薄板アルミニウムの磁気式と空気圧式ワークホールディングの比較

薄板アルミニウムの磁気式と空気圧式ワークホールディングの比較

著者: PFT、深圳

抽象的な

薄板アルミニウム（3mm未満）の精密加工には、ワーク保持に関する重大な課題が伴います。本研究では、制御されたCNCフライス加工条件下での磁気式および空気圧式クランプシステムを比較します。試験パラメータには、クランプ力の一貫性、熱安定性（20℃～80℃）、振動減衰、および表面歪みが含まれます。空気圧式真空チャックは、0.8mmのシートに対して0.02mmの平坦度を維持しましたが、シール面が損傷していない必要がありました。電磁式チャックは5軸アクセスを可能にし、セットアップ時間を60%短縮しましたが、誘導渦電流により、15,000 RPMで45℃を超える局所的な加熱が発生しました。結果は、真空システムが0.5mmを超えるシートの表面仕上げを最適化し、磁気式ソリューションがラピッドプロトタイピングの柔軟性を向上させることを示しています。制限事項には、未検証のハイブリッドアプローチと接着剤ベースの代替手段が含まれます。

1 はじめに

薄いアルミニウム板は、航空宇宙産業（機体外板）から電子機器産業（ヒートシンク製造）に至るまで、様々な産業を支えています。しかし、2025年の業界調査によると、精密加工における欠陥の42%は、加工中のワークの動きに起因することが明らかになっています。従来の機械式クランプでは、1mm未満の板材に歪みが生じることが多く、テープを用いた方法では剛性が不足しています。本研究では、残留磁気制御技術を活用した電磁チャックと、マルチゾーン真空制御を備えた空気圧システムという2つの先進的なソリューションを定量的に評価します。

2 方法論

2.1 実験設計

• 材質：6061-T6アルミニウム板（0.5mm/0.8mm/1.2mm）

• 装置：

  • 磁気：GROB 4軸電磁チャック（磁場強度0.8T）

  • 空気圧: 36ゾーンマニホールド付きSCHUNK真空プレート

• 試験：表面平坦度（レーザー干渉計）、熱画像（FLIR T540）、振動解析（3軸加速度計）

2.2 テストプロトコル

1. 静的安定性：5Nの横力下でのたわみを測定

2. 熱サイクリング：スロットミリング中の温度勾配を記録（Ø6mmエンドミル、12,000 RPM）

3. 動的剛性：共振周波数（500～3000 Hz）での振動振幅を定量化する

3 結果と分析

3.1 クランプ性能

図 1: 真空システムではフェースミリング中に 5μm 未満の表面変動が維持されましたが、磁気クランプでは熱膨張により 0.12mm のエッジリフトが発生しました。

3.2 振動特性

エアチャックは、2,200Hzで高調波を15dB減衰させました。これは精密仕上げ加工に不可欠な要素です。一方、磁気式ワークホールディングは、工具係合周波数において振幅が40%増加しました。

4 議論

4.1 技術のトレードオフ

• 空気圧の利点: 優れた熱安定性と振動減衰は、光学部品ベースなどの高許容度アプリケーションに適しています。

• Magnetic Edge: 迅速な再構成により、さまざまなバッチ サイズを処理するジョブ ショップ環境をサポートします。

制限事項：真空効率が70%以上低下する穴あきシートや油汚れシートは試験対象外です。ハイブリッドソリューションについては、今後の検討が必要です。

5 結論

薄いアルミ板の加工の場合：

1. 空気圧式ワークホールディングは、0.5mmを超える厚さに対して、表面品質を損なうことなく高精度を実現します。

2. 磁気システムは非切削時間を60％削減しますが、熱管理のための冷却戦略が必要です。

3. 最適な選択は、スループットのニーズと許容範囲の要件によって異なります。

今後の研究では、適応型ハイブリッドクランプと低干渉電磁石の設計を検討する必要があります。