【JX16-19】数控车床进给系统和底座的绿色性分析
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JX16-19
【JX16-19】数控车床进给系统和底座的绿色性分析
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摘 要全面阐述了数控车床的结构原理，设计特点，详细介绍了数控车床的结构设计及校核，并进行了分析。另外汇总了有关技术参数。本文主要进行的是数控车床总体设计及进给系统设计，其中着重介绍了滚珠丝杠的原理及选用原则，系统地对滚珠丝杠生产、应用等环节进行了介绍。包括种类选择、参数选择、精度选择、循环方式选择、与主机匹配的原则以及厂家的选择等，丝杠是横向进给的重点设计介绍，此外还进行了伺服电机选择、轴承等的选择等设计。关键词：车床；进给系统；滚珠丝杠； Abstract Abstract The structure principle and design features of the numerical control lathe are described in detail. The structure design and check of the numerical control lathe are introduced in detail. In addition to the summary of the relevant technical parameters.This article is mainly for the overall design and design of CNC lathe feeding system， which focuses on the principle and selection principle of ball screw， ball screw system of production， application and other aspects are introduced. Including type selection， parameter selection， choice accuracy， circulation， matched with the host machine principle and manufacturers of choice， the screw is transverse feed mainly focuses on the design of， in addition to the servo motor， bearings， such as the selection of the design.Keywords: Lathe； feed system； ball screw； 数控车床进给系统和底座的绿色性分析目 录（宋体、三号、加粗、居中）摘要 （中文） I （英文） II第一章 1.1 1.2 第二章 2.1 2.2 第X章 结束语 参考文献 29第一章 概述1.1 数控车床设计背景机床产业是机械制造业的关键产业，为机械制造业提供装备支撑。从经济角度来讲，机床产业对于发展国民经济、增强国家的综合国力和发展高新技术产业有着重要的作用。机床产品的发展是高精度、高效率、柔性化、智能化和自动化。我国的机床产业在总体设计制造水平与工业发达的国家相比，还有很大的差距。主要是表现在设计方法的落后、设计标准难于与国际发达国家的技术指标接轨。在机械加工工业中，由于加工复杂工件的需要，一般机床已不能满足要求，因此出现了自动控制机床及数字控制机床，用以加工复杂曲面和形状的工件。斜床身数控机床因其独特的优点，成为数控车床中比较优秀的床种，是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。但我国的机床制造业由于起步晚，发展慢，经验少而造成与发达国家的距离较大的局面，在这类机床上 的成就也是平平淡淡，都是一些低端产品。从现在国内的情况来看，大部分厂家都在制造数控车床，数控机床成本较高，不够专业化，没有突出的优点和特长，设备的故障率过高，一旦有小故障发生，整个机床就处于瘫痪状态。这种状态使我国数控车床在国际市场上很难占有很大市场，跟发达国家的差距就更大了。因此，有必要在充分借鉴和吸收国外先进技术的基础上，进一步鼓励创新技术，从我国现阶段斜床身数控车床的弱势与缺点分析，全力提升我国生产企业，把低档次数控车床做出高质量来，打造出特色产品，去占领发展中国家这块大市场。1.2 数控车床设计目的毕业设计是在学生学完大学课程之后，在大学的最后阶段进行的实习性创新设计环节，是大学生的必修环节。本次设计的目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使在拟定传动和变速结构的结构方案过程中，得到设计构思，方案分析，结构工艺性，机械制图，零件计算，编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并配以学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。第二章 数控车床总体方案分析2.1 总体方案比较总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。数控车床后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。比较项目方案一方案二确定后的方案具体原因主轴箱分级变速采用调速电机+齿轮传动采用三相异步电机+减速器方案一变速级数比较多满足多种加工需要，也符合任务书要求进给机构滚珠丝杠+步进电机滚珠丝杠+伺服电机方案一脉冲当量步进电机控制的准确刀架四工位回转刀架六工位回转刀架都可以各有各的好处尾座液压尾座手动普通尾座液压尾座可通过数控系统调整方便数控系统8位单片机16位单片机方案一基本需求可以满足2.2 数控车床方案确定(1) 主传动系统设计为了保证主轴的定位准确定位，定位和安装主传动检测装置。电主轴定位装置，采用磁传感器检测定位。只要数控系统发出指令信号，主轴就可以定位。该磁传感器的工作原理是在主轴上设有永磁体与主轴一起旋转，距离的旋转轨迹外磁铁1-2mm子，磁传感器是固定的，当发射机发射的信号放大后，由定向电路使电机停在每周的规定位置。变频调速交流电机无级调速的主要驱动装置。低速270-1500r /分钟，高速1500-4500rmin，在文件可实现无级调速。而对原立式车床的机械结构比较简单，这是因为主轴电机的所有或大部分由主轴电机无级调速来进行，省去了复杂的齿轮传动机构，主传动系统是开环控制的交流变频调速系统，通过软件实现其速度。(2) 进给传动系统设计进给采用滚珠丝杠，并由齿轮箱与滚珠丝杠连接，使机床的机械传动部分具有高静态、动态刚度；运动副之间的摩擦因数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。，其定位精度为0.01mm，重复定位精度为0.005mm。 (3) 数控系统的设计采用AT89C58单片机控制系统。采用模块化的设计，从整体分为人机接口模块、坐标进给模块、调速模块的频率控制、串口通信模块、液压系统、冷却系统、润滑系统和基于89C58单片机单片机主控制模块。采用变频调速原理，主轴设计变频无级调速系统；通过插补算法实现步进电机精确定位，实现工件精度；通过键盘和显示模块，实现程序的编辑和显示；通过其他辅助系统设计，实现机床的完美功能。第3章 X轴(横向)进给系统的设计和计算3.1 横向进给系统的设计经济型数控设计的横向进给系统的设计比较简单，一般是伺服电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。伺服电机安装在大拖板上，用法兰盘将伺服电机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。3.2 横向进给系统的设计和计算已知条件：工作台重（根据图纸粗略计算） W=30f=300N时间常数 T=25ms滚珠丝杠基本导程 L0=4 左旋行程 S=190脉冲当量 p=0.005/step步距角 =0.75/ step快速进给速度 vmax=1m/min(1)切削力计算 横向进给量为纵向的1/21/3，取1/2，则切削力约为纵向的1/2FZ=0.5152.76=76.38f=763.8N在切断工件时：Fy=0.5 FZ=0.576.38=38.19f=381.9N(2)滚珠丝杠设计计算1）强度计算：对于燕尾型导轨：P=KFyf(FzW)取K=1.4 f=0.2则P=1.438.190.2(76.3830)=74.74f=747.4N寿命值 L1=13.5最大动负载Q=213.55f=2135.5N根据最大动负载Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取FC1B系列，滚珠丝杠公称直径为20，型号为FC1B2045E2左，其额定动负载为5393N，所以强度足够用。既然选择的是有厂家有型号的，最好附上图进行说明，而且要表达清楚丝杠的整体结构和相关尺寸。表3：滚珠丝杆副几何参数参数名称符号关系式WD6008螺纹滚道公称直径20导 程4接触角 2.183钢球直径3.969滚道法面半径2.064偏心距0.0030螺纹升角=接触直径=Cos56.034螺 母螺纹直径=2264.122内 径=(0.20.25) 60.79382）效率计算：螺旋升角=338，摩擦角=10则传动效率=0.9563）刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量L1=5.9610-6滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量L2很小，可忽略，即：L=L1所以导程变形总误差为=查表知E级精度丝杠允许的螺旋误差（1m长）为15m/m，故刚度足够。4）稳定性验算：由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同，而支承方式由原来的一端固定、一端悬空，一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故不再验算。(3)齿轮及转矩有关计算齿轮传动的设计计算（1） 选择齿轮材料及精度等级传动比 i=故取 Z1=18 Z2=30考虑减速器传递功率不在，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240260HBS。大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度220HBS；根据机械设计基础选7级精度。齿面精糙度Ra1.63.2m (2)按齿面接触疲劳强度设计确定有关参数如下：传动比i齿=1.67 取小齿轮齿数Z1=18。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=1.6718=30 实际传动比I0=70/2=35传动比误差：i-i0/I=6-6/6=0%2.5% 可用齿数比：u=i0=3.5由机械设计基础取d=1 (3)转矩T1TII=9.55106PII/nII=9.551062.28/417.4=52168.8Nmm (4)载荷系数K因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置，根据电动机和载荷的性质查机械设计学基础P147表58，得K的范围为1.41.6， 取K1.5。 (5)许用接触应力HH= HlimZNT/SH由机械设计基础查得：Hlim1=625Mpa Hlim2=470Mpa 由机械设计基础查得接触疲劳的寿命系数：ZNT1=0.92 ZNT2=0.98通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0查表得取ZE=189.8H1=Hlim1ZNT1/SH=6250.92/1.0Mpa=575H2=Hlim2ZNT2/SH=4700.98/1.0Mpa=460故得：=29.8mm模数：m=d1/Z1=29.8/20=1.49mm根据机械设计基础表9-1取标准模数：m=2mm(6)校核齿根弯曲疲劳强度根据机械设计基础式 F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mZ1=218mm=36mmd2=mZ2=230mm=60mm齿宽：b=dd1=136mm=35mm取b=40mm b1=35mm(7)齿形系数YFa和应力修正系数YSa根据齿数Z1=18， Z2=30由表相得YFa1=2.80 YSa1=1.55YFa2=2.14 YSa2=1.83 (8)许用弯曲应力F根据机械设计基础P136（6-53）式：F= Flim YSTYNT/SF由机械设计基础查得：Flim1=288Mpa Flim2 =191Mpa由图6-36查得：YNT1=0.88 YNT2=0.9试验齿轮的应力修正系数YST=2按一般可靠度选取安全系数SF=1.25 计算两轮的许用弯曲应力F1=Flim1 YSTYNT1/SF=28820.88/1.25Mpa=410MpaF2=Flim2 YSTYNT2/SF =19120.9/1.25Mpa=204Mpa将求得的各参数代入式（6-49）=8Mpa F1=1.2Mpa210004.5 导轨的选择滑动导轨的优点是结构简单、制造方便和抗振性良好；缺点是磨损快。为了提高耐磨性，国内外主要采用镶钢滑动导轨和塑料滑动导轨。滑动导轨常用材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等。1铸铁 铸铁有良好的耐磨性、抗振性和工艺性。常用铸铁的种类有：（1）灰铸铁 一般选择HT200，用于手工刮研、中等精度和运动速度较低的导轨，硬度在HB180以上； （2）孕育铸铁 把硅铝孕育剂加入铁水而得，耐磨性高于灰铸铁； （3）合金铸铁 包括：含磷量高于0.3的高磷铸铁，耐磨性高于孕育铸铁一倍以上；磷铜钛铸铁和钒钛铸铁，耐磨性高于孕育铸铁二倍以上；各种稀土合金铸铁，有很高的耐磨性和机械性能；铸铁导轨的热处理方法，通常有接触电阻淬火和中高频感应淬火。接触电阻淬火，淬硬层为0.150.2mm。硬度可达HRC55。中高频感应淬火， 淬硬层为23mm，硬度可达HRC4855，耐磨性可提高二倍，但在导轨全长上依次淬火易产生变形，全长上同时淬火需要相应的设备。2钢 镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上。常用的钢有：9Mn2V、CrWMn、GCr15、T8A、45、40Cr等采用表面淬火或整体淬硬处理，硬度为5258HRC；20Cr、20CrMnTi、15等渗碳淬火，渗碳淬硬至5662HRC；38C rMoAlA等采用氮化处理。3有色金属 常用的有色金属有黄铜HPb59-l，锡青铜ZCuSn6Pb3Zn6，铝青铜ZQAl9-2和锌合金ZZn-Al10-5，超硬铝LC4、铸铝ZL106等，其中以铝青铜较好。4塑料 镶装塑料导轨具有耐磨性好(但略低于铝青铜)，抗振性能好，工作温度适应范围广(-200+260)，抗撕伤能力强，动、静摩擦系数低、差别小，可降低低速运动的临界速度，加工性和化学稳定件好，工艺简单，成本低等优点。目前在各类机床的动导轨及图形发生器工作台的导轨上都有应用。塑料导轨多与不淬火的铸铁导轨搭配。导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法、以及使用与维护。提高导轨的耐磨性，使其在较长时期内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。常用的提高导轨耐磨性的方法有：采用镶装导轨、提高导轨的精度与改善表面粗糙度、采用卸荷装置减小导轨单位面积上的压力(即比压)等。4.6 导轨的设计一作用力合作用点位置，作用力方向和作用点的位置唏嘘合理安置。一边导轨倾斜的力矩尽量小。否则会使导轨中的摩擦力增大，磨加剧，从而降低导轨的灵活性和导向精度。严重时甚至还可能卡死，不能正常工作。作用在运动件上的推力有三种情况：1.推力通过运动件在轴线2.推力作用点在运动件的轴线上。但推力的方向与轴线成一夹角3.推力平行于运动件的轴线上对于第一种情况，导轨镇南关的摩擦力只受到载荷及运动件本身重量的影响，推力不会产生附加摩擦力。犹豫结构上的限制，实际的结构中往往出项第二第三中情况。为了保证导轨的灵活性，要对导轨进行验算，在已知的条件先，确定各部分的集合尺寸。推力F与运动件轴线组成夹角a，如图所示推力F的作用将使运动件产生倾斜，从而使运动件与承导体的俩点处压紧， 设正压力分别为 .，相应摩擦力，作用间的距离为L，轴向阻力为 根据静力平衡条件，运动件的直径较小时，上式中含有d的各项可以略去。可解得：欲推动运动件，则必须使若要保证不卡死的条件是： 由此，可得到当推力F与运动件有一夹角a时，运动件正常工作的条件是 为当量摩擦系数在燕尾形和三角形导轨中:-滑动摩擦系数-眼尾轮廓角与三角底角二选与运动件轴线与轴线相距h，图中为轴向阻力和为反作用力，为当量摩擦系数，根据静力平衡条件解得：推动运动件则必须：保证运动件不卡死条件即：为了保证运动灵活，可取值当取f=0.25时，则有：对圆柱形导轨：对矩形导轨：对燕尾形或三角形导轨：在本设计的导轨中：h=200mm L=360 因此：符合相关要求.选择燕尾型导轨合理。第5章 纵向进给机构的设计为了提高产品的加工精度和传动效率，采用滚珠丝杠的纵向和横向传动。由于经济型数控机床的设计，本实用新型具有结构简单、价格便宜等优点，易于调试和维护，一般用于经济型数控机床的精度和机床的设计主要是用于粗加工和半精加工。为降低设计成本，采用伺服回路控制方法设计了轴（水平）和轴（纵）进给系统。该伺服电机通过减速齿轮减速，然后驱动轴和轴丝，以保证一定的精度和稳定性的传动，尽可能减少摩擦，使用滚珠丝杆螺母。5.1纵向进给系统的设计要求经济型数控车床的设计一般是伺服电动机减速驱动丝杆，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。伺服电机的布置，可放在丝杆的任意一端，对车床的设计来说，外观不必象产品设计要求的那么高，而从设计方便，实用方面考虑，一般都把步进电机放在纵向丝杆的右端。5.2 纵向进给系统的设计计算已知条件工作台重量W=800N，加速时间常数t=25ms，滚珠丝杠基本导程L=6mm，快速进给速度V=2m/min。切削力计算由机床设计手册可知，切削功率式中Pc=NKP-电机功率，由条件我们选 P=4 KW-主传动系统总效率，一般为0.750.85，取=0.8；K-进给系统功率系数，取为K=0.96则： Pc =40.80.96=3.072kW切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力(或转距)和最大切削转速(或转速)来计算，即 Pc =10或 Pc=式中 F-主主切削力(N)； -切削速度（m/min） T-切削转距(N.m) n-主轴转速(r/min)设按最大切削速度来计算，取=100m/min，则主切削力Fz=（N）=1843.2（N）从机床设计手册中可得知，在一般外圆车削时：Fx=(0.10.6)Fz Fz=(0.150.7)FzFx=0.5Fz=0.51843.2921.6NFy=0.6Fz=0.61843.2=1105.92N5.3 滚珠丝杆设计计算滚珠丝杠副是标准化的，因此，将滚珠丝杠副的设计分为滚珠丝杠副的选择。1）计算在螺杆上的最大动载荷：首先根据进给阻力引起的切削力和运动部件的重量，计算出螺杆的轴向载荷，根据寿命的要求计算出螺杆应能承受的最大动载荷。式中 工作负载(N)指数控机床工作时实际作用在滚珠丝杆上的轴向力； 运转系数，一般运转系数取1.21.5，有冲击的运转取1.52.5； 硬度系数，为60HRC时，为1；为1； G 寿命(以转为单位1，如1.5则为150万转)。寿命G可按下式计算： G=式中 n滚珠丝杠的转速(r/min)； T使用寿命时间(h)，数控机床T取15000h。 工作负载的数值可用机床设计手册中进给牵引力的实验公式计算，对于三角形或综合导轨 =k+(+W)式中 、切削分力； W移动部件的重力(800N)； k考虑颠覆力矩影响的系数，k=1.15； 导轨上的因数，=0.150.18，取=0.16。则 =1.15921.6+0.16(184302+800)N=1482.752N 当机床以线速度v=100m/min，进给量=0.3mm/r，车削直径D=80mm的外圆时，丝杠的转速 n=r/min则G=万转=17.91万转根工作负载、寿命G，取=12，=1，计算出滚珠丝杆副承受的最大动负荷 =1.211482.752N=4655.3N由F查滚珠丝杠的产品样本或机床设计手册，选择丝杠的型号.现在我们参照江苏天安机械有限公司的滚珠丝杠的产品样本，选择滚珠丝杠的直径为32mm，型号为CDM3206-2.5-P3，其额定动载荷是14022N，强度足够用。参数技术:2）效率计算：根据机械原理，丝杠螺母副的传动效率为式中 螺纹的螺旋升角，该丝杠为325 摩擦角，约等于。 则=0.9533) 刚度校核：由于滚珠丝杠的轴向力和力矩，会引起基本的导向过程的变化，对于滚珠丝杠所引起的滚珠丝杠的扭矩变化很小，忽略不计，所以工作载荷引起的工艺变化 L= 式中 E弹性模量，对于钢，E=20.610N/c； S滚珠丝杠截面积（按丝杠螺纹底径确定d，若d=2.77cm），则S=6.03c。 其中，“+”用于拉伸时，“”用于压缩时。 则L=丝杠1m长度上导程变形总量误差为 =11.78因3级精度丝杠允许的螺距误差为15，故此丝杠的精度足够。5.4 同步带传动计算 设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下：式中需要传递的名义功率工作情况系数，按表2工作情况系数选取=1.7；表5-3.工作情况系数确定带的型号和节距 可根据同步带传动的设计功率Pd和小带轮转速n1，由同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。表5-4选同步带的型号为H：，节距为：Pb=8.00mm选择小带轮齿数z1，z2 可根据同步带的最小许用齿数确定。查表3-3-3得。 查得小带轮最小齿数14。实际齿数应该大于这个数据初步取值z1=34故大带轮齿数为：z2=iz1=1z1=34。 故z1=34，z2=34。确定带轮的节圆直径d1，d2小带轮节圆直径d1=Pbz1/=8.0034/3.1486.53mm大带轮节圆直径d2=Pbz2/=8.0034/3.1486.53mm验证带速v 由公式v=d1n1/60000计算得， svmax=40m/s，确定带长和中心矩根据机械设计基础得所以有：现在选取轴间间距为取224mm10、同步带带长及其齿数确定=() = =719.7mm11、带轮啮合齿数计算有在本次设计中传动比为1，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即=17。12、基本额定功率的计算查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步带的基准额定功率为=0.21KW13、计算作用在轴上力=5.5 伺服电机的选择1）负载传动惯量估算 折算到伺服电机轴上的传动惯量可按下式估算 式中 -折算到电动机轴上的转动惯量（ 齿轮的转动惯量（） 齿轮的转动惯量（） 丝杠的转动惯量（） 估算参数。 对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式估算 式中 D圆柱零件的直径（cm） L-_零件轴向长度（cm）所以， 负载转动惯量 2）负载转矩计算及最大静转矩选择 根据能量守恒定律，电动机等效负载转矩 若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩 取安全系数为0.3，则 因为数控机床对动态性能要求较高，确定电动机最大静转矩时应满足快速空载起动时所需转矩T的要求。 式中空载快速起动时所需的转矩（N；克服摩擦所需转矩（）；-丝杠预紧所引起的折算到电动机轴上的附加转矩（）。当工作台快速移动时，电动机的转速 由动力学可知 T=J式中 -角加速度，计算公式为=。则 T= J=8.68710=1.516=0.0175T=0.406式中 F-预加载荷， 一般为最大轴向载荷的1/3，即F/3则T= T+ T=(1.516+0.0175+0.406) =1.9403)伺服电机的最高工作频率 Hz=55.56Hz根据计算综合考虑，查表选用Star系列130ST-M06025H型伺服电机。第6章 车床底座的绿色性分析6.1绿色性分析理论基础绿色产品这一名词最早是20世纪70年代美国政府在其环境法规中提出的。经过这些年的发展，当前在国内外仍然没有统一的认知和标准，广为接受的标准是产品在生产和使用的过程中都能够较好地符合环境保护的要求，并且对生态和人的健康没有损害的产品，即被认为是绿色产品。各国研究绿色产品的专家学者从不同方面相继对绿色产品的内涵进行了研究，主要包括以下几种。(1)绿色产品是指以环境和环境资源保护为核心概念而设计的可以拆卸并分解的产品，其零部件经过翻新处理后能够重新利用的产品。(2)绿色产品是指从生产到使用乃至回收的整个过程都符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害少，可以利用再生或循环再用的产品。(3)绿色产品是指其寿命完结时，其部件可翻新或重新利用或能安全地处理产品。(4)绿色产品是采用绿色材料，通过绿色设计、绿色制造、绿色包装而产生的一种节能、降耗、减污的环境友好型产品对车床进行绿色化再设计后的车床是绿色产品中的一种，就要符合绿色产品的基本特性，其具体绿色特点如下:(1)优良的环境友好性。产品从原材料的开采、生产到形成整机乃至废弃、回收处理的各个环节都对环境无害或危害很小。这就要求在数控车床的生产过程中采用清洁的原料、清洁的工艺过程，车床报废后能够进行拆卸回收与，且回收处理过程中产生的废弃物很少。(2)最大限度地利用材料资源。要尽量减少材料使用量，减少使用材料的种类，特别是稀有昂贵材料以及有毒、有害材料。这就要求在绿色车床设计时，在满足车床基本功能的条件下，尽量简化产品结构、合理使用绿色材料，并使车床的材料资料最大限度地再利用。(3)最大限度地节约能源。在数控车床生命周期的各个环节所消耗的能源应最少，与此同时耗费的能量应尽可能的少。综合上述各国学者的研究，本文对，绿色数控车床的定义是:绿色数控车床是指能够满足用户的生产使用要求，并且在全生命周期中与生态环境更加和谐，能够使污染最小化甚至不产生污染，同时提高资源、能源利用率的车床产品。从源头减少使用零部件数量、清除有害物质，可以去除操作人员在废弃车床处理和再制造过程中要进行的大量、专业的检测、拆卸，使最终的回收程序变得更为简单。6.2绿色化再设计概念传统产品设计，仅考虑产品的基本属性(功能、质量、寿命、成本)而不考虑环境属性，其设计指导原则为只要产品易于制造并具有要求的功能、性能即可。由此可见，传统产品设计过程很少或根本没有考虑资源再生利用，以及产品对生态环境的影响。以致传统设计制造的产品，在其使用寿命结束后就成为一堆废弃物垃圾，回收利用率低，资源、能源浪费严重，尤其是存在的有毒有害物质会对环境产生严重危害，不利于实现生产的可持续发展。绿色化再设计是在已有设计的基础上，重新考虑产品对环境的影响，从预防污染与保护环境的角度出发，综合考虑生产使用、环境影响和资源消耗两方面，使产品从设计、制造、运输、使用一直到报废乃至再制造的整个全生命周期中，都对环境的负面影响最小，资源的利用率最高。这其中由于在设计初期考虑到后期的再制造与拆卸问题，对设计进行改进，所以能够有效地延长产品生命周期，使产品中可回收材料与零件生命得周期实现形成闭环系统，正是由于通过绿色化再设计能有效减少废弃物，减少环境污染的源头，最终有效减少车床对环境的负面影响。6.3车床底座材料部分床身作为数控车床重要部件在很大程度上影响着数控车床的性能，并且由于整体车床要满足的稳定性要求，使其在数控车床总重中占很大比例(约70%左右)，因此在对数控车床进行绿色化再设计中，必须对床身材料进行再设计，采用绿色材料，使其既减少对环境的依赖性，又利于后期的回收。目前大部分数控车床的床身材料仍为铸铁材料，其特性为铸铁有良好的铸造性能，这便于铸造出复杂机构的形体;拥有较好的减震性能，这种性能有利于避免车床在运转时产生震动，能够降低运转时的噪音;具有低收缩性、易加工性和制造加工工艺成熟;铸件有良好的尺寸稳定性，因此用来做床身不宜变形，有利于长期保持机床精度。当前环境资源消耗巨大，全球进入资源节约的大时代，我国铸铁材料由于在原材料和生产方式等方面与日本、德国、美国等这些先进国家企业之间仍然有较大差距，发展模式依然是粗放型、高投入、低产出的资源消耗型模式。资料表明我国每生产一吨合格的铸件就需要消耗标准煤700千克，而同期日本企业只需消耗334千克标准煤，我国平均铸件能耗是美国、日本、德国等工业发达国家的两倍多，每年多耗标准煤达800万吨。通过这种具体的对比就可以淸晰地看出我国铸铁材料现行生产模式的绿色性较差，消耗资源巨大。并且当前我国铸造行业种用到的加热炉主要是以燃煤为主，这种燃烧方式的赞端已经被广为了解，非可再生资源依赖性强。同时当车床报废后，床身材料没有科学的回收方式，闲此整个能源利用率相对较低，对环境影响巨大，不利于环境保护。在生产过程中，无论是厂家还足消费者都希望产品的生产成本能够进一步降低，在当前国际经济危机复苏疲软的估况下，更是如此。然而由于受到钢与祷铁传统制作材料的限制，使铸铁材料的加工成本己经无法进一步降低。因此随着加工的高精度、低污染、低消耗、低成本等要求的提出，祷铁床身材料越来越不能满足数控车床在“绿色”这方而的要求，所以铸铁床身材料对数控车床整个绿色度评价有较大影响。6.4底座材料绿色化设计目前数控车床的床身材料为铸铁材料，铸铁床身材料越来越不能满足数控车床在绿色性和低成本方面的要求，因此考虑床身材料进行两设计，采用符合绿色化设计模型中绿色材料要求的材料。通过分析当前新材料发展成来，复合混凝土材料是由1/3的环氧树脂混凝土和2/3的硅酸盐水泥钢筋泥凝土复合而成的是一种有效的床身材料。我国学者为提高数控车床加工性能，当前己经对环氧树脂混凝土在数控车床床身材料应用方而有一定的研究，论证了其性能满足数控车床底座材料要求，同时具有自身优势。胡国明、张志群、朱乐平研究了环氧树脂混凝土相对于传统床身材料的优势如下：(1)环氧树脂混凝土相比于传统铸铁材料有更好的动态性能。这其中环氧树脂混凝土的密度是铸铁密度的1/3，因此在相同刚度、相同重量的情况时，环氧树脂混凝土材料的壁厚更厚，且由于环氧树脂混凝土的固有频率高，因此发生共振时的振幅小，能够有效地改善车床结构的动态性能；(2)环氧树脂混凝土可以实现在室温下烧铸，不必经过高温炼炉，经过固化反应之后释放的热量较少，因此在成型时的收缩率小，零件内部残余应力小，最终成型后尺寸精度稳定；(3)环氧树脂混凝土的抵抗化学腐烛的能力强，不畏使用环境中的酸、碱、润滑油、切削液，在使用的过程中不品生锈、腐蚀。因此床身内部取消复杂的筋板结构，除必要的管路和线路之外，完全以复合混凝土填充，这样可以有效地提高床身的截面面积，保证床身截面有较大的惯性矩，可有效地弥补复合混凝土抗拉、抗压强度低的缺点。合理设计树脂混凝土包覆层厚度、高强硅酸盐钢筋水泥混凝土为内核主体结构和形状、底板和预埋件的结构以及其与床
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