机床节能：提高加工节奏紧密度挖掘各元件节能潜力

对于机床设备来说，节能以提高能源利用率、降低能源成本的重要性日益显露出来。通过提高加工节奏紧密度以减少待机时间和挖掘各元件节能潜力，如对冷却润滑剂输送等元件的优化设计，可以节省下很大一部分资金。

由于能源成本日益加大，因此机床的能源消耗越来越引起人们的注意。但是没有人能意识到如何通过采用现有的工艺技术，来挖掘出节省能源的潜力。实际上，只要在设备上使用测量技术，即可实现这种改观。诸如通过加设和关闭防护门，能源效益即可得到显著的改善。

迄今为止，设备的外围装备和辅助设施一直是工业领域在提高能源效益方面所采取的最优化改造措施的主要对象。属于此方面的诸如厂房的空气调节设备、照明设施和电机驱动系统（如空压机、压缩机、泵和通风设备等）。虽然人们非常清楚高效节能措施可以极大降低设备的运行费用，但是，高效的节能措施的普及工作还是步履蹒跚。

目前，生产设备尤其是切削机床，其能源消耗在对节能潜力的探究上仍得不到足够的重视（图1）。近期，切削机床的用户发现其加工设备的耗电量在持续增加，并开始通过效率测定的方式来对电耗进行评定。机床制造厂家在近几年里也意识到了这个问题的紧迫性，经常会从客户那里了解这方面的意见。

图1

能源消耗与加工节奏紧密相关

对于德国范围内安装使用的所有机床设备的整体能耗来说，由于目前还缺少完整的数据资料，因此尚无法得出可靠的论述。但是从中可以看出，无论是一个企业的单台设备的能耗，还是全部设备在不同加工方式上的能耗，都显得非常重要。对使用寿命周期的分析结果表明，一台中等规格的加工中心依据不同的使用条件，其电能开支每年可以达到8800欧元，占到整个运行费用的20%。在现代化的加工中心和自动车床以及后续项目的年耗电量的基础上，不同加工场合的能耗可以高达45000kW·h。

根据不同的加工方式，能源消耗量可以被分配到各个加工时间段和设备的待机时间里。在三班作业的模式下，批量加工作业的耗电量明显地占到97%以上；而在单件加工作业中，待机时间的电耗最多可以占到年能耗的43%。从所示的结果上，可以推导出采取有效优化措施的策略（图2）。

图2 设备运行的小时数越少，则降低待机耗能的措施就越显重要。

在此例中，耗电量由此可以降低43%。

针对批量加工作业，提高单个工件的能源效率，这种做法是富有成效的；而单件加工的节能潜力，则可以通过选择性地连续切断设备相关部件电源的做法来实现。对于两班作业，可以采取诸如在空班时关闭工作门的措施，由此可以节省高达14%的能源费用。例如在检查设备时，有些部件如液压、照明或液压与主轴的通风装置即可自动关闭一段时间，这也是上述的一种情况。

关闭工作门可以节省14%的能耗

哪些部件会导致哪部分能耗，这又要取决于加工类型、设备配置、加工任务和做选择的元件等因素。各元件的节能潜力各不相同。

图3 在三班作业的设备上对部件进行优化，可以

挖掘出最大的节约潜力。在此例子中，液压马达、

驱动装置和低压冷却剂泵都是耗电量大的部件

在现代化自动车床上所做的能源测量的例子中（图3），所示为较小切削力加工时的三班批量加工作业的情况。此时15000kW·h液压马达所占的比例最大。其主要原因在于所制造的液压泵直接由电网驱动，因此可以获得稳定的4kW功耗。工艺流程所需的实际功率由一个机械节流阀进行控制，过多和未被利用的油品会以循环的方式，返回到油箱里。假设液压系统只占用30%的加工时间，那么通过采用转速可调的液压机组，最多可达到10000kW·h /年的节能目标。在此例中，居于第二位的才是由两个主轴电机和为数众多的进给及旋转电机组成的（包括工作电子装置在内）整体驱动系统，其功耗将近达到13000kW·h。这些元件的效率很高，因此节能的关键是在于一个与流程相匹配的尺寸定义上。在所观察的例子中，驱动装置的负荷处于一个不理想的耗能载荷范围。通过最佳的尺寸设定，可以在较低的购置成本的基础上，也使电机和电子装置达到较好的效率。当然，如果部件的范围很宽，设备的加工灵活性自然会受到制约。在整体能耗中占有重要分量的另一个因素便是KSS（冷却润滑剂）泵和主轴与电控柜的风扇。这里也可以通过采用实际需要的元件，来实现未被利用的节约潜能。

上述结论表明，通过对各个元件能耗的测试，可以得出对整体设备的效率和节约潜力的有说服力的证明。持续使用现有的高效技术，也可以实现显著降低机床运行费用的目的。对此，在新设备的采购决策过程中，需要解决节能意识不强和对设备寿命循环费用认识不足的问题。

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