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研削加工の基礎知識から切削加工や研磨加工との違いまで解説

研削加工について

研削加工は、加工面の平均粗さを1.0μmまで仕上げることができるほど高い精度を実現できる加工方法です。この記事では、研削加工の基礎知識から、切削加工と研削加工の違いまでを詳しくご紹介します。


研削加工は、高速回転する砥石を使って被削材の表面を削り取り、目的の寸法や形状まで仕上げていく加工方法です。この方法は、寸法精度が高く、滑らかな表面を実現できるという特徴があります。また、焼入れ鋼や超硬合金、セラミックやインコネルなど、切削加工では扱いにくい高硬度素材や難削材の加工にも適しています。

ポイント

  1. 研削加工は高い精度を実現できる加工方法
  2. 砥石を使って被削材の表面を削り取る
  3. 寸法精度が高く、滑らかな表面仕上げが可能
  4. 焼入れ鋼や超硬合金、セラミックやインコネルなどの高硬度素材や難削材の加工に適している
  5. 一度に削り取る量が小さいため、加工時間は比較的長い

研削加工とは?

研削加工は、表面を削る加工方法の一つで、砥石を使って工作物の表面を少しずつ除去していきます。研削加工は、高い寸法精度とスムーズな仕上がりが特徴で、他の加工方法では難しい高硬度材の加工にも適しています。

研削加工の原理

砥石は、非常に硬い研削工具で、表面に無数の砥粒が付着しています。この砥粒が高速で回転しながら工作物に接触することで、工作物の表面が少しずつ削られていくのです。


研削加工では、一度に除去される量は非常に少ないため、高い精度での加工が可能となります。また、CNC研削盤を使用することで、マイクロメートルオーダーでの表面加工も実現できます。

研削加工の特徴

  1. 高い寸法精度が得られる
  2. • なめらかな表面仕上げが可能
  3. 高硬度材料の加工に適している
  4. 複雑な形状の加工が可能
  5. 加工時間が比較的長い

研削加工は、切削加工と比べて加工時間が長くなる傾向がありますが、その分、高い精度と美しい仕上がりが得られ、これは研削加工のメリットの一例です。また、焼入れ鋼や超硬合金、セラミックやインコネルなどの高硬度材料や難削材の加工にも適しているため、幅広い分野で活用されています。

加工方法 研削加工 切削加工
加工原理 砥石で表面を削る 刃物で材料を削る
加工精度 高い やや劣る
表面の粗さ 非常に滑らか 粗くなる
適した材料 高硬度材 生材

研削加工で使用する砥石の構造

研削加工では、高速回転する砥石を使って被削材の表面を削っていきます。この砥石は、砥粒、結合剤、気孔の3つの要素から構成されており、それぞれ重要な役割を担っており、研削加工において目指す処理品質を実現します。砥石の性能を理解することは、効果的な研削加工を行うためにとても重要となります。

砥粒の役割

砥石の中で実際に削るのは、砥粒と呼ばれる硬い粒子です。 砥粒には、ダイヤモンドや炭化ケイ素などの硬度の高い材料が使われています。砥粒が磨耗して切れ味が悪くなると、砥石表面から脱落し、新しい砥粒が現れます。 これにより、常に鋭利な切れ味を再現できるのです。

結合剤の役割

砥粒を砥石の中に固定し、一つにまとめ接着剤の役割をしているのが結合剤です。 結合剤の強度によって、砥石の硬さや砥粒の脱落しやすさが決まります。 結合力が強すぎると、摩耗した砥粒が脱落せずに砥石表面に残って、結局切れ味が悪くなります。 逆に結合力が弱すぎると、砥粒が早く脱落してしまい砥石の形状維持ができなくなってしまいます。

気孔の役割

砥石の中には、砥粒と砥粒の間に小さな隙間があり、これを気孔と呼びます。気孔は、砥石表面に現れると溝のような役割を果たします。この溝は、削りカスを排出したり、砥石の温度を下げたりする冷却の効果があります。 これにより、研削力の低下や加工面のヤケ、変形などを防ぐことができます。 気孔の量や大きさは、加工する材料や目的に応じて調整していきます。

砥石の構成要素 役割 重要なポイント
砥粒 被削材を削る 砥粒の大きさで加工精度が変わる
結合剤 砥粒を固定する 適切な強度が必要
気孔 削りカスの排出、冷却 量や大きさを調整する

砥石の3要素である砥粒、結合剤、気孔のバランスが良い砥石を選ぶことで、効率的で高精度な研削加工を行うことができ、このバランスが仕事の出来不出来を左右するといっても過言ではありません。

研削加工の種類

研削加工には、目的や加工対象の形状に応じて様々な種類があります。 加工の形状や求める精度に合わせて、最適な研削加工の方法を選択することが重要です。


平面研削は、加工の平面を削る加工方法です。 テーブル上に加工物を固定し、高速回転した砥石を加工物の表面に当てて削ります。 平面研削は、金型や機械部品の平面加工によく用いられます。


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円筒研削は、円筒状の加工の外周を削る加工方法です。 加工物と砥石を同じ方向に回転させながら、加工の外周を削ります。 軸やピンなど、円筒形状の部品の加工に適しています。


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内面研削は、円筒や穴の内側を削る加工方法です。 基本的に砥石と加工物を両方回転させながら、加工物の内面を削ります。 高精度な内径加工が求められる場合に用いられます。


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センタレス研削は、サポート刃、調整車、砥石の3点で加工物を均等に支えながら加工する方法です。加工物を固定する必要がないため、大量生産に適しています。

歯車研削は、歯車の歯面を削る加工方法です。平たい円盤状の砥石を使用し、加工物を切り込んで歯面を削り出します。高精度な歯車加工に用いられます。

この他にも、グラインダーのような軽い回転砥石を使用して材料を切断する研削切断加工もあります。

研削加工の種類 加工対象 特徴
平面研削 平面 金型や機械部品の平面加工に適している
円筒研削 円筒状の外周 軸やピンなどの円筒形状の部品の加工に適している
内面研削 円筒や穴の内側 高精度な内径加工が可能
センタレス研削 円筒状の外周 大量生産に適しており、加工物全体を均一に仕上げられる
歯車研削 歯車の歯面 高精度な歯車加工が可能
プロファイル研削 異形状 テーパ、溝、Rなど、異形状の仕上げが可能

円筒研削の特徴

円筒研削は、円筒状の被削材の外周面を研削する加工方法です。被削材を回転させながら、研削砥石も同じ方向に回転させることで、高精度な加工を実現します。   自動車部品や機械部品などの製造に広く用いられています。

円筒研削の加工方法

円筒研削では、被切削材を主軸台と心押台で挟み込んで固定します。 主軸台は被切削材を回転させる役割を担い、心押台は被切削材の端面をサポートします。加工物は被削材と同じ方向に回転し、被削材の表面を削っていきます。この加工方法により、高い寸法精度と表面仕上げが可能となります。

円筒研削のメリットとポイント

円筒研削の最大のメリットは、高精度な加工が可能な点です。 被削材と研削砥石を同じ方向にも回転させることで、均一な加工を実現できます。

一方、作業としては、被削材の取り外しや固定に時間がかかるため、センタレス研削と比べ生産性が劣る点が挙げられます。 加工の形状によっては、専用の治具(ジグ)が必要となる場合もあります。

また、加工物の形状によっては、スクロールチャックやマグネットチャックを用いる場合もあります。

メリット ポイント
高精度な加工が可能 センタレス研削と比べ生産性が劣る
均一な加工を実現 被削材の取り外しや固定に時間がかか
溝がある加工物にも対応可能 専用の治具(ジグ)が必要な場合がある

円筒研削は、高精度な加工が求められる場面で威力を発揮します。被削材の形状や要求される精度に応じて、適切な加工条件を設定することが重要です。

センタレス研削の特徴

センタレス研削は、円筒状の被削材の外周を研削する加工方法です。この方法は、高い精度と効率性を実現するために特別な技術を用いています。

センタレス研削の加工方法

センタレス研削では、被切削材を主軸や心押台などで固定せずに加工を行います。代わりに、2つの砥石で円筒状の被切削材を挟むようにサポートして研削します。サポート刃、調整車、砥石の3点で工作物を均等に支えるため、工作物の表面を均一に仕上げることができます。

センタレス研削の加工方法を簡単にまとめると以下のようになります。

  1. 被削材を2つの砥石で挟むようにサポートする
  2. サポート刃、調整車、砥石の3点で被削材を均等に支えます
  3. 砥石を回転させながら被削材の外周を研削する

センタレス研削のメリット

  1. 被削材を固定する工程が不要なため、大量生産に適している
  2. 工作物の表面を均一に仕上げることができる
  3. 高い精度と効率性を実現できる

以下の表は、センタレス研削と他の研削方法との比較を示しています。

研削方法 固定方法 加工の均一性 大量生産への適性
センタレス研削 砥石で挟む 高い 適している
円筒研削 主軸や心押台で固定 高い 適していない
平面研削 テーブルに固定 中程度 適していない

センタレス研削は、円筒状の被削材の外周を高精度かつ効率的に研削する加工方法です。

内面研削の特徴

内面研削は、円筒状の被削材の内面を研削する加工方法で、寸法精度の高い穴を加工する際などに用いられます。被削材を回転させながら、その内面に被削材と逆方向に回転する砥石を当てて加工します。

内面研削は、内研やインターナルとも呼ばれ、円筒や穴の内側を削る方法です。被削材のサイズが大きく、回転させることが難しい場合は、砥石のみ回転・公転運動させるプラネタリ形という方法が用いられます。

加工方法 特徴
内面研削 •円筒状の被削材の内面を研削
•寸法精度の高い穴を加工
•砥石と被削材の両方を回転
•被削材と逆方向に回転する砥石を当てて加工
プラネタリ形内面研削 •被削材のサイズが大きく、回転させることが困難な場合に使用する
•砥石のみ回転・公転運動させる

内面研削は、高精度な穴加工に欠かせない加工方法であり、その処理によって穴の内面が目指す滑らかさと精度を実現します。被削材の形状や寸法に応じて、最適な研削方法を選択することが重要です。研削加工のメリットを最大限活かすためにも、この選択は欠かせない作業です。

内面研削は、円筒状の被削材の内面を高精度に加工するために重要な役割を果たしています。

平面研削の特徴

平面研削は、研削加工の中でも最もポピュラーな加工方法の一つです。この加工法は、工作物の平面を高精度に行うことができます。平研(ひらけん)とも呼ばれており、多方面で活用されています。

平面研削では、工作物をテーブルに固定し、高速回転する円筒状の砥石を上から突きつけることで、工作物の表面を削っていきます。加工中は、工作物を移動させながら目的の形状に整えていくのが一般的です。

平面研削の種類

平面研削には、大きく分けて2つの種類があります。

  1. 砥石を移動させる方法
  2. 被削材を移動させる方法

砥石を移動させる方法は、比較的小さな工作物の加工に適しています。一方、被削材を移動させる方法は大きく、工作物の加工に適しています。工作物のサイズや形状によって決まります。

平面研削の概略用途

平面研削は、様々な産業分野で活用されています。その用途は多岐にわたります。

産業分野 用途例
自動車産業 エンジン部品、トランスミッション部品、ブレーキ部品などの加工
航空宇宙産業 ジェットエンジン部品、ランディングギア部品などの加工
金型産業 プレス金型、射出成形金型などの加工
電子部品産業 半導体部品、基板などの加工

このように、平面研削は大小さまざまな工作物の加工に対応できる汎用性の高い加工方法です。高精度な平面加工が必要とされる場面では、必須の技術となっています。

研削加工と切削加工の違い

研削加工と切削加工は、共に除去加工に分類される加工方法ですが、その加工原理や特徴には大きな違いがあります。します。

切削加工の特徴

切削加工は、刃物などの工具を使って被削材を削り取る加工方法です。フライス加工、旋盤加工(旋削加工)、穴あけ加工など、削り方や使用する工具に応じて様々な種類があります。加工では、一回の加工で比較的大きな切りくずを生成するため、研削加工よりも加工効率が高いという特徴があります。

切削加工に用いられる工具は、高速度鋼やサーメット、セラミックスなどの硬質材料でできており、被削材を削るための刃先を持っています。刃先の形状や切れ味を維持しやすいため、効率的な切削加工が可能です。

研削加工と切削加工の使い分け

研削加工と切削加工のそれぞれの特徴ですが、研削加工は、砥粒による微小な切削効果を利用して、被削材の表面を少しずつ削っていく加工方法です。高い寸法精度と滑らかな表面仕上げが可能ですが、加工効率は切削加工に比べて低くなります。

一方、切削加工は刃物で被削材を大きく削る方法であるため、研削加工よりも短時間で加工が可能です。粗さ、加工時間などを考慮して、適切な加工方法を選択する必要があります。

加工方法 研削加工 切削加工
加工原理 砥粒による微小な切削効果 刃物による切削効果
加工精度 高い 研削加工に比べて劣る
表面仕上げ 滑らか 研削加工に比べて粗い
加工効率 低い 高い
適した用途 高精度・高品質が要求される加工 大まかな形状加工や高効率加工/td>

上記の表は、研削加工と切削加工の主な違いをまとめたものです。加工対象や要求される仕様に応じて、これらの加工方法を適切に使い分けることが重要です。

研削加工と研磨加工の違い

研削加工と研磨加工は、どちらも工作物の表面を少しずつ除去する加工方法であり、除去加工に分類されます。一方、研磨加工は粒子を用いて被削材の表面を滑らかに仕上げることが主な目的です。

例、部品の表面を鏡のように美しく仕上げる場合は、研削加工ではなく研磨加工が用いられます。研削加工と研磨加工では、使用する工具に違いがありますが、砥石や粒子を用いて被削材質の表面を削り取り、滑らかにする点では似ています。

加工方法 目的 工具
研削加工 被削材を削り取り、形状を変える 砥石
研磨加工 被削材の表面を滑らかに仕上げる 粒子

つまり、研削加工と研磨加工の主な違いは以下の通りです。

•研削加工は形状を変えることが目的であり、研磨加工は表面を滑らかにすることが目的です

•研削加工では主に砥石を使用し、研磨加工では粒子を使用

したがって、加工の目的に応じて、研削加工と研磨加工を適切に使い分けることが重要です。

まとめ

研削加工は、高い寸法精度と滑らかな表面仕上げを実現できる加工方法です。焼入れ鋼や超硬合金などの高硬度素材も、研削加工では効率的に加工することができます。合わせて、最適な砥石と加工方法を検討することが重要となる。

切削加工では困難な硬い素材でも、研削加工なら目的の形状や寸法精度に仕上げることができます。被削材に応じた砥石の選択と、適切な加工条件の設定が、高精度な研削加工を行うために必要です。

研削加工は、幅広い産業分野で活用されている加工技術です。自動車や航空機、工作機械など、高い精度が求められる部品の製造に最適な加工方法です。今後も、研削加工技術のさらなる発展と応用が期待されています。

よくある質問

研削加工と切削加工の違いは何ですか?

研削加工は砥石を使って少しずつ削る加工方法であるのに対し、切削加工は刃物などの工具を使って大いに削る加工方法です。研削加工の方が加工精度は高いですが、加工時間は切削加工よりも長くなります。

研削加工と研磨加工はどうですか?

研削加工と研磨加工はどちらも砥石や被削材を削る粒子は同じですが、研削加工は被削材を削って形を変えることが目的であるのに対し、研磨加工は表面を滑らかにしますに整えることが目的です。

研削加工で使用する砥石はどのような構造になっていますか?

研削加工で使う研削砥石は、砥粒・結合剤・気孔の3つの要素から構成されています。砥粒が削る役割を持ち、結合剤が砥粒を保持し、気孔が削りカスの排出や冷却の役割を果たします。

研削加工にはどんな種類がありますか?

研削加工には平面研削、円筒研削、内面研削、プロファイル研削、センタレス研削、歯車研削などの種類があります。加工する被削材の形状や目的に応じて適切な研削加工の方法を選択します。

研削加工の特徴は何ですか?

研削加工は寸法精度が高く、滑らかな表面仕上げが可能な加工方法であり、これらは研削加工のメリットとして大いに意味があります。切削加工では難しい焼入れ鋼や超硬合金などの高硬度の素材も加工できるのが特徴です。

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