绿色制造机械加工论文

摘要：随着全世界经济的快速发展以及人口的急剧增加，为满足人类日益增长的物质要求，机械加工业得到大力发展，但是伴随着机械加工业的发展，出现了一系列的环境问题。全球环境受到严重污染，大量能源被浪费，世界资源趋于枯竭，生态环境的破坏越来越威胁到人类的生存。因此为了实现保护环境的目标，机械加工业中采用了绿色制造工艺。今天小编为大家精心挑选了关于《绿色制造机械加工论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

绿色制造机械加工论文 篇1：

面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度模型

摘 要 随着社会经济的发展，制造业对环境的负面影响越来越大。绿色制造，是提高资源利用率，降低对环境负面影响的现代制造模式，机械加工系统是通过加工资源转变为半成品或成品的过程，将绿色制造的理念应用于机械加工系统中，需要对加工系统任务进行优化调度，从而减少对环境的影响，降低资源消耗，最终实现绿色制造。本文针对绿色制造的机械加工系统，提出建立任务优化调度的框图模型及数学模型，并对模型的内容与目标进行了分析，旨在推动机械加工系统更好的向绿色制造方向进行转变，提高生产效率，降低对环境的负面影响。

关键词 调度模型；优化；绿色制造

1 建立机械加工系统任务优化调整模型

1.1 面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度框图模型的内容与目标

由于机械加工系统是通过对资源的加工转化为半成品或成品的过程，在整个机械加工过中，会伴随着出现资源、能源的消耗，生产中废弃物对环境带来负面影响。经过研究发现，对机械加工系统任务通过合理调度，可以减少对环境造成的负面影响，例如：

如在车间中，存在两台卧式车床，分别为01号、02号，需要对A、B两批工件进行车削外圆作业，但由加工工艺的要求不同，在进行A工件车削外圆作业时，主轴转速需要达到600 r/min，在进行B工件车削外圆作业时，主轴转速需要达到185 r/min，车削的时间为15 min。在进行A、B两批工件加工时，面对两种调度方案，第一种为使用01号卧式车床进行A工件车削外圆作业，使用02号卧式车床进行B工件车削外圆作业；第二种为使用01号卧式车床进行B工件车削外圆作业，使用02号卧式车床进行A工件车削外圆作业，调度方案如图1所示。

通过上述两种对比方案，根据实测获得数据，第一种调度方案下，空载总能耗值为0.79 kW/h，采用第二种调度方案，空载总能耗值为0.65 kW/h，综合对比可以发现，采取第二种调度方案进行一组工件的加工，就可以节约电能0.14 kW/h。如果是批量加工，每天进行切削20个小时的话，采取第二调度方案比第一调度方案每年可节约点能3360 kW。可见采用第二种调度方案，可以节约能源。

根据这一案例，可以对面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度模型进行阐述，那就是以机械加工系统中机床的基本参数、绿色特性等参数与加工任务的工艺参数、生产计划等相关参数作为调度问题进行输入，选择成本、时间、质量、资源消耗与环境影响作为机械加工的优化目标，通过合理安排获取优化调度方案，最终使机械加工系统在生产过程中降低资源的消耗，减少对环境的负面影响，建立的绿色制造的机械加工系统任务优化调度框图模型如图2。

图2中，机械加工系统实物流以黑色箭头表示，在进行产生作业的过程中，会伴随出现资源消耗及对环境的影响问题，调度问题的参数流以白色箭头来表示，通过对加工时间、加工质量、加工成本、加工环境目标、加工资源目标等参数进行优化，最终完成绿色制造的机械加工任务优化调整。

1.2 面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度的数字模型的内容与目标

首先，建立三元组数字模型，三元组数字模型为：α|β|γ。

其中α为调度模型中的变量参数集，包括加工任务参数子集，设为J，机床参数子集，设为M，α={J，M}。其中，J子集之中包含了加工时间、加工优先级、加工任务参数、加工工艺参数、交货期；M子集中包含了结构设计、辅助装备、机床成本、机床质量、噪音性能、能耗特征、机床空闲时间、切削溶液耗量。

三元组数字模型中β代表的是调度模型的约束集，β内容主要包括机床负荷均衡约束、加工任务工艺要求的约束、加工任务最早开工时间约束、加工方式约束等。

三元组数字模型中γ主要包含质量、成本、时间、资源消耗与环境影响，属于调度模型中的目标函数集。

2 面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度模型的目标

主要包含了加工时间、加工成本、加工质量、加工资源消耗与加工环境影响等五个目标。在整个模型之中，每个目标存在着自身的特性，相互之间也存在着紧密的联系。根据调度模型的特征，可以分为传统调度问题的优化与绿色性优化两个方面。

3 结束语

面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度模型可以有效的对机械加工系统任务优化调度进行较为直观的描述，从而以调度模型为基础，对机械加工系统中的加工质量、加工时间、加工成本、资源消耗及环境影响等因素进行优化，最终提高生产效率，降低资源消耗，减少机械加工对环境的负面影响，获得良好的经济效益与生态效益。

参考文献

[1]赵刚，张华，江志刚，等.通用机械加工车间绿色制造系统工程方法[J].制造业自动化，2012，34（22）：16-20，57.

[2]赵刚，张华，江志刚，等.通用机械加工车间绿色制造系统工程方法[C].全国先进制造技术高层论坛暨第十一届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集.2012：48-56.

[3]陈京平.面向机械加工工艺规划的绿色制造技术研究[D].南昌大学，2010.

作者：陈晋晋

绿色制造机械加工论文 篇2：

绿色制造工艺在机械加工中的应用研究

摘要：随着全世界经济的快速发展以及人口的急剧增加，为满足人类日益增长的物质要求，机械加工业得到大力发展，但是伴随着机械加工业的发展，出现了一系列的环境问题。全球环境受到严重污染，大量能源被浪费，世界资源趋于枯竭，生态环境的破坏越来越威胁到人类的生存。因此为了实现保护环境的目标，机械加工业中采用了绿色制造工艺。

关键词：机械加工；绿色制造；工艺

绿色制造工艺能充分考虑机械加工业对生态环境的影响和资源的利用率。要想机械加工业对环境的影响达到最小，实现资源利用率的最大化，就要将绿色制造工艺实现在产品生产过程中的每一个环节中。

1.绿色制造工艺的概念

绿色制造工艺将传统的生产工艺作为基础，与材料科学等技术相结合的现代制造工艺。其最终目的是实现对资源的最大利用率，尽可能降低生产成本，减小对生态环境的危害。绿色制造工艺可分为如下三类：

1.1.节约资源的工艺技术。该技术主要体现在生产过程中对传统的生产流程进行简化，实现节约资源的目标。在设计方面，为使资源的利用效率提高，可以在允许的条件下减少零件的使用数量；在工艺方面，可以通过提高生产过程中各项技术的操作水平，以达到减少材料消耗的目的。

1.2.节省能源的工艺技术。该技术是通过在生产过程中，减少资源的消耗量以达到节省能源的目的。

1.3.环保型工艺技术。该技术指在工艺技术的基础上，将生产过程中对环境和人类造成危害的物质尽量不产生或是尽可能少的产生。当前，最有效的方法就是在生产过程中的各个环节都避免有害物质的产生，并加强末端污染物的处理工作。

在这三大绿色制造工艺中，节约资源的工艺技术最重要。因为世界上的资源大多是不可再生的且数量有限，为了人类今后的可持续发展，就要尽最大可能解节约资源。

2.绿色制造工艺技术的具体内容及在机械加工中的应用

在机械加工中，干切削和干磨削都是绿色制造工艺的主要体现方法。传统的加工方法都离不开切削液的帮助，切削液的主要帮助是冷却、清洗等。但是随着生产过程中切削液的需要量愈来愈大，导致了很多问题的产生，提高了产品的成本，污染了环境，而且对工人的身体状况也有很大的影響。而绿色制造工艺技术中的干式加工则不采用切削液，因此可以得到干净的切屑，避免了处理切削液过程中产生的一系列问题。

2.1.干式加工

2.1.1.干切削

在干切削的多种加工方式中，干车削是最常用的一种方法。传统的生产方式是先加工螺纹，再将该工件淬硬，接着精磨，这样耗时太长。现在为提高工作效率，先将工件进行加工，在工件进行螺纹加工前就进行淬硬，很大程度上减少了加工的时间。

2.1.2.干磨削

传统的磨削加工过程中，会因为使用磨削液而产生大量的烟雾，使生产环境变得十分恶劣，而且磨削液的处理耗费大，为解决这一问题，就要采用干磨削的方式来进行生产加工。

目前，强冷风磨削是比较常采用的一种加工方式，在热交换器的作用下，将压缩空气进行冷却，然后将其喷到磨削点上。这样的生产工序会产生很少的火花，同时也几乎没有热量的散发，因此工件的变形可能性极小，磨削效率得到有效的提高。

2.2.刀具技术

干式加工对道具的材料质量要求非常严格，材料必须具有很强的红热性，很高的耐磨性等。因此，在对刀具进行设计生产时，要力求符合干切削的技术要求。在韧性材料的加工过程中，断屑占有非常重要的地位。目前，关于断屑槽的制造技术也相对成熟，可以根据不同的材料制造出与之相对应的断屑槽，很大程度上增强了断屑的折断能力。

2.3.机床技术

在干式加工的生产过程中会产生大量的热量，在散热不及时的情况下，机床会因受热不均匀而产生严重变形，会对加工产品的精确性产生一定程度上的影响。因此机床应装置循环系统，降低温度，并做好相应的隔热措施。通过实践经验可得，在高速条件下进行切削，可以有效减少热量的产生。另外，将机床设计成倾斜的样式，盖板要采用隔热的材料制成，同时还要安装过滤系统，避免灰尘对产品精确度的影响。

2.4.工艺技术

在机械加工的过程中，工件的材料性质起着至关重要的作用。铝合金的切屑极易与刀具产生粘合现象，但是高速切削可以完全避免这种情况的发生。因为在高速切削的过程中，会大量减少积屑瘤，从而提高产品的加工质量。

另外，为了尽可能避免刀具和工件在高温条件下会发生粘合现象，要对两者的材料进行合理的搭配，并对不合适磨削加工的工件利用其它切削办法进行加工。

虽然干切削和干磨削技术能够很大程度上节约能源，减少损耗，改善环境状况，但是目前为止，干式加工的使用范围不够广泛。从干切削的角度出发，需要通过改善现有的刀具材料，进行新型加工条件的研究开发，最终实现干切削的充分运用。从干磨削的角度来讲，干磨削会将磨削液完全淘汰掉，但是这样还没有完全运用到实践中，因此在深入探讨干磨削方式时，还要积极发现符合绿色制造工艺的磨削方式。

2.5.准干式加工

取消切削液的使用只是干式加工的一方面措施，干式加工对刀具及机床等都有非常严格的质量要求，因此不能得到广泛的应用。但是湿加工又会引起环境污染等一系列的问题，但是将干式加工和湿加工结合在一起，一方面可以达到加工的标准，另一方面降低生产的成本，这种生产方式就是准干式加工。准干式加工既不同于干式加工，有不同于湿加工，而是介于两者之间的一种综合切削方式。

2.6.风冷却切削技术

虽然绿色制造工艺将干式加工作为重点研究对象，但是没有特定的条件，感加工还是很难实现，必须要对刀具采取冷却措施。这种情况可以通过风冷却切削技术来解决。

3.结束语

绿色制造工艺还是一项新型的技术，需要完善的方面还有很多，实现广泛使用是一个漫长的过程。但是，绿色制造工艺的发展是顺应世界潮流，有利于推进人类可持续发展战略的，必将随着人们对环境的不断重视，得到更加广泛得的应用。

参考文献：

[1] 张柏霖.新世纪的干切削技术[J].制造技术与机床，2001（10）.

[2] 叶伟昌.干切削刀具及其应用[J].机械工艺师，2000（06）.

第一作者简介：闵爱琴（1984.10-），女，汉族。2007年毕业于河南科技大学，机械设计制造及自动化专业，助理工程师，在一拖主要从事量具，非标产品的制造加工工艺及设计工作。

作者：闵爱琴　刘国旗　闵功明

绿色制造机械加工论文 篇3：

绿色制造技术在机械加工中的应用

[摘要]机械加工工业中存在能源的大量的浪费，对环境造成的污染日益严重，通过绿色制造工艺技术机械加工中的应用来达到节约资源、保护环境的目的。

[关键词]机械加工 绿色制造 工艺

一、绿色制造工艺技术的概念

绿色制造工艺技术是以传统的工艺技术为基础，并结合材料科学、表面技术、控制技术等新技术的先进制造工艺技术。其目标是对资源的合理利用，节约成本，降低对环境造成的污染。根据这个目标可将绿色制造工艺划分为三种类型：节约资源的工艺技术、节省能源的工艺技术、环保型工艺技术。节约资源的工艺技术是指在生产过程中简化工艺系统组成、节省原材料消耗的工艺技术。它的实现可从设计和工艺两方面着手。在设计方面，通过减少零件数量、减轻零件重量、采用优化设计等方法使原材料的利用率达到最高；在工艺方面，可通过优化毛坯制造技术、优化下料技术、少无切屑加工技术、干式加工技术、新型特种加工技术等方法减小材料消耗。环保型工艺技术是指通过一定的工艺技术，使生产过程中产生的废液、废气、废渣、噪声等对环境和操作者有影响或危害的物质尽可能减少或完全消除。

二、在机械加工中的应用

从节约资源的工艺技术方面来说，在机械加工中，绿色制造工艺技术主要应用在少无切屑加工技术、干式加工技术、新型特种加工技术等方面。

（一）干式加工。干切削加工方法有很多种，如干车削、干铣削、干钻削、干式螺纹加工、干式齿轮加工等。其中干车削是研究和应用最多的一种加工方法。在磨削加工时，采用油基磨削液会产生油气、烟雾，使生产环境恶劣，而且磨削液的后期处理成本太高，要改善这种情况，可以采用干磨削方式来加工。在干磨削加工中，现在采用的一种较为有效的方式是强冷风磨削。强冷风磨削是通过热交换器，把压缩空气用液氮（-190°C）冷却到-110°C，然后经喷嘴喷到磨削点上（由于温度下降，原来空气中的水分会冻结在管道中，因此需使用空气干燥装置），由于压缩空气温度很低，所以在磨削点上很少有火花出现，也几乎没有热量产生，因而工件变形极小，可得到10μm以内的椭圆度。干式加工并不是简单的取消切削液就可以实现，它对刀具材料、机床结构、工艺技术等均有较高的要求。

（二）刀具技术。干式加工对刀具材料要求很高，它要求材料要具有很高的红硬性和热韧性，良好的耐磨性、耐热冲击和抗粘结性，现在立方氮化硼（CBN）、聚晶金刚石（PCD）、超细晶粒硬质合金等超硬材料已经广泛应用于干切削。在对刀具的几何参数和结构设计时，要满足干切削对断屑和排屑的要求。对韧性材料的加工来说，断屑是很关键的，目前车刀三维曲面断屑槽方面的设计制造技术已经比较成熟，可针对不同的工件材料和切削用量很快设计出相应的断屑槽结构与尺寸，并能大大提高切屑折断能力和对切屑流动方向的控制能力。

（三）机床技术。干式加工在切削区域会产生大量的切削热，如果不及时散热，会使机床受热不均而产生热变形，这个热变形就成为影响工件加工精度的一个重要因素，因此机床应配置循环冷却系统，带走切削热量，并在结构上有良好的隔热措施。实验表明，干式切削理想的条件应该是在高速切削条件下进行，这样可以减少传到工件、刀具和机床上的热量。干切削时产生的切屑是干燥的，这样可以尽可能的将干切削机床设计成立轴和倾斜式床身。工作台上的倾斜盖板用绝热材料制成，在机床上配置过滤系统排出灰尘，对机床主要部位进行隔离。

现在切削加工已朝着高速、超高速方向发展，高速切削机床的发展给干切削的实现创造了良好的条件，对于精密切削机床，可在机床上装上监控系统，以检测切削区域的温度变化、切削力的变化以及刀具的磨损，并配以机床补偿装置。

（四）工艺技术。对机械加工来说，要实现干切削，工件材料在很大程度上起着决定性的作用，经研究表明干切削的“工件材料加工方法”的组合如下表所示。

由上表可见，超硬合金最难进行干切削，钢次之，而铸铁的干切削性能最好。铝合金在加工过程中产生的切屑很容易与刀具发生"咬焊"式粘连，采用高速干切削这种方法可以解决这种问题，实验表明在高速切削中95％～98％的切削热都传给了切屑，切屑与刀具前刀面接触的部分被局部熔化，很容易被切离工件表面，减少了积屑瘤的产生，可提高铝合金的加工精度和表面质量。为了减少高温条件下刀具和工件之间材料的粘结和扩散，要注意刀具材料和工件之间的搭配，还可以采用硬车和激光辅助切削等方法对不适合进行磨削加工的零件和抗拉强度极高的零件进行加工。钛铝钒合金（Ti6Al4V）和反应烧结氮化硅(RBSN)是典型的难加工材料，采用液氮冷却刀具可以进行加工。

采用干切削和干磨削技术能够节约资源，降低能耗，就目前来看其加工的范围还比较有限，对于干切削来说，应该利用现有的刀具材料探索新的加工条件，以达到干切削的要求；干磨削会使磨削液的作用完全丧失掉，在实际应用中还不太多，在研究干磨削方式的同时，还应该积极探索新的磨削方式以达到绿色制造的要求。

（五）准干式加工。干式加工并不是简单的取消切削液就可以实现，它对刀具材料、机床结构、工艺技术等均有较高的要求，所以目前它的应用范围还比较有限，而完全采用湿加工又有资源浪费和环境保护等方面的问题，如果将干、湿加工的优点结合，既能够达到加工要求，又能够使切削液的费用降到最低，达到与干切削相同的要求，这种切削方式称为准干式切削。准干式切削是一种介于湿式切削和纯干式切削之间的一种切削方式。

“汽束”喷雾冷却切削就是目前应用较多的一种准干式切削方式。在切削时采用一定压力（0.3～1MPa）的压缩空气使微量切削液（50～125mL/h）雾化，并以高速喷向切削区，使在该区域高温下呈雾化状态的切削液很快汽化，由于液体在汽化时会吸收大量热量，因而可使切削区域内的热量大幅度下降，使工件变形很小，所产生的切屑通过重力作用落入切削区域下方的收集区内。实验表明，当机床调整到最佳状态时，每工时所消耗的切削液在50～125mL/h之间，刀具、工件和切屑都是干燥的。清洁干净的切屑还可以回收再利用，既不污染环境又可以节约资源。

（六）风冷却切削技术。干式加工是绿色制造工艺研究的重点，但是在一定条件下，没有任何冷却措施的干式加工还很难实现，还需要对刀具进行冷却和润滑。在这种情况下，可以采用风冷却切削技术。

风冷却切削技术是将从空气供给源来的空气经过除湿器将水分除去后，送入空气冷却器冷却至-30℃，再经绝热管由风嘴将冷风送至切削部位，同时向加工点喷少量的无害植物油，以防锈并且有一定润滑作用。在风嘴的对面设有集尘装置以收集废屑和风尘，通过集尘器内的过滤器将切屑滤去。但是目前风冷却切削技术还存在以下问题，如切屑收集、纯风冷时刀具的润滑、已加工工件的防锈、冷风的噪声，还要从解决这几个问题着手，对风冷却切削技术进行研究。

总之，绿色加工业已是世界工业发展的潮流，它必将随着人类可持续发展战略的提出和经济全球化的趋势，显示出它的优势。因为追求生存环境的质量已是人类共同的价值趋向，绿色加工业作为符合人类这一价值趋向的新兴工艺前景广阔，做好绿色制造工艺的产、学、研已成为当务之急。

作者简介：

王江慧，中北大学机械及其自动化学院，硕士研究生，研究方向：先进制造技术。

作者：王江慧