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技術(shù)文章
綠色機(jī)床設(shè)計(jì)的新技術(shù)
閱讀：1777 發(fā)布時(shí)間：2014-4-11
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床產(chǎn)品的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。綠色機(jī)床提出了一種全新理念：減輕機(jī)床的質(zhì)量，節(jié)省材料，降低機(jī)床使用時(shí)的能源消耗。同時(shí)在機(jī)床設(shè)計(jì)中逐漸采用模塊化設(shè)計(jì)，滿足不同用戶的需求，易于產(chǎn)品維修、拆卸及回收，使資源得到zui大限度的利用，節(jié)省資源。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)減輕重量、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化功能進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，多數(shù)采用類比設(shè)計(jì)法，在原油缸防塵套產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行變化或改進(jìn)，只要原有產(chǎn)品不出現(xiàn)問(wèn)題，就把某些結(jié)構(gòu)及尺寸照搬過(guò)來(lái)，或進(jìn)行按比例放大，這樣做可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)尺寸的富余。因此機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化的空間很大，在機(jī)床幾十年的生命周期內(nèi)，節(jié)能量相當(dāng)可觀。
在設(shè)計(jì)機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)時(shí)，采用結(jié)構(gòu)zui簡(jiǎn)單化原則，盡量簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，減少不必要的零件數(shù)。因?yàn)槊恳粋€(gè)油缸防塵套零件的背后，都有一套完整的設(shè)計(jì)過(guò)程、從準(zhǔn)備毛坯到產(chǎn)品檢查合格后入庫(kù)的生產(chǎn)過(guò)程、所有的管理過(guò)程、以及安裝時(shí)的調(diào)整過(guò)程。減少一個(gè)零件，就可以減少這一整套的過(guò)程，降低制造成本。在設(shè)計(jì)機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，盡量縮短傳動(dòng)鏈，不僅可以減少絲杠保護(hù)套零件數(shù)目，減少空載功率損失，而且可以提高傳動(dòng)精度。
在零件設(shè)計(jì)過(guò)程中，同樣采用結(jié)構(gòu)zui簡(jiǎn)單化原則。在機(jī)床*件設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)分析，在滿足剛度前提下，優(yōu)化改進(jìn)，減小某些尺寸，讓機(jī)床重量達(dá)到zui小，節(jié)省材料。圖1為機(jī)床基礎(chǔ)大件有限元分析圖例。對(duì)一些運(yùn)動(dòng)部件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，既可以節(jié)省材料，又可以減輕重量、降低空運(yùn)轉(zhuǎn)功率和機(jī)床使用時(shí)的能源消耗。
以我國(guó)航空航天業(yè)的大飛機(jī)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，大飛機(jī)的梁、框、肋和壁板的毛坯所用的板材或鍛件，都是重量達(dá)到幾百公斤甚至幾噸，因此需要用重型甚至是超重型的多坐標(biāo)、高速、高剛性、大功率的數(shù)控龍門銑床、立式加工中心等數(shù)控加工設(shè)備。在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化功能、減輕重量，能夠節(jié)省大量材料，取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
采用環(huán)保新技術(shù)，有效利用能源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境在機(jī)床新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中強(qiáng)調(diào)對(duì)資源、能源的有效利用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，盡量減少非再生資源的消耗，節(jié)省原料。在實(shí)際中主要控制噪聲污染、廢氣污染、切削液污染、潤(rùn)滑劑污染和有害物質(zhì)的使用。針對(duì)上述要求，現(xiàn)在有很多環(huán)保新技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。
例如，機(jī)床使用過(guò)程中的潤(rùn)滑冷卻液是有害排放物，特別是磨削時(shí)采用的乳化液對(duì)環(huán)境和工人健康危害非常大?，F(xiàn)在，出現(xiàn)了干切削和微量潤(rùn)滑（MinimizedQuantityLubricaion,MQL）技術(shù)。提高刀具的性能，不使用冷卻液，或者使用專門的裝置提供氣霧或低溫空氣（冷風(fēng)），解決切削液污染的問(wèn)題。圖2為微量潤(rùn)滑技術(shù)的示意圖。
同時(shí)在機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用集中潤(rùn)滑或者自潤(rùn)滑方式可有效降低潤(rùn)滑油損耗與排放，減少潤(rùn)滑油對(duì)環(huán)境的污染。在現(xiàn)代航空航天業(yè)中，由于鎂合金密度小，比強(qiáng)度高，能達(dá)到減重的目的，因此得到廣泛的應(yīng)用。在飛機(jī)上鎂合金用于制造壁板、翼肋、機(jī)輪輪轂、電機(jī)殼體等，在航天工業(yè)中鎂合金用于制造火箭、人造衛(wèi)星等多個(gè)部件。鎂合金粉末遇水容易產(chǎn)生氫氣，氫易于燃燒，具有爆炸性，因此鎂合金的加工特別是采用大進(jìn)給量、高速切削時(shí)不能油缸防塵套沖水排屑，只能采用礦物油，成本很高。鎂合金具有不需研磨拋光、散熱快、不用切削液也能得到較好的表面質(zhì)量的特點(diǎn)，因此干切削和微量潤(rùn)滑等環(huán)保技術(shù)的出現(xiàn)，解決了航空航天行業(yè)中鎂合金材料加工的難題，降低了加工成本。
進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，便于重組和綠色再制造
在機(jī)床新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，采用模塊化設(shè)計(jì)可以滿足不同用戶的需求，易于產(chǎn)品維修、拆卸及回收，使資源得到zui大限度的利用，節(jié)省資源。在模塊化設(shè)計(jì)及便于回收重組方面，組合機(jī)床是一個(gè)很好的例子。組合機(jī)床是由大量的通用零部件絲杠保護(hù)套和少量的部件組成的機(jī)床，當(dāng)產(chǎn)品或工藝變化后，把原有的機(jī)床拆開(kāi)，大量的通用零部件還可以重復(fù)利用到新的機(jī)床。在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，如果能夠?qū)σ恍┩ㄓ脵C(jī)床的主要零部件尺寸制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，將有利于機(jī)床的回收、改造或重組，大大節(jié)省機(jī)床再造成本。
結(jié)束語(yǔ)
油缸防塵套隨著新材料和新技術(shù)研究的不斷深入，大大促進(jìn)了節(jié)省能源、綠色生態(tài)的新型機(jī)床的不斷發(fā)展。我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，提高行業(yè)自主創(chuàng)新能力，應(yīng)用新材料、新技術(shù)開(kāi)發(fā)綠色機(jī)床，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的整體優(yōu)化，對(duì)于振興我國(guó)機(jī)床行業(yè)具有重要戰(zhàn)略意義，對(duì)全社會(huì)節(jié)能減排具有重大的推動(dòng)作用。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)減輕重量、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化功能進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，多數(shù)采用類比設(shè)計(jì)法，在原油缸防塵套產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行變化或改進(jìn)，只要原有產(chǎn)品不出現(xiàn)問(wèn)題，就把某些結(jié)構(gòu)及尺寸照搬過(guò)來(lái)，或進(jìn)行按比例放大，這樣做可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)尺寸的富余。因此機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化的空間很大，在機(jī)床幾十年的生命周期內(nèi)，節(jié)能量相當(dāng)可觀。
在設(shè)計(jì)機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)時(shí)，采用結(jié)構(gòu)zui簡(jiǎn)單化原則，盡量簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，減少不必要的零件數(shù)。因?yàn)槊恳粋€(gè)油缸防塵套零件的背后，都有一套完整的設(shè)計(jì)過(guò)程、從準(zhǔn)備毛坯到產(chǎn)品檢查合格后入庫(kù)的生產(chǎn)過(guò)程、所有的管理過(guò)程、以及安裝時(shí)的調(diào)整過(guò)程。減少一個(gè)零件，就可以減少這一整套的過(guò)程，降低制造成本。在設(shè)計(jì)機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，盡量縮短傳動(dòng)鏈，不僅可以減少絲杠保護(hù)套零件數(shù)目，減少空載功率損失，而且可以提高傳動(dòng)精度。
在零件設(shè)計(jì)過(guò)程中，同樣采用結(jié)構(gòu)zui簡(jiǎn)單化原則。在機(jī)床*件設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)分析，在滿足剛度前提下，優(yōu)化改進(jìn)，減小某些尺寸，讓機(jī)床重量達(dá)到zui小，節(jié)省材料。圖1為機(jī)床基礎(chǔ)大件有限元分析圖例。對(duì)一些運(yùn)動(dòng)部件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，既可以節(jié)省材料，又可以減輕重量、降低空運(yùn)轉(zhuǎn)功率和機(jī)床使用時(shí)的能源消耗。
以我國(guó)航空航天業(yè)的大飛機(jī)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，大飛機(jī)的梁、框、肋和壁板的毛坯所用的板材或鍛件，都是重量達(dá)到幾百公斤甚至幾噸，因此需要用重型甚至是超重型的多坐標(biāo)、高速、高剛性、大功率的數(shù)控龍門銑床、立式加工中心等數(shù)控加工設(shè)備。在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化功能、減輕重量，能夠節(jié)省大量材料，取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
采用環(huán)保新技術(shù)，有效利用能源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境在機(jī)床新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中強(qiáng)調(diào)對(duì)資源、能源的有效利用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，盡量減少非再生資源的消耗，節(jié)省原料。在實(shí)際中主要控制噪聲污染、廢氣污染、切削液污染、潤(rùn)滑劑污染和有害物質(zhì)的使用。針對(duì)上述要求，現(xiàn)在有很多環(huán)保新技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。
例如，機(jī)床使用過(guò)程中的潤(rùn)滑冷卻液是有害排放物，特別是磨削時(shí)采用的乳化液對(duì)環(huán)境和工人健康危害非常大?，F(xiàn)在，出現(xiàn)了干切削和微量潤(rùn)滑（MinimizedQuantityLubricaion,MQL）技術(shù)。提高刀具的性能，不使用冷卻液，或者使用專門的裝置提供氣霧或低溫空氣（冷風(fēng)），解決切削液污染的問(wèn)題。圖2為微量潤(rùn)滑技術(shù)的示意圖。
同時(shí)在機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用集中潤(rùn)滑或者自潤(rùn)滑方式可有效降低潤(rùn)滑油損耗與排放，減少潤(rùn)滑油對(duì)環(huán)境的污染。在現(xiàn)代航空航天業(yè)中，由于鎂合金密度小，比強(qiáng)度高，能達(dá)到減重的目的，因此得到廣泛的應(yīng)用。在飛機(jī)上鎂合金用于制造壁板、翼肋、機(jī)輪輪轂、電機(jī)殼體等，在航天工業(yè)中鎂合金用于制造火箭、人造衛(wèi)星等多個(gè)部件。鎂合金粉末遇水容易產(chǎn)生氫氣，氫易于燃燒，具有爆炸性，因此鎂合金的加工特別是采用大進(jìn)給量、高速切削時(shí)不能油缸防塵套沖水排屑，只能采用礦物油，成本很高。鎂合金具有不需研磨拋光、散熱快、不用切削液也能得到較好的表面質(zhì)量的特點(diǎn)，因此干切削和微量潤(rùn)滑等環(huán)保技術(shù)的出現(xiàn)，解決了航空航天行業(yè)中鎂合金材料加工的難題，降低了加工成本。
進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，便于重組和綠色再制造
在機(jī)床新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，采用模塊化設(shè)計(jì)可以滿足不同用戶的需求，易于產(chǎn)品維修、拆卸及回收，使資源得到zui大限度的利用，節(jié)省資源。在模塊化設(shè)計(jì)及便于回收重組方面，組合機(jī)床是一個(gè)很好的例子。組合機(jī)床是由大量的通用零部件絲杠保護(hù)套和少量的部件組成的機(jī)床，當(dāng)產(chǎn)品或工藝變化后，把原有的機(jī)床拆開(kāi)，大量的通用零部件還可以重復(fù)利用到新的機(jī)床。在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，如果能夠?qū)σ恍┩ㄓ脵C(jī)床的主要零部件尺寸制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，將有利于機(jī)床的回收、改造或重組，大大節(jié)省機(jī)床再造成本。
結(jié)束語(yǔ)
油缸防塵套隨著新材料和新技術(shù)研究的不斷深入，大大促進(jìn)了節(jié)省能源、綠色生態(tài)的新型機(jī)床的不斷發(fā)展。我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，提高行業(yè)自主創(chuàng)新能力，應(yīng)用新材料、新技術(shù)開(kāi)發(fā)綠色機(jī)床，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的整體優(yōu)化，對(duì)于振興我國(guó)機(jī)床行業(yè)具有重要戰(zhàn)略意義，對(duì)全社會(huì)節(jié)能減排具有重大的推動(dòng)作用。