引 言
機械制造業(yè)在將制造資源轉化為產品的過程中以及在產品的使用和回收處理過程中，產生了大量的工業(yè)污染。隨著全社會環(huán)保意識的增強，以及國際上對進出口商品環(huán)保要求的不斷提高，企業(yè)家和技術人員也都意識到，若繼續(xù)采用粗放型的機械制造模式，將不利于整個社會和行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此急需在機械制造業(yè)中探索和實施符合環(huán)保要求的綠色制造模式。目前，美國、加拿大、德國等一些發(fā)達國家，對綠色制造及其相關問題進行了大量的研究，隨著IS014000環(huán)境管理體系系列標準的頒布，企業(yè)環(huán)境管理和綠色制造的研究更加活躍，這也引起了我國眾多企業(yè)的重視。越來越多的事實證明，誰進行綠色制造，誰生產綠色產品，誰就擁有市場。
數控車床是制造業(yè)進行生產加工的主要工作母機之一，近年來，隨著制造業(yè)自動化的發(fā)展和數字化加工要求的提高，其市場需求量大幅度增加，因此，開發(fā)綠色環(huán)保的數控車床尤為重要。
1 綠色設計的內涵和原則
綠色設計 (Green Design，GD)又稱生態(tài)設計、環(huán)境意識設計、生命周期設計等，雖然這些設計概念在提出的初期各有側重，但隨著近年來的發(fā)展，基本上都趨于同一概念，即設計目的是為了極小化產品全生命周期過程的資源消耗和環(huán)境影響，使得其經濟效益和環(huán)境效益協(xié)調優(yōu)化。區(qū)別于從功能上人手、在強度上保證、以滿足人的需求和解決問題為出發(fā)點的傳統(tǒng)設計，綠色設計著重考慮產品的環(huán)境屬性，即自然資源的利用、環(huán)境影響及可拆卸性、可回收性、可重復利用性等，并將其作為設計目標來進行產品設計，是現(xiàn)代設計方法中一種全新的設計理念。圖1為產品綠色設計過程中應遵循的原則}3]。綠色制造(Green Manufacturing)是高效、清潔制造方法的開發(fā)及應用，以達到綠色設計目標的要求。綠色制造涉及三部分問題：一是制造問題，貫穿于產品生命周期全過程；二是環(huán)境保護間題；三是資源優(yōu)化利用間題。
2 數控車床組件的綠色設計
2.1 主傳動系統(tǒng)的簡化
普通車床的主傳動系統(tǒng)主要是變速機構的設計，傳動鏈多、傳動關系復雜、制造周期長。與之相比，數控車床的主傳動采用交、直流主軸調速電動機，電動機調速范圍大，可無級調速，使主軸箱的結構大大簡化；同時，由于齒輪的減少，降低了噪聲，也減少了功率或效率損耗。目前，在綠色設計規(guī)范下，為簡化傳動鏈，數控車床主軸驅動主要有三種形式可供選擇：①采用變頻電機，可實現(xiàn)多檔內自動無級調速；②采用主軸伺服電機，實現(xiàn)無級調速；③由電動機直接驅動主軸旋轉，其中，主軸電動機與主軸可通過聯(lián)軸器直接連接，或采用內裝式主軸電動機直接驅動。各傳動形式見圖2。
2.2 床身的綠色設計與制造
床身是數控車床的主要支承件，其設計與制造是數控車床綠色制造的重要方面。目前，采用鋼板焊接床身結構代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鑄件是床身制造的一種新工藝。由于鑄造過程環(huán)境污染嚴重、能耗高，因此采用鑄件床身不利于改善機床的綠色性能。在合理的設計和工藝安排下，鋼板焊接床身結構不但可提高機床的強度和剛性，而且由于減少了鑄造工藝而大大減少了機床在制造過程中的環(huán)境污染和能源消耗，具有良好的綠色制造特性。同時，為了消減車床工作中的振動，可在床身內腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，當振動時，利用相對摩擦來耗散振動能量。
需要指出的是，鑄造床身因其具有材料成本低廉、鑄造性能優(yōu)良、易于加工、耐磨性和吸振性好等優(yōu)點，被廣泛采用，所以必須大力推廣綠色鑄造工藝。
2.3 潤滑油路的綠色設計
數控車床的潤滑油路主要包括主軸箱油路和導軌潤滑油路。一般主軸箱油路是封閉的，機油在循環(huán)使用，不會飛濺污染環(huán)境;而導軌潤滑油路則是敞開式的，主要通過安裝在床身尾側的集中潤滑器集中供油，沒有進行回收，是造成機加工中工作環(huán)境污染的主要因素。根據綠色設計的可回收性設計思想，為達到機油完全回收，可以對導軌潤滑油路進行改造或在導軌外加輔助回油槽。此外，從導軌回流的機油，可能含有雜質，需過濾干凈方可重新使用。為達到此目的，需外加一個多層回油過濾器，使從導軌回流的機油經多層過濾后再回流到油箱，從而達到機油的反復利用。
3 數控車床的可拆卸性設計
可拆卸性設計(Design for Disassembly，DFD)又稱面向拆卸的設計，是綠色設計的主要內容之一，它要求在產品設計的初級階段就將產品維修或廢棄后的拆卸問題考慮在內，使設計的結構易于拆卸，便于回收，以達到節(jié)約資源和能源、保護環(huán)境的目的。產品拆卸性能的好壞直接影響到產品的可回收性，因此，可拆卸性設計是實現(xiàn)數控車床綠色制造的重要條件。
3.1 可拆卻性設計的準則
在可拆卸性設計過程中引人拆卸設計準則是改善產品拆卸性能的有效方法，如果能夠很好地遵守設計準則，就會大大減少產品對環(huán)境的負面影響。目前，通用的DFD準則主要包括以下幾個方面：
(1)減少拆卸的工作量。包括使產品模塊化，減少連接件的數量，減少使用材料的種類，采用可兼容的材料，盡量合并需要拆卸的零件，使需要拆卸的零件易于獲得。
(2)防止產品結構的改變。包括避免易腐蝕材料處于腐蝕環(huán)境、避免零部件被污染等。
(3)易于拆卸。包括保證產品拆卸過程中具有穩(wěn)定性，廢液易于排放，使用易拆卸或破壞的緊固件，減少緊固件數量，多數零件采用相同的緊固方式，易于到達拆卸或切割位置，避免零件復雜的拆卸路徑，避免塑料件內嵌人金屬，零部件表面易于抓取，避免非剛性零部件，對有毒物質進行密封。
(4)易于分離。包括避免二次處理(油漆、涂層、電鍍等)，避免復合材料，對不同材料進行標識，不采用可能損害拆卸回收性能的零部件和材料。
(5)減少產品組件的多樣性。包括采用標準件、通用件，盡量減少緊固件的種類。
數控車床綠色設計過程中，在滿足功能要求的條件下，應以上述準則為依據進行設計。下面以數控車床導軌的可拆卸性設計為例作一說明。
3.2 導軌的可拆卻性設計
導軌是數控車床的主要構件之一，它的精度直接影響加工工件的尺寸精度。傳統(tǒng)的鋼一鑲鋼導軌由于存在低速進給時爬行、易磨損等缺點，近年來已逐漸被貼塑導軌和滾珠導軌所取代。
貼塑就是在導軌滑動面上貼一種由聚四氟乙烯和添加青銅粉、二硫化鑰及石墨等多種材料復合成的軟帶。它可使導軌的摩擦系數降低，穩(wěn)定性、吸振性更好。根據綠色設計的可拆卸性設計思想，在數控車床中采用貼塑導軌，其耐磨性好，能有效地防止爬行，具有自潤滑性，提高了導軌壽命，機床報廢后貼塑層易分離，并且導軌和床身可重復使用，明顯降低了制造和維護成本，具有良好的經濟和生態(tài)效益。據驗證，貼塑導軌的使用壽命為普通鑄鐵導軌的8倍一10倍，同時刮研修配容易、更換方便。
3.3 數控車床的模塊化設計
產品的模塊化設計可以減少拆卸的工作量，解決產品品種規(guī)格、設計制造周期和生產成本之間的矛盾，同時又可為提高產品質量、方便維修，增強產品競爭力提供必要條件。東京大學的研究人員提出了模塊化的若干特征：技術成熟，功能可升級，壽命長，易于保證品質，易于清洗、修復等。數控車床的模塊化設計主要包括床身、主軸箱、進給系統(tǒng)、床鞍、刀架、尾座等部分。
4 結 論
數控車床的綠色設計是綜合考慮了產品質量、功能、壽命和環(huán)境的系統(tǒng)設計方法。本文對數控車床的綠色設計技術進行了部分討論，表明其具有很大的應用前景。近年來綠色設計技術發(fā)展迅速，國外的綠色設計應用效果明顯，我們應將綠色設計研究成果盡快付諸實施，以促進機床行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
