数控机床中常见的几种残余应力问题分析

在数控机床制造过程中，残余应力会严重的影响数控机床的*部件的性能。南京聚航科技有限公司针对残余应力的形成原因进行简单分析。

铸造残余应力分析

由于*件的结构不对称，铸件各部分在凝固过程中冷却、收缩通常很不均匀，有些金属材料还会产生相变，同时铸件由于砂型的束缚而导致冷却收缩过程受到阻碍，这些因素会分别产生热应力、相变应力和机械阻碍应力，统称为铸造应力。其中，热应力往往成为残余应力；相变应力可能是暂时的，也可能*终成为残余应力；机械阻碍应力则通常是暂时的，随铸件落砂而自行消失。

对于数控机床而言，床身、工作台、立柱等通常为铸造件，作为后续装配工序的基础，如果这些铸件的残余应力不能得到很好的消除，将会直接影响后续装配过程以及使用过程中数控机床整机的精度、精度寿命和可*性。由于铸件残余应力得不到有效消除，在机床使用一段时间时后，*件中的残余应力铸件释放，会造成大件的几何变形，从而使加工出的工件不合格，机床工作精度降低。

热处理残余应力分析

在进行淬火等热处理工艺时，工件各部分会由于温度梯度、金属相变等原因产生残余应力。在加热以及冷却过程中，工件由表及里往往会形成温度梯度，使得工件表里因膨胀、收缩不一致产生残余应力。同时，在热处理过程中工件材料发生不均匀相变，各部分材料因比容的差异在冷却后*终形成残余应力。

主轴、丝杠、导轨等是影响数控机床工作精度的关键*部件，为了获得良好的工作性能，通常需要对其进行多种热处理工序，其中在工件淬火后，通过回火可以调整组织稳定性，使淬火残余应力得到松弛甚至消除，防止因工件在使用过程中产生变形而影响机床的精度寿命及可*性。

焊接残余应力分析

在焊接过程中，焊接区域以远高于附近区域的温度被急剧加热融化。加热时焊接区域受热膨胀，因周围低温区域的约束而形成塑性压缩，冷却过程焊接区域的冷却收缩受到周围区域的约束形成残余拉应力，附近区域形成残余压应力。同时，组织转变也会形成残余应力。

在焊接过程中，沿着焊缝逐渐加热和冷却，使得焊件各部位产生温度梯度，由此产生不均匀塑性变形而导致热应力。其间，金属组织发生转变，将引起相变应力。焊接前的工序产生的应力称为间接应力，其与焊接应力叠加，对焊件变形产生额外的影响。

焊接工艺因制造周期短、结构设计灵活等优点，主要应用于床身、立柱、罩壳等结构的加工。而且在大型机床上，以钢板焊接结构代替铸造床身的趋势不断扩大。但是，由于床身焊接结构中很容易产生较大的焊接残余应力，会严重影响机床制造过程的精度以及焊接结构的使用性能，导致机床在使用过程中因易发生变形而降低机床的工作精度。

压力加工残余应力分析

压力加工可以分为热成形和冷成形两种。热成形压力加工过程中，工件各部分由于受力不均导致不均匀的塑性变形，冷却时存在温度梯度导致收缩不均匀而产生热应力，合适的温度条件下还可能发生组织转变，这些因素都能形成残余应力，其中热应力为主要因素。冷成形过程在再结晶温度以下进行，因而基本不会产生热应力，然而因为不均匀的塑性变形而产生的残余应力很大。

由锻造制备的机床主轴毛坯，在热变形压力加工过程中除了因不均匀塑性变形、热应力、组织相变产生残余应力外，还可能由于表层金属氧化脱碳导致成分改变而形成残余应力。因而，在对机床主轴进行工艺规划时需要特别注意针对这些因素采取措施消除残余应力。

切削加工残余应力分析

在切削加工的过程中，工件与刀具接触的部分会产生塑性变形。这种变形取决于加工方式和加工条件，是由各种原因所造成的变形的叠加，同时受到工件材料和刀具之间摩擦接触产生的热影响。尤其磨削时的发热温度远高于一般切削工艺，甚至有可能使工件表面因相变而产生残余应力。因此，在工件的加工表面薄层上，存在着相当大的残余应力。

数控机床的导轨面、工作台面等重要结合面的精度寿命对于机床工作精度的影响不言而喻，对这些工件进行大余量切削会产生显著的残余应力，然而对此并未在生产中引起关注，有必要对数控机床重要结合面在机加工过程中产生的残余应力进行检测、评估并采取合适的消除措施.