采用高强度矿物铸件KL800的五轴联动加工中心

五轴联动数控机床及其它高端数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、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。 目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。

五轴联动数控机床中的五轴是指除了X、Y、Z轴，还有一个旋转轴和一个摆动轴。旋转轴可以是A轴也可以是B或C轴，旋转轴是可以360度旋转的，摆动轴是除了旋转轴已定义后的（如A轴），剩下的两个轴当中的一个（如B或C），摆动轴只能在一定的角度内进行摆动（如正负180度）而实现360度旋转。

五轴联动数控机床有什么特点？

五轴联动加工中心有占地空间小、高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。若配以五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更能够适应像汽车零部件、飞机结构件、医疗、航空航天等领域具有广泛的应用前景。

图一：采用宝丽斯通装备技术（苏州）有限公司矿物铸件Mineral casting床身的五轴数控加工中心

作为一个高端精密加工设备，德国巨浪集团（CHIRON）、日本大隈（OKUMA）、德国格劳博（GROB）、日本牧野（MAKINO）等公司的五轴联动加工中心无论在品牌知名度还是在机床自身的精度、效率、长期动态稳定性以及控制系统等方面还是处于顶级位置。作为一种有广泛应用和发展前景极好的设备，近几年国内不少公司投入了巨大的资金和研发人员对五轴联动加工中心进行研究和改进，有些公司在技术上和产品上已经接近或者达到国际先进水平，如大连科德数控有限公司、华擎装备技术有限公司、大连佳峰自动化设备有限公司等。

五轴联动数控加工中心及其它精密加工设备要达到理想的精度、效率和长期动态稳定性涉及的方面因素很多，但作为设备骨架的床身材料的选择和结构设计无疑是其中比较核心的部分。机架所选用的材料的刚度、吸振性、阻尼系数和温度的敏感程度直接影响设备的动态稳定性、精度和长期维护成本。

图二：采用宝丽斯通装备技术（苏州）有限公司矿物铸件Mineral casting的晶元切割机床身

矿物铸造(mineral casting)又称人造大理石，是一种用各种天然矿石，石英砂，玄武岩等原料与一定量的树脂粘结剂混合制作而成的新型材料。与传统铸铁和钢材相比，矿铸件材料有更好的吸振性能，抗腐蚀性能和抗磁性能，并且它还有很好的绝缘性能。同时，相比较天然大理石，具有吸水性低，较强的韧性，不容碎，模具任意成型，易加工等明显的性能优势和成本优势。

随着矿物铸件Mineral casting技术的不断成熟，国际数控机床行业的巨头纷纷将以前的铸铁或者天然大理石材质的五轴联动加工中心床身升级成矿物铸件材质的床身（包括底座、龙门、立柱等）从而让他们的设备具备更优的性能。其中德国机床业的“隐形冠军”埃马克（EMAG）、德国巨浪（CHIRON）、瑞士阿奇（AGIE）、德国申克（SHUNCK）是世界上较早将床身升级成矿物铸件材料的国际机床巨头。近几年，随着国内矿物铸件公司在技术上的不断进步和成熟，国内不少高端数控机床公司也开始逐步升级或者批量转化成矿物铸件Mineral casting床身，其中德国巨浪（CHIRON和瑞士阿奇（AGIE）采用的是德国蓝蒲公司生产的矿物铸件Mineral casting床身，华擎装备（HQ）、杰亚数控（JY）、赫锐数控装备（HR）、富强科技（FS）等公司采用宝丽斯通装备技术（苏州）有限公司（Bolystone）生产的矿物铸件Mineral casting床身，大连佳峰采用南通盟鼎新材料有限公司的矿物铸件机架，而埃马克（EMAG）、德国申克（SHUNCK）和大连科德则建立了自己的矿物铸件工厂。

图三：采用宝丽斯通装备技术（苏州）有限公司矿物铸件Mineral casting的五轴数控磨床床身

相比传统的铸铁、钢结构和天然大理石，那么矿物铸件具体具备哪些优势呢？大量的实验室数据和应用实践表明，矿物铸件(mineral casting)具备以下明显的优势：

一、极强的吸振性能。

矿铸件材料(mineral casting)的吸振性能强于灰铸铁和钢铁6到10 倍。使用矿物铸件可以大大降低精密机床的运行平稳性、降低噪音、提高精度，从而延长机床的使用寿命。

二、热传导率低，热稳定性好

矿铸件材料(mineral casting)对外部温度的变化反映很慢，这一点提高了整机的尺寸精度的同时，保证了被加工零件的加工精度。

三、化学及机械稳定性能好

能抵抗腐蚀性介质的侵蚀，比如机油、腐蚀性溶液、酸液和常用的冷却液等。密度约是铸铁的1/3，热阻隔性均比铸铁铸钢等金属材料高，而吸湿性则比天然花岗石低，热稳定性好，并具优良环保性；电绝缘，不导磁，耐腐蚀。

四、铸造精度高，内部应力小，内部收缩率低（0.03%）。

五、很大的设计包容性

整合了各种机械零件，比如地脚锚栓，液压管道，冷却液管路和接地线等都能整合浇铸在铸件中。

六、常温下的铸造流程，不需要额外的加热措施，能源消耗少；同时可回收再利用。矿铸件材料具有很好的化学惰性，易于存放和再回收利用。

七、由于矿铸件材料(mineral casting)能使设计和生产达到优化，所以在机加工、装配和物流等多方面降低了成本，使得其在总装前的成本比焊接结构或者灰铸铁的床身低；由于采用了一部到位的加工方法，矿铸件材料制作的零件生产周期比铸件和钢铁零件短。

图四：采用南通盟鼎新材料有限公司(MD)矿物铸件Mineral casting的自动化设备机架

但矿物铸件材料（Mineral casting）与钢材、铸铁、天然大理石相比在物理、化学、力学性能等方面存在巨大的差异，将数控加工中心的床身升级成矿物铸件材料mineral casting不仅仅是修改图纸规定的材料种类那么简单，要达到与铸铁同样的刚度，需要对原有铸铁或者大理石的床身的局部结构进行比较严谨的设计和修改，从而实现床身不仅具备矿物铸件（Mineral casting）材料的优势，同时也完成数控加工中心在结构和功能上的进一步优化和提高。

理想的升级转化，就需要同时具备几个因素：对自己的数控加工中心的功能和结构非常了解的结构设计工程师、对矿物铸件材料和机床床身都了解的产品设计工程师、矿物铸件配方和生产工艺稳定可靠的矿物铸件制作厂家以及可以达到要求精度的精密加工设备。选择一家被客户批量认可的市场美誉度高的成熟的矿物铸件生产厂家作为数控机床中心床身的合作伙伴则是成功的第一步。矿物铸件材料与铸铁的另一个不同之处就是无法用消失模方式做样品，如果期待采用矿物铸件材料的床身比铸铁还低或者在模具投入方面达不到应有的水准，不仅很难达到性能提高和设备升级的目的，可能存在比较大失败的风险。在成本合理的基础上，一个成熟的、专业的矿物铸件制造厂家能够在最大程度协助客户实现其设计的理想。而对于结构变动有限的床身，采用高强度矿物铸件材料(High strength Mineral casting)则十分可行的选项。