主軸出力別の材料除去レート（MRR）
10 kW・20 kW 主軸における八種類のCNC合金の出力制約下の材料除去レート。単位出力表、公表ベンチマーク、計算例を掲載。見積もりと納期の概算にそのまま使える数値です。
主軸出力10 kW・20 kW における荒加工MRR能力（出力制約・計算値）
| 材料・状態 | 使用したK_p（kW / cm³/s） | 10 kW 旋削（cm³/min） | 10 kW フライス・サイクル平均（cm³/min） | 20 kW 旋削（cm³/min） | 20 kW フライス・サイクル平均（cm³/min） |
|---|---|---|---|---|---|
| Aluminum 6061-T6 (wrought, ~95 HB) | 0.76–0.90 | 425–505 | 340–405 | 850–1,010 | 680–810 |
| Aluminum 7075-T6 (wrought, ~150 HB) | 0.76–0.90 | 425–505 | 340–405 | 850–1,010 | 680–810 |
| Carbon steel 1045 (190–220 HB) | 1.70–2.32 | 165–225 | 130–180 | 330–450 | 260–360 |
| Alloy steel 4140 (Q&T, 280–320 HB) | 2.18–3.29 | 115–175 | 90–140 | 230–350 | 180–280 |
| Stainless 304 (annealed, 150–180 HB) | 1.64–2.94 | 130–235 | 105–190 | 260–470 | 210–380 |
| Stainless 316 (annealed, 150–180 HB) | 1.64–2.94 | 130–235 | 105–190 | 260–470 | 210–380 |
| Titanium Ti-6Al-4V (annealed, 330–350 HB) | 1.65–1.77 | 215–230 | 170–185 | 430–460 | 340–370 |
| Brass C36000 (free-cutting, 90–120 HB) | 0.82–1.90 | 200–465 | 160–370 | 400–930 | 320–740 |
この表の読み方。 Q_max = 60 × P_rated × η × L / K_p（η = 0.85 は駆動効率、L = 0.75 は荒加工負荷）。定格出力の各kWあたり実際に切り屑へ届くのは0.64 kWのみ（0.85 × 0.75 = 0.6375 ≈ 0.64）。10 kW列は5 cm³/min単位に丸めてあり、フライス列は丸めた旋盤列の0.8倍（切削関与率80%）、20 kW列は10 kW値のちょうど2倍である。これらは出力制約下の能力値であり、一般的な実測レートではない。見積りは低い側の値から行うこと。
10 kWのCNC機はアルミニウムでどのくらいの材料除去レートを出せますか？
10 kW主軸では、本表が前提とする75%負荷で6061-T6の荒加工時に425–505 cm³/minを出せる。40テーパのVMCでは、HSMツールパスを用いたアルミ加工で通常245–410 cm³/minを持続できる。両者の差は工具と切り屑排出の限界によるもので、主軸出力の差ではない。
| 出典 | 機械・ケース | 材料 | MRR（cm³/min） | 注記 |
|---|---|---|---|---|
| S5 | 40-taper VMC, stable roughing | Carbon steel | 50–100 | 出典では3–6 in³/min |
| S5 | 40-taper VMC, HSM strategy | Aluminum | 245–410 | 出典では15–25 in³/min |
| S5 | 50-taper / horizontal | Steel | 100–200 | 40テーパ値の約二倍 |
| S6 | 120 kW, 27,000 rpm (DST Ecospeed) | Aluminum 7050 | 5,160 | 競合他社のPCD工具、ケース1 |
| S6 | 120 kW, 27,000 rpm | Aluminum 7050 | 7,465 | RAL90コーティング、同一ケース |
| S6 | 120 kW, 33,000 rpm (Makino MAG 3.W) | Aluminum (cutter diameter 50 mm) | 7,000 | 60分で420,000 cm³を除去 |
| S8 | Bridgeport 2 hp / HAAS 30 hp comparison | Aluminum | 165 | 切削出力1.1–3.0 kWで10.1 in³/min |
同じ10 kW主軸で、304ステンレスは6061よりどれだけ遅いですか？
約2–4倍遅い。304が130–235 cm³/minに対し6061は425–505 cm³/minで、オーステナイト系ステンレスはcm³/sあたり1.64–2.94 kWを要するのに対し、アルミは0.76–0.90 kWで済むためである。6061で10 kW主軸の負荷を15%にする同じ86 cm³/minの切削が、304では50%を占める。
| 材料 | 状態 | ISO | 硬さ（HB） | K_p（kW / cm³/s） | 出典（低値 / 高値） |
|---|---|---|---|---|---|
| Aluminum 6061-T6 | wrought, T6 | N | ~95 | 0.76–0.90 | S4 / S3 |
| Aluminum 7075-T6 | wrought, T6 | N | ~150 | 0.76–0.90 | S4 / S3 — take the upper end for 7075 |
| Carbon steel 1045 | hot-rolled / normalized | P | 190–220 | 1.70–2.32 | S2 (190 HB) / S3 (200–220 HB) |
| Alloy steel 4140 | quenched and tempered, 28–32 HRC | P | 280–320 | 2.18–3.29 | S3 (280–320 HB) / S4 (220–420 HB upper bound) |
| Stainless 304 | annealed | M | 150–180 | 1.64–2.94 | S3 (150–175 HB) / S4 (austenitic 150–275 HB) |
| Stainless 316 | annealed | M | 150–180 | 1.64–2.94 | S3 (150–175 HB) / S4 (austenitic 150–275 HB) |
| Titanium Ti-6Al-4V | annealed | S | 330–350 | 1.65–1.77 | S4 (300–360 HB) / S3 (Ti-150 A, 340 HB) |
| Brass C36000 | leaded free-machining | N | 90–120 | 0.82–1.90 | S3 / S4 — see the conflict register |
10 kWの機械で4140鋼を加工する場合、MRRはどのくらいで計画すべきですか？
280–320 HBの4140では、旋削で115–175 cm³/min、フライスのサイクル平均で90–140 cm³/minを計画し、見積りは低い側から行う。以下の出力内訳がその理由を示す。6061で10 kW主軸の負荷を15%にする同じ86 cm³/minの切削が、4140では55%になる。アルミで86 cm³/minを出す切削条件は鋼にはそのまま移らない。各材料はまず自らの切削速度まで落とす必要があるため、この内訳は出力コストのみを比較している。
| 材料 | K_p（kW / cm³/s） | 工具先端のP_c（kW） | 主軸入力P_spindle（kW） | 10 kW主軸の負荷（%） |
|---|---|---|---|---|
| Aluminum 6061-T6 | 0.90 | 1.29 | 1.5 | 15 |
| Carbon steel 1045 | 2.32 | 3.33 | 3.9 | 39 |
| Alloy steel 4140 | 3.29 | 4.72 | 5.6 | 55 |
| Stainless 304 | 2.94 | 4.21 | 5.0 | 50 |
| Titanium Ti-6Al-4V | 1.77 | 2.54 | 3.0 | 30 |
| Brass C36000 | 1.90 | 2.72 | 3.2 | 32 |
チタンの荒加工は主軸出力で制約されますか？
いいえ。Ti-6Al-4Vはcm³/sあたりわずか1.65–1.77 kWで済むため、10 kW主軸の出力上限は215–230 cm³/minとなる。実際の切削は、主軸よりもはるかに早い段階で熱と工具寿命によって制約される。チタンの行は上限確認用として扱い、目標値にはしないこと。また、切削条件表で必須とされている高圧クーラントを必ず使用すること。
| 項目 | 値 | 読み方 |
|---|---|---|
| K_p (unit power) | 1.65–1.77 kW per cm³/s | 4140より低い — 主軸はボトルネックではない |
| 10 kW turning ceiling | 215–230 cm³/min | 出力上は一般的な現場の実運用より大きい |
| 10 kW milling ceiling, cycle avg | 170–185 cm³/min | 切削関与率80%でのサイクル平均 |
| 20 kW turning ceiling | 430–460 cm³/min | 上限が二倍になるだけで、許容切削量は変わらない |
| Actual limiter | Heat and tool life | 切削条件表の速度で高圧クーラントを使って運転すること。クーラントは前提条件であり、選択肢ではない |
20 kW主軸にすると除去レートは二倍になりますか？
出力上限は二倍になり、6061では850–1,010 cm³/minとなる。ただし工具と治具がそれを受け取れる場合に限る。Ø12工具を使った50 × 50 mmのポケット加工では、20 kW主軸に変えても何も変わらない。制約は主軸ではなく工具側にあるため、切削時間は17.5秒のままである。
| パラメータ | Ø12工具（計算例） | Ø20工具（参考例） |
|---|---|---|
| Tool | Ø12 mm, 3-flute carbide end mill | Ø20 mm — an example, not a recommendation |
| Radial width a_e (mm) | 6 | 10 |
| Axial depth a_p (mm) | 6 | 10 |
| Feed speed V_f (mm/min) | 2,388 | 2,000 |
| MRR (cm³/min) | 86 | 200 |
| Cutting time for 25 cm³ | 17.5 s | 7.5 s |
同じ機械で、フライスのMRRが旋削より低いのはなぜですか？
切削が断続的で、工具はサイクルの約20%を非切削で過ごすため、フライスのサイクル平均除去レートは旋削の0.8倍になる。10 kW・6061では425–505 cm³/minに対し340–405 cm³/minである。瞬間的な切削中のレートは旋削値に達することもある。
| 手順 | ルール | 6061-T6、10 kW |
|---|---|---|
| 1 | Turning ceiling: Q_max = 60 × 10 × 0.6375 / K_p, rounded to 5 cm³/min | 425–505 |
| 2 | Milling column = 0.8 × the rounded turning column, rounded to 5 cm³/min | 340–405 |
| 3 | 20 kW columns = 2 × the 10 kW columns (exact doubling) | 850–1,010 turning / 680–810 milling |
荒加工時の主軸負荷は何%を目標にすべきですか？
定格出力の70–85%。本表では工具摩耗と硬度ばらつきに対する余裕を残すため75%を用いる。以下の固定前提は計画値であり、実測値ではない。実際の駆動効率が0.80や0.90と測定される場合は、表全体を比例して換算すること。
| パラメータ | 値 | 根拠 |
|---|---|---|
| Rated spindle power P_rated | 10 / 20 kW | 一般的なVMCの二つの出力クラス |
| Drive efficiency η | 0.85 | 計画上の前提であり実測値ではない。工作機械メーカーのデータで確認すること |
| Roughing load factor L | 0.75 | 目標帯70–85%の中間値（S5） |
| Usable cutting-power factor | 0.85 × 0.75 = 0.6375 ≈ 0.64 | 定格出力の各kWあたり切り屑に届くのは0.64 kWのみ |
| Tool condition | Sharp carbide | K_p表は切れの良い切削工具を前提にまとめている |
| Milling in-cut factor | 0.80 | S5の計算例：サイクルの80%が切削 |
| Coolant and setup | Stable, no chatter | 鋼・ステンレスはフラッド乳化油、チタンは高圧クーラント、アルミはフラッドまたはMQL |
フライスと旋削のMRR計算式は何ですか？
フライス：Q = a_e × a_p × V_f / 1,000。旋削：Q = V_c × f × a_p。計算例：12 mm工具、6 × 6 mmの噛み込み、2,388 mm/minで86 cm³/minを除去する。パラメータは意図的に保守的に設定しており（刃あたり0.10 mm、Ø12工具では切削条件表で0.15–0.19）、各手順を検証可能に保っている。
| 手順 | 数量 | 値 |
|---|---|---|
| 1 | Removal volume V | 50 × 50 × 10 mm pocket = 25 cm³ |
| 2 | Tool and engagement | Ø12 mm, 3-flute carbide end mill; V_c 300 m/min; f_z 0.10 mm/tooth; a_e = a_p = 6 mm |
| 3 | Spindle speed n = 1,000 × V_c / (π × D) | 7,958 → take 7,960 rpm |
| 4 | Feed speed V_f = n × z × f_z | 7,960 × 3 × 0.10 = 2,388 mm/min |
| 5 | MRR Q = a_e × a_p × V_f / 1,000 | 6 × 6 × 2,388 / 1,000 = 85.97 → 86 cm³/min |
| 6 | Cutting time T = V / Q | 25 / 86 = 0.291 min = 17.5 s (21.8 s with 20% non-cutting) |
| 7 | Power check P_c = K_p × Q, spindle input P_c / 0.85 | 0.90 × 1.433 = 1.29 kW → 1.52 kW → 15.2% of 10 kW |
| 8 | Reading | Spindle only 15% loaded — the Ø12 cutter in a 50 mm pocket is tool-limited; the 425 cm³/min ceiling would need V_f 11,806 mm/min, five times beyond this cutter |
MRRから加工時間へはどう換算しますか？
T = V / Q。50 × 50 × 10 mmのポケットは25 cm³なので、例の86 cm³/minでは切削時間は17.5秒、20%の非切削時間（プランジ、リトラクト、層替え）を加えると約22秒になる。これに工具交換と検査の余裕が加わる。以下の時間は同じポケットに対するT = 25 / Qを小数第一位で丸めた値であり、計算値であって実測値ではない。
| レートケース | Q（cm³/min） | 25 cm³の所要時間（秒） |
|---|---|---|
| Worked example toolpath (Ø12 in 6061) | 86 | 17.5 |
| Ø20 cutter example | 200 | 7.5 |
| 6061 10 kW turning ceiling | 425 | 3.5 |
| 304 planning low end | 130 | 11.5 |
| 4140 milling planning low end | 90 | 16.7 |
このMRR数値は見積りにどの程度使えますか？
±25%の計画幅として扱い、保証値とは考えないこと。前提は切れの良い超硬工具、駆動効率85%、安定した段取りである。公表されている120 kWのアルミ加工事例では5,160–7,465 cm³/min、つまりkWあたり43–62 cm³/minに達しており、本表が前提とする線形スケーリングと整合する。出典間で食い違う箇所は平均化せず、未解決のまま登録している。
| 相違点 | 出典A | 出典B | 本ページでの扱い |
|---|---|---|---|
| 304 / 316 unit power | S3 handbook band 1.64–1.97 (150–200 HB, sharp tools) | S4 energy-study value 2.94 (austenitic 150–275 HB) | 1.64–2.94の全帯域を表に残す。硬度と工具が有利な側で確認されない限り、130 cm³/minの低値側から見積ること |
| C36000 unit power | S3 leaded brass 0.82 | S4 leaded brass 1.90 | 0.82は真鍮の物理（K_p ≈ k_c / 1,000、k_c ≈ 800 N/mm²）と整合するため0.82側を優先する。200–465の帯域は登録された包絡範囲として残す |
| 1045 / 4140 ranges | S3 by 20 HB steps | S4 220–420 HB envelope | 相違ではない。範囲は硬度に対応している。出典の不一致として扱わないこと |
これらの数値の使い方
- これらの列は出力制約下の能力値であり、一般的なMRRではない。公表されている40テーパのベンチマークは炭素鋼で50–100 cm³/min、1045の上限165–225 cm³/minに対してであり、上限を典型的なレートとして見積ると能力を2–4倍過大評価することになる。
- チタンとオーステナイト系ステンレスの行は工具寿命制約であり、出力制約ではない。Ti-6Al-4Vの215–230 cm³/minは上限確認用であり、実際に達成できる帯域は切削条件表の速度における熱と工具寿命で決まる。
- 丸めの規則：10 kW列は5 cm³/min単位に丸め、フライス列は丸めた旋盤列の0.8倍（さらに5単位に丸め）、20 kW列は10 kW列のちょうど二倍である。表内の倍加は厳密である。
- 0.85の駆動効率、0.75の荒加工負荷、それにより得られる0.64の有効出力係数は、計算による計画前提であり実測値ではない。実際に異なる値が測定される場合は表を比例換算すること。
- 各K_p帯域は公表された複数の出典にまたがる。低値側は最も省出力な値、高値側は保守的な値である。能力は低値側から見積ること。帯域上限の硬度、摩耗した刃先、薄い切り屑はいずれもK_pを押し上げる。
- K_p（kW / cm³/s）は数値上 k_c / 1,000 に等しい。Sandvikの表はk_cを、主軸関連の資料はK_pを公表しており、本ページはK_pに統一している。
よくある質問
10 kWのCNC機はアルミニウムでどのくらいの材料除去レートを出せますか？
6061-T6で、前提の75%負荷時に425–505 cm³/min。40テーパのVMCではHSMツールパスを使って通常245–410 cm³/minを持続できる。
6061-T6で、前提の75%負荷時に425–505 cm³/min。40テーパのVMCではHSMツールパスを使って通常245–410 cm³/minを持続できる。
同じ10 kW主軸で、304ステンレスは6061よりどのくらい遅いですか？
約2–4倍遅い。304は130–235 cm³/minに対し6061は425–505 cm³/min。304はcm³/sあたり1.64–2.94 kWを要し、アルミは0.76–0.90 kWであるため。
約2–4倍遅い。304は130–235 cm³/minに対し6061は425–505 cm³/min。304はcm³/sあたり1.64–2.94 kWを要し、アルミは0.76–0.90 kWであるため。
10 kWの機械で4140鋼を加工する場合、MRRはどのくらいで計画すべきですか？
280–320 HBの4140で、旋削115–175 cm³/min、フライスのサイクル平均90–140 cm³/min。見積りは低値側から。
280–320 HBの4140で、旋削115–175 cm³/min、フライスのサイクル平均90–140 cm³/min。見積りは低値側から。
チタンの荒加工は主軸出力で制約されますか？
いいえ。Ti-6Al-4Vはcm³/sあたりわずか1.65–1.77 kWで済むため、10 kWの出力上限は215–230 cm³/minとなる。実際の切削はまず熱と工具寿命で制約される。
いいえ。Ti-6Al-4Vはcm³/sあたりわずか1.65–1.77 kWで済むため、10 kWの出力上限は215–230 cm³/minとなる。実際の切削はまず熱と工具寿命で制約される。
20 kW主軸にすると除去レートは二倍になりますか？
出力上限は二倍になる（6061で850–1,010 cm³/min）。ただし工具と治具がそれを受け取れる場合に限る。50 × 50 mmのポケットでØ12工具を使う場合は何も得られない。
出力上限は二倍になる（6061で850–1,010 cm³/min）。ただし工具と治具がそれを受け取れる場合に限る。50 × 50 mmのポケットでØ12工具を使う場合は何も得られない。
同じ機械でフライスのMRRが旋削より低いのはなぜですか？
工具はサイクルの約20%を非切削で過ごすため、フライス列は旋盤列の0.8倍となる。10 kWの6061で340–405に対し425–505 cm³/min。
工具はサイクルの約20%を非切削で過ごすため、フライス列は旋盤列の0.8倍となる。10 kWの6061で340–405に対し425–505 cm³/min。
荒加工時の主軸負荷は何%を目標にすべきですか？
定格出力の70–85%。本表では工具摩耗と硬度ばらつきに対する余裕を残すため75%を使用。
定格出力の70–85%。本表では工具摩耗と硬度ばらつきに対する余裕を残すため75%を使用。
フライスと旋削のMRR計算式は何ですか？
フライス Q = a_e × a_p × V_f / 1,000、旋削 Q = V_c × f × a_p。12 mm工具で6 × 6 mm、2,388 mm/minなら86 cm³/min。
フライス Q = a_e × a_p × V_f / 1,000、旋削 Q = V_c × f × a_p。12 mm工具で6 × 6 mm、2,388 mm/minなら86 cm³/min。
MRRから加工時間へはどう換算しますか？
T = V / Q。50 × 50 × 10 mmのポケットは25 cm³なので、86 cm³/minなら17.5秒（20%の非切削時間を含めると約22秒）。
T = V / Q。50 × 50 × 10 mmのポケットは25 cm³なので、86 cm³/minなら17.5秒（20%の非切削時間を含めると約22秒）。
このMRR数値は見積りにどの程度使えますか？
±25%の計画幅として使う。前提は切れの良い超硬工具、駆動効率85%、安定した段取り。公表されている120 kWのアルミ事例は5,160–7,465 cm³/minに達し、線形スケーリングと一致する。
±25%の計画幅として使う。前提は切れの良い超硬工具、駆動効率85%、安定した段取り。公表されている120 kWのアルミ事例は5,160–7,465 cm³/minに達し、線形スケーリングと一致する。
規格および出典
- S1 — Sandvik Coromant、比切削抵抗：k_c1の定義、切り屑厚さ補正、出力計算式
- S2 — Sandvik Coromant、被削材（MCコード表）：Pグループ鋼のk_c1値とm_c指数
- S3 — DynoSpindles、Application Engineering Data Part Two（Book of Spindles）、表5/9/10/11/12：切れの良い超硬工具のK_p単位出力値
- S4 — Kellens et al.（2012）、UPLCI-CO2PE! 付録II、表MR1.2(a)、Int. J. Life Cycle Assess. 17: 242–251：独立した単位切削エネルギーのクロスチェック
- S5 — MFG Calcs、Driving Material Removal Rate Without Burning Up Spindles：40/50テーパの現場ベンチマーク、70–85%の主軸負荷目標、80%の切削関与率の例
- S6 — Sandvik Coromant 航空宇宙事例 C-1040-169：120 kWのアルミ加工で5,160 / 7,465 / 7,000 cm³/min
- S7 — Rough Logic 主軸MRR計算ツール（Machinery Handbook に基づく単位出力値）：第三者クロスチェック
- S8 — MIT OCW 2.008 講義7（切削）：比切削エネルギーと、165 cm³/min・1.1–3.0 kWのフライス例
- S9 — Sinbo切削条件表：本出力上限が当てはまる同じ八種類の材料、速度、送り
- K_p（kW / cm³/s）は数値上 k_c / 1,000 に等しい。両表記をそれぞれの出典とともに保持している
- Q_max値はすべてK_p帯域と固定前提から計算した値であり、実測値ではない。出典調査の現場確認項目は三つ（機械ごとの駆動効率、手元の4140硬度帯域、7075専用のK_p行）で、いずれも公表値ではなく現場データ待ちである
関連ページ
- /ja/wiki/reference/cutting-parameters/ — Sibling quick table: the speeds and feeds that turn these power ceilings into actual parameters
- /ja/wiki/reference/material-density/ — Sibling quick table: density for the same eight materials
- /ja/wiki/reference/thermal-expansion-coefficients/ — Sibling quick table: thermal expansion coefficients for the same materials