主軸回転速度計算機

主軸回転速度計算機は、所定の切削速度と工具径に対して、工作機械の主軸が動作すべき回転速度を毎分回転数（RPM）で求めます。機械加工では、切削前にフライス盤、旋盤、ボール盤、CNC工作機械の設定を行うために使われます。

主軸回転速度とは？

主軸回転速度は、主軸が回転する速さで、RPMで表します。主軸は、フライス加工や穴あけ加工では切削工具を、旋削加工では工作物を保持する回転軸です。主軸を速く回しすぎたり遅く回しすぎたりすると、工具が急速に摩耗したり、材料が焼けたり、粗い表面が残ったりします。

適切な主軸回転速度は、切れ刃を材料中でどれだけ速く移動させるべきか（切削速度）と、工具または工作物の幅（直径）の2つによって決まります。

主軸回転速度の計算式

$\text{主軸回転速度（RPM）} = \frac{\text{切削速度} \times 1000}{\pi \times \text{工具径}}$

• 切削速度は、材料に対する切れ刃の相対速度で、毎分メートル（m/min）で表します。切削する材料と工具材料によって異なります。
• 工具径は、切削工具の直径をミリメートル（mm）で表したものです。旋削加工では、代わりに工作物の直径を用います。
• 係数1000は、メートルをミリメートルに換算して単位をそろえるためのものです。インチ単位では、同じ規則がN = 12 V ÷ (π D)と表され、Vは毎分の表面フィート数、Dはインチで表した直径です。
• π（円周率）は約3.14159です。工具の切れ刃は1回転するごとに円を1周し、その円周がπと直径の積になるため、この値が現れます。

太い工具は1回転でより長い距離を進むため、同じ切削速度に達するのに必要な毎分回転数は少なくなります。細い工具では、より多くの毎分回転数が必要です。

主軸回転速度の計算方法

1. 使用する材料と工具に推奨される切削速度を、m/min単位で調べます。工具メーカーや材料メーカーがこれらの数値を公開しています。
2. 工具径（旋削加工では工作物の直径）をmm単位で測定します。
3. 切削速度に1000を掛けます。
4. 工具径にπ（約3.14159）を掛けます。
5. 1つ目の結果を2つ目の結果で割ります。得られた値がRPM単位の主軸回転速度です。

例

機械工が、直径10 mmの高速度鋼（HSS）エンドミルで軟鋼をフライス加工しています。この組み合わせでは、約30 m/分（毎分100表面フィート）の切削速度が控えめな選択です。

$\text{RPM} = \frac{30 \times 1000}{\pi \times 10} = \frac{30{,}000}{31.42} \approx 954.9 \text{ RPM}$

機械工は、主軸をおよそ955RPMに設定します。

材料別の一般的な主軸回転速度

以下の切削速度は、フロリダ大学のHSS工具の推奨表面速度に基づき、毎分フィートから毎分メートルに換算したものです。同大学は、これらの値を実習用の工場向けに選んだ控えめな値としています。超硬工具では2.5を掛けることを勧めています。RPMの列は、工具径10 mmで計算しています。

アルミニウムのように、軟らかく熱伝導率の高い金属は、チタンのように硬い金属や熱の影響を受けやすい金属よりも、はるかに高い切削速度に耐えられます。

工具径が重要な理由

直径と主軸回転速度は反比例します。工具径が2倍になると、必要なRPMは半分になります。これは、太い工具の切れ刃が1回転で既に2倍の距離を進むためです。同じ材料を同じ切削速度で加工する場合、小さなドリルが大きなドリルよりはるかに速く回転するのはこのためです。

旋削加工とフライス加工・穴あけ加工の違い

フライス加工と穴あけ加工では、計算式に用いる直径は回転する切削工具の直径です。旋削加工では工具ではなく工作物が回転するため、工作物の直径を用います。材料を除去すると工作物は次第に細くなることが多いため、一部の旋盤では定周速制御を使用し、直径が小さくなるにつれてRPMを自動的に上げ、切削速度を一定に保ちます。

計算した速度の調整

この計算式で得られるのは開始時の値です。機械工は、次の理由から調整することがよくあります。

• 工具の状態。 摩耗した工具や切れ味の鈍った工具では、低い速度が必要になる場合があります。
• 機械の剛性。 剛性の低い機械や段取りでは、計算値の速度で振動することがあり、より低い速度が必要になる場合があります。
• **冷却。**潤滑が少ないほど、速度は低くする必要があります。例えばフロリダ大学の作業場ガイドでは、切削油を大量に流す代わりに手で油を塗る場合、速度と送りを60%に下げるとしています。
• 使用可能な速度。 ベルト駆動のプーリーを備えた古い機械では、固定された速度が少数しか選べないため、機械工は計算値以下で最も近い速度を選びます。

主軸を速く回しすぎると、工具が摩耗または破損しやすくなり、工作物が焦げることがあります。遅く回しすぎると、工具がきれいに切削せず擦るため、細長く連続した切りくずが発生し、表面仕上げも悪くなります。

よくある質問

機械加工における主軸回転速度とは何ですか？ 主軸回転速度は、工作機械の主軸の回転速度で、RPMで表します。切削中に切削工具または工作物が回転する速さを決めます。

主軸回転速度はどのように計算しますか？ 切削速度（m/min）に1000を掛け、その結果をπと工具径（mm）の積で割ります。得られた値がRPM単位の主軸回転速度です。

工具径によって主軸回転速度が変わるのはなぜですか？ 直径の大きい工具は、1回転でより長い距離を進みます。切れ刃で同じ切削速度を保つには、直径の小さい工具よりゆっくり回転させる必要があります。

主軸回転速度を高く設定しすぎたり低く設定しすぎたりするとどうなりますか？ 速度が高すぎると、工具の急速な摩耗や破損、工作物の焼けや変色が生じます。速度が低すぎると、切りくずの形成不良、粗い表面仕上げ、切削速度の低下が生じます。

旋削、フライス加工、穴あけ加工で同じ計算式を使えますか？ はい。3つすべてで計算式は同じです。フライス加工と穴あけ加工では、直径は切削工具の直径です。旋削加工では、切削位置における工作物の直径です。

毎分フィートを毎分メートルの代わりに使えますか？ 上記の式は毎分メートルを使います。毎分フィートを毎分メートルに換算するには、0.3048を掛けます。1フィート (0.3 m) = 0.3048メートルだからです。

参考文献

1. フロリダ大学機械航空宇宙工学科。Speeds and Feeds。UFデザイン・製造ラボ — N = 12 V/(πD)、材料別のHSS推奨表面速度、超硬工具では×2.5、手で油を塗る場合は60%。
2. 米国国立標準技術研究所。NIST Guide to the SI, Appendix B.9: Factors for units listed by kind of quantity or field of science。NIST SP 811 付録B.9 — 1フィート = 0.3048 m（厳密値）。