齒輪加工機床的綠色設計與制造技術

董福超++林闊

摘 要：齒輪加工機床不僅可以大幅度提高機床的加工精度和加工速度，也可以完全解決機械傳動鏈中存在的磨損問題，可以長期保持機床的精度，特別是在高速、高精度加工的場合，它的研制成功，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益，本文重點就齒輪加工機床的綠色設計與制造技術做了探討和分析。

關鍵詞：齒輪加工車床;綠色設計評估;制造技術

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

一、齒輪加工機床綠色設計

伴隨著全球資源日益緊缺，各國對能源問題的越來越關注，作為我國戰(zhàn)略資源不可或缺的成員，其開采的重要性可見一斑。如今，伴隨著越來越先進的數(shù)字控制產(chǎn)品應用到齒輪加工機床中來，企業(yè)的開采效益越來越高。如今，以計算機控制為主的國產(chǎn)供電設備、提升機、電牽引采煤機、掘進機和輸送機等齒輪加工機床都具備了全程監(jiān)控、自動報警、圖景掃描、信息控制等先進功能。這使得在我國的齒輪加工機床管理工作中，數(shù)字控制產(chǎn)品的應用尤為廣泛，也確保了開采工作中的高安全性、高效益性與高技術性。

二、齒輪加工機床制造技術

（一）少無切屑加工技術

機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。齒輪冷軋機是一種無切屑的齒輪加工機床，屬綠色加工技術。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，仍有待大力推進其技術的發(fā)展。

（二）干式切削技術

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。德國大眾公司（Volkswagen）在一份統(tǒng)計分析報告中抱怨，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)保意識的不斷增強以及相關法規(guī)的日益嚴格，減少甚至消除冷卻液的使用已成為必然趨勢。目前干切削新技術已成為綠色加工技術中的熱點，并出現(xiàn)了微量潤滑切削、冷風切削等準干切削新工藝。當前倡導的干切削并不是簡單地把原有工藝中的冷卻液去掉，降低切削效率，而是進行傳統(tǒng)切削工藝的重大變革，為新世紀提供一種清潔、安全、高效的新工藝。

（三）數(shù)控化技術

齒輪加工機床的數(shù)控化改造有利于其設計與制造的綠色化，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。齒輪加工機床數(shù)控化改造有利于簡化機床機械結構，從而減少機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，提高了機床的自動程度，大大縮短了機床調(diào)整時間，提高了生產(chǎn)率。切削速度、進給量等切削參數(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強度，提高了操作的安全性，有利于勞動保護。

（四）結構優(yōu)化設計技術

齒輪加工機床的模塊化設計是根據(jù)客戶要求，在功能分析的基礎上，設計出一系列具有不同用途（或性能）、結構，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)格的齒輪加工機床的設計方法。采用模塊化設計，可以縮短交貨期，快速響應市場，而且可提高產(chǎn)品質(zhì)量，成本更低，性能更加穩(wěn)定，有利于機床的再制造及維護，便于廢棄后拆卸[91。重慶機床集團在產(chǎn)品開發(fā)設計過程中，發(fā)現(xiàn)滾齒機、插齒機和磨齒機的切削運動特點，從而發(fā)明了“先建立三種機床的共同模塊，再建立任意兩種機床間的共有模塊，最后再建立各自的獨有模塊”的齒輪加工機床模塊化可重構設計與制造新方法。另外，在齒輪加工機床的設計過程中，還可采用各種結構優(yōu)化技術，以改善機床的綠色性能。如：用鋼板焊接機床結構部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機床鑄件結構。由于鑄造過程環(huán)境污染嚴重，能耗高，因此采用鑄件床身或立柱結構不利于改善齒輪加工機床的綠色性能。采用鋼板焊接機床結構一方面提高了機床強度和剛性，而且由于減少了鑄造工藝而大大減少了機床制造過程中的環(huán)境污染和能源消耗，具有良好的綠色制造特性。

三、結束語

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

參考文獻：

[1]曹華軍.齒輪加工機床綠色設計與制造策略及實踐[J].制造技術與機床，2013.

[2]師漢民.數(shù)控機床幾何誤差和誤差補償關鍵技術[J].機床工程師，2015.