【編者按】近年來跳犹，不斷上漲的能源價格和趨于嚴苛的環(huán)境保護法促使在工業(yè)研究和生產(chǎn)中更加注重能耗較少的機床結(jié)構(gòu)尚稍。因此通過“設(shè)計”來提高機床的能源生產(chǎn)率是柏林工業(yè)大學(xué)機床和企業(yè)管理研究所（IWF）研究工作的目標。在本文中坯肿，概述了高效機床部件和創(chuàng)新技術(shù)領(lǐng)域里的技術(shù)發(fā)展水平蓄扳。

　　通常，我們用能源生產(chǎn)率來作為能源效率的評估標準蔗承。而所謂的能源生產(chǎn)率是效益和所使用的能源的商拢给。根據(jù)所考察的對象，效益可以是一個企業(yè)的銷售額或者是一條生產(chǎn)線創(chuàng)造的價值主瘸。用這個效益去同所使用的能源進行比較褥疆，其關(guān)系式是：

　　能量測量過程

　　為了找到優(yōu)化機床能源生產(chǎn)率的起始點，紀錄機床的能源消耗是必要的糊怖。為此永铛，機床制造廠家給他們的加工中心加上了用于紀錄和監(jiān)控能源消耗的技術(shù)裝備。在這里捻艳，特別重視機床的每一個負荷驾窟。在研究工作的框架里同工業(yè)伙伴進行合作，以機床部件的能源消耗為重點认轨，對優(yōu)化機床的能源效率進行研究绅络。

　　另外一個項目，是在一臺常常用來加工汽車零部件的加工中心上嘁字，除了測量整個機床的能源外恩急，針對諸如主軸驅(qū)動裝置、冷卻潤滑液系統(tǒng)的泵和液壓傳動裝置等單個機床部件進行能源測量纪蜒。由此衷恭，可以確定加工中心消耗能源的主要部件和證實了用來提高能源效率的方法。

　　技術(shù)發(fā)展水平

　　目前纯续，有用來減少機床能源消耗的不同方法随珠。在這方面，優(yōu)化冷卻潤滑液系統(tǒng)占有重要地位杆烁。根據(jù)加工過程牙丽，通過微量潤滑或者轉(zhuǎn)速受控的冷卻潤滑泵简卧，既可以顯著降低冷卻潤滑液的使用量兔魂，又可以明顯降低能源的消耗。此外迈叫，機床冷卻的適度能源消耗锌拱、合乎加工過程的驅(qū)動裝置技術(shù)參數(shù)和采用輕型材料對提高能源生產(chǎn)率作出了貢獻。同時暂韭，基于軟件的能源管理系統(tǒng)（如待機狀態(tài)管理）提供了監(jiān)控和減少機床能源消耗的可能性姿抒。

　　機床部件選擇和能源消耗測量

　　根據(jù)文獻檢索奇门，對工業(yè)項目和研究項目范圍內(nèi)的能源消耗測量的結(jié)果進行了分析，并確定了機床的主要能耗部件茂蓬。用于供應(yīng)冷卻潤滑液的泵和驅(qū)動裝置栖啰，機床冷卻裝置和機床坐標運動軸的驅(qū)動裝置構(gòu)成了機床能源消耗的很大部分。

　　柏林工業(yè)大學(xué)的機床和企業(yè)管理研究所吴钧，在一臺由Traub公司生產(chǎn)的CNC車銑中心上進行能源消耗的測試劫漠，該臺于2003年生產(chǎn)，型號為TNX 65的車銑中心裝有與主軸相對置的輔助主軸宙娃。通過4個獨立的轉(zhuǎn)塔刀架拄弯，每次可以在兩個主軸中的一個主軸上同時采用三把刀具進行加工。

　　為了確定機床能耗主要部件的能源需要幻林，選取了主軸的驅(qū)動裝置贞盯，進給軸的驅(qū)動裝置和冷卻潤滑液的泵。在這些測量項目里沪饺，不考慮機床的冷卻裝置躏敢，因為機床沒有特別的冷卻循環(huán)。有意選擇了老型號機床是因為在這樣的機床上還沒有耗能少的機床部件随闽。而在今天父丰，這種節(jié)能的機床部件在Traub公司的產(chǎn)品上已作為一種標準部件或者可以作為選項來選用。

　　為了查明整個機床和所選機床部件的能源消耗掘宪，規(guī)定了合適的測量點蛾扇。測定了TNX 65型車銑中心在運行準備狀態(tài)和加工過程中的整個有效功率。

　　在加工熱軋園棒料時紀錄了測量數(shù)據(jù)魏滚。工件外圓縱向車削時選用了0.4 mm的吃刀深度和248 m/min的穩(wěn)定的切削速度镀首。為了進行冷卻和潤滑采用了油-水乳化液。加工參數(shù)和刀具以及工件的性能列于表1鼠次。

　　能源消耗測量值的分析處理

　　紀錄下來的測量數(shù)據(jù)無疑顯示了單個部件的運行狀態(tài)更哄。在刀具進行切削的加工過程中，對機床的動力供給達到近10 kW穩(wěn)定有效功率齿矗。當?shù)毒邽橄乱淮巫叩吨匦逻M行定位時用玷，整個有效功率P就下降到約7.8 kW，緊接著在加工過程之后爷凫，機床處在準備狀態(tài)疗涎，這時測得接近穩(wěn)定的5.5 kW最低功率。在加工過程中罪团，這個功率值與機床的功率需要相比占到55.7%的份額理若。

　　測量主軸驅(qū)動裝置的整個有效功率，同樣得到接近穩(wěn)定的平均5.3 kW的功率嗤渔。如果車刀不進行切削加工涡似，主軸驅(qū)動裝置的整個有效功率降至約1.3 kW霸篡。機床的整個有效功率并非像所研究的機床部件那樣大幅度地下降，其原因在于刀具移動過程中怨怒，進給驅(qū)動裝置要消耗相應(yīng)的能源吹毫。當整個加工過程結(jié)束時，出現(xiàn)負功率值榴痢。主軸驅(qū)動裝置的能源再生系主軸制動產(chǎn)生的能源輸送到一個中間電路（主軸電動機在進行制動時渔硫，它就作為發(fā)電機進行工作，并提供電能编曼，這電能輸?shù)阶鳛樾钅芷鞯闹虚g電路—譯注）豆巨。在加工過程結(jié)束后，機床處在工作準備狀態(tài)掐场，主軸進行制動直到停止往扔。在這個運行狀態(tài)，主軸驅(qū)動裝置的整個有效功率P為0.2 kW熊户。

　　冷卻潤滑低壓泵以一個接近恒定的轉(zhuǎn)速進行運行萍膛，其穩(wěn)定的整個有效功率為1.6 kW。在冷卻潤滑液中斷供給后嚷堡，測得的整個有效功率為0 kW蝗罗。

　　合適的機床部件和對經(jīng)濟的考慮

　　為了提高Traub公司TNX 65型車銑中心的能源生產(chǎn)率，對其可能性進行驗證和評估蝌戒，設(shè)定3班運行作為機床的使用模式和每周5天進行生產(chǎn)串塑。我們設(shè)定在周末仍接通機床，進行全面的運行準備北苟。表2表示了在3班運行的批量生產(chǎn)中所統(tǒng)計獲得的加工過程的能源消耗值桩匪。

　　為了提高機床的能源生產(chǎn)率，可以通過冷卻潤滑液的供給來減少能源消耗和介質(zhì)消耗酌涮。對此合適的是微量潤滑系統(tǒng)冶侮。當然，還要考慮到微量潤滑系統(tǒng)并不能適合所有的加工過程丑炒，并且必須要考慮過程可靠的參數(shù)们萄。有相當部分的微量潤滑系統(tǒng)也適合于補充裝備在現(xiàn)有的機床上。

　　所研究的系統(tǒng)其能源消耗在很大程度上是為了產(chǎn)生壓力和為了成形潤滑液所消耗的能源來決定芬阀。對于所考察的加工過程焦驰，與采用冷卻潤滑液供給泵所消耗的能源相比，每年降低的能耗可達79%段许。此外毯旷，用來監(jiān)控和降低能源消耗的軟件解決辦法可供使用碍讼。對于在這個工作范圍里所考察的3班運行可以借助于一個節(jié)省能源的模塊來降低周末的能源消耗驹毁。出乎意料的是對輕型結(jié)構(gòu)卡盤的研究結(jié)果是得到一個可以忽略的僅為3.6 kwh/年的節(jié)能潛力选癣。因為所考察的加工過程需要較少次數(shù)的加速和減速過程以及相當?shù)偷闹鬏S轉(zhuǎn)速。

　　總的來說廊席，按3班制運行杰刽，CNC車削中心通過微量潤滑系統(tǒng)和節(jié)能模塊可節(jié)省20%的能耗。設(shè)每千瓦小時的電費價格為0.11歐元王滤，從而每年可節(jié)省費用約1634歐元贺嫂。

　　結(jié)論

　　在這些研究范圍內(nèi)，節(jié)能模塊的使用證實可作為費用很低的一種補充解決方案雁乡。該模塊減少了CNC車削中心的能源消耗第喳，從而在很大程度上為提高能源生產(chǎn)率作出了貢獻。

　　另外踱稍，所研究的解決方案曲饱，例如微量潤滑系統(tǒng)或輕型結(jié)構(gòu)卡盤，其在很大程度上與加工過程和操作者有關(guān)珠月±┑恚可以獲得的節(jié)能潛力不能詳細預(yù)示，這就使不同的機床難于在能源生產(chǎn)率方面進行比較啤挎，只選擇相近一代機床型號的機床進行直接比較肯定會令人信服驻谆，因為在這里，對技術(shù)的進一步開發(fā)進行了針對性的研究庆聘，并且與舊型號機床相比胜臊，可以斷定生產(chǎn)率是提高了。另一個評估方法是審視每個工件的能源消耗商寝。根據(jù)一個確定用來進行比較的工件宙锡，在采用一個確定的可進行比較的工藝過程和一臺相應(yīng)機床的情況下，可以測定具體的能源消耗戒腔，并按這種方式狐昆，實現(xiàn)了機床的可比性。

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