CNC加工の表面粗さとは：Ra/Rzと切削条件で仕上げ面を安定させる｜御嘉鑫科技

 

発売日：[2026/10/9]
 

CNC加工の表面粗さとは：Ra/Rzと切削条件で仕上げ面を安定させる

CNC加工の表面粗さとは、切削後に部品表面へ残る微細な山と谷の高さを指し、RaとRzというパラメータでμm単位で表します。送り量、ノーズ半径、工具状態、振動、冷却で決まり、密封性、摩擦、摩耗、疲労寿命に影響します。

CNC加工の表面粗さとは：Ra・Rzと表面性状

Raはサンプリング長さ内の輪郭偏差の絶対値を平均した値で、最も一般的に使われます。Rzは輪郭の最大高さで、深い谷に敏感に反応します。両者は互いに換算できません。ISO 21920は換算式を定めておらず、現場でよく言われる「RzはRaの4～7倍」は工程に依存する経験値にすぎません。

表面粗さと寸法公差は別々の評価体系です。寸法は三次元測定機と統計的工程管理で判定し、表面は粗さ計で判定します。

表面性状には粗さのほか、うねりと加工方向も含まれます。御嘉鑫科技の精密加工プロセス概要では、この三つをバリ取りと洗浄と合わせて初品確認に組み込んでいます。

理論粗さ：送りとノーズ半径が幾何学的下限を決める

理論粗さはCNC加工の表面粗さの幾何学的下限を与えます。旋削とフライスの式はRa≈f²/(32·rε)です。fは1回転あたりの送り（mm/rev）、rεはノーズ半径（mm）で、結果に1000を掛けるとμmになります。f=0.15、rε=0.8のときRaは約0.88 μmです。

覚えておきたい規則は二つです。送りは二乗で効くため、送りを半分にするとRaはおよそ4分の1になります。ノーズ半径は比例で効くため、半径を2倍にするとRaはおよそ半分になります。ワイパー刃を使えば、同じ送りでもRaを一段と下げられます。

理論値は下限であり、予測値ではありません。実際の面は理論値の1.5～3倍になるのが普通で、工具摩耗、振動、構成刃先がそれぞれ山と谷を上乗せします。

工具と構成刃先：刃先状態が仕上げ面を乱す

逃げ面摩耗VBが増えると、刃先の押し付けと摩擦が強まり、Raが上がります。VBが約0.3 mmを超えると、仕上げ面の悪化が目立ち始めます。

低速切削では工作物材料が刃先に溶着し、構成刃先（BUE）を作ります。これが切りくずとともに脱落するとき、仕上げ面を引き裂きます。対策は送りを下げることではなく、切削速度を上げることです。

コーティングと刃先処理も仕上げ面を左右します。アルミニウムにはDLCやTiB₂、ステンレスにはTiAlNやAlTiN、チタンにはTiSiNを使い、鋭い刃先と組み合わせて溶着と引き裂きを抑えます。刃先摩耗は面と寸法の両方に効き、寸法側の考え方は公差と面粗度をどう両立させるかで扱っています。

振動とびびり：剛性・突出し・段取りの影響

仕上げ面にうろこ状や波状の模様が出るときは、送り過大よりもびびり（チャタ）が原因であることが多いです。このとき送りを下げても効かないことが多く、剛性から見直します。

工具の突出しが直径の3倍を超えると、音叉のように振動しやすくなります。細長い部品や薄肉部品は特に敏感で、心押し台やセンターレストが有効です。主軸の振れが2 μmを超えると、規則的なびびり模様が面に残ります。

多軸連動で段取り回数を減らすと、段差の継ぎ目を減らせます。複雑な面では、パラメータの微調整よりこの効果が大きいことがあります。

切削液とMQL：冷却潤滑がRaに与える効果

注ぎかけ冷却は切削温度を下げ、構成刃先を抑え、切りくずを切削域から押し出します。切りくずが仕上げ面を二度こすると、その場で筋が残るため、切りくず排出とブレーカ形状の設計も重要です。

ステンレスやチタンでは、30～70 barの高圧内部冷却で切削液を刃先近くへ届けます。微量潤滑（MQL）は条件次第でRaを下げ、切削液の使用量も減らせます。乾式切削は一般にRaを上げます。

材料因子：硬さ・靭性・組織が到達Raを変える

純アルミニウムや銅のような軟質材は溶着しやすく、傷も付きやすいため、鋭い刃先と高い切削速度が必要です。ステンレス316Lは加工硬化しやすく、引き裂きが起きます。チタンは熱を逃がしにくく、焼けやバリが出やすくなります。

組織も影響します。結晶粒が微細な鋼や調質した鋼は、同じ条件でも仕上げ面が整いやすいです。同一条件では、アルミニウムは鋼より20～30%面が良くなるのが普通です。

表面性状と疲労の関係はASM Internationalの表面工学資料を参照してください。材料ごとの到達Raと仕上げ面の仕様は精密金属部品と仕上げ面の仕様にまとめています。

同じ条件でも、材料と熱処理の組み合わせが到達Raの上限を決めます。

測定の閉ループ：粗さ計と比較片によるRa・Rz判定

触針式粗さ計はダイヤモンド触針で表面をなぞり、Ra、Rz、Rtを測ります。分解能は0.01 μmに達し、原理とSIトレーサビリティはNISTの触針式プロフィロメータの解説にまとまっています。光学式は白色干渉や共焦点を使い、非接触で軟質材やめっきに向きます。

CNC加工の表面粗さの読みをそろえるには、サンプリング長さとカットオフの設定を売り手と買い手で一致させる必要があります。たとえば0.8 mmに統一します。触針は加工方向に対して直角に動かさないと、値が小さく出ます。

現場では粗さ比較片で素早く目視確認しますが、判定は粗さ計を基準にします。御嘉鑫科技の表面検査体制は、初品、巡回、出荷検査を一つのループにつないでいます。

自動車部品の面別要求：密封面・嵌合面とCNC加工の表面粗さ

CNC加工の表面粗さは、機能面ごとに要求値が異なります。一つの部品に複数の指示が付くことも珍しくありません。静的ガスケット面は一般にRa 1.6～3.2 μmで、密封に有利な加工方向を選びます。

Oリング溝はRa 0.8～1.6 μmとし、Rzの上限も併記します。たとえばRz≤6.3 μmです。深い谷が一つでも漏れにつながるため、Raが合格でも漏れることがあります。

油圧シリンダ内径や動密封面は通常Ra 0.2～0.4 μmで、ホーニングが必要です。軸受部や嵌合軸はRa 0.4～0.8 μm、一般構造面はRa 3.2 μmで足ります。こうした部品の加工は電気自動車部品のCNC加工で扱っています。

コスト境界・二次加工とCNC加工の表面粗さの質問

単一工程では、Raを3.2から1.6、そして0.8へ下げるごとに、工数がおよそ25～50%増えます。Ra 0.4 μm以下は通常、切削機を離れて研削、ホーニング、転造、研磨などの二次加工になります。フライス単体では一般にRa 0.8～1.6 μmに届きます。

Raの過剰指示は最も多い隠れコストで、多くの部品はRa 1.6～3.2 μmで足ります。

よくある質問は三つです。RaとRzのどちらを選ぶべきか。密封面はRz、嵌合面はRaを優先します。

送りを半分にするとRaは本当に4分の1になるのか。工具と剛性が理想に近いときだけで、実際はそこまで下がりません。

プログラムを変えていないのに面が悪化するのはなぜか。まず工具摩耗と構成刃先を確認し、次に段取りの剛性を見ます。

CNC加工の表面粗さは変数の合計であり、運ではありません。図面が一度で満たせるか確認したい場合は、公差、表面記号、加工方向をそろえて図面と面粗度の要件をエンジニアへお送りください。御嘉鑫科技が面ごとの到達Raと検査計画を返します。