Pri opremi za numerično krmiljenje s CNC-jem, čeprav fizikalne lastnosti granita zagotavljajo osnovo za visoko natančno obdelavo, imajo lahko njegove inherentne pomanjkljivosti večdimenzionalne vplive na natančnost obdelave, ki se kažejo posebej v naslednjem:
1. Površinske napake pri obdelavi zaradi krhkosti materiala
Krhka narava granita (visoka tlačna trdnost, vendar nizka upogibna trdnost, običajno je upogibna trdnost le 1/10 do 1/20 tlačne trdnosti) ga med obdelavo nagnjuje k težavam, kot so razpoke na robovih in površinske mikrorazpoke.
Mikroskopske napake vplivajo na natančen prenos: Pri visoko preciznem brušenju ali rezkanju lahko drobne razpoke na stičnih točkah orodja tvorijo nepravilne površine, kar povzroči, da se napake ravnosti ključnih komponent, kot so vodila in delovne mize, razširijo (na primer, ravnost se poslabša z idealnih ±1 μm/m na ±3~5 μm/m). Te mikroskopske napake se bodo neposredno prenesle na obdelane dele, zlasti pri obdelavi preciznih optičnih komponent in polprevodniških nosilcev rezin, kar lahko povzroči povečanje hrapavosti površine obdelovanca (vrednost Ra se poveča z 0,1 μm na več kot 0,5 μm), kar vpliva na optično zmogljivost ali funkcionalnost naprave.
Nenadno tveganje zloma pri dinamični obdelavi: Pri visokohitrostnem rezanju (kot je hitrost vretena > 15.000 vrt/min) ali hitrost podajanja > 20 m/min) lahko granitne komponente zaradi trenutnih udarnih sil doživijo lokalno drobljenje. Na primer, ko par vodilnih tirnic hitro spremeni smer, lahko razpoke na robovih povzročijo odstopanje poti gibanja od teoretične poti, kar povzroči nenaden padec natančnosti pozicioniranja (napaka pozicioniranja se poveča z ±2 μm na več kot ±10 μm) in celo povzroči trčenje in odrez orodja.
Drugič, izguba dinamične natančnosti zaradi protislovja med težo in togostjo
Visoka gostota granita (z gostoto približno 2,6 do 3,0 g/cm³) lahko zavira vibracije, vendar prinaša tudi naslednje težave:
Inercialna sila povzroča zakasnitev odziva servomotorja: Inercialna sila, ki jo ustvarjajo težke granitne postelje (kot so velike postelje portalnih strojev, ki lahko tehtajo več deset ton) med pospeševanjem in zaviranjem, sili servomotor k večjemu navoru, kar povzroči povečanje napake sledenja zanke položaja. Na primer, v visokohitrostnih sistemih, ki jih poganjajo linearni motorji, se lahko za vsako 10-odstotno povečanje teže natančnost pozicioniranja zmanjša za 5 % do 8 %. Zlasti pri nanoskalnih obdelavah lahko ta zakasnitev povzroči napake pri obdelavi kontur (kot je na primer povečanje napake okroglosti s 50 nm na 200 nm med krožno interpolacijo).
Nezadostna togost povzroča nizkofrekvenčne vibracije: Čeprav ima granit relativno visoko inherentno dušenje, je njegov elastični modul (približno 60 do 120 GPa) nižji od modula litega železa. Pri izmeničnih obremenitvah (kot so nihanja rezalne sile med večosno obdelavo) se lahko pojavijo mikrodeformacije. Na primer, v komponenti nihajne glave petosnega obdelovalnega centra lahko rahla elastična deformacija granitne podlage povzroči, da se kotna natančnost pozicioniranja vrtilne osi premakne (na primer napaka indeksiranja se poveča z ±5" na ±15"), kar vpliva na natančnost obdelave kompleksnih ukrivljenih površin.
Iii. Omejitve toplotne stabilnosti in občutljivosti na okolje
Čeprav je koeficient toplotnega raztezanja granita (približno 5 do 9 × 10⁻⁶/℃) nižji od koeficienta litega železa, lahko še vedno povzroči napake pri natančni obdelavi:
Temperaturni gradienti povzročajo strukturne deformacije: Ko oprema deluje neprekinjeno dlje časa, lahko viri toplote, kot sta glavni motor gredi in sistem mazanja vodilnih tirnic, povzročijo temperaturne gradiente v granitnih komponentah. Na primer, ko je temperaturna razlika med zgornjo in spodnjo površino delovne mize 2 ℃, lahko to povzroči srednje konveksno ali srednje konkavno deformacijo (upogib lahko doseže 10 do 20 μm), kar povzroči kršitev ravnosti vpenjanja obdelovanca in vpliva na natančnost vzporednosti rezkanja ali brušenja (na primer toleranca debeline ravnih plošč, ki presega ±5 μm do ±20 μm).
Vlažnost okolja povzroča rahlo raztezanje: Čeprav je stopnja absorpcije vode granita (0,1 % do 0,5 %) nizka, lahko pri dolgotrajni uporabi v okolju z visoko vlažnostjo že sled absorpcije vode povzroči raztezanje mreže, kar posledično povzroči spremembe v prileganju para vodilnih tirnic. Na primer, ko se vlažnost dvigne s 40 % relativne vlažnosti na 70 % relativne vlažnosti, se lahko linearna dimenzija granitne vodilne tirnice poveča za 0,005 do 0,01 mm/m, kar povzroči zmanjšanje gladkosti gibanja drsne vodilne tirnice in pojav "plazenja", ki vpliva na natančnost podajanja na mikronski ravni.
Iv. Kumulativni učinki napak pri obdelavi in sestavljanju
Težavnost obdelave granita je visoka (zahteva posebna diamantna orodja, učinkovitost obdelave pa je le od 1/3 do 1/2 v primerjavi s kovinskimi materiali), kar lahko privede do izgube natančnosti med montažo:
Prenos napak pri obdelavi stičnih površin: Če obstajajo odstopanja pri obdelavi (kot so ravnost > 5 μm, napaka razmika med luknjami > 10 μm) v ključnih delih, kot so površina za namestitev vodilne tirnice in podporne luknje za vodilni vijak, bo to povzročilo deformacijo linearne vodilne tirnice po namestitvi, neenakomerno prednapetost krogličnega vijaka in na koncu poslabšalo natančnost gibanja. Na primer, med triosno obdelavo povezav lahko napaka navpičnosti, ki jo povzroča deformacija vodilne tirnice, poveča napako diagonalne dolžine kocke z ±10 μm na ±50 μm.
Vmesna reža spojene strukture: Granitne komponente velike opreme pogosto uporabljajo tehnike spajanja (kot je spajanje več odsekov). Če so na površini spajanja manjše kotne napake (> 10") ali hrapavost površine > Ra0,8 μm, se lahko po sestavljanju pojavi koncentracija napetosti ali reže. Dolgotrajna obremenitev lahko povzroči strukturno sprostitev in povzroči odstopanje natančnosti (na primer zmanjšanje natančnosti pozicioniranja za 2 do 5 μm vsako leto).
Povzetek in navdih za spopadanje
Slabosti granita imajo prikrit, kumulativen in okoljsko občutljiv vpliv na natančnost CNC opreme, zato jih je treba sistematično obravnavati s sredstvi, kot so modifikacija materiala (kot je impregnacija s smolo za povečanje žilavosti), strukturna optimizacija (kot so kompozitni okvirji iz kovine in granita), tehnologija toplotnega nadzora (kot je mikrokanalno vodno hlajenje) in dinamična kompenzacija (kot je kalibracija v realnem času z laserskim interferometrom). Na področju natančne obdelave v nanometrskem merilu je še toliko bolj potrebno izvajati celovit nadzor verige, od izbire materiala, tehnologije obdelave do celotnega strojnega sistema, da bi v celoti izkoristili prednosti delovanja granita, hkrati pa se izognili njegovim inherentnim napakam.
Čas objave: 24. maj 2025