綠色制造技術(shù)及其應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上綠色制造技術(shù)的概念及其應(yīng)用江蘇理工學(xué)院貢林歡 12機(jī)研 摘要：綠色制造是實(shí)現(xiàn)生態(tài)工業(yè)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，正在引起人們的高度重視。綠色制造要求在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過程中考慮產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響最小，資源利用率最高。本文介紹了綠色制造技術(shù)的內(nèi)容，同時(shí)列舉了綠色制造在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。關(guān)鍵字：綠色制造 綠色制造技術(shù) 數(shù)控車床1引言自70年代以來(lái)，全球掀起了一場(chǎng)空前壯闊的綠色革命，它從經(jīng)濟(jì)到政治，從觀念到行為，對(duì)整個(gè)世界和人類生活產(chǎn)生了巨大的沖擊和影響。“建立一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)”，正成為21世紀(jì)全球性社會(huì)改革浪潮的一個(gè)重要主題。1

2、992年聯(lián)合國(guó)在巴西里約熱內(nèi)盧召開的環(huán)境與發(fā)展會(huì)議發(fā)表了21世紀(jì)議程，提出了全球可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略框架。隨后，中國(guó)政府向全世界推出中國(guó)21世紀(jì)議程，把可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略列為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。21世紀(jì)議程指出：“地球所面臨的最嚴(yán)重的問題之一，就是不適當(dāng)?shù)南M(fèi)和生產(chǎn)模式，導(dǎo)致環(huán)境惡化、貧困加劇和各國(guó)的發(fā)展失衡。若想達(dá)到合理的發(fā)展，則需要提高生產(chǎn)的效率并改變消費(fèi)，以最高限度地利用資源和最低限度地產(chǎn)生廢棄物?！笨沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，使我國(guó)企業(yè)界面臨挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存的局面。它要求企業(yè)順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的全球性潮流。然而，對(duì)于制造業(yè)來(lái)講，一方面，在工業(yè)發(fā)展史上，制造業(yè)以其絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)奠定了其在工業(yè)上的基礎(chǔ)地位。另一方面，在

3、目前的技術(shù)水平及觀念模式下，由制造業(yè)所帶來(lái)的各種問題也日益顯露。其中十分突出的一項(xiàng)就是對(duì)于環(huán)境的威脅，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異使人類逐步擺脫貧窮，同時(shí)亦使人類陷入日益惡劣的自然環(huán)境中?！盎貧w自然”已成為人類的共同心聲。在當(dāng)今時(shí)代，綠色環(huán)境保護(hù)運(yùn)動(dòng)的興起，浸染了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，也蘊(yùn)育了綠色制造技術(shù)。眾所周知，制造業(yè)是將可用資源(包括能源)通過制造過程，轉(zhuǎn)化為可供人們使用和應(yīng)用的工業(yè)品和生活消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。20世紀(jì)80年代，特別是80年代后期以來(lái)，世界制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，給企業(yè)帶來(lái)了越來(lái)越大的壓力，迫使企業(yè)紛紛尋求有效方法：一方面加速技術(shù)進(jìn)步的步伐，促使現(xiàn)代制造過程的組織發(fā)生重大的變化，其目的在于使企

4、業(yè)能適應(yīng)市場(chǎng)的需要和變化，以最快的速度設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，并以最低的成本和合理的價(jià)格參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。另一方面，制造業(yè)在生存和競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)，又不斷消耗資源，產(chǎn)生廢棄物，造成環(huán)境污染，使得環(huán)境問題日益惡化，并正在對(duì)人類的生存與發(fā)展造成嚴(yán)重威脅。制造業(yè)是環(huán)境污染的主要源頭，因此，如何使制造業(yè)盡可能較少地產(chǎn)生環(huán)境污染是當(dāng)前環(huán)境問題研究的一個(gè)重要方面。于是綠色制造(Green Manufacturing)這一全新的概念便產(chǎn)生了。2綠色制造技術(shù)的內(nèi)容2.1綠色設(shè)計(jì)綠色設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品及其壽命的全過程的設(shè)計(jì)中，充分考慮對(duì)資源和環(huán)境的影響，在充分考慮產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時(shí)，優(yōu)化各有關(guān)設(shè)計(jì)因素，使

5、得產(chǎn)品及其制造過程對(duì)環(huán)境的總體負(fù)影響減到最小。綠色設(shè)計(jì)又稱為面向環(huán)境的設(shè)計(jì)DFE(Design for the Environment)。綠色設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如圖1的框架所示1，面向環(huán)境的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)包括的內(nèi)容很廣泛，像材料的選擇、產(chǎn)品的包裝方案設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，考慮這些環(huán)節(jié)對(duì)資源消耗和環(huán)境的影響甚大，應(yīng)把它們單獨(dú)作為面向環(huán)境設(shè)計(jì)問題的一個(gè)子項(xiàng)加以考慮。其中，面向環(huán)境的產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)一般是指涉及產(chǎn)品原理、方法、總體布局、產(chǎn)品類型、包裝運(yùn)輸?shù)确矫娴倪x擇和設(shè)計(jì)。面向環(huán)境的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是采用盡可能合理和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)(包括有利于包裝運(yùn)輸和良好的人機(jī)工程的結(jié)構(gòu))，以減少資源消耗和浪費(fèi)，從而減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影

6、響，面向環(huán)境的產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)方案，就是要從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，優(yōu)化產(chǎn)品的包裝方案(從包裝材料的選取、包裝制品的制造到包裝制品的回收處理及包裝成本等的優(yōu)化)，使得資源消耗和環(huán)境負(fù)影響最小。圖1 綠色制造技術(shù)的內(nèi)涵2.2綠色材料綠色材料(Green Materials)是指在制備、生產(chǎn)過程中能耗低、噪聲小、無(wú)毒性并對(duì)環(huán)境無(wú)害的材料和材料制品，也包括那些對(duì)人類、環(huán)境有危害，但采取適當(dāng)?shù)拇胧┖缶涂梢詼p少或消除的材料及制成品。綠色制造中所強(qiáng)調(diào)的綠色材料是指在滿足一定功能要求的前提下，具有良好的環(huán)境兼容性的材料。綠色材料在制備、使用以及用后處置等生命周期的各階段，具有最大的資源利用率和最小的環(huán)境影響。綠色材

7、料又被稱為生態(tài)材料(Ecomaterial)或環(huán)境意識(shí)材料(Environmentally conscious materials)。選擇綠色材料是實(shí)現(xiàn)綠色制造的前提和關(guān)鍵因素之一。綠色制造要求選擇材料應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：優(yōu)先選用可再生材料，盡量選用回收材料。提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展；盡量選用低能耗、少污染的材料；盡量選擇環(huán)境兼容性好的材料及零部件，避免選用有毒、有害和有輻射特性的材料。所用材料應(yīng)易于再利用、回收、再制造或易于降解。2.3綠色工藝采用綠色工藝是實(shí)現(xiàn)綠色制造的重要一環(huán)，綠色工藝與清潔生產(chǎn)密不可分。1992年在里約聯(lián)合國(guó)環(huán)發(fā)大會(huì)上，清潔生產(chǎn)被正式認(rèn)定為可持續(xù)發(fā)展的先決條件，中

8、國(guó)2l世紀(jì)議程也將其列入其中，并制定了相應(yīng)的法律。清潔生產(chǎn)要求對(duì)產(chǎn)品及其工藝不斷實(shí)施綜合的預(yù)防性措施，其實(shí)現(xiàn)途徑包括清潔材料、清潔工藝和清潔產(chǎn)品。我們所提出的綠色工藝是指清潔工藝，指既能提高經(jīng)濟(jì)效益，又能減少環(huán)境影響的工藝技術(shù)。它要求在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)必須兼顧削減或消除危險(xiǎn)廢物及其它有毒化學(xué)品的用量，改善勞動(dòng)條件，減少對(duì)操作者的健康威脅，并能生產(chǎn)出安全的與環(huán)境兼容的產(chǎn)品。綠色工藝的實(shí)現(xiàn)途徑包括：改變?cè)牧贤度?，有用副產(chǎn)品的利用，回收產(chǎn)品的再利用以及對(duì)原材料的就地再利用，特別是在工藝過程中的循環(huán)利用；改變生產(chǎn)工藝或制造技術(shù)，改善工藝控制，改造原有設(shè)備，將原材料消耗量、廢物產(chǎn)生量、能源消耗、健康

9、與安全風(fēng)險(xiǎn)以及生態(tài)的損壞減少到最低程度；加強(qiáng)對(duì)自然資源使用以及空氣、土壤、水體和廢物排放的環(huán)境評(píng)價(jià)，根據(jù)環(huán)境負(fù)荷的相對(duì)尺度，確定其對(duì)生物多樣性、人體健康、自然資源的影響評(píng)價(jià)?？傊?，我們應(yīng)從生命周期的全過程對(duì)綠色工藝進(jìn)行研究。推行綠色工藝既要從技術(shù)人手，更要重視管理和宣傳問題。2.4綠色包裝選擇綠色包裝材料作為產(chǎn)品的包裝已經(jīng)成為一個(gè)研究的熱點(diǎn)。各種包裝材料占據(jù)了廢棄物的很大一部分份額。據(jù)報(bào)道，1990年美國(guó)約產(chǎn)生2億噸城市固體廢物，其中13為產(chǎn)品包裝。這些包裝材料的使用和廢棄后的處置給環(huán)境帶來(lái)了極大的負(fù)擔(dān)。尤其是一些塑料和復(fù)合化工產(chǎn)品，很多是難以回收和再利用的，只能焚燒或掩埋處理，有的降解周期可

10、達(dá)上百年，給環(huán)境帶來(lái)了極大的危害。因此，產(chǎn)品的包裝應(yīng)摒棄求新、求異的消費(fèi)理念，簡(jiǎn)化包裝，這樣既可減少資源的浪費(fèi)，又可減少環(huán)境的污染和廢棄物后的處置費(fèi)用。另外，產(chǎn)品包裝應(yīng)盡量選擇無(wú)毒、無(wú)公害、可回收或易于降解的材料，如紙、可復(fù)用產(chǎn)品及可回收材料(如EPS聚苯乙烯產(chǎn)品)等。通過改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，減少重量，也可達(dá)到改善包裝，降低成本并減小對(duì)環(huán)境的不利影響。DEC公司的研究表明，增加其產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可以減少54的包裝材料需求，并可降低62的包裝費(fèi)用。我國(guó)一些在產(chǎn)品上過分鋪陳講究，常常大瓶套小瓶，大盒裝小盒，不僅加大成本，還造成不必要的材料浪費(fèi)。相反，西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家不再提倡繁雜精美的包裝，重興簡(jiǎn)約之

11、風(fēng)，這也是綠色包裝思想的一種體現(xiàn)。2.5綠色處理產(chǎn)品的綠色處理(即回收)在其生命周期中占有重要的位置，正是通過各種回收策略，產(chǎn)品的生命周期形成了一個(gè)閉合的回路。壽命終了的產(chǎn)品最終通過回收又進(jìn)入下一個(gè)生命周期的循環(huán)之中。它們包括重新使用(Reusing)、繼續(xù)使用(usingion)、重新利用(Reutilization)和繼續(xù)利用(Utilizing on)。為了便于產(chǎn)品的綠色處理，一般在設(shè)計(jì)中主要考慮產(chǎn)品的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如采用面向拆卸的設(shè)計(jì)方法(design for Disassembly，DFD)。拆卸是實(shí)現(xiàn)有效回收策略的重要手段。只有拆卸才能實(shí)現(xiàn)完全的材料回收和可能的零部件再利用。只有

12、在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初始階段就考慮報(bào)廢后的拆卸問題，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品最終的高效回收。3綠色制造技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用3.1綠色材料的選擇綠色材料2是指那些具有良好的使用性能、優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性及具有環(huán)境凈化和治理污染功能的材料。綠色材料能節(jié)約資源和能源， 減少環(huán)境污染、避免溫室效應(yīng)、臭氧層破壞等， 也容易回收和循環(huán)再生利用。在數(shù)控機(jī)床各零件材料的選擇過程中， 遵循了以下基本原則：（1）選擇先進(jìn)的新型材料。數(shù)控機(jī)床床身材料選用焊接鋼板纖維混凝土復(fù)合材料， 使機(jī)床床身結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、阻尼較大從而吸振性較好， 節(jié)約鋼材， 成本較低。在數(shù)控機(jī)床的防護(hù)罩、導(dǎo)軌的材料選擇中選擇梯度功能材料， 一種新型的復(fù)合材料， 是按零件

13、的最佳使用功能要求來(lái)設(shè)計(jì)、制造的呈梯度變化的組織成分和一定規(guī)律分布的精細(xì)結(jié)構(gòu)的材料與均質(zhì)材料所組合而成的， 它能滿足零件的力學(xué)性能、熱學(xué)性能和電磁學(xué)性能等， 從而達(dá)到既節(jié)約資源又提高零件性能的目的。（2）選用可再生材料。使用可再生材料不僅可以減少資源的消耗， 還可以減少原材料在提煉加工過程中對(duì)環(huán)境的污染。數(shù)控機(jī)床的防護(hù)罩、操作面板選擇可回收利用的熱塑性塑料制成。（3）盡量減少機(jī)床零部件所選材料種類。使用較少的材料種類， 不僅可以簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)， 便于零件的生產(chǎn)、管理和材料的標(biāo)識(shí)、分類， 而且在相同的產(chǎn)品數(shù)量下， 可以得到更多的回收材料。（4）選用無(wú)毒材料。在機(jī)床的數(shù)字控制系統(tǒng)材料選擇中， 避免使

14、用鉛、錫等有毒材料， 以免在機(jī)床報(bào)廢時(shí)對(duì)環(huán)境造成污染。在機(jī)床液壓潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)中， 選擇對(duì)環(huán)境無(wú)污染的清潔的切削液， 減少傳統(tǒng)切削液中有毒化學(xué)成分對(duì)環(huán)境的影響。3.2面向拆卸與回收的數(shù)控機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)面向拆卸與回收設(shè)計(jì)（Design for Disassembly and Recycling）3是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段考慮產(chǎn)品使用后的拆卸與回收問題，使產(chǎn)品在材料、結(jié)構(gòu)等方面能方便地進(jìn)行拆卸、經(jīng)濟(jì)地回收， 減少使用周期結(jié)束后減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，達(dá)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的目的。數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)采用面向拆卸與回收的模塊化設(shè)計(jì)，模型如圖2所示。（1）焊接鋼板纖維混凝土床身。機(jī)床床身應(yīng)具備較好的熱穩(wěn)定性、足夠的靜、

15、動(dòng)剛度及較好的熱穩(wěn)定性， 以滿足數(shù)控機(jī)床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動(dòng)化的要求。床身采用焊接鋼板結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)周期短，比鑄造結(jié)構(gòu)快1.73.5 倍，省去制造模具和鑄造等工序，且廢品率低、結(jié)構(gòu)靈活，便于產(chǎn)品更新、結(jié)構(gòu)改進(jìn)4。（2）電主軸模塊。機(jī)床主軸由內(nèi)置電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，使機(jī)床主軸的傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度縮短為零，電主軸模塊的使用的優(yōu)點(diǎn)： 電主軸模塊使主軸模塊的零件數(shù)量降至最少，降低了加工成本，同時(shí)提高了產(chǎn)品的可靠性；電主軸模塊省去了所有帶輪、齒輪等中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速快、生產(chǎn)率高；由于沒有中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的外力作用于沖擊，傳動(dòng)更加平穩(wěn)，加工精度更高；電主軸模塊更容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的拆卸與回收。（3）

16、直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給模塊。直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給模塊直線電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的力直接作用于移動(dòng)部件，其優(yōu)勢(shì)在于：由于電動(dòng)機(jī)與直線運(yùn)動(dòng)部件間沒有、滾珠絲杠和螺母、聯(lián)軸器及齒形帶等傳動(dòng)環(huán)節(jié)， 使進(jìn)給模塊的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化， 便于機(jī)床的拆卸與回收；直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度、加速度和運(yùn)動(dòng)精度高， 符合數(shù)控機(jī)床高速、高精度的生產(chǎn)要求。圖2數(shù)控機(jī)床面向拆裝與回收的模塊化設(shè)計(jì)模型（4）自動(dòng)換刀模塊。數(shù)控機(jī)床為了能在工件的一次裝夾中完成盡量多的加工，以減少輔助時(shí)間和多次安裝產(chǎn)生的誤差，需要配置自動(dòng)換刀系統(tǒng)，如數(shù)控車床的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架、加工中心的機(jī)械手換刀系統(tǒng)、無(wú)機(jī)械手換刀系統(tǒng)等。在選擇自動(dòng)換刀模塊時(shí)，需要根據(jù)機(jī)床類型、規(guī)格

17、、加工工件復(fù)雜程度等選擇滿足要求且經(jīng)濟(jì)性好的換刀系統(tǒng)。（5）開放式的數(shù)控系統(tǒng)模塊。開放式數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化的結(jié)構(gòu)，各模塊相互獨(dú)立，便于用戶根據(jù)需求選擇不同控制模塊，也有利于功能的擴(kuò)展和產(chǎn)品回收后的升級(jí)改造，同時(shí)在數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，減少了診斷、維修時(shí)間。開放式數(shù)控系統(tǒng)還允許用戶二次開發(fā)。系統(tǒng)廠、機(jī)床廠及用戶可以獨(dú)立開發(fā)專用的模塊或個(gè)性模塊，提高數(shù)控系統(tǒng)的擴(kuò)展性，有利于數(shù)控系統(tǒng)的持續(xù)利用，延長(zhǎng)了它的使用壽命，提高了數(shù)控系統(tǒng)的綠色性。（6）可拆分導(dǎo)軌模塊。普通的整體式滑動(dòng)導(dǎo)軌制造相對(duì)簡(jiǎn)單，但磨損后維修成本高，而且機(jī)床報(bào)廢后是整體回爐加工，這樣浪費(fèi)大量資源與能源，根據(jù)綠色設(shè)計(jì)可拆卸性設(shè)計(jì)思想，數(shù)控機(jī)

18、床可拆分導(dǎo)軌采用鑲鋼一塑料導(dǎo)軌，上導(dǎo)軌面貼塑料軟帶，下導(dǎo)軌面為鑲鋼條。（7）輔助模塊。使用綠色切削液5的冷卻、潤(rùn)滑模塊。它的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)毒，合成容易，具有抗氧化性和無(wú)腐蝕性。具有優(yōu)良的潤(rùn)滑和冷卻性能，且不易變質(zhì)， 能防銹；氣動(dòng)自動(dòng)排屑模塊。氣動(dòng)自動(dòng)排屑裝置采用氣動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作介質(zhì)不污染環(huán)境，工作速度快，動(dòng)作頻率高，并能夠迅速有效自動(dòng)地將切屑從加工區(qū)域排出，從而保證數(shù)控車床高效率地切削加工。并能將切屑與切削液過濾分開，以便于切削液的循環(huán)使用；液壓自動(dòng)夾緊模塊。工作臺(tái)及機(jī)床夾具的自動(dòng)夾緊和松開采用液壓傳動(dòng)裝置，液壓傳動(dòng)裝置可以輸出比較大的力，機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作可靠，易于調(diào)節(jié)且噪聲較小；自動(dòng)對(duì)刀模塊。自動(dòng)對(duì)刀裝置減少了加工準(zhǔn)備時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。4結(jié)束語(yǔ)面向環(huán)境的綠色制造是現(xiàn)代制造業(yè)的一種發(fā)展趨勢(shì)， 我國(guó)的資源并不豐富， 環(huán)境污染問題已非常突出，推行綠色制造技術(shù)是非常迫切的課題，需要全社會(huì)共同關(guān)注，要使制造企業(yè)認(rèn)識(shí)到，綠色制造不僅是一