面向绿色制造的数控车床设计技术研究.doc

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1、面向绿色制造的数控车床设计技术研究机械制造业在将制造资源转化为产品的过程屮以及在产品的使川和冋收处理过程屮，产生了大量的工业污染。随着全社会环保意识的增强，以及国际上对进出口商品环保要求的不断提高，企业家和技术人员也都意识到，若继续采用粗放型的机械制造模式，将不利于整个社会和行业的可持续发展，因此急需在机械制造业屮探索和实施符合环保要求的绿色制造模式。目前，美国、加拿大、徳国等一•些发达国家，对绿色制造及其相关问题进行了大量的研究,随着IS014000坏境管理体系系列标准的颁布，企业环境管理和绿色制造的研究更加活

2、跃,这也引起了我国众多企业的重视。越来越多的事实证明，谁进行绿色制造，谁生产绿色产品,谁就拥有市场。数控车床是制造业进行生产加丁的主要T作母机2—，近年来，随着制造业白动化的发展和数字化加丁要求的提高，其市场需求量大幅度增加，因此，开发绿色环保的数控车床尤为重要。1绿色设计的内涵和原则绿色设计(GreenDesign,GD)又称生态设计、环境意识设计、生命周期设计等，虽然这些设计概念在提出的初期各有侧重，但随着近年来的发展，基木上都趋于同一概念，即设计忖的是为了极小化产品全生命周期过程的资源消耗和环境影响，使得其

3、经济效益和环境效益协调优化。区别于从功能上人手、在强度上保证、以满足人的需求和解决问题为出发点的传统设计，绿色设计着重考虑产品的环境属性，即『I然资源的利用、环境影响及可拆卸性、可冋收性、可重复利用性等，并将其作为设计目标来进行产品设计，是现代设计方法屮一种全新的设计理念。图1为产品绿色设计过稈屮应遵循的原则｝3］。绿色制造(GreenManufacturing)是高效、清洁制造方法的开发及应用，以达到绿色设计目标的要求。绿色制造涉及三部分问题：一是制造问题，贯穿于产品生命周期全过程；二是环境保护间题；三是资源优

4、化利用间题。图1绿色设计原则2数控车床组件的绿色设计2.1主传动系统的简化普通车床的主传动系统主要是变速机构的设计，传动链多、传动关系复杂、制造周期长。与Z相比，数控车床的主传动采用交、直流主轴调速电动机，电动机调速范围大，可无级调速,使主轴箱的结构大大简化；同时，rh于齿轮的减少，降低了噪声，也减少了功率或效率损耗。目前，在绿色设计规范下，为简化传动链，数控车床主轴驱动主要有三种形式可供选择：①采用变频电机，可实现多档内门动无级调速；②采用主轴伺服电机，实现无级调速；③由电动机真接驱动主轴旋转，其屮，主轴电动机

5、与主轴可通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电动机直接驱动。各传动形式见图2。2.2床身的绿色设计与制造床身是数控车床的主要支承件，其设计与制造是数控车床绿色制造的重要方面。目前，采用钢板焊接床身结构代替传统的铸件是床身制造的一种新工艺。由于铸造过程环境污染严重、能耗高，因此采用铸件床身不利于改善机床的绿色性能。在合理的设计和工艺安排下，钢板焊接床身结构不但可提高机床的强度和刚性，而且由于减少了铸造工艺而大大减少了机床在制造过稈屮的环境污染和能源消耗，具有良好的绿色制造特性。同时，为了消减车床工作中的振动，可在床

6、身内腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，幷振动时，利用相对摩擦来耗散振动能量。需要指出的是，铸造床身因其具有材料成木低廉、铸造性能优良、易于加丁、耐磨性和吸振性好等优点，被广泛采用，所以必须大力推广绿色铸造T艺。41(a)采用变频伺服电机(b)采用主轴电动机图2主轴驱动的传动形式2.3润滑油路的绿色设计数控车床的润滑油路主要包括主轴箱油路和导轨润滑油路。…般主轴箱油路是封闭的，机油在循环使用，不会飞溅污染环境;而导轨润滑油路则是敞开式的，主要通过安装在床身尾侧的集屮润滑器集屮供汕，没有进行冋收，是造成机加工屮工作环境污

7、染的主要因素。根据绿色设计的可冋收性设计思想，为达到机油完全I叫收，可以对导轨润滑油路进行改造或在导轨外加辅助冋油槽。此外，从导轨冋流的机油，可能含有杂质，需过滤干净方可重新使用。为达到此目的，需外加一个多层I叫油过滤器，使从导轨冋流的机油经多层过滤后再冋流到油箱,从而达到机油的反复利用。3数控车床的可拆卸性设计可拆卸性设计(DesignforDisassembly,DFD)X称血向拆卸的设计，是绿色设计的主要内容2—，它要求在产品设计的初级阶段就将产品维修或废弃后的拆卸问题考虑在内，使设计的结构易于拆卸，便于I

8、叫收，以达到节约资源和能源、保护环境的目的。产品拆卸性能的好坏直接影响到产品的可冋收性，因此，可拆卸性设计是实现数控车床绿色制造的重要条件。3.1可拆却性设计的准则在可拆卸性设计过稈屮引人拆卸设计准则是改善产品拆卸性能的有效方法，如果能够很好地遵守设计准则，就会大大减少产品对环境的负面影响。日前，通用的DFD准则主要包括以下儿个方面：(1)减少拆卸的工作量。包括使产品模块