【文章內(nèi)容簡介】 的數(shù)控機床的支撐。 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，所以微型機床包括微切削加工 (車、銑、磨 )機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。 體積極端化 J10001CNC微型數(shù)控車床 主軸電機功率： 150W 電壓 120VDC XZ軸的最大移動速度： 500mm/min 主軸電機轉(zhuǎn)速： 0～ 2500r/min 步進電機最大轉(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 電機功率 1000W 主軸轉(zhuǎn)速 (無級調(diào)速 )100~1750rpm177。 10% 尺寸： 760X700X900mm 凈重： 200 kg 體積極端化 HTM50GMFX100 龍門移動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 工作臺面積 4000 9000mm 工作臺最大承重 20t 刀庫容量 24/40/60（選配） 綠色化 隨著日趨嚴格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當中。在 21世紀，綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場。 機床是將毛坯轉(zhuǎn)化為零件的工作母機，在使用過程中不僅消耗能源，還會產(chǎn)生固體、液體和氣體廢棄物，對工作環(huán)境和自然環(huán)境造成直接或間接的污染。從整個機床生命周期內(nèi)審視，盡量減少對環(huán)境帶來不利沖擊的綠色機床就成為當前研究的熱點。 綠色化 什么是綠色機床？它應(yīng)該具有以下特點： 1 機床主要零部件由再生材料制造。 2 機床的重量和體積減少 50%以上。 3 通過減輕移動質(zhì)量、降低空運轉(zhuǎn)功率等措施使功率消耗減少 30～ 40%。 4 使用過程中產(chǎn)生的各種廢棄物減少 50~60%，保證基本沒有污染的工作環(huán)境。 5 報廢后機床的材料 100%可回收。 綠色化 1. 減重節(jié)能 據(jù)統(tǒng)計，機床使用過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。 機床綠色化的第一個措施是通過大幅度降低機床重量和減少所需的驅(qū)動功率來構(gòu)建具有生態(tài)效益的機床（ Ecoefficient Machine tool）。綠色機床提出一種全新的概念：大幅減少機床重量，節(jié)省材料；同時降低機床使用時的能源消耗。 圖 1. 典型數(shù)控機床功率分配圖 綠色化 傳統(tǒng)的機床設(shè)計理念是“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床重量”。因此，現(xiàn)有機床重量的 80%用于“保證”機床的剛度，而只有20%用于滿足機床運動學的需要。 綠色機床就是在保證機床剛度的前提下大幅減少機床移動部件的重量，達到省材、節(jié)能的目的。實現(xiàn)這個目標的途徑有兩個： 通過采用新結(jié)構(gòu)或新的復(fù)合材料來實現(xiàn)輕量化 ，如圖 2所示。 圖 2. 借助新材料和新結(jié)構(gòu)實現(xiàn)輕量化 綠色化 圖 3 采用三桿并聯(lián)機構(gòu)的主軸部件 桿機構(gòu) 90年代中期出現(xiàn)的 6桿并聯(lián)運動機床，由于其運動部件質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，一直受到機床研究者的重視，10多年來不斷進行探索，推出許多變型結(jié)構(gòu)和方案。盡管加工精度和機床剛度還存在一定問題，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)的加工飛機鋁合金構(gòu)件的Ecospeed型機床，其主軸部件就是采用三桿并聯(lián)機構(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) 在機床設(shè)計中采用焊接結(jié)構(gòu)由來已久，主要由鋼板切割后焊接成為大型結(jié)構(gòu)件。隨著對機床結(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展到激光焊接。一個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)是近年來機床結(jié)構(gòu)配置的重要發(fā)展趨勢。它的特點是采用框架式箱形結(jié)構(gòu)，將一個移動部件嵌入另一個部件的框架箱中，達到提高剛度減輕重量的目的。森精機一臺車銑復(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. 一臺通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化并采用了新材料的龍門銑床案例 （通過輕量化降低驅(qū)動功率） 新材料是機床結(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)獲得實際應(yīng)用的是樹脂混凝土（或稱礦物鑄造、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、熱穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點。 采用新材料 綠色化 高頻電主軸： 高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點，在各種新型數(shù)控機床中 已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用； 直線電動機： 近年來，直線電動機的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防 護等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化，機床的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的 1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機床以及動態(tài)性能和運動精度要求高的機床等； 德國 EXCELLO公司的 XHC臥式加工中心三向驅(qū)動均采用兩個直線電動機； 電滾珠絲桿： 電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)，具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點。 采用新型功能部件 綠色化 2. MQL減排 機床使用過程中的潤滑冷卻液是有害排放物，特別是磨削時采用的乳化液對環(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床的基本特徵。實現(xiàn)這個目標的途徑有以下兩方面： 1）干切削，不使用冷卻液。 這需要機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單的銑削和車削工序。 2）微量潤滑（ Minimized Quantity Lubrication, MQL）。 MQL適用范圍較廣，可用于各種加工方法，但需要專門的裝置提供氣霧或低溫空氣（冷風），并使用專門的潤滑劑。 綠色化 3. 刀具增效 機床的生產(chǎn)效率出至刀尖上。采用先進的刀具，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，降低切削過程所需的功率，延長刀具的壽命，從而達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床使用過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，進入社會廢品循環(huán)。 江蘇省揚力集團在該企業(yè)內(nèi)部將每年數(shù)千噸的鐵屑和鋼屑經(jīng)過分揀、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 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）采用動柱動梁箱中箱結(jié)構(gòu)，移動部件質(zhì)量輕，減少驅(qū)動功率。 2) 工作臺采用臺中臺直接驅(qū)動方式，提高了傳動效率。 3) 排屑路徑通暢，減少機床熱變形。 綠色化 ?案例二： STUDER S242車磨復(fù)合加工機床 圖 9 S242 車磨復(fù)合機床 為了大幅度提高軸類高精度零件的加工效率， Studer公司推出硬車削和磨削復(fù)合的機床，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車磨復(fù)合加工機床綠色化的主要特征如下： 1） 床身采用 Granitan S103人造花崗石。