CNC を使用したフライス盤でチタンを効率的にフライス加工するためのガイド

「宇宙金属」と呼ばれるハイテクメタルであるチタン合金は、その高い強度重量比、耐食性、生体適合性により、現在、航空宇宙、医療、ハイエンド製品の製造に選ばれている素材です。しかし、CNC を使用してフライス加工される前は、エンジニアはその複雑さを懸念していました

。

最高のパフォーマンスと、ビビリ、工具の欠け、熱管理の問題などのトレードオフを実現します。これらすべての問題は、工具の予算を食いつぶすだけでなく、生産効率を容赦なく低下させます。しかし真実は、チタンは管理不可能ではないということです。重要なのは、その挙動を理解し、正確なプロセス パラメータを採用することです。

この本では、パラメータの最適化から装置の選択、コスト管理に至るまで、チタンのCNC フライス加工の困難を克服し、より経済的で効果的な加工を行えるようにします。

主な回答の概要

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チタンフライス加工の中心にあるものは何ですか? JS Precision は、5 つの最も重要なパラメータの詳細な分析を提供します

チタンのフライス加工を成功させるには、まず確かな経験の価値を認識する必要があります。 JS Precision は、 ISO 9001 品質管理システムに厳密に従い、10 年近くにわたり CNC フライス加工の分野に深く関与しており、3,000 種類を超えるチタン合金加工用の CNC フライス加工部品を完成させてきました。

これには、200 以上の航空機部品メーカー向けの Ti-6Al-4V 航空機エンジン ブラケットの機械加工や、医療機器会社向けの純チタン インプラントの製造が含まれます。これにより、チタンのフライス加工に関する 50,000 時間以上の実際のデータが作成されました。

たとえば、JS Precision は、自動車部品顧客の Ti-5553 部品の加工時間を短縮しました。半径方向の切込み深さとクーラントを調整することで、工具寿命が 8 個から 14 個に 2 倍になり、加工時間が 25% 短縮されました。

このハンドブックは、これらの実践的な事例とプロセス データをまとめた JS Precision チームの努力の集大成です。各パラメータの推奨事項は実際の作業現場の条件で検証されています。これにより、CNC を備えたフライス盤によるチタンフライス加工の性質を明確に理解し、後続のカスタム CNC フライス加工製造ソリューションに理論的なサポートを提供できます。

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JS Precision の CNC フライス盤は、チタンフライス加工において豊富な経験があり、膨大な範囲の CNC フライス部品を高精度で加工できます。まず処理要件をお知らせください。通常のプロセスに従ってご注文を処理し、専門的なサービスを提供いたします。

チタン合金が CNC フライス盤の「究極のテスト」であるのはなぜですか?

一方、チタン合金の機械加工では、大多数のエンジニアは「なぜ CNC を備えたフライス盤の要件がこれほど厳しいのでしょうか?」と疑問に思っています。 その答えは 4 つの特性にあります。これらの特性は CNC フライス盤の「究極のテスト」であり、CNC フライス盤のコンポーネントの性能にさらに高い要件を課します。

1. 低い熱伝導率:

チタン合金の熱伝導率は鋼鉄のわずか 1/5 です。加工では切りくずから熱が奪われにくく、熱の多くが工具の刃先に流れて集まり、クレータ摩耗や工具の急激な摩耗が発生しやすくなります。

2. 勤勉さと高い体力:

チタン合金は強度が高く、 機械加工すると 硬化した表面層が形成されます。次の切削は、この「硬いシェル」を加工するようなもので、工具の摩耗が再び加速します。

3.化学的親和性:

高温では、チタンは工具コーティング (炭化物など) と化学反応し、拡散摩耗や凝着を引き起こし、工具寿命と部品の表面仕上げに影響を与えます。

4. 弾性率が低い: 切削力を受けるとワークピースが 「弾む」 ため、加工精度が低下し、薄肉部品の切削中にビビリが発生しやすくなります。これには、耐振動性が強化された CNC フライス盤コンポーネントが必要です。

課題の克服: チタン合金を効果的に加工するための実用的な方法と技術

チタン合金の機械加工は非常に難しいため、これらの問題を克服するための実行可能な方法や戦略はあるのでしょうか?返答は肯定的です。何十年にもわたって CNC フライス加工ビジネスに携わってきた JS Precision は、日常的な CNC フライス加工部品と複雑な CNC フライス加工部品の両方でチタン合金を適切に加工できるようにするための 4 つの重要な戦略を要約しました。

1. 熱管理が最優先です:

すべての最適化活動は、工具刃先での熱の蓄積を防ぐための適切な冷却方法の選択など、発熱の削減と最大の放熱の達成を中心に展開する必要があります。

2.持続負荷:

トロコイド ミーリングやダイナミック ミーリングなどのプログラミング手法により、 工具に出入りする際の激しい負荷変動を防止し、工具の損傷を抑え、CNC を備えたフライス盤の安定した動作を維持します。

3. 剛性が最優先です:

工作機械、治具、ツーリング、ワークピースなどのプロセス システムの適切な剛性を確保することは、ワークピースの跳ね返りやビビリとの戦いにおいて非常に重要であり、確実な加工を実現するためにも重要です。精度には、高品質の CNC フライス盤コンポーネントが必要です。

4. 鮮明さは重要です:

鋭いポジティブすくい角の切削形状と刃先を使用することで切削抵抗が軽減されます。これにより、切削は圧縮プロセスではなくせん断プロセスとなり、加工硬化が少なくなります。

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JS Precision は、CNC を備えたフライス盤を使用してチタン合金を加工する際の課題を克服するために、熱管理と剛性に重点を置いています。特注の CNC フライス加工部品が必要な場合は、メールでご連絡の上、サービスをご注文ください。シンプルなプロセスを利用して注文し、すぐに生産を開始します。

図 1 内部コールドホールとスパイラル溝設計を備えた CNC フライスの 3 つの仕様

最適化シーケンスの科学: 最も重要なパラメータを最適化する

テクニックを習得したら、パラメーターを最適化する順序が重要になります。ほとんどの人は最初に切削速度を調整しますが、長年の CNC フライス加工の経験を持つ JS Precision は、最適化の正しい順序は「最初に「形状」パラメータを解決し、次に「運動学」パラメータを最適化する」必要があることを発見しました。

CNC を搭載したフライス盤の最高のパフォーマンスを実現し、オンライン CNC フライス盤サービスの効率性の要件に適切に対応できます。

ステップ 1: 切込みの深さを選択します。

部品の特性とプロセス システムの剛性に基づいて、まず安全かつ実行可能な軸方向および半径方向の切込み深さを決定します。これにより残りのパラメータを最適化するための基礎が築かれます。切込み深さが正しく設定されていない場合、後で他のパラメータを変更しても効率は向上しません。

ステップ 2: 歯当たりの送りを選択します。

部品の表面品質要件と工具寿命に応じて、摩擦と加工硬化を回避する送り速度を選択します。たとえば、仕上げ加工では、表面の滑らかさが犠牲にならないように、送りをできるだけ低く保つ必要があります。

ステップ 3: 切断速度を設定します。

これは最も重要なパラメータです。前の 2 つの手順から始めて、控えめな値を設定し、テストします。工具寿命のモニタリングを通じて段階的に最適化し、効率とコストの間の最適な妥協点を見つけることができます。

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科学的パラメータの最適化シーケンスに従い、ISO 13399 切削工具データ標準を参照して、JS Precision の技術スタッフがお客様のニーズに応じて CNC を使用したフライス盤のソリューションを作成します。オンライン CNC フライス加工サービスが必要な場合は、いつでもお気軽にお問い合わせください。当社の注文手順は簡単なので、お客様の加工ニーズにすぐに対応できます。

5 つの主要パラメータの詳細な最適化: 理論から実践まで

最適化の順序を決定したので、次に 5 つの基本パラメータの最適化方法について説明します。 JS Precision による CNC フライス加工の実践経験に基づいたこれらの方法により、CNC フライス盤の理論と実践を結び付けることができます。

JS Precision は、50,000 時間以上のチタン合金加工経験に基づいて、チタン合金フライス加工の 5 つの主要パラメータを最適化するための参照表を作成しました。

パラメータの最適化	中心的な目標	主要な戦術と調整の方向性
切断速度	発熱と熱放散のバランスを見つける。	慎重に開始します。工具メーカーが推奨する中低域の範囲を使用し、工具寿命を優先し、徐々に速度を上げます。
歯あたりの送り	「摩擦」ではなく「切断」を確保してください。	適切な送りを維持します。送りが小さすぎることによる摩擦加熱や加工硬化を避け、高送りのフライス加工インサートを使用し、実践してください。
軸方向切込み深さ	切削抵抗とびびりを制御します。	半径方向の切込み深さとの関連: フルカットを避けるために、小さい切込み深さ、大きい切込み幅、または大きい切込み深さ、小さい切込み幅を使用します。
半径方向の切込み深さ	工具のかみ合いと熱伝達を調整します。	工具の利用効率を最大化する: 側面フライス加工では、より大きな工具ノーズ半径を利用して熱伝達を助けるために、半径方向の切込み深さが工具直径の 30% ～ 50% になることがあります。
冷却と潤滑	適切、正確、高圧。	これは通常の冷却ではありません。潤滑、冷却、切りくず除去のために工具とチップの界面に切削液を正確に供給するには、高圧の内部クーラントを使用する必要があります。

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切断速度: 熱管理の諸刃の剣

切削速度が高すぎたり低すぎたりすることは許容できません。速度が高すぎると衝撃が蓄積して表面品質が低下し、摩耗による工具の故障が発生します。一方、速度が不十分だと切削温度が異常に上昇し、工具の塑性変形や化学的摩耗が発生します。

最適化のヒント: Ti6Al4V を切断する場合は、70 ～ 100 m/min の速度で開始し、カットごとの工具寿命を記録し、最適な速度が見つかるまで 5 m/min ずつ増加させます。

刃当たりの送り: 切りくず厚さの制御 - 技術

黄金律があります: 最小切りくず厚さが工具エッジ半径よりも大きいことを確認してください。そうでないと、本来切断するのではなく、材料をこすったり、押しつぶしたりすることになります。

最適化のヒント: 仕上げの場合は 0.05 ～ 0.1 mm/z から開始し、荒加工の場合は 0.15 ～ 0.25 mm/z を試してください。 高送りフライス加工は、チタン合金の荒加工に強力なツールであり、CNC フライス加工部品の効率を向上させる可能性があります。

アキシャル切込み深さ: 切削抵抗と安定性のバランス

フルカット切削は禁止されています。総溝幅 (半径方向の切込み深さ = 工具直径) およびフルエッジ切削の使用は避けてください。

最適化のヒント: 低い切込み (0.5 ～ 1xD) と広い切込み幅 (0.7 ～ 0.8xD) でランプ加工を行うか、深い切込みと低い切込み幅 (D の 10 ～ 30%) で側面フライス加工を試してください。これにより、熱と切削力が分散されます。

ラジアル切込み深さ: 工具寿命コントローラ

最適化のヒント: 側面フライス加工では、半径方向の切り込み深さを工具直径の 30% ～ 50% に設定します。これにより工具先端半径の最適化、放熱量の最適化により工具寿命が大幅に向上します。 これは、JS Precision が CNC フライス加工部品の加工に使用する方法であり、オンライン CNC フライス加工サービスのバッチ処理条件に適用できます。

潤滑と冷却: 知られざる「6 番目のパラメータ」

冷却の鍵となるのは圧力です。空気バリアを破って切削液を切削ゾーンに供給するには、クーラントの内圧が少なくとも 70 バール必要です。

最適化のヒント: 潤滑と微冷却の両方にオイルと空気を混合した冷却方法を使用します。極圧保護を提供するには、チタン合金専用の切削液を使用してください。

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効率を向上させ、工具寿命を延ばしたいですか?お客様に合わせて調整されたチタン合金加工パラメータ表を今すぐ入手してください。

図 2 グリッド軽量化構造を備えたチタン合金シェルの複雑な CNC フライス加工。

コスト計算式: パラメータの最適化が総加工コストに与える影響

どの企業も加工コストを重視しており、チタンのフライス加工パラメータの最適化は、総加工コストに比例した影響を与えます。コストを計算するための簡単な式は、総コスト = (人件費 + 機械時間率) × 加工時間 + 工具コストです。

パラメータ最適化の影響をより明確に示すために、JS Precision は Ti-6Al-4V 部品を加工する顧客のコスト比較データを提供しました。

機械加工段階	切断速度 (m/min)	刃あたりの送り (mm/z)	軸方向切込み深さ (xD)	ラジアル切込み深さ (xD)	冷却圧力 (Bar)	該当するシナリオ
荒加工 (Ti-6Al-4V)	70～90	0.15～0.25	0.5～1.0	0.3～0.5	≥100	バッチ生産、大きな許容値の削除
中仕上げ加工 (Ti-6Al-4V)	90～100	0.10～0.15	0.3～0.5	0.2～0.3	≥80	精度の移行、仕上げ許容値の確保
仕上げ加工 (Ti-6Al-4V)	100～110	0.05～0.10	0.1～0.3	0.1～0.2	≥70	表面品質要件 Ra≤1.6μm
荒加工 (Ti-5553)	55～70	0.12～0.20	0.4～0.8	0.2～0.4	≥120	高強度チタン合金で剛性を確保
精密加工（純チタン Gr.2）	110-125	0.08～0.12	0.2～0.4	0.15～0.25	≥70	粘着素材、粘着を避ける

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表が示すように、送りと切込みを増やすと、機械コストと人件費が直接削減され、速度と冷却が最適化されるため、加工時間が大幅に短縮され、工具寿命が延長され、工具コストが削減されます。

JS Precision の経験は、単に最高速度や最長の工具寿命を追求することではなく、「時間コスト + 工具コスト」 の合計を最小化するバランス ポイントを見つけることです。JS Precision は、部品のさまざまな要件に基づいて透明な CNC フライス加工価格を提供するため、コストを事前に管理できます。

微妙な材料の違い: チタン合金の異なるグレードのパラメータ調整

チタン合金のさまざまなグレードに合わせて加工条件を調整する必要があり、普遍的なものではありません。 JS Precision は、次の表に示すように、さまざまなグレードのチタン合金から部品を CNC フライス加工するための特別な調整方法を開発しました。

パラメータのステータス	マシンの時給 (米ドル)	人件費 (USD/時間)	加工時間 (分)	工具コスト (USD/個)	総費用 (USD/個)
最適化前	80	25	45	90	(80 + 25) × 0.75 + 90 = 161.25
最適化後	80	25	28	40	(80 + 25) × 0.47 + 40 = 93.35

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特定のチタン合金タイプについては、加工品質と効率のバランスをとるために、CNC フライス盤コンポーネントの機能を統合することでパラメータをさらにカスタマイズしています。

図 3 チタン合金グレード GRADE 2 および GRADE 5 (Ti-6Al-4V) の CNC フライス加工用の一般的な部品。

適切な機械の選択: チタン加工用の CNC フライス盤を選択するための 5 つの重要な要素

適切なパラメータと手順にもかかわらず、適切な CNC フライス盤が重要です。 CNC フライス加工で長年の経験を持つ JS Precision は、適切な機械の選択に役立つように、チタンをフライス加工するための CNC フライス盤を選択するための 5 つの重要な要素をリストしました。

剛性と重量:

機械フレームが重く、剛性が高ければ高いほど、機械の振動が少なくなり、フライス加工中のびびりが減少し、部品の精度が維持されます。

スピンドルの出力とトルク:

チタンの加工には高速ではなく高トルクが必要です。低中速域での主軸のトルク能力を満たし、十分な切削力を発揮します。

高圧内部冷却システム:

チタン加工には「エントリーチケット」が必須です。切断領域の適切な冷却を確保するには、高いほど良いです (100 bar 以上が最適)。

安定性と精度:

これらには、高い動的精度と安定性を提供するリニア モーター、ローラー ガイドなどの機能が含まれており、チタン合金の精密部品の加工に適しています。

制御システムとソフトウェア:

高度なコントローラは、複雑なツールパスをより適切に処理し、プロアクティブな制御を提供して、スムーズな加工プロセスを実現し、工具の摩耗を軽減することができます。

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JS プレシジョンは、剛性の高い CNC と内部高圧クーラントを備えたフライス盤を提供し、チタンの加工を可能にし、安定した加工を保証します。カスタムの CNC フライス加工部品が必要な場合は、ご相談ください。その後、高品質の加工サービスを保証するために通常の注文手順を実行します。

ケーススタディ: JS Precision がパラメーターの最適化により航空宇宙用ブラケットの顧客の工具コストを 40% 節約した方法

顧客の問題点

JS Precision は以前、典型的な問題点を抱えていたドローン ビジネスと協力していました。

高強度胴体ブラケット (150 × 80 × 30 mm) の加工に Ti-6Al-4V を使用した場合、初期加工条件は控えめで、わずか 0.08 mm/z の送り速度でフルカット スロット ミーリングに φ10 mm エンド ミルを使用しました。

1 つの部品の加工時間は最大 45 分で、工具寿命は非常に不安定でした。部品あたりのインサートの平均消費量は 1.5 個でした。したがって工具コストは 1 個あたり 90 ドルでした。全体のコストは高く維持されました。

重要な CNC 加工部品であるため、ブラケットの加工効果と費用はお客様の生産スケジュールに直接影響します。

JS プレシジョン ソリューション

JS Precision の担当者は、注文を受けてプロセス監査を実施し、フルカット フライス加工では切削力が集中し、激しい摩擦が発生し、これが激しい工具摩耗の主な原因であると判断しました。その後、次の具体的なソリューションが開発されました。

• フルカットミーリングをダイナミックミーリング方式に変更し、均一な切削負荷を実現するためにφ12mmエンドミルを使用しました。
• 切削速度が 60 m/min から 85 m/min に増加し、刃当たりの送りが 0.08 mm/z から 0.18 mm/z に増加しました。浅い切込み深さ (0.8xD) と広い切込み幅 (0.7xD) でランピングを使用しました。
• さらに、CNC 搭載フライス盤の 120 バールの内部冷却システム を可能な限り最大限に活用して、熱の除去を容易にしました。

結果の比較

最適化の結果は劇的でした。部品あたりの加工時間は 45 分から 28 分に短縮され、 生産性が 38% 向上しました。 1 つのチップで 3 つの部品を加工できるため、工具寿命も大幅に延長されました。部品あたりの工具コストは 90 ドルから 40 ドルに引き下げられ、55% 削減

されました。

お客様の声: 「JS Precision のエンジニアは、より高価なツールを推奨しませんでした。実際、彼らは科学的に行われたパラメーターの最適化で問題点に対処しました。本当のコスト削減はプロセス インテリジェンスによるもので、CNC フライス盤のコンポーネントを最適化するよりも優れたパフォーマンスを発揮します。」

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コストを 55% 削減するこのケースを再現しますか?部品情報を今すぐ送信していただくと、無料の特別な「チタン合金加工パラメータ最適化プラン」を受け取ります。当社のエンジニアが 2 時間以内に正確なコストを計算します。

図 4 CNC フライス加工のチタン航空宇宙用ブラケット

よくある質問

Q1: チタン合金の加工では、切削液と圧縮空気のどちらを使用しますか?

高圧切削液は、切削領域から大量の熱を効果的に除去し、工具を所定の位置にしっかりと保持し、摩耗を軽減するため、チタン合金の荒加工での加工に使用される最も適切な液です。一部の仕上げ加工には空気と油の混合物または圧縮空気で十分ですが、荒加工に伴う高熱には耐えられません。したがって、このような作業には切削液の方が適しています。

Q2: 「高送りフライス加工」について知っています。チタン合金に適していますか?

高送りフライス加工は、チタン合金の加工に非常に適しています。高送りフライス加工では、特殊なチップを使用し、軸方向の小さな切込み深さと刃あたりの高送りで、薄くて厚い切りくずを加工します。このチッピングは熱の除去に役立ち、半径方向の切削抵抗を軽減するため、チタン合金の荒加工の効果的な手段となり、加工効率が向上します。

Q3: チタン合金の加工において最も一般的な工具の破損モードは何ですか?

逃げ面摩耗は、チタン合金の加工における一般的な進行性の破損モードであり、予期できます。ただし、チッピング、熱亀裂、または異常なノッチが発生することはまれですが、おそらく不適切な切削速度、送り速度、またはクーラント条件が原因である可能性が高く、故障を防ぐために時間内に修正を行う必要があります。

Q4: パラメータ最適化実験を独立して実行できますか?

パラメータの最適化実験を自分で試すこともできますが、注意が必要です。一度に 1 つのパラメータ (切削速度など) のみを変更し、工具寿命と表面品質を記録する単一変数アプローチを採用する必要があります。実験は安全かつ保守的な条件から開始し、危険を回避するために安全な加工配置で実施する必要があります。疑問がある場合は、カスタム CNC フライス加工の製造に関するアドバイスについて専門家チームにお問い合わせください。

Q5: チタン CNC 機械加工プロジェクトの価格競争力をどのように確保しますか?

材料の節約よりもプロセスの効率を優先することにより、価格設定の要素として非効率性が排除されています。実施された事例分析から明らかなように、パラメータ最適化の知識は、最大の出費変数である加工時間と工具を最小限に抑えるという直接的な効果をもたらします。具体的にどれくらいの費用がかかるのかを説明できるよう、詳細なお見積りを提示します。 今すぐ見積もりを入手してください!

Q6: チタン部品の製造の通常のリードタイムはどれくらいですか?

標準的な複雑な部品の場合、リードタイムは 3 日からです。これは、部品の形状や関係する後処理によって異なります。当社のエンジニアリング チームがお客様から提出されたプロジェクト計画を検討する際に、迅速な生産と正確さへの取り組みが行われます。図面をアップロードしていただくと、リードタイムの簡単な見積もりが得られます。

Q7: チタンなどの高性能素材の品質管理と一貫性はどのように管理していますか?

当社は、CMM を使用した FAI、機械加工による工程内チェック、仕様に合わせた最終的な寸法および外観検査といった多段階のプロセスを実行します。重要な航空宇宙部品や医療部品については、 材料証明書を含む完全な検査報告書を提供できます。当社の ISO 9001:2015 認証により、体系的な品質管理システムが保証されます。

Q8: プロジェクトを開始するプロセスは何ですか?また、製造中にどのようにコミュニケーションをとればよいですか?

プロジェクトを開始するのは次のように簡単です:

• CAD ファイルと要件をアップロードします。
• DFM 分析を実行し、詳細な見積もりを提供します。
• 注文を確認する際、指定されたプロジェクト マネージャーがお客様の唯一の連絡窓口となり、納品までの最新情報をお知らせします。
• プロジェクトを開始し、専任のプロジェクト マネージャーを雇うには、今すぐメールでご連絡ください。

概要

チタンのフライス加工の限界を押し上げるには、材料の物理的特性に関する個人的な議論が必要です。そのためには、「機械オペレーター」から「プロセスエンジニア」への移行が必要です。これら 5 つのパラメータの調整をマスターすると、黙って高コストが発生することがなくなり、カスタム CNC フライス加工の選択が容易になり、生産効率と収益性を積極的に管理できるようになります。

ただし、理論的な知識は実機で確認する必要があります。チタン合金の加工コストと効率で悩んでいる場合、または現在のパラメータが可能な限り良好かどうか疑問に思っている場合は、JS Precision が技術サポートになります。

私たちがあなたに力を与えましょう!

最も難しいチタン合金部品の図面をお送りください。次の 2 つの役立つ文書を入手できます。

• お客様向けのデータに基づく「チタン合金加工パラメータ最適化提案書」

当社の経験豊富なプロセス エンジニアによる「製造可能性分析およびコスト最適化計画」。明確な CNC フライス加工価格の見積もりが記載されているため、事前に加工ニーズを計画できます。

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チタン合金グレード	説明	切削速度の調整 (Ti6Al4V に対して)	刃当たりの送りの調整 (Ti6Al4V と比較)	熟考すべき点
Ti-6Al-4V (グレード 5)	最も幅広い用途に対応し、優れたオールラウンドなパフォーマンスを発揮します。	ベンチマーク (70～100 m/分)	ベンチマーク (0.05 ～ 0.25 mm/z)	上記の標準パラメータを使用します。
純チタン (グレード 1 ～ 4)	強度が低く、粘度が高い。	10～15% 増加します。	5～10% 増加します。	固着を避けるために切りくずの排出を優先します。
Ti-5553	強度が高く、機械加工が難しい	15～20% 削減します。	10～15% 削減します。	工具の剛性を優先します。
β チタン合金	丈夫で耐衝撃性に優れています。	20～25% 削減。	15～20% 削減。	より鋭い刃先を使用します。