平成23年 機械・知能系 ５セメスター

6. 除去加工 研削加工 Removal processing: grinding processes

機械創成学Ｉ Creation and Production I

主な材料加工法 Manufacturing processes

成形加工 除去加工 付加加工

塑性加工

粉末・射出成形

切削加工

研削加工

特殊加工

接合・溶接

表面改質・処理

鋳造

めっき、蒸着

Forming processes Removal processing Joining processes

Casting

Plastic forming

Powder processing Injection molding

Cutting

Grinding

Advanced processes

Bonding and welding

Surface treatment, modification

研削加工とは？ What is grinding?

●砥粒を固めて作った( ) させ、これを 工具として加工に用いる方法（一種の切削加工） A chip-removal process that uses an ( ) as the cutting tool.

◆微小切削：切りくずが極めて小さい。精密加工に適する。 High precision process : removing small amounts of material from a surface through

cutting process ◆砥石を使うことで、さまざまな形状の加工物に適用可能 Wide variety of workpiece geometries ← grinding wheels (bonded abrasives)

砥石

研削加工の種類 Types of grinding processes

( ) ( )

Conical surfaces 円錐面研削

Fillets on a shaft 面取り研削

Helical profiles らせん溝研削

Concave shape 凹面の研削 Cutting off or slotting

突っ切り、溝研削

( ) ( )

平面研削 Surface grinding

平面研削盤 Surface grinding machine

砥石の( )を用いる場合

with ( ) of grinding wheel

カップ形の砥石の( )を用いる場合

With ( ) of grinding cup

ディスク形砥石の( )を用いる場合

With ( ) of grinding disk

砥石の構造と性状 Structure and characteristics of grinding wheel

砥石 Grinding wheel: ( ) から構成される。 Composed of ( )

結合材 Bonding materials ビトリファイド結合剤 Vitrified：粘土 clays、長石 feldstar レジノイド結合剤 Resinoid：フェノール樹脂 phenolic resin (thermosetting resin) メタル結合剤 Metal

砥粒材料 Materials for abrasives アルミナ(alumina) 、lSiC (silicon carbide)、CBN (cubic boron nitride)， ダイヤモンド (diamond)

空隙 結合材

砥粒

( ) 重要！⇒切り屑による目詰まり防止、冷却効果 ( ) is essential to provide clearance for the chips produced and to provide cooling

砥石の目直し（ドレッシング） Dressing

( ) で砥粒表面を切断して新しい切刃を作る。 Conditioning worn grains of grinding wheel by ( ) on grains.

切刃の変化過程 Change in cutting edge

●目つぶれ Glazing ⇒砥石の摩耗 Wear of the wheel ●目詰まり Loading ⇒切り屑が空孔にたまる The porosities are filled with chips

Worn surface

Brittle layer

Dresser Crash-roller

切削 Cutting 粉砕 Crashing

研削理論 Grinding process

砥石の回転周速度：V

Tangential velocity of the wheel 工作物の送り速度：v

Moving velocity of a workpiece

sinTQQUgs

DDD

OQ

QI

V

va

aV

vTQ

2)2//(sin

)/(

（砥粒切込深さ wheel depth of cut）

DV

vags

2

砥石 Grinding wheel

工作物 workpiece

Cut by abrasive A Cut by

abrasive B

I

B A

回転砥石における幾何学

砥粒

Abrasive

工作物の送り速度と砥石の回転速度の比

⇒ 研削切りくずの形態に大きな影響 Ratio of wheel velocity and workpiece velocity influences significantly on the chip formation produced.

砥粒による表面加工 Chip formation by abrasive

●研削における砥粒の作用 Action of abrasives in grinding process (1) ( )：すべるだけで切り屑を作らない ( ) : rubbing of the grain along the workpiece surface without chips (2) ( )：傷は作るが削れない ( ): grooves on the workpiece surface without chips (3) ( )：条痕の側面に切り屑として排出 ( ) : chips are produced at the side of the ridges (4) ( )：砥粒前面に切り屑を排出をする。側面に盛り上がりも作る ( ) : chips are produced in front of the abrasive ●研削加工した工作物の表面にはこのような微小な傷が無数に残る。 Small scratch marks is formed on the workpiece surface for grinding.

砥粒の刃先とその損耗 Wear of cutting edge of wheel

砥石の切刃の磨耗 Wear of cutting edge of the wheel →

切刃がなまってしまい( )する場合が多い。 （ ） Get dull: ( ) decreases grinding efficiency A

en

i 1

切刃面積 Cutting edge area

刃先をもたない

砥粒

Without cutting

edge

切刃

Cutting edge

切刃面積率 Cutting edge area ratio

通常は切刃面積率が増えて，ある一定の値（砥石の種類で異なる）になったときを砥石の寿命としている。 Life of the grinding wheel is determined when the cutting edge area ratio reaches the threshold value (depending on the types of wheels).

刃先をもつ砥粒

With cutting edge

Total area

研削液による潤滑 Grinding fluid

●研削液（研削部位に注ぎながら研削する）Grinding fluid 水と油の薬品の混合物である研削液を用いる。Mixture of water, oils, and chemicals 不水溶性研削液、乳化油、水溶性研削油、無機塩類水溶液 Water-insoluble, emulsified oil (emulsion), water-soluble, inorganic salt solution （１）( )：工作物、砥石の冷却 ( ) : cooling the grinding wheel and workpiece （２）( )：砥粒切刃と切り屑の間の潤滑を良くし、切削を助ける。 ( ): increase lubricity between grain cutting edge and the chips （３）( )：切り屑と砥粒の破砕片を洗い流し、目詰まりを防ぐとともに、 仕上げ面を良好にする。 ( ) : washing away the chips and crushing fragment of the abrasives to prevent loading （４）( )：研削部位が高温になることによって工作物表面に化学変化を 起こし、切り屑生成を容易にする。 ( ) : make the chip production easily using the chemical reaction on the workpiece surface where the surface temperature increases

精密仕上げ加工：ホーニング Finishing operation: Honing

●ホーニング：数本の( )をばねや油圧で加工面に押し付けながら回転させ、

同時に軸方向に往復運動させることで，加工物の内径を研磨する。

Honing : an operation that is used primarily to improve the surface finish of holes using the ( ) consisting of a set of bonded abrasive sticks.

(1)押し付け圧力、砥粒の種類、大きさ、回転速度によって、仕上げ面精度を調整できる。

The quality of the surface finish can be controlled by the types and size of abrasive, the pressure applied and speed.

(2) 低速のため、熱の発生が少なく、( )

( ) caused by low heat generation (low speed)

(3) 作業は単純。低コスト Simplified process and low cost (4) 自動化可能 automatable

特徴 Nonabrading bronze guide 銅合金ガイド

Sto

ne

ストーン

Spin

dle

スピンドル

Honing head

Workpiece

Honing tool

精密仕上げ加工：ラッピング Finishing operation : Lapping

工作物をそれより軟らかい( ）押し付けて、 両者の間に( )を加え、相対運動をさせて工作物表面から極 微量の切り屑を取り去り、精度の高い仕上げ面を得る方法。 Workpieces and the ( ) are rubbed together with an ( ) between them, by hand movement or by way of a machine to finish flat, cylindrical, or curved surfaces with high precision.

遊離砥粒 ラップ盤

梨地 素材 光沢 鏡面

CNC工作機械 Computer numerical control (CNC) machine tools

工作機械に必要とされる工具の運動や制御を( )によって行う自動加工機械 The machine tool in which movement and control of the machine tool and its components are achieved by ( )

切削工具

リーマ

ドリル

ドリル 多刃工具

タレット チャック

CNC旋盤 (CNC lathe)

マシニングセンタ Machining centers

多種類の工具を用いてフライス・穴あけ・ねじ立てなどの( ) によって行うことが出来る工作機械 An advanced computer-controlled machine tool that is capable of preforming a variety of machining operations on different surfaces of a workpiece without having to remove it from its workholding device or fixture.

横型5軸マシニングセンタ Five-axis horizontal-spindle

machining center

横形マシニングセンタでの工具の交換機 Tool changer on

a horizontal-spindle machining center

①

②

③

④

⑤

工具の取り付け Tool-exchange

ホームポジション Home position

本日のまとめ Today’s summary

●砥粒を固めて作った研削砥石を高速度で回転させ、これを 工具として加工に用いる方法（一種の切削加工） A chip-removal process that uses an grinding wheels (bonded abrasives) as the cutting tool.

◆微小切削：切りくずが極めて小さい。精密加工に適する。 High precision process : removing small amounts of material from a surface through

cutting process ◆砥石を使うことで、さまざまな形状の加工物に適用可能 Wide variety of workpiece geometries ← grinding wheels (bonded abrasives)

＜主な研削方法と重要事項＞ 円筒研削、内面研削、平面研削、ホーニング、ラッピング、ドレッシング Cylindrical grinding, internal grinding, surface grinding, honing, lapping, dressing