图1 在冲压机和步冲机整个运行时间内，只有10%～20%的时间需要最大的驱动能量

现代化、高动态性能的气缸轴对步冲机和冲压机发挥的作用相当可观：收到了双倍的节能效果。其高压-低压转换系统明显降低了能源消耗。另外：采用电液压力调节的轴向柱塞泵还能够在辅助时间里进一步节约能源。

进一步提高性能同时也进一步降低能耗：为了实现这一目标，Rexroth公司为机器制造业研发了4EE高效节能系统。这一驱动机构和驱动控制软件的成套供应商在投资热门领域中充分利用了四种杠杆来提高能源利用率：零部件效率的提高、能源回收利用、节能系统设计以及合理利用能源。

在研发高效步冲机驱动系统时，Rexroth公司在冲压机和步冲机生产加工条件下对其能源需求进行了考察。得出的结果是：在冲压机和步冲机整个运行时间内，只有10%～20%的时间需要最大的驱动能量，即在真正的冲压运动过程中（图1）。在其他辅助时间里，例如在更换冲压模具、上下工件等时间里，几乎不消耗液压驱动系统提供能源（图2）。这样，利用与功率消耗相匹配的模块，就可以节约80%～90%空载运行时白白浪费的能源，且不影响产品生产。

图2 只有在真正的冲压运动中才需要最大的能源，在辅助时间里几乎不消耗液压驱动系统提供的能源（A：冲压/步冲加工过程中的冲程曲线；B：使用定量泵时冲压/步冲加工过程中高压-低压转换系统能源消耗曲线；C：采用变量泵时的能耗曲线）

新的标准化的步冲主轴模块带有一个额定压力为200kN和300kN的油缸，有三个压力等级可供选用：标准型、中压型和高压型。带有辅助油缸的冲压主轴最适合于在步冲机中使用：步冲机每分钟步冲次数为600～1500次，最大行程4mm。当步冲机安装使用了步冲模块后，步冲行程的次数可以提高到4000次/min（图3）。两个高效的蓄能器开关首先降低了设备安装时的持续功率，从而把能耗减少了50%。另外，按照步冲设备实际工作的需要，变量泵再次明显降低了步冲机辅助时间内的能源消耗。例如，电液压力调节的轴向柱塞泵就能进一步在高压-低压压力系统节能的基础上再减少辅助时间内的能源消耗。

标准型的步冲主轴模块非常适合于在步冲机、冲压机、雕刻、花形冲压和深冲压加工设备中使用。这种有着两个压力等级、三个功率等级的步冲模块由快速开关的控制阀、数字式行程检测传感器和HNC100-3x监控系统以及与其配套的液压系统和A10VSO型轴向柱塞泵组成，这一变量泵利用ER型电液压力调节器承担着液压系统节能优化的任务（图4）。

图3 当冲压机步冲模块主轴安装了高能效的液压缸以后，可以实现最快4000次/min的步进冲压

控制系统中已经包含压力调节软件

在优化之后的高压-低压系统整个工作运行时间里，定量泵提供的液压油量始终不变；而带有ER调节装置的变量泵则能够把设备在辅助时间里的能源消耗降低80%～90%（图5）。只有在真正的冲压运动过程中，电液调节系统才控制着变量泵向高压-低压系统的蓄能器提供最大的能量，保持整个系统具有最高的动态性能。压力模块智能化、经济性控制调节的软件已集成在控制系统HNC100-3x中；与该设备的工作过程保持相互匹配。这种符合实际需要的变量泵功率控制是无级调节的。

在这种配置方式中，选用的轴向柱塞泵的额定压力最高达315bar（1bar=105Pa），额定流量为18～140cm3，有着非常宽的应用范围。各种规格的压力滞后为3bar。可靠的保压功能保证了意外断电时步冲机的安全，也延长了步冲机的使用寿命。例如，当步冲冲头突然断裂时可调整的液压“压力限制”马上自动地把压力限定在设置的最大值上。

图4 由于压力调节的轴向柱塞泵（A10VSO）能够根据步冲设备工作的实际需要调节设备液压系统中的液压能源供应，从而明显提高了节能效果

功能存储器允许用参数设置代替执行程序

在传统的步冲机中，或者在多功能的组合式步冲-冲剪机床中，控制系统可以完成单轴或者双轴的运动控制。对于结构更加复杂的步冲机，控制系统还能完成其他辅助功能，例如压板压紧工件的控制；控制HNC100-3x最多可以完成四坐标的运动控制。集成在高动态性能控制系统中的功能数据库适合于在折边机、打孔机、冲裁机、仿形冲压机、自动冲裁机、开槽机、砖塔冲裁机以及高速冲压机中使用，并通过简单的参数设置方法来代替复杂的编写程序。

另外，这一控制系统还允许机床设计者把另一剪切轴或者液压控制的压板压紧轴来驱动。其示波功能简化了设备的调整试车、调节循环的优化以及故障分析等工作。

图5 按照使用需要的液压能源供应在已经降低50%的能源消耗基础上，又再次明显节约了辅助时间内的能耗

相互匹配的机械、液压和电气接口加快了机床不同驱动轴的安装和调试速度。分散式的“智能化”使其更加易于在不同控制环境中集成。HNC100-3x控制系统还支持Profibus DP、Sercos III和CAN-Open以及Profinet RT现场总线系统；还带有一个以太网伺服接口。液压方面，可以连接多种控制管路。为了避免电气接线时的错误，可以使用预配置好的电缆束。

整体设计缩短了设备批量生产应用的时间

Rexroth公司研发的步冲主轴模块中还可以补充配置伺服电动机和开放式的CNC Indramotion MTX数控系统。在工程项目、设备安装调试和符合IEC 61131-3标准，基于PLC的电气、液压驱动装置的故障诊断来讲，整体的、统一的机床设计缩短了从设计到大批量投产应用的时间。系统的模块化设计方案包含了所有必要的机电一体化部件、液压和气动控制元器件。作为一个成套方案供应商，Rexroth公司的产品目录中有所有所需的驱动方式和控制方式，有相互匹配的连接接口。这就大大降低了机床设备的复杂性，提高了生产能力，同时也保证了配件供应中很低的配件储备费用。双倍的节能也大大降低了机床设备的使用运行费用（总寿命周期费用）、降低了生产企业的CO2排放。

利用这一4EE系统，可以在整个机床设备的各个使用阶段持久性的提高能源利用率。一个复杂系统中采取的各个单一措施往往只会在某个方面带来较低的收益。无论是电气、液压、机械或者气动技术，无论是单一的元器件或者是相同作用，四大支柱的系统方法充分的挖掘了金属加工领域中的节能潜力。