圖1 在沖壓機(jī)和步?jīng)_機(jī)整個(gè)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，只有10%～20%的時(shí)間需要最大的驅(qū)動(dòng)能量
現(xiàn)代化、高動(dòng)態(tài)性能的氣缸軸對(duì)步?jīng)_機(jī)和沖壓機(jī)發(fā)揮的作用相當(dāng)可觀：收到了雙倍的節(jié)能效果。其高壓-低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)明顯降低了能源消耗。另外：采用電液壓力調(diào)節(jié)的軸向柱塞泵還能夠在輔助時(shí)間里進(jìn)一步節(jié)約能源。
進(jìn)一步提高性能同時(shí)也進(jìn)一步降低能耗：為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，Rexroth公司為機(jī)器制造業(yè)研發(fā)了4EE高效節(jié)能系統(tǒng)。這一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)控制軟件的成套供應(yīng)商在投資熱門領(lǐng)域中充分利用了四種杠桿來(lái)提高能源利用率：零部件效率的提高、能源回收利用、節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及合理利用能源。
在研發(fā)高效步?jīng)_機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，Rexroth公司在沖壓機(jī)和步?jīng)_機(jī)生產(chǎn)加工條件下對(duì)其能源需求進(jìn)行了考察。得出的結(jié)果是：在沖壓機(jī)和步?jīng)_機(jī)整個(gè)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，只有10%～20%的時(shí)間需要最大的驅(qū)動(dòng)能量，即在真正的沖壓運(yùn)動(dòng)過(guò)程中（圖1）。在其他輔助時(shí)間里，例如在更換沖壓模具、上下工件等時(shí)間里，幾乎不消耗液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能源（圖2）。這樣，利用與功率消耗相匹配的模塊，就可以節(jié)約80%～90%空載運(yùn)行時(shí)白白浪費(fèi)的能源，且不影響產(chǎn)品生產(chǎn)。
圖2 只有在真正的沖壓運(yùn)動(dòng)中才需要最大的能源，在輔助時(shí)間里幾乎不消耗液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供的能源（A：沖壓/步?jīng)_加工過(guò)程中的沖程曲線；B：使用定量泵時(shí)沖壓/步?jīng)_加工過(guò)程中高壓-低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能源消耗曲線；C：采用變量泵時(shí)的能耗曲線）
新的標(biāo)準(zhǔn)化的步?jīng)_主軸模塊帶有一個(gè)額定壓力為200kN和300kN的油缸，有三個(gè)壓力等級(jí)可供選用：標(biāo)準(zhǔn)型、中壓型和高壓型。帶有輔助油缸的沖壓主軸最適合于在步?jīng)_機(jī)中使用：步?jīng)_機(jī)每分鐘步?jīng)_次數(shù)為600～1500次，最大行程4mm。當(dāng)步?jīng)_機(jī)安裝使用了步?jīng)_模塊后，步?jīng)_行程的次數(shù)可以提高到4000次/min（圖3）。兩個(gè)高效的蓄能器開關(guān)首先降低了設(shè)備安裝時(shí)的持續(xù)功率，從而把能耗減少了50%。另外，按照步?jīng)_設(shè)備實(shí)際工作的需要，變量泵再次明顯降低了步?jīng)_機(jī)輔助時(shí)間內(nèi)的能源消耗。例如，電液壓力調(diào)節(jié)的軸向柱塞泵就能進(jìn)一步在高壓-低壓壓力系統(tǒng)節(jié)能的基礎(chǔ)上再減少輔助時(shí)間內(nèi)的能源消耗。
標(biāo)準(zhǔn)型的步?jīng)_主軸模塊非常適合于在步?jīng)_機(jī)、沖壓機(jī)、雕刻、花形沖壓和深沖壓加工設(shè)備中使用。這種有著兩個(gè)壓力等級(jí)、三個(gè)功率等級(jí)的步?jīng)_模塊由快速開關(guān)的控制閥、數(shù)字式行程檢測(cè)傳感器和HNC100-3x監(jiān)控系統(tǒng)以及與其配套的液壓系統(tǒng)和A10VSO型軸向柱塞泵組成，這一變量泵利用ER型電液壓力調(diào)節(jié)器承擔(dān)著液壓系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的任務(wù)（圖4）。
圖3 當(dāng)沖壓機(jī)步?jīng)_模塊主軸安裝了高能效的液壓缸以后，可以實(shí)現(xiàn)最快4000次/min的步進(jìn)沖壓
控制系統(tǒng)中已經(jīng)包含壓力調(diào)節(jié)軟件
在優(yōu)化之后的高壓-低壓系統(tǒng)整個(gè)工作運(yùn)行時(shí)間里，定量泵提供的液壓油量始終不變；而帶有ER調(diào)節(jié)裝置的變量泵則能夠把設(shè)備在輔助時(shí)間里的能源消耗降低80%～90%（圖5）。只有在真正的沖壓運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)才控制著變量泵向高壓-低壓系統(tǒng)的蓄能器提供最大的能量，保持整個(gè)系統(tǒng)具有最高的動(dòng)態(tài)性能。壓力模塊智能化、經(jīng)濟(jì)性控制調(diào)節(jié)的軟件已集成在控制系統(tǒng)HNC100-3x中；與該設(shè)備的工作過(guò)程保持相互匹配。這種符合實(shí)際需要的變量泵功率控制是無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的。
在這種配置方式中，選用的軸向柱塞泵的額定壓力最高達(dá)315bar（1bar=105Pa），額定流量為18～140cm3，有著非常寬的應(yīng)用范圍。各種規(guī)格的壓力滯后為3bar。可靠的保壓功能保證了意外斷電時(shí)步?jīng)_機(jī)的安全，也延長(zhǎng)了步?jīng)_機(jī)的使用壽命。例如，當(dāng)步?jīng)_沖頭突然斷裂時(shí)可調(diào)整的液壓“壓力限制”馬上自動(dòng)地把壓力限定在設(shè)置的最大值上。
圖4 由于壓力調(diào)節(jié)的軸向柱塞泵（A10VSO）能夠根據(jù)步?jīng)_設(shè)備工作的實(shí)際需要調(diào)節(jié)設(shè)備液壓系統(tǒng)中的液壓能源供應(yīng)，從而明顯提高了節(jié)能效果
功能存儲(chǔ)器允許用參數(shù)設(shè)置代替執(zhí)行程序
在傳統(tǒng)的步?jīng)_機(jī)中，或者在多功能的組合式步?jīng)_-沖剪機(jī)床中，控制系統(tǒng)可以完成單軸或者雙軸的運(yùn)動(dòng)控制。對(duì)于結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的步?jīng)_機(jī)，控制系統(tǒng)還能完成其他輔助功能，例如壓板壓緊工件的控制；控制HNC100-3x最多可以完成四坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)控制。集成在高動(dòng)態(tài)性能控制系統(tǒng)中的功能數(shù)據(jù)庫(kù)適合于在折邊機(jī)、打孔機(jī)、沖裁機(jī)、仿形沖壓機(jī)、自動(dòng)沖裁機(jī)、開槽機(jī)、磚塔沖裁機(jī)以及高速?zèng)_壓機(jī)中使用，并通過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置方法來(lái)代替復(fù)雜的編寫程序。
另外，這一控制系統(tǒng)還允許機(jī)床設(shè)計(jì)者把另一剪切軸或者液壓控制的壓板壓緊軸來(lái)驅(qū)動(dòng)。其示波功能簡(jiǎn)化了設(shè)備的調(diào)整試車、調(diào)節(jié)循環(huán)的優(yōu)化以及故障分析等工作。
圖5 按照使用需要的液壓能源供應(yīng)在已經(jīng)降低50%的能源消耗基礎(chǔ)上，又再次明顯節(jié)約了輔助時(shí)間內(nèi)的能耗
相互匹配的機(jī)械、液壓和電氣接口加快了機(jī)床不同驅(qū)動(dòng)軸的安裝和調(diào)試速度。分散式的“智能化”使其更加易于在不同控制環(huán)境中集成。HNC100-3x控制系統(tǒng)還支持Profibus DP、Sercos III和CAN-Open以及Profinet RT現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)；還帶有一個(gè)以太網(wǎng)伺服接口。液壓方面，可以連接多種控制管路。為了避免電氣接線時(shí)的錯(cuò)誤，可以使用預(yù)配置好的電纜束。
整體設(shè)計(jì)縮短了設(shè)備批量生產(chǎn)應(yīng)用的時(shí)間
Rexroth公司研發(fā)的步?jīng)_主軸模塊中還可以補(bǔ)充配置伺服電動(dòng)機(jī)和開放式的CNC Indramotion MTX數(shù)控系統(tǒng)。在工程項(xiàng)目、設(shè)備安裝調(diào)試和符合IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)，基于PLC的電氣、液壓驅(qū)動(dòng)裝置的故障診斷來(lái)講，整體的、統(tǒng)一的機(jī)床設(shè)計(jì)縮短了從設(shè)計(jì)到大批量投產(chǎn)應(yīng)用的時(shí)間。系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)方案包含了所有必要的機(jī)電一體化部件、液壓和氣動(dòng)控制元器件。作為一個(gè)成套方案供應(yīng)商，Rexroth公司的產(chǎn)品目錄中有所有所需的驅(qū)動(dòng)方式和控制方式，有相互匹配的連接接口。這就大大降低了機(jī)床設(shè)備的復(fù)雜性，提高了生產(chǎn)能力，同時(shí)也保證了配件供應(yīng)中很低的配件儲(chǔ)備費(fèi)用。雙倍的節(jié)能也大大降低了機(jī)床設(shè)備的使用運(yùn)行費(fèi)用（總壽命周期費(fèi)用）、降低了生產(chǎn)企業(yè)的CO2排放。
利用這一4EE系統(tǒng)，可以在整個(gè)機(jī)床設(shè)備的各個(gè)使用階段持久性的提高能源利用率。一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中采取的各個(gè)單一措施往往只會(huì)在某個(gè)方面帶來(lái)較低的收益。無(wú)論是電氣、液壓、機(jī)械或者氣動(dòng)技術(shù)，無(wú)論是單一的元器件或者是相同作用，四大支柱的系統(tǒng)方法充分的挖掘了金屬加工領(lǐng)域中的節(jié)能潛力。
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