Код ЦНЦ опреме за нумеричко управљање, иако физичка својства гранита пружају основу за високопрецизну обраду, његови инхерентни недостаци могу имати вишедимензионалне утицаје на тачност обраде, који се посебно манифестују на следећи начин:
1. Површински дефекти у обради узроковани кртошћу материјала
Крхка природа гранита (висока чврстоћа на притисак, али ниска чврстоћа на савијање, обично је чврстоћа на савијање само 1/10 до 1/20 чврстоће на притисак) чини га склоним проблемима као што су пуцање на ивицама и површинске микропукотине током обраде.
Микроскопски дефекти утичу на прецизан пренос: Приликом извођења високопрецизног брушења или глодања, ситне пукотине на контактним тачкама алата могу формирати неправилне површине, што узрокује ширење грешака праволинијости кључних компоненти као што су вођице и радни столови (на пример, равност се погоршава са идеалних ±1μm/m на ±3~5μm/m). Ови микроскопски дефекти ће се директно пренети на обрађене делове, посебно у сценаријима обраде као што су прецизне оптичке компоненте и носачи полупроводничких плочица, што може довести до повећања храпавости површине радног предмета (вредност Ra се повећава са 0,1μm на преко 0,5μm), што утиче на оптичке перформансе или функционалност уређаја.
Ризик од изненадног лома при динамичкој обради: У сценаријима резања великом брзином (као што је брзина вретена > 15.000 о/мин) или брзина помака > 20 м/мин, гранитне компоненте могу доживети локалну фрагментацију услед тренутних сила удара. На пример, када пар вођица брзо промени смер, пуцање ивица може проузроковати одступање путање кретања од теоријске путање, што резултира изненадним падом тачности позиционирања (грешка позиционирања се повећава са ±2 μм на више од ±10 μм), па чак и доводи до судара и ломљења алата.
Друго, губитак динамичке тачности узрокован контрадикцијом између тежине и крутости
Висока густина гранита (са густином од приближно 2,6 до 3,0 г/цм³) може потиснути вибрације, али такође доноси следеће проблеме:
Инерцијална сила узрокује кашњење одзива серво мотора: Инерцијална сила коју генеришу тешки гранитни кревети (као што су велики кревети порталних машина који могу тежити десетине тона) током убрзања и успоравања приморава серво мотор да производи већи обртни момент, што резултира повећањем грешке праћења петље позиционирања. На пример, код система велике брзине које покрећу линеарни мотори, за свако повећање тежине од 10%, тачност позиционирања може се смањити за 5% до 8%. Посебно у сценаријима обраде наноразмера, ово кашњење може довести до грешака у обради контура (као што је повећање грешке округлости са 50 nm на 200 nm током кружне интерполације).
Недовољна крутост узрокује вибрације ниских фреквенција: Иако гранит има релативно високо инхерентно пригушење, његов модул еластичности (око 60 до 120 GPa) је нижи од оног код ливеног гвожђа. Када је изложен наизменичним оптерећењима (као што су флуктуације силе резања током обраде вишеосних веза), може доћи до акумулације микродеформација. На пример, у компоненти закретне главе петоосног обрадне машине, мала еластична деформација гранитне основе може проузроковати померање тачности угаоног позиционирања осе ротације (као што је грешка индексирања која се повећава са ±5" на ±15"), што утиче на тачност обраде сложених закривљених површина.
Iii. Ограничења термичке стабилности и осетљивости на утицаје околине
Иако је коефицијент термичког ширења гранита (приближно 5 до 9×10⁻⁶/℃) нижи од ливеног гвожђа, и даље може изазвати грешке у прецизној обради:
Температурни градијенти изазивају структурне деформације: Када опрема ради континуирано дуже време, извори топлоте као што су главни мотор вратила и систем за подмазивање вођица могу изазвати температурне градијенте у гранитним компонентама. На пример, када је температурна разлика између горње и доње површине радног стола 2℃, то може изазвати средње конвексну или средње конкавну деформацију (деформација може достићи 10 до 20μm), што доводи до квара равности стезања радног предмета и утиче на тачност паралелизма глодања или брушења (као што је толеранција дебљине равних плоча која прелази ±5μm до ±20μm).
Влажност у околини изазива благо ширење: Иако је стопа апсорпције воде гранита (0,1% до 0,5%) ниска, када се дуго користи у окружењу са високом влажношћу, трагови апсорпције воде могу довести до ширења решетке, што заузврат узрокује промене у зазору пара вођица. На пример, када влажност порасте са 40% релативне влажности на 70% релативне влажности, линеарна димензија гранитне вођице може се повећати за 0,005 до 0,01 мм/м, што резултира смањењем глаткоће кретања клизне вођице и појавом феномена „пузања“, што утиче на тачност додавања на микронском нивоу.
Iv. Кумулативни ефекти грешака у обради и склапању
Тежина обраде гранита је велика (захтева посебне дијамантске алате, а ефикасност обраде је само 1/3 до 1/2 од ефикасности металних материјала), што може довести до губитка тачности у процесу монтаже:
Грешке у обради преноса површина за спајање: Ако постоје одступања у обради (као што су равност > 5μm, грешка размака између рупа > 10μm) у кључним деловима као што су површина за монтажу вођице и рупе за ослонац вођног вијка, то ће узроковати изобличење линеарне вођице након монтаже, неравномерно преднапрезање кугличног вијка и на крају довести до погоршања тачности кретања. На пример, током обраде троосних веза, грешка вертикалности изазвана изобличењем вођице може повећати грешку дијагоналне дужине коцке са ±10μm на ±50μm.
Зазор спојне структуре: Гранитне компоненте велике опреме често користе технике спајања (као што је спајање више делова у кревету). Ако постоје мање угаоне грешке (> 10") или храпавост површине > Ra0.8μm на површини спајања, након склапања може доћи до концентрације напона или зазора. Под дуготрајним оптерећењем, то може довести до структурног опуштања и изазвати померање тачности (као што је смањење тачности позиционирања од 2 до 5μm сваке године).
Резиме и инспирације за суочавање
Недостаци гранита имају прикривен, кумулативни и еколошки осетљив утицај на тачност ЦНЦ опреме и потребно их је систематски решавати кроз средства као што су модификација материјала (као што је импрегнација смолом ради побољшања жилавости), структурна оптимизација (као што су композитни оквири од метала и гранита), технологија термичке контроле (као што је микроканално водено хлађење) и динамичка компензација (као што је калибрација у реалном времену помоћу ласерског интерферометра). У области прецизне обраде наноразмера, још је неопходније спровести контролу целог ланца, од избора материјала, технологије обраде до целог машинског система, како би се у потпуности искористиле предности перформанси гранита, а истовремено избегли његови инхерентни недостаци.
Време објаве: 24. мај 2025.