解決汽車零部件加工「瓶頸」的有效方法

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tags: 汽車零部件    時間:2014-03-12 01:24:29
解決汽車零部件加工「瓶頸」的有效方法簡介
    為解決汽車零部件優質、高效生產上的瓶頸,適應多品種、大批量生產的需要,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……
解決汽車零部件加工「瓶頸」的有效方法正文

    為解決汽車零部件優質、高效生產上的瓶頸,適應多品種、大批量生產的需要,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。亦可按嘉求選擇相應的工作台和刀庫,從而實現多面體,複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

圖1

  • 為滿足現代機床穩定性的要求,FMC床身採用名為「HYDROPOL」的材料製造。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,由於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台(圖1)。換刀時,懸伸工作台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,並通過十字滑台沿X方向和Z方向移動。緊密相連布置的滑台由於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,選用了卧式主軸配置,這種結構的特點是無需大量使用冷卻潤滑劑。工件是掛在夾緊裝置上,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。

  • 在標準機床上,王傳動的配置是大功率電主軸,轉速範圍為4000~16000r/min。轉速達12000r/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1~6000mm/min,快速移動為60m/min。兩個電主軸的循環冷卻紛的功率為135kW。

    • 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。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採用具有垂直旋轉軸功能的盤式刀庫,高強度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,可以在刀庫上編製位置碼並存儲起來。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旋轉功能的話,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,一個刀盒使用過以後,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),切屑-切屑時間為4s。

    • 工件交換時間只需6s
      屑採用數控彎板托架取代垂直工件托架的主迴轉軸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:作為工件架的卧式擺動主動軸(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。

  • 此外,工件的交換不需要在切屑區用有關鍵的聯接過程的托盤交換,因為在共同的擺動桿上相對安排了兩個工件架。各具一個獨立的可NC控制的擺動軸。由於擺動軸桿繞水平軸迴轉180度,工件幾乎沒有切屑了,與加工時間并行,交換工件的上料區與潮濕的區域隔開。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。還有一個任選的用於五坐標加工的立式B軸,它有一個直徑為210mm的平面盤,夾緊面為220mm(高)×200mm(直徑)。

  • 圖2

    高加工精度

  • FMC的所有坐標軸均採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。所有擺動軸均採用平面嚙合齒輪,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,立柱上裝一具有門式驅動和液壓平衡重的懸伸工作台,在兩立柱互不相聯的上面區域運動,以交換工件。安裝在兩個間距為450mm的電主軸的整體結構的主軸箱,用一個平面十字滑塊在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,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,其優點是顯而易見的。根據VDI/DGQ標準,X、Y、Z坐標的位置公差為12µm,平均位置分散度為8um,重複定位精度為2µm。FMC無需加特殊地基,由於懸伸工作台是異形管結構,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-3I件迴轉托架由一個水平的擺軸(W)構成,它把處於潮濕區中的工作區與主料區隔開。使用該布置形式可使工件更換和加工得以同步進行。還有一特點是獲得了最佳的排屑效果以及在上料區有序地裝夾工件,從而在實際加工中得到了更高的過程安全。裝料區的門通過工件迴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迴轉軸(A1,A2)。所有三個坐標軸在傳動和隨行支座中通過端面咽合齒輪來完成,在高切向剛性時可實現定位精度為±2µm。由工件迴轉架、夾緊裝置和工件構成的最大有效空間,相當於一個700×950mm的缸體尺寸。而作為選項,則可以安裝帶3個旋轉軸B1-B3的兩迴轉軸(A1,A2),從而實現五面加工。直徑為280mm的大檯面可以使每個工作台裝夾2個零件,每個工作台通過端面咽合齒輪和一個附加夾具,始終處於理想的位置狀態。由夾緊裝置和工件構成的工作檯面可以提供295×300mm的有效夾緊面。

    圖3

    主要應用範圍

  • 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方面。在歐洲的一些主要汽車及零部件製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、撥又、轉向機殼體/閥體等零部件,並廣泛應用於液壓汽動閥類、泵類、電動工具、冰箱壓縮機缸體等工件加工(圖2)。

    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採用多軸鏜頭加工,使生產率再次得以提高。此外60m/min的移動速度和1g的加速度使輔助時間大大減少。

  • FMC-3(圖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。


  • 設備類型制動主缸加工專用機床單主軸加工中心雙主軸加工單元
    一次裝夾零件數(件/次)視動力頭數量多少而定44
    主切削時間(秒)約94約94
    輔助時間(秒)約440約220
    總加工時間(秒/4件)約534約315
    單件節拍(秒)約133約80
    年生產能力(萬件/3班)約12約20
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