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工場ではさまざまな設備がありますが、それぞれ加工方法が異なります。機械工場にあるセンターレス研削では大小関わらず、大量生産可能な加工方法です。
NCプログラムで制御されており、高精度の品質を保つ研削となります。そこで、工場で役立つ研削理論とセンターレス研削の基本原理を解説していきます。
センターレス研削は加工対象物となるワークをセット（チャック）せず、調整車というホイールと支点となるブレード（ナイフエッジ）でワークを回転させて支持し、研削砥石で加工していきます。
そのため、中心やセンターとなる芯が不要なので、芯なし研削盤や、心無し研削盤とも呼ばれています。
会社によっては「センタレス」とも言われていますが、どれも同じものを指しています。
センターレス研削にも加工方法が異なり、主にスルーフィード研削とインフィード研削に分かれています。
・スルーフィード研削
スルーフィード研削は設備手前の投入口から、反対側の出口方面へワークが押し込まれて進んでいきます。ワークがブレード上を進んでいくので、スルーフィード研削と呼ばれています。連続加工が可能で、大量生産には最適な加工方法です。
・インフィード研削
ブレード上にワークをローダーで運び、調整車が砥石に近づいて研削し、加工が終わると調整車が離れてローダーで戻ってきます。投入口が右側にあり、中央部の奥で研削、左側で排出される仕組みです。
スルーフィード研削と違って大量生産には向いていませんが、1個を加工するのにじっくり研削できるのがメリットです。ストレートから膨らみを持たせたR形状、両端をカットしたものなど、さまざまな形状を作れるのが特徴です。
・エンドフィード研削
調整車と砥石は動かずに固定された状態で、ワークをブレード上の研削位置まで送り込むと砥石との隙間で研削されていきます。一番奥の位置（エンドフィード）まで送り込むことで狙い寸法を確保できる研削方法です。
・調整車
ワークを回転されるためのホイールで、ゴムロールなどの砥石が使用されます。スルーフィード研削ではネジの旋盤で構成されているドラムといわれる調整車を使うこともあり、つばでワークを送り込みます。
調整車は研削砥石よりも低速で回転し、ワークが綺麗に真円に近づけるようにする役割があります。
研削砥石
実際にワークを研削する砥石で、高速回転をしながらワークの表面を削っていきます。ワークの材質で砥石は選定しますが、適度にドレッシングをかけて成形し、スルーフィード研削では加工しながら成形するランニングドレスも主流です。
センターレスでは砥石の形状をワークに転写させることができるので、ドレッサーと砥石は欠かせない関係といえるでしょう。
ブレード
ナイフエッジともいわれるもので、鋳物などの土台にセットし、砥石と調整車の中間にあります。ブレードには頂角があり、調整車の方へ傾きながらワークを支えています。
ブレードの高さを変えて適正芯高になるように研削するなど、製品精度を整える重要な支点となるものです。
センターレス研削のメリットを紹介していきます。
研削加工ではワークをセットする際、チャックやセンターピースを必要としてきました。チャックが不要なセンターレスだと、従来の加工方法よりも段取り替えが容易でさまざまなサイズのワークを研削することができます。
中心軸が不要なので、ワークが安定して回転し、高精度の品質を維持できるようになっています。1本ずつセットせずに連続加工できるので、精度を安定させながら大量生産に向いています。
特に真円度の向上に適しており、前工程でいびつな形をしているワークでも、修正しながら真円作用が働くようになります。
センターレスでは円筒はもちろん、円錐のワークも加工可能です。円錐は正確には円錐台のワークが多くなりますが、完全に円錐になっているような急勾配の角度が付いたワークでも研削可能となります。
また、ドレッサーの先端に工業ダイヤモンドを装着して形状を作ることが可能で、プログラム化されたサーボモーターや棒状（丸棒や細長い長方形）のテンプレートでワーク外形の形状を作ります。
全体がＲ形状になっているフルクラウニングや、両端をカットした特殊クラウニングなど、さまざまな形状に研削できます。
一方でセンターレス研削のデメリットはどのようなものがあるでしょうか。
センターレスはブレードや調整車など、ワークの形状や材質ごとにことなる治具を用いる場合があります。こうなると段取りごとにブレードや調整車を交換する必要があるものです。
チャックするよりも早いときもあれば、加工するワークの規格によっては段取り替えに時間が擁することもあるでしょう。
大きな設備になると、センターレスの研削砥石はクレーンを使って持ち上げる必要があります。研削砥石は摩耗していくので、研磨焼けを防ぐためにドレッシングが必要となりますが、これも砥石が小さくなっていく要因となります。
ホイールウェア（砥石の仕様限界外径）まで使用すると、砥石を交換しなければなりません。大型の研削砥石になるほど重たくて時間もかかります。これは軸となるスピンドルも一緒に上げないとならないからです。
工場には電動のホイストクレーンを装備している場合もありますが、設備に備え付けのジブクレーンになると腕力や体力が必要となります。
センターレス研削が使用されるのはどのような工場になるでしょうか。
・自動車関連
自動車産業ではさまざまな部品が組み込まれていますが、センターレス研削でも使用されています。特に自動車で多く利用されているエンジンのシャフトやベアリングでは、センターレス研削が活躍しています。
・産機関連
産業機械の分野ではさまざまな機械が使われており、トラクター・ショベルカー、キャタピラー、ドリル、ボール盤、風車などジャンルも異なります。
これらの産機関連ではそれぞれ組み付ける部品も多く、使用する条件によって材料や形状が異なるのも特長です。
たとえば、同じドリルだったとしても、通常使うハンドドリルもあれば、道路工事などで使用する大きなタイプ、掘削トンネルなど地中深く使用するタイプだと耐久性も変わります。
海外では日本国内とは違ってさまざまな条件で使用されますので、同サイズのワークでも過酷な環境に耐えるような形状が特殊なタイプのワークもあります。
・新幹線や航空機、精密機械
新幹線や航空機、精密機器の部品にもセンターレス研削は活躍しています。高精度が求められる部品になるほど、センターレスはその特徴を生かすことが可能です。
新幹線や航空機、宇宙開発に使用される部品は、ミスも許されないほど規格が厳しく、それでいて大量生産が必要になるとセンターレスのような大型設備が対応しやすくなります。
センターレス研削の理論について解説していきます。
先述したように、センターレス研削はブレード・調整車・研削砥石の3つの要素から構成されています。これはインフィード研削やスルーフィード研削でも同様です。
ワークを乗せるブレードは摩擦を与えてブレーキングの役割があり、ワークとの接点が摩耗してくるとスリップ（ワークが滑って回転運動が速くなり過ぎる）を起こしてしまい、品質トラブルを招きます。
調整車はワークを回転させる役割がありながら、こちらもワークとの摩擦でブレーキをかける要素があります。
このブレーキは非常に重要で、チャックをしないセンターレスでは支点となるのがブレードであり、これを何かで固定している訳ではありません。
摩擦が弱くなってスリップしてしまうと、砥石と同等の高速回転をしてしまい、ワークは削れずに摩擦熱だけを持つようになってしまいます。
砥石と調整車の隙間で外径寸法を決めているだけに、回転が上がり過ぎて削れないとなれば、その分だけ砥石や調整車、ブレードに高負荷がかかり、どれかを破損させてしまうほど危険な状態に陥ります。
スリップは調整車の面粗さも影響しています。連続加工していると、どうしても調整車の表面も摩耗してきます。面がつぶれていくと粗さも変わり、摩擦が弱くなってしまうでしょう。そうなるとスリップしやすくなって製品精度に盈虚を及ぼします。
また、この3つの位置からワークまでの距離で芯高差を見ており、この上げ下げによって真円作用が働きます。
少し専門的な話になりますが、センターレスでは適正芯高が非常に重要です。段取り替えになるとワークや砥石、調整車のサイズが変わる場合があります。
適正芯高は設定された芯高角度から算出しなければなりません。芯高角度は砥石と調整車の中心を線で結んだ位置を0度とし、ここからブレードに乗せたワークの中心へ高さでそれぞれ角度が決まります。
たとえば、砥石の中心からワークの中心が4度として、調整車の中心からワークの中心が5度になると、この時の芯高角度は2つを合わせて9度となるのです。
動かない砥石が摩耗して小さくなると、調整車が砥石の方へスライド（切り込み）していくので、ワークと砥石の接点が変わります。砥石が大きいときは砥石の中心からワークの中心までの角度は小さくなり、逆に砥石が小さくなると接点は高くなるので角度は大きくなります。
しかし、研削理論では精度が安定している芯高角度を一定にしたほうがいいので、角度を均一にするためにブレードの高さを変えることが大切です。
芯高角度を均一にして、芯高差を調整しながら芯円度を向上していくのが基本といえます。
もちろん、摩擦との兼ね合いでスリップしないのが前提となり、ワークが不安定で振動すると外径にビビリ（ワークが微振動を繰り返す）が発生してしまい、真円度に影響をきたしてしまいます。
スルーフィード研削では、調整車がワークを送り込むのが役割なので、回転を上げると投入口から排出までの時間が早くなりますので、サイクルタイムが向上します。
一方、インフィード研削は研削位置から動かないので、調整車の回転を上げるとワークの回転も速くなります。スルーフィード研削と違うのは、調整車の回転を上げてもサイクルタイムは変わりません。
このワークの回転は砥石との回転比率で製品精度が決められ、この回転比率を変えることでワークの芯円度も向上させることが可能です。
大量生産を実現するセンターレスでは、連続加工していると必ず砥石が摩耗してきます。砥石は砥粒・結合剤・気孔の3要素で成り立っていますが、砥粒が目詰まってくると切れ味が悪くなり、真円度が悪化するだけでなく、研削焼けの可能性もあります。
ランニングドレスやインターバルドレスなど、定期的にドレッシングして砥石を成形していくことが大事です。
センターレス研削は大量生産に適した加工方法であり、主にスルーフィード研削とインフィード研削があります。
センターレス研削で加工された製品は、自動車関連や産機関連など、日本や海外でもさまざまなジャンルで活躍しています。
センターレス研削がある部署へ配属された場合、こちらの内容を参考にしてみてください。
