未來機床的發(fā)展目標——綠色機床
自從20世紀中期,數(shù)控機床問世以后,引領(lǐng)了機床行業(yè)的一次大發(fā)展,新技術(shù)的運用使得機床的性能、精度、可靠性等方面有了較大的提高。當技術(shù)上的提升可以滿足絕大部分用戶對加工零件的需要時,數(shù)控機床下一步的發(fā)展方向在哪里,成為當前機床制造企業(yè)需要思考面對的問題。
毫無疑問,機床的發(fā)展必須是以滿足用戶需求為最終目標的。在解決完零件加工的精度、效率問題后,用戶自然會考慮能源的消耗、操作維護的便利等方面,“綠色機床”就是按此理念下提出的概念。
首先,“綠色機床”的核心概念即是減少對能源的消耗。據(jù)統(tǒng)計,在零件被切削加工的過程中,消耗的能源中只有25%左右是用于金屬的切削上,這部分才是有用功,其它能源都消耗在維持機床運轉(zhuǎn),保證精度、剛性等方面的輔助措施上,節(jié)約能源就是要減少這部分的能源消耗,用最少的能源消耗來滿足輔助功能的需要。
在設計階段,對機床結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的就是減少多余的材料,這不但可以減少生產(chǎn)成本,還能夠降低機床運轉(zhuǎn)過程中部件移動所消耗的能量。運用有限分析手段,可以在材料的重量和系統(tǒng)的剛性間找到一個平衡點,避免機床過于笨重,當然這也依賴于工程師們對部件結(jié)構(gòu)設計的經(jīng)驗,需要兼顧現(xiàn)有的制造水平。采用重量更輕的新型材料也可以減輕部件的質(zhì)量,比如用密度更小的塑料、鋁合金在某些非承重部件中取代傳統(tǒng)的鋼鐵材料,尤其是在機床的外觀件中,在滿足防護要求的同時,新材料更容易達到好的外觀效果。國外的一些機床廠,例如德國EEW公司的高速5軸加工中心,甚至使用了碳纖維來做為結(jié)構(gòu)構(gòu)件,大大的降低了整機重量。
其次,機床上的主要部件之一為夾具,也可稱之為卡盤,之前為了提高批量加工工件的效率,從而研發(fā)了液壓卡盤,但隨著加工業(yè)的發(fā)展,人類環(huán)保意識的增強,新一代的動力源夾具——氣動夾具成為設計員的設計理念。常州比優(yōu)特設計的氣動卡盤與液壓卡盤相比,氣動卡盤結(jié)構(gòu)簡單,使用成本和故障率低,且環(huán)保無污染。主要以空氣為動力源,僅一臺1立方的氣泵可同時操作8-10臺氣動卡盤,而且氣壓回轉(zhuǎn)器部分夾緊松開均無漏氣現(xiàn)象,可節(jié)省氣源,更減少了使用液壓卡盤所發(fā)生的使用成本和維護成本(如液壓油),而且銷售價較傳統(tǒng)液壓和氣動卡盤相比更是經(jīng)濟實惠,可滿足于國內(nèi)絕大部分設備使用的用戶。
另外,從目前來看,碳纖維等一些新型材料造價過于昂貴,不適合在機床行業(yè)廣泛應用,但它預示了機床發(fā)展的一個方向,隨著技術(shù)的發(fā)展,新材料必將在以鋼鐵為代表的機床上得到廣泛應用。
考慮能量回收,是另一個減少機床運轉(zhuǎn)中能量消耗的辦法。在重型機床上,優(yōu)化結(jié)構(gòu)減輕的重量畢竟有限,為保證足夠的強度和剛性,還是必須采用足夠多的材料。能量回收是取得大幅度節(jié)能效果的重要措施,在機床減速的過程中,回收的能量可以儲存起來,對于頻繁起動、運動部件質(zhì)量較大的機床來說,可以達到明顯的節(jié)能效果。
機床的綠色設計中,還包含著容易被忽視的一方面,就是系統(tǒng)的可升級性,這方面即包括硬件,也包括軟件。在機床設計階段,考慮使用多功能部件及模塊化的部件來組裝產(chǎn)品,同類機床可以統(tǒng)一部件的接口。一旦發(fā)生故障,模塊化的結(jié)構(gòu)也便于用戶檢查和修理。設計機床時還要預留功能擴展空間,對于用戶暫時不需要的功能,比如自動換刀裝置、油溫冷卻裝置等,做成可選擇的部件,留好相應的電氣及機械的設計空間,方便用戶在以后有需要的時候進行擴展。具有良好的可升級性的產(chǎn)品,可以避免用戶重新購入設備造成的資源浪費。
同其他工業(yè)產(chǎn)品一樣,機床的綠色設計是要兼顧產(chǎn)品的生產(chǎn)成本、運轉(zhuǎn)成本、維護成本和環(huán)境成本,找出最優(yōu)化的設計,只偏執(zhí)于某一方向是不符合主流市場的需要的,不會得到市場的認可。這一方面即需要機床廠不斷開發(fā)新技術(shù),改進現(xiàn)有產(chǎn)品,也需要客戶對機床產(chǎn)品加深了解,對產(chǎn)品的性能和特點進行綜合比較,而不是一味的追求低價。
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