为解决汽车零部件优质、高效生产上的瓶颈，适应多品种、大批量生产的需要，德国萨马格机床股份有限公司开发出了1～3主轴的柔性加工单元(FMC)。该系列机床集专机的效率和加工中心的柔性为一体，既能满足汽车行业大批量生产的需要，又具有加工中心快速换产的柔性特点。亦可按嘉求选择相应的工作台和刀库，从而实现多面体，复杂形面和孔径的加工。

合理的设计

• 高动态刚性减少了辅助时间
  

图1

为满足现代机床稳定性的要求，FMC床身采用名为“HYDROPOL”的材料制造。该类矿物基铸件与传统的材料相比，具有更好的热稳性和更大的热容量。此外，由于高刚性及高抗振性的机床结构，能获得零件加工更好的表面质量。在床身的尾部设置了两个立柱，在立柱的垂直导轨上，装有一个带门式驱动装置和液压重平衡装置的悬伸工作台(图1)。换刀时，悬伸工作台在两立柱的非相互连接的上部区域移动。整体式的主轴箱容纳3条相隔300mm(FMC-3主轴)的电主轴，并通过十字滑台沿X方向和Z方向移动。紧密相连布置的滑台由于其高动态刚性而使设备具有高定位精度和高加工精度。

用电主轴作为主传动轴

为保证深孔加工过程中有较高的安全性，选用了卧式主轴配置，这种结构的特点是无需大量使用冷却润滑剂。工件是挂在夹紧装置上，切屑直接落入横向布置的宽阔的排屑器内，有效避免了存留在切屑箱里或落在排屑斜面上。

在标准机床上，王传动的配置是大功率电主轴，转速范围为4000～16000r/min。转速达12000r/min，起动时间大约为1s。在100％的起动时间下，每个主轴的驱动功率为20kW(选项30kW)。按标准规定，刀具夹紧套为HSK63。在X、Y、Z三个轴上，每个轴的进给功率为8kW，进给速度为1～6000mm/min，快速移动为60m/min。两个电主轴的循环冷却纷的功率为135kW。

抓取式的换刀方式

传统的加工中心换刀系统是影响电主轴寿命的一个重要因素。为此，FMC机床放弃了换刀机构，代之以HSK63夹紧刀套的抓取式换刀。

在传统的旋转盘式刀库或链式刀库上，因刀套要在头顶上快速运动，故必须把它牢牢锁紧。这种抓取系统与卡紧式换刀装置一样，容易受到碰撞，而FMC采用具有垂直旋转轴功能的盘式刀库，高强度耐磨工程塑料刀套有较大的锁紧面，从而能可靠地保持刀具位置。

根据经验，在批量生产时，程序运行中调用的各个刀具的顺序，可以在刀库上编制位置码并存储起来。如果换刀时所要求执行的主轴箱的全部运动又没有附加的接通和旋转功能的话，这时的换刀时间最短、最可靠。这种新开发的盘式刀库的基本结构是由8个各有10个刀位的梳状刀盒组成的，一个刀盒使用过以后，盘式刀库再摆过一个刀盒的位置。为了确保送刀可靠，还预先考虑了一个装有能识别刀具的读写头的手动辅助送刀器。为了提高柔性，可以有选择地把刀盒分类或存入辅助刀库中，在此情况下最大刀库容量为150把刀，亦可存放镗头(邻刀空缺时，刀具直径可达160mm，长320mm，重10kg)，切屑-切屑时间为4s。

工件交换时间只需6s
屑采用数控弯板托架取代垂直工件托架的主回转轴布置的特点是排屑效果好，工件的重力作用在安装面上，实际上提高了过程的可靠性。其设计方案为：作为工件架的卧式摆动主动轴(A)一端装有一个平面齿轮，随动端为支座。平面盘的直径为345mm，夹具过桥的夹紧面为960mm×380mm。

此外，工件的交换不需要在切屑区用有关键的联接过程的托盘交换，因为在共同的摆动杆上相对安排了两个工件架。各具一个独立的可NC控制的摆动轴。由于摆动轴杆绕水平轴回转180度，工件几乎没有切屑了，与加工时间并行，交换工件的上料区与潮湿的区域隔开。上料区的门把工件架上方的整个区域都打开，这样就不存在自动化的上料问题。还有一个任选的用于五坐标加工的立式B轴，它有一个直径为210mm的平面盘，夹紧面为220mm(高)×200mm(直径)。

 

图2

高加工精度

<DIV align=left>FMC的所有坐标轴均采用绝对值测量系统进行测量，从而在任何情况下坐标轴位置都是唯一确定的。所有摆动轴均采用平面啮合齿轮，摆杆的摆动轴安装在箱形床身的侧壁上，床身的后侧面上安装了两根强刚性立柱，立柱上装一具有门式驱动和液压平衡重的悬伸工作台，在两立柱互不相联的上面区域运动，以交换工件。安装在两个间距为450mm的电主轴的整体结构的主轴箱，用一个平面十字滑块在X、Y方向运动。在动态刚度较高时，这种结构具有良好的导向性。
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<DIV align=left>对由温度引起的床身零位变化，一个具有较小的会使冷却液受热的接触面的结实的高床身，与一个平而长的床身相比，其优点是显而易见的。根据VDI/DGQ标准，X、Y、Z坐标的位置公差为12µm，平均位置分散度为8um，重复定位精度为2µm。FMC无需加特殊地基，由于悬伸工作台是异形管结构，运动质量很小，因而有可能进一步提高运动速度和加速度。
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<DIV align=left>与双主轴加工单元FMC－2相比，三主轴的FMC－3I件回转托架由一个水平的摆轴(W)构成，它把处于潮湿区中的工作区与主料区隔开。使用该布置形式可使工件更换和加工得以同步进行。还有一特点是获得了最佳的排屑效果以及在上料区有序地装夹工件，从而在实际加工中得到了更高的过程安全。装料区的门通过工件回转架打开全部的加工区，即使全自动材料传输也不会受到任何影响。在摆轴的两侧各布置了水平回转轴(A1，A2)。所有三个坐标轴在传动和随行支座中通过端面咽合齿轮来完成，在高切向刚性时可实现定位精度为±2µm。由工件回转架、夹紧装置和工件构成的最大有效空间，相当于一个700×950mm的缸体尺寸。而作为选项，则可以安装带3个旋转轴B1-B3的两回转轴(A1，A2)，从而实现五面加工。直径为280mm的大台面可以使每个工作台装夹2个零件，每个工作台通过端面咽合齿轮和一个附加夹具，始终处于理想的位置状态。由夹紧装置和工件构成的工作台面可以提供295×300mm的有效夹紧面。</DIV>

图3

主要应用范围

FMC主要应用在汽车发动机、传动箱、底盘和制动系统等结构件的生产方面。在欧洲的一些主要汽车及零部件制造厂大多使用该类设备，以达到产品上批量、上档次的目的。其主要典型加工工件为：制动总泵/分泵、缸盖、连杆、曲轴/凸轮轴(两端面)、轴承盖、差速器壳体、拨又、转向机壳体/阀体等零部件，并广泛应用于液压汽动阀类、泵类、电动工具、冰箱压缩机缸体等工件加工(图2)。

生产效率成倍增加

FMC双主轴加工单元消除了传统加工中心的薄弱环节。其X、Y、Z三个坐标轴的行程分别为450mm、500mm、450mm，两主轴的间距为450mm。双主轴加工中心可提高生产率1倍以上，两工作主轴均可同时采用多轴镗头加工，使生产率再次得以提高。此外60m/min的移动速度和1g的加速度使辅助时间大大减少。

FMC-3(图3)与FMC-2相比，生产效率又可提高30％。该机型是在FMC－2系列基础上开发的，其X、Y、Z三个坐标方向的行程分别为300mm、500mm和450mm。电机主轴按相隔300mm布置，外侧的两个主轴位置可调整，快进速度为60m/min。

表1为典型汽车零件——汽车制动总泵，专用机床、单主轴加工中心及双主轴加工单元(FMC－2)加工效率的对比。

专用机床 单主轴加工中心 双主轴加工单元
一次装夹零件数(件/次) 视动力头数量多少而定 4 4
主切削时间(秒) 约94 约94
辅助时间(秒) 约440 约220
总加工时间(秒/4件) 约534 约315
单件节拍(秒) 约133 约80
年生产能力(万件/3班) 约12 约20

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