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齒輪加工機床的綠色設（shè）計與製造技術

2019-1-16 來源：重慶機床（集團）有限責任公司作者：楊燦輝

摘　要：機床設備開發是未來綠（lǜ）色齒輪機床開發的主要方向和關鍵領域。本文（wén）對（duì）齒輪加工機床的綠色特（tè）性（xìng）進行了分析，根據傳統齒輪加工機床的工（gōng）序（xù）複雜、材料損耗較高和環境汙染較嚴重等特點，提出了麵向綠色設計製造技術的改良策略。並對齒輪機床（chuáng）的幹（gàn）切削技術、數控技術、模塊化和結構優（yōu）化設計技術進行分析，指出齒輪快速幹式切割技（jì）術能有效地節約製造成本和降低環（huán）境汙染。

關鍵詞：齒輪加工綠色設計製造技術加工機床

引言

製造業已經成為創造人類（lèi）財富的支（zhī）柱產業，也是工業產業發展的重要支撐，而（ér）製（zhì）造業在製造資源過程中造成了大（dà）量的社會資源（yuán）消耗和嚴重的環境汙染。因此，如何（hé）減少製造業的資源消耗和環境汙染（rǎn）是（shì）當（dāng）前需要解決的重（chóng）要問題，所以實行綠色製造是製造業的發展趨勢。綠色製造符（fú）合了現代製造模式的需求，其（qí）主要（yào）目（mù）標是使產品（pǐn）在設計、製造、

包裝、運輸和使用等過程中對環（huán）境造成較小的負麵影響，資源利用率高，並優化企業的經濟和社會效益。

1、齒輪（lún）加工機床的綠（lǜ）色（sè）特性分（fèn）析

齒輪加工機床是製造業的主要生產設備。其主要有設（shè）計製造環節、加工環節和淘汰報廢環節，這三（sān）個環節的全部過程均在（zài）不斷的消耗社會（huì）資源，並對環境造（zào）成負麵影響。一是齒輪加工機床在進行加工過程中大量使（shǐ）用切削劑對環境造成汙染（rǎn）。二是傳統齒輪加工機床在設計開發和製造使用（yòng）過程中，其機床結構（gòu）複雜、功能單一，具有材料消耗高和環境汙染（rǎn）嚴重的缺點，從而造成（chéng）機（jī）床產品加工季度低（dī）、安全保障性較差和企業投入成本較大。傳統齒輪加工機床各個階（jiē）段的（de）特征和影響，如（rú）表 1 所（suǒ）示（shì）。

表 1　傳統齒輪加工機（jī）床綠色特（tè）性

2、齒輪加工機床綠色設計策略（luè）

2.1　幹式切（qiē）削技術

高昂的（de）冷卻劑使（shǐ）德國大眾公司在財務報告中稱冷卻劑的使用成本超出了工件購買價格。冷卻劑（jì）在使用過程中產生的（de）主要費用有：采購和管理費用、工件清潔（jié）費用、汙油與鐵屑分離費用等。而冷卻劑的使用也是從業人員健（jiàn）康危害和環（huán）境汙染的主要源頭。隨著環境汙染日益（yì）嚴重，人們環保（bǎo）意識的不（bú）斷提升，冷卻劑的使用（yòng）違背了大環境下的發展趨勢。幹法切削則是一項新的更加（jiā）高效（xiào）安全（quán）的綠色技術（shù），它對傳統的切割工藝進行（háng）了重大改進。應用幹式切割技術的切割齒輪加工機的速率是傳統加工（gōng）工藝的 6 倍，可以降低 50% 的加工成本，而且加工出的配件質量合格，同時這（zhè）種方（fāng）法減少了冷卻液的使用，降低了環（huán）境汙染。

幹式切削（xuē）技術主要有切割速度快、芯（xīn）片快速分離等工藝特點。數據表明（míng），在機床滾切過程中，高速鋼滾（gǔn）刀的滾切速度（dù）達到（dào） 160m/min，硬質合金鋼切割刀的滾切速度高達320m/min。為了實現這（zhè）種高速滾切（qiē）加工，主軸通常使用高速滾切工具，齒輪加工機床台麵采用齒輪傳動係統代替傳統的（de）蝸輪傳動。在中齒輪加工機床（chuáng）工作台上已采用扭（niǔ）矩伺服電機技術，工作台轉速達到 800r/min，芯片快速分離。但由於切割過程溫度高，如果（guǒ）切割碎屑不能及時地剝（bāo）離，切割碎屑的導熱（rè）性很可能導致工件和機器的熱變（biàn）形，繼而影響齒輪的加工精（jīng）度。在滾切過程中，通常都是以刀具的快速滾（gǔn）切將碎（suì）屑帶離工作台。

2.2　竄刀方（fāng）式

在每加工一件或幾件齒輪後將滾刀沿其軸線移動一個距離，使新（xīn）刀齒進入切削區，前麵的（de）刀（dāo）齒退出切（qiē）削區，使（shǐ）所有的刀齒都有同樣的磨損（sǔn），就是竄刀作（zuò）用。該方法具有滑動小且移（yí）動緩慢、切削刃上的負載過大，溫度高的缺（quē）點。使（shǐ）用竄刀方法，滾刀每切削一至幾個工件時（shí）就（jiù）竄動一次，直到（dào）竄刀範圍內的刀具都（dōu）參與了竄刀切屑，且竄刀過程（chéng）中工件彼（bǐ）此之間的距離需要是滾刀的兩個相鄰（lín）齒之間的距離。每次刀片（piàn）的數量根據滾刀要（yào）求確定，即以（yǐ）滾刀刀齒來（lái）進行確定，這個值（zhí）需一般的滾刀都能滿足，才可以進行換刀來（lái）有效地防止滾（gǔn）刀過熱。

2.3　數控化技術

齒輪加工機的數控改造與齒輪加工機床（chuáng）的設計和製造（zào）過程中的環境汙染程度有著密切聯係（xì）。其特點主要有：（1）對於機床結構，齒輪加工（gōng）機的數控變換有助於優化其（qí）自（zì）身結構，進而減少機床的原材料使用，減少環境汙（wū）染；（2）加工機的數字控製（zhì）係統變換可使機床實現自動化，降低生產成本，增加經濟收益；（3）齒輪加工機的數控變換可以控（kòng）製進（jìn）刀量（liàng）、切割速度等工藝（yì）參數，便於工件加（jiā）工時的工藝步驟優化；（4）齒輪加工機的數控（kòng）變換可以使人機交互界（jiè）麵（miàn）操作方便，提高（gāo）了操作的（de）安全性。

3、結語

綠色製造齒輪加工機減少了油霧汙（wū）染，清潔了生產環（huán）境，保護了操作人員的安全健康，同時減少（shǎo）了切削（xuē）液的使用進而降低加工成本。目前，綠色製（zhì）造齒輪加工機受到了國內外切割機床廠商和用（yòng）戶的青睞。綠色切割機主（zhǔ）要（yào）包括全封閉式（shì）濕式切割機和油霧分離機，低（dī）溫冷切割機，高速幹切機等（děng）。一台高速幹切機具有高速、高效、不使用切削液、單件生產成本低（dī）和環（huán）保等優點，將成為未來綠（lǜ）色齒輪機床發展（zhǎn）的主要方向。

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