數(shù)控機(jī)床當(dāng)前發(fā)展趨向是高速、高精度、復(fù)合加工和多軸聯(lián)動(dòng)等。然而,這一僅著眼于技術(shù)性能提升的發(fā)展趨勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前科技潮流的要求,作為制造業(yè)的重要工具,機(jī)床研發(fā)還將考慮機(jī)床與環(huán)境和使用者關(guān)系的和諧。高性能、綠色化、智能化的集成和融合才能開創(chuàng)面向未來的高性能數(shù)控機(jī)床的新局面。
過去的10年,全球領(lǐng)先的機(jī)床制造商都致力于數(shù)控機(jī)床技術(shù)性能的提高,不斷相互超越,推出令人眼花繚亂的新產(chǎn)品。例如復(fù)合加工機(jī)床、并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床、倒置式加工機(jī)床、超精密機(jī)床等??梢灶A(yù)測(cè),在未來的10年里,機(jī)床制造商和研發(fā)機(jī)構(gòu)將在機(jī)床與環(huán)境和人的關(guān)系領(lǐng)域爭(zhēng)奪制高點(diǎn),形成“超脫”競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的新產(chǎn)品,例如智能機(jī)床、網(wǎng)絡(luò)機(jī)床、綠色機(jī)床等以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的需要。
機(jī)床是機(jī)械制造工業(yè)中廣泛使用的裝備,是一種用能產(chǎn)品(En鄄ergyUsingProduct,即EuP)。它的設(shè)計(jì)、制造、使用和回收將受到有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的制約。2008年10月歐盟委員會(huì)向歐洲議會(huì)提交了《用能產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)指南》2009~2011年的工作計(jì)劃,將機(jī)床產(chǎn)品列為十大用能產(chǎn)品之一。由德國弗朗霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)會(huì)的微系統(tǒng)裝配和包裝研究所以及生產(chǎn)裝備與設(shè)計(jì)技術(shù)研究所開展“機(jī)床生態(tài)設(shè)計(jì)預(yù)研”項(xiàng)目,預(yù)計(jì)將在2012年出臺(tái)相關(guān)法規(guī)或指令,對(duì)機(jī)床的能耗加以限制,這必將對(duì)我國機(jī)床產(chǎn)品出口造成新的“綠色壁壘”。
節(jié)能減排是21世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)的時(shí)代使命,也是我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。我國是世界機(jī)床生產(chǎn)大國和消費(fèi)大國,機(jī)床的擁有量大約700萬臺(tái)。如果每天每臺(tái)節(jié)約1kWh,全年將有可能節(jié)約電能20億kWh以上。
那么,現(xiàn)階段如何實(shí)現(xiàn)低碳機(jī)床呢?
我國大多數(shù)機(jī)床型號(hào)陳舊、役齡較長,年久失修。首先,應(yīng)該對(duì)服役5年以上的機(jī)床進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)功率測(cè)量,對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下和高能耗的機(jī)床進(jìn)行檢修或淘汰。
其次,由于機(jī)床的生產(chǎn)效率主要由高性能刀具來體現(xiàn),因此采用先進(jìn)的刀具和合理的切削參數(shù),減少切除單位體積切屑所需的能耗,或者提高單位能耗所創(chuàng)造的價(jià)值。
再其次,則是借助編程軟件對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行優(yōu)化,使刀具軌跡盡量處于連續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài),減少運(yùn)動(dòng)方向和速度的突然變化,以降低驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的能耗。
再次,對(duì)機(jī)床進(jìn)行能源管理,采用低能耗高效率的液壓、氣動(dòng)、潤滑和切削液等輔助裝置,減少非切削過程的能源消耗,及時(shí)關(guān)閉不使用的輔助裝置的電源。
最后,還應(yīng)注意的是切削液是機(jī)床使用過程中不可缺少的輔助材料,也是主要的污染源。隨著刀具涂層技術(shù)的進(jìn)步,干切削將會(huì)逐步獲得應(yīng)用。當(dāng)前,采用微量潤滑技術(shù)(MQL)是推廣綠色制造的首選方案。
事實(shí)上,所謂綠色生態(tài)機(jī)床,其主要特點(diǎn)在于其部件特別是移動(dòng)部件的輕量化設(shè)計(jì)。而輕量化設(shè)計(jì)又主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面:
一是新結(jié)構(gòu),采用桿機(jī)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)、箱中箱結(jié)構(gòu)、臺(tái)中臺(tái)結(jié)構(gòu),通過輕量化和直接驅(qū)動(dòng)減少驅(qū)動(dòng)移動(dòng)部件的電動(dòng)機(jī)功率。二是借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和仿真,在保證機(jī)床剛度的前提下,降低鑄件的壁厚和重量,但要獲得一個(gè)高質(zhì)量的薄壁鑄件不是一件容易的事,許多材料和鑄造工藝問題有待解決。三是新材料的應(yīng)用,采用鋁合金、碳素纖維、工程陶瓷等材料替代鋼材和鑄鐵制造機(jī)床零部件。但其經(jīng)濟(jì)性、可靠性有待進(jìn)一步評(píng)估。四是自適應(yīng)控制,開發(fā)智能化機(jī)床時(shí)對(duì)機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,當(dāng)出現(xiàn)振動(dòng)時(shí),加以抑制或補(bǔ)償。
低碳經(jīng)濟(jì)涉及千家萬戶,不管是老百姓還是企業(yè)。如果我國5000多家機(jī)床制造廠家和數(shù)十萬家機(jī)床使用廠家都加以重視,正所謂,今天一小步,明天將是我國制造業(yè)走向低碳經(jīng)濟(jì)的一大步。
機(jī)床研發(fā)將考慮發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的需要
時(shí)間:2011-01-18
導(dǎo)語:數(shù)控機(jī)床當(dāng)前發(fā)展趨向是高速、高精度、復(fù)合加工和多軸聯(lián)動(dòng)等。然而,這一僅著眼于技術(shù)性能提升的發(fā)展趨勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前科技潮流的要求,作為制造業(yè)的重要工具,機(jī)床研發(fā)還將考慮機(jī)床與環(huán)境和使用者關(guān)系的和諧。
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