デジタルプロセスでは、DFMを使用して3Dプリントと従来の機械加工を組み合わせ、自動車部品の迅速な製造を促進します。

2022年11月23日、Antarctic Bearは、シーメンスが工作機械メーカーのDMG MORI USA、工具メーカーのWalter、TRAK Machine Toolsと協力し、設計およびエンジニアリングワークフローにおけるデジタル化の威力を実証したことを知りました。
△シーメンスのeRodコンセプト電気自動車。（画像提供：シーメンス）
シーメンス Xcelerator ビジネスプラットフォームをベースとするこのコラボレーションは、シーメンス eRod 電気自動車のステアリングナックルの設計と製造時に無駄を減らし、リソースの利用を最大化するために新しい手法と従来の手法を組み合わせることで、製造における設計とエンジニアリングの基本要素としての最適化の可能性を実証します。
△ NXCAM Gコードで駆動する3Dプリントステアリングナックルのシミュレーション（画像提供：シーメンス）
このコラボレーションで実証されたデジタル化プロセスでは、Siemens NX から始まり、初期設計を生成するために 4 社すべてのテクノロジが統合されます。この場合、パートナーは設計空間探索などの統合生成エンジニアリングツールを使用して、電気自動車の動作パラメータを適用し、部品の設計を最適化しました。
△ eRod に搭載されたトポロジー最適化ステアリングナックルアセンブリのシミュレーション (画像提供: Siemens)
積層造形設計段階では、構造シミュレーションと最適化を使用して部品が検証され、パフォーマンス要件が満たされ、生産準備が整った製造プロセスに最適化されていることを確認します。このプロジェクトでは、シミュレーション主導の設計により、部品が最小限の材料で作成されるようになり、ステアリングナックルの設計が 45% 軽量化され、このコンポーネントが通常受けるストレスに対する部品の耐性が向上しました。
プロセス計画段階では、パートナーは Teamcenter および Opcenter ソフトウェアを使用して包括的な製造計画を策定しました。これにより、メーカーは独自の標準 NC プログラミング、検査パス方法、ツール、プログラムテンプレートを適用してプログラミングを自動化できます。また、正しい改訂が現場でプログラムおよび測定されることも保証され、デジタル製造プロセス全体にわたって唯一の真実のソースが作成されます。
△ DMGMORI LASERTEC 30 DUAL SLM で 3D プリントしたステアリングナックル (画像提供: Siemens)
製造段階では、付加製造と従来の製造方法を組み合わせて部品を製造し、その後機械加工して寸法精度と許容差を実現します。シーメンス社によると、この段階でソフトウェアを使用して日常的なタスクを自動化することで、プログラミング時間が 60 パーセント短縮されたという。この部品は、5 軸同時プログラミング、クラウドベースの後処理、および NX CAM の統合シミュレーションを使用して、付加製造と従来の減算製造の両方に対応できるように準備およびプログラムされました。その後、部品は Ti6Al4V チタン粉末を使用して DMG MORI LASERTEC 30 DUAL 選択的レーザー溶融 (SLM) マシンで製造されました。最終的な許容差と表面仕上げは、2 段階加工用の SINUMERIK 840D sl CNC システムを搭載した DMG MORI DMU 85 monoBLOCK 5 軸加工センターで行われます。この機械には、仕上げおよび切断作業用の Walter 設計の工具も装備されています。
△ DMGMORI monoBLOCK 85で3Dプリントしたステアリングナックルを加工中（画像提供：シーメンス）
チタン合金の積層造形プロセスでは、機械加工中に通常遭遇する課題に加えて、多くの課題が生じます。積層造形は複雑な部品の作成に優れていますが、これらの部品の機械加工はめったに簡単ではありません。 3D プリントに必要なサポート構造はバルク材料よりも脆い傾向があり、3D プリントされた構造には標準的なツールでは実現が難しい機能があることがよくあります。これらの複雑な部品形状は、加工中にクランプするのが難しい場合が多く、部品を損傷するリスクを減らすには振動を最小限に抑えることが重要です。これらの課題に対処するために、Walter は、さまざまなツールを組み合わせて、すべての寸法精度と表面仕上げの要件を満たす完成部品を提供するプロセスを開発しました。設計チームは、アセンブリ全体を評価する際に、特定のコンポーネントは従来のプロセスを使用してより効率的に製造できることを発見しました。具体的には、スピンドルは CNC 旋削に適しています。この変更を行うために、エンジニアはデジタルツインシステムである Run MyVirtual Mach を使用して、TRAK MachineTools TC820si ターニングセンターをデジタル製造プロセスに追加しました。スピンドルは、ShopTurn 会話型プログラミングを使用して SINUMERIK ONE コントローラで仮想的にプログラムされ、その後 TC820si の 3D デュアルマシンを使用して検証されます。
△ホイールセグメントスピンドルは、従来の旋削加工に非常に適しています（画像提供：シーメンス）
ループを閉じるために、NX CMM 検査プログラミングソフトウェア内の PMI (製品製造情報) を使用して取得および保存された寸法および許容差データによって駆動される自動化された CMM プロセスを通じて品質管理と生産準備が実行され、部品が予想される許容差内にあり、組み立ての準備ができていることを確認します。最終組み立て工程では、従来型のスピンドルコンポーネントが新しく最適化されたジョイントに接続され、Siemens eRod に取り付けられます。

デジタルプロセスでは、DFMを使用して3Dプリントと従来の機械加工を組み合わせ、自動車部品の迅速な製造を促進します。

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