挖潜机床节能潜力

MM现代制造 2010-08-20

迄今为止，还没有一家制造厂或用户对机床设备到底耗能多少的问题进行过关注。未来，这种现象将发生改变，在设计机床设备时能效问题正越来越多地被摆上研发工程师们的议事日程。

据专业人士估算，在德国国内安装使用的机床设备的耗电量占总耗电量的10%~15%。在单个生产型企业当中，设备的耗电量甚至可以占到企业总耗电量的60%。Darmstadt技术大学生产管理、工艺与机床学院（PTW）的研究结果十分引人注意：在机床的使用阶段，机床的能耗可以占到其使用寿命内总费用的20%。

迄今为止，在研发和设计机床设备时，能耗问题属于比较次要的问题。研发工程师们的目标首先是要达到很高的加工质量、速度、可靠性和稳定性。这是因为用户在采购时，并没有把能效问题提到议题日程上。但是现在这种情况已经发生了变化，研发工程师们越来越具有节能意识，这其中也包括欧盟委员会把机床设备视为是高耗能产品的原因，并有意把机床也列入到其他消费品所接受的能效等级评定里。这种做法究竟有多少意义和可操作性，对此仍有不同意见。但是，人们一致认为，在机床设备上仍有可观的节能潜力可以挖掘。

设备的耗电问题得到控制

究竟在哪个环节上可以提高机床的能效？其实，在很多环节上都可以，这是因为一台机床设备的总能耗是由机床上许多单个部件的能耗所组成的，如主电机、进给驱动电机、换刀系统的驱动装置，送料装置、冷却剂压力机、泵、液压装置和压缩空气、开关柜元件、冷却剂净化输送装置，以及吸尘与空调装置。因此，在抑制设备耗能和提高能效方面，还有很大的节能空间可以利用。

“在研发新产品的过程中，可以考虑持续降低大部分的可变因素，对设备的规格和尺寸进行正确的定位，由此往往可以达到降低能耗和生产成本的目的。”Bosch Rexroth AG公司的电气驱动与控制业务部机床销售分部负责人Andreas Jenke先生坚定地说。在谈到其他的节能措施时，他列举出了有针对性地进行辅助驱动需求调节（例如针对液压系统）和采用高效伺服电机与可反馈的智能型驱动装置等问题。在问到究竟存在着多大的节能潜力时，Jenke先生说：“在采取此类不同措施（包括所有自动化技术方案）时，经验表明，机床的能源效率最大可以改善45%，生产成本每年最多可以降低10%。”他还补充说：“节能型驱动技术包含种类繁多的产品、技术和方案，它们可以通过智能方式结合使用，根据设备的不同规格型号，可以节省高达总能耗的75%以上的能源（图1）。”

位于瑞士的MAG Tech Center公司的项目经理Sebastian Haupt博士认为，节能型机床与企业总费用原则相结合，也将是一种很好的销售依据。根据不同的设备使用单位，通过采取节能方式的设备方案，可以挖掘出巨大的节能潜力。在两班作业的情况下，设备不应彻夜合闸（图2）。对此的条件是要达到快速的高运行循环，从而使设备在短时间内能够达到作业就绪状态。设备处于备用状态时也可以分为多级进行，例如先断开泵组和电机，然后再断开控制系统。切屑输送设备可以以一定的时间间隔运行。

MAG公司在设计工作中一直注重节能技术。MAG Hüller Hille公司在EMO展会上首次展出的NBV400型立式加工中心就放弃了液压元件，而刀具采用碟型弹簧进行卡紧，并采用气动方式进行松开，其Eco模式可以提高能源效率。这种模式可以依据所选定的节能调节方式，把速度与加速度降低到一个相对合适的数值上，以使能耗和产量达到最佳的比例关系。

挖掘出更多的节能潜力

Rittal RSC System Climati-sation公司的开关柜空调研发部负责人Joachim Maul博士认为，在设备上还可以挖掘出更多的节能潜力，例如在开关柜设计方面。他举例说明：“自从2007年以来，我们的用户就已经采用冷效率系列冷却装置，取得了很大的成果。这些冷却装置主要是EC风机和最新的空压机。但仅有这些装置并不够，必须对制冷循环和风流进行最优化设置，以极大降低制冷循环中各元件的负荷和能耗。经过汽车工业的比对测量，在相同的条件下，能耗最多下降了45%（图3）。”

这些装置的第一代产品已经面市，产品的范围仍在不断扩展中。如果能够避免使用制冷技术的话，那自然是一种最好的节能措施。对此，需要事先对有效损耗热和热力条件进行切合实际的估测。在设计和制作开关柜时，应该避免出现诸如热量拥堵等现象。

实例表明，能源优化型的机床设备正在逐步显示出其构架。德国联邦教育与研究部资助的联合项目应该有助于推动此类机床的进一步发展。Darmstadt技术大学生产管理、工艺与机床学院（PTW）目前有三个旨在提高能效的联合项目正在展开：在“Energie MSP”项目中，将对电动主轴的功能块进行优化；在“Maxiem”项目中，将采用市场上最高效的零部件来制造出新型机床的样机，以此来推断出目前可以达到的节能潜力；而在第三个“E-Sim-Pro”项目中，将建立一系列模型和模拟系统，以便在设计阶段即可对能耗问题进行最化。