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(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)上的瓶頸，適應(yīng)大批量、多品種生產(chǎn)的需要，德國(guó)薩馬格機(jī)床股份有限公司開發(fā)出了1～3主軸的柔性加工單元（FMC）。 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)。亦可按要求選擇相應(yīng)的工作臺(tái)和刀庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)多面體，復(fù)雜形面和孔徑的加工。

　　合理的設(shè)計(jì)      

　　●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床身采用名為“HYDROPOL”的材料制造。該類礦物基鑄件與傳統(tǒng)的材料相比，具有更好的熱穩(wěn)性和更大的熱容量。此外，由于高剛性及高抗振性的機(jī)床結(jié)構(gòu)，能獲得零件加工更好的表面質(zhì)量。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)。整體式的主軸箱容納3條相隔300mm（FMC-3主軸）的電主軸，并通過十字滑臺(tái)沿X方向和Z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。

　　●用電主軸作為主傳動(dòng)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(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是無(wú)需大量使用冷卻潤(rùn)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(nèi)，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(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，這種布置的特點(diǎn)是排屑效果好，工件的重力作用在安裝面上，實(shí)際上提高了過程的可靠性。其設(shè)計(jì)方案為：作為工件架的臥式擺動(dòng)主動(dòng)軸（A）一端裝有一個(gè)平面齒輪，隨動(dòng)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(zhuǎn)180度的工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，即工作臺(tái)一分為二：二分之一工作臺(tái)裝夾工件處于加工狀態(tài)的同時(shí)，另二分之一工作臺(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。由于擺動(dòng)軸繞水平軸回轉(zhuǎn)180，工件上幾乎無(wú)殘留的切屑，上下料的動(dòng)作與工件加工時(shí)間并行。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/閉的隔板隔離。上料區(qū)的門把工件架上方的整個(gè)區(qū)域都打開，這樣就不存在自動(dòng)化的上料問題.還有一個(gè)任選的用于五坐標(biāo)加工的B軸和A軸-直徑為210mm的轉(zhuǎn)盤。夾緊面為高H220mm直徑200 mm。

　　高加工精度

　　FMC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，從而在任何情況下坐標(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，床身的后側(cè)面上安裝了兩根強(qiáng)剛性立柱，立柱上裝載一具有門式驅(qū)動(dòng)和液壓平衡重的懸伸工作臺(tái)，在兩立柱互不相聯(lián)的上部區(qū)域運(yùn)動(dòng)，以交換工件。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)由溫度引起的床身零位變化來(lái)說，一個(gè)具有較小的會(huì)使冷卻液受熱的接觸面的結(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。根據(jù)VDI/DGQ標(biāo)準(zhǔn)，X、Y、Z坐標(biāo)的位置公差為12m，平均位置分散度為8m，重復(fù)定位精度為2m。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，因而有可能進(jìn)一步提高運(yùn)動(dòng)速度和加速度。

　　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4000～16000 r/min。轉(zhuǎn)速達(dá)12 000r/min，起動(dòng)時(shí)間大約為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（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1～6000 mm/min，快速移動(dòng)為60m/min。兩個(gè)電主軸的循環(huán)冷卻組的功率為13.5kW。

　　●抓取式的換刀方式

　　傳統(tǒng)的加工中心換刀系統(tǒng)是影響電主軸壽命的一個(gè)重要因素。因?yàn)橛谢覊m或切屑粘附等原因?qū)е聨в锌ňo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)盤式刀庫(kù)或鏈?zhǔn)降稁?kù)上，因刀套要在頭頂上快速運(yùn)動(dòng)，故必須把它牢牢鎖緊。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)又沒有附加的接通和施轉(zhuǎn)功能的話，這時(shí)的換刀時(shí)間最短、最可靠。這種新開發(fā)的盤式刀庫(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)刀盒使用過以后，盤式刀庫(kù)再擺過一個(gè)刀盒的位置。為了確保送刀可靠，還預(yù)先考慮了一個(gè)裝有能識(shí)別刀具的讀寫頭的手動(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10kg），切削時(shí)間為4s.

　●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，這種布置的特點(diǎn)是排屑效果好，工件的重力作用在安裝面上，實(shí)際上提高了過程的可靠性。其設(shè)計(jì)方案為：作為工件架的臥式擺動(dòng)主動(dòng)軸（A）一端裝有一個(gè)平面齒輪，隨動(dòng)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(zhuǎn)180度的工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，即工作臺(tái)一分為二：二分之一工作臺(tái)裝夾工件處于加工狀態(tài)的同時(shí)，另二分之一工作臺(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。由于擺動(dòng)軸繞水平軸回轉(zhuǎn)180，工件上幾乎無(wú)殘留的切屑，上下料的動(dòng)作與工件加工時(shí)間并行。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/閉的隔板隔離。上料區(qū)的門把工件架上方的整個(gè)區(qū)域都打開，這樣就不存在自動(dòng)化的上料問題.還有一個(gè)任選的用于五坐標(biāo)加工的B軸和A軸-直徑為210mm的轉(zhuǎn)盤。夾緊面為高H220mm直徑200 mm。

　　高加工精度

　　FMC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，從而在任何情況下坐標(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，床身的后側(cè)面上安裝了兩根強(qiáng)剛性立柱，立柱上裝載一具有門式驅(qū)動(dòng)和液壓平衡重的懸伸工作臺(tái)，在兩立柱互不相聯(lián)的上部區(qū)域運(yùn)動(dòng)，以交換工件。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)由溫度引起的床身零位變化來(lái)說，一個(gè)具有較小的會(huì)使冷卻液受熱的接觸面的結(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。根據(jù)VDI/DGQ標(biāo)準(zhǔn)，X、Y、Z坐標(biāo)的位置公差為12m，平均位置分散度為8m，重復(fù)定位精度為2m。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，因而有可能進(jìn)一步提高運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)托架由一個(gè)水平的擺軸(W)構(gòu)成，它把處于潮濕區(qū)中的工作區(qū)與上料區(qū)隔開。使用該布置形式可使工件更換和加工得以同步進(jìn)行。另一特點(diǎn)是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)的門通過工件回轉(zhuǎn)架打開全部的加工區(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).所有三個(gè)坐標(biāo)軸在傳動(dòng)和隨行支座中通過端面嚙合齒輪來(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700mm950mm。而作為選項(xiàng)，則可以安裝帶3個(gè)旋轉(zhuǎn)軸B1-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295X300mm的有效夾緊面。

　　主要應(yīng)用范圍
　　FMC主要應(yīng)用在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱、底盤和制動(dòng)系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)。在歐洲的一些主要汽車及零部件制造廠大多使用該類設(shè)備，以達(dá)到產(chǎn)品上批量、上檔次的目的。其主要典型加工工件為：制動(dòng)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(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)缸體等工件加工。

　　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三個(gè)坐標(biāo)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(chǎn)率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（10米/平方秒）的加速度使輔助時(shí)間大大減少。
FMC-3與FMC-2相比,生產(chǎn)效率又可提高30%。該機(jī)型是在FMC-2系列基礎(chǔ)上開發(fā)的，其X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)方向的行程分別為300mm、500mm和450mm。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。

　　表1為典型汽車零件——汽車制動(dòng)總泵，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剛好克服了兩者的不足，而將它們的優(yōu)勢(shì)集于一體。

　　隨著世貿(mào)的加入，汽車零部件生產(chǎn)行業(yè)面臨著激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。企業(yè)欲在競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，先進(jìn)的生產(chǎn)手段無(wú)疑是至關(guān)重要的。

來(lái)源：奧杰汽車網(wǎng)