Во опремата за нумеричко управување со CNC, иако физичките својства на гранитот обезбедуваат основа за високопрецизна обработка, неговите вродени недостатоци можат да имаат повеќедимензионални влијанија врз точноста на обработката, кои конкретно се манифестираат на следниов начин:
1. Површински дефекти при обработка предизвикани од кршливост на материјалот
Кршливоста на гранитот (висока цврстина на притисок, но ниска цврстина на свиткување, обично цврстината на свиткување е само 1/10 до 1/20 од цврстината на притисок) го прави склонен кон проблеми како што се пукање на рабовите и површински микропукнатини за време на обработката.
Микроскопските дефекти влијаат на прецизното пренесување: При изведување на високопрецизно брусење или глодање, малите пукнатини на точките на контакт со алатот можат да формираат неправилни површини, предизвикувајќи проширување на грешките во праволиниската структура на клучните компоненти како што се водилките и работните маси (на пример, рамноста се влошува од идеалната вредност ±1μm/m на ±3~5μm/m). Овие микроскопски дефекти ќе се пренесат директно на обработените делови, особено во сценарија за обработка како што се прецизни оптички компоненти и полупроводнички носачи на плочки, што може да доведе до зголемување на површинската грубост на работното парче (вредноста на Ra се зголемува од 0,1μm на над 0,5μm), што влијае на оптичките перформанси или функционалноста на уредот.
Ненадеен ризик од фрактура при динамичка обработка: Во сценарија на сечење со голема брзина (како што е брзина на вретеното > 15.000 вртежи во минута) или брзина на напојување > 20 m/min, гранитните компоненти може да доживеат локална фрагментација поради моментални сили на удар. На пример, кога парот водилки брзо ја менува насоката, пукањето на работ може да предизвика траекторијата на движење да отстапи од теоретската патека, што резултира со ненадеен пад на точноста на позиционирањето (грешката во позиционирањето се зголемува од ±2 μm до повеќе од ±10 μm), па дури и да доведе до судир на алатот и распаѓање.
Второ, динамичка загуба на точност предизвикана од противречноста помеѓу тежината и цврстината
Својството на гранитот со висока густина (со густина од приближно 2,6 до 3,0 g/cm³) може да ги потисне вибрациите, но исто така ги носи и следниве проблеми:
Инерцијалната сила предизвикува задоцнување во одговорот на сервото: Инерцијалната сила генерирана од тешки гранитни слоеви (како што се големите слоеви на портални машини кои можат да тежат десетици тони) за време на забрзувањето и забавувањето го принудува серво моторот да произведува поголем вртежен момент, што резултира со зголемување на грешката во следењето на позиционата јамка. На пример, во системи со голема брзина управувани од линеарни мотори, за секои 10% зголемување на тежината, точноста на позиционирањето може да се намали за 5% до 8%. Особено во сценарија за обработка на наноразмер, ова задоцнување може да доведе до грешки во обработката на контури (како што е зголемувањето на грешката во заобленоста од 50nm на 200nm за време на кружна интерполација).
Недоволната цврстина предизвикува нискофреквентни вибрации: Иако гранитот има релативно високо вродено пригушување, неговиот модул на еластичност (околу 60 до 120GPa) е помал од оној на леаното железо. Кога е подложен на наизменични оптоварувања (како што се флуктуации во силата на сечење за време на обработка на повеќеосни врски), може да се појави акумулација на микродеформации. На пример, во компонентата на замавната глава на петосен центар за обработка, малата еластична деформација на основата на гранит може да предизвика поместување на точноста на аголното позиционирање на оската на ротација (како што е грешката на индексирање што се проширува од ±5" до ±15"), што влијае на точноста на обработката на сложени закривени површини.
Iii. Ограничувања на термичката стабилност и чувствителноста на животната средина
Иако коефициентот на термичка експанзија на гранитот (приближно 5 до 9×10⁻⁶/℃) е помал од оној на леаното железо, сепак може да предизвика грешки при прецизната обработка:
Температурните градиенти предизвикуваат структурни деформации: Кога опремата работи континуирано долго време, изворите на топлина како што се главниот мотор на вратилото и системот за подмачкување на водилката можат да предизвикаат температурни градиенти во гранитните компоненти. На пример, кога температурната разлика помеѓу горните и долните површини на работната маса е 2℃, може да предизвика средно-конвексна или средно-конкавна деформација (отклонувањето може да достигне 10 до 20μm), што доведува до дефект на рамноста на стегата на обработуваниот дел и влијае на точноста на паралелизмот при глодање или брусење (како што е толеранцијата на дебелина на рамните делови од плочата што надминува ±5μm до ±20μm).
Влажноста на животната средина предизвикува мало ширење: Иако стапката на апсорпција на вода кај гранитот (0,1% до 0,5%) е ниска, кога се користи долго време во средина со висока влажност, мала количина на апсорпција на вода може да доведе до ширење на решетката, што пак предизвикува промени во клиренсот на парот водилки. На пример, кога влажноста се зголемува од 40% RH на 70% RH, линеарната димензија на гранитната водилка може да се зголеми за 0,005 до 0,01 mm/m, што резултира со намалување на мазноста на движењето на лизгачката водилка и појава на феномен на „ползење“, што влијае на точноста на внесувањето на ниво на микрон.
IV. Кумулативни ефекти од грешките во обработката и склопувањето
Тешкотијата при обработка на гранит е голема (потребни се специјални дијамантски алатки, а ефикасноста на обработката е само 1/3 до 1/2 од онаа на металните материјали), што може да доведе до губење на точноста во процесот на склопување:
Пренос на грешки при обработка на површините за поврзување: Доколку има отстапувања при обработка (како што се рамност > 5μm, грешка во растојанието помеѓу дупките > 10μm) во клучните делови како што се површината за инсталација на водилката и дупките за потпора на завртката за олово, тоа ќе предизвика искривување на линеарната водилка по инсталацијата, нерамномерно претходно оптоварување на топчестиот завртка и на крајот ќе доведе до влошување на точноста на движењето. На пример, за време на обработката на триосното поврзување, грешката во вертикалноста предизвикана од искривувањето на водилката може да ја зголеми грешката на дијагоналната должина на коцката од ±10μm на ±50μm.
Меѓусебно растојание на споената структура: Гранитните компоненти на големата опрема често применуваат техники на споење (како што е споење со повеќеделни слоеви). Доколку има мали аголни грешки (> 10") или површинска грубост > Ra0.8μm на површината на споење, може да се појави концентрација на стрес или празнини по склопувањето. Под долгорочно оптоварување, тоа може да доведе до структурно опуштање и да предизвика отстапување на точноста (како што е намалување од 2 до 5μm во точноста на позиционирањето секоја година).
Резиме и инспирации за справување
Недостатоците на гранитот имаат скриено, кумулативно и еколошки чувствително влијание врз точноста на CNC опремата и треба систематски да се решат преку средства како што се модификација на материјалот (како што е импрегнација на смола за подобрување на цврстината), структурна оптимизација (како што се рамки од метал-гранит од композитен материјал), технологија за термичка контрола (како што е микроканално ладење со вода) и динамичка компензација (како што е калибрација во реално време со ласерски интерферометар). Во областа на наноскална прецизна обработка, уште попотребно е да се спроведе целосна контрола на синџирот од изборот на материјал, технологијата на обработка до целиот машински систем за целосно искористување на предностите на перформансите на гранитот, а воедно да се избегнат неговите вродени дефекти.
Време на објавување: 24 мај 2025 година