隨著現(xiàn)代工程技術(shù)和科學技術(shù)對材料性能要求的不斷提高,新材料的研究和應(yīng)用得到迅速發(fā)展,以復(fù)合材料為代表的新材料已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域。在機械工業(yè)中,新材料的出現(xiàn)和應(yīng)用使一些傳統(tǒng)的加工工藝發(fā)生了重大變化。現(xiàn)代航空航天業(yè)等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對數(shù)控機床與裝備的性能、精度、加工能力的要求日趨提高,帶動和促進了數(shù)控機床與裝備制造業(yè)的發(fā)展。
由于航空航天工業(yè)產(chǎn)品零件具有耐高溫、高強度、難加工、合金材料和復(fù)合材料多、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件多和工藝要求高等特點,要求機床加工設(shè)備朝大型(重型、超重型)、高速、精密、復(fù)合、智能化的趨勢發(fā)展。如何充分地發(fā)揮新材料工藝性能等優(yōu)勢,把它應(yīng)用于實際,成為新時期機床設(shè)計領(lǐng)域的重要課題。
包括碳素纖維、陶瓷和復(fù)合材料等新材料在機床結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,使機床結(jié)構(gòu)輕量化、環(huán)保化,促進了機床加工設(shè)備向高速、精密、復(fù)合、智能化方向發(fā)展。如機床的大尺寸支承件使用人造花崗石,或在鋼板焊接的框架內(nèi)填充混凝土,既可以節(jié)省金屬資源,又可以增加抗振性和熱穩(wěn)定性;對一些受力條件復(fù)雜的零、部件,使用像碳素纖維等新材料,不僅可以使機床結(jié)構(gòu)輕量化,而且可以提高壽命;對一些高硬度耐磨件,使用陶瓷等材料代替高硬度鋼,既可以減輕重量,又可以節(jié)省貴重金屬資源,還可以省去高硬度鋼在加工過程中需多次進行的、耗時耗能的熱處理工序。
例如,在歐美等國家機床產(chǎn)業(yè)中,新型材料樹脂混凝土得到了很大的發(fā)展,特別是在高精度機床的床身應(yīng)用方面,樹脂混凝土正逐漸替代傳統(tǒng)的鑄鐵。樹脂混凝土是一種新興結(jié)構(gòu)材料,是一種由天然礦石(不同尺寸、不同來源)和環(huán)氧樹脂(作為粘合劑)為主的混合物,相對于傳統(tǒng)的鑄鐵來說具有很大的優(yōu)勢。目前,越來越多的國際機床制造商開始設(shè)計使用樹脂混凝土的機床,但對于中國市場來說,這個領(lǐng)域還是空白。與傳統(tǒng)鑄鐵相比,樹脂混凝土具有以下4項優(yōu)勢:
(1)低能耗。相對于鑄鐵來說,樹脂混凝土能耗少,在制作過程中節(jié)省大約30%的能量消耗。在面臨電力、天然氣、煤等能源短缺問題的今天,使用如樹脂混凝土之類造價低廉并能回收的環(huán)保材料是最理想的選擇,樹脂混凝土垃圾和舊的床身可以作為建筑原料。
(2)吸振性好。如今,精密數(shù)控機床越來越受重視,在高速切削時,工件和機器部件移動得越來越快。提高轉(zhuǎn)速、進給速度和增加零部件重量將會產(chǎn)生振動,從而降低精度。樹脂混凝土能消除振動,提高機床的精度。
(3)高度整合性。和900℃澆鑄溫度的鑄鐵相比較,樹脂混凝±45℃的澆鑄溫度是另一個優(yōu)點。傳統(tǒng)的方法是在床身澆鑄完成以后再安裝上其他的零部件,如今可以直接在鑄件中鑄入零部件,如管道、電纜、傳感器、執(zhí)行器和盛液體的內(nèi)腔等。