高精度的數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)床的重要標(biāo)志，其高精度指零部件的加工精度及其穩(wěn)定性高，這要求機(jī)床鑄件有較低的鑄造應(yīng)力和良好的尺寸精度穩(wěn)定性。但床身鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般導(dǎo)軌較長，壁厚差較大，在凝固、冷卻過程中由于溫度場不均勻，容易產(chǎn)生熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、組織應(yīng)力等而導(dǎo)致變形，嚴(yán)重影響其尺寸精度及保持性。然而，近年來關(guān)于機(jī)床鑄件的殘余應(yīng)力及尺寸穩(wěn)定性的研究報道很少，因鑄件的殘余應(yīng)力引起的變形甚至開裂成為鑄造行業(yè)的共性技術(shù)問題之一。
床身導(dǎo)軌的溫度場比其他部位大，且距離澆道越遠(yuǎn)、壁厚越大處溫度越高，越容易產(chǎn)生熱應(yīng)力；鑄件底部方孔附近和扁冒口位置溫度場都比較低，凝固速度較快，冒口基本不能起到補(bǔ)縮作用，只是起到排氣作用；鑄件上箱鐵液凝固較快，原因是方口位置和芯子接觸，熱傳導(dǎo)系數(shù)大，冷卻較快；而下箱床身導(dǎo)軌凝固較慢，且由于存在較大的壁厚差，溫度分布不均勻，凝固時間相差較大，容易產(chǎn)生相變應(yīng)力和組織應(yīng)力。
在澆道上出現(xiàn)縮松缺陷，但不影響鑄件的質(zhì)量；床身的橫導(dǎo)軌、豎導(dǎo)軌、節(jié)點等溫差較大之處也出現(xiàn)縮松，容易引起收縮應(yīng)力，可通過放置冷鐵使鑄件實現(xiàn)順序凝固或利用內(nèi)澆道的補(bǔ)縮作用加以減小、消除。床身的橫導(dǎo)軌有明顯的彎曲變形，導(dǎo)軌根部受到的拉應(yīng)力比較大，約160~180MPa，應(yīng)力集中也比較大，需要后續(xù)的組合時效處理來消除；導(dǎo)軌面上受壓應(yīng)力，約-70~-180MPa；豎導(dǎo)軌較短，應(yīng)力相對較小，拉應(yīng)力約14~26MPa，壓應(yīng)力約-27~-52MPa，因此變形也較小。
受床身鑄件結(jié)構(gòu)的影響，所測位置的殘余應(yīng)力多為壓應(yīng)力，測量值基本都在數(shù)值模擬所預(yù)測的范圍之內(nèi)；床身鑄件在200℃和500℃下打箱后的較大殘余應(yīng)力分別為-95.7MPa和-172.9MPa，后者明顯比前者大，較低的打箱溫度有利于減小鑄件的殘余應(yīng)力；球鐵滑枕鑄件粗加工前的較大殘余應(yīng)力為一65.5MPa(比灰鑄鐵床身鑄件小)，由于機(jī)械加工容易產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，粗加工后的較大殘余應(yīng)力為-156.5MPa，明顯增大。
大型鑄件的鑄造方法常用的是砂型鑄造，其次是特種鑄造方法，如：金屬型鑄造、熔模鑄造、石膏型鑄造等。而砂型鑄造又可以分為粘土砂型、有機(jī)粘結(jié)劑砂型、樹脂自硬砂型、消失模等等。
大型鑄件優(yōu)先采用砂型鑄造，主要原因是砂型鑄造較之其它鑄造方法成本低、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)周期短。當(dāng)濕型不能滿足要求時再考慮使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。粘土濕型砂鑄造的鑄件重量可從幾公斤直到幾十公斤，而粘土干型生產(chǎn)的鑄件可重達(dá)幾十噸。 鑄造方法應(yīng)和生產(chǎn)批量相適應(yīng)，低壓鑄造、壓鑄、離心鑄造等鑄造方法，因設(shè)備和模具的價格昂貴，所以只適合批量生產(chǎn)，大型鑄件可以單件鑄造也可批量生產(chǎn)。
大型鑄件澆注時位置的選擇對鑄件質(zhì)量、造型方法、砂箱尺寸、鑄鐵平板，鑄鐵平臺加工余量等都有著很大的影響。所以在選定澆注位置時應(yīng)以保證鑄件質(zhì)量為主，一般應(yīng)注意下面的幾個原則：對于具有大面積的薄壁部分放在鑄型的下部，同時盡量使薄壁立著或傾斜著澆注，這樣有利于金屬的充填。由于泥芯較長，剛度不夠，在金屬液的浮力作用下，泥芯產(chǎn)生如圖虛線所示的彎曲變形。若改為立澆，就可以避免上述不良情況的產(chǎn)生。它將大型鑄件大面積的薄壁部分放在鑄件的下面，使這部分能在較高的金屬液壓力下充滿鑄型，防止?jié)膊蛔?。對于一些需要補(bǔ)縮的鑄件，應(yīng)把截面較厚的部分放在鑄型的上部或側(cè)面。
機(jī)床鑄件多為床身使用，它的結(jié)構(gòu)簡單，工藝性能好，便于導(dǎo)軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的運(yùn)動精度，一般可用于大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床的布局。但是水平床身由于下部空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)尺寸上看，刀架水平放置使得滑板橫向尺寸較長，從而加大了機(jī)床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。
水平床身配上傾斜放置的滑板，并配置傾斜式導(dǎo)軌防護(hù)罩，這種機(jī)床鑄件布局形式一方面有水平床身工藝性好的特點，另一方面機(jī)床寬度方向的尺寸較水平配置滑板的要小，且排屑方便。
結(jié)論
(1)水平阻流設(shè)計充型不平穩(wěn)、有紊流傾向、容易卷氣、不利于排渣，可采用去除阻流片設(shè)計優(yōu)化澆注系統(tǒng)。
(2)床身鑄件溫度場分布不均勻，上箱凝固比下箱快，床身導(dǎo)軌及節(jié)點處容易產(chǎn)生熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、組織應(yīng)力，鑄件上出現(xiàn)縮松缺陷也易引起收縮應(yīng)力。
(3)床身橫導(dǎo)軌有較大的殘余應(yīng)力：拉應(yīng)力160180MPa，壓應(yīng)力一70~一180MPa；豎導(dǎo)軌的殘余應(yīng)力相對較小：拉應(yīng)力14~26MPa，壓應(yīng)力-27~52MPa；床身在長度方向變形量較大，在寬度和高度方向的變形量較小，沒有發(fā)生撓曲變形。
(4)盲孔法測量的殘余應(yīng)力結(jié)果與數(shù)值模擬基本相符，灰鑄鐵件的殘余應(yīng)力比球墨鑄鐵件大，較低的打箱溫度有利于減小殘余應(yīng)力，而粗加工容易增大殘余應(yīng)力。
