研削加工とは? 基礎知識から切削加工・研磨加工との違いまでご紹介

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研削加工とは? 基礎知識から切削加工・研磨加工との違いまでご紹介

研削加工は、砥石を用いて素材の表面を削り仕上げていく加工方法で、除去加工の一種です。除去加工には、研削加工の他にも切削加工や研磨加工などがありますが、それぞれどのような違いがあるのでしょうか。
この記事では、研削加工の原理や特徴、砥石の構造や加工の種類、切削加工と研磨加工の違いについてご紹介します。

研削加工とは

研削加工とは、砥石を回転させながら被削材に当てて表面を削り取り、目的の形状へと仕上げる加工方法です。研削加工で使う砥石は、砥粒と呼ばれる硬い粒を固めたもので、砥粒の一粒ずつが刃物の役割を果たしています。
一粒の砥粒が削り取る量は小さいですが、砥石を高速回転させることにより材料を削り取っていきます。

研削加工は寸法精度が高く、なめらかな表面仕上げを行えるという特徴を持っています。焼入れされた素材や超合金など、切削加工では困難な高硬度素材の加工も可能です。
ただし一度に削り取る量は小さいため、加工時間は切削加工より長くなります。効率良く加工を行うためには、研削加工以外にも複数の加工方法を組み合わせる必要があります。

研削加工で使用する砥石の構造

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。砥粒にはダイヤモンドや炭化ケイ素などが使われていて、粒子一つ一つが刃物の役割を持ちます。
砥粒は削る力がなくなると脱落し、新しい砥粒が表面に出てくることで継続的な作業を可能にしています。

刃物である砥粒を保持し、集合させる役割を持っているのが結合剤です。結合剤の結合力が強すぎると砥粒が脱落せず表面に残り続けてしまい、結合力が弱い場合は砥石がすぐに摩耗し、作業効率を低下させコストも膨らみます。
結合剤は砥粒の脱落速度や砥石寿命のバランス、寸法精度などの性能を調整する役割を持ち、砥石の性能も大きく左右する重要な要素です。

結合剤によって固められる砥粒の集合部には、砥粒と砥粒の間に気孔と呼ばれる小さな隙間があります。気孔は砥石の表面に出ると溝となり、削りカスを排出したり砥石の温度を冷やしたりして、研削力の低下やヤケ、変形などを防ぐ役割を果たしています。

研削加工の種類

研削加工にはさまざまな種類があり、得意とする被削材の形状や加工の目的が異なります。ここでは、研削加工の中でも代表的な4種類の加工方法をご紹介します。

・円筒研削

被削材と研削砥石の両方を回転させた状態で加工を行うのが、円筒研削です。円筒状の被削材に用いられる方法で、円筒状の被削材を主軸台と心押台で挟み込んで固定し、被削材と研削砥石を同じ方向に回転させて被削材を研削していきます。

高精度で溝がある加工物にも対応できますが、製品の着脱や固定といった工程が必要になるので、生産性に劣る点がデメリットです。
また、加工物の形状によっては、固定に特殊な治具(ジグ)が必要になる場合があります。

・センタレス研削

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。円筒研削とは異なり、被削材を主軸や心押台などで固定せずに、2つの砥石で円筒状の被削材を挟むように支持して研削します。
被削材を固定する工程が不要なため大量生産に向き、均一な仕上げが可能です。

・内面研削

円筒状の被削材の内面を研削する加工です。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。
被削材のサイズが大きく、回転させることが困難な場合は、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。

・平面研削

被削材をテーブルに固定し、上から回転する研削砥石を当てることで平面に仕上げていく加工です。砥石を移動させるものと被削材を移動させるものとがあり、大きなものから小さなものまで、幅広い被削材の加工に使われています。

研削と切削や研磨の違い

研削加工、切削加工、研磨加工はいずれも除去加工に分類される加工方法です。材料を表面から削り取っていくという点は共通していますが、手法にそれぞれ特徴があり、被削材の材質や仕上げの程度などによって使い分けられます。

研削加工は、研削砥石の砥粒によって被削材の表面を削り取っていく加工です。砥粒が刃物の役割を果たし、砥粒は順次脱落していきます。
一方、切削加工は1つまたは複数の刃物を持つ工具によって、被削材を削り取るものです。刃物としての切削工具は被削材に食い込んで切り取っていくため、研削加工よりも大きく削り取ることができます。

研削加工と切削加工は、使用する刃物に違いはあるものの、砥石や切削工具によって被削材を削り取り、不要な部分を除去するのが目的という点は同じです。これに対して、研磨加工は粒子によって被削材の表面をなめらかにするのが目的という点で大きく異なります。

研削加工で寸法精度の高い加工を行おう

研削加工は、寸法精度が高くなめらかな表面仕上げが可能な加工方法です。切削加工では困難な焼入れ鋼や超合金など高硬度の素材も加工できるのが特徴で、求める製品形状や寸法精度に応じて高い効率を発揮します。
精度の高い研削加工を行うためには、被削材ごとに適切な砥石や加工方法の選定が重要です。