满足对机床高效驱动系统的需求.doc

满足对机床高效驱动系统的需求 机床的能源效率越来越被人们所重视。在这里，电力驱动系统为提高效率提供了各种不同的可能性。当人们将高生产效率的机床操作运行放在优先地位的时候，才有可能以更好的成本效益达到可持续发展的使用目的。自从引进ERP(企业资源规划)指南[1]以来，生产中和机床制造中的能源和资源效益获得了更加重要的地位。支持机床和加工设备制造的相应措施目录[2]，以及合适评价方法标准(ISO/DIS 14955-1)[3]的制订，同样都是欧洲机床工业合作委员会(Cecimo)和德国机床制造商协会(VDW)工作的组成部分。 因为电力驱动系统是许多加工设备中发挥其功能性的核心组成部分，因此它们是提高生产效率的一个重点方法。没有这些系统，要制造现代化的CNC数控加工中心是无法想象的。在机床中，除了主轴和进给驱动系统之外，人们还必须考虑到无数的辅助单元，例如冷却系统、冷却润滑液处理装置和进给泵，还有液压系统。因此，在机床的配电系统中，特别是辅助设备承担了大量的工作，这一点并不令人惊奇。 图1 Siemens公司制造的1PH8系列电动机作为主驱动装 置使用，具有很高的动力学特性。他们所提供的产品既 包括异步电动机，也包括同步电动机。Photo: Siemens 效率等级为IE2的异步电动机在使用中起主导作用 从传统意义上来说，由于生产成本的原因，像这样的单元通常使用主电源进给的异步标准电动机，其特定的效率等级为IE2[4]。根据驱动系统的不同功能范围，该设备制造商采用两种可能的方式来提高能源效益： ● 带有一个恒定操作点的驱动系统(必须采用一台压力/通流组合泵)可以通过使用效率等级更高的IE3(“优等”)电动机或未来的IE4(“超优等”)电动机来进行优化。在这里，选用一台完全符合应用目的要求的电动机是十分关键的，并需得到制造商设计软件工具的支持[5]。效率经过优化的电动机实现经济和可持续发展的应用，特别是配有较高功率级别的驱动系统，可以用图形的方式表示[6]。 图2 示范性铣削加工工艺中的功率消耗分布图。 ●对带有可变操作点的驱动系统(压缩机、高压冷却润滑液泵或液压系统)来说，采用可变速驱动装置可以起到更高效率的调节杠杆作用[7和8]。如果采用一个变频器，电动机的转速可以根据负荷进行变化，让整个系统以更高的效率运行。 变频器的使用节约了机床所需的能源 根据“Maxiem-机床能量效率最大化”[9]和“Ewotek-通过优化元件操作技术提高机床效率”[10]研究项目，对液压系统和冷却润滑液泵进行了研究，如采用第二种方法，可以大量地节约机床潜在的能量。与使用节流翻板或旁通阀的、可承受损耗的解决方案相比，其在部分运行操作中所获得的效益特别引人注目。从技术观点来看，依赖于速度的泵性能曲线变换和可能降低的供电电压在部分负荷的条件下开始产生效率，许多转换装置为此提供了额外的功能[11]。此外，转换装置的操作扩大了附加泵驱动系统的应用范围，包括在机械上允许的转速范围，而且在某些条件下，其还可允许减少产品的使用品种。根据不同的应用目的，这样的解决方案可以在3年内按目前的电价分摊实施。 驱动系统的改进受到其结构的限制 提高主驱动系统中元件的能量效率，使设备装置的制造商面临更大的挑战。从原则上来说，该设备要求使用可调速的驱动装置，通常应达到同步伺服技术和较高效率的水平。它们只能在工艺继续稳定运行的条件下才能进一步优化。在驱动系统中，包括在摩擦力优化的轴承或导轨中，能量水平的提高受到其结构的限制，不允许对机床和加工产生负面的影响。例如与普通的滚珠丝杠相比，使用线性直接驱动电动机作为进给驱动系统，由于其摩擦力降低和功率密度较大，通常可提高其动力学特性。为了能够产生更好的经济效果，并最终能够使生产操作中的机床发挥能量优势，较高的功率消耗必须通过较高的生产率来达到平衡。因此，注意生产制造及驱动系统本身的先决条件是十分必要的，例如采取必要的冷却，或使直接驱动系统脱开与机架的连接，或降低其振动。nextpage 图3 R200型高效率CNC数控车/铣加工中心，配有 双电动机铣削加工轴以及一根主轴和一根副轴。 降低振动有利于提高工件的加工质量 后面部分说明了在很高的动态操作中，会引起机床结构件的振动。这将会导致工件的加工质量降低，在最糟糕的情况下，可能会导致机床本身损坏。因此，在此期间，出现了一系列降低机床振动的可能性措施。一方面，在那里安装了被动和主动减振器，以适应振动结构，例如通过压电晶体使其稳定。第二种可能性措施是通过机床控制回路来降低振动。借助于最佳的控制系统[12]，提高机床的路径准确性是可能的，无需适应其机械机构，同时通过一个系数2，使其运动速度加快了33%。而且，与最初的状态相比较，这两套系统还可以进行修改，以达到较高的加速度。 因此，采取减振措施可支持提