機(jī)床的精確度和機(jī)床鑄件的剛性

　　進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著科技進(jìn)步、產(chǎn)品升級(jí)以及   重點(diǎn)工程、地方投資項(xiàng)目的不斷推進(jìn)，國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)對機(jī)床產(chǎn)品的需求水平都進(jìn)一步提高，機(jī)床產(chǎn)品也正在迅速發(fā)展，國內(nèi)外均研制了很多大型高精端數(shù)控機(jī)床，它是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等加工的   手段，它對一個(gè)   的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。該類機(jī)床大型鑄件主要有床身、立柱、工作臺(tái)、橫梁、主軸箱體、尾座體等，立柱是其的關(guān)鍵部分，對主軸箱起支撐作用，滿足主軸箱的Z向運(yùn)動(dòng)，要求立柱鑄件要有較好的剛性和熱穩(wěn)定性。立柱設(shè)計(jì)為A形結(jié)構(gòu)，   排除機(jī)床在加工過程產(chǎn)生的偏移擺動(dòng)，保證了機(jī)床的加工精度。同時(shí)對其質(zhì)量有著嚴(yán)格要求，立柱表面導(dǎo)軌具有導(dǎo)向精度高、耐磨性能好、足夠的剛度等技術(shù)特點(diǎn)，同時(shí)要求鑄件尺寸精度高，導(dǎo)軌表面不允許有縮孔、縮松、裂紋、氣孔、夾渣等鑄造缺陷，這些缺陷將嚴(yán)重影響立柱的耐磨性能和剛度，進(jìn)而影響其使用壽命，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致機(jī)床加工中心失去控制，產(chǎn)生   事故。
 　　提高機(jī)床鑄件質(zhì)量的核心是高碳當(dāng)量、高強(qiáng)度、高剛度與低應(yīng)力近50年來，機(jī)床的精度已提高了100倍，已進(jìn)入亞微米級(jí)及納米級(jí)超精加工時(shí)代。高精度與精度的保持性是數(shù)控機(jī)床質(zhì)量的重要指標(biāo)。
 　?。?）機(jī)床精度與機(jī)床鑄件的剛性
 　　精度是指被加工零件能達(dá)到的加工精度。重型、超重型數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入大型電站設(shè)備、石化冶金設(shè)備、汽車制造等行業(yè)。這些高精度、高速切削、強(qiáng)力切削的數(shù)控機(jī)床對機(jī)床鑄件的剛度與減震性提出了   高的要求：航天航空、核工業(yè)、兵器、發(fā)電設(shè)備所需各種特殊性能的合金材料加工時(shí)又“粘”又“硬”，故要求機(jī)床與機(jī)床鑄件具有足夠的抗變形能力，即使在高速、強(qiáng)力切削下仍能保持高精度。從使用角度上看，機(jī)床鑄件的剛性比強(qiáng)度   為重要。實(shí)踐與計(jì)算表明，即使   大的切削力，機(jī)床鑄件的強(qiáng)度仍有較大的   系數(shù)，但卻會(huì)出現(xiàn)由于剛性差、抗變形能力及減震性差而失去加工精度。因此   數(shù)控精密機(jī)床在高速切削、強(qiáng)力切削下，機(jī)床鑄件   具有較高的剛性與優(yōu)良的減震性。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中主要受力的機(jī)床件，往往不是按強(qiáng)度設(shè)計(jì)的，大部分是按剛性設(shè)計(jì)的。提高機(jī)床鑄件剛性的措施來自兩個(gè)方面：一個(gè)是提高鑄件的結(jié)構(gòu)剛性，這就是機(jī)床件向雙層壁、多層壁結(jié)構(gòu)發(fā)展，形成機(jī)床件薄壁化，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的重要原因。另一項(xiàng)措施是提高機(jī)床鑄件的材質(zhì)剛性，即彈性模量，而彈性模量的高低主要取決于抗拉強(qiáng)度。因此現(xiàn)代的   數(shù)控機(jī)床鑄件皆采用了高強(qiáng)度灰鑄鐵HT300、HT350及高強(qiáng)度、高剛度球墨鑄鐵材質(zhì)。保持加工時(shí)高精度的另一因素是機(jī)床鑄件   具備優(yōu)良的減震性。值得提出的是，在減震性能中，灰鑄鐵的減震性優(yōu)于球墨鑄鐵，而灰鑄鐵中，碳當(dāng)量高的減震性又優(yōu)于碳當(dāng)量低的。實(shí)踐表明，高碳當(dāng)量、低強(qiáng)度灰鑄鐵吸震率高，其次是低碳當(dāng)量、高強(qiáng)度灰鑄鐵，球墨鑄鐵次于灰鑄鐵，碳鋼   低，這也是機(jī)床件大部分是灰鑄鐵的原因。長期以來，機(jī)床件的高剛度、高強(qiáng)度與優(yōu)良的減震性難以統(tǒng)一。前者要求低碳當(dāng)量，后者要求高碳當(dāng)量，因此   精密機(jī)床的精度要求其鑄件既要有強(qiáng)有力的抗變形能力的材質(zhì)剛性，又要有優(yōu)良的減震性，這就要求碳當(dāng)量與高強(qiáng)度、高剛度在一個(gè)新的高度上達(dá)到平衡。即在高碳當(dāng)量下達(dá)到高強(qiáng)度、高剛度。
 　?。?）機(jī)床精度保持性與機(jī)床鑄件的殘余應(yīng)力
 　　機(jī)床精度保持性是   數(shù)控機(jī)床   重要的質(zhì)量指標(biāo)，目前我國與國外還有相當(dāng)大的差距。國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的精度保持性約為一年，而國外可達(dá)五年。這是我國數(shù)控機(jī)床進(jìn)口量為世界   的原因之一。鑄件中的殘余應(yīng)力對鑄件尺寸精度穩(wěn)定性的影響是很大的。高精度的機(jī)床在加工中，引起塑性的，不可逆的變形有三個(gè)因素：工作負(fù)荷、材料剛度、殘余應(yīng)力，這三者中殘余應(yīng)力   為危險(xiǎn)，因?yàn)槠鋺?yīng)力往往大于工作負(fù)荷，且它是持續(xù)的，不間斷的。未經(jīng)熱時(shí)效的機(jī)床鑄件，殘余應(yīng)力較大，鑄件變形大。經(jīng)過熱時(shí)效后的機(jī)床鑄件，殘余應(yīng)力較小，鑄件變形較小。
 　　在灰鑄件中，殘余應(yīng)力與強(qiáng)度及碳當(dāng)量有著密切的關(guān)系，它隨碳當(dāng)量的降低而增大，隨抗拉強(qiáng)度的增大而增大。因此，在相當(dāng)長的一段時(shí)間，我國機(jī)床件的低碳當(dāng)量、高強(qiáng)度所帶來較高的殘余應(yīng)力一直未能得到很好的解決。一些國外用戶購買我國機(jī)床鑄件后往往堆放半年或一年后再用，進(jìn)行自然時(shí)效，降低與釋放殘余應(yīng)力。因此，實(shí)現(xiàn)高碳當(dāng)量、高強(qiáng)度的主要途徑是高剛度，低應(yīng)力的精度保持性。