机床的精确度和机床铸件的刚性

　　进入21世纪以来，随着科技进步、产品升级以及   重点工程、地方投资项目的不断推进，国民经济各行业对机床产品的需求水平都进一步提高，机床产品也正在迅速发展，国内外均研制了很多大型高精端数控机床，它是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的   手段，它对一个   的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。该类机床大型铸件主要有床身、立柱、工作台、横梁、主轴箱体、尾座体等，立柱是其的关键部分，对主轴箱起支撑作用，满足主轴箱的Z向运动，要求立柱铸件要有较好的刚性和热稳定性。立柱设计为A形结构，   排除机床在加工过程产生的偏移摆动，保证了机床的加工精度。同时对其质量有着严格要求，立柱表面导轨具有导向精度高、耐磨性能好、足够的刚度等技术特点，同时要求铸件尺寸精度高，导轨表面不允许有缩孔、缩松、裂纹、气孔、夹渣等铸造缺陷，这些缺陷将严重影响立柱的耐磨性能和刚度，进而影响其使用寿命，严重时导致机床加工中心失去控制，产生   事故。
 　　提高机床铸件质量的核心是高碳当量、高强度、高刚度与低应力近50年来，机床的精度已提高了100倍，已进入亚微米级及纳米级超精加工时代。高精度与精度的保持性是数控机床质量的重要指标。
 　　（1）机床精度与机床铸件的刚性
 　　精度是指被加工零件能达到的加工精度。重型、超重型数控机床已进入大型电站设备、石化冶金设备、汽车制造等行业。这些高精度、高速切削、强力切削的数控机床对机床铸件的刚度与减震性提出了   高的要求：航天航空、核工业、兵器、发电设备所需各种特殊性能的合金材料加工时又“粘”又“硬”，故要求机床与机床铸件具有足够的抗变形能力，即使在高速、强力切削下仍能保持高精度。从使用角度上看，机床铸件的刚性比强度   为重要。实践与计算表明，即使   大的切削力，机床铸件的强度仍有较大的   系数，但却会出现由于刚性差、抗变形能力及减震性差而失去加工精度。因此   数控精密机床在高速切削、强力切削下，机床铸件   具有较高的刚性与优良的减震性。现代数控机床中主要受力的机床件，往往不是按强度设计的，大部分是按刚性设计的。提高机床铸件刚性的措施来自两个方面：一个是提高铸件的结构刚性，这就是机床件向双层壁、多层壁结构发展，形成机床件薄壁化，结构日益复杂的重要原因。另一项措施是提高机床铸件的材质刚性，即弹性模量，而弹性模量的高低主要取决于抗拉强度。因此现代的   数控机床铸件皆采用了高强度灰铸铁HT300、HT350及高强度、高刚度球墨铸铁材质。保持加工时高精度的另一因素是机床铸件   具备优良的减震性。值得提出的是，在减震性能中，灰铸铁的减震性优于球墨铸铁，而灰铸铁中，碳当量高的减震性又优于碳当量低的。实践表明，高碳当量、低强度灰铸铁吸震率高，其次是低碳当量、高强度灰铸铁，球墨铸铁次于灰铸铁，碳钢   低，这也是机床件大部分是灰铸铁的原因。长期以来，机床件的高刚度、高强度与优良的减震性难以统一。前者要求低碳当量，后者要求高碳当量，因此   精密机床的精度要求其铸件既要有强有力的抗变形能力的材质刚性，又要有优良的减震性，这就要求碳当量与高强度、高刚度在一个新的高度上达到平衡。即在高碳当量下达到高强度、高刚度。
 　　（2）机床精度保持性与机床铸件的残余应力
 　　机床精度保持性是   数控机床   重要的质量指标，目前我国与国外还有相当大的差距。国内数控机床的精度保持性约为一年，而国外可达五年。这是我国数控机床进口量为世界   的原因之一。铸件中的残余应力对铸件尺寸精度稳定性的影响是很大的。高精度的机床在加工中，引起塑性的，不可逆的变形有三个因素：工作负荷、材料刚度、残余应力，这三者中残余应力   为危险，因为其应力往往大于工作负荷，且它是持续的，不间断的。未经热时效的机床铸件，残余应力较大，铸件变形大。经过热时效后的机床铸件，残余应力较小，铸件变形较小。
 　　在灰铸件中，残余应力与强度及碳当量有着密切的关系，它随碳当量的降低而增大，随抗拉强度的增大而增大。因此，在相当长的一段时间，我国机床件的低碳当量、高强度所带来较高的残余应力一直未能得到很好的解决。一些国外用户购买我国机床铸件后往往堆放半年或一年后再用，进行自然时效，降低与释放残余应力。因此，实现高碳当量、高强度的主要途径是高刚度，低应力的精度保持性。