U CNC numeričkoj upravljačkoj opremi, iako fizička svojstva granita pružaju osnovu za visokopreciznu obradu, njegovi inherentni nedostaci mogu imati višedimenzionalne utjecaje na tačnost obrade, koji se posebno manifestiraju na sljedeći način:
1. Površinski defekti u obradi uzrokovani krhkošću materijala
Krhka priroda granita (visoka tlačna čvrstoća, ali niska čvrstoća na savijanje, obično je čvrstoća na savijanje samo 1/10 do 1/20 tlačne čvrstoće) čini ga sklonim problemima poput pucanja rubova i površinskih mikropukotina tokom obrade.
Mikroskopski defekti utiču na precizni prenos: Prilikom izvođenja visokopreciznog brušenja ili glodanja, sitne pukotine na kontaktnim tačkama alata mogu formirati nepravilne površine, uzrokujući širenje grešaka u pravoliniju ključnih komponenti kao što su vodilice i radni stolovi (na primjer, ravnost se pogoršava sa idealnih ±1μm/m na ±3~5μm/m). Ovi mikroskopski defekti će se direktno prenijeti na obrađene dijelove, posebno u scenarijima obrade kao što su precizne optičke komponente i nosači poluprovodničkih pločica, što može dovesti do povećanja hrapavosti površine obratka (vrijednost Ra se povećava sa 0,1μm na preko 0,5μm), što utiče na optičke performanse ili funkcionalnost uređaja.
Iznenadni rizik od loma pri dinamičkoj obradi: U scenarijima rezanja velikom brzinom (kao što je brzina vretena > 15.000 o/min) ili brzina pomaka > 20 m/min, granitne komponente mogu doživjeti lokalnu fragmentaciju zbog trenutnih udarnih sila. Na primjer, kada par vodilica brzo promijeni smjer, pucanje ruba može uzrokovati odstupanje putanje kretanja od teorijske putanje, što rezultira naglim padom tačnosti pozicioniranja (greška pozicioniranja se širi od ±2 μm na više od ±10 μm), pa čak i dovodi do sudara i lomljenja alata.
Drugo, gubitak dinamičke tačnosti uzrokovan kontradikcijom između težine i krutosti
Visoka gustoća granita (s gustoćom od približno 2,6 do 3,0 g/cm³) može suzbiti vibracije, ali također donosi sljedeće probleme:
Inercijalna sila uzrokuje kašnjenje odziva servo motora: Inercijalna sila koju generiraju teški granitni kreveti (kao što su veliki kreveti portalnih mašina koji mogu težiti desetine tona) tokom ubrzanja i usporavanja prisiljava servo motor da proizvodi veći obrtni moment, što rezultira povećanjem greške praćenja petlje položaja. Na primjer, u sistemima velike brzine pokretanim linearnim motorima, za svako povećanje težine od 10%, tačnost pozicioniranja može se smanjiti za 5% do 8%. Posebno u scenarijima obrade na nanoskalnim površinama, ovo kašnjenje može dovesti do grešaka u obradi kontura (kao što je greška kružnosti koja se povećava sa 50 nm na 200 nm tokom kružne interpolacije).
Nedovoljna krutost uzrokuje vibracije niske frekvencije: Iako granit ima relativno visoko inherentno prigušenje, njegov modul elastičnosti (oko 60 do 120 GPa) je niži od onog kod lijevanog željeza. Kada je izložen naizmjeničnim opterećenjima (kao što su fluktuacije sile rezanja tokom višeosne obrade), može doći do akumulacije mikrodeformacija. Na primjer, u komponenti zakretne glave petoosnog obradnog centra, blaga elastična deformacija granitne baze može uzrokovati pomicanje ugaone tačnosti pozicioniranja ose rotacije (kao što je greška indeksiranja koja se širi od ±5" do ±15"), što utiče na tačnost obrade složenih zakrivljenih površina.
Iii. Ograničenja termičke stabilnosti i osjetljivosti na okolinu
Iako je koeficijent termičkog širenja granita (približno 5 do 9×10⁻⁶/℃) niži od onog kod lijevanog željeza, ipak može uzrokovati greške u preciznoj obradi:
Temperaturni gradijenti uzrokuju strukturne deformacije: Kada oprema radi kontinuirano duži vremenski period, izvori toplote poput glavnog osovinskog motora i sistema podmazivanja vodilica mogu uzrokovati temperaturne gradijente u granitnim komponentama. Na primjer, kada je temperaturna razlika između gornje i donje površine radnog stola 2℃, to može uzrokovati srednje konveksnu ili srednje konkavnu deformaciju (otklon može doseći 10 do 20μm), što dovodi do narušavanja ravnosti stezanja obratka i utiče na tačnost paralelnosti glodanja ili brušenja (kao što je tolerancija debljine ravnih ploča većih od ±5μm do ±20μm).
Vlažnost okoline uzrokuje blago širenje: Iako je stopa apsorpcije vode granita (0,1% do 0,5%) niska, kada se dugo koristi u okruženju s visokom vlažnošću, tragovi apsorpcije vode mogu dovesti do širenja rešetke, što zauzvrat uzrokuje promjene u zazoru para vodilica. Na primjer, kada vlažnost poraste sa 40% relativne vlažnosti na 70% relativne vlažnosti, linearna dimenzija granitne vodilice može se povećati za 0,005 do 0,01 mm/m, što rezultira smanjenjem glatkoće kretanja klizne vodilice i pojavom fenomena "puzanja", što utiče na tačnost dodavanja na mikronskom nivou.
Iv. Kumulativni efekti grešaka u obradi i sastavljanju
Težina obrade granita je velika (zahtijeva posebne dijamantske alate, a efikasnost obrade je samo 1/3 do 1/2 u odnosu na metalne materijale), što može dovesti do gubitka tačnosti u procesu montaže:
Prijenos greške obrade spojnih površina: Ako postoje odstupanja u obradi (kao što su ravnost > 5μm, greška razmaka rupa > 10μm) u ključnim dijelovima poput površine za ugradnju vodilice i rupa za nosače vodećeg vijka, to će uzrokovati iskrivljenje linearne vodilice nakon ugradnje, neravnomjerno predopterećenje kugličnog vijka i na kraju dovesti do pogoršanja tačnosti kretanja. Na primjer, tokom obrade troosnog povezivanja, greška vertikalnosti uzrokovana iskrivljenjem vodilice može proširiti grešku dijagonalne dužine kocke sa ±10μm na ±50μm.
Međuprostorni razmak spojene strukture: Granitne komponente velike opreme često koriste tehnike spajanja (kao što je spajanje više dijelova u krevetu). Ako postoje manje ugaone greške (> 10") ili hrapavost površine > Ra0.8μm na površini spajanja, nakon montaže može doći do koncentracije napona ili razmaka. Pod dugotrajnim opterećenjem, to može dovesti do strukturnog opuštanja i uzrokovati pomak tačnosti (kao što je smanjenje tačnosti pozicioniranja od 2 do 5μm svake godine).
Sažetak i inspiracije za suočavanje
Nedostaci granita imaju prikriven, kumulativni i ekološki osjetljiv utjecaj na tačnost CNC opreme, te ih je potrebno sistematski rješavati kroz sredstva kao što su modifikacija materijala (kao što je impregnacija smolom radi povećanja žilavosti), strukturna optimizacija (kao što su kompozitni okviri od metala i granita), tehnologija termičke kontrole (kao što je mikrokanalno hlađenje vodom) i dinamička kompenzacija (kao što je kalibracija u realnom vremenu laserskim interferometrom). U oblasti precizne obrade na nanoskalnim površinama, još je potrebnije provoditi kontrolu cijelog lanca, od odabira materijala, tehnologije obrade do cijelog mašinskog sistema, kako bi se u potpunosti iskoristile prednosti performansi granita, a istovremeno izbjegli njegovi inherentni nedostaci.
Vrijeme objave: 24. maj 2025.