【文章內(nèi)容簡介】 化機床設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少不必要的零件數(shù)量。歐盟的生態(tài)效益機床項目就是一個典型的機床設(shè)備輕量化、減量化的例子，該項目中的機床使用機電一體化結(jié)構(gòu)代替現(xiàn)有機床的純機械結(jié)構(gòu)，在保證機床剛性和精度的同時減少機床設(shè)備本身的重量。(2) 機床設(shè)備的模塊化模塊化設(shè)計廣泛應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域，其中柔性制造系統(tǒng)中應(yīng)用模塊化設(shè)計最為顯著，模塊化設(shè)計中的各個單元的功能是相互獨立的，可以選擇不同的模塊單元進行組合。對機床設(shè)備進行模塊化設(shè)計既能夠最大化滿足不同用戶的不同需求，同時也易于機床的組裝、拆卸、維修、回收及重組，提高了機床零部件的通用性，也有助于機床的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化研究，機床設(shè)備的模塊化可以最大限度的利用各種不可再生資源，減少浪費和環(huán)境污染。組合機床就是一種機床設(shè)備模塊化的典型例子，該種機床可以隨著產(chǎn)品或工藝的改變而組裝成另外一種功能不同的機床。(3) 機床設(shè)備新材料與新結(jié)構(gòu)的開發(fā)機械加工所用機床各種各樣，根據(jù)加工方式的不同可分為車床、銑床、刨床、磨床、鏜床等，不同種類不同型號的機床設(shè)備其結(jié)構(gòu)組成不盡相同，但是一般都具有動力系統(tǒng)、加工系統(tǒng)、潤滑與冷卻系統(tǒng)以及車身主體等結(jié)構(gòu)。綠色設(shè)計在機床設(shè)備動力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要就是節(jié)能電機的開發(fā)以及電機工作時候的噪聲和電磁輻射等污染的降低與控制；在機床設(shè)備加工系統(tǒng)中的應(yīng)用主要集中于新型刀具材料的研制、加工效率的提高以及對加工系統(tǒng)噪聲的控制與改善；在機床設(shè)備潤滑與冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括潤滑劑和冷卻液污染排放及熱輻射的防治、各種干式加工技術(shù)的開發(fā)以及各種新型可生物降解的潤滑劑和冷卻液的合成等；在車身主體中的應(yīng)用主要包括兩個方面，一個是機床設(shè)備車身新型材料的研制，如陶瓷、碳纖維、人造花崗巖及樹脂混凝土等復(fù)合材料，既能減少金屬等不可再生資源的開采，又可以提高機床設(shè)備的抗振性和穩(wěn)定性，目的是盡可能取代或減少機床的設(shè)計與制造對操作人員和環(huán)境的影響，另一個是車身主體的使用壽命評價，通過分析與評價延長機床設(shè)備的使用壽命，即所謂的長壽命設(shè)計。(4) 機床設(shè)備再制造機床設(shè)備的再制造就是運用各種先進的技術(shù)，如數(shù)控技術(shù)、自動化技術(shù)等，對傳統(tǒng)普通機床及舊型機床的結(jié)構(gòu)或功能進行相應(yīng)的修復(fù)與改造，達到降低成本的同時機床精度得到提高、功能得到擴展的目的。德國、美國及日本在機床再制造領(lǐng)域均取得了顯著成果，在德國從事機床再制造行業(yè)的機構(gòu)主要有專業(yè)改造廠（如 Lernstatt、FPS 及Huttelmaier 等公司）、二手機床銷售商（如 Hammer 公司）、機床廠（如 Ortech、Boehringer等公司）、數(shù)控裝置生產(chǎn)廠（如 AUTOCON、Siemens 等公司）以及各大高等院校和科研院所（如 Bremen 大學(xué)的技術(shù)與教育研究所、Dortmund 勞動保護與人體工程研究協(xié)會等），在美國從事機床再制造的企業(yè)有 Dayton 機床公司、德寶集團、Bertsche 工程公司以及 US 設(shè)備公司等，在日本從事機床再制造的企業(yè)有濱田工程公司、大限工程集團、山本工程公司、崗三機械集團等。我國機床再制造的一個有效手段是機床的數(shù)控化改造，即將普通機床改造為經(jīng)濟型數(shù)控機床、將普通型數(shù)控機床改造為高級型數(shù)控機床等，如武漢華中數(shù)控公司將數(shù)控化再制造制定為公司的發(fā)展策略之一，對數(shù)百臺設(shè)備進行數(shù)控化再制造，為國家節(jié)省了數(shù)億元設(shè)備購置費。 加工工藝綠色化(1) 機床加工新工藝及新技術(shù)的開發(fā)綠色設(shè)計在機床加工工藝中的應(yīng)用實際上就是在機床設(shè)計與制造過程中運用各種綠色理論與技術(shù)盡可能合理并充分利用各種資源與能源，即想盡一切辦法使各種資源與能源的綜合利用率達到最高。目前針對機床加工新工藝及新技術(shù)主要包括：少、無切削加工技術(shù)，如注塑成型技術(shù)、擠壓成型技術(shù)等，運用這些新型加工技術(shù)加工機械零件，取代了傳統(tǒng)機械加工對毛坯進行切削加工時物能消耗的狀況，也大大減少了產(chǎn)品設(shè)計與制造過程向環(huán)境排放的各種污染物含量；高速切削技術(shù)，在加工零件過程中采用高速切削技術(shù)可以在縮短加工時間的同時保證加工工件形變量小、精度高，從而提高了工件的加工質(zhì)量；干式切削、微量潤滑切削及冷風(fēng)切削等新型切削技術(shù)的使用避免了加工過程中切削液污染環(huán)境的危害，在傳統(tǒng)機床加工產(chǎn)品或零件過程中需要大量使用切削液，目的是對機床與加工零件均起到冷卻、潤滑及清洗的作用，這樣不僅可以延長機床設(shè)備及刀具的使用壽命，也可以避免因加工零件表面溫度升高而導(dǎo)致加工精度降低，提高了整個加工過程的效率，但是切削液的大量使用是機床生產(chǎn)制造過程中對環(huán)境造成污染的重要來源之一，因為不同的加工需要導(dǎo)致切削液成分的多種多樣，其中不乏有對農(nóng)業(yè)及人類健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害的物質(zhì)，此外切削液回收成本及廢棄切削液的處理費用也十分昂貴，因此大力發(fā)展干式切削技術(shù)、微量潤滑切削及冷風(fēng)切削等準(zhǔn)干式切削技術(shù)是現(xiàn)代綠色加工技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢；新型特種加工技術(shù)，如電解電弧加工以及機械超聲波復(fù)合加工等技術(shù)，解決了傳統(tǒng)機床加工方式的局限性，使零件的加工方式更加靈活多樣；虛擬化加工技術(shù)的運用實現(xiàn)了對產(chǎn)品或零件加工、裝配、拆卸及重組各個階段的虛擬仿真，大大優(yōu)化了產(chǎn)品整個生命周期各個階段的各項操作，提高了機床加工產(chǎn)品的經(jīng)濟性能，改善了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品或零件的生產(chǎn)周期，減少了產(chǎn)品或零件的報廢率。(2) 機床加工工藝數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化隨著計算機的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)已廣泛應(yīng)用到各種數(shù)據(jù)和信息檢索等方面，而這些技術(shù)都是為數(shù)據(jù)中各種有價值的信息及知識提供技術(shù)支持的，為各種數(shù)據(jù)庫的建立及優(yōu)化提供有效幫助。不同的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)在處理同一問題時具有不同的效果，目前并不存在一種通用的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)可以解決所有的問題，因此數(shù)據(jù)挖掘當(dāng)前的發(fā)展趨勢為針對某一特定的研究對象或數(shù)據(jù)庫開發(fā)出特定的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)或數(shù)據(jù)挖掘方法。機床加工工藝數(shù)據(jù)庫是機床工藝規(guī)劃系統(tǒng)的重要組成部分，傳統(tǒng)的加工工藝數(shù)據(jù)庫中幾乎沒有考慮資源與能源消耗及環(huán)境污染等問題，因此對機床加工工藝數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化實際上就是在傳統(tǒng)的加工工藝數(shù)據(jù)庫中注入“綠色血液”，也就是開發(fā)機床的綠色加工工藝數(shù)據(jù)庫。目前對機床加工工藝數(shù)據(jù)庫優(yōu)化方面的研究主要集中于機床各種加工工藝信息及其綠色屬性數(shù)據(jù)的挖掘與完善，以及機床加工工藝環(huán)境數(shù)據(jù)庫的建立，其中也包括各種機床加工工藝規(guī)劃方案。具體而言主要有特定機床加工過程中工藝種類的決策、綠色加工工藝過程評價方法的選擇、原材料的消耗量、輔助物料與能源的消耗量以及加工過程中向環(huán)境排放的各種廢棄物污染量等相關(guān)數(shù)據(jù)的收集及量化。 汽車工業(yè)很多國家和地區(qū)把汽車工業(yè)列為資源環(huán)境問題的罪魁禍?zhǔn)?，因此汽車的綠色設(shè)計備受設(shè)計師們的關(guān)注，特別是新技術(shù)、新材料和新能源在汽車設(shè)計中的應(yīng)用。 綠色設(shè)計的應(yīng)用及發(fā)展(1) 綠色材料綠色設(shè)計中材料在一直扮演著十分重要的角色，材料是承載功能的載體，是汽車綠色設(shè)計的基本前提，對材料的篩選是綠色設(shè)計的第一步也是最重要的一步。汽車的綠色設(shè)計要求選擇綠色材料，所謂綠色材料是指在滿足基本功能的同時，對環(huán)境無污染或較小污染，易于加工使用，報廢后容易回收的材料。綠色材料選取主要遵循回歸自然的人性化情懷，盡量選用自然的材料，生產(chǎn)對環(huán)境沒有污染的產(chǎn)品，從而最大限度地利用自然資源?，F(xiàn)階段各個國家都在不斷地加大對新材料的研發(fā)力度，各種新材料層出不窮，但是綠色材料設(shè)計的關(guān)鍵應(yīng)該是通過開發(fā)一種既環(huán)保又具有一定經(jīng)濟性的替代傳統(tǒng)鋼材，才能真正的做到經(jīng)濟與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。對于目前市面上一輛典型的輕型汽車來說，鋼鐵材料約占重總重量的65％。而傳統(tǒng)鋼鐵材料極大地消耗能源，汽車制造商正尋找更輕更高強度的替代品，來達到減輕汽車重量的目的。而在2017年之后，更加嚴(yán)格的節(jié)能減排相關(guān)規(guī)定將出臺，鋼鐵可能被輕量級的材料比如鋁、鎂，甚至超輕型碳纖維所替代。德國寶馬汽車公司計劃在13年推出的 Megacity 電動車（）通過采用碳纖維材料使車身強度更強而重量減少一半。目前很多大型汽車制造商都在尋求新的材料開發(fā)綠色汽車市場，未來通過利用新型材料來減少能源的消耗還有很大的發(fā)展空間。(2) 可回收性一方面由于更新?lián)Q代頻繁造成大量的廢棄物的產(chǎn)生，形成社會負(fù)擔(dān)和環(huán)境污染；另一方面制造商還在考慮如何加快推陳出新，增加競爭力占領(lǐng)市場獲得高額利潤。這就造成地球資源過度開采，急速消耗，呈現(xiàn)浪費嚴(yán)重的趨勢。這種惡性循環(huán)如果得不到遏制會給生活環(huán)境和地球資源帶來無盡的麻煩。意大利的菲亞特公司做過這樣一項估計：如果意大利汽車按照平均使用壽命 12 年來算，全國每年將報廢 160 萬輛汽車，這么大一批報廢車如果不進行回收處理，將占用很大的城市空間，而且在自然條件下經(jīng)過風(fēng)吹雨淋，很快就失去了回收利用的價值，變成一堆廢鐵，所以對于綠色汽車產(chǎn)品材料回收也非常重要?！安牧匣厥帐侵府a(chǎn)品的材料、零部件可作為再一次生產(chǎn)用的原材料投入生產(chǎn)進行循環(huán)再利用?！蹦壳翱茖W(xué)技術(shù)條件下要想實現(xiàn)整車的直接再循環(huán)難度較高且資金耗費也較多，很可能得不償失，比較起來零部件的回收實施起來容易而且也能帶來一定的收益。為了解決汽車報廢后成為汽車?yán)膯栴}，綠色汽車從開始生產(chǎn)就考慮該產(chǎn)品報廢后回收和再利用的問題，它不僅應(yīng)便于零部件的拆卸和分離，而且應(yīng)使零件和材料可以循環(huán)利用，最好使用盡可能少的種類的材料，不但節(jié)約了成本還提高了生產(chǎn)和回收的效率。如馬自達“HRX”型汽車（圖 ）的車身全由高碳聚纖維塑料做成，從外殼到駕駛室，均可以循環(huán)再利用。美國、日本、德國等制造業(yè)發(fā)達國家，都對回收處理制定了嚴(yán)格的法律措施，因為回收階段處理的好壞不僅影響產(chǎn)品的投放，還會影響到產(chǎn)業(yè)鏈的連續(xù)性，所以也要呼吁發(fā)展中國家關(guān)注產(chǎn)品的回收，注重產(chǎn)業(yè)鏈的有序循環(huán)發(fā)展。德國政府要求汽車制造商在汽車報廢時，回收其所生產(chǎn)的汽車并盡可能重用所有的材料：在美國三大汽車制造廠（福特、通用和克萊斯勒）都在制定計劃相應(yīng)的設(shè)計和制造規(guī)范，以設(shè)法重用從生產(chǎn)線上淘汰下來的不合格產(chǎn)品零件，以便符合有關(guān)的法律法規(guī)要求。美國是世界上最有效的汽車回收國，其占汽車總重量 75%的部分均已得到了重新利用，美國大約有 12000 多個汽車零件回收商，進行諸如發(fā)動機、電動機和其他零件的翻新、重售工作。(3) 可拆卸性產(chǎn)品的拆卸是回收的重要前提和基礎(chǔ)，易于拆卸有利于零部件的重新利用或進行材料循環(huán)再生。在設(shè)計初期就應(yīng)該預(yù)測產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，考慮產(chǎn)品所選材料之間的相互作用和影響。簡潔是工業(yè)生產(chǎn)的靈魂，所以在滿足功能要求的前提下，盡量減少產(chǎn)品零部件的多樣性，采用功能集成的配件，選擇盡可能少的材料，對通用零件要盡量實行國際化、標(biāo)準(zhǔn)化，“精簡結(jié)構(gòu)和造型，去掉繁瑣的裝飾，采用易于拆卸的連結(jié)方法，盡量采用相同緊固措施，減少緊固件數(shù)量，易接近拆卸點或破壞性切斷點，盡量避免零部件拆卸方向和移動的復(fù)雜性，避免在塑料部件中嵌入金屬部件保證拆卸的安全，減少拆卸工作量，明確拆卸的部件，使不同材料更好的分類回收”。這樣既方便消費者對該產(chǎn)品的了解和使用，也有利于對產(chǎn)品或部件的適時更替與回收。在德國的巴伐利亞汽車制造廠，對于拆卸再利用這方面已經(jīng)取得了卓越的成果，并合理地進行了再利用為其帶來巨大的商業(yè)利潤。(4) 產(chǎn)品生命周期設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計被要求從提出市場需求時候就考慮產(chǎn)品生命周期的各個環(huán)節(jié)，這