齿轮加工机床的绿色设计与制造技术

董福超++林阔

摘 要：齿轮加工机床不仅可以大幅度提高机床的加工精度和加工速度，也可以完全解决机械传动链中存在的磨损问题，可以长期保持机床的精度，特别是在高速、高精度加工的场合，它的研制成功，将会产生巨大的经济和社会效益，本文重点就齿轮加工机床的绿色设计与制造技术做了探讨和分析。

关键词：齿轮加工车床;绿色设计评估;制造技术

齿轮加工机床是加工各种圆柱齿轮、锥齿轮和其他带齿零件齿部的机床。齿轮加工机床的品种规格繁多，有加工几毫米直径齿轮的小型机床，加工十几米直径齿轮的大型机床，还有大量生产用的高效机床和加工精密齿轮的高精度机床。齿轮加工机床广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞机和航天器等各种机械制造业中。从环保生态学和技术经济角度出发，有效控制或废除切削油的大量使用是绿色齿轮加工机床发展的大势所趋。

一、齿轮加工机床绿色设计

伴随着全球资源日益紧缺，各国对能源问题的越来越关注，作为我国战略资源不可或缺的成员，其开采的重要性可见一斑。如今，伴随着越来越先进的数字控制产品应用到齿轮加工机床中来，企业的开采效益越来越高。如今，以计算机控制为主的国产供电设备、提升机、电牵引采煤机、掘进机和输送机等齿轮加工机床都具备了全程监控、自动报警、图景扫描、信息控制等先进功能。这使得在我国的齿轮加工机床管理工作中，数字控制产品的应用尤为广泛，也确保了开采工作中的高安全性、高效益性与高技术性。

二、齿轮加工机床制造技术

（一）少无切屑加工技术

机械制造中用精确成形方法制造零件的工艺，称少无切屑加工。齿轮冷轧机是一种无切屑的齿轮加工机床，属绿色加工技术。但由于受冷成形加工特性的限制，虽然节约了原材料消耗，但加工过程中存在加工能耗高、噪声大以及加工能力有限等问题，仍有待大力推进其技术的发展。

（二）干式切削技术

冷却液在使用过程中的成本一般包括使用成本、购置成本、管理成本、工件清洁成本、铁屑与污油的分离成本、废液排放处理成本。德国大众公司（Volkswagen）在一份统计分析报告中抱怨，他们冷却液的使用成本甚至超过了刀具及其维护成本。此外，冷却液的使用还是造成切削加工生态和车间环境污染以及操作者健康伤害的主要源头，随着人们环保意识的不断增强以及相关法规的日益严格，减少甚至消除冷却液的使用已成为必然趋势。目前干切削新技术已成为绿色加工技术中的热点，并出现了微量润滑切削、冷风切削等准干切削新工艺。当前倡导的干切削并不是简单地把原有工艺中的冷却液去掉，降低切削效率，而是进行传统切削工艺的重大变革，为新世纪提供一种清洁、安全、高效的新工艺。

（三）数控化技术

齿轮加工机床的数控化改造有利于其设计与制造的绿色化，主要表现在以下几个方面。齿轮加工机床数控化改造有利于简化机床机械结构，从而减少机床原材料及其制造所需能源、辅料的消耗，节约资源，减少环境污染。采用数控程序，提高了机床的自动程度，大大缩短了机床调整时间，提高了生产率。切削速度、进给量等切削参数任意可调，提高了加工柔性，便于切削参数的优化。人机交互式界面，操作方便，而且通常采用密封加工方式，大大降低操作者的劳动强度，提高了操作的安全性，有利于劳动保护。

（四）结构优化设计技术

齿轮加工机床的模块化设计是根据客户要求，在功能分析的基础上，设计出一系列具有不同用途（或性能）、结构，而功能相同的、可互换的共有功能模块（包括组件、部件、装置或系统等）和一些专用独立部件，然后通过模块的选择和组合来组装成不同性能和规格的齿轮加工机床的设计方法。采用模块化设计，可以缩短交货期，快速响应市场，而且可提高产品质量，成本更低，性能更加稳定，有利于机床的再制造及维护，便于废弃后拆卸[91。重庆机床集团在产品开发设计过程中，发现滚齿机、插齿机和磨齿机的切削运动特点，从而发明了“先建立三种机床的共同模块，再建立任意两种机床间的共有模块，最后再建立各自的独有模块”的齿轮加工机床模块化可重构设计与制造新方法。另外，在齿轮加工机床的设计过程中，还可采用各种结构优化技术，以改善机床的绿色性能。如：用钢板焊接机床结构部分代替传统的机床铸件结构。由于铸造过程环境污染严重，能耗高，因此采用铸件床身或立柱结构不利于改善齿轮加工机床的绿色性能。采用钢板焊接机床结构一方面提高了机床强度和刚性，而且由于减少了铸造工艺而大大减少了机床制造过程中的环境污染和能源消耗，具有良好的绿色制造特性。

三、结束语

近年来，随着刀具材料、涂层技术等的发展，现在的滚刀线速度可达到600m/min，这就为高速干式切削滚齿机的应用提供了技术保障。干式切削与湿式切削相比，高速干式切齿机床由于完全不需要切削油及不需要增加低温冷风装置，不但极大地提高了机床的生产效率、降低了工件的加工成本，而且有利于保护环境、节约自然资源。随着环境保护意识的日益提高和人们越来越重视各种各样的节能技术，高速干式切齿机床将成为齿轮制造商新购加工设备的目标，近几年国际上各大切齿机床制造商都在集中精力开发高速干式切齿机。所以面向绿色制造的高速干式切齿机床将是绿色齿轮加工机床发展的主要趋势。面向绿色制造的齿轮加工机床有利于减少齿轮加工的油雾污染、清洁生产环境和保护操作者的安全与健康，同时通过减少切削液的使用可以降低加工成本，目前受到国内外切齿机床生产厂家和用户的青睐。面向绿色制造的切齿机主要包括带有全密封护罩和油雾分离器的湿式切齿机、低温冷风切削切齿机、高速干式切齿机床等类别。其中高速干式切齿机床以其高速、高效、不使用切削液、单件生产成本低、环保等优势，将成为绿色齿轮加工机床今后发展的主要方向。

参考文献：

[1]曹华军.齿轮加工机床绿色设计与制造策略及实践[J].制造技术与机床，2013.

[2]师汉民.数控机床几何误差和误差补偿关键技术[J].机床工程师，2015.