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机床制造:四步骤打造低碳发展新格局

数控机床当前发展趋向是高速、高精度、复合加工和多轴联动等。然而,这一仅着眼于技术性能提升的发展趋势远远不能满足当前科技潮流的要求,作为制造业的重要工具,机床研发还将考虑机床与环境和使用者关系的和谐。高性能、绿色化、智能化的集成和融合才能开创面向未来的高性能数控机床的新局面。

过去的10年,全球领先的机床制造商都致力于数控机床技术性能的提高,不断相互超越,推出令人眼花缭乱的新产品。例如复合加工机床、并联运动机床、倒置式加工机床、超精密机床等。可以预测,在未来的10年里,机床制造商和研发机构将在机床与环境和人的关系领域争夺制高点,形成“超脱”竞争对手的新产品,例如智能机床、网络机床、绿色机床等以适应产业转型升级和发展低碳经济的需要。

机床是机械制造工业中广泛使用的装备,是一种用能产品(En鄄ergyUsingProduct,即EuP)。它的设计、制造、使用和回收将受到有关法规和标准的制约。2008年10月欧盟委员会向欧洲议会提交了《用能产品生态设计指南》2009~2011年的工作计划,将机床产品列为十大用能产品之一。由德国弗朗霍夫应用研究促进会的微系统装配和包装研究所以及生产装备与设计技术研究所开展“机床生态设计预研”项目,预计将在2012年出台相关法规或指令,对机床的能耗加以限制,这必将对我国机床产品出口造成新的“绿色壁垒”。

节能减排是21世纪工业生产的时代使命,也是我国经济可持续发展的需要。我国是世界机床生产大国和消费大国,机床的拥有量大约700万台。如果每天每台节约1kWh,全年将有可能节约电能20亿kWh以上。

那么,现阶段如何实现低碳机床呢?

我国大多数机床型号陈旧、役龄较长,年久失修。首先,应该对服役5年以上的机床进行空运转功率测量,对运转效率低下和高能耗的机床进行检修或淘汰。

其次,由于机床的生产效率主要由高性能刀具来体现,因此采用先进的刀具和合理的切削参数,减少切除单位体积切屑所需的能耗,或者提高单位能耗所创造的价值。

再其次,则是借助编程软件对数控程序进行优化,使刀具轨迹尽量处于连续运动状态,减少运动方向和速度的突然变化,以降低驱动电动机的能耗。

再次,对机床进行能源管理,采用低能耗高效率的液压、气动、润滑和切削液等辅助装置,减少非切削过程的能源消耗,及时关闭不使用的辅助装置的电源。

最后,还应注意的是切削液是机床使用过程中不可缺少的辅助材料,也是主要的污染源。随着刀具涂层技术的进步,干切削将会逐步获得应用。当前,采用微量润滑技术(MQL)是推广绿色制造的首选方案。

事实上,所谓绿色生态机床,其主要特点在于其部件特别是移动部件的轻量化设计。而轻量化设计又主要体现在以下四个方面:

一是新结构,采用杆机构、焊接结构、箱中箱结构、台中台结构,通过轻量化和直接驱动减少驱动移动部件的电动机功率。二是借助计算机进行机床结构的优化和仿真,在保证机床刚度的前提下,降低铸件的壁厚和重量,但要获得一个高质量的薄壁铸件不是一件容易的事,许多材料和铸造工艺问题有待解决。三是新材料的应用,采用铝合金、碳素纤维、工程陶瓷等材料替代钢材和铸铁制造机床零部件。但其经济性、可靠性有待进一步评估。四是自适应控制,开发智能化机床时对机床的动态性能进行实时监控,当出现振动时,加以抑制或补偿。

低碳经济涉及千家万户,不管是老百姓还是企业。如果我国5000多家机床制造厂家和数十万家机床使用厂家都加以重视,正所谓,今天一小步,明天将是我国制造业走向低碳经济的一大步。

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