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綠色機床設計的新技術
閱讀：1724 發(fā)布時間：2014-4-11
隨著科學技術的飛速發(fā)展，越來越多的新技術應用于機床產(chǎn)品的設計領域。綠色機床提出了一種全新理念：減輕機床的質量，節(jié)省材料，降低機床使用時的能源消耗。同時在機床設計中逐漸采用模塊化設計，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。
在結構設計時減輕重量、簡化結構、優(yōu)化功能進行機床設計時，多數(shù)采用類比設計法，在原油缸防塵套產(chǎn)品基礎上進行變化或改進，只要原有產(chǎn)品不出現(xiàn)問題，就把某些結構及尺寸照搬過來，或進行按比例放大，這樣做可以產(chǎn)生結構尺寸的富余。因此機床結構優(yōu)化的空間很大，在機床幾十年的生命周期內，節(jié)能量相當可觀。
在設計機床的整體結構時，采用結構zui簡單化原則，盡量簡化設計，減少不必要的零件數(shù)。因為每一個油缸防塵套零件的背后，都有一套完整的設計過程、從準備毛坯到產(chǎn)品檢查合格后入庫的生產(chǎn)過程、所有的管理過程、以及安裝時的調整過程。減少一個零件，就可以減少這一整套的過程，降低制造成本。在設計機床的傳動系統(tǒng)時，盡量縮短傳動鏈，不僅可以減少絲杠保護套零件數(shù)目，減少空載功率損失，而且可以提高傳動精度。
在零件設計過程中，同樣采用結構zui簡單化原則。在機床*件設計完成后進行有限元結構分析，在滿足剛度前提下，優(yōu)化改進，減小某些尺寸，讓機床重量達到zui小，節(jié)省材料。圖1為機床基礎大件有限元分析圖例。對一些運動部件，進行結構優(yōu)化設計，既可以節(jié)省材料，又可以減輕重量、降低空運轉功率和機床使用時的能源消耗。
以我國航空航天業(yè)的大飛機項目來說，大飛機的梁、框、肋和壁板的毛坯所用的板材或鍛件，都是重量達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、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)控加工設備。在機床設計時簡化結構、優(yōu)化功能、減輕重量，能夠節(jié)省大量材料，取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益。
采用環(huán)保新技術，有效利用能源，保護生態(tài)環(huán)境在機床新產(chǎn)品設計過程當中強調對資源、能源的有效利用和對生態(tài)環(huán)境的保護，盡量減少非再生資源的消耗，節(jié)省原料。在實際中主要控制噪聲污染、廢氣污染、切削液污染、潤滑劑污染和有害物質的使用。針對上述要求，現(xiàn)在有很多環(huán)保新技術應用于機床產(chǎn)品設計中。
例如，機床使用過程中的潤滑冷卻液是有害排放物，特別是磨削時采用的乳化液對環(huán)境和工人健康危害非常大。現(xiàn)在，出現(xiàn)了干切削和微量潤滑（MinimizedQuantityLubricaion,MQL）技術。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），解決切削液污染的問題。圖2為微量潤滑技術的示意圖。
同時在機床潤滑系統(tǒng)設計時，采用集中潤滑或者自潤滑方式可有效降低潤滑油損耗與排放，減少潤滑油對環(huán)境的污染。在現(xiàn)代航空航天業(yè)中，由于鎂合金密度小，比強度高，能達到減重的目的，因此得到廣泛的應用。在飛機上鎂合金用于制造壁板、翼肋、機輪輪轂、電機殼體等，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給量、高速切削時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量的特點，因此干切削和微量潤滑等環(huán)保技術的出現(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。
進行模塊化設計，便于重組和綠色再制造
在機床新產(chǎn)品設計中，采用模塊化設計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。在模塊化設計及便于回收重組方面，組合機床是一個很好的例子。組合機床是由大量的通用零部件絲杠保護套和少量的部件組成的機床，當產(chǎn)品或工藝變化后，把原有的機床拆開，大量的通用零部件還可以重復利用到新的機床。在現(xiàn)有標準的基礎上，如果能夠對一些通用機床的主要零部件尺寸制定相應的標準，將有利于機床的回收、改造或重組，大大節(jié)省機床再造成本。
結束語
油缸防塵套隨著新材料和新技術研究的不斷深入，大大促進了節(jié)省能源、綠色生態(tài)的新型機床的不斷發(fā)展。我國是制造業(yè)大國，提高行業(yè)自主創(chuàng)新能力，應用新材料、新技術開發(fā)綠色機床，實現(xiàn)資源循環(huán)利用，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的整體優(yōu)化，對于振興我國機床行業(yè)具有重要戰(zhàn)略意義，對全社會節(jié)能減排具有重大的推動作用。
在結構設計時減輕重量、簡化結構、優(yōu)化功能進行機床設計時，多數(shù)采用類比設計法，在原油缸防塵套產(chǎn)品基礎上進行變化或改進，只要原有產(chǎn)品不出現(xiàn)問題，就把某些結構及尺寸照搬過來，或進行按比例放大，這樣做可以產(chǎn)生結構尺寸的富余。因此機床結構優(yōu)化的空間很大，在機床幾十年的生命周期內，節(jié)能量相當可觀。
在設計機床的整體結構時，采用結構zui簡單化原則，盡量簡化設計，減少不必要的零件數(shù)。因為每一個油缸防塵套零件的背后，都有一套完整的設計過程、從準備毛坯到產(chǎn)品檢查合格后入庫的生產(chǎn)過程、所有的管理過程、以及安裝時的調整過程。減少一個零件，就可以減少這一整套的過程，降低制造成本。在設計機床的傳動系統(tǒng)時，盡量縮短傳動鏈，不僅可以減少絲杠保護套零件數(shù)目，減少空載功率損失，而且可以提高傳動精度。
在零件設計過程中，同樣采用結構zui簡單化原則。在機床*件設計完成后進行有限元結構分析，在滿足剛度前提下，優(yōu)化改進，減小某些尺寸，讓機床重量達到zui小，節(jié)省材料。圖1為機床基礎大件有限元分析圖例。對一些運動部件，進行結構優(yōu)化設計，既可以節(jié)省材料，又可以減輕重量、降低空運轉功率和機床使用時的能源消耗。
以我國航空航天業(yè)的大飛機項目來說，大飛機的梁、框、肋和壁板的毛坯所用的板材或鍛件，都是重量達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、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)控加工設備。在機床設計時簡化結構、優(yōu)化功能、減輕重量，能夠節(jié)省大量材料，取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益。
采用環(huán)保新技術，有效利用能源，保護生態(tài)環(huán)境在機床新產(chǎn)品設計過程當中強調對資源、能源的有效利用和對生態(tài)環(huán)境的保護，盡量減少非再生資源的消耗，節(jié)省原料。在實際中主要控制噪聲污染、廢氣污染、切削液污染、潤滑劑污染和有害物質的使用。針對上述要求，現(xiàn)在有很多環(huán)保新技術應用于機床產(chǎn)品設計中。
例如，機床使用過程中的潤滑冷卻液是有害排放物，特別是磨削時采用的乳化液對環(huán)境和工人健康危害非常大。現(xiàn)在，出現(xiàn)了干切削和微量潤滑（MinimizedQuantityLubricaion,MQL）技術。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），解決切削液污染的問題。圖2為微量潤滑技術的示意圖。
同時在機床潤滑系統(tǒng)設計時，采用集中潤滑或者自潤滑方式可有效降低潤滑油損耗與排放，減少潤滑油對環(huán)境的污染。在現(xiàn)代航空航天業(yè)中，由于鎂合金密度小，比強度高，能達到減重的目的，因此得到廣泛的應用。在飛機上鎂合金用于制造壁板、翼肋、機輪輪轂、電機殼體等，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給量、高速切削時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量的特點，因此干切削和微量潤滑等環(huán)保技術的出現(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。
進行模塊化設計，便于重組和綠色再制造
在機床新產(chǎn)品設計中，采用模塊化設計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。在模塊化設計及便于回收重組方面，組合機床是一個很好的例子。組合機床是由大量的通用零部件絲杠保護套和少量的部件組成的機床，當產(chǎn)品或工藝變化后，把原有的機床拆開，大量的通用零部件還可以重復利用到新的機床。在現(xiàn)有標準的基礎上，如果能夠對一些通用機床的主要零部件尺寸制定相應的標準，將有利于機床的回收、改造或重組，大大節(jié)省機床再造成本。
結束語
油缸防塵套隨著新材料和新技術研究的不斷深入，大大促進了節(jié)省能源、綠色生態(tài)的新型機床的不斷發(fā)展。我國是制造業(yè)大國，提高行業(yè)自主創(chuàng)新能力，應用新材料、新技術開發(fā)綠色機床，實現(xiàn)資源循環(huán)利用，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的整體優(yōu)化，對于振興我國機床行業(yè)具有重要戰(zhàn)略意義，對全社會節(jié)能減排具有重大的推動作用。