1、基于绿色制造工艺的车床C6132绿色数控改造摘要：本文介绍了绿色制造和绿色制造工艺的基本概念及其具体内容，并基于绿色改造的基本思想，按照绿色设计体系的要求讨论了车床 C6132 的绿色数控改造。关键词：绿色制造；绿色制造工艺技术；绿色数控改造；车床C61321、引言机械制造业为社会产生了大量的机器，促进了社会工业的发展，但是也产生了大量的污染， 加剧了全球环境的恶化。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式。绿色制造工艺技术是绿色制造技术的基础, 采用绿色制造工艺技术可以有效地减少废物和有害物的产生, 可以减少加工业对环境的影响, 也可以节约资源, 降低能量损耗, 以提高产品的质
2、量,降低产品的成本, 使产品具有更大的市场竞争力。作为制造业的基础环节, 机械加工能否实现“ 绿色化“, 对于实现绿色制造、清洁生产和可持续发展起着举足轻重的作用。2、绿色制造及绿色制造工艺技术2.1绿色制造及其关键技术绿色制造(Green Manufacturing) ，又称清洁制造、环境意识制造、无浪费制造等，它是指产品从原料冶炼、毛坯制造、材料选择、设计、生产、包装、使用和维修到报废回收等整个生命周期过程中，全面考虑环境和资源因素，对资源的消耗量最少，对环境的污染最小，并使企业经济效益和社会效益协调优化的现代制造模式。绿色制造充分考虑了产品开发、制造及其活动对环境的影响，减小产品在整个生
3、命周期中对环境的负面影响，提高资源利用率。绿色制造的关键技术包括以下几方面：1）绿色设计的研发；2）绿色制造工艺技术及绿色工艺设备的研发； 3）绿色制造过程建模； 4）绿色制造的数据库和知识库的建立； 5）绿色制造评价方法的研究； 6）绿色制造集成技术的研究。2.2绿色制造工艺技术绿色制造工艺技术是以传统的工艺技术为基础, 并结合材料科学、表面技术、控制技术等新技术的先进制造工艺技术。绿色制造工艺是绿色制造的核心问题，其最终目的是合理利用资源、能源以减少对环境的污染。根据这个目标，可以把绿色制造工艺分为三种类型：节约资源型工艺技术、降低能耗型工艺技术、环境保护型工艺技术。节约资源型工艺技术是指
4、生产过程中简化工艺系统组成、节省原材料的消耗的工艺技术。降低能耗型工艺技术是指在生产过程中，降低能量损耗的工艺技术。环境保护性工艺技术是指通过一定的工艺技术，使生产过程中产生的废液、废气、废渣、噪声等对环境和操作者有影响或危害的物质尽可能减少或完全消除。3、基于绿色制造理念的新型绿色制造工艺策略3.1注重绿色设计绿色设计要求在产品设计时，选择与环境友好的材料、机械结构和制造工艺，在使用过程中能耗最低，不产生或少产生毒副作用；在产品生命终结时，要便于产品的拆卸、回收和再利用，所剩废气物最少。3.2选取绿色材料原材料的选取决定着绿色生产的最终实现。原材料（尤其是一些不可再生的金属材料）的大量消耗，
5、将不利于全社会的持续发展。绿色设计与制造所选择的材料既要有良好的适用性能，又要与环境有较好的协调性。为此应尽量选用易加工的材料；低耗能、少污染的材料；可回收再利用的材料。 3.3引进绿色工艺技术3.3.1耗材少制造工艺1、少无切削加工：在机械加工中，在满足零件结构性能要求的前提下，通过选择少切削或者无切削的加工工艺，如成型制造技术、轧制成型等来减少材料的使用量和资源的消耗。2、干式切削技术：在切削过程不使用切削液或使用微量切削液，并且能形成干燥、 “干净” （清洁）切屑的高精度、高效率先进加工技术。由于不使用或微量使用切削液，可以完全消除切削液导致的一系列负面效应。3、特种加工技术：特种加工技
6、术包括电火花成形加工、电火花线切割加工、高能束加工、等离子体加工等加工方法，它的应用能极大地扩展传统加工的范围，并且有效地提高生产效率和加工质量，节约资源，保护环境。3.3.2耗能低制造工艺机械制造企业在生产机械设备时，需要大量钢铁、电力、煤炭和有色金属等资源，随着地球上矿物资源的减少和近期国际市场石油的不断波动，节能降耗已经是不争的事实，对此必须采取一些耗能低的制造工艺。如采用节能型电机、风扇，淘汰能耗大的老式设备，提高能源利用率；采用先进的节能新工艺和绿色新工装；加强能源管理消除滴、漏、跑、冒等浪费现象；适度利用新能源等。3.3.3弃物少及污染少的制造工艺机械制造目前多是采用材料去除的加工
7、方式，产生大量的切屑、废品等废弃物，既浪费了资源，又污染了环境，因此可以通过对切削液的回收再利用、磨屑二次资源的重新利用以及快速原型制造技术（RPM）等绿色技术加以改善。针对机械制造生产过程中产生的空气、水、振动、噪声等污染也应采取相应的防护和改善措施，将这些有害的物质尽可能的减少或者完全消除，以此来提高系统的运行效率。3.4完成产品绿色处理绿色处理主要是指在产品使用报废后，通过回收再生产的方法制造成新产品的处理方法。它是以保障处理后的产品质量为前提条件，要求生产商在产品的设计之初就充分考虑产品的回收利用与再生产问题，在产品的设计中加入便于回收再生产的结构设计，加大技术投入，加强再生产技术的研
8、发，实现产品的绿色处理。4. 绿色制造的具体实施车床C6132是我校实训工厂供学生实习所用的机床，它是一典型的普通车床，主要用于各种回转体零件的外圆、内孔、端面等的车削加工，此外还可以用来进行钻孔、铰孔、套料等加工。该机床所有的设计制造都是按照传统的设计方式进行的，没有考虑产品生产制造时对环境的污染、机床报废后的重新利用。因此基于绿色改造的基本思想，按照绿色设计体系的要求我们对本校实训工厂的车床C6132进行了绿色改造。 4.1数控化改造技术本次对车床C6132进行数控化改造，主要是应实现车床原有功能，并能在机床的精度、性能方面除保持原来状况外还应有所提高，更加符合绿色制造的理念。利用微机对车
9、床的纵向、横向进给系统进行数字控制，刀架要改造成自动控制的自动转位刀架。数控改装后的车床就可以加工出各种形状的复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，从而提高生产效率和加工精度，减少工人的劳动强度，而且工作性能稳定，性能价格比较高。4.1.1数控系统的选择在机床的数控改造中，选用日本FANCU公司研制的FS0-TT系统, 它能对两坐标(纵向Z、横X)进行连续伺服自动控制，也能自动实现直线插补和圆弧插补。4.1.2进给传动系统的改造。进给传动是按数控系统的指令，经放大后使刀具精确定位或按规定的轨迹运动，加工出符合要求的工件。因此在电气部分采用以微机控制的步进电机驱动控制系统，以满足高的定位精度和
10、重复定位精度、响应快、调性范围宽、输出功率大的要求。在机械部分主要对移动元件进行了改造。由于原机床采用普通丝杠副实现横、纵向进给，其摩擦阻力大、传动效率低、动静摩擦系数相差大、低速容易出现爬行。所以拆去原机床的溜板箱、光杠与丝杠，用滚珠丝杠副取而代之；横向进给的滚珠丝杠副的丝杠轴为便于安装采用分移式结构。4.1.3自动转位刀架的设计自动转位刀架的设计是普通机床数控改造机械方面的关键。在进行改造时，采用外购的LD41型自动转位刀架，安装时， 去掉车床小溜板， 将其放置在中溜板上。4.2 机床结构优化技术4.2.1导轨的绿色设计机床导轨是机床的主要构件之一，它的精度直接影响加工工件的直线度、圆柱度
11、等形位误差。他的精度是数控化改制造后的车床能否达到同类新数控车床精度水平的主要决定因素。根据绿色设计可拆卸性设计思想，导轨的改造采用镶钢塑料导轨，使用一种由聚四氟乙烯和添加青铜粉、二硫化相和石墨等多种材料复合成的贴塑条，它可使导轨的摩擦系数降低，稳定性、耐磨性、吸振性更好。这样导轨面磨损后可直接更换镶钢条，机床报废后床身可重复利用，节约了钢材资源，减少环境污染，符合绿色设计的要求。4.2.2床身的绿色设计据统计，机床重量的80% 用于保证机床的刚度，而实际只有20% 用于满足机床运动学的需要。因此，机床减重节能的潜力很大，可以通过两种途径来使机床在满足刚度要求的同时实现轻量化目标：（1）优化机
12、床结构。用钢板焊接机床结构部分代替传统的机床铸件结构。采用钢板焊接机床结构一方面提高了机床强度和刚性，而且由于减少了铸造工艺而大大减少了机床制造过程中的环境污染和能源消耗，具有良好的绿色制造特性。（2）采用新材料。如立柱等机床的床身支撑结构，可以使用具有轻质及高刚性特点的纤维基增强复合材料。4.3绿色制造中冷却方法及刀具的几何参数设计4.3.1加工中的冷却方法在现有的金属切削加工中，切削液仍是主要的冷却方法。然而，随着切削液的大量使用，切削液排放已经带来很重的经济负担、环境污染和人身健康伤害等问题。根本的解决办法是在切削加工中不用或少用切削液。我们在对车床C6132进行绿色改造中采用了气雾外部
13、润滑方式，即把微量液体混入压力气流中,形成雾状的气液两相流体,通过喷雾产生射流,同时由于体积膨胀做功消耗内能,气液两相流体温度下降,然后喷射到切削区,使工件和刀具得到充分冷却和润滑。原理如图1我们把由空气压缩机、油泵、控制阀、喷嘴及管路附件组成的外部润滑系统集成后安装在车床上。在安装过程中，由于喷嘴的方位对润滑效果影响显著，所以需要确定喷嘴的最佳位置及喷射角度。采用喷雾冷却技术,可以提高刀具使用寿命,提高切削加工生产效率和零部件加工质量，极大减少切削液用量,保持工作环境清洁,有利于操作者的身体健康。图14.3.2绿色制造中刀具几何参数的设计要实现在无（或微量使用）切削液状态下，采用很高的切削速
14、度进行切削加工,对刀具的材料和结构要求较高。因此可以采用高性能硬质合金和陶瓷作为刀具材料, 而且刀具应具有较大的前角,以减小由于刀具与切屑接触部位温度过高而产生的月牙洼磨损。为防止刀尖处发生热磨损、提高刀具刚性,可在主、副切削刃的连接处采取刀尖修圆或倒角的方法,此外, 适当加大后角及刃倾角, 可缩短刀具与加工表面的接触长度, 有利于减轻后刀面磨损, 延长刀具使用寿命。除此之外在对刀具的几何参数和结构设计时, 还要满足干切削对断屑和排屑的要求。利用车刀三维曲面断屑槽方面的设计制造技术，对不同的工件材料和切削用量，设计出相应的断屑槽结构与尺寸，从而大大提高切屑折断能力和对切屑流动方向的控制能力。4
15、.4其他技术方面1）润滑车床采用集中润滑系统，对齿轮, 导轨, 丝杠进行周期性地注油, 从而减小摩擦阻力、降低能耗、节约电力和油料成本, 对于保障车床的加工精度、降低机床的故障率和延长机床的使用寿命起着重要作用。2）降噪工厂噪声能对周边环境及工人的心理和生理的健康造成很大的影响，也是造成制造过程中能量消耗和环境污染的源头之一,所以从绿色制造的角度,应降低切削噪声。比如给刀杆加上阻尼结构、使用减振降噪的地基,采用适当的吃刀深度、进给量和切削量等。3）维护保养认真做好机床的日常保养和维护,可以延长设备的使用寿命,减少机械的磨损,从而增加机床工作的可靠性和稳定性,充分发挥机床的优越性能。结束语绿色制
16、造是一种具有显著社会效益和经济效益的现代企业可持续发展模式。绿色制造工艺规划是绿色制造实施的关键技术之一, 它对于减少制造加工过程中的物能资源消耗和降低对生态环境的影响具有重要意义。通过基于绿色制造工艺对车床C6132进行绿色数控改造，不仅在功能上达到了要求，而且通过数控化技术简化了机床结构，通过对机床加工中的加工要素进行优化，实现了降低能耗，减少加工过程环境污染排放，提高机床加工过程的绿色性。参考文献1 燕 辉，绿色制造工艺技术在机械工业中的应用研究，机械设计与制造，20082 于维民，浅论绿色制造理念下的机械制造工艺，科技纵横，20093 孙政军，机械产品绿色制造发展状况与技术措施，科技风
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