分析綠色機(jī)床設(shè)計(jì)的新材料

　　制造業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，雖然為社會(huì)創(chuàng)造了豐富的物質(zhì)財(cái)富，但是要消耗大量的資源，還會(huì)造成環(huán)境污染。目前，環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)日益成為影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素，各國(guó)政府制定的環(huán)保法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格，消費(fèi)者也對(duì)環(huán)境管理極大關(guān)注。因此，如何減少資源消耗和環(huán)境污染是21世紀(jì)制造業(yè)面臨的重大問(wèn)題。為此，在制造業(yè)實(shí)施綠色制造技術(shù)，貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已勢(shì)在必行。機(jī)械制造業(yè)在我國(guó)的節(jié)能減排工作中起舉足輕重的作用，金屬切削機(jī)床是制造機(jī)器的機(jī)器，是工業(yè)母機(jī)，一般機(jī)床的工作年限都在三、四十年以上，屬于長(zhǎng)壽命產(chǎn)品，在其生命周期內(nèi)既要消耗能源，又要產(chǎn)生固體、液體和氣體的廢棄物，對(duì)工作環(huán)境和自然環(huán)境造成直接或間接的污染。所以，節(jié)省能源、綠色環(huán)保的新型機(jī)床成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

　　綠色機(jī)床設(shè)計(jì)的新材料

　　隨著現(xiàn)代工程技術(shù)和科學(xué)技術(shù)對(duì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。在機(jī)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(duì)數(shù)控機(jī)床與裝備的性能、精度、加工能力的要求日趨提高，帶動(dòng)和促進(jìn)了數(shù)控機(jī)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(qiáng)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(diǎn)，要求機(jī)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(shì)發(fā)展。如何充分地發(fā)揮新材料工藝性能等優(yōu)勢(shì)，把它應(yīng)用于實(shí)際，成為新時(shí)期機(jī)床設(shè)計(jì)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(jī)床結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，使機(jī)床結(jié)構(gòu)輕量化、環(huán)?；?，促進(jìn)了機(jī)床加工設(shè)備向高速、精密、復(fù)合、智能化方向發(fā)展。如機(jī)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(duì)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(jī)床結(jié)構(gòu)輕量化，而且可以提高壽命；對(duì)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(guò)程中需多次進(jìn)行的、耗時(shí)耗能的熱處理工序。

　　例如，在歐美等國(guó)家機(jī)床產(chǎn)業(yè)中，新型材料樹(shù)脂混凝土得到了很大的發(fā)展，特別是在高精度機(jī)床的床身應(yīng)用方面，樹(shù)脂混凝土正逐漸替代傳統(tǒng)的鑄鐵。樹(shù)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(lái)源）和環(huán)氧樹(shù)脂（作為粘合劑）為主的混合物，相對(duì)于傳統(tǒng)的鑄鐵來(lái)說(shuō)具有很大的優(yōu)勢(shì)。目前，越來(lái)越多的國(guó)際機(jī)床制造商開(kāi)始設(shè)計(jì)使用樹(shù)脂混凝土的機(jī)床，但對(duì)于中國(guó)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，這個(gè)領(lǐng)域還是空白。與傳統(tǒng)鑄鐵相比，樹(shù)脂混凝土具有以下4項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：

　?。?）低能耗。相對(duì)于鑄鐵來(lái)說(shuō)，樹(shù)脂混凝土能耗少，在制作過(guò)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(wèn)題的今天，使用如樹(shù)脂混凝土之類造價(jià)低廉并能回收的環(huán)保材料是最理想的選擇，樹(shù)脂混凝土垃圾和舊的床身可以作為建筑原料。

　?。?）吸振性好。如今，精密數(shù)控機(jī)床越來(lái)越受重視，在高速切削時(shí)，工件和機(jī)器部件移動(dòng)得越來(lái)越快。提高轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和增加零部件重量將會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，從而降低精度。樹(shù)脂混凝土能消除振動(dòng)，提高機(jī)床的精度。

　　（3）高度整合性。和900℃澆鑄溫度的鑄鐵相比較，樹(shù)脂混凝±45℃的澆鑄溫度是另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。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。