トロコイド加工計算ツール

トロコイドフライス加工が従来の粗さよりも3倍速く削減する理由

従来の荒削りを備えたスチールポケットで12mmエンドミルを実行している機械工は、4 mmの軸方向深さで0.5mmの放射状パスを取ります。ツールは90分持続し、ポケットは荒くなるまで45分かかり、マシンが60% のスピンドル荷重を超えることはめったにありません。10% のステップオーバー (半径1.2mm) と12 mmの軸方向の深さ (フルフルートの長さ) を備えたトロコイダルツールパスに切り替えると、同じポケットが14分で荒くなります。ツールは120分続きます。違いは増分ではなく、構造的です。

トロコイダルミリングは、ツールの半径方向の噛み合いを十分に低く保ち、刃先が材料と完全に噛み合うことがないため、機能します。チップ荷重は、一定のチップ厚さプロファイルで複数の歯に分散される。熱は、ツールに伝導されるのではなく、チップによって運び去られる。機械スピンドルは、従来のツールパスの3倍のMRRでも80% 未満の負荷を維持します。これらの数値は理論的なものではありません。高速加工戦略を実行している生産工場で毎日測定されます。

トロコイダルフライスがフィードレート計算をどのように変更するか

従来の送り速度式は、ツールがその直径のかなりの部分にわたってかみ合っていると仮定しています。トロコイドミリングは、5〜15% のラジアルエンゲージメントを使用します。これにより、チップを薄くする効果が得られます。ラジアルエンゲージメントが低いときに生成されるチップは、歯あたりのプログラムされたフィードよりも薄くなります。推奨されるチップ負荷を維持するために、チップ薄化係数によってフィードレートを増加させる必要があります。

チップ薄化係数 = 1 / sin (エンゲージメント角度)。12mmツールを備えた10% ステップオーバーの場合、かみ合い角度は約37 ° であり、間伐係数は約1.65倍になります。これは、従来のミリングと同じ実際のチップ負荷を維持しながら、歯あたりのプログラムされたフィードを65% 高くできることを意味します。トロコイドツールパスに典型的な完全な軸方向の深さと組み合わせると、効果的なMRRの増加はかなりのものです。

材料固有のトロコイド戦略

Aluminum 6061: 2-3 flute tools with stepover of 10-15% and full axial depth (1-1.5× diameter). 送り rates can reach 2-3× conventional values. Chip evacuation becomes the limiting factor at high MRR — use compressed air or coolant through the spindle. MRR improvements of 4-6× over conventional are typical.

Mild Steel 1018: 4-5 flute tools with stepover of 8-12% and axial depth of 1-1.5× diameter. 送り increase of 1.5-2× over conventional. The limiting factor is machine rigidity, not tool life. MRR improvement of 2-4× is achievable with a rigid machine.

Stainless Steel 304: 5-6 flute tools with stepover of 5-10%. Axial depth limited to 0.75-1× diameter due to work-hardening at the depth-of-cut line. 送り increase of 1.3-1.8×. MRR improvement of 1.5-3×. The 表面粗さ can help verify that the reduced radial engagement keeps cutting forces within safe limits.

Titanium Grade 5: 4-5 flute tools with stepover of 5-8%. Axial depth of 0.5-1× diameter. 送り increase is modest — 1.2-1.5× — because chip load is limited by thermal considerations. The main benefit of trochoidal milling in titanium is consistent tool life, not MRR. Through-spindle coolant at 50+ bar is essential.

Trochoidal Toolpath Geometry: ステップオーバー、エンゲージメントアングル、およびチップシニング

トロコイドパスを定義する3つのパラメータは、ステップオーバー (半径方向の噛み合い) 、軸方向の深さ、およびトロコイドステップ (ループごとの前進) です。ステップオーバーは最も重要です-それは係合角を決定し、それが次にチップの薄化係数と切断力を決定します。

工具直径Dを有する所与のステップAeに対する係合角 θ は、 θ = arccos(1 − 2 × ae/D) である。10% のステップオーバーでは、 θ は約37 ° です。20% で、 θ は53 ° です。40% で、 θ は約79 ° です。10% のステップオーバー未満では、チップの間伐効果が極端になります。5% のステップオーバーは2.5倍の間伐係数を与え、非常に高いフィードレートを可能にしますが、ツールはほとんどの時間を空中で過ごすため、MRRの収益は減少します。ほとんどの材料のためのスイートスポットは8-15% stepoverです。

トロコイド粉砕が助けにならないとき

トロコイドツールパスは、機械軸に一定の加速と減速を生成します。加速が不十分なマシン (3 m/s ² 未満) は、タイトなトロコイドループでプログラムされたフィードレートを維持できません。実際の平均フィードはプログラムされた値の40〜60% に低下し、MRRの利点を打ち消します。これらの機械では、中程度の放射状の噛み合い (30〜40%) を備えた従来の荒削りがより良い結果を生み出します。

短いツール (直径3 × の長さ未満) は、トロコイドミリングから最も恩恵を受けます。長いツール (直径5 × 以上) は、ツールパス戦略に関係なく、達成可能なMRRを制限するたわみとチャタリングをもたらします。これらの場合、軸方向の深さを減らし、従来のステップオーバーを使用する方が、トロコイドの不安定性に苦しむよりも生産的です。

よくある質問

What is trochoidal milling? A high-speed machining strategy where the tool follows a looping (trochoidal) path with low radial engagement (5-15%) and high axial depth. This maintains constant chip load and allows much higher feed rates than conventional roughing.

How do you calculate feed rate for trochoidal milling? 送り rate = RPM × flutes × programmed fz × chip thinning factor. The chip thinning factor compensates for the reduced chip thickness at low radial engagement. This calculator does all the math automatically.

What stepover should I use for trochoidal milling? 8-15% of tool diameter for most materials. 5-10% for difficult materials like titanium and stainless. Below 5% the tool spends too much time in air; above 20% the chip thinning benefit decreases and cutting forces rise sharply.

Can I use trochoidal milling on any CNC machine? No. Machine acceleration must be at least 3 m/s² to maintain programmed feed on the looping toolpath. Machines with acceleration below 2 m/s² will see reduced benefit. Newer machines with linear motors or dual-ball screws achieve 5-10 m/s² and maximize trochoidal performance.

How does trochoidal milling affect tool life? Trochoidal toolpaths typically improve tool life by 20-50% compared to conventional roughing at the same MRR because the reduced radial engagement prevents thermal shock and distributes wear evenly across the cutting edge. The constant chip load also eliminates the impact loading that causes micro-chipping.

What is chip thinning in trochoidal milling? At low radial engagement, the chip produced is thinner than the programmed feed per tooth. The ratio of programmed to actual chip thickness is the chip thinning factor. 送り rate must be increased by this factor to maintain the recommended chip load. This calculator computes the thinning factor for your specific stepover.