FMC提高零部件加工效率

汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)如何在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地？毫無(wú)疑問(wèn)。先進(jìn)的制造技術(shù)是至關(guān)重要的。針對(duì)汽車零部件大批量、多品種生產(chǎn)的需要，德國(guó)薩馬格機(jī)床股份有限公司開(kāi)發(fā)了1-3主軸的柔性加工單元（FMC），有效地解決了汽車零部件優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)中的“瓶頸”。

　　為了有效解決汽車零部件優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)的“瓶頸”，德國(guó)薩馬格公司開(kāi)發(fā)出了1-3主軸的柔性加工單元(PMC)，該系列機(jī)床集專機(jī)的效率和加工中心的柔性為一體，既能滿足汽車行業(yè)大批量生產(chǎn)的需要，又具有加工中心快速換產(chǎn)的柔性特點(diǎn)，同時(shí)也可按要求選擇相應(yīng)的工作臺(tái)和刀庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)多面體、復(fù)雜型面和孔徑的加工。

　　合理的設(shè)計(jì)

　　1、高動(dòng)態(tài)剛性減少了輔助時(shí)間

　　為滿足現(xiàn)代機(jī)床穩(wěn)定性的要求，F(xiàn)MC床身采用了Hydropol材料。與傳統(tǒng)的材料相比，該類礦物基鑄件具有更好的熱穩(wěn)定性和更大的熱容量。高剛性及高抗振性的機(jī)床結(jié)構(gòu)能使零件獲得更好的表面加工質(zhì)量。此外，在床身的尾部設(shè)置了兩個(gè)立柱，在立柱的垂直導(dǎo)軌上裝有一個(gè)帶門(mén)式驅(qū)動(dòng)裝置和液壓重平衡裝置的懸伸工作臺(tái)。換刀時(shí)，懸伸工作臺(tái)在兩立柱的非相互連接的上部區(qū)域移動(dòng)。整體式的主軸箱可容納3個(gè)相隔300mm(FMC-3主軸)的電主軸，并通過(guò)十字滑臺(tái)沿X軸方向和Z軸方向移動(dòng)。緊密相連布置的滑臺(tái)由于其高動(dòng)態(tài)剛性而使設(shè)備具有高定位精度和高加工精度。

　　2、用電主軸作為主傳動(dòng)軸

　　為保證在深孔加工過(guò)程中具有較高的安全性，該系列機(jī)床選用了臥式主軸配置，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是無(wú)需大量使用冷卻潤(rùn)滑劑，另外，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(nèi)，有效避免了切屑存留在切屑箱里或落在排屑斜面上。

　　在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床上，主傳動(dòng)的配置是大功率電主軸，轉(zhuǎn)速范圍為4000～16000r／min，轉(zhuǎn)速達(dá)12000r／min，起動(dòng)時(shí)間約為1s，在100％的起動(dòng)時(shí)間下，每個(gè)主軸的驅(qū)動(dòng)功率為20kW(可選項(xiàng)30kW)。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，刀具夾緊套為HSK63。在X、Y、Z三個(gè)軸上，每個(gè)軸的進(jìn)給功率為8kW，進(jìn)給速度為1～6000mm／min，快速移動(dòng)速度為60m／min，兩個(gè)電主軸的循環(huán)冷卻組的功率為13.5kW。

　　3、抓取式的換刀方式

　　對(duì)于傳統(tǒng)的加工中心來(lái)說(shuō)，換刀系統(tǒng)是影響電主軸壽命的一個(gè)重要因素。因?yàn)榛覊m或切屑粘附等會(huì)導(dǎo)致帶有卡緊鉗的換刀機(jī)械手經(jīng)常產(chǎn)生誤動(dòng)、主軸軸承受剛性換刀裝置碰撞而變形，從而導(dǎo)致主軸發(fā)熱并最終完全損壞。為此，F(xiàn)MC機(jī)床放棄了換刀機(jī)構(gòu)，代之以HSK63夾緊刀套的抓取式換刀。

　　在傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)盤(pán)式刀庫(kù)或鏈?zhǔn)降稁?kù)上，因刀套要在操作人員頭頂上快速運(yùn)動(dòng)，故必須將其牢牢鎖緊，這種抓取系統(tǒng)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(zhuǎn)軸功能的盤(pán)式刀庫(kù)，高強(qiáng)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的位置。

　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在批量生產(chǎn)時(shí)，程序運(yùn)行中調(diào)用的各個(gè)刀具的順序可以在刀庫(kù)上編制位置碼并存儲(chǔ)起來(lái)。如果換刀時(shí)所要求執(zhí)行的主軸箱的全部運(yùn)動(dòng)沒(méi)有附加的接通和旋轉(zhuǎn)功能，則換刀時(shí)間最短、最可靠。這種新開(kāi)發(fā)的盤(pán)式刀庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)是由8個(gè)各有10個(gè)刀位的梳狀刀盒組成的，一個(gè)刀盒使用過(guò)以后，盤(pán)式刀庫(kù)再擺過(guò)一個(gè)刀盒的位置。為了確保送刀的可靠性，該機(jī)還預(yù)先考慮了一個(gè)裝有能識(shí)別刀具的讀寫(xiě)頭的手動(dòng)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(kù)中，在此情況下，最大刀庫(kù)容量為150把刀，亦可存放鏜頭(鄰刀空缺時(shí)，刀具直徑可達(dá)160mm，長(zhǎng)320mm，重l0kg)，換刀時(shí)間為4s。

　　4、工件交換時(shí)間只需6s

　　薩馬格公司采用數(shù)控彎板托架取代垂直工件托架的主回轉(zhuǎn)軸，這種布置方式的排屑效果好，而且工件的重力作用在安裝面上，提高了過(guò)程的可靠性。其設(shè)計(jì)方案為：作為工件架的臥式擺動(dòng)主動(dòng)軸(A軸)一端裝有一個(gè)平面齒輪，隨動(dòng)端為支座。平面盤(pán)的直徑為345mm，夾具過(guò)橋的夾緊面為960mm X 380mm。

(FMC機(jī)床床身的尾部設(shè)置了兩個(gè)立柱,在立柆的垂直導(dǎo)軌上裝有一個(gè)帶門(mén)式驅(qū)動(dòng)裝置和液壓平衡裝置的懸伸工作臺(tái))　

工件交換是通過(guò)Z形翻轉(zhuǎn)180度的工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，將工作臺(tái)一分為二：1／2工作臺(tái)裝夾工件處于加工狀態(tài)的同時(shí)，另1／2工作臺(tái)處于上下料狀態(tài)，中間用隔板隔離。因?yàn)樵诠餐�的擺動(dòng)桿上相對(duì)安排了兩個(gè)工件架各具獨(dú)立的NC控制擺動(dòng)軸，所以擺動(dòng)軸繞水平軸回轉(zhuǎn)180度時(shí)，工件上幾乎無(wú)殘留的切屑，上下料的動(dòng)作與工件加工可以并行。交換工件的上下料區(qū)與帶冷卻液的加工區(qū)由自動(dòng)開(kāi)／閉的隔板隔離。上料區(qū)的門(mén)把工件架上方的整個(gè)區(qū)域都打開(kāi)，這樣就不存在自動(dòng)化的上料問(wèn)題，還有一個(gè)任選的用于5坐標(biāo)加工的B軸和A軸直徑為210mm的轉(zhuǎn)盤(pán)，夾緊面尺寸為220mm x200mm。

　　高加工精度

　　FMC機(jī)床的所有坐標(biāo)軸均采用絕對(duì)值測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，因此任何情況下坐標(biāo)軸位置都是唯一確定的。所有擺動(dòng)軸均采用平面嚙合齒輪，擺桿的擺動(dòng)軸安裝在箱形床身的側(cè)壁上。安裝在兩個(gè)間距為450mm電主軸整體結(jié)構(gòu)主軸箱，用平面十字滑塊在X、Y軸方向運(yùn)動(dòng)。在動(dòng)態(tài)剛度較高時(shí)，這種結(jié)構(gòu)具有良好的導(dǎo)向性。

　　對(duì)于易受溫度影響的床身零位來(lái)說(shuō)，一個(gè)具有較小的冷卻液受熱的接觸面結(jié)實(shí)的高床身，與一個(gè)平而長(zhǎng)的床身相比，其優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)。根據(jù)VDI／DGQ標(biāo)準(zhǔn)，X、Y、Z坐標(biāo)的位置公差分別為12μm，平均位置分散度為8μm，重復(fù)定位精度為2μm。FMC無(wú)需加特殊地基，由于懸伸工作臺(tái)是異形管結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量很小，因而運(yùn)動(dòng)速度和加速度有可能進(jìn)一步提高。

　　與雙主軸加工單元FMC-2相比，三主軸的FMC-3的工件回轉(zhuǎn)托架由一個(gè)水平的擺軸(W軸)構(gòu)成，它把處于潮濕區(qū)中的工作區(qū)與上料區(qū)隔開(kāi)，使用該布置形式可使工件更換和加工得以同步進(jìn)行，此外，還可獲取最佳的排屑效果以及在上下料區(qū)有序地裝夾工件，從而使操作更加安全。裝料區(qū)的門(mén)通過(guò)工件回轉(zhuǎn)架打開(kāi)全部的加工區(qū)，即使全自動(dòng)材料傳輸也不會(huì)受到任何影響。在擺軸的兩側(cè)各布置了水平回轉(zhuǎn)軸(A1、A2)。所有3個(gè)坐標(biāo)軸在傳動(dòng)和隨行支座中通過(guò)端面嚙合齒輪來(lái)完成，在高切向剛性時(shí)可實(shí)現(xiàn)定位精度為+2"。由工件回轉(zhuǎn)架、夾緊裝置和工件構(gòu)成的最大有效空間為700mmx950mm，而作為選項(xiàng)，則可以安裝帶3個(gè)旋轉(zhuǎn)軸BI-B3的兩回轉(zhuǎn)軸(A1、A2)，從而實(shí)現(xiàn)5面加工。直徑為280mm的大臺(tái)面可以使每個(gè)工作臺(tái)裝夾2個(gè)零件，每個(gè)工作臺(tái)通過(guò)端面嚙合齒輪和一個(gè)附加夾具，始終處于理想的位置狀態(tài)，由夾緊裝置和工件構(gòu)成的工作臺(tái)面可以提供295nunx300mm的有效夾緊面。

　　主要應(yīng)用范圍

　　FMC機(jī)床主要用于汽車制造業(yè)。在歐洲，一些主要的汽車及零部件制造廠大多應(yīng)用該類設(shè)備，以達(dá)到產(chǎn)品上批量、上檔次的目的。其典型加工的汽車零部件有發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、連桿、曲軸／凸輪軸(兩端面)、軸承蓋、差速器殼體、撥叉、制動(dòng)總泵／分泵、轉(zhuǎn)向器殼體／閥體和增壓器等工件，并廣泛應(yīng)用于液壓／氣動(dòng)閥類、泵類、電動(dòng)工具、冰箱壓縮機(jī)缸體等工件的加工。

　　FMC-2使得生產(chǎn)效率成倍增加

　　FMC雙主軸加工單元消除了傳統(tǒng)加工中心的薄弱環(huán)節(jié)，其X、Y、Z坐標(biāo)方向的行程分別為450mmX 500mmX 450mm，兩主軸的間距為450mm。雙主軸加工中心可使生產(chǎn)效率提高1倍以上，兩工作主軸均可同時(shí)采用多軸鏜

頭加工，從而使生產(chǎn)效率再次得以提高，此外，60m／min的快速移動(dòng)速度和1g的加速度使輔助時(shí)間大大減少。

　　與FMC-2相比，F(xiàn)MC-3可使生產(chǎn)效率提高30％。該機(jī)型是在FMC-2系列基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，其X、Y、Z坐標(biāo)方向的行程為300mm x500mmx450mm，電機(jī)主軸按相隔300mm布置，外側(cè)的兩個(gè)主軸位置可調(diào)整，快進(jìn)速度為60m／min。

　　本文示表為加工典型汽車零件汽車制動(dòng)總泵時(shí)，專用機(jī)床、單主軸加工中心及雙主軸加工單元(FMC-2)加工效率的對(duì)比。

　　綜上所述，傳統(tǒng)的加工中心在效率上難以滿足大批量生產(chǎn)的需要，而專機(jī)又顯柔性不足，薩馬格FMC將二者的優(yōu)勢(shì)集于一體，克服了兩者的不足，有效地解決了汽車零部件優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)的“瓶頸”。