摘要：数控设备具有使用简单，工作量小，劳动强度低及加工精度高等特点，适于形状复杂、精度要求高的批量生产，但整体加工工艺和方法并没有太大的改变，如冷却方式，冷却液使用量随着劳动效率的提升而急剧上升，给员工作业环境带来一定影响。数控设备的清洁化改造就是在不影响数控化高效率的同时，将作业环境进行提升。

  浙江万丰摩轮有限公司是摩托车轮毅生产企业，品批量大，全部采取数控CNC生产，全封闭设计，并使用大量冷却液冷却和润滑，以确保良好的加工效果。因大量使用冷却液，给现场环境及产品质量等带来一些影响，具体有以下方面：1）冷却液在使用过程中，会随着设备泄漏、吸附在产品及铝屑上，不可避免会污染工作环境，并且清理困难；2）在工作中，冷却液和机床润滑油在水池中混合后又喷射到产品表面，造成产品污染，清洗困难；3）在生产过程中，尤其是夏天，冷却液工作过程中被气化，污染环境；4）由于对环境影响大，不允许直接排放，必须经过专门的处理后方可外排；5）公司对产品的切屑是回收再利用的，但由于表面存在大量水分，必须先进行烘干处理，能源损耗较大。

    1 清洁生产领域现状
    在国外行业中，随着工业化对环境的影响，金属切削行业中，对冷却方法的探索越来越多，也越来越重视，随之，清洁生产的概念被提出。1997年，联合国环境规划署将清洁生产定义为：在工艺、产品、服务中持续地应用整合且预防的环境策略，以增加生态效益和减少对人类和环境的危害和风险。在数控加工领域，数控化带来了高效率生产的同时，对环境的影响因素主要是切削剂带来的。
    在金属切削过程中，切削液是一项重要组成部分，起到降低产品热量聚集，减少刀具损耗，使产品加工表面达到光洁的作用，但也是机械加工的主要污染源。这些有害液体在使用后无法直接排放，必须建立一套污水处理装置进行处理，但因附带在切屑表面、露天放置、加工时的飞溅、蒸发、长时间的泄漏等，最终将可能污染到饮用水源、土地和空气，破坏生态环境，严重影响人类健康。因此，有必要在数控化的同时，消除冷却液对环境的影响。
    由于存在上述弊端，为了改善环境、节约自然资源。在国外，随着ISO环境标准及ISO健康标准的实施，发达国家对因冷却剂产生污染的处罚力度在逐年加大，使得与切削剂有关的费用迅速增加，机械零件的加工成本也随之升高。在此情况下，清洁生产技术就成为数控化后，发达国家金属切削加工业面临的主要课题，人们开始寻找既能保证环境清洁、节约能源，又能降低成本、提高效率的好办法。
    经过近几年的发展，这方面的研究已见成效，随着清洁生产概念的提出及相关研究成果逐步应用到实际生产中，在发达国家，已经开始生产清洁生产专用设备，越来越多的机械生产企业对此产生了浓厚的兴趣。在国内，清洁生产相关的产品也发展很快，为了改善目前公司的加工工艺，减少冷却水对周边人员及环境的影响，降低能源的损耗，减轻后道的工作压力以提高质量，提升企业形象，公司成立了相关项目课题组，根据对现场实际情况的分析，结合清洁生产工艺特点，又查询很多资料，现场考评等，最终选择将清洁生产与数控化趋势相结合作为调研方向。
    目前，国际上主要流行3种清洁切削的方法：1）全干式切削法，也叫高速干式切削法，特点是主轴转速非常高，一般在2～6万转／min（最高的可达20万转／min），需要使用高强度刀具，用很小的吃刀量，让切削热还来不急传导到刀刃上就被切屑带走。这种方法生成的切屑很薄、每分钟的切除量大，加工效率较高。不足之处是不太适合对传统设备的改造，设备一次性投资大。2）半（准）干式切削，也称气流切削，是用气体混合微量植物油雾（MQL）代替液态切削剂的切削方法，特点是对主轴转速高低、刀具强度等企业现有条件没有严格要求，对传统设备的改造相对容易一些，也同样能达到清洁化和提高加工效率的目的。3）全封闭法，是将机床全部封闭起来，连油气都不泄漏，切削液等完全在机内循环的方法。

   2 方案的选择
    综合上述3种方案的特点分析认为：1）全干式切削显然是一种理想的清洁加工方式，但对设备要求较高，仅适用于新设备的购买，不适合对公司现有设备的改造；2）全封闭法，仅仅是控制泄漏，还是使用冷却液，就清洁化生产来说，改造的意义不大，为此，也不作为选择；3）半干式切削不仅能改善环境，对设备及现场工艺条件的改进要求最少，还可以成倍延长刀具使用寿命（减少准备工时），提高加工效率和质量，产生的效果最大，是清洁化改造的最佳方案；4）半干式切削方案中，使用的气源分为常温气源和低温气源，使用常温气源的MQL方案适合于加工热量产生少、加工精度低、结构简单的场合；用于生产热量产生大、加工精度高、结构复杂、易变形的场合，则采取低温气源的MQL效果更佳，再加入少量的植物油，形成油气混合雾，就能起到冷却和润滑的效果，而微量的植物油对环境的影响可以忽略不计。根据公司的实际情况和加工工艺特点，最后决定采取低温气源MQL方案比较合适。

    3 方案的实施
    方案确定以后，笔者对半干式切削进行了充分研究，在保证顺利生产的前提下，对实施中需要涉及的所有点进行逐一分析、制定，力求一次整改到位，预计实施改造方案需从以下几方面入手：1）冷却源选择使用低温气体的冷风射流机，气流温度最低可达－30°；2）为保证冷却效果，缩短冷风流程，降低热量损耗，分别将设备和刀具进行了改进。
    a）设备方面，为了减少改造工程，采用部分原有冷却水管道，从刀架出水口开始，接到刀具出水口，虽然中间部分管路无法使用保温材料，但由于距离短，温度损耗不会很大，只需将冷风机的出气口与机床上原出水口进行对接。
    b）刀具方面，为保证冷却效果，将刀具改为内冷式，让冷却气体通过刀具内部精确地喷射到刀尖上，这样，只需很少的植物油润滑，就可达到润滑和冷却作用。
    c）针对无法实施内冷改进的刀具，采取外部定点，在原刀盘背后安装1块辅助定位板如图1～图3所示，从冷风出口用铜管引至刀尖进行冷却。





    以上儿步为关键项目，完成后将冷风机接入刀盘进气口，中间管道使用保温材料，防止热量消耗，再将冷风准确输入刀具内孔中，直接从切削区域吹出来，替代冷却液起到降温润滑的作用。

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