GB／T 40808.1-2021  机床环境评估 第1部分：机床节能设计方法

机床的供应商/制造商和用户会在如下方面受益： 提升机床使用阶段的能源效率； 降低机床使用成本； 降低机床部件的潜在成本，如减少驱动和电气部件的尺寸； 提高金属加工行业的竞争力； 促进企业创新和创造力； 提升企业或品牌的形象； 吸引资金和投资，特别是来自具有环境意识的投资者； 增强员工的动力； 提高对产品的认知； 改善与监管者之间的关系。

将环境因素引人机床的设计和开发时，在战略方面需要考虑以下问题： 组织方面的问题：如竞争者的动向，用户的需求和要求，企业环境因素和环境影响，立法者和监 管者的活动，行业协会的活动； 产品相关的问题：如在早期引入环境因素（即在机床设计和开发过程初期确定环境因素），功能 性（即产品在可用性、使用寿命、生产效率、精度等是否满足用户的要求），多准则概念（即考虑 所有相关的环境影响和环境因素）和权衡取舍（即寻找最佳解决方案）； 信息交流：如与员工就机床产品的环境影响进行内部交流，开展有关机床环境问题的培训课程 和规划指导，特定现场的环境影响，收集员工的反馈信息，产品特性的外部信息交流（绩效和环 境因素），以及正确使用机床

5.5机床设计和开发过程

将环境因素引人机床的设计和开发的典型过程如图2所示。 注：更多细节见GB/T24062一2009的第8章。参照ISO14031，在制定可衡量的指标和将其转换成相 求时排水管道标准规范范本，生态指标可能比较有用，

不境因素引人机床的设计和开发的典型过程如图2所示。 更多细节见GB/T24062一2009的第8章。参照ISO14031，在制定可衡量的指标和将其转换成相应的技术要 球时，生态指标可能比较有用，

引入环境因素有关的可能的行动

后引入环境因素有关的可能的行动

产品设计和开发过程的典型阶段

产品设计和开发过程的典型阶段

应用设计方法并最终形成产品规范，包括生命周 期考量。

应用设计方法并最终形成产品规范，包括生命周 期考量

图2将环境因素引入机床的设计和开发过程通用模型的示例

进行机床功能描述（见6.3)时应确定机床哪些功能是与能 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 向提供一种通用方法。 对于特定的一台机床，其功能一般是通过映射到具体的部件并由具体部件来完成。通过这种映射， 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6.3中给出了该方法的具体操 作示例，该机床相关部件的能源消耗情况见6.4。 在比较不同机床的能源消耗时，机床各运行状态（如待机、加工准备、加工等）及其持续时间、工件的

加工精度和机床的加工效率（件/小时）是较为重要的参数。 通常通过测量功率来检测能源消耗。因此，需要明确机床的不同运行状态及其在不同运行状态下 的运行时间。 一些机床配备有提供压缩空气、液压油或润滑油的内部压缩机，而其他一些机床却通常使用集中供 应单元。因此，当对使用内部压缩机的机床和使用集中供应单元的机床进行能耗比较时，应在相同的基 础上进行比较，即使用集中供应单元的机床应包括为其提供压缩空气、液压油等设备的能耗在内。基于 这个目标，应明确评估系统边界（见6.2）

适用于配有液体热交换器。 适用于没有内部的油雾分离器。 仅适用于集中润滑时。

图3与机床能源流向相关的系统边界

由于机床涉及范围广泛，包括不同类型、子类型和规格，因此应根据机床的功能来划分，这些功能可 以通过不同的机床部件来实现。这为评估各种机床不同阶段的环境影响提供了一个通用的方法。 机床的功能由以下方面来描述：

机床运行（加工、运动及控制）； 工艺条件保持； 工件装卸； 一刀具装卸或模具更换； 一可回收物和废弃物处理； 一机床冷却/加热。 上述是绝大多数机床的通用功能，且这些功能是独立于具体的机床运行过程和机床设计的。从机 床功能层面来看，其使用阶段的 所示的几方面来考虑

只是为了便于分析和解决机床使用阶段节能间题的一个

6.3.2机床运行（加工、运动和控制）

床运行”是机床的主要功能，其中加工过程是能源

“加工”是机床对工件进行如切削、电火花加工、激光切割、冲压等多种工艺方法加工过程的总括。 实现“加工”的典型部件包括车床的主轴、加工中心的刀具主轴、电火花加工机床的脉冲发生器和 机的滑动装置等，

6.3.2.2进给运动

“进给运动”包括除了加工运动（见6.3.2.1)外，完成加工一个工件所需的其他运动。如车床的进给 运动、回转工作台的定位运动、激光切割机的进给运动和压力机的关闭和开启。 以加工中心为例，实现“进给运动”的典型部件是由驱动和电源系统、滚动和滑动导轨、滚珠丝杠、轴

油器、皮带、皮带轮和轴制动器等组成的线性轴和

6.3.2.3机床控制

“机床控制”是对机床控制系统的总括，一般指数字化控制、自动顺序控制、监控和测量。“机床控 制”也可实现一些非加工功能，如刀具装卸。 实现“机床控制”的典型部件是数控系统、PLC、显示器、传感器、解码器和编码器、照明设备、变频 器、变压器、继电器和接触式测头。

6.3.3工艺条件保持

“工艺条件保持”包括所有与工艺有关的冷却、加热和其他相关条件保持，以保持工作区、刀具、夹具 和工件的温度及其他相关条件在规定范围内。工艺条件保持是一种有益的附加功能以获取一个稳定的 加工过程，例如磨削润滑、冲压润滑。 注：工艺条件保持有时与机床冷却/加热结合（见6.3.8）。 实现“工艺条件保持”的典型机床部件主要是与工艺冷却相关的冷却泵、切削/冲压液冷却器、模具 润滑液冷却器。

“工件装卸”主要包括工件更换、工件抓取、工件夹紧、工件装卸、工件起吊、原材料送进以及在机床 上对工件的原位测量。 实现“工件装卸”的典型机床部件包括交换工作台、工件装卸机器人、液压夹紧装置和气动卡盘。在 成形机床上“工件装卸”主要由卸堆机、中心站、模具上的工件升降台、工件退出器、工件装卸装置（如机 器人、夹持输送系统）和堆垛机完成，

“刀具装卸”主要包括刀具更换、刀具抓取、刀具夹紧、刀具储存和刀具检测。 实现“刀具装卸”的典型机床部件包括车床刀塔、液压夹紧装置、气动卡盘、换刀装置、刀库和刀具的 压缩空气吹气装置。

“模具更换”主要包括模具和自动化工具被运至/运回机床模具交换点、模具夹紧、模具储存和自动 模具准备、动力装置的接通/断开（例如，在液压成形过程中的零件成形或辅助模具用到的升压、模具润 滑通道的接通/断开等）。 实现“模具更换”的典型机床部件包括换模保持装置、模具推/拉装置、模具夹紧装置（包括液压夹紧 装置、电动夹紧装置、电液夹紧装置、液压气动或磁力夹紧装置等）、手动操作单联轴器、配备多接口或电 插头的自动操作对接系统等。

6.3.7可回收物和废弃物处理

“可回收物和废弃物处理”概括了对切屑或废料的处理、切削液的处理（包括分离和过滤）、粉尘和 油烟油雾的处理以及污物的处理。 实现“可回收物和废弃物处理”的典型机床部件包括排屑器或废料传送装置、过滤装置、抽排气装置 以及压缩空气吹屑装置。

6.3.8机床冷却/加热

“机床冷却/加热”概括了与工艺无关的所有冷却和加热。“机床冷却/加热”并不会增加加工过程

产生的价值。机床冷却/加热是为了保持温度在规定范目 件不会损环或变形，如保持控制 柜的温度在工作范围内、保持高速主轴的温度在安全范围内、保持机床的温度在规定范围内，以防止温 度过高影响机床的运动性能，保持油温在工作范围内。 实现“机床冷却/加热”的典型机床部件是风扇、控制柜冷却系统、水冷却器、冷却泵、导轨冷却/加热 装置。

为便于测量能源流向，可以将机床的通 能的方式。

6.3.10机床功能与机床部件

（根据6.3.3）。因此，提供给这个机床部件的能源可以分配给机床不同的通用功能或子功能。图6是一 个金属切削机床的能源分配示例。类似的映射关系也可用于金属成形机床。需要注意的是，在进行这 种映射时，应考虑机床的运行状态或具体的测试周期。 在某些能耗大的运行状态下，应明确该状态下的运行时间，如机床的预热过程

图6金属切削机床功能与机床部件对应（功能映射）示例图

这种功能映射最终还需量化。图7给出了一个量化示例，其中映射量化以百分比 行的百分比之和为100%

这种功能映射最终还需量化。图7给出了一个量化示例，其中映射量化以百分比（%)表示，并 一行的百分比之和为100%

一个量化示例，其中映射量化以百分比（%）表示，并且每

图7功能映射量化示意图，以百分比（%）表示

6.4能耗相关机床功能和机床部件

6.4.1能耗相关机床功

通过检测不同的机床功能或者子功能的能耗，可以确定机床在使用阶段最耗能的功能。如果按降 序排列，机床最耗能的功能一般排列在列表的顶部，且其累计能耗一般占机床总能耗的80%以上。 注：采用80%的限值是根据可获取的信息及能耗或功率测量的不确定性得出的。 机床的输人能源应当被测量。在设计阶段，机床的输入能源也可以通过计算或模拟得到。在实际 操作中，可采用如图8所示的机床输入能源分布图来展示测量的结果。同时，这样的分布图应当连同机 床运行状态、测试周期和测试件的信息一起提交；其中机床运行状态、测试周期、测试件应符合标准规定 或由制造商/供应商和机床用户协商一致。 为了便于比较，机床运行状态、测试周期、测试件应具有可比性，其他的一些参数如环境条件、运行 时间和测试件的精度等附加参数也应具有可比性。 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行状态下的运行时间（根据 3.7）。为了实现这个目的，可以通过观测到的机床在工业应用环境中的运行统计数据来获得机床在不同 运行状态下的时间分布（如参考文献[11]。但是，即使有了这样的统计数据，仍然需要确定能源使用的 总时间。测量能源的总使用时间或总有效加工时间是满足这项要求的一个典型示例（根据3.11)。

6.4.2能耗相关机床部件

给排水施工组织设计 图8按规定的加工参数加工规定的试件时机床的能耗分布示竞图

优化改进最耗能的相关功能和机床部件是提高机床能效的首要目标。此外，还应进一步评估它们 在加工过程中产生的影响、与最新技术水平的对比以及评估改进后的机床部件产生的影响。具体优化 改进措施参见附录A。

对于能源效率的评估，对“有效产出”的量化是一个首要条件。应当通过观察（如机床部件起动或关 闭）、计数（换刀的次数）、时间测量（如循环时间、加工时间）或其他测量（如进给速度或提供的润滑油流 量和压力）进行量化。 在测量能源效率时，应明确加工的工件类型、加工时间、工件精度以及其他工件特性。不合格的工 件不应算作有效产出，但这些工件的能量消耗（如材料内含能量、预加工的能量）应视为所使用的资源

能源效率应以机床单位能源消耗的有效产出来表达，如单位能源产生的循环数、单位能源加工的工 在测量过程中，任何关于能源效率的声明都应附有运行状态、机床动作和环境条件等信息。测 果还应说明测量的不确定性情况

为了实现机床的节能设计，如图9所示，应满足下列要求： 描述机床的通用功能或子功能，并根据6.3将机床部件映射到具体的机床通用功能或子功

确定机床在使用阶段最耗能的相关功能（见6.4.1）； 将相关机床功能映射到机床部件上（见6.4.2）； 将相关机床部件、控制系统及其组合与最新技术水平相比较（参见附录A)，或与上一代相比较 （见第8章）； 一监测相关机床部件或功能（见第8章）。 注1：如果机床在使用阶段有除了能量消耗以外的其他环境影响，不在本部分范围内，可参考其他标准或报告，如 GB/T24062—2009，可能具有指导意义。 注2.图9所示的方法是机床节能设计方法，不是机床的能效评估方法。

紧固件标准图9机床节能设计方法

机床节能措施列表 表A.1是并不详尽的机床节能措施清单。尽管这些措施通常倾向于提高能源效率，但在应用这些 措施时，应考虑给定的情况、系统设计、使用的技术及机床的使用情况。决定是否使用这些措施时，可能 也还需要进一步考虑功能、标准化、可靠性、成本和其他方面的要求， 表A.1“A”栏中的“X”表示适用于金属切削机床，“B”栏表示适用于液压压力机，“C”栏表示适用于 机械伺服压力机和机械压力机，“D”栏表示适用于木工机床（考虑木材加工机床的不同技术要求）。

部件部件的控制及机床部件组合的节能设计原！