齒輪加工機床的綠色設(shè)計與制造技術(shù)
2019-1-16 來源： 重慶機床（集團）有限責(zé)任公司 作者：楊燦輝
摘 要：機床設(shè)備開發(fā)是未來綠色齒輪機床開發(fā)的主要方向和關(guān)鍵領(lǐng)域。本文對齒輪加工機床的綠色特性進(jìn)行了分析，根據(jù)傳統(tǒng)齒輪加工機床的工序復(fù)雜、材料損耗較高和環(huán)境污染較嚴(yán)重等特點，提出了面向綠色設(shè)計制造技術(shù)的改良策略。并對齒輪機床的干切削技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、模塊化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)進(jìn)行分析，指出齒輪快速干式切割技術(shù)能有效地節(jié)約制造成本和降低環(huán)境污染。
關(guān)鍵詞：齒輪加工 綠色設(shè)計制造技術(shù) 加工機床
引言
制造業(yè)已經(jīng)成為創(chuàng)造人類財富的支柱產(chǎn)業(yè)，也是工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支撐，而制造業(yè)在制造資源過程中造成了大量的社會資源消耗和嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，如何減少制造業(yè)的資源消耗和環(huán)境污染是當(dāng)前需要解決的重要問題，所以實行綠色制造是制造業(yè)的發(fā)展趨勢。綠色制造符合了現(xiàn)代制造模式的需求，其主要目標(biāo)是使產(chǎn)品在設(shè)計、制造、
包裝、運輸和使用等過程中對環(huán)境造成較小的負(fù)面影響，資源利用率高，并優(yōu)化企業(yè)的經(jīng)濟和社會效益。
1、齒輪加工機床的綠色特性分析
齒輪加工機床是制造業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備。其主要有設(shè)計制造環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)和淘汰報廢環(huán)節(jié)，這三個環(huán)節(jié)的全部過程均在不斷的消耗社會資源，并對環(huán)境造成負(fù)面影響。一是齒輪加工機床在進(jìn)行加工過程中大量使用切削劑對環(huán)境造成污染。二是傳統(tǒng)齒輪加工機床在設(shè)計開發(fā)和制造使用過程中，其機床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，具有材料消耗高和環(huán)境污染嚴(yán)重的缺點，從而造成機床產(chǎn)品加工季度低、安全保障性較差和企業(yè)投入成本較大。傳統(tǒng)齒輪加工機床各個階段的特征和影響，如表 1 所示。
表 1 傳統(tǒng)齒輪加工機床綠色特性
2、齒輪加工機床綠色設(shè)計策略
2.1 干式切削技術(shù)
高昂的冷卻劑使德國大眾公司在財務(wù)報告中稱冷卻劑的使用成本超出了工件購買價格。冷卻劑在使用過程中產(chǎn)生的主要費用有：采購和管理費用、工件清潔費用、污油與鐵屑分離費用等。而冷卻劑的使用也是從業(yè)人員健康危害和環(huán)境污染的主要源頭。隨著環(huán)境污染日益嚴(yán)重，人們環(huán)保意識的不斷提升，冷卻劑的使用違背了大環(huán)境下的發(fā)展趨勢。干法切削則是一項新的更加高效安全的綠色技術(shù)，它對傳統(tǒng)的切割工藝進(jìn)行了重大改進(jìn)。應(yīng)用干式切割技術(shù)的切割齒輪加工機的速率是傳統(tǒng)加工工藝的 6 倍，可以降低 50% 的加工成本，而且加工出的配件質(zhì)量合格，同時這種方法減少了冷卻液的使用，降低了環(huán)境污染。
干式切削技術(shù)主要有切割速度快、芯片快速分離等工藝特點。數(shù)據(jù)表明，在機床滾切過程中，高速鋼滾刀的滾切速度達(dá)到 160m/min，硬質(zhì)合金鋼切割刀的滾切速度高達(dá)320m/min。為了實現(xiàn)這種高速滾切加工，主軸通常使用高速滾切工具，齒輪加工機床臺面采用齒輪傳動系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蝸輪傳動。在中齒輪加工機床工作臺上已采用扭矩伺服電機技術(shù)，工作臺轉(zhuǎn)速達(dá)到 800r/min，芯片快速分離。但由于切割過程溫度高，如果切割碎屑不能及時地剝離，切割碎屑的導(dǎo)熱性很可能導(dǎo)致工件和機器的熱變形，繼而影響齒輪的加工精度。在滾切過程中，通常都是以刀具的快速滾切將碎屑帶離工作臺。
2.2 竄刀方式
在每加工一件或幾件齒輪后將滾刀沿其軸線移動一個距離，使新刀齒進(jìn)入切削區(qū)，前面的刀齒退出切削區(qū)，使所有的刀齒都有同樣的磨損，就是竄刀作用。該方法具有滑動小且移動緩慢、切削刃上的負(fù)載過大，溫度高的缺點。使用竄刀方法，滾刀每切削一至幾個工件時就竄動一次，直到竄刀范圍內(nèi)的刀具都參與了竄刀切屑，且竄刀過程中工件彼此之間的距離需要是滾刀的兩個相鄰齒之間的距離。每次刀片的數(shù)量根據(jù)滾刀要求確定，即以滾刀刀齒來進(jìn)行確定，這個值需一般的滾刀都能滿足，才可以進(jìn)行換刀來有效地防止?jié)L刀過熱。
2.3 數(shù)控化技術(shù)
齒輪加工機的數(shù)控改造與齒輪加工機床的設(shè)計和制造過程中的環(huán)境污染程度有著密切聯(lián)系。其特點主要有：（1）對于機床結(jié)構(gòu)，齒輪加工機的數(shù)控變換有助于優(yōu)化其自身結(jié)構(gòu)，進(jìn)而減少機床的原材料使用，減少環(huán)境污染；（2）加工機的數(shù)字控制系統(tǒng)變換可使機床實現(xiàn)自動化，降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟收益；（3）齒輪加工機的數(shù)控變換可以控制進(jìn)刀量、切割速度等工藝參數(shù)，便于工件加工時的工藝步驟優(yōu)化；（4）齒輪加工機的數(shù)控變換可以使人機交互界面操作方便，提高了操作的安全性。
3、結(jié)語
綠色制造齒輪加工機減少了油霧污染，清潔了生產(chǎn)環(huán)境，保護了操作人員的安全健康，同時減少了切削液的使用進(jìn)而降低加工成本。目前，綠色制造齒輪加工機受到了國內(nèi)外切割機床廠商和用戶的青睞。綠色切割機主要包括全封閉式濕式切割機和油霧分離機，低溫冷切割機，高速干切機等。一臺高速干切機具有高速、高效、不使用切削液、單件生產(chǎn)成本低和環(huán)保等優(yōu)點，將成為未來綠色齒輪機床發(fā)展的主要方向。
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