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綠色生態機床被關注
發表時間:2009-05-18 08:01:22; 來源:
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1.數控機床的發展趨勢 數控機床歷經了從數字控制（NC）、直接數控控制（DNC）到今天制造業普遍應用的計算機數控（CNC）。其加工精度和切削速度大約每8年提高一倍。定位精度很快將告別微米時代而進入亞微米時代，高速和高精度是現代數控機床的主要特征。 現代機床的特征還有：復合加工、多軸聯動、環境友好（綠色生態機床）、智能化監控和補償以及人機通信和自主管理（聰明機床），集成為高性能數控機床。高性能數控機床的總體目標是大幅度提高生產效率和產品質量，節能減排、保護環境和操作者健康。 可以預測，在未來的3～5年，機床制造商和研發機構將在下列領域爭奪制高點： 1）虛擬機床（NCVerification）。研發機電一體化的、硬件和軟件集成的仿真技術，提高機床的設計水平和使用績效。 2）綠色生態機床（GreenEco-Machine）。節能減排，力求生產系統的環境負荷最小化。 3）聰明加工系統（SmartMachining）。提高生產系統的可靠性、加工精度和綜合性能。 4）e-機床（AutonomousMachine）。提高生產系統的獨立自主性以及與使用者和管理者的交互能力，使機床不僅是一臺加工設備，而是企業管理網絡中的一個節點。 2.什么是綠色生態機床 機床在使用過程中不僅消耗能源，還會產生固體、液體和氣體廢棄物，對工作環境和自然環境造成直接或間接的污染。從整個機床生命周期內審視，如何減少對環境沖擊的綠色生態機床就成為當前研究的熱點。綠色生態機床應該具有以下特點： 1）機床主要零部件由再生材料制造。 2）機床的重量和體積減少50%以上。 3）通過減輕移動質量、降低空運轉功率等措施使功率消耗減少30～40%。 4）使用過程的各種廢棄物減少50～60%，保證基本沒有污染的工作環境。 5）報廢后機床的材料100%可回收。 2.1減重節能 據統計，機床使用過程中用于切除金屬的功率只占25%左右，各種損耗占去大部分。綠色生態機床的第一個措施是通過大幅度降低機床重量和減少所需功率來構建具有生態效益的機床（Eco-efficientMachine）。綠色生態機床提出一種全新的概念：大幅度減少機床的重量，節省材料；同時降低機床使用時的能源消耗。 傳統的機床設計理念是“只有足夠的剛度才能保證加工精度，提高剛度就必須增加機床重量”。因此，現有機床重量的80%用于“保證”機床的剛度，而只有20%用于滿足機床運動學的需要。因此機床結構優化的空間很大。實現這個目標的途徑是通過采用新結構和新材料兩個方面。 2.2MQL減排 機床使用過程中的潤滑冷卻液是有害的排放物，特別是磨削時采用的乳化液對環境和工人健康都非常有害。因此，大幅度減少冷卻液的使用和排放是綠色生態機床的基本特征。實現這個目標的途徑有以下兩個方面: 1）干切削，不使用冷卻液。需要機床具有足夠的剛性和鋒利的刀具，僅適用于加工某些形狀比較簡單的銑削和車削工序。 2）微量潤滑（MQL）。MQL適用范圍較廣，可用于各種加工方法，但需要專門的裝置提供氣霧或低溫空氣（冷風），以及專門的潤滑劑。 2.3刀具增效 機床的生產效率出至刀尖上。采用先進的刀具，選擇合理的刀具幾何角度和切削參數，可以大幅度提高切削加工的效率，降低切削過程所需的功率，延長刀具的壽命，從而達到以較少的資源消耗獲得較大產出的目的。 2.4增值再用 金屬切削加工切屑是機床使用過程中主要的固體廢棄物。傳統的方法是將它作為廢品出售給廢品回收單位，進入社會廢品循環。江蘇省楊力集團在本企業內部將每年數千噸的鐵屑和鋼屑經過分揀、壓塊、配料、溶化澆鑄出高質量的球墨鑄鐵件，變廢為寶，制成諸如壓力機曲軸等關鍵零件。 3.聰明加工系統 如果綠色生態機床的愿景是環境友好，那么智能機床的目標就是用戶友好。“用戶友好”的含義在于大幅度提高工作效率和工作更加舒適和安全。這就要求機床能夠自主管理自己，能夠自動識別加工任務和加工狀態，無需或很少需要人工干預，而且能夠與操作者及時溝通，變得“聰明”起來，開拓數控機床的新紀元。 機床在加工過程中不可避免會產生各種誤差，需要采用現代監控和補償技術，以進一步提高機床的性能和通信能力。2005年，美國國家標準與技術研究所提出“聰明加工系統”（SmartMachiningSystem）的研究計劃。 聰明加工系統的五大目標是： 1）系統動態優化。將相關工藝過程和設備知識加以集成后進行建模，進行系統的動態性能優化。 2）設備特征化。開發特征化的測量方法、模型和標準，并在運行狀態下對機床性能進行測量和通信。 3）采用下一代數控系統。與STEP-NC兼容的接口和數據格式，使基于CAD模型的機器控制能夠無縫運行。 4）狀態監控和可靠性，開發測量、傳感和分析方法。 5）在加工過程中直接測量刀具磨損和工件精度的方法。 聰明加工系統的實質是制造系統的智能化和網絡化。 3.1先進過程控制系統 先進過程系統（AdvancedProcessSystem）的內涵是監測電主軸的工作狀態。因為電主軸是數控機床的心臟，它的狀態直接關系到加工精度和加工效率。其原理是在電主軸殼體中前端軸承附近安裝了加速度傳感器，使銑削過程中產生的振動可以加速度“g載荷”值的形式顯示。 3.2智能溫度控制系統 機床熱變形是影響加工精度的主要因素之一。產生熱變形的因素很多，主要是來自機床的工作環境和機床內部的熱影響： 1）環境影響。如車間的溫度分布和溫度變化以及空氣對流；日光、暖氣和鄰近機床等熱源的影響；以及來自機床基礎的熱傳導。 2）機床內部的影響。如機床的零部件的發熱（軸承、絲桿、導軌、電動機、齒輪、液壓系統等），切削過程產生的熱量以及冷卻系統的發熱。 上述熱影響對機床結構來說是一種復雜的熱輸入，它隨時間和機床工作狀態而變化，是不可預測的，而最終造成機床熱變形的大小和部位還取決于機床結構材料的熱性能，即材料的熱漲系數、導熱率和熱容量以及機床的結構設計，即部件形狀、質量和熱源的分布。 4.e-機床 在高速加工復雜的三維輪廓時，經常遇到如何優化上三個相互關聯的數值：速度、精度和表面光潔度。例如，當粗加工模具時，首先應該考慮速度；在精加工小型精密電極時，精度就成為最重要的；而在光整模具時，追求的卻是表面光潔度。如何在不同情況下，合理配置和優化機床的性能來達到目標，是一個復雜的問題。因為它涉及數百個CNC參數，諸如運動控制的算法、伺服環的增益、前饋、平滑過濾器等。 |
