平面研削盤の完全ガイド：特徴、用途、メリット

基本

平面研削盤は最も一般的な研削盤タイプの一つです。研削砥石をドレッシングして鋭い切れ刃を維持できるため、工具インサートが摩耗すると公差と表面品質が劣化するフライスや旋削など他の加工操作とは異なり、一貫した仕上げと高い寸法精度を実現できます。これらの機械を使用するユーザーについては、以下のブログエントリをご覧ください：

→ 詳細：CNC研削盤 - 実用的な機械

平面研削盤の主な目的は、製造部品の仕上げ加工です。これは、固定された研削砥石を使用して、バイスで固定された金属表面を削り取りまたはトリミングする非常に精密な工具です。研削盤のテーブルは磁性で、材料を静止させるのに役立ちます。この磁石は研削盤前面のレバーで切り替え可能です。研削盤は必要に応じて自動的に前後移動、または手動で移動できます。

平面研削は、滑らかな表面テクスチャを精密に生み出す一般的な仕上げ技術です。表面仕上げは美しく実用的両方であり、さまざまな用途で信頼できる技術です。技術者は砥石の形状と研磨材を変更して、セラミック、超硬、光学材料を含むほとんどの金属と非金属に対応できます。他の成形方法とは異なり、極めて硬いまたは研磨性の高い材料にも研削可能です。

さらに、現在平面研削はCNCシステムと組み合わせてより高い精度と効率で行われることがよくあります。以下のビデオはEquiptopによるハイエンドCNC平面研削盤のデモンストレーションです：

構造と主要コンポーネント

平面研削盤の構造設計はシンプルです。主要部品にはワークテーブル、研削砥石、動力システム、フレームが含まれます。フレームは必要なすべてのコンポーネントと補助装置をまとめています。最終用途に応じて、プロセスを支援するアタッチメントがある場合があります。

ワークテーブル
ワークテーブルは研削盤の作業面です。ワークが置かれ、研削プロセスが実行される場所です。ワークテーブルには、操作中にワークを固定するための治具またはワーク保持装置が取り付けられます。一般的なワーク保持装置にはチャックとバイスがあります。テーブルは研削プロセス中に水平移動し、研削砥石がワークの微小部分を削り取ります。

テーブルは縦送りで直線的に前進し、研削砥石の表面を横切っても移動します。縦送りは一般的に油圧システムで駆動され、横送りは電気・油圧システムで駆動されるか、手動で調整されることが多いです。

研削砥石
研削砥石は研削盤の切削工具です。砥粒（グリット）を含む研削ディスクです。砥粒が切れ刃としてワークを切削します。砥粒のサイズと材質が研削砥石の用途を決定します。砥粒が小さいほど、より細かく滑らかな表面になります。砥粒サイズ以外に、送り速度と回転速度も機械の使用に影響します。

研削砥石は精密平面研削盤の最も重要なコンポーネントの一つです。円形砥石はスピンドルヘッドで回転し、その高さは操作要件に合わせて調整可能です。研削砥石の状態と材質は、精密研削盤の性能に影響を与えるため不可欠です。一般的に、研削砥石は酸化アルミニウム、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素、ダイヤモンドから作られます。その中で最も経済的な酸化アルミニウムが最も好まれる研削砥石材料です。

コストを削減しつつ機能性を高めるため、多くのメーカーは立方晶窒化ホウ素砥石とダイヤモンド砥石の芯に安価な代替材を使用しています。ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素製の研削砥石は理想的に強力で、通常の研削砥石では難しいセラミック、超硬、その他の硬い材料の研削に適しています。研削砥石を常に最良の状態に保つため、ドレッサーでコンポーネント表面をリフレッシュし、バランススタンドで許容差、平行度、同心度、砥石摩耗に対するアンバランスを検出・改善します。

動力システム
過去には研削盤は機械工によって手動で操作されていました。機械工はシャンクやネジで研削砥石を常にオン・オフしなければなりませんでした。これにより品質、効率、精度が制限されていました。今日、重作業プロジェクト用の高精度平面研削盤は、持続可能な動力出力と速度を提供するために使用されます。電気回転モーターが、今日のほとんどのCNC研削盤の動力源として使用されています。

コントローラー
高精度・高効率な平面研削を自動的に生み出すため、多くの精密平面研削盤はCNCシステムを採用し、所望の切込み深さと火花を完全に制御します。値は事前に決定され、簡単に設定できます。さらに、前回の研削サイクル設定を保存し、次回簡単に繰り返せます。サーボ制御により、優れた滑らかな表面仕上げと重要な寸法を持つ製品を提供できます。

チャック
チャックは研削部品をしっかりと把持するワーク保持装置です。精密平面研削盤では磁気チャックが広く使用されています。クランプ装置は電磁式、または手動操作が必要な永久磁石式があります。

クーラントと潤滑剤
精密平面研削盤の操作には潤滑剤が必要です。切削と研削砥石の面を滑らかにするだけでなく、操作中に形成される金属チップを除去します。場合によっては、作業砥石とワークを冷却することもできます。潤滑剤は主に研削エリアに直接適用され、液体がコンポーネントの回転で飛ばされないようにします。精密平面研削盤で一般的に使用される潤滑剤には、水溶性油、石油系油、合成油、その他の化学流体があります。

平面研削盤のタイプ

基本的な3タイプがあります：横形、縦形、ディスク研削盤。主な違いは研削砥石がワークにどう接触するかにあります。

横形スピンドル設計の砥石はワークテーブル上方に吊り下げられています。砥石の平らな外縁のみがチャックで保持された物体に接触します。研削面が小さいため、毎回高精度で切削でき、小さな特徴が要求される場合に通常使用されます。スピンドルには2つの一般的なタイプがあるように、平面のみを研削する2つの一般的なタイプがあります。

● 横形スピンドル
このタイプの平面研削盤は業界で最も一般的です。角度面や円錐面、溝、リセスなどの高精度作業に最適です。ピン、ピストン、コネクティングロッド、ベアリングレースなどがこのタイプの機械で研削される部品の例です。

● 縦形スピンドル
縦形スピンドル研削盤は通常、大量の材料除去に使用されます。最も顕著な違いは、砥石の側面が平面に使用されるのではなく、端面が使用されることです。縦形スピンドル研削盤は、ステーター、プレート、ローター、ギア、内輪とプレート、ストップとスペーサーの研削に最適です。

これらの機械は、砥石の平らな端面がワークに接触するように配置されます。これにより滑らかな表面を持つ平坦な形状が得られます。この構成により、対角線、溝、溝の精密成形が必要な用途を含め、平面が必要な用途に使用できます。縦形スピンドル設計はスピンドルが垂直に上下します。研削砥石自体はスピンドルの底部に平らに横たわるため、砥石の全幅をワークの研削に使用できます。一般的に、この設計はより大きなパネルやプレートでの加工、または大量の材料を迅速に研削する必要がある状況で使用されます。

● シングルディスクとダブルディスク
シングルディスクとダブルディスク研削盤は、横形スピンドルと縦形スピンドルの両モデルに組み込めます。ディスク研削盤は研削面とワークの間の接触面積が大きく、両面を一度に研削できます。ローター、プレート、スペーサー、ギア、ワッシャーなどのコンポーネントはすべてディスク研削盤の理想的な候補です。

操作と機能原理

電源投入時、研削砥石が高速回転します。ワークが所望の高さで固定されると、回転砥石がワークのすぐ上に位置付けられます。テーブルが左右に動き始め、ワークベッドがわずかに上昇して研削砥石がワークと接触します。作業ベッドも前後に動くため、ワークのより均一な研削が可能です。

研削砥石がプロセス中に完全に真っ直ぐである必要はないことに注意してください。研削部品の表面に特定のパターンが必要な特定の用途では、カスタムプロファイルの砥石を採用してそのパターンを実現できます。あるいは、単に直線砥石にパターンを機械加工して同じ効果を得ることもできます。

用途

平面研削盤を利用する主要産業は以下の通りです：

● 航空機
航空宇宙産業は、従来の工具では加工困難な材料を加工することで知られています。これらのタフで高温耐性材料により、コンポーネントは航空機エンジンの過酷な条件下で性能を発揮できます。タービンリング、タービンシャフト、内外輪などが精密研削される代表的な航空機コンポーネントです。

● 工作機械
平面研削盤は工作機械産業でもよく見られます。工作機械メーカーは、メインシャフト、リニアガイド、ボールネジ、インデクサー、ローラーベアリング、カム、ラック、バルブコアなどの製造に使用します。

● 金型・ダイス
金型産業では平面研削盤を使用して、ねじダイス、打ち抜きダイス、曲げ機、ワイヤードローイングダイス、ローリングダイスとインサート、その他多くの金型コンポーネントを製造します。

高精度研削盤で製造されるその他の工具には、3爪・4爪チャック、成形ブレード、ステップドリル、ドリルタップ、リーマー、タップ、リングゲージがあります。ツールホルダーも頻繁に平面研削を利用するカテゴリーです。

平面研削盤の性能を最大化する

最後に、平面研削盤を最大限に活用するためのヒントをいくつか共有します：

設置と初期メンテナンス

機械テーブルを平らに、かつ十分に深く研削してすべての錆を除去します。電磁チャックの底面も研削し、6インチチャック長さあたり約0.00002インチの皿状にします。次にチャック間の表面に薄い油層を塗布し、右側ボルトを最初に締め、次に左側ボルトを強く押さえます。シャーシには片側ボルトのみがあり、熱変化によるチャック移動を最小限に抑えながら平坦度を維持できます。

研削砥石の計画的メンテナンス

これらのステップは、平面研削盤のチャックと機械ベッドの間に錆が蓄積するため、毎年ワークショップで完了します。研削砥石の選択とバランス：ワークに圧力や熱を導入しない砥石を選択してください。砥石サプライヤーが適切な砥石選択を支援できます。研削砥石のバランスは平面研削の重要な部分です。適切にバランスされていない砥石は表面仕上げを悪化させ、スピンドルベアリングの寿命を短くします。

研削砥石と機械全体の寿命を通じて、砥石の直径が減少するにつれてバランスが変化するため、成形砥石のバランスをチェックすべきです。経験上、最小ダイヤモンドサイズはホイール表面のインチあたり0.5カラットが適切です。大きなダイヤモンドは放熱効果が良く、寿命が長く、研削砥石との接触が多いためドレッシング速度も速くなります。ダイヤモンドはホイール位置の方向に約10度に設定すべきです。ハンドルの長さを最小限にし、可能な限りしっかりと取り付けます。可能であれば大量のクーラントを使用します。ダイヤモンドをできるだけ鋭い面に回転させ、平面研削盤の最高性能を確保します。