解決汽車零部件加工“瓶頸”的有效方法

　　為解決汽車零部件優質、高效生產上的瓶頸，適應大批量、多品種生產的需要，德國薩馬格機床股份有限公司開發出了1～3主軸的柔性加工單元（FMC）。 該系列機床集專機的效率和加工中心的柔性為一體，既能滿足汽車行業大批量生產的需要，又具有加工中心快速換產的柔性特點。亦可按要求選擇相應的工作臺和刀庫，從而實現多面體，復雜形面和孔徑的加工。

　　合理的設計      

　　●高動態剛性減少了輔助時間
　　為滿足現代機床穩定性的要求，FMC床身采用名為“HYDROPOL”的材料制造。該類礦物基鑄件與傳統的材料相比，具有更好的熱穩性和更大的熱容量。此外，由于高剛性及高抗振性的機床結構，能獲得零件加工更好的表面質量。在床身的尾部設置了兩個立柱，在立柱的垂直導軌上，裝有一個帶門式驅動裝置和液壓重平衡裝置的懸伸工作臺。換刀時，懸伸工作臺在兩立柱的非相互連接的上部區域移動。整體式的主軸箱容納3條相隔300mm（FMC-3主軸）的電主軸，并通過十字滑臺沿X方向和Z方向移動。緊密相連布置的滑臺由于其高動態剛性而使設備具有高定位精度和高加工精度。

　　●用電主軸作為主傳動軸

　　為保證深孔加工過程中有較高的安全性，選用了臥式主軸配置，這種結構的特點是無需大量使用冷卻潤滑劑。工件懸掛在夾緊裝置上，切屑直接落入橫向布置的寬闊的排屑器內，有效避免了存留在切屑箱里或落在排屑斜面上。

　　●工件交換時間只需6s

　　薩馬格公司采用數控彎板托架取代垂直工件托架的主回轉軸，這種布置的特點是排屑效果好，工件的重力作用在安裝面上，實際上提高了過程的可靠性。其設計方案為：作為工件架的臥式擺動主動軸（A）一端裝有一個平面齒輪，隨動端為支座。平面盤的直徑為345mm，夾具過橋的夾緊面為960mm380mm。
 
　　工件交換是通過Z形翻轉180度的工作臺實現的，即工作臺一分為二：二分之一工作臺裝夾工件處于加工狀態的同時，另二分之一工作臺處于上下料狀態，中間用隔板隔離。因為在共同的擺動桿上相對安排了兩個工件架。各具獨立的NC控制擺動軸。由于擺動軸繞水平軸回轉180，工件上幾乎無殘留的切屑，上下料的動作與工件加工時間并行。交換工件的上下料區與帶冷卻液的加工區由自動開/閉的隔板隔離。上料區的門把工件架上方的整個區域都打開，這樣就不存在自動化的上料問題.還有一個任選的用于五坐標加工的B軸和A軸-直徑為210mm的轉盤。夾緊面為高H220mm直徑200 mm。

　　高加工精度

　　FMC的所有坐標軸均采用絕對值測量系統進行測量，從而在任何情況下坐標軸位置都是唯一確定的。所有擺動軸均采用平面嚙合齒輪，擺桿的擺動軸安裝在箱形床身的側壁上，床身的后側面上安裝了兩根強剛性立柱，立柱上裝載一具有門式驅動和液壓平衡重的懸伸工作臺，在兩立柱互不相聯的上部區域運動，以交換工件。安裝在兩個間距為450mm電主軸整體結構主軸箱，用平面十字滑塊在X、Y方向運動。在動態剛度較高時，這種結構具有良好的導向性。

　　對由溫度引起的床身零位變化來說，一個具有較小的會使冷卻液受熱的接觸面的結實的高床身，與一個平而長的床身相比，其優點顯而易見。根據VDI/DGQ標準，X、Y、Z坐標的位置公差為12m，平均位置分散度為8m，重復定位精度為2m。FMC無需加特殊地基，由于懸伸工作臺是異形管結構，運動質量很小，因而有可能進一步提高運動速度和加速度。

　　在標準機床上，主傳動的配置是大功率電主軸，轉速范圍為4000～16000 r/min。轉速達12 000r/min，起動時間大約為1s。在100%的起動時間下，每個主軸的驅動功率為20kW（選項30kW）。按標準規定，刀具夾緊套為HSK63。在X、Y、Z三個軸上，每個軸的進給功率為8kW，進給速度為1～6000 mm/min，快速移動為60m/min。兩個電主軸的循環冷卻組的功率為13.5kW。

　　●抓取式的換刀方式

　　傳統的加工中心換刀系統是影響電主軸壽命的一個重要因素。因為有灰塵或切屑粘附等原因導致帶有卡緊鉗的換刀機械手經常產生誤動，主軸軸承受剛性換刀裝置碰撞而變形，從而導致主軸發熱并最終完全損壞。為此，FMC機床放棄了換刀機構，代之以HSK63夾緊刀套的抓取式換刀。
在傳統的旋轉盤式刀庫或鏈式刀庫上，因刀套要在頭頂上快速運動，故必須把它牢牢鎖緊。這種抓取系統與卡緊式換刀裝置一樣，容易受到碰撞，而FMC采用具有垂直旋轉軸功能的盤式刀庫，高強耐磨工程塑料刀套有較大的鎖緊面，從而能可靠地保持刀具位置。
　　根據經驗，在批量生產時，程序運行中調用的各個刀具的順序，可以在刀庫上編制位置碼并存儲起來。如果換刀時所要求執行的主軸箱的全部運動又沒有附加的接通和施轉功能的話，這時的換刀時間最短、最可靠。這種新開發的盤式刀庫的基本結構是由8個各有10個刀位的梳狀刀盒組成的，一個刀盒使用過以后，盤式刀庫再擺過一個刀盒的位置。為了確保送刀可靠，還預先考慮了一個裝有能識別刀具的讀寫頭的手動輔助送刀器。為了提高柔性，可以有選擇地把刀盒分類或存入輔助刀庫中，在此情況下最大刀庫容量為150把刀，亦可存放鏜頭（鄰刀空缺時，刀具直徑可達160mm，長320mm，重10kg），切削時間為4s.

　●工件交換時間只需6s

　　薩馬格公司采用數控彎板托架取代垂直工件托架的主回轉軸，這種布置的特點是排屑效果好，工件的重力作用在安裝面上，實際上提高了過程的可靠性。其設計方案為：作為工件架的臥式擺動主動軸（A）一端裝有一個平面齒輪，隨動端為支座。平面盤的直徑為345mm，夾具過橋的夾緊面為960mm380mm。
 
　　工件交換是通過Z形翻轉180度的工作臺實現的，即工作臺一分為二：二分之一工作臺裝夾工件處于加工狀態的同時，另二分之一工作臺處于上下料狀態，中間用隔板隔離。因為在共同的擺動桿上相對安排了兩個工件架。各具獨立的NC控制擺動軸。由于擺動軸繞水平軸回轉180，工件上幾乎無殘留的切屑，上下料的動作與工件加工時間并行。交換工件的上下料區與帶冷卻液的加工區由自動開/閉的隔板隔離。上料區的門把工件架上方的整個區域都打開，這樣就不存在自動化的上料問題.還有一個任選的用于五坐標加工的B軸和A軸-直徑為210mm的轉盤。夾緊面為高H220mm直徑200 mm。

　　高加工精度

　　FMC的所有坐標軸均采用絕對值測量系統進行測量，從而在任何情況下坐標軸位置都是唯一確定的。所有擺動軸均采用平面嚙合齒輪，擺桿的擺動軸安裝在箱形床身的側壁上，床身的后側面上安裝了兩根強剛性立柱，立柱上裝載一具有門式驅動和液壓平衡重的懸伸工作臺，在兩立柱互不相聯的上部區域運動，以交換工件。安裝在兩個間距為450mm電主軸整體結構主軸箱，用平面十字滑塊在X、Y方向運動。在動態剛度較高時，這種結構具有良好的導向性。

　　對由溫度引起的床身零位變化來說，一個具有較小的會使冷卻液受熱的接觸面的結實的高床身，與一個平而長的床身相比，其優點顯而易見。根據VDI/DGQ標準，X、Y、Z坐標的位置公差為12m，平均位置分散度為8m，重復定位精度為2m。FMC無需加特殊地基，由于懸伸工作臺是異形管結構，運動質量很小，因而有可能進一步提高運動速度和加速度。

　　與雙主軸加工單元FMC-2相比，三主軸的FMC-3工件回轉托架由一個水平的擺軸(W)構成，它把處于潮濕區中的工作區與上料區隔開。使用該布置形式可使工件更換和加工得以同步進行。另一特點是可獲取最佳的排屑效果以及在上下料區有序地裝夾工件，從而使操作更加安全。裝料區的門通過工件回轉架打開全部的加工區,即使全自動材料傳輸也不會受到任何影響。在擺軸的兩側各布置了水平回轉軸(A1,A2).所有三個坐標軸在傳動和隨行支座中通過端面嚙合齒輪來完成,在高切向剛性時可實現定位精度為+2"。由工件回轉架、夾緊裝置和工件構成的最大有效空間為700mm950mm。而作為選項，則可以安裝帶3個旋轉軸B1-B3的兩回轉軸（A1，A2）從而實現5面加工。直徑為280mm的大臺面可以使每個工作臺裝夾2個零件，每個工作臺通過端面嚙合齒輪和一個附加夾具，始終處于理想的位置狀態。由夾緊裝置和工件構成的工作臺面可以提供295X300mm的有效夾緊面。

　　主要應用范圍
　　FMC主要應用在汽車發動機、傳動箱、底盤和制動系統等結構件的生產。在歐洲的一些主要汽車及零部件制造廠大多使用該類設備，以達到產品上批量、上檔次的目的。其主要典型加工工件為：制動總泵/分泵、缸蓋、連桿、曲軸/凸輪軸（兩端面）、軸承蓋、差速器殼體、撥叉、轉向器殼體/閥體和增壓器等工件，并廣泛應用于液壓/氣動閥類、泵類、 電動工具、冰箱壓縮機缸體等工件加工。

　　生產效率成倍增加

　　FMC雙主軸加工單元消除了傳統加工中心的薄弱環節。其X、Y、Z三個坐標軸的行程分別為450mm、500mm、450mm，兩主軸的間距為450mm。雙主軸加工中心可提高生產率1倍以上，兩工作主軸均可同時采用多軸鏜頭加工，從而使生產效率再次得以提高。此外60m/min的快速移動速度和1G（10米/平方秒）的加速度使輔助時間大大減少。
FMC-3與FMC-2相比,生產效率又可提高30%。該機型是在FMC-2系列基礎上開發的，其X、Y、Z三個坐標方向的行程分別為300mm、500mm和450mm。電機主軸按相隔300mm布置，外側的兩個主軸位置可調整，快進速度為60m/min。

　　表1為典型汽車零件——汽車制動總泵，專用機床、單主軸加工中心及雙主軸加工單元（FMC-2）加工效率的對比。

    綜上所述，傳統的加工中心在效率上難以滿足大批量生產的需要，而專機又顯柔性不足，薩馬格FMC剛好克服了兩者的不足，而將它們的優勢集于一體。

　　隨著世貿的加入，汽車零部件生產行業面臨著激烈的市場競爭。企業欲在競爭中占有一席之地，先進的生產手段無疑是至關重要的。

來源：奧杰汽車網