円筒研削盤とは? センタレス研削/研磨との違いを知って加工に生かそう

円筒研削盤とは? センタレス研削/研磨との違いを知って加工に生かそう

研削加工に用いられる工作機械のひとつに円筒研削盤があります。円筒研削盤は具体的にどのような方法で研削を行い、使用するメリットとしてどんなことが挙げられるのでしょうか。
また、円筒研削と似た手法にセンタレス研削(センタレス研磨)もあります。それぞれのメリット・デメリットを知ることは、加工方法を選定するうえで重要です。
この記事では、円筒研削盤の特徴や加工法の種類、センタレス研削と比較した際のメリットなどについてご紹介します。

円筒研削盤とは

研削加工とは、回転する砥石で被削材の表面を削り取り、求める形状や寸法精度に仕上げていく加工で、切削加工と同じく除去加工の一種です。被削材の表面を少しずつ削るため、大きな形状変化が必要な場合は適していませんが、精度の高い加工が行えます。
研削加工に使用する工作機械の中で、円筒形の被削材に用いられるのが円筒研削盤です。被削材の真円度や外周面の表面仕上げにおいて、高い精度が求められる時に使われます。
円筒形状の被削材を円筒研削盤で研削加工する場合、通常は主軸台と心押し台で被削材の両端をセンタ支持して加工を行います。
また、砥石の主軸と被削材を固定するテーブルの2つを自由に旋回させられ、円筒研削に加えて内面研削やテーパー研削、端面加工などが行える万能研削盤と呼ばれるものも、円筒研削盤の一種です。

円筒研削盤の研削方法

円筒研削盤で用いられる研削方法は、「砥石の回転」と「被削材の送り」で種類が分けられます。研削方法の違いを知ることで、加工の目的に適した研削方法を判断できるようになるでしょう。ここでは、研削方法の種類とそれぞれの特徴をご紹介します。

・トラバース研削

トラバース研削は、研削砥石は切込のみ行い、被削材を左右に動かして研削を行う方法です。砥石の幅に対して長尺物の加工が可能で、往復しながら研削を行うことにより面粗さを向上させることができます。

・プランジ研削

砥石を動かし、被削材は固定したまま研削するのがプランジ研削です。左右の移動がなく、被削材に強く力を伝えられることから、加工効率は高くなります。ただし、砥石の幅を超える被削材は研削できず、トラバース研削に比べると加工能率で劣ります。
小さい被削材を高効率に加工できるため、量産部品に最適です。

・アンギュラ研削

アンギュラスライドやアングルスライドとも呼ばれる加工法です。砥石の主軸をテーブルに対し角度をつけてセットし、斜め位置から被削材に切込を行います。 段のついた複雑な形状のものでも、一度の加工で外周面と端面を同時に仕上げることができます。
一方で、高精度が求められる研削には向きません。

円筒研削盤の使い方のポイント

円筒研削盤を使ううえで、高精度に仕上げるために必要なのがスパークアウトという技法です。スパークアウトとは、加工の終了点で切込を止めて、そのまま数秒間砥石を空運転させることを指します。ゼロ距離で砥石を空転させて切り残しを除去するスパークアウトを行うことで、研削の寸法精度と面粗さが向上します。

円筒研削盤で使用される砥石の種類

円筒研削盤が高い精度で加工できるのは、砥石を使用しているのも理由のひとつです。砥石とは、「砥粒(とりゅう)」と呼ばれる硬度の高い粉末状の物質を、「結合剤」で固めたもののことです。砥粒同士の間には、切粉などをためるために「気孔」という隙間が設けられています。
砥粒一粒ずつが小さな切れ刃になり、砥石を回転させて被削材に当てることで、徐々に不要な箇所を削り取っていくのが、砥石の原理です。
摩耗した砥粒は剥がれ落ち、新しい砥粒が表面に出てくるため、ドリルやエンドミルのように再研磨を行う必要はありません。
刃物における刃部に当たる砥粒は、ダイヤモンド粒子や炭化ケイ素、CBN砥粒などの材質で作られています。材質に応じて適した被削材が異なるため、用途に応じて砥石を使い分けることが重要です。

センタレス研削/研磨との違いは?

円筒研削と同じく、回転砥石によって円筒状の被削材の外周面を加工する方法に、センタレス研削(芯なし研削)があります。円筒研削とセンタレス研削の大きな違いは、センタ穴の有無です。
円筒研削では被削材をセンタ支持することで削っていきますが、センタレス研削では被削材をブレード(支持刃)と調整砥石(調整車)で支持し、研削砥石によって削ります。
被削材をブレードと調整砥石によって支えるので、たわみの影響が少なく、長尺の被削材でも精度が安定するのがメリットです。
また、円筒研削とは異なり、センタレス研削ならセンタ穴を加工する工程も必要ありません。被削材をチャックに取り付けることなく加工できるため、量産にも適しています。

センタレス研削の研削方法

センタレス研削も、被削材の送り方には複数の種類があります。代表的なセンタレス研削の種類と特徴は、以下のとおりです。

・スルーフィード研削

円柱又は円筒状の被削材を砥石間に連続で流すことで研削を行う方法です。通し研削とも呼ばれます。調整砥石を少し傾けて被削材に軸方向への推進力を与えることで、効率的に研削加工を行えるのがメリットです。
段差がない被削材など、形状が単純なものの加工に適しています。

・インフィード研削

スルーフィード研削とは逆に、被削材を砥石の間にひとつずつ出し入れして研削を行うのがインフィード研削(停止研削)です。ストッパーで軸方向に動かないように研削を行います。
工作物に合わせて研削砥石や調整砥石の形状を変えることで、テーパーや段差といった複雑な形状も加工できます。

円筒研削盤を使うメリット

円筒状の被削材の外周面に研削加工を行う時は、円筒研削盤とセンタレス研削盤のいずれかを選択する必要があります。円筒研削盤は、センタレス研削盤を使う場合と比較して、どのようなメリットがあるのでしょうか。円筒研削盤を使用するメリットとしては、以下のような点が挙げられます。

・高精度の加工が可能

円筒研削盤は被削材を両端から固定します。被削材がしっかりと固定された状態で加工するため、センタレス研削盤よりも加工精度を高くできます。
ただし、長尺物や細い被削材は、チャッキングの押し付ける力でたわんでしまい、真円度や精度に影響を及ぼす場合があります。

・外周面に溝があっても加工できる

センタレス研削盤で加工する場合、基準となるのは被削材の外周面です。外周面にキー溝があったり、真円度が低かったりすると、加工に影響を受けてしまいます。
一方で、円筒研削盤は被削材をセンタやチャックで固定して回転させます。加工寸法の基準は円筒の中心になるため、外周に溝がある被削材でも高い真円度を保ちながら加工可能です。
また、被削材の真円度が良好でない場合も、大きな影響を受けることはありません。

・被削材の大きさが変わっても対応できる

センタレス研削盤は、被削材の大きさが変わった場合に調整が必要な部分が多いため、加工の準備に時間がかかります。
円筒研削盤は汎用性が高く、被削材の形状が変わっても準備にかかる時間は短いです。工数をかけずに、素早く加工工程に入ることができます。

・センタレス研削が有利な点

さまざまなメリットがある円筒研削盤ですが、センタレス研削盤が有利になる場合もあります。
円筒研削盤は、センタやチャックによって被削材の固定が必要です。取り付けに手間がかかり、芯出しの誤差が生じる可能性もあります。
一方で、砥石で被削材を挟んで支持するセンタレス研削なら、芯出しを行う必要がなく、未熟練者でも操作可能です。被削材の取り付けにも時間がかからないことから、量産品のように同じ大きさのものを連続加工する際は、センタレス研削の方が生産性を向上できます。
また、センタレス研削ではブレードによって被削材の全長を支えるため、たわみによる影響を受けにくい点もメリットです。円筒研削では精度が落ちる可能性がある長尺物の加工においては、センタレス研削よりも安定して高精度に仕上げられます。

円筒研削盤を使う際に注意したい点

円筒研削盤を使って加工を行う際は、びびりや傷、精度不良などの問題が起こることも考えられます。特に、砥石の選択ミスはさまざまな問題に直結する可能性があるため注意が必要です。また、被削材の固定が甘かった、切削速度が適切ではなかったといった点も、加工精度の悪化につながります。
使用する砥石や機械、加工速度の設定などを検討したうえで、適切な方法で加工を行うことが求められます。

円筒研削とセンタレス研削は適切な使い分けが大切

円筒研削盤は加工効率に優れ、前加工の精度や外周の形状に左右されずに加工が行える研削盤です。特に円筒状の被削材において、高い加工精度が求められる場合に適しています。 ただし、加工の際にびびりや傷による加工精度の悪化が起こることも考えられます。被削材ごとに適切な砥石や回転速度を選定することが重要です。
また、長尺物の外周加工においては、センタレス研削の方が安定した精度を出せる可能性もあります。それぞれの特徴を理解したうえで、適切に使い分けることが大切です。

この記事を読まれた方はこんな記事も読まれてます