平面研削とは【平面度や面粗度を整えるための仕上げ加工の一つです】

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平面研削とは
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平面研削について勉強したい人向けの記事です。

切削加工の「旋盤」や「フライス盤」の加工があるように、軸物とブロックもの加工用に、研削の方法が分かれています。

 

平面研削はブロックものを加工するために選ぶ加工方法の一つです。

  • 平面度を整えたり
  • 厚みを仕上げたり
  • 表面を整えたり
  • 平行を出したり

そんな用途に使われます。

 

本記事では平面研削の特徴や用途、さらに平面研削盤を製造しているメーカーについて解説しています。
研削盤は切削機よりも精度が厳しく自作が難しいです。

最後はプロに任せるにしても、先に研削について詳しく知っておいて、細かい要望まで伝えられると、理想のものづくりができると思います。

というわけで本記事では平面研削の基礎について解説しています。

 

▼その他研削加工については、まとめページを作っています。

研削加工とは【硬いものでも品質よく削る、仕上げ加工のエース】

 

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平面研削とは

平面研削とは、砥石を使ってワークの平面を加工する事を言います。
英語ではSurface Grindingと言います。中国語では平面研削を平面磨削と言います。

平面研削ではワークの厚みと平面度、上下面の平行度の調整を主に行います。

 

ワークの平面に施す研削加工
  • 厚みの仕上げ加工
  • 平行度の仕上げ
  • 平面度の仕上げ

 

平面研削に使う機械を「平面研削盤」と言って、砥石を回転させたままワークに押し付け、テーブルの平面方向の移動で形を整えます。
平面研削盤は砥石軸の向き(縦、横)とテーブルの運動方式(円、往復)で名称がわかれます。

 

 

円筒研削盤はワークが回転するため円筒形状しか加工できませんが、平面研削盤ではワークは回転しないので、平面、良い四角の溝、V溝、R溝、側面、などを加工できます。

 

平面研削と平面研摩の違い

 

平面研削は研削加工

平面研摩は研磨加工

平面研削では砥石を使ってワークを削るので、形状が変わります。
平面研摩では砥粒を使ってワークを磨くので、形状がほとんど変わりません。

 

ミクロン単位の寸法を加工する時は平面研削、表面の面粗度を改善する時は平面研摩をします。

 

 

平面研削では「平面研削盤」を使います。

回転する砥石をワークに押し付け、テーブルを動かして加工します。

 

平面研摩では「ラップ盤」を使います。

ラップと呼ばれる定盤(水平の台)にワークを置いて、圧力をかけながらワークをこすり合わせる加工です。

0.1ミクロンの表面粗さ(鏡面仕上げ)ができます。

▼こんな感じでピッカピカになります。

 

平面研削の用途

平面研削の用途は、「ワークの厚みを整える事」、「平面度を整える事」です。

 

平面研削ではワークの面を加工することができるので、図面での寸法への要求が厳しいとき、平面度の要求が厳しい時、ワークの上下面の平行度要求が厳しい時に平面研削の出番が来ます。

 

平面研削でワークの厚みを整える

 

平面研削をする一番大きな目的は「平面を削る事」です。

ワークの厚みの仕上げ工程として平面研削をしますが、理由は「ミクロン単位で加工ができるから」です。
切削加工では研削加工ほど細かい単位で加工ができないため、粗加工はフライス加工、仕上げ加工は平面研削といった形で工程が組まれます。

 

研削加工では少しの切り込みで加工ができるので、ワークの厚みを整える仕上げ工程に適しています。

 

平面研削でワークの平面度を整える

 

平面研削の得意なことは、平面を精度よく仕上げる事です。

切り込み量が少なく、平面の厚さを整えながら、ミクロン(0.001mm)単位での寸法調整をします。
取り代を0.01mm単位で残して加工した結果、出来上がりが目標値に対してミクロンの精度になります。

 

技術的なことになりますが、切り込み量が少ないとワークに対して滑ってしまって上手に加工精度が出せないので、切り込み量はそれよりも多めに取ります。
しかし研削盤の位置決め精度は非常に高いので、きちんと切り込めれば寸法通りに加工ができるイメージです。

 

たとえば雪の上でスニーカーを履いてサッカーをするといい場所にピタッと止まれないけど、刃が付いた靴なら狙った場所でストップできる、、、そんなイメージをしてもらえればいいと思います。(実際にこういう現象を「研削すべり」と言います。)

 

取り代を0.01mm単位で残して研削仕上げをすると、平面をミクロンの精度でまっすぐに加工することができます。
平面度公差が厳しいワークのときはこうやって要求にこたえて加工します。

 

平面研削で使われる研削方式

平面研削の方式についてここでは解説します。

いきなり仕組みと関係ないですが、用語として大切な「砥石周速」についてここで解説しておきます。

 

砥石周速度:周速度(m/s) = 砥石の外径(mm) × 3.14 × 主軸回転数(min-1)÷1000÷60

 

切削加工では周速度の単位は[m/min]で表しました。
しかし研削加工ではスピードがめちゃくちゃ速いので、更に60で割って、秒速で数字を出すことが多いです。

また、砥石は高速で回って、しかも少し欠けると銃弾のように飛んできて人の命に関わるので、労働安全衛生規則で最高の周速度を超えて使わないように規定されています。

(参考)労働安全規則:安全衛生情報センター(http://www.jaish.gr.jp/anzen/hor/hombun/hor1-2/hor1-2-1-2h1-0.htm

 

では本題に戻って、平面研削で使われる研削方式は3つあります

  • トラバース研削
  • プランジ研削
  • クリープフィード研削

 

それぞれについて解説します。

また注意事項として、「砥石側面も使った方が効率良いよな」という判断から砥石の側面を使うことは禁止されています。
(労働安全規則第百二十条:http://www.jaish.gr.jp/anzen/hor/hombun/hor1-2/hor1-2-1-2h1-0.htm

 

トラバース研削

 

テーブル(横方向に研削方向を移動する装置)を左右に動かして平面を削る研削方法を、「トラバース研削」と言います。

砥石の端面方向に移動するのがトラバースと覚えればOKです。

 

正しい定義だと、「砥石の回転軸方向に移動させる」のがトラバース加工です。

 

トラバース研削のメリットは以下の4つです。

トラバース研削のメリット
  • 加工幅が砥石よりも広い時でも研削加工ができる
  • 小型の機械でも広い部分を加工できるので、省スペースにつながる
  • 加工面の面粗さが良いので、鏡面加工もできる
  • 円筒度がよくなる

▼一瞬だけしか表示されないですが、広範囲を一気に加工するのがトラバース研削です。

 

プランジ研削

 

サドル(奥行き方向に研削方向を移動する装置)を前後に動かして平面を削る研削方向を、「プランジ研削」と言います。

砥石を円筒の方向に移動するのがプランジ研削と覚えればOKです。

 

正しい定義だと、「砥石の回転方向と垂直の方向に移動させる」のがプランジ研削です。

 

▼プランジ研削のメリットは、以下のようなことが言われています。

  • 砥石の剛性が強い方向に向けて削るので、効率的な加工ができる
  • 量産部品の加工に向いている
  • 研削盤に対するダメージが少ないので、耐久性に優れている

 

▼いい動画が無かったので切削の動画で代わりに解説しますが、力の入りやすい方向(この場合だと上下)に加工するのがプランジ加工です。

 

一方向にひたすら往復するのが特徴です。
プランジと90°違う方向に動きます。

 

クリープフィード研削

 

深い切込み、ゆっくりの送り速度でおこなう研削のことをクリープフィード研削と言います。

通常の研削の数十倍から数百倍の切り込み量を与えて1回で加工することができます。(1パス加工)

 

クリープフィード研削のメリットは

  • 砥石の型崩れが少ない
  • 研削能率を大きくとれる
  • 研削面の多少の誤差を吸収できる

難削材の精密な研削加工として使用されています。

JIS規格(JISB0106)では「といしに所定の輪郭を形成しておき、低速で工作物を送って一度の切込みで仕上げ研削する作業。」と定義されています。

 

研削加工の精度を向上させる「スパークアウト」

 

研削加工の寸法精度や面粗度の向上のために、「スパークアウト」という操作があります。

プランジ研削でもトラバース研削でも共通で、「ゼロカット」とも言います。
切削加工でゼロカットは加工前に加工方向の確認の時くらいしか使わないので、研削特有の加工です。

 

研削加工ではちょっとの切り込みでもワークが逃げてしまうことがあるので、負荷を減らしながら最後の仕上げをするのによく使います。

 

有名な平面研削盤のメーカー

研削加工は精度を作り上げるのが非常に難しい(加工に求める精度が非常に高い)ので、切削機を内製する会社はあっても研削盤を内製する会社は聞いたことがありません。

 

仕上げ工程で、精度が命の加工なので、創業の長い会社だったり、評判がよかったり、有名な会社だったりを選ぶのが良いと思います。
というわけで有名な平面研削盤のメーカーを3つ、紹介します。

 

よく名前を聞いて有名なのが

  • 岡本
  • 黒田精工
  • ナガセ

の3つです。

 

正式名称も含めて詳しく紹介します。

 

株式会社岡本工作機械製作所

 

正式名称は「株式会社岡本工作機械製作所」です。

「岡本の研削盤」と言えば通じます。私も大学で使いました。

 

株式会社岡本工作機械製作所の会社概要
  • 本社:群馬県安中市郷原2993
  • TEL:027-385-5800
  • FAX:027-385-5880
  • 創業:大正15年11月
  • 生産品目:各種研削盤・半導体関連装置 など
  • ホームページ:http://www.okamoto.co.jp

 

古くから研削盤を海外展開してきた会社です。

まだ他の会社が海外進出をあまりしていないころからシンガポール、タイに進出、タイでは一貫生産体制(鋳物生産、部品製造、組み立て)を築いてきました。

 

黒田精工株式会社

 

正式名称は「黒田精工株式会社」です。

私も前職では「黒田精工」という名前をよく聞きました。取引が多かったんだと思います。

 

黒田精工株式会社の会社概要
  • 本社:神奈川県川崎市幸区堀川町580-16
  • TEL:044-555-3800
  • FAX:044-555-3524
  • 創業:1925年1月
  • 生産品目:工作機械・平面研削盤、精密プレス金型 など
  • ホームページ:http://www.kuroda-precision.co.jp

 

元々は日本初の専業ゲージメーカーとしてスタートしました。

測定は品質の最後の砦なので、ゲージの国産化は日本の工業技術の発展に大きく貢献しました。
現在ゲージ、パルスモーター、精密研削盤、精密ボールねじ駆動システムなど、精密に関係する製品を手掛けています。

 

株式会社ナガセインテグレックス

 

正式名称は「株式会社ナガセインテグレックス」です。

私の前職の会社ではナガセの超大きな研削盤が置いてあって、工場の広い一角を占有していました。
噂では数億円だったとか?あんまり細かい話は聞いてないですが、それくらいの投資をしても良いと思わせるあたりに品質への信頼を感じました。

 

株式会社ナガセインテグレックスの会社概要
  • 本社:岐阜県関市武芸川町跡部1333-1
  • TEL:0575-46-2323
  • FAX:0575-46-2325
  • 創業:1950年3月
  • 生産品目:各種の超精密研削盤、微細加工機、超精密測定システム など
  • ホームページ:http://nagase-i.jp

 

1950年から70年以上、お客様と共に歩んでまいりましたという研削盤の老舗。

「人と人のご縁を大切にしながら」という考えを持っていて、社内には「モノづくりは出会いづくり」という考えが浸透しています。
会社の規模拡大というがつがつした感じではなく、自分たちを支えてくれる全ての人の幸せを目標にしていて、その結果ナガセに優れた技術者が集まりやすくなっているようです。

 

大学で研削を研究している人の行きたい就職先の大きな目標にも「ナガセ」が入っていて、ブランド力を感じますよね。

 

平面研削の事例

 

研削加工の事例を、YouTubeの動画を見ながら確認しましょう。

▼まず、平面研削とは?という動画

 

▼平面研削の難しさについて語っています。

 

▼動画を探すと、やっぱりブロック材を加工しているものが多いです。

 

平面研削で発生する問題と対処法

平面研削で発生する問題と対策について紹介します。

 

目的の形状を作るためには適切な加工方法(プランジ、トラバース、クリープフィードなど)の選定が必要です。
他にも砥石の選定、油剤の選定、回転数や送り、切り込みなどの条件設定などがあります。

 

これらの組み合わせによって一つの精度が達成できますが、「何が起きたらどうする」を知っておくと、問題の対策の一部を知れるのかなと思います。

 

よくある研削の問題
  • びびり
  • 送りマーク
  • 精度不良

 

平面研削で起こる「びびり」の原因と対策

 

平面研削では「びびり」がよく起きます。

砥石の細かい振動がワークの表面に影響します。

 

びびりの原因の多くは、砥石軸のプーリが緩んでたり、砥石の選定がよくないなどです。
研削盤の回転はベルトプーリで駆動していますが、適切な張力が決められています。定期的に調整することで突然の不良発生を抑える事ができます。

 

平面研削で起こる「送りマーク」の原因と対策

 

平面研削では、もう一つ「送りマーク」という不良がよく起きます。

送りマークとは、ワークの表面に送り方向の傷がつくことです。(参考:日本機械学会

 

解決方法は以下のようなものがあります。

  • 砥石の周速を落とす
  • 研削の取り代を減らす
  • ドレッシングの切り込みと送りを減らす
  • 油剤を多くかける
  • ワークと砥石が平行になっているか確認する

 

平面研削で起こる「精度不良」の原因と対策

 

平面研削の精度不良の原因は砥石や研削条件が適していないことです。

油剤の供給が少ないとか、砥石が硬すぎる、軟らかすぎるとか、切り込み量が多すぎる、少なすぎるなどです。

 

研削焼けや研削割れが発生した場合は砥石の硬さや切り込みをチェックしてみてください。
油剤の供給も冷却に効くので、突然の不良の場合は油剤の方向が変わってないかをチェックするのも有効です。

 

平面研削についてまとめ

本記事では平面研削について簡単に解説をしました。

製品の「平面」や「厚み」は、図面でもよく指示される部分なので、大小問わず、1台くらいは平面研削盤が置いてあるという工場も多いんじゃないかなと思います。

 

当ブログでは筆者がものづくりについて勉強しながら知ったことを記事に順次反映していっています。
もしご意見、アドバイスなどありましたらお気軽に連絡をください。

将来の夢は、新入社員の教科書みたいなサイトを作る事です。
それでは明日もものづくり、頑張りましょう!

 

 

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