工艺与装备 ４９ 拉削机床在绿色制造业中的应用 王艾泉 于凤军ｚ （１．山东省机械设计研究院，济南２５００３１；２．山东省住房与建设厅，济南２５００００） 摘 要：绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包 装、使用、报废处理、回收再生与复用的整个产品生命周期中，对环境的影响为零或极小，资源消耗尽可能少， 并使企业经济效益和社会效益协调优化。绿色制造是新时期制造业重要的发展方向，也是我国经济建设可持续 发展的重要因素之一。目前我国绿色制造业的研究仅处在起步阶段，拉削机床已开始在绿色制造业中得到应 用，还需要在组织、标准、实施中规范化，需要全社会共同关注。 关键词：绿色制造 制造业 拉削机床 污染 干式切削 博鳌亚洲论坛２０１０年年会的主题为：“绿色复苏：亚 高。而在现代切削加工工艺中，刀具是切削加工中保证加 洲可持续发展的现实选择”。论坛探讨了绿色增长时代的 工质量、提高生产效率的一个重要因素；同时也影响着切 企业经营战略与实践、经济转型中的资本市场定位、低碳 削加工过程中的能量消耗、切削液的使用、生产的安全 能源；提出了如何在”后金融危机”这一背景下转变全球 性，即影响切削加工的绿色性。近年来，环保型的高性能 经济旧的发展模式，走出一条具有亚洲特色的”绿色复苏 刀具材料（含表面涂层材料）、刀具制造工艺技术、刀具安 ”之路；实现经济、社会与环境的协调发展，已经成为亚洲 全技术及刀具使用技术的发展，大大改善了切削加工性 乃至全球发展必须要做出的现实抉择。“绿色”理念再一 能，使得高速切削、干式切削等绿色切削加工技术得以实 次引起国际上的广泛重视。 现，传统切削加工的加工质量、切削效率、加工成本、能耗 绿色制造作为现代制造业中一项新的课题，已经引起 以及切削液的使用等也得到了改善，有利于实现绿色制 制造业方面学者和专家的关注和研究，并成为世界各国 造。在面向绿色制造的工艺规划中，许多企业的工艺部门 尤其是发达国家研究的热点，制造业将面临改变传统制 从加工时间、加工质量、成本、资源消耗、环境影响五个方 造模式，实现绿色制造的新局面。我国为规范和推进绿色 面，分析了切削工艺对切削加工的影响，建立了一种面向 制造进程，已纳入了“十一五”国家科技支撑计划，以清华 绿色制造的切削工艺选择决策框架模型，并采用综合评 大学为代表的许多高等学府，也设立了相关机构，从事着 价的定量分析和专家系统的定性推理相结合的方法。 绿色制造的研究和交流，国家已于２００８年专门成立了全 拉削机床作为这种拉削工艺的载体，同样属于金属切 国绿色制造技术标准化技术委员会，正在进行与绿色制 削机床中的一类，拉削工艺是切削加工的重要组成部分， 造相关的标准体系建立和标准制定及研究工作。 它是一种高精度、高效率、可迅速实现高复杂程度成型的 绿色制造主要是综合考虑环境影响和资源效率问题， 机械加工方法，其拉削方式包括内式拉削、外式拉削、单 其目标是使产品从设计、制造、使用到报废处理的整个产 刀拉削、组合式拉削、多工位侧式拉削等，适用于各种机 品生命周期中，对环境的负影响尽可能小，资源消耗尽可 械部件的盘、内孔键槽、花键槽异形内孔及螺旋形花键槽 能少，包括低碳和可持续发展等热点问题，并使企业经济 等几何形状及特定工件外表面的精加工，广泛适用于工 效益和社会效益协调优化。谈论绿色制造，首先应当谈装 程机械、汽车、摩托车、农机、纺机、电动工具、电动机、齿 备制造业的绿色制造。金属切削机床是装备制造业中典 轮、链轮等异性传动件和基础件的生产制造行业。在航空 型产品，无论从产品还是到工艺，都关联着绿色制造的大 制造业中，同样也普遍被用来加工盘类零件的榫槽和叶 概念，本文主要谈论金属切削机床中的拉削机床在绿色 片的榫头拉削加工。可见，在机械制造业中拉削成型技术 制造业中的应用。 得到越来越广泛的应用。 当前，我国机床行业正处在一个非常好的发展时期。 传统的拉削机床像其它传统的金属切削机床一样，大 国民经济的持续平稳较快发展，为机床行业的快速健康 多是湿式拉削工艺，由于受刀具、机床结构及工作原理等 发展创造了十分有利的宏观环境。切削加工是制造技术 因素的影响，存在维修不方便、效率低、污染多等弊端。 的主要基础工艺，随着制造技术的发展，切削工艺进入了 我国制造业大都建立在大量耗用原材料、能源、初级 以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成 劳动力、大量进口发达国家的知识技术产权，以及牺牲环 套技术为特征的发展新阶段。诸如高速切削是切削加工 保及生态资源的基础之上的，从很多角度看都是不健康 的发展方向已成为切削加工的主流，它的发展和推广应 的，是违背可持续发展目标的。绿色制造的概念就是要求 用将带动整体制造业水平、效益、环境友好性的进步与提 在产品的设计、制造和使用过程中减少所（下转第５１页） 工艺与装备 ５１ ｔｈａｔ ｐｌａｔｅ ｗａｓｔｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｓｉｌｅｎｔ ｃｈａｉｎ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎ ｉｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ Ｓｉｌｅｎｔ Ｃｈａｉｎ Ｃｈａｉｎ Ｐｌａｔｅ Ｗａｓｔｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｅｅｔ ｍｅｔａｌ ｓｔａｍｐｉｎｇ ｄｉｅｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｈａｖｅ ｂｌｕｎｔ ｏｒ ｃｏｎｃａｖｅ ｅｄｇｅ ｄｉｅ ｇａｐ， ＺＨＡＮＧ Ｂａｏｙｉ，ＷＡＮＧ Ｘｉａｎｚｈｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｚｈｉｇａｎｇ ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｒｉｏｕｓ ｔｅａｒ，ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｌａｒｇｅ，ｃｌｅａｒ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ （Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｂｅａｒｉｎｇ ａｒｅａ ｏｆ ｔｒｅｎｃｈ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｎａｎ ２５００００） ｓｏｕｒｅｅ．Ｉｔ ｉｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｉｍｐｒｏｐｅｒ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｔｉｓｓｕｅ ｆａｉｌｕｒｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ Ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｌｅｎｔ ｃｈａｉｎ ｃｈａｉｎ ｐｌａｔｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ， Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｉｌｅｎｔ ｃｈａｉｎ，Ｃｈａｉｎ ｐｌａｔｅ，Ｓｈｅｅｔ，Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｏｔｈ ｒｏｏｔｓ，ａｎｄ ｃｈａｉｎ ｐｌａｔｅ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗｅｄ （上接第４９页）需要的材料投入量和能源消耗量，尽可能 再用。 采用先进的信息技术，通过短缺资源的代用、可再生或易 新型的拉削机床正是在保证产品的功能、质量、成本 于再生资源以及二次能源的利用，提高资源利用率，最大 的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模 限度的减少环境污染。我国许多制造业企业也正在大量 式，使产品生命周期中尽可能产生环境污染或环境污染 借鉴国外发达国家先进经验的基础上，结合我国实际情 最小化，在节约资源和能源方面，使资源利用率最高，能 况，开始着手绿色制造技术的研究和开发，拉削机床的研 源消耗最低；在采用回收再生与复用技术，实现资源、能 究与开发已进入一个新的时期。 源和物料的可再生循环。 以山东昌邑立辉拉床有限公司开发研制新一代拉削 绿色制造是新时期制造业重要的发展方向，也是我国 机床为例，就是引入绿色制造理念，在传统拉削机床的结 经济建设可持续发展的重要因素。目前我国绿色制造业 构形式及传动配置等方面应用新技术来实现绿色制造的 的研究尚处在起步阶段，还需要在组织、标准、实施中规 机床产品。拉床的重要功能部件是差速装置，传统的差速 范化，要使制造企业认识到，绿色制造不仅是一个社会效 装置压力损耗较大，受到流量的限制，主油路的压力高， 益显著的行为，也是取得经济效益的有效手段。要积极培 换向冲击大，油温过高。而在该产品上却应用了自主设计 养和引进绿色制造方面的人才，加强同国外绿色制造方 的专利产品拉床用差速阀，也就是在液压缸与换向阀之 面的专家进行交流，吸收先进的绿色制造技术，鼓励并推 间设置了一个差速阀，这是一种专门用于液压拉床的液 进绿色制造技术的研究和开发应用，随着科学技术的发 压元件，当向液压缸的无杆腔通人高压油时可提高液压 展，绿色制造技术已成为制造业先进技术的重要标志。 缸活塞的移动速度，该差速阀采用缸后差速方式，流量 大，压力降小，可以提高回程速度，实现快速回程，大大缩 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｒｏａｃｈｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｇｒｅｅｎ Ｍａｎ－ 短回程时间，明显提高拉床工作效率，可以提高回程速度 ｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２－６倍；另一方面，采用手动换向阀，并在手动换向阀与滑 ＷＡＮＧ Ａｉｑｕａｎ ．Ｙｕ Ｆｅｎ６ｕｎ 座之间设置了一个机械式操纵装置，当滑座移动到相应 （１．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉｎａｎ 位置时该操纵装置可带动手动换向阀的阀杆移动，实现 ２５００３ １；２．Ｈｏｕｓｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， 液压缸的自动换向。同时，还具有以小的作用力取代传统 Ｊｉｎａｎ ２５００００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｒｅｅｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｉｓ ａ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｅｎ— 液压缸大的作用力的功能，大大降低了动力的消耗，节省 ｖｉｒｏｎｍｅｕｔｌａ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｅｆｉｆｅｉｅｎｃｙ ｍｏｄｅｍ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｐａｔ— 了动力能源；并且，由于它的特殊结构，有效地降低了液 ｔｅｒｎ，ｉｔｓ ｇｏａｌ ｉｓ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｄｅｓｉｎｇ，ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ， 压油温的升高，避免了换向冲击大，油温过高等弊端。另 ｔｈｅ ｐａｃｋｉｎｇ，ｔｈｅ ｕｓｅ，ｔｏ ｄｉｓｃａｒｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ｗｈｉｃｈ 外，与电磁换向阀和行程开关组成的换向装置相比，它具 ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｕｐｌｉｃａｔｅ ｕｓｅｓ，ｔｏ ｅｎｖｉｒｏｎ— 有使用可靠，调整方便，结构简单，成本低廉的优势。在动 ｍｅｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆｏｒ ｚｅｒｏ ｏｒ ｍｉｎｉｍｕｍ，ｔｈｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｓ ａｓ 力头设计和刀具选配上也综合考虑了拉削过程的优化以 ｆａｒ ａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｌｅｓｓ，ａｎｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ 最高生产率和最低单件成本等绿色概念，实现了＿Ｆ式拉 ｔｈｅ ｓｏｃｉａｌ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｇｒｅｅｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｉｓ 削的功能，并可根据不同的加工工艺要求选择干式拉削 ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｉｍｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｉｎｄｕｓ— 和湿式拉削。机床导轨采用采用直线滚动导轨替代普通 ｔｒｙ，ａｌｓｏ ｉｓ ｏｎｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ ｔｏ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｅｖｅｌｏｐ— 导轨。运动系统采用滚动导轨形式，滚动导轨作为滚动摩 ｍｅｎｔ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ｇｒｅｅｎ ｍａｎｕｆａｅ— ｔｕｒｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｙｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎｌｙ ｏｃｃｕｐｉｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｒｔ ｓｔａｇｅ，ｂｒｏａｃｈｉｎｇ ｍａ— 擦副的一类，具有摩擦因数小（０．００３～０．００５），运动灵活， ｃｈｉｎｅ ｈａｓ ｂｅｇｕｎ ｔｏ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｇｒｅｅｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｎｅｅｄｓ 动、静摩擦因数基本相同，起动阻力小，而不易产生爬行； ｉｎ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ，ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａ— 同时，滚动导轨可以预紧，刚度高，精度高，可以采用脂润 ｔｉｏｎ，ｎｅｅｄｓ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｓｏｃｉｅｔｙ ｔｏ ｐａｙ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏｇｅｔｈｅｒ． 滑，润滑方便，一次填装，长期使用等特点；主要零件采用 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｇｒｅｅｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｂｒｏａｃｈｉｎｇ ｍａ— 模块化设计，通用化系数高，提高了互换性要求，可修复 ｃｈｉｎｅ，Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，Ｄｒｙ－ｃｕｔｔｉｎｇ