ノーズRを持つエンドミルの理論面粗さは fz²/(8R) で近似できます。図面の粗さ指示から逆算してfz上限を決めるのが、仕上げ工程の定石です。
| Rz指示 | ノーズR=0.4mm 時の fz上限 | ノーズR=0.8mm 時の fz上限 |
|---|---|---|
| Rz 25 μm(粗い) | 0.28 mm | 0.40 mm |
| Rz 12.5 μm(中) | 0.20 mm | 0.28 mm |
| Rz 6.3 μm(細) | 0.14 mm | 0.20 mm |
| Rz 3.2 μm(細) | 0.10 mm | 0.14 mm |
| Rz 1.6 μm(精密) | 0.07 mm | 0.10 mm |
| Rz 0.8 μm(超精密) | 0.05 mm | 0.07 mm |
実際の粗さは工具振れ(±3-10μm)、ビビリ、被削材の弾性回復で理論値の1.5-3倍になります。JIS B 0601「表面性状」で定義された最大高さ粗さRzの理論下限として扱ってください。
材料除去量MRRとサイクルタイム
MRR(Material Removal Rate、材料除去量)は、単位時間あたりに削り取る体積(cm³/min)。加工時間の直接指標で、次の関係で決まります。
MRR = ap × ae × F ÷ 1000 (単位: cm³/min = mm³/1000)
例: ap=5mm、ae=10mm、F=600mm/min → MRR = 5×10×600÷1000 = 30 cm³/min。荒加工では材質・工具・機械剛性で決まるMRRの上限を狙い、仕上げでは面粗さ優先でF・fz・切込みを絞ります。
被削材別 MRR上限の目安(超硬・湿式)
| 被削材 | MRR (cm³/min/kW) | φ10・4枚刃での代表MRR |
|---|---|---|
| A5052(アルミ) | 25-50 | 50-150 |
| SS400 | 15-25 | 20-40 |
| S45C | 12-20 | 15-35 |
| SUS304 | 8-15 | 10-25 |
| SKD11(焼入) | 5-10 | 5-15 |
| Ti-6Al-4V | 4-8 | 5-12 |
| インコネル718 | 2-5 | 2-6 |
切りくず厚さと薄切れ現象
半径方向切込みae/D比が小さい高速加工(HSM: High Speed Machining)では、平均切りくず厚hmが極端に薄くなる「薄切れ現象」が起きます。hm ≒ fz × √(ae/D)。ae/D=0.1では、fz=0.10mmでもhm=0.032mmしかありません。
HSM(高速主軸マシン)向け送り倍率
| ae/D比 | hm/fz比 | fz倍率(推奨) | 用途 |
|---|---|---|---|
| 1.0(フルカット) | 1.00 | ×1.0(基準) | 荒加工 |
| 0.5 | 0.71 | ×1.4 | 汎用サイドカット |
| 0.3 | 0.55 | ×1.8 | 浅サイドカット |
| 0.1(HSM) | 0.32 | ×3.1 | 金型高速加工 |
| 0.05(超HSM) | 0.22 | ×4.5 | アダプティブ加工 |
fzを大きくしないと工具刃先が擦れて摩耗が加速します(「擦り加工」現象)。カタログのfz値はae/D=0.5前後基準が多いため、ae/Dが小さい加工では表値より大きなfzを設定するのがHSMのコツ。CAM側のアダプティブ加工機能で自動最適化する実装が主流です。
送りオーバーライド(F/O)と現場調整
CNCマシンの操作パネルには送りオーバーライド(F/O)スイッチがあり、通常0-200%(細かくは50%/100%/150%等)でFを実時間で変更可能。段取り確認時にF/O=50%で1パス目を試し、切りくず色・音・機械負荷を見て2パス目以降を100%または上げていく運用が定石です。
F/O倍率と工具負荷の関係
| F/O | 実送り速度 | 切りくず厚 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 50% | 指令値の半分 | 指令値の半分 | 段取り確認・試切削 |
| 100% | 指令値通り | 指令値通り | 量産(標準) |
| 120-150% | 指令の1.2-1.5倍 | 1.2-1.5倍 | 加工余裕時の能率UP |
| 200% | 指令の2倍 | 2倍 | 特殊(通常は避ける) |
難削材や薄物・小物ワークでは、加工中にF/O 50-80%で安全確認しつつ運転する運用が実務標準。段取り確認後に量産100%固定に戻します。
業界・工程別の応用
CNCフライス・マシニング(汎用)
G94(mm/min)モードのF指令値を計算。M03(主軸正転)+S指令(rpm)+F指令(mm/min)の3点セット。マクロやサブプログラムで工具番号ごとに条件テーブル化するのが効率的です。
金型加工(3D曲面・ボールエンドミル)
プラスチック金型のSKD11、NAK80、HPM38等では、φ6ボールエンドミル・HSK主軸2-4万rpm、fz=0.05mm前後、ap=0.05-0.1mmの浅切込み高送り加工が主流。CAM側のスキャロップ高さ(パス間隔)とfzが面粗さを決定します。
工具メーカー技術資料の活用
三菱マテリアル・OSG・MOLDINO(旧日立ツール)・タンガロイのカタログ推奨fzを起点に、実加工音・切りくず色・面粗さで微調整。カタログ値は保守的なため、実力値は10-30%上げられる余地があります。
サイクルタイム短縮・原価改善
fzを1.2倍にすると加工時間は約17%短縮、fzを1.5倍で33%短縮。ただし工具寿命はfz^2に反比例するため、月産数量と工具単価のバランスが最適点。原価計算表(工具+加工時間)でシミュレーションが定石。
難削材(チタン・インコネル)加工
Ti-6Al-4V・インコネル718は低fz(0.02-0.05mm)でも工具寿命が数分-数十分。トロコイド加工(円弧補間+等切りくず厚制御)で工具負荷を平準化し、高圧クーラント70bar以上で刃先冷却するのが標準戦術。
試作・単品加工
試作は工具寿命より加工時間・面粗さ優先。カタログ推奨値の中央値でスタートし、切りくず色・音で1-2パス目に調整。CAM側でF/O(送りオーバーライド)を50-150%レンジで試行するのが実務手順。
よくある間違い・注意点
- 刃数を1として送りFを算出 — 4枚刃で F=N×fz と誤計算すると実送りが1/4。ビビリ・こすれ加工の原因。必ず F=N×Z×fz。
- fzを大きくしすぎ — 工具欠損リスクが急増。特に難削材ではカタログ推奨値の上限を絶対に超えないでください。fz過大は瞬間破壊、fz過小は擦り加工で摩耗促進。
- マシン最大送り速度を超過設定 — 汎用マシニングは10,000-30,000mm/minが上限。CNCは超過指令を無視するため、意図せず低速加工になっている場合があります。運転前に上限確認を。
- ae/D比を考慮しない — HSM(ae/D<0.3)ではfzを2-4倍にしないと薄切れで工具摩耗が加速。カタログはae/D=0.5基準が多いため、浅サイドカットでは補正必要。
- ダウンカット/アップカットの区別なし — ダウンカット(下向き)は切りくず排出良好・面精度良好。アップカット(上向き)は切込み時の刃先ダメージ大。エンドミル加工ではダウンカット標準です。
- ノーズR=0mm(コーナー鋭角)で理論粗さ計算 — 分母0で発散。実工具のカタログR値(標準R0.2-1.0mm)を入力。
- 荒/仕上げの工具・条件を共通化 — 荒工具でそのまま仕上げると、刃先摩耗が原因で面粗さ悪化。荒/仕上げは別工具番号+条件切替が実務標準。
関連する規格・法規
- JIS B 4053 ― 超硬工具材種の分類(P/M/K/N/S/H)。被削材グループとの対応が定義。
- JIS B 4110 ― エンドミル。エンドミルの寸法・材種記号・性能試験の基本規格。
- JIS B 0601 ― 幾何特性仕様(GPS)-表面性状。Ra/Rz等のパラメータ定義。
- JIS B 6310 ― 工作機械-数値制御用語。CNC・NCの用語標準。
- ISO 8688-1/2 ― Tool life testing in milling(フライス工具寿命試験)。Part 1:面フライス、Part 2:エンドミル。
- ISO 3685 ― Tool-life testing with single-point turning tools(旋削寿命試験の国際基準)。
- ISO 513 ― 切削工具材種の分類(P/M/K/N/S/H)。ISO材種記号の原本。
- ISO 6983-1 ― Numerical control of machines - Program format(Gコード規格)。
- 労働安全衛生規則 第107条 ― 機械類の運転中の危険防止。切削加工中の巻き込まれ防止・保護具義務。
参考文献・公的資料
切削条件、工具寿命、被削材別データ、CNC加工手順のより詳細な情報は下記公的機関・学会・工具メーカー技術資料を参照してください。
- 日本産業標準調査会(JISC) ― JIS B 4053・B 4110・B 0601・B 6310等、切削加工規格の公式検索。
- ISO Standards ― ISO 8688(工具寿命試験)、ISO 513(工具材種)、ISO 6983(Gコード)の原本。
- 日本機械学会(JSME) ― 切削加工の学術論文・シンポジウム集録。研究レベル条件データ。
- 精密工学会 ― 精密加工・面粗さ研究の主要学会。表面性状規格の解釈情報。
- 産業技術総合研究所 計量標準総合センター(NMIJ) ― 表面粗さ・寸法測定の国家標準。
- 三菱マテリアル 技術情報 ― 切削条件計算・工具材種選定の実務資料。
- OSG 技術情報 ― エンドミル・ドリル・タップの切削条件データベース。
- MOLDINO 技術情報 ― 金型加工向けの高送り・高能率工具の条件例。
- タンガロイ 技術情報 ― 超硬工具・チップの推奨切削条件。
- 厚生労働省 労働安全衛生関係 ― 機械加工の安全衛生規則。
よくある質問（FAQ）
4枚刃・3000rpm・fz=0.05の送り速度は？
F = N × Z × fz = 3000 × 4 × 0.05 = 600 mm/min。1回転送りfn = 4 × 0.05 = 0.20 mm/rev。この条件はSS400のφ10・4枚刃超硬エンドミル・湿式想定のミドルレンジで、実務でよく使う代表条件です。
fzと面粗さの関係は？
理論面粗さRz ≒ fz² ÷ (8×R)。fz=0.05mm・ノーズR=0.4mmでRz≒0.78μm。fzを1/2にすると理論粗さは1/4になります。実測はこの2-3倍が現実的。JIS B 0601に定義された最大高さ粗さの理論下限です。
高送り加工(HFM)とは？
fzを大きく取り、切込みapを浅く抑えて工具寿命を確保しながら送り速度Fを高める加工。HFM専用エンドミル(ラジアスチップ)+ap=0.5-2mm・fz=1.0-3.0mmで、通常の3-5倍の除去量を実現。金型荒加工の主流です。
切削油の効果は？
切削熱除去・潤滑・切りくず排出の3効果。湿式ではfzを10-15%、Vcを20-30%上げられ、工具寿命が2-3倍改善します。SUSやチタン等の難削材では極圧添加剤入り(EP油)必須。HSMやアルミではミストや大流量水溶性が主流。
1回転送りfnと1刃送りfzの違いは？
fzは1刃が1回転で削る量、fnは1回転で全刃が削る合計量。fn = Z × fz。旋削(バイト)ではZ=1のためfn=fz。フライスではZ=2-8で fn = 0.1-0.4 mm/rev レンジが多いです。旋削寿命式(Taylor式)や送り指令の互換性でfnが使われます。
切りくず厚さhmとは？
1刃が実際に削り取る平均切りくずの厚さ。hm ≒ fz × √(ae/D)。半径方向切込みae/D比が小さい高速加工(HSM)では、hmが極端に薄くなり工具擦れの原因に。カタログはae/D=0.5基準のため、浅サイドカットではfzを大きく設定する必要があります。
ae/D比が小さいときfzを大きくしていい？
正解です。ae/D=0.1のHSMではfzを3倍にしても実切りくず厚hmは同等以下。切込みが浅い分、工具負荷が分散されて寿命も伸びる好循環になります。CAM側のアダプティブ加工でae/D一定制御+fz動的補正するのが最新実装です。
ハイスと超硬でfzは違う？
fzは工具材種の差は小さく、被削材と径で決まります。ただしハイスは超硬の40-50%のVc(=Nが半分程度)で使うため、同じfzでも送り速度Fは約半分。ハイスは靭性が高く突発負荷に強いため、断続切削や難削材の粗加工で選ばれます。
マシン主軸のRPM/送り上限に達したら？
マシン上限で頭打ちし、その実質値でfzまたはVcを再算定します。CNCは超過指令を無視するため、意図せず低速加工になっている場合があります。M03(主軸)・G01(切削送り)のオーバーライド設定も含めて事前確認してください。
送りオーバーライド(F/O)はいつ使う？
試作・段取り・切りくず観察時に50-150%レンジで実切削を確認するために使用。量産では100%固定が原則。段取り時にF/O=50%で1パス目を試行→切りくず色と音で判断→2パス目で100%に上げる、が実務手順です。
マイクロエンドミル(φ1以下)のfzは？
φ0.5-1.0mmでは fz=0.005-0.020mm/刃 が目安。工具振れ(±2-5μm)がfzを超えるため、実切削は片刃加工に近づきます。マイクロ加工では主軸振れ±1μm以下のエアタービンスピンドル(4-10万rpm)が推奨。
荒/中仕上げ/仕上げのfz目安は？
SS400・φ10・4枚刃の場合、荒:fz=0.08、中仕上げ:fz=0.05、仕上げ:fz=0.02-0.03が実務標準。荒はMRR優先、仕上げは面粗さ優先。工程分離+仕上げ代0.1-0.5mm残しで安定加工します。