分析：綠色生態(tài)機床被關注1.數(shù)控機床的進展趨勢

數(shù)控機床歷經(jīng)了從數(shù)字掌握（NC）、直接數(shù)控掌握（DNC）到今日制造業(yè)普遍應用的計算機數(shù)控（CNC）。其加工精度和切削速度大約每8年提高一倍。定位精度很快將告辭微米時代而進入亞微米時代，高速和高精度是現(xiàn)代數(shù)控機床的主要特征。

現(xiàn)代機床的特征還有：復合加工、多軸聯(lián)動、環(huán)境友好（綠色生態(tài)機床）、智能化監(jiān)控和補償以及人機通信和自主管理（聰慧機床），集成為高性能數(shù)控機床。高性能數(shù)控機床的總體目標是大幅度提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)能減排、愛護環(huán)境和操健康。

可以猜測，在將來的3～5年，機床制造商和研發(fā)機構將在下列領域爭奪制高點：

1）虛擬機床（NCVerification）。研發(fā)機電一體化的、硬件和軟件集成的仿真技術，提高機床的設計水平和使用績效。

2）綠色生態(tài)機床（GreenEco-Machine）。節(jié)能減排，力求生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境負荷最小化。

3）聰慧加工系統(tǒng)（SmartMachining）。提高生產(chǎn)系統(tǒng)的牢靠性、加工精度和綜合性能。

4）e-機床（AutonomousMachine）。提高生產(chǎn)系統(tǒng)的獨立自主性以及與使用者和管理者的交互力量，使機床不僅是一臺加工設備，而是企業(yè)管理網(wǎng)絡中的一個節(jié)點。

2.什么是綠色生態(tài)機床

機床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)端詳，如何削減對環(huán)境沖擊的綠色生態(tài)機床就成為當前討論的熱點。綠色生態(tài)機床應當具有以下特點：

1）機床主要零部件由再生材料制造。

2）機床的重量和體積削減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削減30～40%。

4）使用過程的各種廢棄物削減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。

2.1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25%左右，各種損耗占去大部分。綠色生態(tài)機床的第一個措施是通過大幅度降低機床重量和削減所需功率來構建具有生態(tài)效益的機床（Eco-efficientMachine）。綠色生態(tài)機床提出一種全新的概念：大幅度削減機床的重量，節(jié)約材料；同時降低機床使用時的能源消耗。

傳統(tǒng)的機床設計理念是“只有足夠的剛度才能保證加工精度，提高剛度就必需增加機床重量”。因此，現(xiàn)有機床重量的80%用于“保證”機床的剛度，而只有20%用于滿意機床運動學的需要。因此機床結構優(yōu)化的空間很大。實現(xiàn)這個目標的途徑是通過采納新結構和新材料兩個方面。

2.2MQL減排

機床使用過程中的潤滑冷卻液是有害的排放物，特殊是磨削時采納的乳化液對環(huán)境和工人健康都特別有害。因此，大幅度削減冷卻液的使用和排放是綠色生態(tài)機床的基本特征。實現(xiàn)這個目標的途徑有以下兩個方面:

1）干切削，不使用冷卻液。需要機床具有足夠的剛性和銳利的刀具，僅適用于加工某些外形比較簡潔的銑削和車削工序。

2）微量潤滑（MQL）。MQL適用范圍較廣，可用于各種加工方法，但需要特地的裝置供應氣霧或低溫空氣（冷風），以及特地的潤滑劑。

2.3刀具增效

機床的生產(chǎn)效率出至刀尖上。采納先進的刀具，選擇合理的刀具幾何角度和切削參數(shù)，可以大幅度提高切削加工的效率，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。

2.4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)。江蘇省楊力集團在本企業(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、溶化澆鑄出高質(zhì)量的球墨鑄鐵件，變廢為寶，制成諸如壓力機曲軸等關鍵零件。

3.聰慧加工系統(tǒng)

假如綠色生態(tài)機床的愿景是環(huán)境友好，那么智能機床的目標就是用戶友好?！坝脩粲押谩钡暮x在于大幅度提高工作效率和工作更加舒適和平安。這就要求機床能夠自主管理自己，能夠自動識別加工任務和加工狀態(tài)，無需或很少需要人工干預，而且能夠與操準時溝通，變得“聰慧”起來，開拓數(shù)控機床的新紀元。

機床在加工過程中不行避開會產(chǎn)生各種誤差，需要采納現(xiàn)代監(jiān)控和補償技術，以進一步提高機床的性能和通信力量。2022年，美國國家標準與技術討論所提出“聰慧加工系統(tǒng)”（SmartMachiningSystem）的討論方案。

聰慧加工系統(tǒng)的五大目標是：

1）系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化。將相關工藝過程和設備學問加以集成后進行建模，進行系統(tǒng)的動態(tài)性能優(yōu)化。

2）設備特征化。開發(fā)特征化的測量方法、模型和標準，并在運行狀態(tài)下對機床性能進行測量和通信。

3）采納下一代數(shù)控系統(tǒng)。與STEP-NC兼容的接口和數(shù)據(jù)格式，使基于CAD模型的機器掌握能夠無縫運行。

4）狀態(tài)監(jiān)控和牢靠性，開發(fā)測量、傳感和分析方法。

5）在加工過程中直接測量刀具磨損和工件精度的方法。

聰慧加工系統(tǒng)的實質(zhì)是制造系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡化。

3.1先進過程掌握系統(tǒng)

先進過程系統(tǒng)（AdvancedProcessSystem）的內(nèi)涵是監(jiān)測電主軸的工作狀態(tài)。由于電主軸是數(shù)控機床的心臟，它的狀態(tài)直接關系到加工精度和加工效率。其原理是在電主軸殼體中前端軸承四周安裝了加速度傳感器，使銑削過程中產(chǎn)生的振動可以加速度“g載荷”值的形式顯示。

3.2智能溫度掌握系統(tǒng)

機床熱變形是影響加工精度的主要因素之一。產(chǎn)生熱變形的因素許多，主要是來自機床的工作環(huán)境和機床內(nèi)部的熱影響：

1）環(huán)境影響。如車間的溫度分布和溫度變化以及空氣對流；日光、暖氣和鄰近機床等熱源的影響；以及來自機床基礎的熱傳導。

2）機床內(nèi)部的影響。如機床的零部件的發(fā)熱（軸承、絲桿、導軌、電動機、齒輪、液壓系統(tǒng)等），切削過程產(chǎn)生的熱量以及冷卻系統(tǒng)的發(fā)熱。

上述熱影響對機床結構來說是一種簡單的熱輸入，它隨時間和機床工作狀態(tài)而變化，是不行猜測的，而最終造成機床熱變形的大小和部位還取決于機床結構材料的熱性能，即材料的熱漲系數(shù)、導熱率和熱容量以及機床的結構設計，即部件外形、質(zhì)量和熱源的分布。

4.e-機床

在高速加工簡單的三維輪廓時，常常遇到如何優(yōu)化上三個相互關聯(lián)的數(shù)值：速度、精度和表面光滑度。例如，