研削加工の基礎知識

研削加工の基礎知識

目次
  1. 効率よく均一に表面を仕上げる研削加工

  2. 研削加工のメリット・デメリットとは

  3. 研削加工の寸法精度が高い理由

  4. 「平面・内面・円筒」3つの研削加工機

  5. 研削と研磨の違い

  6. 研削加工時に砥石と工作物に生じてしまう問題

効率よく均一に表面を仕上げる研削加工

研削加工とは旋盤加工やフライス加工、熱処理を行った後に最後の表面の仕上げとして砥石を使って行われる加工です。金属を削って表面を仕上げる加工のため、切削加工の一種です。

最も身近な表面処理は紙やすりを使ったやすりがけが思い浮かぶかと思いますが、、紙やすりでは加工が均一でなかったり、すぐに摩耗してしまうため、研削盤と呼ばれる機械によって、より効率の良く、均一な表面仕上げ処理を行います。これが研削加工と呼ばれる加工処理です。

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研削加工のメリット・デメリットとは

研削加工のメリットとしては

・寸法精度の高い表面処理ができる

・非常に滑らかな表面が得られる

・焼入れ後や超合金などの硬い工作物であっても加工を行うことができる

などが挙げられます。

しかしデメリットとして「加工に時間がかかること」が挙げられるため、研削加工はその他の加工を行った最後の仕上げとして使用されます。

研削加工の寸法精度が高い理由

加工に使われる研削砥石は、砥粒・結合剤・気孔という構造で上の絵のようになっています。そしてこの砥粒が刃の役割を果たし、多くの小さな切れ刃によって少しずつ切れ込みを入れることで、寸法や形状精度が非常に高いものに仕上がります。

「平面・内面・円筒」3つの研削加工機

研削加工機には大きく3種類あり、それぞれで加工の種類も変化します。以下ではそれら3種類の特徴と、主な加工法をご紹介します。

平面研削盤

平面研削盤は文字通り平面を加工する場合に用いたられ、フライス加工の後に行わることが多い研削です。平面研削には立て軸形と横軸形の2種類があり、地面に対し主軸が垂直にあるものが立て軸、平行にあるものが横軸といいます。

立て軸は丸太型の砥石の平面の面が使われ、横軸では円周面で工作物を研削します。

工作物を置くテーブルと呼ばれる台には回転する円テーブルと前後の往復運動をする角テーブルの2種類があり、回転テーブルの場合は面が必要になるため立て軸、角テーブルの場合は長さの長い工作物が多いため横軸が多く使われます。

内面研削盤

内面研削とは工作物に穴がある場合に使用される加工です。工作物と砥石が回転する「普通型」、工作物内で砥石のみが回転・公転させる「プラネタリ型」の2種類があります。

普通形は工作物が回転しているところに回転する砥石を前後に動かしながら工作物の内側を削ります。一方プラネタリ形はバランスの取りづらいものや、大きな工作物の場合に用いられます。砥石の形状を変えることにより、普通形では加工しづらいテーパ型や、段付き形状の工作物にも対応できます。

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ホーニング加工

内面研削盤よりもより高精度の研削を行うことができるのがホーニング加工です。円柱状の工具に砥石をとりつけ、油圧などの力によって、内面全体にに砥石をあて、回転、往復運動で加工します。基本的に穴によって研削するため、面粗さ・真円度・円筒度は前の加工時のまま保つことができます。そのため前加工の段階の精度が肝になります。

円筒研削盤

円筒研削は丸形状の工作物の外径を削る加工で、旋盤加工後に多く用いられる研削です。研削盤の構造は旋盤加工機に似ていて、左側にある工作主軸と右側の心押しセンタによって工作物を支え、工作物を回転させます。工具の回らない旋盤と違い、工具である砥石も回転させて接触させることで工作物を削ることです。

主軸にチャックと呼ばれる工作物を固定し、かつ旋回させることのできる支えを取り付けられる円筒研削盤もあり、これを万能研削盤と言います。

また円筒研削盤には主軸に砥石が取り付けられているもののほかに、主軸のない、心なし研削(センターレス研削)があります。心無し研削は心無し研削盤にて行われ、主に細いピンやパイプなど支えるのが困難なものに対し使用されます。

受け板と円筒状の砥石2つで工作物を挟むようにして支え、工作物・砥石ともに回転することで研削を行う構造です。部品を固定する必要がないことから比較的細い形状のものであれば量産に適している加工法と言えます。

円筒研削盤を用いた加工の種類

まず円筒研削盤では以下のように工作物の大きさによって加工時の砥石の使い方が変わります。

・トラバース研削

工作物に対して平行に砥石を動かして研削する方式をトラバース研削と言います。主に全長が長い工作物に対して使われる研削工法です。

・プランジ研削

工作物に対して垂直に砥石を接触させて削る方法をプランジ研削と言います。主に研削面積が大きくなる直径が大きなものに使われます。

そしてこの2つの研削工法を用いて以下のような加工が可能になります。

円筒研削 テーパ研削 端面研削
丸形状の外径を削る加工 傾斜のついた四角錐のような形に削る加工 工作物の端面(端面近くが細くなっている場合)を削る加工

研削と研磨の違い

研削は砥石を使って行うものなのに対し、研磨は砥粒を粒子状態で使用することで工作物を削ります。研削は上述の通り、小さな刃によって削りますが、研磨は工作物を粒子とウェイトの間に置くことで圧力かけて磨きます。削るというよりもこする、というイメージが近いのが研磨加工です。

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研削加工時に砥石と工作物に生じてしまうる問題

研削加工時に主に起こる現象が4つあり、そのうち3つは砥石の方に、1つは砥石と工作物によって生じる問題です。以下ではこれらについてご紹介します。

①目こぼれ

結合剤によってついている砥粒が必要以上に落ちてしまう現象を目こぼれと言います。目、つまり砥粒が落ちるので、表面の仕上げり面は悪化し、砥石の消耗も早くなります。

②目つぶれ

砥粒の尖っている部分、つまり刃の役割を果たしている部分が削られ、平坦な状態になってしまうことで、研削できなくなる現象のことを目つぶれと言います。これが起きると摩擦面が広がるため④の研削焼け現象が起きやすくなってしまいます。

③目詰まり

砥石にある気孔の部分に切りくずが詰まることで砥粒が埋没、切れ味が悪くなってしまう現象を言います。主にアルミニウムや銅などの軟らかな金属の研削の場合に起きやすいものです。

②、③が起きた場合はダイヤモンドドレッサと呼ばれる円錐状の道具によって、砥粒を戻し、加工可能状態に再生します。

④研削焼け

工作物と砥石の間で摩擦が起きることによって、温度が上昇し、酸化反応が起きる場合があります。これを研削焼けと呼び、これによって変色をだけでなく耐摩耗性の低下も引き起こします。

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