圖1 在沖壓機和步?jīng)_機整個運行時間內(nèi)，只有10%～20%的時間需要最大的驅(qū)動能量

現(xiàn)代化、高動態(tài)性能的氣缸軸對步?jīng)_機和沖壓機發(fā)揮的作用相當可觀：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間里進一步節(jié)約能源。

進一步提高性能同時也進一步降低能耗：為了實現(xiàn)這一目標，Rexroth公司為機器制造業(yè)研發(fā)了4EE高效節(jié)能系統(tǒng)。這一驅(qū)動機構和驅(qū)動控制軟件的成套供應商在投資熱門領域中充分利用了四種杠桿來提高能源利用率：零部件效率的提高、能源回收利用、節(jié)能系統(tǒng)設計以及合理利用能源。

在研發(fā)高效步?jīng)_機驅(qū)動系統(tǒng)時，Rexroth公司在沖壓機和步?jīng)_機生產(chǎn)加工條件下對其能源需求進行了考察。得出的結(jié)果是：在沖壓機和步?jīng)_機整個運行時間內(nèi)，只有10%～20%的時間需要最大的驅(qū)動能量，即在真正的沖壓運動過程中（圖1）。在其他輔助時間里，例如在更換沖壓模具、上下工件等時間里，幾乎不消耗液壓驅(qū)動系統(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%空載運行時白白浪費的能源，且不影響產(chǎn)品生產(chǎn)。

圖2 只有在真正的沖壓運動中才需要最大的能源，在輔助時間里幾乎不消耗液壓驅(qū)動系統(tǒng)提供的能源（A：沖壓/步?jīng)_加工過程中的沖程曲線；B：使用定量泵時沖壓/步?jīng)_加工過程中高壓-低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能源消耗曲線；C：采用變量泵時的能耗曲線）

新的標準化的步?jīng)_主軸模塊帶有一個額定壓力為200kN和300kN的油缸，有三個壓力等級可供選用：標準型、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)_機中使用：步?jīng)_機每分鐘步?jīng)_次數(shù)為600～1500次，最大行程4mm。當步?jīng)_機安裝使用了步?jīng)_模塊后，步?jīng)_行程的次數(shù)可以提高到4000次/min（圖3）。兩個高效的蓄能器開關首先降低了設備安裝時的持續(xù)功率，從而把能耗減少了50%。另外，按照步?jīng)_設備實際工作的需要，變量泵再次明顯降低了步?jīng)_機輔助時間內(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一步在高壓-低壓壓力系統(tǒng)節(jié)能的基礎上再減少輔助時間內(nèi)的能源消耗。

標準型的步?jīng)_主軸模塊非常適合于在步?jīng)_機、沖壓機、雕刻、花形沖壓和深沖壓加工設備中使用。這種有著兩個壓力等級、三個功率等級的步?jīng)_模塊由快速開關的控制閥、數(shù)字式行程檢測傳感器和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)器承擔著液壓系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的任務（圖4）。

圖3 當沖壓機步?jīng)_模塊主軸安裝了高能效的液壓缸以后，可以實現(xiàn)最快4000次/min的步進沖壓

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)整個工作運行時間里，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備在輔助時間里的能源消耗降低80%～90%（圖5）。只有在真正的沖壓運動過程中，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，保持整個系統(tǒng)具有最高的動態(tài)性能。壓力模塊智能化、經(jīng)濟性控制調(diào)節(jié)的軟件已集成在控制系統(tǒng)HNC100-3x中；與該設備的工作過程保持相互匹配。這種符合實際需要的變量泵功率控制是無級調(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315bar（1bar=105Pa），額定流量為18～140cm3，有著非常寬的應用范圍。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步?jīng)_機的安全，也延長了步?jīng)_機的使用壽命。例如，當步?jīng)_沖頭突然斷裂時可調(diào)整的液壓“壓力限制”馬上自動地把壓力限定在設置的最大值上。

圖4 由于壓力調(diào)節(jié)的軸向柱塞泵（A10VSO）能夠根據(jù)步?jīng)_設備工作的實際需要調(diào)節(jié)設備液壓系統(tǒng)中的液壓能源供應，從而明顯提高了節(jié)能效果

功能存儲器允許用參數(shù)設置代替執(zhí)行程序

在傳統(tǒng)的步?jīng)_機中，或者在多功能的組合式步?jīng)_-沖剪機床中，控制系統(tǒng)可以完成單軸或者雙軸的運動控制。對于結(jié)構更加復雜的步?jīng)_機，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的運動控制。集成在高動態(tài)性能控制系統(tǒng)中的功能數(shù)據(jù)庫適合于在折邊機、打孔機、沖裁機、仿形沖壓機、自動沖裁機、開槽機、磚塔沖裁機以及高速沖壓機中使用，并通過簡單的參數(shù)設置方法來代替復雜的編寫程序。

另外，這一控制系統(tǒng)還允許機床設計者把另一剪切軸或者液壓控制的壓板壓緊軸來驅(qū)動。其示波功能簡化了設備的調(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在已經(jīng)降低50%的能源消耗基礎上，又再次明顯節(jié)約了輔助時間內(nèi)的能耗

相互匹配的機械、液壓和電氣接口加快了機床不同驅(qū)動軸的安裝和調(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)場總線系統(tǒng)；還帶有一個以太網(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的錯誤，可以使用預配置好的電纜束。

整體設計縮短了設備批量生產(chǎn)應用的時間

Rexroth公司研發(fā)的步?jīng)_主軸模塊中還可以補充配置伺服電動機和開放式的CNC Indramotion MTX數(shù)控系統(tǒng)。在工程項目、設備安裝調(diào)試和符合IEC 61131-3標準，基于PLC的電氣、液壓驅(qū)動裝置的故障診斷來講，整體的、統(tǒng)一的機床設計縮短了從設計到大批量投產(chǎn)應用的時間。系統(tǒng)的模塊化設計方案包含了所有必要的機電一體化部件、液壓和氣動控制元器件。作為一個成套方案供應商，Rexroth公司的產(chǎn)品目錄中有所有所需的驅(qū)動方式和控制方式，有相互匹配的連接接口。這就大大降低了機床設備的復雜性，提高了生產(chǎn)能力，同時也保證了配件供應中很低的配件儲備費用。雙倍的節(jié)能也大大降低了機床設備的使用運行費用（總壽命周期費用）、降低了生產(chǎn)企業(yè)的CO2排放。

利用這一4EE系統(tǒng)，可以在整個機床設備的各個使用階段持久性的提高能源利用率。一個復雜系統(tǒng)中采取的各個單一措施往往只會在某個方面帶來較低的收益。無論是電氣、液壓、機械或者氣動技術，無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域中的節(jié)能潛力。