除去加工の基本的な特徴、分類される4つの加工方法を解説

＜表1＞に主な除去加工の原理と加工名、およびそれに使用する機械と工具を示します。それでは、＜表1＞に挙げた各種加工方法について、代表的な加工方法について詳しく見ていきましょう。

切削加工を効率良く行なう刃物には、次の3つポイントを抑えておくことが重要です。

加工物を回転させて刃物で削る方法です。刃物としてバイトが使用されます。　＜図3＞に示すようにバイトの形状を変えることで種々の加工を行うことができます。

＜写真1＞にバイトを用いた加工品の製作例を示します。外丸削り、面削り、ねじ切りなどを施すことで、各種治具、ねじなどの接続部品の製作に適しています。

加工物を、＜図4＞に示す円筒の外周や端面に２枚から多数の切れ刃を持つ切削工具（フライス）を用いて削る方法です。フライスを用いて平面や溝などを作る工作機械をフライス盤と言います。

＜図5＞にフライス加工の種類を示します。エンドミルは平面切削・溝の加工に、正面フライスは大きな平面加工に、側面削りは横フライスが用いられます。

＜写真2＞にフライス盤を用いた加工品の製作例を示します。基本的には平面で構成される部品製作に適しています。

工作物の穴あけ加工には、穴あけ専用刃物のドリルが使用されます。＜図6＞にドリルの外観を示します。ドリルの直径はJISにより規定されています。たとえば４mmねじのネジ穴を作りたい場合、ねじの下穴径もJISで規定されていますので、図面では、ねじ直径（例えば４mmのねじならM4)の指示とねじの下穴径を指示すれば良いのです。

また、＜図7＞にボール盤加工の種類を示します。＜図8＞は使用工具の外観です。
ボール盤で行う主な加工に　きりもみ、リーマ通し、ねじ立てがあります。リーマは穴径公差の厳しいケースに使用して、精密な穴径を得るときに使います。ドリルで下穴をあけたのち、リーマ通し加工を実施します。ネジ穴についても、同様にドリルで下穴をあけたのち、ねじ立てのタップをボール盤に取り付けねじ切を実施します。タップの先端部をドリル形状とし、穴あけとタップによるねじたてを同時に行うタップもあります。

＜写真3＞にボール盤を用いた加工品の製作例を示します。＜写真3＞で示した素材に近い丸棒穴あけ以外にも、回路基板の細密な多数のスルーホール加工にも使用されます。

研削 (grinding)は、高速回転する砥石車(grinding wheel)によって工作物の表面を削り除去し＜図9＞、切削加工に比べより平滑な面を得る機械加工の一種です。

研削加工で用いられる「砥粒」の種類（材料）には下記のようなものがあります。

(1) アルミナ系：一般鉄鋼・工具鋼などの鋼材に加工に好適
(2) 炭化ケイ素系：アルミニウム・銅・超硬合金など、非鉄、非金属加工に好適
(3) 超砥粒（ダイヤモンドやCBN（立方晶窒化ホウ素（Cubic Boron Nitride)）：硬いもの例えば焼入れ鋼、セラミックスの加工に好適

研削加工では、＜図9＞に示した非常に硬い砥粒の微小突起でワークを削るので、加工された面の表面粗さは非常に小さくなります。切削加工では満足できない精度を要求されるときは、切削加工によって仕上げた工作物の表面を、研削砥石で加工します。研削加工のメリットとして、下記の3つのポイントがあげられます。

(1) 工作物の形状、寸法などの加工精度を高めることができる
(2) 表面粗さを小さくし滑らかにできる
(3) 切削できない硬い材料の加工に使うことができる
※焼き入れ鋼の研削加工、セラミックスの加工　等


＜図10＞に研削加工の種類を示します。平面研削、円筒研削、内面研削、心なし研削など、加工物の形状や研削を施す位置に応じてさまざまな方法があることが分かりますね。

＜写真4＞に平面研削盤を用いた加工品の製作例を示します。平面研削盤は、砥石車に回転運動、切り込みを、工作物に送りを与えて、工作物の表面を研削する工作機械です。切削加工が難しい硬い焼入鋼、セラミックスの工作物でも加工ができます。
また、加工精度が良いため、仕上げ加工時に使用されます。平面研削盤の加工品としては、ブロックゲージや、Ｖ(字)ブロックといった部品が有名です。

円筒研削盤は、先述の平面研削盤とは異なり、ワークは主軸とセンタに支えられて回転する特徴があります。砥石は高速回転し、ワークを研削します。主に円筒形の工作物の仕上げ加工に使用されます。平面研削盤の加工品としては、圧延機のローラが有名です。

＜図11＞に超仕上げの原理を示します。工作物の回転方向に直角に砥石を振動させながら削る加工方法です。回転方向に直角に振動させることで、加工効率が非常に高くなります。
超仕上げは、低圧、低速度の加工のため発熱が少なく、かつ多量の金属加工油を使用するので、加工変質層を除去し、その仕上げ面は耐摩耗性、耐食性、潤滑性に優れ、摩耗を受ける部分に用いると大きな効果が得られる特徴があります。そのため、超仕上げの加工品は、転がり軸受け関係の部品によく使われています。

＜図12＞に砥粒研磨の原理を示します。鋳鉄製のラップ板の上に砥粒とラップ液の混合した液体をたらし、ラップ板全体にいきわたらせ、工作物をラップ板に押し付けて摺動させます。砥粒は工作物とラップ板の間に入り込み工作物の表面を微小に削りとることで平滑面が得られます。砥粒研磨は、研削盤で仕上げた工作物の表面をさらに平滑にし、寸法精度を高めるために実施されます。
砥粒研磨には、ラップ液を使用有無によって「湿式」と「乾式」の2つの方式があります。

湿式ラップ加工は、ラップ剤とラップ液に加工物が浸った状態で研磨されます。湿式ラップ加工では転がりラップとなり、加工量が大きいため仕上げ面はなし地状となり無光沢になります。主に荒仕上や中間仕上げに用いられます。

乾式ラップ加工は、ラップ盤に埋め込まれたラップ剤の上を加工物が滑ることで研磨されます。乾式ラップ加工ではすべりラップとなり、加工量は小さいが仕上げ面は精度が高く光沢面になります。主に精密仕上げなどに用いられます。

特殊加工は、他の除去加工のようにバイトやドリル、砥石などの「もの」を使って工作物を加工する方法とは違い、電気、水、レーザーなどのエネルギーを利用して工作物を加工する方法になります。切削加工や研削加工では難しかった高精度加工や難削材の加工を行う場合に用いられます。

放電加工は、工作物と電極の間に発生するアーク放電を利用し、加工物を溶かして目的の形状に加工する方法です。放電加工では、絶縁性を持った液に工作物を浸し、連続で放電を繰り返し加工を行います。工作物の硬さに関係なく高い精度で加工を行うことができます。


ワイヤ放電加工
ワイヤ放電加工はワイヤ状の細い電極を使用し、糸のこのように工作物にワイヤを押し当てていくイメージで、目的の形状に切り出していく加工です。ワイヤ放電加工は工作物の厚みや硬さに関係なく高精度に加工することができますが、切削加工などと比較して加工スピードは遅いため量産向きではありません。また底付きの形状を加工することはできません。


型彫り放電加工
型彫り放電加工は、目的の形状を反転させた電極を用いて、その形状を工作物に転写し加工します。ワイヤ放電と同様に工作物の硬さに関係なく加工が可能です。ワイヤ放電加工は切るように加工しますが型彫り放電加工は工作物を掘るように加工するので底付きの形状も加工することができます。こちらも切削加工などと比較して加工スピードは遅いため量産向きではありません。

レーザー加工は、レーザー光をレンズを用いて集光してエネルギー密度の高いレーザーを照射し、その照射熱によって工作物の加工を行います。レーザー加工では、目的によって固体や液体、気体といった様々な種類のレーザーが使用されます。金型を使用せずに高精度の加工が可能ですが、工作物が分厚いと加工ができない、熱による変色が起こるなどの特徴があります。

ウォータージェット加工は、高圧ポンプで加圧した水を噴出し、その水流で工作物を加工します。ウォータージェット加工は水に溶けてしまう材質でなければあらゆる材質を加工することが可能です。また、水による加工であるためレーザー加工などと比較して熱による影響を受けにくく、変色もしにくいといった特徴があります。

※2022年2月21日：加筆修正し再アップ
※2018年1月5日：初回公開