齒輪加工機(jī)床的綠色設(shè)計(jì)與制造技術(shù)

董福超++林闊

摘 要：齒輪加工機(jī)床不僅可以大幅度提高機(jī)床的加工精度和加工速度，也可以完全解決機(jī)械傳動(dòng)鏈中存在的磨損問題，可以長(zhǎng)期保持機(jī)床的精度，特別是在高速、高精度加工的場(chǎng)合，它的研制成功，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，本文重點(diǎn)就齒輪加工機(jī)床的綠色設(shè)計(jì)與制造技術(shù)做了探討和分析。

關(guān)鍵詞：齒輪加工車床;綠色設(shè)計(jì)評(píng)估;制造技術(shù)

齒輪加工機(jī)床是加工各種圓柱齒輪、錐齒輪和其他帶齒零件齒部的機(jī)床。齒輪加工機(jī)床的品種規(guī)格繁多，有加工幾毫米直徑齒輪的小型機(jī)床，加工十幾米直徑齒輪的大型機(jī)床，還有大量生產(chǎn)用的高效機(jī)床和加工精密齒輪的高精度機(jī)床。齒輪加工機(jī)床廣泛應(yīng)用在汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床、工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、石油、儀表、飛機(jī)和航天器等各種機(jī)械制造業(yè)中。從環(huán)保生態(tài)學(xué)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，有效控制或廢除切削油的大量使用是綠色齒輪加工機(jī)床發(fā)展的大勢(shì)所趨。

一、齒輪加工機(jī)床綠色設(shè)計(jì)

伴隨著全球資源日益緊缺，各國(guó)對(duì)能源問題的越來越關(guān)注，作為我國(guó)戰(zhàn)略資源不可或缺的成員，其開采的重要性可見一斑。如今，伴隨著越來越先進(jìn)的數(shù)字控制產(chǎn)品應(yīng)用到齒輪加工機(jī)床中來，企業(yè)的開采效益越來越高。如今，以計(jì)算機(jī)控制為主的國(guó)產(chǎn)供電設(shè)備、提升機(jī)、電牽引采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)和輸送機(jī)等齒輪加工機(jī)床都具備了全程監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警、圖景掃描、信息控制等先進(jìn)功能。這使得在我國(guó)的齒輪加工機(jī)床管理工作中，數(shù)字控制產(chǎn)品的應(yīng)用尤為廣泛，也確保了開采工作中的高安全性、高效益性與高技術(shù)性。

二、齒輪加工機(jī)床制造技術(shù)

（一）少無切屑加工技術(shù)

機(jī)械制造中用精確成形方法制造零件的工藝，稱少無切屑加工。齒輪冷軋機(jī)是一種無切屑的齒輪加工機(jī)床，屬綠色加工技術(shù)。但由于受冷成形加工特性的限制，雖然節(jié)約了原材料消耗，但加工過程中存在加工能耗高、噪聲大以及加工能力有限等問題，仍有待大力推進(jìn)其技術(shù)的發(fā)展。

（二）干式切削技術(shù)

冷卻液在使用過程中的成本一般包括使用成本、購置成本、管理成本、工件清潔成本、鐵屑與污油的分離成本、廢液排放處理成本。德國(guó)大眾公司（Volkswagen）在一份統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告中抱怨，他們冷卻液的使用成本甚至超過了刀具及其維護(hù)成本。此外，冷卻液的使用還是造成切削加工生態(tài)和車間環(huán)境污染以及操作者健康傷害的主要源頭，隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)以及相關(guān)法規(guī)的日益嚴(yán)格，減少甚至消除冷卻液的使用已成為必然趨勢(shì)。目前干切削新技術(shù)已成為綠色加工技術(shù)中的熱點(diǎn)，并出現(xiàn)了微量潤(rùn)滑切削、冷風(fēng)切削等準(zhǔn)干切削新工藝。當(dāng)前倡導(dǎo)的干切削并不是簡(jiǎn)單地把原有工藝中的冷卻液去掉，降低切削效率，而是進(jìn)行傳統(tǒng)切削工藝的重大變革，為新世紀(jì)提供一種清潔、安全、高效的新工藝。

（三）數(shù)控化技術(shù)

齒輪加工機(jī)床的數(shù)控化改造有利于其設(shè)計(jì)與制造的綠色化，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。齒輪加工機(jī)床數(shù)控化改造有利于簡(jiǎn)化機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而減少機(jī)床原材料及其制造所需能源、輔料的消耗，節(jié)約資源，減少環(huán)境污染。采用數(shù)控程序，提高了機(jī)床的自動(dòng)程度，大大縮短了機(jī)床調(diào)整時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。切削速度、進(jìn)給量等切削參數(shù)任意可調(diào)，提高了加工柔性，便于切削參數(shù)的優(yōu)化。人機(jī)交互式界面，操作方便，而且通常采用密封加工方式，大大降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了操作的安全性，有利于勞動(dòng)保護(hù)。

（四）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

齒輪加工機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)是根據(jù)客戶要求，在功能分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一系列具有不同用途（或性能）、結(jié)構(gòu)，而功能相同的、可互換的共有功能模塊（包括組件、部件、裝置或系統(tǒng)等）和一些專用獨(dú)立部件，然后通過模塊的選擇和組合來組裝成不同性能和規(guī)格的齒輪加工機(jī)床的設(shè)計(jì)方法。采用模塊化設(shè)計(jì)，可以縮短交貨期，快速響應(yīng)市場(chǎng)，而且可提高產(chǎn)品質(zhì)量，成本更低，性能更加穩(wěn)定，有利于機(jī)床的再制造及維護(hù)，便于廢棄后拆卸[91。重慶機(jī)床集團(tuán)在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，發(fā)現(xiàn)滾齒機(jī)、插齒機(jī)和磨齒機(jī)的切削運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，從而發(fā)明了“先建立三種機(jī)床的共同模塊，再建立任意兩種機(jī)床間的共有模塊，最后再建立各自的獨(dú)有模塊”的齒輪加工機(jī)床模塊化可重構(gòu)設(shè)計(jì)與制造新方法。另外，在齒輪加工機(jī)床的設(shè)計(jì)過程中，還可采用各種結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，以改善機(jī)床的綠色性能。如：用鋼板焊接機(jī)床結(jié)構(gòu)部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)床鑄件結(jié)構(gòu)。由于鑄造過程環(huán)境污染嚴(yán)重，能耗高，因此采用鑄件床身或立柱結(jié)構(gòu)不利于改善齒輪加工機(jī)床的綠色性能。采用鋼板焊接機(jī)床結(jié)構(gòu)一方面提高了機(jī)床強(qiáng)度和剛性，而且由于減少了鑄造工藝而大大減少了機(jī)床制造過程中的環(huán)境污染和能源消耗，具有良好的綠色制造特性。

三、結(jié)束語

近年來，隨著刀具材料、涂層技術(shù)等的發(fā)展，現(xiàn)在的滾刀線速度可達(dá)到600m/min，這就為高速干式切削滾齒機(jī)的應(yīng)用提供了技術(shù)保障。干式切削與濕式切削相比，高速干式切齒機(jī)床由于完全不需要切削油及不需要增加低溫冷風(fēng)裝置，不但極大地提高了機(jī)床的生產(chǎn)效率、降低了工件的加工成本，而且有利于保護(hù)環(huán)境、節(jié)約自然資源。隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益提高和人們?cè)絹碓街匾暩鞣N各樣的節(jié)能技術(shù)，高速干式切齒機(jī)床將成為齒輪制造商新購加工設(shè)備的目標(biāo)，近幾年國(guó)際上各大切齒機(jī)床制造商都在集中精力開發(fā)高速干式切齒機(jī)。所以面向綠色制造的高速干式切齒機(jī)床將是綠色齒輪加工機(jī)床發(fā)展的主要趨勢(shì)。面向綠色制造的齒輪加工機(jī)床有利于減少齒輪加工的油霧污染、清潔生產(chǎn)環(huán)境和保護(hù)操作者的安全與健康，同時(shí)通過減少切削液的使用可以降低加工成本，目前受到國(guó)內(nèi)外切齒機(jī)床生產(chǎn)廠家和用戶的青睞。面向綠色制造的切齒機(jī)主要包括帶有全密封護(hù)罩和油霧分離器的濕式切齒機(jī)、低溫冷風(fēng)切削切齒機(jī)、高速干式切齒機(jī)床等類別。其中高速干式切齒機(jī)床以其高速、高效、不使用切削液、單件生產(chǎn)成本低、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，將成為綠色齒輪加工機(jī)床今后發(fā)展的主要方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹華軍.齒輪加工機(jī)床綠色設(shè)計(jì)與制造策略及實(shí)踐[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2013.

[2]師漢民.數(shù)控機(jī)床幾何誤差和誤差補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)[J].機(jī)床工程師，2015.