高效机电一体化夹具——不仅在于节能

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">高效机电一体化夹具具备高效化、柔性化、生态化和精密化的特点，本文从注重能源效率的形势出发，以德国罗姆公司机电一体化夹具中的电动驱动缸和电动抓取机构为例，来进一步了解高效夹具。

Efficient mechatronics clamp possesses the characteristics of high efficiency, flexibility, ecology and precision. In this article, we take the Rohm’s dynamic driving cylinder and electric grabasexamples to further understand efficient mechatronics.

注重能源效率势在必行
 
随着科学技术的巨大进步以及社会生产力的迅速提高，机床夹具从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺设备。科技的进步，生产的发展和产品在时常上的竞争，产品更新换代的周期越来越短，对机床夹具的设计、制造、使用等方面都提出了新的更高的要求。现代机床夹具朝着标准化、精密化、节能化和柔性化等方面发展。
 
电价呈增长趋势
 
电价呈增长趋势，生产成本逐步提高，电价在过去6年内增长了126%，据相关统计表明，能耗已经超过一个企业总支出的6%，节省生产成本，注重能源效率已经成为生产发展过程中势在必行的选择，也是机床产业发展的形势所趋。

 

图1 工业用企业平均能耗占总支出的比例企业总支出的价
格比率（2003年至2009年）[ct/kWh] （2000年至2009年）

减少CO₂排放的目标
 
欧盟承诺要实现减少20% CO₂排放的目标（见图2），如果欧洲其他工业国同时加入，则能够实现减少30%CO₂的目标。德国工业界也制定有自已指标，表明机床将标明能耗等级 ，实现低排放，节能高效生产的目标。

图2 欧盟承诺减少20%CO₂排放

机电一体化夹具助力节能高效
 
德国罗姆是全球唯一全面开发和提供机电一体化夹具的公司，从无扳手锁紧钻夹头、扳手锁紧式钻夹头、U-钻刀具夹头、攻丝夹头、数控刀具夹头等各类夹头到普通顶尖、重型顶尖、回转顶尖、弹簧顶尖、端面驱动顶尖等各类顶尖，手动卡盘 盘丝型卡盘 磨床卡盘 花盘 特制手动卡盘等到交换系统、两指平动式抓取机构、各类标准动力卡盘、各类标准动力卡盘、各类特制动力卡盘、各类标准弹簧芯轴和用于回转体工件加工的 特制工装夹具等，从钻夹头的大批量生产（35,000件/天）， 约占总销售额 25%，到大型夹具的单件生产，都体现了罗姆公司以全面的机电一体化夹具实现助力节能高效的生产目标。
 
无液压系统机床的优越性
 
无液压系统机床，可以将能量仅仅用在机床所需的运动过程中，从而实现较少的能量损失和高能量效率。并且无泄漏问题，工作场所清洁、低噪声。省去了液压站，不再需要管路和液压阀，无需换油，无需处理废油 。
 
另外，机床生产厂已经开始向无液压系统方向发展，并且机床生产厂已经开始销售无液压机床。例如：GROB G系列机床所有运动及工件和刀具的夹紧均为电动，由CNC控制；MAG 冷轧机床 XK 651 舍弃液压系统后实现了更高的生产效率和能量效率，无液压机床也更需要电驱动夹具 。
 
节能潜力 - 以电动驱动缸为例
 
电动驱动缸（见图3）是高精密机械系统和现代控制技术相结合的产物。电动驱动缸无论是在控制技术上，还是在节约能量方面都明显优于液压油缸。

图4 电动驱动缸

图4是EHS EVS结构示意中固定不动的外壳：

图4 电动驱动缸结构示意图nextpage

电动驱动缸的优越性如下：
·高效 灵活                       
可方便地调节行程，行程时间可以缩减到最短；可方便地调节作用力，即使在转动过程中也可以随时调节夹紧力。
·保护生态环境
电动驱动缸仅在“必要时”才使用能量，清洁的工作场所，无油污污染。
·精密
对于薄壁件以及“敏感工件”可精确地进行夹紧力调节，对主轴的热性能影响很小。
·低维护
无需换油，无泄漏。控制系统可以及时发现何时需要进行维护。
·安全
全过程不间断的传感器监控，使用蓄能器保障绝对安全。 

图5 使用电动驱动缸可以节省的电能

根据图5可以看出，在液压油缸与电动驱动缸的年能耗对比中，液压油缸的液压站能耗达到9,000 kWh ，油缸对主轴产生的能耗为5,400 kWh ，附加摩擦能耗合计为14,400 kWh。而电动驱动缸总能耗仅600 kWh，一年可节省13, 800 kWh。
 
使用电动驱动缸可以节省的费用如图6所示。

图6 使用电驱动缸可以节省的费用

而在使用液压油缸与电动驱动缸费用对比中，液压油缸价格约5,000，年耗电约2,200 。而电动驱动缸：价格约为10,000，年耗电约90。节省装夹工件的时间如图7所示。

图7 节省装夹工件的时间

其它机电一体化夹具：电动抓取机构示例
 
电动抓取机构是替代气动或液压抓取机构的发展方向。电动抓取机构具有灵敏感知性能和运动灵活性，甚至可以作为机床的一个附加自由度使用。
 
电动抓取机构的应用范围包括作为抓取机构替代传统产品。在抓取不同大小的工件时不需要手工，改变手指的位置。在抓取过程中可以进行参数测量。在抓取过程中识别工件，作为机床的一个附加自由度，例如用于滚压和折弯较软的铝材工件 。
 
电动抓取机构的优越性
 
·电动抓取机构能量效率高，可以在70ms时间内实现抓取动作，而且具有高精密的特点。重复抓取精度高，抓取力灵活可调。如：10 /400 N 。
·安全—可在抓取过程中检测工件尺寸，抓取时有利于保护敏感工件。
·低维护—使用传感器技术监控，与电子控制系统直接连接，软件使用简单。
·结构紧凑—抓取不同大小的工件时不需要手工改变手指的位置，紧凑的驱动轴结构实现定心运动 。
 
总结
 
整体来看，高效一体化夹具具有效率高，柔性好，生态环保和精度高的特点，而并不仅仅拘泥于传统夹具在机床生产中所发挥的作用，其特点也不仅体现在节能这一方面，而具有了一系统新的特点，为高效、精密和生态环保的新型生产方式所青睐。其特点可用以图8示来全面的概括。

图8 高效一体化夹具特点