随着科学技术的飞速发展,越来越多的新技术应用于机床产品的设计领域。绿色机床提出了一种全新理念:减轻机床的质量,节省材料,降低机床使用时的能源消耗。同时在机床设计中逐渐采用模块化设计,满足不同用户的需求,易于产品维修、拆卸及回收,使资源得到zui大限度的利用,节省资源。
在结构设计时减轻重量、简化结构、优化功能进行机床设计时,多数采用类比设计法,在原油缸防尘套产品基础上进行变化或改进,只要原有产品不出现问题,就把某些结构及尺寸照搬过来,或进行按比例放大,这样做可以产生结构尺寸的富余。因此机床结构优化的空间很大,在机床几十年的生命周期内,节能量相当可观。
在设计机床的整体结构时,采用结构zui简单化原则,尽量简化设计,减少不必要的零件数。因为每一个油缸防尘套零件的背后,都有一套完整的设计过程、从准备毛坯到产品检查合格后入库的生产过程、所有的管理过程、以及安装时的调整过程。减少一个零件,就可以减少这一整套的过程,降低制造成本。在设计机床的传动系统时,尽量缩短传动链,不仅可以减少丝杠保护套零件数目,减少空载功率损失,而且可以提高传动精度。
在零件设计过程中,同样采用结构zui简单化原则。在机床基础零件设计完成后进行有限元结构分析,在满足刚度前提下,优化改进,减小某些尺寸,让机床重量达到zui小,节省材料。图1为机床基础大件有限元分析图例。对一些运动部件,进行结构优化设计,既可以节省材料,又可以减轻重量、降低空运转功率和机床使用时的能源消耗。
以我国航空航天业的大飞机项目来说,大飞机的梁、框、肋和壁板的毛坯所用的板材或锻件,都是重量达到几百公斤甚至几吨,因此需要用重型甚至是超重型的多坐标、高速、高刚性、大功率的数控龙门铣床、立式加工中心等数控加工设备。在机床设计时简化结构、优化功能、减轻重量,能够节省大量材料,取得良好的社会效益和经济效益。
采用环保新技术,有效利用能源,保护生态环境在机床新产品设计过程当中强调对资源、能源的有效利用和对生态环境的保护,尽量减少非再生资源的消耗,节省原料。在实际中主要控制噪声污染、废气污染、切削液污染、润滑剂污染和有害物质的使用。针对上述要求,现在有很多环保新技术应用于机床产品设计中。
例如,机床使用过程中的润滑冷却液是有害排放物,特别是磨削时采用的乳化液对环境和工人健康危害非常大。现在,出现了干切削和微量润滑(MinimizedQuantityLubricaion,MQL)技术。提高刀具的性能,不使用冷却液,或者使用专门的装置提供气雾或低温空气(冷风),解决切削液污染的问题。图2为微量润滑技术的示意图。
同时在机床润滑系统设计时,采用集中润滑或者自润滑方式可有效降低润滑油损耗与排放,减少润滑油对环境的污染。在现代航空航天业中,由于镁合金密度小,比强度高,能达到减重的目的,因此得到广泛的应用。在飞机上镁合金用于制造壁板、翼肋、机轮轮毂、电机壳体等,在航天工业中镁合金用于制造火箭、人造卫星等多个部件。镁合金粉末遇水容易产生氢气,氢易于燃烧,具有爆炸性,因此镁合金的加工特别是采用大进给量、高速切削时不能油缸防尘套冲水排屑,只能采用矿物油,成本很高。镁合金具有不需研磨抛光、散热快、不用切削液也能得到较好的表面质量的特点,因此干切削和微量润滑等环保技术的出现,解决了航空航天行业中镁合金材料加工的难题,降低了加工成本。
进行模块化设计,便于重组和绿色再制造
在机床新产品设计中,采用模块化设计可以满足不同用户的需求,易于产品维修、拆卸及回收,使资源得到zui大限度的利用,节省资源。在模块化设计及便于回收重组方面,组合机床是一个很好的例子。组合机床是由大量的通用零部件丝杠保护套和少量的专用部件组成的专用机床,当产品或工艺变化后,把原有的机床拆开,大量的通用零部件还可以重复利用到新的机床。在现有标准的基础上,如果能够对一些通用机床的主要零部件尺寸制定相应的标准,将有利于机床的回收、改造或重组,大大节省机床再造成本。
结束语
油缸防尘套随着新材料和新技术研究的不断深入,大大促进了节省能源、绿色生态的新型机床的不断发展。我国是制造业大国,提高行业自主创新能力,应用新材料、新技术开发绿色机床,实现资源循环利用,实现企业经济效益和社会效益的整体优化,对于振兴我国机床行业具有重要战略意义,对全社会节能减排具有重大的推动作用。