(高清版)GBT 40808.1-2021 机床环境评估 第1部分：机床节能设计方法

(ISO14955-1:2017,Machinetools—Environmenta国家标准化管理委员会学兔兔www.bzfxwcom标准下载I V 1 1 14使用阶段的能源效率 45将环境因素引入机床的设计和开发(机床节能设计过程) 4 67机床节能设计步骤 8报告和监测结果 附录A(资料性附录)机床节能措施列表 附录B(资料性附录)机床应用的方法实例 31Ⅲ 本部分为GB/T40808的第1部分。 1境影响问题不在本部分范围之内。这些问题需要特殊处理(例如根据GB/T24062—2009)。本部分将符合GB/T24062—2009的生态设计程序应用于机床，并向用户和供应商提供生态设计GB/T24062—2009环境管理将环境因素引入产品的设计和开发(ISO/TR14062:2002,IDT)2GB/T40808.1—2021/[GB/T24040—2008,定义3.1]34GB/T40808.1—2021/ISO1评价的细节参见GB/T24040—2008)。图1以数控铣床为例给出了机床生命周期中不同阶段对环境的影响情况对比。从中可以看出，机 如果机床不是在典型的工业生产环境中使用，则需参照GB/T24040—2008来评价其生命周期的环境影响。因为这种情况下，除了提高使用阶段的能源效率外，其他降低机床环境影响的措施也很52009的6.5。现行的管理体系如ISO14001或IS将环境因素引入机床的设计和开发的典型过程如图2所示。6品品评估结果样机生产、市场投放进行机床功能描述(见6.3)时应确定机床哪些功能是与能源消耗相关的。机床的功能描述是通用的且独立于机床的设计和机械加工过程。如6.3所述，基于机床通用功能描述可以为识别机床能源流可以基于机床的特点而对应地将机床总供能映射到机床的各部件上。在6.37的运行时间机床受污染的空气冷却/滑液8GB/T40808.1—2021/ISO14955-1:2017 机床冷却/加热9GB/T40808.1—2021/为便于测量能源流向，可以将机床的通用功能划分为多个子功能。图5提供了一种划分机床子功子功能(二级功能)(一级功能)(加工、运动和控制)加工过程冷却/加热机床冷却/加热有时一个机床部件实现了几个功能，例如，冷却系统用于机床冷却(根据6.3.8)和工艺条件保持CNC空调(加工、运动和控制)一行的百分比之和为100%。GB/T40808.1—2021/ISO14955-1:2017行(加控制)装卸可回映射依据机床部件典型运行时间冷却风扇建议通过测量功率来代替测量能耗，这样就可以统计机床在不同的运改进措施参见附录A.GB/T40808.1—2021/ISO14955-1:2017 (见第8章); 监测相关机床部件或功能(见第8章)。第1步机床生命周期评价第1步机床生命周期评价8报告和监测结果——与最新技术水平对比情况(如参照附录A进行定性比较);更多的细节参见ISO14021,特别是对可比性声明的评估、方法的选择、信息的获取(参见ISO14021:2016的第6章)、能源的回收(参见ISO14021:2016的7.6)及减少机床能源的供给(参见说明ABCD1如果物体加速，所需的能量取决于质量(E=my²/2),即使在制动过程中回收了一部分能量，也会以低于1的效率因数提供和回收能量。减少加速所需能量的最好方法是减少XXXX能量减少：可选择各种类型的轴承(滚动轴承、滑动轴承、静压轴承、磁力轴承)来减少摩擦；当然，轴承的选择也要考虚XXXX接近最佳工作点；避免增加闲置生产能力(过度设计)XXXX自动温度补偿XXXXX时间可以获得更高的能量效率XXX多种加工方式复合化更高的质量和产量，同时降低能耗(例如车铣复合、铣镗复合)XXXX冗余轴X当不使用(不生产)或低产量时，效率将会降低，例如通过切削参数的自适应优化，使生产率最大化XGB/T40808.1—2021/ISO14955-1:2017表A.1(续)说明ABCD为客户提供与机床互动的功能以减少资源的消耗XXXX主轴运转时换刀允许在主轴运转时更换刀具(例如镗刀头),以避免主轴减速和加速(铣床经常这样换刀)XX减少换刀(例如双轴)XX如安装弹簧机构)XXXX高效缓冲XX降低控制阀的压力损失X夹紧、电夹紧、磁夹紧)XX装时间XX2电机，主轴，主动前端技术XXXX电机按IEC60034-30和电动机的大小(IE/容量)使用节能电动XXXX使用磁通量控制XX——按ISO1328要求采用齿轮组；——采用低摩擦密封圈；XXXXXXXXX高电压系统(例如400V)以替代200V系统(如适用)更高的电压系统(例如400V)由于减少了欧姆损耗而得到XX直流共母线连接，平衡不同XXXXXXGB/T40808.1—2021/ISO14955-1:2017表A.1(续)说明ABCDXXXX同类型驱动系统的能源效率(例如短循环时间的加工采用XX多压力储能器系统降低了储能器和执行机构之间的压降XX主驱动直接耦合储能驱动直接耦合储能驱动系统可降低主电机的装机功率(例如飞轮)X主驱动间接耦合储能驱动组件)XX在不需要时关闭耗能部件(例如电动机)XXXX客户特定的逆变器规划选择一个合适的逆变器：——选择接近电机参数的逆变器；XXXX3优化子驱动系统(电动泵系需求相匹配(泵组合，例如高压/低压、变量或固定排量泵)XXXX按需供电取决于负载周期[间歇运行时的恒定速度、使用伺服电机或异步电机的变速(极点变化、速度控制/调节)]XXXXXXXX临时存储液压能量，以实现泵驱动和负载循环之间的最佳匹配，并补偿峰值需求(潜在的缩减)(例如储能器充电操作)XXXX调速泵和变量泵可以用变速来代替控制阀控制压力XXX匹配XXXX使用在相同压力水平下运行的执行机构(无减压损失)XXXX使用调压驱动系统进行压力调节(例如变速驱动、可调压力变量泵)XXXXXXXXGB/T40808.1—2021/ISO14955-1:2017表A.1(续)说明ABCDXXXXXXXX置中使用座阀)XXXX优化液压管路设计，降低液压阻力XXXXXXXX使用低油耗的先导阀XXXXXXXXXXX使用仅在切换过程中消耗能量的脉冲阀(带止动装置)XXXX使用内置自动减小电流的阀连接器，例如脉宽调制XXXX于其功能需要，这样可减少开关力XXXX内部渗漏会导致能量损失。渗漏监测能检测出多余流量(例如油箱中的接头松动、阀或泵磨损)XXXX降低流动阻力特性来优化压降)XXXX高效辅助压力产生XXXX预热周期预热周期尽可能短，根据实际油温选择预热方式。就起始XXXX油黏度等级XXXX使用水冷代替风冷。水冷效率更高，水可用于其他用途。回收的冷却能量可用于地暖、温水供应等XXXXXXXX4GB/T40808.1—2021/ISO14955-1:2017表A.1(续)说明ABCD最小(区分密封空气和气动驱动)XXXXXXXX智能关闭程序XXXX渗漏指示器，随需应变监控，漏和状态监控系统作为机床控制系统的一部分，是为了方XXXX阀和气缸之间的距离应尽可能短。在每个转换周期压缩和排出时，长管道形成的闭死容积是导致能量损失的主要原因，这部分压缩空气会被浪费掉XXXX不必要的空间造成的能量损失XXX流量和安装半径XXXX气动驱动，如气缸压力不应过大，其结果是减少了空气消适合机床的需要XXXX减少压力应验证压力下降与机床性能的相互影响[根据不同的使用情况，降低1bar(100kPa)可以提高10%的效率]。压力的降低不应对机床的功能有任何负面影响XXXX针对所需功能优化气缸力XXXX当需要更多的密封空气(p<0.2MPa,超过0.3m³/min),一个小型低压压缩机或类似的方法通常比减压调节后的压缩空气效率高得多XX当工艺不需要时，关闭清洗当不需要清洁时，直接关闭不需要的清洗风机可防止空气XXXXXX5GB/T40808.1—2021/ISO1表A.1(续)说明ABCD节能真空泵的使用不同的泵原理导致不同的泵效率，干式爪式真空泵比旋片XXXXXX6电气系统助电源为24V的控制开关)XXXX机床的负载要求在周期内不是恒定的。因此，采用低铁损XX电源系统设计时考虑同时性因素XXX再生驱动可用于校正供电线路的功率因数，减少相关的功XXXXXXXX与客户进行核实讨论XXX使用时控制通风(风机)XXXX使用低维护空调(无空气过滤器)和带开关门的恒温空调XXXX照明系统XXXXXXXXXXXX7X喷嘴至低消耗模式XX即时工艺加热系统X根据工艺要求自动将板材加XGB/T40808.1—2021/ISO14表A.1(续)说明ABCD8括机床和(或)其模块的冷却所有冷却设备的热管理优化原则如下：XXX如果热能损失无法避免，只能采取风冷或水冷进行散热能的进一步再利用(考虑标准化接口)XXXX使用时控制通风(风机)XXXX根据工艺要求(从源头冷却)对部件进行直接冷却XXX按需冷却却水流量等)XXX的单个功能是不够的。此外，应检查是否有可能延长供应或驱动其他机床功能。提高利用率除了可使得供电单元的总效率提高外，同时还可以省去一个完整的驱动装置(例如械损失)X冷却和润滑系统实用模式，根据需要：XXXXXXXX可调压力XXXX安装低流量的泵和分配器代替管口XXX微量润滑(MQL)XX9X根据工艺流程自动管理各油雾分离器闸阀XXXXX率，参见3-1XXXX说明ABCD设备的控制XXXX能效使用说明境，用以最小化非生产时间XXXX模具监控，过程控制，优化原材料的使用——即浪费最小XXX为用户提供如何减少能源消耗的指导信息向用户提供有关机床节能使用的信息(例如通过用户手册向操作者提供信息，如需要停机时如何处理XXXX向用户提供优化轴运动方面的信息。多轴系统(如上料机构、机器人)如何节能优化运动轨迹，参见12-3-1XXXX向用户提供有关可回收热能的信息(例如介质的流量和温XXXX最小化非生产时间过良好诊断快速排除故障等XXXX间来优化生产率XXXX提出了一种基于不同加工类型的参数节能优化控制方a)静态方法，根据加工要求(例如按粗加工和精加工的不同选择不同参数),手动选择控制参数(如速度限制、b)自适应控制参数的动态方法，以动态的条件(例如采用自适应进给控制，先进的位置控制);(根据工序，例如粗加工、精加工、镗、螺纹加工等)XX表A.1(续)说明ABCD优化默认设置(客户特定的驱动管理)——停机；——待机——准备起动(电源接通、控制运闭);——暂停——加工准备(辅助设备起动):——智能驱动管理；XXXX自动工作状态切换XXXX考虑省时加工与节能加工、精度优化加工与节能加工等多目标优化)XX同时监测或记录生产数据和能源供应了解机床在不同工作条件下所消耗的能量[工件/(kW·h)],XXXX功率/kW功率/kW表B.1部件列表和功能映射行(加控制)装卸可回说明机床部件泵/刀具内部冷却切屑是导致高压力的原因泵/刀具外部冷却电气柜冷却装置第4步：确定机床在使用阶段相关功能的能耗情况(见图B.2)。功率/功率/kW机床通用功能图B.2典型加工过程的能耗百分比功能视图显示需要重点关注的耗能环节(按重要度顺序):——废弃物处理和机床运行；——机床冷却/加热和工艺条件保持；——刀具装卸。按上述测量计算平均功率(见图B.3)。441机床部件图B.3典型加工过程中的平均功率第5步：将相关的机床功能映射到机床部件(见表B.2)。运动和可回却/加热降序机床部件第6步：将机床相关部件、它们的控制及组合与最新技术水平和(或)上一代相比较(见表B.3)系统设计：部件尺寸需求控制指标十闭环控制0超过尺寸<20%和(或)中等负载开环控制能源效率提高市场平均水平超过尺寸>20%和(或)无控制能源效率没有提高或机床部件十0十000十0泵/刀具内部冷却十000十00泵/刀具外部冷却十000000 00 泵/刀具内部冷却 运行状态示例电源机床控制关关关关关不运动待机辅助设备单元关闭开开关关关不运动待机辅助设备单元起动开开开关关不运动开开开不运动开开开开(不加工)开开开开开(加工)开[2]ISO4413Hydraulicfluidpower—General[3]ISO4414Pneumaticfluidpower—Gener[5]GB/T24040—2008环境管理生命周期评价原则与框架(ISO14040:2006,IDT)[6]ISO50001Energymanagementsystems—Requ[8]ISO/TC39/WG12N02from:ZÜSTR.,ZÜSTS.,STUDERS.Eco-design-PoteIndustrie—eineexplorativeNEWABLEENERGY(USDEPARTMENTOFENERGY)./iac/assess[10]SAULSJ.,POWELLG.IngersollRand/Trane,LaCrosse,WI,US.InflueturingandOperationalEffectsonScrewCompressorRotorPairCleara[11]Methodologyforsystematicanalysisandimprovementofmanucycleinventory(UPLCI)Part1:MethodologyCASH,M.,HAUSCHILD,M.andDUFLOU,J.R.(2011).TheInternationalJournalofLiAssessment.DOI:/content/ygn87mqlx217752w/10.1007/s11367-011-[12]Methodologyforsystematicanalysisandimprovementofmanucycleinventory(UPLCI)Part2:CaseStudies,KELLENS,K.,DEWULF,W.,OVERCASH,M.,HAUSCHILD,M.andDUFLOU,J.R.(2011).TheInternationalJournalofLifeCycleDOI:/content/36851182732548u6/10.1007/s11367-0[13]HELUM.VIJAYARAGHAVAN,DORNFELD,D.,2011.EvaluatitweenusephaseenvironmentalimpactsandmanufacturifacturingTechnology60(2[14]KELLENSK.,DEWULFW.,DUFLOUJ.R.Machinetoolorie