百家谈：机床绿色制造技术及装备市场
2020-09-01
互联网中国铸造网7990核心提示：世界各国已经普遍认识到未来国际制造业将不再是传统的资本、资源和劳动力竞争，而是高生产率、高质量、高技
| 世界各国已经普遍认识到未来国际制造业将不再是传统的资本、资源和劳动力竞争，而是高生产率、高质量、高技术的竞争，节能减排将成为制造业升级的主导趋势。本刊特邀请相关行业专家和企业，就“绿色制造”的话题畅所欲言，希望提供一些有价值的参考。 |
世界各国已经普遍认识到未来国际制造业将不再是传统的资本、资源和劳动力竞争，而是高生产率、高质量、高技术的竞争，节能减排将成为制造业升级的主导趋势。本刊特邀请相关行业专家和企业，就“绿色制造”的话题畅所欲言，希望提供一些有价值的参考。同济大学教授、现代制造技术研究所名誉所长张曙：“绿色化”是中国机床行业转型升级的重要途径之一
作为机床制造商们争夺的主要市场的高端床领域，过去10年制造商们致力于提高床的技术性能，高速、高精度、复合加工和多轴联动等。但是在未来，随着人们对于环境和资源的重视，机床的发展也将注重机床与环境和人的关系的和谐，“绿色机床”必将成为下一步竞争的关键点。床的发展趋势不仅是机床性能的提高，机床的绿色化日益受到重视。绿色化和提高性能是不矛盾的，是共存的，集成为下一代高性能机床。要真正实现“绿色机床”，首要的就是要通过大幅度降低移动部件质量和减少所需功率来构建具有生态效益的机床。绿色机床提出一种全新理念：减少机床的重量，节省材料;降低机床使用时的能源消耗，提高机床的动态性能。从传统的以最小的投资赚取最大的利润转变为以最少的资源创造最大的价值，实现可持续生产。传统的机床设计理念是“只有足够的刚度才能保证加工精度，提高刚度就必须增加机床重量”。因此，现有机床重量的80%用于“保证”机床的刚度，而只有20%用于满足机床运动学的需要。因此机床结构优化的空间很大。可以通过采用新结构和新材料两个方面来优化机床结构。在降低能耗方面，有资料显示，机床的各种机电子系统中，主轴、冷却单元、冷却、伺服驱动、液压5个主要分系统耗用了88%的电力，而耗用的电力中只有25%直接用于加工，显示机床能源利用率具有巨大的提升空间。以金切机床为例，我们可以采用不同的措施降低其待机能耗、加工能耗和空载能耗等。北京机床研究所副总工程师盛伯浩：机床行业的“绿色制造”主要集中在减少环境污染、降低能源消耗、实现机床的可持续发展3个方面
从污染方面来说，主要产生污染是在切削液。但我们也不能“一刀切”地认为切削液一定不好，它也有降低切削力、减少刀具消耗、改善加工表面粗糙度和冲刷切屑、防止堵塞等好处。行之有效的方法是合理地使用切削液、减少变质，并且减少切削液中对人体有害的化学物质的使用等。污染的问题还包括粉尘和油污的污染、机床结构上的渗油、渗水等，这些也是需要注意并且针对不同情况进行改进的。目前机床行业在节能降耗方面是做得比较不错的。现在床的效率较高，能够达到80%左右。大部分高速精密机床采用了直接驱动，灵敏度高、效率高，但是在低速大扭矩切削时直驱的节能效果比不上齿轮传动，而且电机消耗本身很大。那么接下来我们要在降低能耗提高效率方面下功夫，同时也要选准具体的适用场合来使用直驱。此外，机床的空载功率损耗占到整个机床功率损耗的10-15%，并且会导致机床发热。现在推出的伺服系统可以将空程回转的部分能量反馈储存起来，这也是节能的一部分。我们要通过合理研究能量消耗比例有良好的工艺需求结合起来，合理分析，通过降低电机本身的空载来达到节能的目的。在绿色制造方面还有很重要的一块是机床的可持续性发展。机床与汽车等不一样，并非坏了之后所有的部件都不能再使用。从机床设计的角度来说，刚度是第一位的，因而机床的寿命一般都比较长。只要保养维修得当，只要不是因技术进步被淘汰，机床的很大一部分部件可以用几十年，在更换易损件，更新精度高的轴承、丝杠和导轨等运动副以及数控等电子系统后就可做成性能不错的二手机床。要强调的是，机床的可持续性除了要加强维护之外，机床一定要考虑其技术的先进性。中国现在有太多的经济型机床，但是效率、精度却远远落后于发达国家。要真正实现“绿色制造”，除了回收之外，最主要的是提高单台机床本身的效率，减少单位机床消耗的物资，提高其单位经济效率。机床设计时要注重高效并且要模块化，这样即使维修时也只需换模块。现在数控系统已经模块化，如果其他部件也能模块化更换就可大大延续机床的使用寿命并降低资源能耗。滚动功能部件分会高级顾问、国务院特殊津贴专家黄祖尧：“绿色滚动功能部件”将在现代化床实施绿色制造的进程中发挥重要的作用
滚珠丝杠副、滚动直线导轨副等滚动功能部件具有高效、节能、省力、长寿命等多种“功能”，在低碳经济时代，是现代化床实施绿色制造的得力推手以及核心绿色功能部件。滚珠丝杠副的摩擦系数为0.003-0.005，传动功率﹥90%，正效率与逆效率基本相同，用较小的力矩就可产生较大的轴向推力，可以很便捷地完成能量转换，比普通滑动丝杠副节省动力1/2到3/4。滚珠丝杠副和滚动直线导轨副通过优化设计，例如：采用滚珠丝杠中空、轻量化滚动体等轻量化措施，来减少床移动部件的质量，从而降低驱动功率。此外，新一代的高速静音滚动功能部件产品采用具有自润、降噪功能的隔离滚珠链，可使噪声降低6-8dBA，在减少滚动阻力的同时，延长工作寿命2-3倍。而滚动功能部件的密封、润滑系统采用绿色环保的自润式免维修技术，既节省了润滑油，还大大降低了对环境的污染，并延长了功能部件的使用寿命和维修成本。对于正常的疲劳剥损或因局部过载而损坏的部分零件可以通过维修、再制造，延长产品的生命周期。在床的所有功能部件中，滚动功能部件的可维修性和再制造功能可降低主机的维修成本，并使优质合金钢材得以充分利用。再制造技术国家重点实验室张伟：再制造是实现行业转型升级，建设资源节约型、环境友好型社会的有效途径;是决定着未来制造产业的核心竞争力
中国目前机床保有量超过800万台，是世界上机床保有量最大的国家。但中国机床行业整体水平不高，有相当一部分技术落后的机床面临报废、闲置、技术性或功能性淘汰，急需通过转型升级提高中国制造业市场竞争力。再制造不仅是对废旧产品进行专业化修复或升级改造，使其质量特性不低于原型产品水平的过程，而且是实现和保证产品循环性的决定因素，是一种先进的制造与工业理念，是一系列高新技术与手段的集成运用，是机床行业“服务型”战略和推进产品全生命周期管理的重要途径。再制造可将产业链后延到“后市场”服务领域，通过售后保障服务提升产品综合竞争力。此外，再制造还可提高制造企业的利润空间，建立良好的盈利模式。目前中国开展机床再制造主要的瓶颈和困难，表现在以下三个方面：第一，企业和用户对再制造缺乏统一、正确的认识。很多机床制造企业认为再制造产品会对新品造成市场冲击，影响新产品的销售。同时，用户对再制造的认知度很低，认为再制造产品就是二手产品，性能一定达不到新品，与传统的维修、翻新混淆;第二，缺乏先进的再制造技术和装备。由于再制造需要综合利用先进的表面工程新技术、新工艺对损伤的机械、传动机构进行尺寸精度恢复，利用先进的控制技术和新的设计理念对机床的传动结构进行改造升级，这对企业的技术创新和综合集成能力提出了很高要求。这是企业自身亟待提高的核心能力问题;第三，市场缺乏有利于再制造发展的回收体系和标准体系。
