0 前言

　　機床是制造業進行生產加工的主體。目前綠色機床加工系統的研究己經成為綠色制造領域的一個新的熱點，主要體現為4個技術途徑:①研制新型的加工生藝及裝備替代傳統的加工機床，如凈成型工藝、生長型_止藝、粉末冶金等;②設計和開發出具有綠色環保特性的新型機床設備，如高速干式切削機床、低溫冷風切削機床等;③對現有大量的生產機床進行再制造技術提升，如通過數控化簡化機床結構，增加全密封護罩和油霧處理系統，減少對車間環境的污染;④通過對機床加工中的加工要素(刀具、切削液等)、加土參數進行優化，降低能耗，減少加工過程環境污染排放，提高機床加工過程的綠色性。

　　齒輪加工機床是一種技術含量高且結構復雜的裝備，己成為汽車、摩托車、工程機械、風力發電和船舶等行業的關鍵設備口特別是，隨著汽車土業和風力發電行業的高速發展，對齒輪的需求量日益增加，對齒輪加工的效率、質量及加工成木的要求愈來愈.蕩，使齒輪加土機床在汽車、風力發電等行業中占有越來越重要的地位口傳統齒輪加工機床在加工過程中有以下特點:①切削鋼齒輪時，應用切削液可提高刀具壽命，改善加工表而質量，有利于排出一切削熱而不致引起機床的熱變形;但是，高速切削過程中切削液的匕濺和形成的油霧對生態環境和人類特別有害，變質切削液的排放也會嚴乖污染環境;②機床漏油、混油現象嚴重;③由于機床的材料用景能耗、油耗及附加費用偏高，導致齒輪加生成木高，據日木三菱重_上_資料報道，濕式齒輪加生中消耗的切削液及切削液附加裝置的費用占加工成木的}00ro左右;④齒輪加工生產效率低下，加工質量差，難以滿足現代企業生產的要求。

　　在提高生產效率、降低制造成木的同時，做到環境保護、清潔加工，這是當前國外先進發達國家對機床研究的最前端技術要求。目前國際上知名的齒輪加工機床制造商，如美國的GLEASON公司，德國的LIEBHERR公司，日木的三菱重工公司(Mitsubishi Heavy Industry, MHI)-近年來將具有綠色特性的齒輪加工機床作為產品研發的重要方向，并形成了一種新的竟爭優勢，其產品特點主要表現為全數控、高速高效、綠色凈化及防護等，特別是高速干式齒輪加工機床將逐步成為主流。

　　在對齒輪加土機床設計與制造中的綠色特性及資源環境屬性進行分析的基拙上，基于全生命周期工程理論，提出齒輪加工機床綠色設計與制造的技術框架，并對齒輪加工機床的綠色設計與制造策略進行研究，指出齒輪高速干式切削技術及成套裝備的開發是未來綠色齒輪加__仁機床發展的主要趨勢。

1 齒輪加工機床的綠色特性分析

　　齒輪加工機床的生命周期過程包括齒輪加工機床設計制造過程、齒輪加土生產過程以及機床淘汰或報廢過程三個主要階段。這三個階段均不斷地消耗物料、能量并產生環境排放，如圖1。

　　傳統齒輪加工機床的綠色特性總結如表t所不。相比于其他機床，如車床、加工中心、鍵床等，齒輪加工機床如滾齒機、插齒機、銑齒機等傳動鏈較長、結構更加復雜、加工過程中切削油消耗人、汕霧和汕污污染嚴重、漏油混油現象嚴重以及切屑多，這是導致齒輪加工機床綠色性相對差的重要原因。

2 齒輪加工機床綠色設計與制造技術及策略

　　基于齒輪加工機床的綠色特性及資源環境影響狀況分析，提出一種齒輪加工機床綠色設計與制造技術框架，如圖2。

　　2.1 干式切削技術

　　冷卻液在使用過程中的成木一般包括使用成木、購置成木、管理成木工件清潔成木、鐵屑與污油的分離成木、廢液排放處理成木口德國大眾公司(volkswagen)在一份統計分析報告中抱怨，他們冷卻液的使用成木甚至超過了刀具及其維護成木口此外，冷卻液的使用還是造成切削加_廠生態和車間環境污染以及操作者健康傷害的主要源頭，隨著人們環保意識的不斷增強以及相關法規的日益嚴格，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，并出現了微量潤滑切削、冷風切削等準干切削新工藝口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，而是進行傳統切削工藝的重人變革，為新世紀提供一種清潔、安全、高效的新工藝。在國外齒輪加工機床中，干式滾切技術得到了比較完善的發展，典型產品有日木MHI的GE 150A系列滾齒機，德國里伯海爾(Liebherr)的LC18。系列滾齒機，美國格里森(Gleason)公司的Gleason 210H系列滾齒機等口干式滾切加工機床的切削速度可達傳統加工的5倍，生產效率可提高4倍左右。與濕式加工相比，干式滾切加工機床加工成木可降低45%，其中，刀具費降低40%，一叨削油費降低100%，電力費降低33%;加_上的零件質量更高，而且干凈清潔;無油霧、干切屑，工作環境得到改善，更加清潔、安全。

　　實現干式切齒技術需要解決的關鍵技術包括以下幾項。

　　(1)高滾切速度口一般地，在干式滾切加工中，對于涂層(TiA1N)的高速鋼滾刀線速度要求達到180m/min甚至更高;對十硬質合金鋼滾刀線速度要求達到3 00 m/min。為了實現這種高速滾切加工，對于刀具主軸一般可以采用電主軸的方式實現;對十工作臺，采用新型設計的具有自動消除間隙的齒輪傳動系統驅動，替代傳統的蝸桿蝸輪傳動系統，LIEHHERR. GLEASOIV等公司的中小規格高速滾齒機工作臺己采用力矩伺服電動機技術，工作臺轉速達800 rlrnin以上。

　　(2)切屑的快速分離。由于溫度高，切屑若不能快速脫離刀具、工件和機床，容易引起熱變形，影響加工精度，因此必須快速有效地排除鐵屑。在干式滾切加工中，一般通過滾刀的高速滾切使鐵屑快速離開刀具及工件。很多公司針對排屑問題，還提出了一些機床結構改進方案，如借助重力加快鐵屑的去除，并避免鐵屑_肖接落在工作臺上，再輔助高壓冷風，可以達到快速有效去除切屑的效果口有些公司還采用了不銹鋼隔熱罩，一方而不銹鋼表而光滑，便十鐵屑排除，另一方而不銹鋼的熱傳導系數小，減少了鐵屑熱量向工作臺和床身的傳遞。

　　(3)高速滾刀口干式滾切用的滾刀材料發展初期采用硬質合余鋼，但由于硬質合金鋼滾刀成木昂貴，近兒年發展的粉末冶金高速鋼滾刀以及TiA1N涂層高速鋼滾刀具有取代硬質合金鋼滾刀用于干滾切加匕的趨勢。里伯海爾公司在一份研究報告對硬質合金滾刀((Carbide)干滾切、粉末冶金高速鋼滾刀歸SS-PM)千滾切以及常規高速剛滾刀(Canv.HSS)滾切加工時間和加工成木進行了比較。對比分析緯果表明，于式滾切相對于常規加工而言，加工時間短，成木更低;采用粉末冶金高速鋼滾刀甚至比采用硬質合金鋼滾刀具有更好的干式滾切加工效果。

　　2.2 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，雖然節約了原材料消耗，但加工過程中存在加土能耗、噪聲人以及加工能力有限等問題，仍有待大力推進其技術的發展。圖3即為為無屑加土的齒輪冷軋機。

　　2.3 數控化技術

　　齒輪加工機床的數控化改造有利于其設計與制造的綠色化，主要表現在以下幾個方而。

　　(1)齒輪加工機床數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，節約資源，減少環境污染。

　　(2)采用數控程序，提高了機床的自動程度，人人縮短了機床調整時間，提高了生產率。

　　(3)切削速度、進給量等切削參數任意可調，提高了加生幾柔性，便切削參數的優化。

　　(4)人機交互式界而，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。

　　2.4 模塊化及結構優化設計技術

　　齒輪加工機床的模塊化設計是根據客戶要求，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格的齒輪加工機床的設計方法口采用模塊化設計，可以縮短交貨期，快速響應市場，而且可提高產品質量，成木更低，性能更加穩定，有利于機床的再制造及維護，便十廢棄后拆卸。重慶機床集團在產品開發設計過程中，發現滾齒機、插齒機和磨齒機的切削運動特點，從而發明了“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傳統的機床鑄件結構口由十鑄造過程環境污染嚴重，能耗高，因此采用鑄件床身或立柱結構不利十改善齒輪加工機床的綠色性能口采用鋼板焊接機床結構一方而提高了機床強度和剛性，而且由于減少了鑄造工藝而人人減少了機床制造過程中的環境污染和能源消耗，具有良好的綠色制造特性。重慶機床集團在開發的YS3 t 16 CNC系列數控高速滾齒機中成功地采用了鋼板焊接立柱、傳動箱等結構，取得了良好的效果，如圖4。

　　2.5 再制造技術

　　齒輪加工機床設計開發過程中，應從全生命周期角度出發，充分考慮機床資源的循環重用，采用可拆卸回收性設計以及模塊化設計等方法，便于機床報廢后進行再制造及技術提升。

　　齒輪加土機床具有較高的回收利用價值，可重用部件資源回收利用率較高，而且再制造成木較低，如再制造滾齒機成木僅為同種技術水平的新滾齒機的50%~60%口通過再制造，機床人量零部件得以重用，避免制造這些零部件的過程(鑄造、焊接、切削加工和熱處理等)中的環境污染及資源 ,能源消耗，也避免了對這些零部件進行回收處理過程的資源消耗與環境污染。對齒輪加工機床進行綜合性能提升后，實現了高質量.高精度、自動化加工，減少調整、加土和檢驗時間，加工精度穩定，廢品率降低，生產成木減少，井實現加工過程的節能、降噪。滾齒機床再制造前后對比如圖5、6所示。

　　2.6 其他技術

　　采用油霧處理裝置凈化油霧。在高速一叨削條件下，齒輪加g2會產生大星的油霧，對生產車間造成嚴重的環境污染二采用油霧分離器可以對所排出的油霧進行凈化，人大減少油霧對車間環境的污染，可以達到良好的效果，如圖7所示。

　　采用有效的切屑回收系統，分離鐵屑與油污口人量的油污被粘附在工件和鐵屑中帶走，由十鐵屑體積小，數量大，總的表而積很人，而且通常鐵屑形狀不規則，有利于油污的吸附，因此鐵屑帶走的油污量很人。但在一般情況一下，這個問題并沒有得到熏視，大量油污棍在鐵屑中帶走，最終造成環境污染，因此需要對鐵屑和油霧進行分離。具體的實施過程可以考慮增加先進的切屑回收系統，用于分離鐵屑與油污，一方面有利于鐵屑的回收，另一方而義可以減少鐵屑中廢液的環境污染問題口如圖8是YKS3120系列六軸數控滾齒機的排屑裝置，具有鐵屑和污油分離功能。

3 綠色齒輪加工機床的發展趨勢

　　從環保生態學和技術經濟角度出發，有效控制或廢除切削油的人量使用是綠色齒輪加工機床發展的大勢所趨。

　　濕式切削法需要配置油箱及油路系統，還須采取措施防止油變質，以及進行廢油處理，工件清洗，切削油排除處理等。而切削油中含有對人體有害的硫化物、氯化物等。在干式切削條件下，采用全密封護罩加油霧分離器的方式有效控制切削油產生的環境和健康危害并實現切削油的清潔循環使用是一種有效措施。由于該種方式沒有對機床結構、剛性及刀具等提出新的技術要求，因而實現成木較低，技術跨度相對較小，因此目筋這種環保型濕式切削滾齒機在發展中國家存在著人量需求。該方法的缺點在于并沒有真正擺脫切削油的使用，其環境.與健康的潛在危害仍然存在。

　　而干式齒輪加工方式是一種真正意義上消除切削油使用的先進加.兒方式，是米來齒輪加工機床綠色化、高速、高效發展的必然趨勢。千式齒輪加幾一分為低溫冷風干式和高速干式切削兩種方式。

　　低溫冷風切削是在現有高效滾齒機和插齒機等的基礎上增加低溫冷風裝置井采用極少量的切削潤滑油，這種方式的干式切削在現有高效滾齒機的綠色化改造中具有較人價值。

　　近年來，隨著刀具材料、涂層技術等的發展，現在的滾刀線速度可達到600 m/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十完全不需要切削汕及不需要增加低溫冷風裝置，不但極大地

　　提高了機床的生產效率、降低了工件的加_工成木，而且有利于保護環境、節約自然資源。隨著環境保護意識的日益提高和人們越來越重視各種各樣的節能技術，搞速干式切齒機床將成為齒輪制造商新購加工設備的目標，近兒年國際上各大一切齒機床制造商都在集中精力開發高速干式切齒機。所以而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展的主要趨勢。

4 結論

　　(1)而向綠色制造的齒輪加i_機床有利十減少齒輪加工的油霧污染、清潔生產環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，目前受到國內外切齒機床生產廠家和用戶的青睞口

　　(2)而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、高速于式切齒機床等類別。其中高速干式切齒機床以其高速、高效、不使用切削液、單件生產成木低、環保等優勢，將成為綠色齒輪加工機床今后發展的主要方向。