CNC木工プロジェクトの木材特性を理解する
機械工は、材料が金属よりもはるかに柔らかいため、CNC木工中に「機械加工が容易な材料」であると木材を混同することがよくあります。ある意味では、これは真実です。ほとんどの金属に比べてはるかに高い送り速度で、CNC木工の木材切断パラメーターをプログラムできるからです。ただし、一方で、木材には多くの固有の特性があり、最大の効率を得るために切断プロセスを最適化するために考慮する必要があります。
HarveyToolの速度とフィードでCNC木工プロジェクトを最大限に活用する
CNC木工用の木材の種類
木工用木材には、広葉樹、針葉樹、集成材の3つの主要なカテゴリがあります。
広葉樹の教科書の定義は被子植物であり、より一般的には広葉樹と呼ばれます。いくつかの例は、オーク、バーチ、カエデの木です。これらの種類の木は、高品質の家具、デッキ、フローリング、建設部品の製造によく使用されます。
針葉樹は針葉樹で、裸子植物としても知られています。これらは通常、広葉樹よりも密度が低いため、機械加工が容易です。名前に惑わされないでください。針葉樹の中には、広葉樹よりも硬いものがあります。木材用の材料固有のエンドミルを提供するHarveyToolの速度と送りのチャートは、この正確な理由からヤンカ硬度によって分類されています。ヤンカ硬度は、木材の種類を分類するために特別に設計されたテストを使用した修正硬度スケールです。
針葉樹は家具の製造に使用されますが、ドア、窓ガラス、紙製品にも使用できます。いくつかの例は、松や杉の木です。表1に、ヤンカ硬度を持つ20の一般的な木材を示します。
| 一般名： | ヤンカ硬さ： |
| バルサ | 90 |
| バックアイ、イエロー | 350 |
| ウィロー、ブラック | 360 |
| 松、砂糖 | 380 |
| コットンウッド、東部 | 430 |
| チェスナット、アメリカ人 | 540 |
| 松、赤 | 560 |
| ダグラスファー、インテリアノース | 600 |
| バーチ、グレー | 760 |
| アッシュ、ブラック | 850 |
| シーダー、イースタンレッド | 900 |
| チェリー、アメリカンブラック | 950 |
| クルミ、黒 | 1010 |
| ブナ、アメリカブナ | 1300 |
| オーク、ホワイト | 1360 |
| メープル、砂糖 | 1450 |
| アップル | 1730 |
| チェリー、ブラジル | 2350 |
| オリーブ | 2700 |
| ローズウッド、インディアン | 3170 |
集成材、または複合材は、接着剤または結合剤で一緒に保持されたあらゆる種類の木部繊維、粒子、またはストランド材料です。これらの材料のいくつかは無垢材よりも機械加工が簡単ですが、材料を一緒に保持する接着剤は非常に研磨性があります。これは、早期の工具摩耗を引き起こし、cnc木工時に問題を引き起こす可能性があります。一部の種類の集成材は、他の種類の集成材よりも機械加工が難しいことに注意することが重要です。具体的には、結合材の量が多いものです。これらのタイプは、攻撃性の低い速度と送りでプログラムする必要があります。たとえば、合板よりも機械加工が難しいが、フェノール樹脂よりも機械加工がはるかに簡単な中密度繊維板（MDF）。
技術的に言えば、木材は、リグニンとヘミセルロースで構成されるより硬い接着剤のようなマトリックスによって結合された、強くて柔軟なセルロース繊維で構成されているため、天然の複合材料と見なすことができます。構造的に考えると、セルロース繊維は鉄筋、コンクリートはリグニンとヘミセルロースになります。大きなセルロース繊維を含む木材は、粗粒（オークとアッシュ）と見なされます。繊維がより小さく、より少ない木材は、きめの細かいものと見なされます（松とカエデ）。針葉樹はきめが細かい傾向があるため、せん断する強力な繊維が少ないため、機械加工が容易であるとステレオタイプ化されています。すべての広葉樹が粗粒であるとは限らず、すべての針葉樹が細粒であるとは限らないことに注意することが重要です。
水分含有量（MC）
含水率（MC）は、木材を機械加工するときに考慮すべき最も重要な変数の1つです。木で何かを構築する際の非常に一般的な問題は、反る傾向があることです。空気中の水分の変動は、必然的に木材内の水分含有量に影響を与えます。水分含有量の変化（増加または減少）は、ワークピースの形状を乱します。そのため、製品が最終的な休憩場所でどのような種類の湿気にさらされるかを考慮する必要があります。
平衡含水率（EMC）
平衡含水率（EMC）は、木材が含水率のバランスポイントに達したときに発生します。米国全体の内部EMC値は平均約8％で、外部値は平均約12％です。これらの値は、気温と湿度の違いにより、国によって異なります。たとえば、米国南東部の平均内部EMCは11％ですが、南西部の平均は約6％です（沿岸地域を除く）。機械加工の前に適切な含水率の木材を選択できるように、最終製品がどの領域と用途に遭遇するかを考慮することが重要です。ほとんどの木目調の木材は、MCが4％変化するごとにサイズが1％変化します。反りの方向は、粒子の向きによって異なります。
一般に、操作に必要な電力は、主に密度の急上昇のために、水分含有量の増加とともに増加します。木材の密度は、MCの上昇とともに増加します。 CNC木工中に重いチップをカッティングゾーンから押し出すには、追加の電力が必要になる場合があります。合成ポリマーと同様に、木材は粘弾性材料であり、濡れるとエネルギーを吸収することに注意してください。 MCが増加すると、その機械的特性の比例限界が強まります。
ある種の木材を加工する場合、MCの増加に伴って切断領域の温度が急上昇しますが、他の種では低下します。 含水率が10％を超える木材を機械加工する場合は、SFMを減らして安全を確保し、工具の急激な摩耗を避けてください。 Harvey Tool Speeds and Feeds Chartsは、MCパーセントポイントあたり30の減少を示唆しています。ただし、いつものように、それは機械加工される木材の種類と実行される操作の種類によって異なります。
水分含有量が高いと工具が急速に摩耗する理由は、温度変化だけではありません。木材内の水分は、水だけでなく、水中に存在する樹脂、砂糖、油、でんぷん、アルカロイド、タンニンにも関係しています。これらの物質は高速度鋼と特によく反応し、炭化物とはそれほど反応しません。
結び目は、木の幹に組み込まれるようになった枝または手足の一部です。木材の機械的特性に対する結び目の影響は、連続性の中断とそれに関連する木部繊維の方向の変化によるものです。結び目の周りの繊維が歪んで応力集中につながるため、これらの特性は木材のこの部分では低くなります。 「チェック」（収縮によるひび割れ）は、乾燥中に結び目の周りで発生することがよくあります。粒子に垂直な硬度と強度は、一般的に低い機械的特性の例外です。これらの最後の2つの例外のため、衝撃荷重を回避するために、ワークピースの結び目部分に遭遇するときは、木工加工パラメータを減らす必要があります。
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