2022年行業(yè)分析分析：綠色生態(tài)機(jī)床被關(guān)注

分析：綠色生態(tài)機(jī)床被關(guān)注1.數(shù)控機(jī)床的進(jìn)展趨勢(shì)

數(shù)控機(jī)床歷經(jīng)了從數(shù)字掌握（NC）、直接數(shù)控掌握（DNC）到今日制造業(yè)普遍應(yīng)用的計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）。其加工精度和切削速度大約每8年提高一倍。定位精度很快將告辭微米時(shí)代而進(jìn)入亞微米時(shí)代，高速和高精度是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的主要特征。

現(xiàn)代機(jī)床的特征還有：復(fù)合加工、多軸聯(lián)動(dòng)、環(huán)境友好（綠色生態(tài)機(jī)床）、智能化監(jiān)控和補(bǔ)償以及人機(jī)通信和自主管理（聰慧機(jī)床），集成為高性能數(shù)控機(jī)床。高性能數(shù)控機(jī)床的總體目標(biāo)是大幅度提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)能減排、愛護(hù)環(huán)境和操健康。

可以猜測(cè)，在將來的3～5年，機(jī)床制造商和研發(fā)機(jī)構(gòu)將在下列領(lǐng)域爭(zhēng)奪制高點(diǎn)：

1）虛擬機(jī)床（NCVerification）。研發(fā)機(jī)電一體化的、硬件和軟件集成的仿真技術(shù)，提高機(jī)床的設(shè)計(jì)水平和使用績(jī)效。

2）綠色生態(tài)機(jī)床（GreenEco-Machine）。節(jié)能減排，力求生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)荷最小化。

3）聰慧加工系統(tǒng)（SmartMachining）。提高生產(chǎn)系統(tǒng)的牢靠性、加工精度和綜合性能。

4）e-機(jī)床（AutonomousMachine）。提高生產(chǎn)系統(tǒng)的獨(dú)立自主性以及與使用者和管理者的交互力量，使機(jī)床不僅是一臺(tái)加工設(shè)備，而是企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2.什么是綠色生態(tài)機(jī)床

機(jī)床在使用過程中不僅消耗能源，還會(huì)產(chǎn)生固體、液體和氣體廢棄物，對(duì)工作環(huán)境和自然環(huán)境造成直接或間接的污染。從整個(gè)機(jī)床生命周期內(nèi)端詳，如何削減對(duì)環(huán)境沖擊的綠色生態(tài)機(jī)床就成為當(dāng)前討論的熱點(diǎn)。綠色生態(tài)機(jī)床應(yīng)當(dāng)具有以下特點(diǎn)：

1）機(jī)床主要零部件由再生材料制造。

2）機(jī)床的重量和體積削減50%以上。

3）通過減輕移動(dòng)質(zhì)量、降低空運(yùn)轉(zhuǎn)功率等措施使功率消耗削減30～40%。

4）使用過程的各種廢棄物削減50～60%，保證基本沒有污染的工作環(huán)境。

5）報(bào)廢后機(jī)床的材料100%可回收。

2.1減重節(jié)能

據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)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(tài)機(jī)床的第一個(gè)措施是通過大幅度降低機(jī)床重量和削減所需功率來構(gòu)建具有生態(tài)效益的機(jī)床（Eco-efficientMachine）。綠色生態(tài)機(jī)床提出一種全新的概念：大幅度削減機(jī)床的重量，節(jié)約材料；同時(shí)降低機(jī)床使用時(shí)的能源消耗。

傳統(tǒng)的機(jī)床設(shè)計(jì)理念是“只有足夠的剛度才能保證加工精度，提高剛度就必需增加機(jī)床重量”。因此，現(xiàn)有機(jī)床重量的80%用于“保證”機(jī)床的剛度，而只有20%用于滿意機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)的需要。因此機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化的空間很大。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的途徑是通過采納新結(jié)構(gòu)和新材料兩個(gè)方面。

2.2MQL減排

機(jī)床使用過程中的潤滑冷卻液是有害的排放物，特殊是磨削時(shí)采納的乳化液對(duì)環(huán)境和工人健康都特別有害。因此，大幅度削減冷卻液的使用和排放是綠色生態(tài)機(jī)床的基本特征。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的途徑有以下兩個(gè)方面:

1）干切削，不使用冷卻液。需要機(jī)床具有足夠的剛性和銳利的刀具，僅適用于加工某些外形比較簡(jiǎn)潔的銑削和車削工序。

2）微量潤滑（MQL）。MQL適用范圍較廣，可用于各種加工方法，但需要特地的裝置供應(yīng)氣霧或低溫空氣（冷風(fēng)），以及特地的潤滑劑。

2.3刀具增效

機(jī)床的生產(chǎn)效率出至刀尖上。采納先進(jìn)的刀具，選擇合理的刀具幾何角度和切削參數(shù)，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(dá)到以較少的資源消耗獲得較大產(chǎn)出的目的。

2.4增值再用

金屬切削加工切屑是機(jī)床使用過程中主要的固體廢棄物。傳統(tǒng)的方法是將它作為廢品出售給廢品回收單位，進(jìn)入社會(huì)廢品循環(huán)。江蘇省楊力集團(tuán)在本企業(yè)內(nèi)部將每年數(shù)千噸的鐵屑和鋼屑經(jīng)過分揀、壓塊、配料、溶化澆鑄出高質(zhì)量的球墨鑄鐵件，變廢為寶，制成諸如壓力機(jī)曲軸等關(guān)鍵零件。

3.聰慧加工系統(tǒng)

假如綠色生態(tài)機(jī)床的愿景是環(huán)境友好，那么智能機(jī)床的目標(biāo)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平安。這就要求機(jī)床能夠自主管理自己，能夠自動(dòng)識(shí)別加工任務(wù)和加工狀態(tài)，無需或很少需要人工干預(yù)，而且能夠與操準(zhǔn)時(shí)溝通，變得“聰慧”起來，開拓?cái)?shù)控機(jī)床的新紀(jì)元。

機(jī)床在加工過程中不行避開會(huì)產(chǎn)生各種誤差，需要采納現(xiàn)代監(jiān)控和補(bǔ)償技術(shù)，以進(jìn)一步提高機(jī)床的性能和通信力量。2022年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)討論所提出“聰慧加工系統(tǒng)”（SmartMachiningSystem）的討論方案。

聰慧加工系統(tǒng)的五大目標(biāo)是：

1）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。將相關(guān)工藝過程和設(shè)備學(xué)問加以集成后進(jìn)行建模，進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化。

2）設(shè)備特征化。開發(fā)特征化的測(cè)量方法、模型和標(biāo)準(zhǔn)，并在運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)機(jī)床性能進(jìn)行測(cè)量和通信。

3）采納下一代數(shù)控系統(tǒng)。與STEP-NC兼容的接口和數(shù)據(jù)格式，使基于CAD模型的機(jī)器掌握能夠無縫運(yùn)行。

4）狀態(tài)監(jiān)控和牢靠性，開發(fā)測(cè)量、傳感和分析方法。

5）在加工過程中直接測(cè)量刀具磨損和工件精度的方法。

聰慧加工系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是制造系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化。

3.1先進(jìn)過程掌握系統(tǒng)

先進(jìn)過程系統(tǒng)（AdvancedProcessSystem）的內(nèi)涵是監(jiān)測(cè)電主軸的工作狀態(tài)。由于電主軸是數(shù)控機(jī)床的心臟，它的狀態(tài)直接關(guān)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四周安裝了加速度傳感器，使銑削過程中產(chǎn)生的振動(dòng)可以加速度“g載荷”值的形式顯示。

3.2智能溫度掌握系統(tǒng)

機(jī)床熱變形是影響加工精度的主要因素之一。產(chǎn)生熱變形的因素許多，主要是來自機(jī)床的工作環(huán)境和機(jī)床內(nèi)部的熱影響：

1）環(huán)境影響。如車間的溫度分布和溫度變化以及空氣對(duì)流；日光、暖氣和鄰近機(jī)床等熱源的影響；以及來自機(jī)床基礎(chǔ)的熱傳導(dǎo)。

2）機(jī)床內(nèi)部的影響。如機(jī)床的零部件的發(fā)熱（軸承、絲桿、導(dǎo)軌、電動(dòng)機(jī)、齒輪、液壓系統(tǒng)等），切削過程產(chǎn)生的熱量以及冷卻系統(tǒng)的發(fā)熱。

上述熱影響對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)來說是一種簡(jiǎn)單的熱輸入，它隨時(shí)間和機(jī)床工作狀態(tài)而變化，是不行猜測(cè)的，而最終造成機(jī)床熱變形的大小和部位還取決于機(jī)床結(jié)構(gòu)材料的熱性能，即材料的熱漲系數(shù)、導(dǎo)熱率和熱容量以及機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即部件外形、質(zhì)量和熱源的分布。

4.e-機(jī)床

在高速加工簡(jiǎn)單的三維輪廓時(shí)，常常遇到如何優(yōu)化上三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的數(shù)值：速度、精度和表面光滑度。例如，