大型高1档数控机床铸件 质量决定精度
一、概述
机床是国家基础装备，特别是数控机床，其制造水平的高低是衡量一个国家综合实力的重要标志。这些年来国外对我国高精端数控机床封锁一直非常严重，特别是大型高精端数控机床很难进口，即使能进口，价格也非常昂贵。为了打破国外的封锁，发展自己的民族企业，只有依靠自主创新。近几年，我国在数控机床技术研发上有了较大的进步，并已打破国外长期对我国高精端机床技术封锁的现状。目前，我国已经能够生产七轴联动重型数控卧式加工中心、五轴横梁移动式高速龙门铣削中心，五轴龙门加工中心、五轴车铣中心、五轴立式叶片加工中心，以及六轴五联动弧齿锥齿轮磨床等产品，打破了国外设备一统天下的局面。
目前，我公司自主研制的DMVT1600×60/400L-NC数控龙门移动双柱立式车床、DMVTM2500×60/550L-NC数控龙门移动式双柱车铣床(见图1)，是我国目前最1大的16m、25m双柱立车，由于技术含量非常高，在国际上也只有几个发达国家能生产。HTⅢ420×180/400L-NC数控重型卧式车床也是我国目前大型数控重型卧式车床之一。
由于机床的结构件和许多主要部件都是以铸件为坯料的，因此机床铸件的好坏，对机床的质量、使用寿命、精度保持性都有重要的影响。
二、大型数控机床对铸件的质量要求
(1)较高的抗压强度与抗拉强度。
(2)良好的精度稳定性。
(3)高的弹性模量。
(4)良好的耐磨性。
(5)较好的减震性。
(6)良好的切削性能。
(7)良好的铸造性能。
(8)较高的尺寸精度，较低的表面粗糙度。
三、大型数控机床对铸件的技术要求
1.大型数控机床技术指标
DMVTM2500×60/550L-NC数控龙门移动式双柱车铣床是目前亚洲最1大的立式车铣床，世界上也只有很少几个国家能生产，其最1大车削直径25000mm、工作台直径10000mm、最1大工件重量550t、最1大工件高度6000mm;HTⅢ420×180/400L-NC数控重型卧式车床(见图2)中心高2250mm、床身上最1大工件回转直径4200mm、两顶尖间最1大工件长度18000mm，是我国目前最1大的数控高技术立式、卧式机床之一。
2.大型数控机床主要铸件及技术要求
(1)、横梁、立柱、床身、滑枕类铸件 该类铸件的导轨部分，精度要求非常高，导轨加工后表面粗糙度一般要求为Ra0.8μm ，因此铸件应有强度高，耐磨性好，加工后导轨硬度在180HBW以上，导轨部位不能有任何铸造缺陷。特别是横梁、立柱类铸件，其材质牌号一般为HT300、HT350，载荷>11.00kN、挠度f>5.5mm。横梁、立柱铸件长度一般在8～15m之间，浇注重量一般在25～70t，最重的立柱铸件浇注重量为95.3t。目前，国内生产数控桥式双龙门镗铣床的固定横梁最1大的是145t球墨铸铁件，其材质是QT6003。
(2)工作台、工作台底座、主轴箱体、尾座体类铸件 为了保证铸件精度，这些铸件的刚度必须好，而且不能有大的缺陷，精度要求也比较高。从使用角度上看，机床铸件的刚性比其强度更重要。计算表明，即使达到机床最1大切削力，高牌号铸铁件的抗压强度、抗拉强度仍有较大的安全系数，但却会出现因其刚度差、抗变形能力不够，从而使强力、高速切削的数控机床失去加工精度。因此，铸件的刚度指标对现代数控机床很重要，回收二手机床，即弹性模量越大，材质抗变形能力越大。
三、生产中的质量控制
1.化学成分控制
保证大型数控机床的精度要求铸件的硬度，加工性能的稳定。实践证明，保持铸件化学成分的稳定是保证铸件硬度，加工性能稳定的重要措施。对于熔炼的铁液， Si、Mn含量(质量分数)波动均不应超过±0.1%， C的波动范围为±0.05%。
另外，带导轨的机床件则加入Cu、Cr，含量为wCu=0.6%、wCr=0.3%。
2.强度与碳当量控制
目前，数控机床铸件大多数采用HT350、HT300高强度灰铸铁，但是在提高铸件强度的同时往往伴随着碳当量的降低，收缩的增大，流动性的降低，以及铸造性能的恶化，因此在保证同一强度下有较高的碳当量，或在同一碳当量下有较高的强度是生产的关键。目前采取的技术是在配料中增加废钢的同时，采用熔炼高温优质铁液加强有力的孕育措施等，则可在较高的碳当量下获得高的机械强度。又如在一定的碳当量下，将Si/C从0.4～0.5提高到0.7～0.8，不仅可以提高机械强度还可增加弹性模量，是控制化学成分尤其是碳当量、保持强度的同时具有优良铸造性能的重要指标，也是避免废品率的上升及能源的浪费一项重要技术。
3.力学性能的控制
目前，我国机床主要铸件(如床身、工作台、立柱、横梁等)一般采用HT200、HT250、HT300 、HT350四个牌号。为了保证铸件刚性要控制好灰铸铁的弹性模量，提高材质抗变形能力。因为铸铁弹性模量在强力切削下对数控机床保持精度的稳定性的作用越来越重要，弹性模量与强度有着密切的关系，强度越高，弹性模量也越高
但实际生产中，不能以强度的测试来代替弹性模量的测试。因为即使是同样的强度，弹性模数也有高低之分。例如配料中的废钢量，渗碳的机制，高温熔炼，孕育强化及化学成分中的Si/C比，以及金相组织中的石墨数量、大小等都是影响弹性模量的重要因素。
铸件在受力时抗拉强度越高，弹性模量下降的幅值越小，这也是高刚度机床要求铸铁更高强度的原因。通常机床铸件在使用中，其使用应力很少超过抗拉强度的1/4，铸件设计者往往用应力为1/4抗拉强度时的弹性模量来代替牌号的弹性模量。
4.尺寸精度
生产大型数控机床铸件一般采用树脂砂造型，其铸件尺寸精度要求CT8～CT10，任意600mm内平面度<1.5mm。我国机床铸造厂绝大部分控制在CT9～CT10范围内，600mm内平面度<2mm，少部分达到CT9，稳定达到CT8的极少数，国外机床铸件普遍达到CT8，任意600mm内平面度<1mm。
5.铸件的时效处理
大型数控机床铸件高强度HT350、HT300已占机床铸件主体，铸件的残余应力值也随强度增大而升高，因此铸件的时效处理相当重要。目前，机床铸件的时效处理主要有三种方法：一是热时效;二是振动时效;三是不热时效的低应力铸铁。
四、结语
在当前全球市场竞争日益激烈的环境下，打破国外对我国高精端数控机床和大型高精端数控机床的封锁，只有不断提高高端装备制造的技术水平，加大科技投入，切实推动科技自主创新，加强人才的培养，提高科技水平，增加产品的技术含量和市场价值，才能使我国从制造大国迈进制造强国。
数控铣床
按主轴位置分类一、立式数控铣床：立式数控铣床主轴轴线垂直于水平面，是数控铣床主轴轴线垂直于水平面，是数控铣床中常见的一种布局形式，应用范围广泛。从机床数控系统控制的坐标数量来看，目前2坐标数控立铣仍占大多数；一般可进行3坐标联动加工，但也有部分机床只能进行3个坐标中的任意两个坐标联动加工（常称为2.5坐标加工）。此外还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中一个或两个轴做数控摆角运动的4坐标和5坐标数控立铣。 二、龙门式数控铣床；数控龙门铣床主轴可以在龙门架的横向与垂直导轨上运动，龙门架则沿床身做纵向动运动。大型数控铣床，要考虑到扩大行程、缩小占地面积等技术上的问题，往往采用龙门架移动式。 三、卧式数控铣床；卧式数控铣床与普通卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面，主要用于加工箱体类零件。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万1能数控转盘来实现4、5坐标加工。这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。 四、立卧两用数控铣床。立卧两用数控铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，同时具备上述两类机床的功能，其使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，给用户带来不少方便。 立卧两用数控铣床靠手动或自动两种方式更换主轴方向。有些立卧两用数控铣床采用主轴头可以任意方向转换的万1能数控主轴头，使其可以加工出与水平面呈不同角度的工件表面，还可以在这类铣床的工作台上增设数控转盘，以实现对零件的“五面加工”。
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