機(jī)床制造應(yīng)走低碳發(fā)展之路

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)動等。然而，這一僅著眼于技術(shù)性能提升的發(fā)展趨勢遠(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，不斷相互超越的新產(chǎn)品。例如復(fù)合加工機(jī)床、并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床、倒置式加工機(jī)床、超精密機(jī)床等?？梢灶A(yù)測，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)域爭奪制高點(diǎn)，形成“超脫”競爭對手的新產(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)型升級和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的需要。

機(jī)床是一種用能產(chǎn)品（Energy Using Product，即EuP），其設(shè)計、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月歐盟委員會向歐洲議會提交了《用能產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計指南》2009～2011年的工作計劃，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)會的微系統(tǒng)裝配和包裝研究所以及生產(chǎn)裝備與設(shè)計技術(shù)研究所開展“機(jī)床生態(tài)設(shè)計預(yù)研”項目，預(yù)計將在2012年出臺相關(guān)法規(guī)或指令，對機(jī)床的能耗加以限制，這必將對我國機(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。如果每天每臺節(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)床型號陳舊、役齡較長，年久失修。首先，應(yīng)對服役5年以上的機(jī)床進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)功率測量，對運(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)造的價值。

再其次，則是借助編程軟件對數(shù)控程序進(jìn)行優(yōu)化，使刀具軌跡盡量處于連續(xù)運(yùn)動狀態(tài)，減少運(yùn)動方向和速度的突然變化，以降低驅(qū)動電動機(jī)的能耗。

再次，對機(jī)床進(jìn)行能源管理，采用低能耗高效率的液壓、氣動、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部件的輕量化設(shè)計。而輕量化設(shè)計又主要體現(xiàn)在以下四個方面：

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)、臺中臺結(jié)構(gòu)，通過輕量化和直接驅(qū)動減少驅(qū)動移動部件的電動機(jī)功率。二是借助計算機(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)一步評估。四是自適應(yīng)控制，開發(fā)智能化機(jī)床時對機(jī)床的動態(tài)性能進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)振動時，加以抑制或補(bǔ)償。

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，未來將是我國制造業(yè)走向低碳經(jīng)濟(jì)的一大步。

來源：中國工業(yè)報

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