CNC 加工の最適化:薄肉コンポーネントのプロセスと治具の設計

CNC 操作で薄肉コンポーネントを加工するためのプロセスと治具の設計には、変形を防止し、精度を維持し、効率を確保するための慎重な計画が必要です。これらのコンポーネントは、航空宇宙、自動車、電子産業で広く使用されています。ただし、剛性が低く壁が薄いため、変形、表面の欠け、振動跡が発生しやすくなります。

工程や治具の設計が適切でないと、いくら切削負荷を軽減し、加工時間を延長しても、安定したバッチ生産を継続的に行うことができません。この記事では、実際の薄肉加工ケーススタディのプロセスと治具のソリューションを紹介し、実用的な洞察を提供します。

薄肉部品の加工における課題

ドローンの筐体や電子機器の筐体などの薄肉アセンブリの壁厚は通常 2 mm 未満です。重量が軽減され、最終製品の熱管理が向上します。ただし、CNC 加工中の構造的剛性の欠如により、アセンブリの寸法が不安定になり、表面仕上げが悪く、局所的または全体的な変形が発生することがよくあります。

加工後の変形

薄肉部品は工具の圧力やクランプ力によって曲がる可能性があります。たとえ小さな切削抵抗であっても、サポートされていない領域が変形し、加工中に壁の曲がりや工具のたわみが発生する可能性があります。薄いエッジや中空のキャビティ付近のフィーチャーを処理する場合、このリスクは特に高くなります。

表面のびびり跡

薄肉コンポーネントは質量が小さく剛性が低いため、高速加工中に振動しやすくなります。これにより、表面にビビリマークが発生し、工具の摩耗が促進され、寸法精度が低下する可能性があります。

実際のケース:電子タバコのアルミニウム合金ハウジング

ここでは、アルミニウム合金の電子タバコのハウジングの機械加工を見て、薄壁と厳しい公差が製造にどのような影響を与えるかを共有します。

製品仕様

• 素材:AL6063-T6
• 寸法:92.8 × 40.8 × 22.8 mm
• 壁の厚さ:0.9 ～ 1.5 mm
• 生産量:1000 個

機械加工要件

• 前面/背面の濃い青色の表面と他のコンポーネントとの間の組み立てクリアランスは 0.1 mm 以下です。
• 内壁の T 字型スナップフィット溝は、組み立て後に剥がれることなく 3 メートルの落下テストに合格する必要があります。
• 表面には 200 グリットのサンドブラストとその後の陽極酸化処理が必要ですが、目に見える部分に工具跡や振動パターンを許可しないでください。

処理の課題

• 0.9 ～ 1.2 mm の壁セクションは、他の構造コンポーネントとの組み立てエリアです。したがって、変形が発生すると、必要な 0.1 mm の組み立てクリアランスを維持することが困難になります。
• 周辺領域はグレード A の可視表面であり、欠陥があってはなりませんが、全体の中空構造は剛性が不足しており、特に中央セクションでは切削工具のたわみや振動の問題が発生する可能性が高くなります。
• 壁の剛性が弱いとスナップフィットの寸法の一貫性にも影響があり、落下試験の性能が損なわれる可能性があります。

従来の加工ソリューションの問題

ブランク材はプロファイル材を使用しており、加工が必要な壁面に均等な取り代を加えています。まず、3+2 軸回転テーブルを使用して、前面と周囲の構造を加工します。部品を切断した後、3 軸 CNC を使用して逆構造を加工します。

このソリューションの利点は、必要な手順が 2 つだけであるため、プロセスが「短い」ことです。ただし、その欠点と制限も明らかです。

アプローチの制限

• 3+2 5 軸回転テーブルは多面加工機能を備えていますが、一度に加工できる製品は 1 つだけです。
• ほとんどの機械加工ワークショップでは、5 軸加工機の数は 3 軸加工機の数よりもはるかに少ないです。したがって、バッチ処理に使用できる 5 軸機械が限られているため、生産能力を高めることが困難になります。
• さらに、前述した薄肉部品の加工上の課題はすべて、このアプローチでも依然として発生します。品質がなければ、配信能力は保証されません。

最適化された加工ソリューション

1.最適化された加工シーケンス

加工シーケンスは次のように調整されます。

• CNC1 (フロント構造用 3 軸)
• CNC2 (側面構造用 4 軸)
• CNC3 (逆構造の 3 軸)

2.ブランクの補強

ブランクの中空キャビティ内に 3 つの補強リブが追加され、ブリッジ型接続構造を形成し、外面加工中に強力なサポートを提供します。

3.あらかじめドリルで開けられた固定具の穴

シリンダー固定具のタイロッド張力位置を提供するために、ブランクの中心にひょうたん型の穴が事前に開けられています。これにより、固定具の持ち上げ作業の自動化レベルも向上します。

4.確実なパーツ分離

CNC3 が裏面の加工を完了すると、治具の赤いマークが付けられた表面が位置決めを行い、円周上に分散された内側のサポート ポイントを提供します。

ワークピースをブランクから分離する必要がある場合、2 つのシリンダーが作動します。1 つはスクラップ領域を保持し、もう 1 つは完成品をサポートします。これにより、完成したパーツが動かず、分離中に工具がスクラップによって損傷することがなくなります。

5.生産効率の向上

もともと 3+2 5 軸機で実行されていた加工操作は、現在では CNC1 (3 軸) と CNC2 (4 軸) に分割されています。これにより、小ロットの配信能力が大幅に向上し、1 日あたりの生産量は以前のレベルの 300% に達します。

薄肉の構造コンポーネントは、剛性が低く、振動に敏感であるため、加工が困難です。形状が多様であるため、各パーツにはカスタム アプローチが必要になることがよくあります。

この記事では、プロファイルの最適化、プロセス計画、治具設計を統合することにより、加工品質と信頼性の高い小バッチ納品の両方を保証する実用的なソリューションを紹介します。

WayKen は、薄肉構造を含む金属およびプラスチック部品の CNC 加工サービスを提供しています。当社のチームは、高度な機器、最適化されたプロセス、厳格な品質管理を通じて精度と一貫性を確保し、お客様がプロトタイピングから小ロット生産にスムーズに移行し、信頼できる結果が得られるよう支援します。