机械加工工艺规划制造技术

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0引言

机械加工过程是非常典型的制造阶段，在把半成品或原材料加工成尺寸、形状、精度符合要求的零部件或成品的时候，不但消耗了非常多的资源和能量，还形成了大量的噪声、废料等污染。所以，绿色制造具有很重要的应用前景与研究意义。针对当前绿色制造领域的国内外研究现状及研究绿色制造需求，文中开展了面向机械加工工艺规划的制造技术研究，目的是通过对面向机械加工工艺规划的制造技术研究，构建涵盖时间T、成本C、质量Q、环境E、资源R这5个具有绿色特性的机械加工工艺评价体系[1]。

1机械加工工艺规程概述

企业生产的零件一定要符合“优质、低耗、高产、清洁、低成本、安全”的要求，所以，零件的工艺过程一定要遵循机械制造工艺学的方法及原理，同时结合具体生产条件与生产实际进行确定，生成工艺文件，不可只依靠经验进行确定，该工艺文件有工序卡片及工艺过程卡片两种格式。工艺规程指的是规定零件或机械产品的操作方法及制造工艺过程的有关工艺文件。而机械加工工艺规程则是零件机械加工操作方法及工艺过程的工艺文件。机械加工工艺规程为现场生产指挥提供了依据，它为在新产品投产前，实施生产准备与技术准备的依据，为新建、改建及扩建车间（厂房）的依据，为机械加工过程的主要技术文件。制定工艺规程主要有2个方面的内容：拟定各道工序及工艺路线的详细操作。

2面向机械加工工艺规划制造体系

2.1绿色制造技术体系结构绿色制造技术关系到产品的完整的生命周期，有可能还会是多生命周期。该产品生命周期，主要包含了材料选择、产品设计、制造加工、包装、装配、使用，以及产品生命结束的管理、拆卸、回收、再制造等。绿色制造则要对全部生命周期进行考虑，尤其是环境影响与资源消耗问题，同时要兼顾经济、技术等因素，从而让企业的外在社会效益与内在经济效益优化协调。绿色制造的关键则为在产品生命周期过程中如何实现重用（Reuse）、减量化（Reduce）、再制造（Re－manufacturing）及再生循环（Recycle），简称“4R”。面向机械加工的制造体系主要是三项具体内容、绿色制造两大目标,以及2个层次过程控制的集成。其提供给人们实施机械加工中研究与绿色制造全面的模型与视图。其实现的目标是在实现企业外在的社会效益与内在的经济效益二者协调优化统一同时，尽最大程度低优化资源配置，让资源利用率实现极高，并且对环境的影响实现极小[2]。

2.2机械加工的绿色制造研究体系相对于制造系统来说，绿色制造关系到多个方面研究。该类研究主要可以分成3类：减少有害物使用技术（ToxicuseReduction，TuR）、污染预防技术（PollutionPrevention，PP），以及面向环境设计技术（DesignforEnvironment，DE）。依据各种的制造活动，能把上述3种技术划分成3类：基于生命周期、基于产品技术和基于生产过程技术，如图1所示。这种技术体系为实施绿色制造研究的开展提供了一个基本框架参考。依据上述机械加工系统框架描述，能够组合或分解出很多可研究的绿色制造问题。大致可将这些问题划成如下3类：

（1）极小化资源消耗问题。依据资源的使用，能够细化成极小化能量消耗问题、原极小化材料消耗问题及极小化辅助消耗问题。

（2）极小化环境排放问题。各种废品,如废液、废气、废渣极小化问题电磁辐射极小化问题、及噪声排放极小化问题等。

（3）面向环境影响极小化及资源消耗整体决策问题。实施机械加工时，会发生很多决策问题，如模具、机床选择决策、工艺方案决策、切削液、冷却液选择决策、以及夹具、刀具选择决策等。把上述三类问题再实施细分,可形成机械加工系统制造问题研究，如图2所示。

3绿色制造工艺过程规划的优化

（1）绿色制造工艺参数优化在绿色制造工艺过程规划中，工艺参数优化是其中一个关键的技术。通过零件加工工艺参数的优化，实现最低能源与物料消耗的目的。通常工艺参数优化针对它采用的制造加工工艺，实施此工艺的相关工艺参数，让加工过程得以优化进行。在零件加工过程中，加工工艺参数,如切削液类型、刀具种类等，对零件的能量消耗、加工质量、刀具磨损、环境污染、噪声均有很深的影响。

（2）绿色制造工艺路线优化确定工艺路线是工艺设计合理与否的关键，是工艺过程设计中最难也最重要的环节，其在缩短上市时间、提高产品质量、节约资源、减少产品成本及减少环境影响等方面起到了重要的作用。明确工艺路线的传统方法，是以生产效率及加工成本为基本的因素，没有对资源利用及环保进行充分的考虑，因而使得环境污染严重，资源利用率低。

（3）多机床多工件节能型调度优化技术优化配置当前现有的机床设备资源，是比较切实可行的一种有效途径。因为在实际的生产过程中，通常是多机床多工件共同加工，但同一加工方法能够在不同机床上加工，并且同一机床也会有不同的规格与型号，机床与工件的不同组合方式，对环境影响及资源消耗等方面产生的效果会明显不一样。依靠机床与工件科学的安排与调度，可以实现有效节约机械加工系统的总体能量消耗[4]。

4机械加工制造评价方法

通常评价传统的机械加工工艺采用最低成本、最高生产率及最高利润等要素为依据。然而伴随着制造业可持续发展不断提高的要求，机械加工以往企业追求的内在经济效益的单一目标模式，开始向追求社会效益、经济效益和环境效益协调发展的多目标模式。一些文献采用能源属性、资源属性、环境属性、宜人性、经济性、设备维护性和绿色管理7大类指标进行绿色制造评价，也有一些文献将经济性、绿色性和整体性作为评价指标。文中面向绿色制造的机械加工工艺方案评价目标体系选择了5个主要因素，即质量（Q↑）、时间（T↓）、成本（C↓）、环境影响（E↓）、资源利用率（R↑）。该评价指标体系如图3所示。

5结束语

针对面向机械加工工艺规划制造技术进行了系统研究，依据机械加工工艺规划的要求及概念，构建了面向机械加工工艺规划制造研究体系，分析了在机械加工工艺规划过程中影响环境和资源消耗的一些因素。最后对机械加工制造评价方法进行了研究，将质量、时间、成本、环境影响、资源利用率5个因素进行综合加以考虑，构建了多目标的评价体系，从而实施对机械加工制造工艺的全面评价。