萨马格MFZ2-2卧式双主轴加工中心

为了有效解决汽车零部件优质、高效生产的“瓶颈”，德国萨马格公司开发出了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，同时也可按要求选择相应的工作台和刀库，从而实现多面体、复杂型面和孔径的加工。

合理的设计

1、 高动态刚性减少了辅助时间

为满足现代机床稳定性的要求，FMC床身采用了Hydropol材料。与传统的材料相比，该类矿物基铸件具有更好的热稳定性和更大的热容量。高刚性及高抗振性的机床结构能使零件获得更好的表面加工质量。此外，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。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。整体式的主轴箱可容纳3个相隔300mm（FMC-3主轴）的电主轴，并通过十字滑台沿X轴方向和Z轴向移动。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。

2、用电主轴作为主传动轴

为保证在深孔加工过程中具有较高的安全性，该系列机床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，另外，工件悬挂在夹紧装置上，切屑直接落入横向布置的宽阔的排屑器内，有效避免了切屑存留在切屑箱里或落在排屑斜面上。

在标准机床上，主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，起动时间约为1s，在100%的起动时间下，每个主轴的驱动功率为20kW（可选项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，快速移动速度为60m/min，两个电主轴的循环冷却组的功率为13.5kW。

3、抓取式的换刀方式

对于传统的加工中心来说，换刀系统是影响电主轴寿命的一个重要因素。因为灰尘或切屑粘附等会导致带有卡紧钳的换刀机械手经常产生误动、主轴轴承受刚性换刀装置碰撞而变形，从而导致主轴发热并最终完全损坏。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，因刀套要在操作人员头顶上快速运动，故必须将其牢牢锁紧，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的位置。

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没有附加的接通和旋转功能，则换刀时间最短、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。为了确保送刀的可靠性，该机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），换刀时间为4s。

4、工件交换时间只需6s

萨马格公司采用数控弯板托架取代垂直工件托架的主回转轴，这种布置方式的排屑效果好，而且工件的重力作用在安装面上，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轴）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。

工件交换是通过Z形翻转180°的工作台实现的，将工作台一分为二：1/2工作台装夹工件处于加工状态的同时，另1/2工作台处于上下料状态，中间用隔板隔离。因为在共同的摆动杆上相对安排了两个工件架各具独立的NC控制摆动轴，所以摆动轴绕水平轴回转180°时，工件上几乎无残留的切屑，上下料的动作与工件加工可以并行。交换工件的上下料区与带冷却液的加工区由自动开/闭的隔板隔离。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5坐标加工的B轴和A轴直径为210mm的转盘，夹紧面尺寸为220mm×200mm。

FMC机床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

高加工精度

FMC机床的所有坐标轴均采用绝对值测量系统进行测量，因此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。安装在两个间距为450mm电主轴整体结构主轴箱，用平面十字滑块在X、Y轴方向运动。在动态刚度较高时，这种结构具有良好的导向性。

对于易受温度影响的床身零位来说，一个具有较小的冷却液受热的接触面结实的高床身，与一个平而长的床身相比，其优点显而易见。根据VDI/DGQ标准，X、Y、Z坐标的位置公差分别为12μm，平均位置分散度为8μm，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，因而运动速度和加速度有可能进一步提高。

与双主轴加工单元FMC-2相比，三主轴的FMC-3的工件回转托架由一个水平的摆轴（W轴）构成，它把处于潮湿区中的工作区与上料区隔开，使用该布置形式可使工件更换和加工得以同步进行，此外，还可获取最佳的排屑效果以及在上下料区有序地装夹工件，从而使操作更加安全。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3个坐标轴在传动和随行支座中通过端面啮合齿轮来完成，在高切向刚性时可实现定位精度为+2"。由工件回转架、夹紧装置和工件构成的最大有效空间为700mm×950mm，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5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啮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295mm×300mm的有效夹紧面。　

主要应用范围

FMC机床主要用于汽车制造业。在欧洲，一些主要的汽车及零部件制造厂大多应用该类设备，以达到产品上批量、上档次的目的。其典型加工的汽车零部件有发动机缸盖、连杆、曲轴/凸轮轴（两端面）、轴承盖、差速器壳体、拨叉、制动总泵/分泵、转向器壳体/阀体和增压器等工件，并广泛应用于液压/气动阀类、泵类、电动工具、冰箱压缩机缸体等工件的加工。

FMC-2使得生产效率成倍增加

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坐标方向的行程分别为450mm×500mm×450mm，两主轴的间距为450mm。双主轴加工中心可使生产效率提高1倍以上，两工作主轴均可同时采用多轴镗头加工，从而使生产效率再次得以提高，此外，60m/min的快速移动速度和1g的加速度使辅助时间大大减少。

与FMC-2相比，FMC-3可使生产效率提高30%。该机型是在FMC-2系列基础上开发的，其X、Y、Z坐标方向的行程为300mm×500mm×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。

本文示表为加工典型汽车零件汽车制动总泵时，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。

综上所述，传统的加工中心在效率上难以满足大批量生产的需要，而专机又显柔性不足，萨马格FMC将二者的优势集于一体，克服了两者的不足，有效地解决了汽车零部件优质、高效生产的“瓶颈”。