2022年11月23日，西門(mén)子與機床制造商DMG MORI USA、工具制造商Walter和TRAK Machine Tools合作，展示了數(shù)字化在設計和工程工作流程中的強大功能。

△西門(mén)子eRod 概念電動(dòng)車(chē)。（圖片來(lái)源：西門(mén)子）

這項合作基于西門(mén)子Xcelerator業(yè)(yè)務(wù)平臺，顯示了優(yōu)(yōu)化作為制造業(yè)(yè)設計和工程的基本組成部分的潛力，在為西門(mén)子eRod電動(dòng)汽車(chē)設計和制造轉向節(jié)時(shí)，結合新技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)，減少浪費，最大限度地利用資源。

△NXCAM G-Code驅動(dòng)的3D打印轉向節(jié)的模擬（圖片來(lái)源：西門(mén)子）

這次合作中展示的數(shù)字化流程集成了所有四家公司的技術(shù)，首先是西門(mén)子NX生成初始設計。在這個(gè)案例中，合作伙伴利用設計空間探索等集成生成工程工具，將電動(dòng)汽車(chē)的操作參數(shù)用于優(yōu)(yōu)化零件設計。

△安裝在eRod上的拓撲優(yōu)(yōu)化轉向節(jié)組件的模擬（圖片來(lái)源：西門(mén)子）

在增材制造設計階段，使用結構仿真和優(yōu)(yōu)化對零件進(jìn)行驗證，以確保滿(mǎn)足性能要求，并針對可用于生產(chǎn)(chǎn)的制造工藝對零件進(jìn)行優(yōu)(yōu)化。在這個(gè)項目中，仿真驅動(dòng)的設計確保用最少的材料創(chuàng )(chuàng)建零件，從而使轉向節(jié)的設計減輕了45%的重量，并提高了零件對該部件通常經(jīng)(jīng)歷的應力的彈性。

在工藝規(guī)劃這個(gè)階段，合作伙伴采用Teamcenter和Opcenter軟件制定了全面的制造計劃。這有助于制造商通過(guò)應用他們自己的標準數(shù)控編程、檢測路徑方法、工具和程序模板實(shí)現(xiàn)編程自動(dòng)化。它還能確保在車(chē)間里對正確的修訂進(jìn)行編程和測量，為整個(gè)數(shù)字制造過(guò)程創(chuàng )(chuàng)造一個(gè)單一的數(shù)據(jù)源。

△在DMGMORI LASERTEC 30 DUAL SLM上3D打印轉向節(jié)（圖片來(lái)源：西門(mén)子）

在制造階段，使用增材制造和傳統(tǒng)制造方法相結合的方式制造零件，然后進(jìn)行加工，以達到尺寸精度和公差。西門(mén)子表示，在這一階段使用軟件自動(dòng)完成常規(guī)任務(wù)，使編程時(shí)間減少了60%。該零件在NX CAM中使用五軸同步編程、基于云的后處理和集成模擬，為增材制造和傳統(tǒng)的減材制造進(jìn)行了準備和編程。然后在DMG MORI LASERTEC 30 DUAL選擇性激光熔化（SLM）機上使用Ti6Al4V鈦粉進(jìn)行生產(chǎn)(chǎn)。最終的公差和表面處理是由DMG MORI的DMU 85 monoBLOCK五軸加工中心完成的，該中心配備了SINUMERIK840D sl數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行兩步加工。該機床還配備了Walter設計的工具，用于精加工和切割操作。

△在DMGMORI monoBLOCK 85上加工3D打印的轉向節(jié)（圖片來(lái)源：西門(mén)子）

鈦合金的增材制造過(guò)程，除了在加工時(shí)常會(huì )遇到的挑戰(zhàn)外，還有許多其他的挑戰(zhàn)。雖然增材制造擅長(cháng)制造復雜的部件，但這些部件的加工很少是簡(jiǎn)單的。3D打印所需的支撐結構往往比散裝材料更脆，而且3D打印的結構往往具有標準工具難以達到的特征。這些復雜的零件幾何形狀在加工過(guò)程中往往難以?shī)A緊，這意味著(zhù)最大限度地減少振動(dòng)對于降低損壞零件的風(fēng)險至關(guān)重要。為了應對這些挑戰(zhàn)，Walter開(kāi)發(fā)(fā)了一種使用組合工具的工藝，以提供符合所有尺寸精度和表面光潔度要求的成品零件。在評估整個(gè)組件時(shí)，設計團隊發(fā)(fā)現(xiàn)，某些組件仍然可以使用傳統(tǒng)工藝更有效地制造。具體來(lái)說(shuō)，主軸適合于數(shù)控車(chē)削。為了實(shí)現(xiàn)這一改變，工程師們使用了Run MyVirtual Mach（數(shù)字孿生系統(tǒng)）將 TRAK MachineTools TC820si 車(chē)削中心添加到數(shù)字制造過(guò)程中。主軸在SINUMERIK ONE控制器中通過(guò)ShopTurn對話(huà)式編程進(jìn)行虛擬編程，然后用TC820si的3D雙機進(jìn)行驗證。

△輪節(jié)主軸非常適合傳統(tǒng)的車(chē)削操作（圖片來(lái)源：西門(mén)子）

為了閉環(huán)(huán)，質(zhì)量控制和生產(chǎn)(chǎn)準備是通過(guò)使用NX CMM檢測編程軟件內的PMI（產(chǎn)(chǎn)品制造信息）采集和存儲的尺寸和公差數(shù)據(jù)驅動(dòng)的自動(dòng)CMM流程進(jìn)行的，以確保零件在預期的公差范圍內，并準備好進(jìn)行裝配。在最后的裝配過(guò)程中，更傳統(tǒng)的主軸部件與新優(yōu)(yōu)化的關(guān)節(jié)相連接，并安裝在西門(mén)子eRod上。

來(lái)源：南極熊