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基 礎 編 研削研磨加工 (財)機械振興協会 技術研究所 加工技術データファイル 基礎編 研削研磨加工 財( 機)械振興協会 技術研究所 加工技術データファイル ま え が き 加工過程は物理現象と化学現象の集積と見なされるので、理屈では全て論理的、 定量的記述ができそうに思われる。しかし実際現場で行われている加工では、現場 条件即ち加工諸元および加工条件とパフォーマンスとの間の関数関係は多くの場合、 気の遠くなるほど複雑多岐になるため、これに対しては本加工技術データファイル における事例がその第一近似的解を与えることになろう。 一方、各加工法の基本的骨組はこれまでの研究と現場的経験から、体系化または それに近い形の技術論理で記述できるようになっている。これが本加工技術データ ファイルの基礎編である。事例が第一近似的解を与える知識の“点”であるとすれ ば、基礎編は知恵という脈絡を与える“線”または“面”である。したがって、第 一近似的解を最適解にもっていきたいとき、どの方向にどれだけ動かしたらよいか を知るのに基礎編は役立つ。また、点の知識を線または面という流れの中で理解し 会得することで、その周辺における良質の知恵を獲得することができる。このため、 基礎編・事例・総説の各項目は主要なキーワード・コードによって関連付けられ、 PC 用検索システムによって検索できるようになっている。 本基礎編では従来のハンドブック等とは異なって、歯切れよく工学ないし技術の 論理が記述されているので、現場的経験と関連付けながら技術の底力を付けるため のテキストにもなりうると確信する。 加工技術データファイル 企画委員会 顧問 竹 山 秀 彦 『加工技術データファイル』基礎編（研削研磨加工）編集スタッフ 《編集委員会》 顧 問 竹山 秀彦（東京農工大学名誉教授） 委員長 村田 良司 （東京理科大学） 委 員 井上 英夫 （中央大学） 太田 稔（日産自動車 ( 株) ） 佐藤 素（横浜技術士懇話会） 塩野入 幸一（ホンダエンジニアリング ( 株) ） 柴田 順二 （芝浦工業大学） 幹 事 新谷 聰 （ ( 財) 機械振興協会 技術研究所） 小川 清司 〃 浅倉 豊 〃 《執 筆 者》 執筆項目 1.1 田中 武司 （立命館大学） 1.2 1.3 1.4 1.5 1.5.5 1.6 1.6.3 1.7 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 3. 井上 英夫 阿部 聡 高木純一郎 清水 伸二 星 鐵太郎 柴田 順二 江田 弘 勝田 守 榎本 博司 鈴木 浩 平野 爲義 立花 亨 高桑 俊也 榎本 博司 平野 義治 川口 俊充 下田 彰 柳瀬 吉言 山口 昭次 青山 正由 酒井 保男 吉岡 正人 鈴木 清 植松哲太郎 安永 暢男 松森 曻 森田 実 河西 敏雄 土肥 俊郎 安部 賢一 石川 憲一 諏訪部 仁 北嶋 弘一 寺崎 尚嗣 山本 章裕 石渡 昭一 4. 5. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 （中央大学） （ユシロ化学工業 ( 株 ) ） （横浜国立大学） （上智大学） （豊橋技術科学大学） （芝浦工業大学） （茨城大学） （豊田工機 ( 株 ) ） （ ( 株 ) 岡本工作機械） （豊田工機 ( 株 ) ） （トーヨーエイテック ( 株 ) ） （ミクロン精密 ( 株 ) ） （ ( 株 ) アマダマシニックス） （ ( 株 ) 岡本工作機械） （クレノートン ( 株 ) ） （ ( 株 ) 不二越） （三井精機工業 ( 株 ) ） （三菱重工 ( 株 ) ） （豊田工機 ( 株 ) ） （豊田工機 ( 株 ) ） （酒井技術士事務所） （山梨大学） （日本工業大学） （富山県立大学） （東海大学） （ ( 株 ) ミズホ） （ ( 株) ノリタケコーテッドアブレーシブ） （埼玉大学） （埼玉大学） （ ( 株 ) 光陽社） （金沢工業大学） （金沢工業大学） （関西大学） （ ( 株 ) スギノマシン） （兵庫県立工業技術センター） （PS 研究所） 加工技術データファイル基礎編（研削研磨加工）目次 ページ 1. 研削加工の基礎……………………………………………………………………………………… 1 研削砥石の構成と仕様 ………………………………………………………………………… 一般研削砥石 …………………………………………………………………………………… ダイヤモンドホイール ………………………………………………………………………… CBN ホイール …………………………………………………………………………………… ドレッシングおよびツルーイングと研削性能 ……………………………………………… 汎用ビトリファイド砥石のドレッシングおよびツルーイングの意義とその目的 ……… 汎用ビトリファイド研削砥石のツルーイングとドレッシング …………………………… 超砥粒砥石のツルーイングとドレッシング ………………………………………………… ツルーイングおよびドレッシングの作業効果の判定 ……………………………………… ツルーイング法およびドレッシング法の選択基準 ………………………………………… 研削油剤 ………………………………………………………………………………………… 研削油剤の種類 ………………………………………………………………………………… 選択基準 ………………………………………………………………………………………… 給油法 …………………………………………………………………………………………… 浄化方法 ………………………………………………………………………………………… 油剤管理と安全衛生 …………………………………………………………………………… 廃液処理 ………………………………………………………………………………………… スラッジ処理 …………………………………………………………………………………… 1 1 3 6 9 9 10 12 18 20 22 22 22 25 26 26 32 33 研削現象 ………………………………………………………………………………………… 砥粒による材料の除去機構 …………………………………………………………………… 研削抵抗 ………………………………………………………………………………………… 研削熱と研削温度 ……………………………………………………………………………… 砥石の摩耗と寿命 ……………………………………………………………………………… 研削盤 …………………………………………………………………………………………… 研削盤の諸形式 ………………………………………………………………………………… 研削盤の静・動剛性と加工精度 ……………………………………………………………… 研削盤の運動精度と加工精度 ………………………………………………………………… 研削盤の熱変形と加工精度 …………………………………………………………………… 研削加工におけるびびり振動のメカニズムと抑制対策 …………………………………… 加工精度と表面品位 …………………………………………………………………………… 加工精度 ………………………………………………………………………………………… 表面品位 ………………………………………………………………………………………… 加工による表面損傷 …………………………………………………………………………… 研削サイクルの経済性 ………………………………………………………………………… 研削サイクル最適化の概念 …………………………………………………………………… 研削取り代の設定と研削サイクルの構成 …………………………………………………… 研削加工系の弾性変形と過渡的研削現象 …………………………………………………… ドレッシングインターバルと研削サイクル ………………………………………………… 34 34 37 40 42 44 44 47 49 50 52 56 56 57 59 65 65 65 66 67 2. 砥石による研削の応用技術 …………………………………………………………………… 68 68 68 70 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.3.7 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.3 1.7 1.7.1 1.7.2 1.7.3 1.7.4 平面研削 ………………………………………………………………………………………… 2.1.1 平面研削盤の諸形式とその作業 ……………………………………………………………… 2.1.2 加工条件とその特徴 …………………………………………………………………………… 2.1 2.1.3 トラブルとその対策…………………………………………………………………………… 円筒研削………………………………………………………………………………………… 2.2 2.2.1 円筒研削盤の諸形式とその作業……………………………………………………………… 2.2.2 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… 2.2.3 トラブルとその対策 …………………………………………………………………………… 内面研削………………………………………………………………………………………… 2.3 2.3.1 内面研削盤の諸形式とその作業……………………………………………………………… 2.3.2 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… 2.3.3 トラブルとその対策…………………………………………………………………………… センタレス研削………………………………………………………………………………… 2.4 2.4.1 センタレス研削盤の諸形式とその作業……………………………………………………… 2.4.2 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… 2.4.3 トラブルとその対策…………………………………………………………………………… 輪郭研削………………………………………………………………………………………… 2.5 2.5.1 輪郭研削の諸方式とその作業………………………………………………………………… 2.5.2 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… 2.5.3 トラブルとその対策…………………………………………………………………………… 総形研削とクリープフィード………………………………………………………………… 2.6 2.6.1 総形研削の諸方式とその作業………………………………………………………………… 2.6.2 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… 2.6.3 トラブルとその対策…………………………………………………………………………… 自由研削と粗研削……………………………………………………………………………… 2.7 2.7.1 自由研削及び粗研削の諸方式とその作業…………………………………………………… 2.7.2 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… 2.7.3 トラブルとその対策…………………………………………………………………………… 工具研削………………………………………………………………………………………… 2.8 2.8.1 工具研削盤の諸形式とその作業……………………………………………………………… 2.8.2 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… 2.8.3 トラブルとその対策…………………………………………………………………………… ねじ研削………………………………………………………………………………………… 2.9 2.9.1 ねじ研削盤の諸形式とその作業……………………………………………………………… 2.9.2 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… 2.9.3 トラブルとその対策…………………………………………………………………………… 歯車研削………………………………………………………………………………………… 2.10 2.10.1 歯車研削盤の諸形式とその作業……………………………………………………………… 2.10.2 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… 2.10.3 トラブルとその対策…………………………………………………………………………… カム研削………………………………………………………………………………………… 2.11 2.11.1 カムプロフィル研削の諸方式とその作業…………………………………………………… 2.11.2 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… 2.11.3 トラブルとその対策…………………………………………………………………………… クランクシャフト研削………………………………………………………………………… 2.12 2.12.1 クランクシャフト研削の諸方式……………………………………………………………… 2.12.2 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… 2.12.3 トラブルとその対策…………………………………………………………………………… ロール研削……………………………………………………………………………………… 2.13 2.13.1 ロール研削の諸方式とその作業……………………………………………………………… 2.13.2 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… 73 76 76 77 78 80 80 84 87 88 88 90 93 95 95 97 98 100 100 104 105 109 109 110 111 112 112 112 116 117 117 118 120 121 121 124 126 128 128 129 130 131 131 132 134 135 135 136 2.13.3 トラブルとその対策…………………………………………………………………………… 無機材料の研削………………………………………………………………………………… 2.14 2.14.1 無機材料加工の特徴…………………………………………………………………………… 2.14.2 ガラスの研削…………………………………………………………………………………… 2.14.3 宝石の研削……………………………………………………………………………………… 2.14.4 石材の研削……………………………………………………………………………………… 2.14.5 焼結セラミックスの研削……………………………………………………………………… 2.14.6 単結晶材料の研削……………………………………………………………………………… 136 138 138 139 140 141 142 143 3. 複合研削／研磨加工…………………………………………………………………………… 145 複合研削／研磨加工の概要…………………………………………………………………… 145 3.1.1 複合研削／研磨加工の定義…………………………………………………………………… 145 3.1.2 重畳エネルギによる複合研削／研磨加工の分類…………………………………………… 145 振動付与研削／研磨加工……………………………………………………………………… 146 3.2 3.2.1 振動付与の目的と方法………………………………………………………………………… 146 3.2.2 加工用工具形態からの分類…………………………………………………………………… 146 3.2.3 各種超音波研削加工技術……………………………………………………………………… 147 3.2.4 超音波放電研削………………………………………………………………………………… 149 3.2.5 超音波除去加工法の問題点とその対策……………………………………………………… 150 磁力援用研磨加工……………………………………………………………………………… 150 3.3 3.3.1 通常磁気研磨…………………………………………………………………………………… 150 3.3.2 遠心力利用磁気研磨…………………………………………………………………………… 150 電気的エネルギ重畳加工……………………………………………………………………… 151 3.4 3.4.1 電解複合研削／研磨加工……………………………………………………………………… 151 3.4.2 電解インプロセスドレッシング研削………………………………………………………… 152 3.4.3 電圧印加複合加工……………………………………………………………………………… 152 化学反応援用研磨……………………………………………………………………………… 153 3.5 3.5.1 メカニカル・ケミカルポリシング…………………………………………………………… 153 3.5.2 メカノケミカルポリシング…………………………………………………………………… 153 3.5.3 高速摺動研磨…………………………………………………………………………………… 153 3.1 4. ホーニングと超仕上げ………………………………………………………………………… 156 ホーニング……………………………………………………………………………………… ホーニング盤の諸形式とその作業…………………………………………………………… 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… トラブルとその対策…………………………………………………………………………… 超仕上げ………………………………………………………………………………………… 超仕上げ盤の諸形式とその作業……………………………………………………………… 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… トラブルとその対策…………………………………………………………………………… 156 156 157 161 163 163 163 168 5. ベルト研削とコーテッドアブレーシブ工具 …………………………………………… 170 研磨布紙………………………………………………………………………………………… 5.1 研磨布紙を用いた研磨方法…………………………………………………………………… 5.2 5.2.1 研磨機の種類と特徴…………………………………………………………………………… 5.2.2 各分野での応用例……………………………………………………………………………… 加工条件と研磨性能…………………………………………………………………………… 5.3 5.3.1 木材素地研磨…………………………………………………………………………………… 170 170 170 171 172 172 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 5.3.2 金属加工………………………………………………………………………………………… トラブルシューティング……………………………………………………………………… 5.4 173 174 6 遊離砥粒加工………………………………………………………………………………………… 175 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3 6.5 6.5.1 6.5.2 6.5.3 6.6 6.6.1 6.6.2 6.6.3 6.7 6.7.1 6.7.2 6.7.3 6.8 6.8.1 6.8.2 6.8.3 ラッピング加工………………………………………………………………………………… ラッピング・砥石研磨の諸方式とその作業………………………………………………… 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… トラブルとその対策…………………………………………………………………………… ポリシング加工………………………………………………………………………………… 基本的加工原理………………………………………………………………………………… 超精密ポリシングの諸方式とその特徴・加工条件………………………………………… トラブルとその対策…………………………………………………………………………… バフ加工………………………………………………………………………………………… バフ加工の諸方式とその作業………………………………………………………………… 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… トラブルとその対策…………………………………………………………………………… ワイヤ切断……………………………………………………………………………………… ワイヤ切断の諸方式とその作業……………………………………………………………… 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… トラブルとその対策…………………………………………………………………………… ブラスト加工…………………………………………………………………………………… ブラスト加工の諸方式とその作業…………………………………………………………… 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… トラブルシュート……………………………………………………………………………… ウォータジェット加工………………………………………………………………………… ＡＢＷＪ加工とその作業……………………………………………………………………… 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… トラブルとその対策…………………………………………………………………………… バレル加工……………………………………………………………………………………… バレル加工の諸方式とその作業……………………………………………………………… 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… トラブルとその対策…………………………………………………………………………… 超音波加工……………………………………………………………………………………… 超音波加工とその作業………………………………………………………………………… 加工条件とその特徴…………………………………………………………………………… トラブルとその対策…………………………………………………………………………… 175 176 177 177 178 178 179 183 185 185 187 188 190 190 191 193 194 194 196 197 199 199 200 202 204 204 205 207 209 209 210 211 2 . 4 センタレス加工 2. 4 センタレス研削 2. 4. 1 センタレス研削盤 の諸形式とその作業 センタレス研削は研削砥石と調整砥石で工作物を挟み (1) センタレス研削方式の基本形式 調整砥石とブレード（受け刃または支持刃ともいう）で 工作物を支えながら回転させ工作物の内外周面、端面な 外周加工のセンタレス研削方式では次の四つの基本形 どを研削する加工方法である。文字通り工作物をセンタ 式に分類できる。 支持せず、工作物の外周面で支えることから心なし研削 1）通し送り研削 とも呼ばれる。図 2.4-1 に示すように研削点 A、工作物と 図 2.4-2 に示すように、調整砥石軸に傾斜角（送り角） ブレードの接点 B、工作物と調整砥石の接点 C とすると、 θを与え工作物を両砥石の間で軸方向に通過させながら 「任意の 3 点 A、B、C で決定される円は唯一である」と 研削する方式である。工作物は調整砥石の摩擦力を受け いう原理に基づいた研削法であり、3 点 A、B、C での支 ながら、調整砥石と同じ周速で回転制御され、ブレード 持条件が工作物の形状精度決定の要因となる。従って、 上を軸方向に送り作用（推力）を与えられて研削される。 工作物中心の高さ（心高）、ブレード頂角、調整砥石の回 この場合、研削・調整両砥石の間隔も変化させて工作物 転制御などセンタレス研削方式特有の調整が必要とな 供給側から粗研削、中研削、仕上げ研削、スパークアウ る。一方では、研削砥石を研磨ベルトに置き換えたベル トと連続的に研削して高精度加工を持続させることがで トセンタレス研削などや内面センタレス研削では工作物 きる。軸方向に規制がなく、工作物を連続的に供給でき の回転駆動方法として、外周面を複数の回転ロールで支 るので特に高い生産能率が確保できる。同一外径の長尺 持しながら駆動する、あるいは固定シュー (すべり金)で 軸類や円筒部品、リング部品の連続研削加工に適してい 外周支持し工作物端面をマグネットプレートで駆動する る。 シュータイプなどもある。一般にセンタレス研削盤は従 工作物を調整砥石と工作物全長にわたり接触させなが 来から専用機として量産向け用途が多く、単一品の特に ら軸方向に送り作用を与えるため調整砥石は鼓形（一葉 高能率な加工に活用されているが、最近では多品種少量 回転双曲面）に成形する。この形状は工作物心高 H、送 生産、超精密研削への対応も進んでいる。 り角θなどによって変化する。また、通し送り研削の加 工( 送り ) 速度 F v は次式によって与えられる。 Fv ＝π(Rd/1000) Rn sin θ (1) Fv：通し送り研削の加工速度 (m/min) ᆅҭᆉᆀ ࡾͽ࿎ Á Ã ᝩᆉᆀ Rd：調整砥石の直径 (mm) Rn：調整砥石の回転数 (rpm) θ：調整砥石軸の傾斜角( 送り角) ( °) Â 2）送り込み研削 円筒研削などにおけるプランジカット研削と同様であ ʠʶ˂ʓ る。図 2.4-3 に示すように研削・調整両砥石の間に工作物 を挟み、両砥石間隔を狭めることにより研削を行う方式 َǽʅʽʉʶʃᆅҭࣻɁژటഫ である。一つの工作物に直径差や欠円のある場合、また は総形研削など、通し送り方式では研削不可能な形状の 工作物に対応する研削方式である。工作物形状に見合っ ᆅҭᆉᆀ ࡾͽ࿎ た形状を有するブレードおよび調整砥石に支持され、軸 ᝩᆉᆀ 方向にも規制されながら研削が行なわれる。ただし、工 作物の直径が異なる部分では支持する調整砥石の直径が Ͽ୵ᜏĦ 異なり、周速差が生じ加工が不安定となる。そのため工 作物の直径が異なる一方を調整砥石支持、他方をシュー 支持に分けて支えたり、研削砥石、調整砥石をそれぞれ ʠʶ˂ʓ َǽᣮȪᣞɝᆅҭࣻ 88 軸方向に分割して周速を独立に制御したりする方法も行 われる。 加工技術データファイル 基礎編（研削研磨加工）