簡介

機(jī)床是加工制造業(yè)的“工作母機(jī)”,。隨著我國從制造大國向制造強(qiáng)國的過渡,，對加工制造業(yè)的“工作母機(jī)”要求越來越高，傳統(tǒng)鑄鐵材料已經(jīng)滿足不了人們對機(jī)床性能的需求,，特別是在超精密加工方面,。采用新型（人造花崗巖）材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑄鐵材料應(yīng)用于機(jī)床床身基礎(chǔ)件的趨勢越來越明顯,，相較于鑄鐵材料,，人造花崗巖材料阻力大,、耐腐蝕耐酸堿性好、制造過程無污染且對制造環(huán)境要求不苛刻,，此外它還具有高整合性,、鑄件高精度、制造能耗低,、價格低廉等優(yōu)點,。近年來，國內(nèi)外學(xué)者采用碳纖維,、玻璃纖維,、鋼纖維、鉬纖維以及它們相互混合的混雜纖維來增強(qiáng)人造花崗巖材料作為機(jī)床基礎(chǔ)件,，相比于未添加纖維的人造花崗巖效果明顯,，但材料的抗沖擊、抗拉和抗彎強(qiáng)度仍有不足,。我們采用鋼-聚丙烯纖維增強(qiáng)人造花崗巖作為機(jī)床床身基礎(chǔ)件材料,，并對床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過有限元分析法與原型鑄鐵床身比較其靜,、動態(tài)性能,。

鋼-聚丙烯纖維增強(qiáng)人造花崗巖材料是由經(jīng)過預(yù)處理的鋼纖維和聚丙烯纖維按照特定的比例加入“濟(jì)南青”花崗巖骨料中，再加入一定比例的粘結(jié)劑系統(tǒng)（粘結(jié)劑,、固化劑、稀釋劑和增韌劑）和填料制作而成,。鋼纖維具有高初裂強(qiáng)度、高模量,，結(jié)合聚丙烯纖維的高韌性和高抗沖擊性,，有效提高人造花崗巖材料的力學(xué)性能。此外,，鋼纖維還具備了耐久性,、抗疲勞,、成本低等優(yōu)點備受業(yè)內(nèi)人士青睞,。因此,，鋼—聚丙烯纖維增強(qiáng)人造花崗巖機(jī)床床身具有很好的應(yīng)用前景,。

應(yīng)用理論結(jié)合試驗研究了材料的各組分配比,，制作了若干組不同原料配比的SPFRAG 試件,，檢測了試件的力學(xué)性能,，根據(jù)“平行軸定理”對床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,，并對原型鑄鐵床身和新型SPFRAG床身進(jìn)行靜、動態(tài)特性分析,。主要研究結(jié)果包括：

（1）對鋼-聚丙烯纖維增強(qiáng)人造花崗巖材料各組分及制備工藝進(jìn)行了實驗研究,，當(dāng)混雜纖維的含量占聚合物總量的1.7%時，材料的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到136.8MPa,，抗彎強(qiáng)度達(dá)到33.4MPa,。

（2）以某超精密鑄鐵機(jī)床床身為設(shè)計原型，對鋼-聚丙烯纖維增強(qiáng)人造花崗巖材料床身進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,，對兩種床身的設(shè)計部分進(jìn)行截面劃分,，得到新材料床身在質(zhì)量減少38.5%的同時，其抗彎剛度增加了49.5%,。

（3）對兩種床身靜,、動態(tài)進(jìn)行有限元仿真分析，結(jié)果表明：新型床身所受最大應(yīng)力和應(yīng)變較原型鑄鐵床身分別減小了71.79%和73.62%。與原型鑄鐵相比,，新型復(fù)合材料床身的1～6 階固有頻率,，均有明顯提高。在X,、Y,、Z軸三個方向上，新型床身的最大響應(yīng)振幅分別是原型鑄鐵床身最大響應(yīng)振幅的 0.56倍,、0.22 倍,、0.17倍。