探讨齿轮加工机床的绿色设计与制造技术

摘 要：（本文原刊于煤矿开采2014年11月）齿轮加工车床作业的重要内容是加强精度管理。所以，在齿轮加工车床工作中务必提高应对各种机故的能力，因此加强精度影响因素分析与作业人员的专业素质至关重要。在齿轮加工车床作业中还应加强制度上的规范管理，不断的提高车床绿色设计技术，加强对现场的巡视和设备维护等都是必不可少的环节。笔者结合实际，对齿轮加工车床精度的影响因素及制造技术进行了分析，望与同行在应用操作中以参考意义。

关键词：齿轮加工车床；绿色设计评估；制造技术

1.数字控制技术在齿轮加工机床中的应用历程

1.1 数字控制技术概述

目前最先进的数字控制技术具有非常强大的控制功能，基于主菜单和数字控制技术的有机结合与源函数，通过智能软件技术与微电子技术，引进和彼此结合的多个领域，相互渗透，从而给新兴的数字控制带来了强大的生命力。但在这一过程中，也可能面临多项技术的简单的、不集中的相加，这也给当前数字控制产生了不少困难。研究发现，数字控制技术在信息、计算机、齿轮加工机床、微电子技术等领域中可以寻求到最佳匹配。现在的数字控制产品的发展是一个系统，智能化和小型化，确保齿轮加工机床的数字控制技术的使用，能够很好地满足安全生产的要求，劳动强度和最终的救援人员，有效改善矿区生态环境，以实现节约生产能耗的可持续发展目标。

1.2 齿轮加工机床中数字控制产品

伴随着全球资源日益紧缺，各国对能源问题的越来越关注，作为我国战略资源不可或缺的成员，其开采的重要性可见一斑。如今，伴随着越来越先进的数字控制产品应用到齿轮加工机床中来，企业的开采效益越来越高。如今，以计算机控制为主的国产供电设备、提升机、电牵引采煤机、掘进机和输送机等齿轮加工机床都具备了全程监控、自动报警、图景扫描、信息控制等先进功能。这使得在我国的齿轮加工机床管理工作中，数字控制产品的应用尤为广泛，也确保了开采工作中的高安全性、高效益性与高技术性。

2.齿轮加工机床的设计环保性评价

2.1 绿色设计建模一般程序

（1）明确产品定义。建模前必须明确系统及其分系统的构成、功能、故障判断等。通过建立功能框图可以帮助明确产品的任务定义。功能块图是基于对各级系统的静态分组功能，阐述了系统的各个子系统的功能和系统的数据和功能之间的关系（信息）的过程。功能框图或功能流程图是绘制设计环保性框图的基础。

（2）绘制设计环保性框图。设计环保性框图是以图的形式逻辑地描述系统正常工作的情况。设计环保性框图应正确描述系统每次完成任务时所有单元功能组之间的相互关系，绘制时应充分了解系统的任务和寿命剖面。建立系统设计环保性框图的基础是产品的原理图和功能框图。在最终的设计环保性框图中，所有方框均应要求以串联、并联、旁联或其他组合形式连接，每一方框均只对应一个功能单元，并进行标记。

（3）建立设计环保性模型。设计环保性模型用于表达设计环保性框图中各功能单元的设计环保性与系统设计环保性之间的函数关系。常用的设计环保性模型包括串联系统、并联系统、混联系统、复杂系统等。工程中最常见的设计环保性模型是串联系统和并联系统。

2.2 串联系统

当组成产品的每个单元都正常工作，产品才能正常工作的模型称之为串联系统，其设计环保性框图如图 1 所示。

图1 串联系统的设计环保性框图

设第 i 个单元的环保度为 Ri（t），则系统环保度

R（t） = ∏ iR1R（t） （3-1）

串联系统的环保度等于各单元的环保度的乘积，单元越多其环保度越低。在机床系统中，各单元大多数都是独立的，从设计环保性逻辑关系上讲，各单元的故障概率是互不影响的，因此在计算系统环保度时一般用设计环保性乘法法则来处理。很多电子产品和机电产品的寿命都服从指数分布，其环保度为：

Ri= e （3-2）

整个产品的故障率为：

λ=∑i1λ （3-3）

可见，串联系统的环保度是各单元环保度的乘积，单元越多，产品越复杂，其环保度越低，从设计方面考虑可从以下三个方面着手改进：首先是最大化降低串联单元的数量，优化设计工作；其次就是加强单元环保度，尽可能减少其出现故障的概率；最后即缩短工作时间。其中简化设计是提高串联系统产品的最重要途径。

2.3 并联系统

组成产品的所有单元中只要有一个正常工作，产品就能正常工作的模型称之为并联系统。其设计环保性框图如图 3-2 所示。

图 2 并联系统的设计环保性框

设第i个单元的环保度为Ri（t），则系统环保度：

R（t） = 1-∏i[1-Ri（t）] （3-4）

并联系统是贮备系统的一种情况，对于任何一种高性能的复杂产品，为了提高产品的环保度，可以采用的方法有两种：一是提高零部件的环保度，但这样会使成本过高；另一个办法就是增加产品中部分或全部零件作为贮备，这样即使某一零件失效也不会导致产品失效，只有所有的贮备零部件全部失效才会导致产品发生故障，这就是并联系统。但在实际设计中，并联系统数目太多也会导致产品设计环保性降低。

3.提高齿轮加工车床精度的制造技术分析

3.1 精度建模一般程序

（1）明确机床产品定义。建模前必须明确系统及其分系统的构成、功能、故障判断等。通过建立功能框图可以帮助明确产品的任务定义。功能块图是基于对各级系统的静态分组功能，阐述了系统的各个子系统的功能和系统的数据和功能之间的关系（信息）的过程。功能框图或功能流程图是绘制精度分析框图的基础。

（2）绘制精度分析框图。精度分析框图是以图的形式逻辑地描述系统正常工作的情况。精度分析框图应正确描述系统每次完成任务时所有单元功能组之间的相互关系，绘制时应充分了解系统的任务和寿命剖面。建立系统精度分析框图的基础是产品的原理图和功能框图。在最终的精度分析框图中，所有方框均应要求以串联、并联、旁联或其他组合形式连接，每一方框均只对应一个功能单元，并进行标记。