使用 FORTiS™ 光栅减少净化空气用量，实现高达 91% 的节能效果
在直线光栅中使用净化空气有助于提升其可靠性，但为机床在其整个生命周期内持续提供所需的干燥、洁净压缩空气则会消耗大量能源；这不仅增加了光栅的总拥有成本，也显著影响其全生命周期的碳足迹。
为何要在直线光栅中使用净化空气？
使用净化空气有助于提升直线光栅的密封性能。当污染物开始渗透密封条时，净化空气在栅尺壳体内形成的正压可将其有效排出，从而防止液体或颗粒类污染物侵入。
图 1：净化空气系统将油液从预先注油的 FORTiS 光栅中排出。此外，净化空气还能防止因机床关闭后栅尺壳体冷却而产生的“吸入效应”，避免污浊空气进入光栅并抑制冷凝现象。这一防护机制在机床整个生命周期内都具有重要意义，尤其是在密封条因磨损、割裂或冷却液中强腐蚀性化学物质引致硬化而受损时，依然能保持良好的防护效果。
如果污染物已进入栅尺壳体，净化空气同样可以帮助将其排出。如图 1 所示，一台被人为注满油液的 FORTiS 光栅接入了压力为 1 bar (0.1 MPa) 的净化空气系统。
随后油液被持续排出，直至信号强度恢复，光栅重新正常运行。
对于遭受水基污染物侵入的光栅，使用干燥净化空气进行吹扫也能达到类似效果。净化空气带来的这些优势，有助于确保机床在各种严苛工况下依然能够长期稳定运行。
使用净化空气有哪些选择？
使用净化空气并非只有“开启”或“关闭”这两个简单选项，更理想的做法是根据机床各轴的具体情况，优化净化空气的使用策略。
FORTiS 光栅采用了独特的 DuraSeal™ 密封材料，能更紧密地包覆读数头刃柄；相比同类产品，该设计可在实现有效密封的同时，显著降低对净化空气流量和压力的要求。
对于污染风险较高的轴向，尤其是在加工高磨损性材料的机床上，建议使用 1 bar (0.1 MPa) 的净化空气压力，以确保密封效果。
而在许多机床中，光栅安装位置较高，或离加工区域相对较远，其整个使用周期中受污染的风险将明显降低。
图 2：与其他封闭式光栅相比，FORTiS 光栅的气体消耗更少。在这种情况下，可以采用低流量净化空气策略，从而节省空气使用量。实施低流量净化空气的方法非常简单：首先，确定哪些光栅适合在较低空气压力下运行；然后，只需调低空气过滤器调节阀处的压力，并检查光栅处的实际压力即可。
可以实现哪些节能效果？
FORTiS 光栅采用更紧密的密封设计，所需的净化空气流量可从 7-10 升/分钟降至 2 升/分钟。因此，仅通过将同类光栅产品更换为 FORTiS 光栅，即可节省 70% 至 79% 的能耗（及二氧化碳当量）。
此外，若进一步采用“低流量”净化空气策略，还可获得额外节能效果。当净化空气压力设定为 0.5 bar (0.05 MPa) 时，节能幅度可提升至 84% 至 89%；若将压力进一步降低至 0.25 bar (0.025 MPa)，节能幅度最高可达 91% 至 94%。
| 同类产品 A | 同类产品 B | 施加 1.0 bar 净化空气压力的 FORTiS | 施加 0.5 bar 净化空气压力的 FORTiS | 施加 0.25 bar 净化空气压力的 FORTiS | |
| 光栅能耗 (kWh) | 7.7 | 6.16 | 7 | 7 | 7 |
| 净化空气系统能耗 (kWh) | 446.7 | 312.7 | 89.3 | 44.7 | 22.3 |
总能耗 (kWh) | 454.4 | 318.8 | 96.3 | 51.7 | 29.3 |
| 相较品牌 A 的能耗降低 (%) | 30% | 79% | 89% | 94% | |
| 相较品牌 B 的能耗降低 (%) | 70% | 84% | 91% |
备注：
1. 上述例子展示的是年能耗情况。假设机床上的光栅每天运行两个班次，每班 8 小时，每年运行 350 天；净化空气则全年 365 天、每天 24 小时持续开启。
2. 光栅每天运行两个班次，每班 8 小时，每年共运行 350 天。
3. 光栅的能耗基于制造商规格手册中发布的 5 V 电源电压下的功耗参数，并按备注 1 和备注 2 中的年使用时间计算得出。
4. 净化空气的流量（7-10 升/分钟）依据制造商规格手册中关于净化空气使用量的参数。
5. 净化空气的能耗基于年用气量计算，该用气量依据制造商规格手册中标注的气体流量参数。净化空气全年 365 天、每天 24 小时以 1 bar (0.1 MPa) 的压力持续开启。
对于 FORTiS 光栅，净化空气流量为 2 升/分钟，年用气量为：0.002 m3/分钟 x 60 x 24 x 365 = 1051 m3/年。根据制造商规格手册，品牌 A 光栅的净化空气流量为 10 升/分钟，因此年用气量为：0.01 m3/分钟 x 60 x 24 x 365 = 5256 m3/年。根据制造商规格手册，品牌 B 光栅的净化空气流量为 7 升/分钟，因此年用气量为：0.007 m3/分钟 x 60 x 24 x 365 = 3679 m3/年。
6. 为计算上述年用气量所需的能耗，采用了代表性数值 0.085 kWh/Nm3，该数值为压缩机在 15℃ 环境下，依据 ISO 2533 标准，将空气压缩至 1.0 bar (0.1 MPa) 绝对压力时，提供 1 标准立方米压缩空气所需的典型能耗。
什么时候可以使用“低流量”净化空气？
是否可以使用“低流量”净化空气，应根据光栅在机床中所面临的污染风险进行评估。评估时应考虑以下因素：
1. 光栅在机床中的安装位置
2. 机床加工区域与光栅之间的防护或密封程度
3. 机床所加工的材料类型
4. 特定制程所需的冷却液用量
光栅的位置对其所受污染程度有显著影响。通常来说，机床体积越大，光栅越远离加工区域，受到的污染也越少。
立式加工中心
在传统的紧凑型立式加工中心 (VMC) 中，光栅通常安装在可伸缩的不锈钢防护罩后方，位置非常接近加工区域。防护罩能够有效阻挡喷溅的冷却液或飞散的切削碎片/碎屑直接接触光栅。然而，经过一段时间的操作后，污染物（尤其是颗粒类）仍可能逐渐越过防护罩，进入光栅周围区域。
在此类应用中，颗粒污染难以完全隔绝，因此光栅必须具备在污染环境下稳定运行的能力。在这种情况下，建议使用 0.5 至 1 bar（0.05 至 0.1 MPa）的净化空气压力；若需要加工如铸铁、陶瓷、玻璃或复合材料等高磨损性材料，则应使用 1 bar 的净化空气压力。
对于大型立式加工中心，X 轴和 Y 轴方向的光栅通常安装在机床较高的位置，远离加工区域。因此，对于这些光栅可以使用 0.25 至 0.5 bar（0.025 至 0.05 MPa）的净化空气压力。
卧式加工中心
在卧式加工中心中，净化空气的压力应依据机床的结构配置进行合理设定。特别是对于 Z 轴来说，光栅可能安装在工作台下方，此位置不仅使光栅更换困难，也使其更容易受到污染；也可能安装在机床内部较高的位置，此时光栅更易于更换，且暴露于污染物的风险显著降低。
X 轴和 Y 轴方向的光栅通常处于防护良好的位置，污染风险较低，但在某些机型中，X 轴直线光栅也可能安装在工作台下方。
数控刀具磨床
在数控刀具磨削应用中，机床的整体布局大致类似于紧凑型立式加工中心 (VMC)。此类应用通常使用大量冷却液，且磨削过程中会产生极其坚硬且具有高磨损性的颗粒污染物。因此，在大多数情况下，建议使用 1 bar (0.1 MPa) 的净化空气压力。
车床与外圆磨床
在车床与外圆磨床等应用中，直线光栅通常安装在靠近加工区域的位置，因此更容易受到污染。对于大多数此类应用，建议使用 0.5 至 1 bar（0.05 至 0.1 MPa）的净化空气压力。在选择合适的压力时，应综合考虑光栅的安装与维护便利性、冷却液的使用量以及被加工材料的磨损性。
大型机床
在龙门机床和立式车床 (VTL) 等大型机床中，由于直线光栅通常安装在远离加工区域的位置，因此其受到污染的风险相对较低。在此类应用中，可使用 0.25 至 0.5 bar（0.025 至 0.05 MPa）的净化空气压力。
挖掘更多节能潜力
许多机床并非全天候运行（每周 7 天、每天 24 小时）。在停机期间，净化空气系统通常仍保持开启，以维持栅尺壳体内部的正压状态，从而防止冷凝水积聚，并避免机床冷却时产生的“吸入效应”。
对于配备 FORTiS 光栅的机床，可在夜间、周末或工厂停产期间将净化空气压力调低至 0.25 bar (0.025 MPa)，以有效防止上述问题，同时节能。
在某些机床中，大多数直线光栅轴已具备良好的防护性能，但某些轴仍可能处于污染风险较高的区域。此时，可在空气过滤器组件上加装一个额外的调节阀，使高风险光栅轴维持 1 bar (0.1 MPa) 的净化空气压力，而其他低风险轴则可使用较低的压力，从而实现更高效的气源管理与节能。
结语
FORTiS 封闭式直线光栅具备卓越的密封性能，为机床应用提供优化的净化空气防护。
这种“低流量”供气方式不仅显著降低了压缩空气的消耗，从而有效减少相关能源成本，同时也保持了净化空气系统在长期运行中的可靠优势。
直线光栅广泛应用于各类数控机床，而每种机床类型又存在多种配置形式。欢迎联系雷尼绍专家，探讨适用于您具体应用场景的解决方案。
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