1. 減重節(jié)能

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)蝶映，機(jī)床使用過程中用于切除金屬的功率只占到25%左右巍坦，各種損耗和輔助功能占去大部分。典型機(jī)床的功率消耗分配如圖1所示擦斑，紅色部分是各種損耗和輔助功能腿若。

　　機(jī)床綠色化的第一個(gè)措施是通過大幅度降低機(jī)床重量和減少所需的驅(qū)動功率來構(gòu)建具有生態(tài)效益的機(jī)床（Eco-efficient Machine tool）。綠色機(jī)床提出一種全新的概念：大幅減少機(jī)床重量才昔，節(jié)省材料盈侣；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貌梦，提高剛度就必須增加機(jī)床重量”瘩穆。因此，現(xiàn)有機(jī)床重量的80%用于“保證”機(jī)床的剛度尸饵，而只有20%用于滿足機(jī)床運(yùn)動學(xué)的需要自驹。
綠色機(jī)床就是在保證機(jī)床剛度的前提下大幅減少機(jī)床移動部件的重量乘儒，達(dá)到省材、節(jié)能的目的肤叼。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的途徑有兩個(gè)：通過采用新結(jié)構(gòu)或新的復(fù)合材料來實(shí)現(xiàn)輕量化塑猖。

　　一臺通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化并采用了新材料的龍門銑床案例如圖3所示。

　　2. MQL減排

　　機(jī)床使用過程中的潤滑冷卻液是有害排放物谈跛，特別是磨削時(shí)采用的乳化液對環(huán)境和工人健康都非常有害羊苟。因此，大幅度減少冷卻液的使用和排放是綠色機(jī)床的基本特徵感憾。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的途徑有以下兩方面：

　　1）干切削蜡励，不使用冷卻液。這需要機(jī)床具有足夠的剛性和鋒利的刀具阻桅，僅適用于某些加工形狀比較簡單的銑削和車削工序凉倚。

　　2）微量潤滑（Minimized Quantity Lubrication, MQL）。MQL適用范圍較廣嫂沉，可用于各種加工方法稽寒，但需要專門的裝置提供氣霧或低溫空氣（冷風(fēng)），并使用專門的潤滑劑趟章。

　　3. 刀具增效

　　機(jī)床的生產(chǎn)效率出至刀尖上杏糙。采用先進(jìn)的刀具，選擇合理的刀具幾何角度和切削參數(shù)蚓土，可以有效提升切削加工的效率嚼般，降低切削過程所需的功率，延長刀具的壽命蝇莲，從而達(dá)到以較少的資源消耗獲得較大產(chǎn)出的目的胶勾。

　　4. 變廢為寶增值再用 

　　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园秫。傳統(tǒng)的方法是將它作為廢品出售給廢品回收單位闭腊，進(jìn)入社會廢品循環(huán)。

　　江蘇省揚(yáng)力集團(tuán)在該企業(yè)內(nèi)部將每年數(shù)千噸的鐵屑和鋼屑經(jīng)過分揀峡稿、壓塊哀呕、配料、熔化澆鑄出高質(zhì)量的球墨鑄鐵件土叠，變廢為寶支捍，制成諸如壓力機(jī)曲軸等關(guān)鍵零件。

　　智能機(jī)床致力于“用戶友好”

　　如果說綠色機(jī)床的愿景是環(huán)境友好构睬，那么智能機(jī)床的目標(biāo)就是用戶友好抗稿。“用戶友好”的含義在于大幅提升工作效率和確保工作更加舒適且安全歪榕。這就要求機(jī)床能夠自主管理自己基公，自動識別加工任務(wù)和加工狀態(tài)幅慌，無需或很少需要人工干預(yù)，同時(shí)還能夠及時(shí)與操作者溝通轰豆，變得“聰明”起來胰伍，開拓?cái)?shù)控機(jī)床的新紀(jì)元。
　　機(jī)床在加工過程中不可避免地會產(chǎn)生各種誤差酸休，需要采用現(xiàn)代監(jiān)控和補(bǔ)償技術(shù)骂租，從而進(jìn)一步提高機(jī)床的性能和通信能力。2005年斑司，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（(暫不可見)）提出“聰明加工系統(tǒng)”(Smart Machining System ) 的研究計(jì)劃渗饮。聰明加工系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是制造系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化，其主要特徵如上表所示陡厘。

　　聰明加工系統(tǒng)的四大目標(biāo)是：

　　1 系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化抽米。將相關(guān)工藝過程和設(shè)備知識加以集成后進(jìn)行建模，進(jìn)行系統(tǒng)的動態(tài)性能優(yōu)化糙置。

　　2 設(shè)備自適應(yīng)化云茸。開發(fā)新的測量方法、模型和標(biāo)準(zhǔn)谤饭，在運(yùn)行狀態(tài)下對機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控么鹊，借助在線測量、傳感和實(shí)時(shí)分析進(jìn)行自我診斷和誤差補(bǔ)償诚悍，提高機(jī)床的工作性能勇震。

　　3 采用新一代數(shù)控系統(tǒng)。與STEP-NC兼容的接口和數(shù)據(jù)格式毛师，使基于CAD模型的機(jī)器控制能夠無縫運(yùn)行尼摩。

　　4 在加工過程中直接測量刀具磨損和工件精度的方法。

　　1. 智能主軸

　　主軸是機(jī)床的心臟族江，它的狀態(tài)直接關(guān)系到加工精度和加工效率惜荐。德國阿亨工業(yè)大學(xué)與西班牙技術(shù)中心合作對主動磁浮軸承的主軸進(jìn)行研究，借助磁浮軸承中的力站号、電流和位置傳感器用缔，來測量切削力、以及刀尖點(diǎn)的位置尔减、速度赠粘、加速度的變化，并基于此開發(fā)出高速缓艳、高精度的主軸校摩。
　

　　瑞士GF阿奇夏米爾集團(tuán)生產(chǎn)的MIKRON HSM系列高速銑削加工中心可配置聰明加工系統(tǒng)，其功能之一就是加工過程監(jiān)控，以便用戶觀察銑削過程是否正常衙吩。其原理是在電主軸殼體中前端軸承附近安裝了加速度傳感器备籽，使銑削過程中產(chǎn)生的振動能夠以加速度 “g載荷”值的形式顯示，如圖5所示分井。

　　振動大小在0~10g范圍內(nèi)分為10級车猬。其中，0~3g表示加工過程尺锚、刀具和刀夾都處于良好狀態(tài)珠闰；3~7g表示加工過程需要調(diào)整，否則將導(dǎo)致主軸和刀具壽命的降低瘫辩； 7~10g表示危險(xiǎn)狀態(tài)伏嗜，如果繼續(xù)工作，將造成主軸伐厌、機(jī)床承绸、刀具和工件的損壞。而且邑丰，控制系統(tǒng)還可預(yù)測在該振動級主軸部件可以工作多長時(shí)間伸危，即主軸壽命還有多長。

　　在過程監(jiān)控系統(tǒng)中也可由用戶設(shè)定一個(gè)g極限值伺免，當(dāng)振動超過此值時(shí)欺邻，系統(tǒng)報(bào)警并自動停機(jī)。系統(tǒng)也可以將某一時(shí)段的振動記錄下來以便進(jìn)一步分析徐敢，記錄的數(shù)據(jù)包括：日期橘抵、時(shí)間、g值彰茉、g極限甲脚、主軸轉(zhuǎn)速、刀具號垮登、進(jìn)給率帽拘、數(shù)控程序塊號和程序名〗唇伲可記錄程序塊的容量達(dá)18,000個(gè)澄港，如果取時(shí)間間隔為2.5秒椒涯，可記錄過程狀態(tài)長達(dá)12.5小時(shí)之久柄沮。

　　2. 熱變形補(bǔ)償

　　機(jī)床熱變形是影響加工精度的主要因素之一。產(chǎn)生熱變形的因素很多废岂，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)境影響祖搓。例如，車間的溫度分布和溫度變化以及空氣對流；日光拯欧、暖氣和鄰近機(jī)床等熱源的影響详囤；以及來自機(jī)床基礎(chǔ)的熱傳導(dǎo)。

　　2）機(jī)床內(nèi)部的影響镐作。例如藏姐，機(jī)床零部件的發(fā)熱（軸承、絲桿该贾、導(dǎo)軌羔杨、電動機(jī)、齒輪杨蛋、液壓系統(tǒng)等）兜材，切削過程產(chǎn)生的熱量以及冷卻系統(tǒng)的發(fā)熱。

　　上述熱影響對機(jī)床結(jié)構(gòu)來說是一種復(fù)雜的熱輸入蛹段，它隨時(shí)間和機(jī)床工作狀態(tài)而變化猖生，是不可預(yù)測的，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)材料的熱性能捞书，即材料的熱脹系數(shù)妥尘、導(dǎo)熱率和熱容量以及機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即部件形狀佣锁、質(zhì)量和熱源的分布健乾。

　　因此，機(jī)床結(jié)構(gòu)的熱場分布是不均勻且不穩(wěn)定的帆疚，呈現(xiàn)為一種動態(tài)的三維梯度的熱場煌害。為了對機(jī)床在工作狀態(tài)下的熱變形進(jìn)行補(bǔ)償，還需要考慮切削和運(yùn)動載荷所造成的變形养烙。這就需要在機(jī)床的關(guān)鍵部位安放溫度和位置傳感器芦惧，測出主軸、3個(gè)坐標(biāo)軸和環(huán)境溫度分別造成的誤差货僚，最后匯總為δx耙替、δy、δz曹体，輸入數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償俗扇。

　　e-機(jī)床

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日漸普及，數(shù)控機(jī)床走向網(wǎng)絡(luò)化和信息化已成為必然趨勢箕别，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入車間只是時(shí)間問題铜幽。從另一角度來看，企業(yè)資源計(jì)劃如果僅僅局限于業(yè)務(wù)管理部門（人串稀、財(cái)除抛、物狮杨、產(chǎn)、供到忽、銷）或設(shè)計(jì)開發(fā)等企業(yè)上層的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的橄教，車間最底層的加工設(shè)備—數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息化，就必然成為制約制造業(yè)信息化的瓶頸喘漏，無法真正解決工廠的最關(guān)鍵問題护蝶。

　　所以，對于面臨日益嚴(yán)峻的全球化競爭的現(xiàn)代制造工廠來說塞补，不僅要提高機(jī)床的數(shù)控化率肿功，更要使所擁有的數(shù)控機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能狱鼎，以保證信息流在車間的底層之間以及底層與上層之間的通信暢通無阻卸矾。

　　例如，日本Mazak公司推出的新一代加工中心不僅實(shí)現(xiàn)了加工過程和刀具交換的自動化篷浅，還配備一個(gè)稱為信息塔（e-Tower）的外部設(shè)備填庄，包括了計(jì)算機(jī)、手機(jī)客娱、機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等题琅，能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形圈机、視像和文本的通信功能歉活。該機(jī)床與生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)時(shí)反映機(jī)床工作狀態(tài)和加工進(jìn)度偏戳。

　　操作者需指紋確認(rèn)權(quán)限莉歼，在屏幕上觀察加工過程。擁有故障報(bào)警顯示功能攻泼、并能在線幫助排除問題火架。它是獨(dú)立的、自主管理的制造單元忙菠，如圖7所示何鸡。

　　利用企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)，可安排一周的加工任務(wù)牛欢，將其發(fā)送到信息塔骡男。信息塔向操作者發(fā)出指令，并在屏幕上顯示機(jī)床的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)傍睹。操作者則可按照屏幕指示進(jìn)行操作隔盛，遇到問題時(shí)也能隨時(shí)查閱計(jì)算機(jī)中的操作手冊。

　　正常情況下焰望，機(jī)床自動工作骚亿，操作者與機(jī)床在時(shí)間和空間上都是分離的。管理者和操作者皆配備有手機(jī)熊赖，通過手機(jī)查詢生產(chǎn)工況来屠、預(yù)計(jì)加工完成時(shí)間以及獲取報(bào)告和故障報(bào)警嘁灯。

　　機(jī)床發(fā)生故障時(shí)馍驯，屏幕會顯示排除故障的方法，Mazak公司的維修中心能夠同時(shí)看到問題所在规倚，遠(yuǎn)距離地及時(shí)提供幫助寂逛，盡可能減少機(jī)床的停機(jī)時(shí)間缚扩。

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