【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的數(shù)控機(jī)床的支撐。 另一方面，超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是 21世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機(jī)床包括微切削加工 (車(chē)、銑、磨 )機(jī)床、微電加工機(jī)床、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)等的需求量正在逐漸增大。 體積極端化 J10001CNC微型數(shù)控車(chē)床 主軸電機(jī)功率： 150W 電壓 120VDC XZ軸的最大移動(dòng)速度： 500mm/min 主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速： 0～ 2500r/min 步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速： 1000r/min 尺寸： 600X300X250mm 凈重： 17 kg C00026微型數(shù)控銑床 定位精度 最大鉆孔直徑 25mm最大端面銑直徑 16mm 最大表面銑直徑 50mm 電機(jī)功率 1000W 主軸轉(zhuǎn)速 (無(wú)級(jí)調(diào)速 )100~1750rpm177。 10% 尺寸： 760X700X900mm 凈重： 200 kg 體積極端化 HTM50GMFX100 龍門(mén)移動(dòng)式定梁五面鏜銑中心 主要技術(shù)參數(shù) 主軸轉(zhuǎn)速 102023r/min 主軸功率 37/51kw 主軸最大扭矩 1985/2735Nm 滑枕截面 500 500mm 龍門(mén)有效寬度 5100mm X/Y/Z行程 10000/5200/1250mm 快移速度 10m/min 最大切削速度 6m/min 定位精度 重復(fù)定位精度 工作臺(tái)面積 4000 9000mm 工作臺(tái)最大承重 20t 刀庫(kù)容量 24/40/60（選配） 綠色化 隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來(lái)越重要，而中國(guó)的資源、環(huán)境問(wèn)題尤為突出。因此，近年來(lái)不用或少用冷卻液、實(shí)現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在 21世紀(jì)，綠色制造的大趨勢(shì)將使各種節(jié)能環(huán)保機(jī)床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場(chǎng)。 機(jī)床是將毛坯轉(zhuǎn)化為零件的工作母機(jī)，在使用過(guò)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)審視，盡量減少對(duì)環(huán)境帶來(lái)不利沖擊的綠色機(jī)床就成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。 綠色化 什么是綠色機(jī)床？它應(yīng)該具有以下特點(diǎn)： 1 機(jī)床主要零部件由再生材料制造。 2 機(jī)床的重量和體積減少 50%以上。 3 通過(guò)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減少 30～ 40%。 4 使用過(guò)程中產(chǎn)生的各種廢棄物減少 50~60%，保證基本沒(méi)有污染的工作環(huán)境。 5 報(bào)廢后機(jī)床的材料 100%可回收。 綠色化 1. 減重節(jié)能 據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)床使用過(guò)程中用于切除金屬的功率只占到 25%左右，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，紅色部分是各種損耗和輔助功能。 機(jī)床綠色化的第一個(gè)措施是通過(guò)大幅度降低機(jī)床重量和減少所需的驅(qū)動(dòng)功率來(lái)構(gòu)建具有生態(tài)效益的機(jī)床（ Ecoefficient 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，節(jié)省材料；同時(shí)降低機(jī)床使用時(shí)的能源消耗。 圖 1. 典型數(shù)控機(jī)床功率分配圖 綠色化 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，提高剛度就必須增加機(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%用于滿足機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)的需要。 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(dòng)部件的重量，達(dá)到省材、節(jié)能的目的。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的途徑有兩個(gè)： 通過(guò)采用新結(jié)構(gòu)或新的復(fù)合材料來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化 ，如圖 2所示。 圖 2. 借助新材料和新結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輕量化 綠色化 圖 3 采用三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)的主軸部件 桿機(jī)構(gòu) 90年代中期出現(xiàn)的 6桿并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床，由于其運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，一直受到機(jī)床研究者的重視，10多年來(lái)不斷進(jìn)行探索，推出許多變型結(jié)構(gòu)和方案。盡管加工精度和機(jī)床剛度還存在一定問(wèn)題，但在某些領(lǐng)域已經(jīng)獲得成功應(yīng)用。例如，DSTechnology公司生產(chǎn)的加工飛機(jī)鋁合金構(gòu)件的Ecospeed型機(jī)床，其主軸部件就是采用三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如圖 3所示。 采用新結(jié)構(gòu)降低能耗 綠色化 新型焊接結(jié)構(gòu) 在機(jī)床設(shè)計(jì)中采用焊接結(jié)構(gòu)由來(lái)已久，主要由鋼板切割后焊接成為大型結(jié)構(gòu)件。隨著對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)輕量化的要求日益迫切，異型鋼板和異型結(jié)構(gòu)的應(yīng)用獲得了發(fā)展，焊接工藝也由電弧焊接擴(kuò)展到激光焊接。一個(gè)由鋼管和鋼板激光焊接而成的滑座如圖 4所示。 圖 4 由鋼管和鋼板激光焊接而成的滑座 綠色化 箱中箱結(jié)構(gòu) 箱中箱結(jié)構(gòu)是近年來(lái)機(jī)床結(jié)構(gòu)配置的重要發(fā)展趨勢(shì)。它的特點(diǎn)是采用框架式箱形結(jié)構(gòu)，將一個(gè)移動(dòng)部件嵌入另一個(gè)部件的框架箱中，達(dá)到提高剛度減輕重量的目的。森精機(jī)一臺(tái)車(chē)銑復(fù)合加工中心的箱中箱結(jié)構(gòu)如圖 5所示。 采用箱中箱結(jié)構(gòu)獲得成功的關(guān)鍵不僅在于基于有限元分析的設(shè)計(jì)方法，而且還有構(gòu)件的制造工藝，例如熔模鑄造等。 圖 5 由鋼管和鋼板激光焊接而成的滑座 綠色化 圖 3. 一臺(tái)通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化并采用了新材料的龍門(mén)銑床案例 （通過(guò)輕量化降低驅(qū)動(dòng)功率） 新材料是機(jī)床結(jié)構(gòu)輕量化的重要研究領(lǐng)域，包括碳素纖維、陶瓷和復(fù)合材料。目前已經(jīng)獲得實(shí)際應(yīng)用的是樹(shù)脂混凝土（或稱(chēng)礦物鑄造、人造花崗石），它與傳統(tǒng)鑄鐵構(gòu)件相比，具有阻尼系數(shù)大、抗振性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。 采用新材料 綠色化 高頻電主軸： 高頻電主軸是高頻電動(dòng)機(jī)與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無(wú)級(jí)調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各種新型數(shù)控機(jī)床中 已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用； 直線電動(dòng)機(jī)： 近年來(lái)，直線電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價(jià)格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負(fù)載變化擾動(dòng)、熱變形補(bǔ)償、隔磁和防 護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能有了提高。如：西門(mén)子公司生產(chǎn)的 1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動(dòng)機(jī)已開(kāi)始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機(jī)床以及動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)動(dòng)精度要求高的機(jī)床等； 德國(guó) EXCELLO公司的 XHC臥式加工中心三向驅(qū)動(dòng)均采用兩個(gè)直線電動(dòng)機(jī)； 電滾珠絲桿： 電滾珠絲桿是伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿的集成，可以大大簡(jiǎn)化數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，具有傳動(dòng)環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點(diǎn)。 采用新型功能部件 綠色化 2. MQL減排 機(jī)床使用過(guò)程中的潤(rùn)滑冷卻液是有害排放物，特別是磨削時(shí)采用的乳化液對(duì)環(huán)境和工人健康都非常有害。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。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的途徑有以下兩方面： 1）干切削，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，僅適用于某些加工形狀比較簡(jiǎn)單的銑削和車(chē)削工序。 2）微量潤(rùn)滑（ Minimized Quantity Lubrication, MQL）。 MQL適用范圍較廣，可用于各種加工方法，但需要專(zhuān)門(mén)的裝置提供氣霧或低溫空氣（冷風(fēng)），并使用專(zhuān)門(mén)的潤(rùn)滑劑。 綠色化 3. 刀具增效 機(jī)床的生產(chǎn)效率出至刀尖上。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)，可以有效提升切削加工的效率，降低切削過(guò)程所需的功率，延長(zhǎng)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。 圖 4. 組合刀具的復(fù)合加工 綠色化 4. 變廢為寶增值再用 金屬切削加工切屑是機(jī)床使用過(guò)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(guò)分揀、壓塊、配料、熔化澆鑄出高質(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，如圖 5所示。 圖 5 由再生廢料制成的壓力機(jī)曲軸 （ a. 鑄成的曲軸毛坯 b. 加工完成的曲軸） 綠色化 ?案例一：森精機(jī) NMV8000加工中心 圖 8 NMV8000立式加工中心 NMV8000加工中心綠色化的主要特征如下： 1）采用動(dòng)柱動(dòng)梁箱中箱結(jié)構(gòu)，移動(dòng)部件質(zhì)量輕，減少驅(qū)動(dòng)功率。 2) 工作臺(tái)采用臺(tái)中臺(tái)直接驅(qū)動(dòng)方式，提高了傳動(dòng)效率。 3) 排屑路徑通暢，減少機(jī)床熱變形。 綠色化 ?案例二： STUDER S242車(chē)磨復(fù)合加工機(jī)床 圖 9 S242 車(chē)磨復(fù)合機(jī)床 為了大幅度提高軸類(lèi)高精度零件的加工效率， Studer公司推出硬車(chē)削和磨削復(fù)合的機(jī)床，可配置左右、正斜砂輪架和轉(zhuǎn)塔刀架，三種橫向砂輪架和刀架可有15種配置方案，其中之一如圖 9所示。 S242車(chē)磨復(fù)合加工機(jī)床綠色化的主要特征如下： 1） 床身采用 Granitan S103人造花崗石。