研削加工とは？特徴や切削・研磨との違い、工具、加工の種類を解説

研削加工とは、砥石を高速で回転させながら、金属などの材料の表面を削る作業です。

切削加工に比べて、工具である切削砥石が微小な構造であるため、所望の形状を得やすく、加工精度が高いといった特徴があります。精度が求められる部品などの仕上げには、欠かせない加工技術です。

今回は、研削加工で使用する切削工具の構成や切削砥石を選定する際に確認すべき項目、研削加工の種類である平面研削や円筒研削の特徴を、加工機の動画を交えながら説明します。

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１．研削加工とは

研削加工とは、外周部に無数の刃を持つ「研削砥石」という工具を使用して、加工対象物を高速で削っていく加工方法のことです。砥石にはダイヤモンドなどの高硬度の材料を使用しており、金属などの硬い部品の表面仕上げなどを行うことができます。

非常に細かい粒状の砥石で加工を行うため、切り込みが非常に小さく、対象物を目標形状に寸法精度よく加工でき、表面の仕上がり粗さも低くなります。ハサミや包丁などの金物も、研削加工で作られた身近な製品です。

研削加工では、微細な表面凹凸がある砥石を高速回転させて、削り取る加工を行います。それに対して、切削加工は、先端が鋭利な剪断角の大きい刃物型の工具を用いて、対象物の表面と点で接するようにして切り出す加工を行います。加工特性を比較すると、以下の表のようになります。

研削加工の方が、砥石と加工面との接触面積が大きいことから、切削温度や加工面と工具の発熱温度も高くなります。

なお、切削加工の詳細については、下記をご覧ください。

切削加工とは？種類やそれぞれで使う工具・加工機【動画付き】を解説

研削は広い意味では研磨の中に含まれますが、研磨の方が研削よりも磨き上げる要素が強く、表面の仕上げ粗さが低く、ツヤを出すような加工を行います。研削は、どちらかというと「表面を削り取る」という意味合いが強くなります。

研削加工で使用される工具は「砥石」です。切削工具とは違って、全体が無数の微細な砥石で構成されているので、表面が削れたり欠けたりしても再研磨する必要がありません。研削砥石は、構造の違いによって、一般砥石と超砥粒ホイールの2つに大きく分けられます。

研削工具のほぼ全体が切れ刃の働きをする砥粒層で構成されている砥石です。砥粒と結合剤を混合して型に入れて成形した後に、焼結させることで研削砥石が完成します。焼結工程があるため空気の穴である気孔ができ、ここから研削加工時の切り屑が排出されます。

砥石の砥粒にダイヤモンドやCBN（立方晶窒化ホウ素）を用いている砥石で、内周部の台座となる「台金」がアルミニウムなどの金属でできており、外周部表層の1〜3mm程度に砥粒層があります。砥粒層が砥粒と結合剤だけで構成されているマトリックスタイプと、気孔があるブリッジタイプの2つに分類されます。

研削砥石を選定する際には、「JIS R 6242」で定められている以下の項目を参考にします。研削対象はもちろん、使用する機械条件にも関わるため、事前確認が必要です。

選定のポイント	補足
形状	平形やストレートカップ形などさまざまな形状があります。
大きさ	研削砥石の外径や厚さ、孔径などの大きさを表します。
種類	アルミナやダイヤモンドなどの原料の材質を指します。材料によって、ヌープ硬さや高温下での硬さ（高温硬度）などの特性が異なります。
粒度	粒度によって、砥石に加工した時の表面粗さが変わります。
結合度	砥粒同士の結合の度合いを表し、基本的には結合剤の量が多いほど結合度は高くなります。
組織	研削砥石の中で、砥粒が占める体積比率を表します。砥粒が多いほど、組織の数値も高くなります。
結合剤の種類	砥粒の結合に使用している結合剤の種類や、焼結温度などが記載されており、研削加工の仕上がりにも影響します。
最高使用周速度	研削砥石を破損させずに安定して使用できる限界速度が記載されています。