CNC skaitmeninio valdymo įrangoje, nors granito fizinės savybės suteikia pagrindą didelio tikslumo apdirbimui, jo būdingi trūkumai gali turėti daugialypį poveikį apdorojimo tikslumui, kuris konkrečiai pasireiškia taip:
1. Paviršiaus defektai apdorojimo metu, atsirandantys dėl medžiagos trapumo
Dėl granito trapumo (didelis gniuždymo stipris, bet mažas lenkimo stipris, paprastai lenkimo stipris yra tik 1/10–1/20 gniuždymo stiprio) apdorojimo metu jis yra linkęs į tokias problemas kaip kraštų įtrūkimai ir paviršiaus mikroįtrūkimai.
Mikroskopiniai defektai turi įtakos tikslumo perdavimui: atliekant didelio tikslumo šlifavimą ar frezavimą, maži įtrūkimai įrankių sąlyčio taškuose gali sudaryti nelygius paviršius, dėl kurių padidėja pagrindinių komponentų, tokių kaip kreipiančiosios ir darbastaliai, tiesumo paklaidos (pavyzdžiui, lygumas pablogėja nuo idealaus ±1 μm/m iki ±3~5 μm/m). Šie mikroskopiniai defektai bus tiesiogiai perduoti apdorojamoms dalims, ypač apdirbant tokias situacijas kaip tikslūs optiniai komponentai ir puslaidininkinių plokštelių laikikliai, dėl ko gali padidėti ruošinio paviršiaus šiurkštumas (Ra vertė padidėja nuo 0,1 μm iki daugiau nei 0,5 μm), o tai turi įtakos optiniam našumui ar įrenginio funkcionalumui.
Staigaus lūžio rizika dinaminio apdorojimo metu: didelio greičio pjovimo metu (pvz., kai veleno greitis > 15 000 aps./min.) arba pastūmos greitis > 20 m/min., granito komponentai gali patirti vietinį suskilimą dėl momentinių smūgio jėgų. Pavyzdžiui, kai kreipiančiųjų bėgelių pora greitai keičia kryptį, krašto įtrūkimas gali lemti judėjimo trajektorijos nukrypimą nuo teorinio kelio, dėl to staiga sumažėja padėties nustatymo tikslumas (padėties nustatymo paklaida padidėja nuo ±2 μm iki daugiau nei ±10 μm) ir netgi gali įvykti įrankio susidūrimas ir laužymas.
Antra, dinaminis tikslumo praradimas, kurį sukelia prieštaravimas tarp svorio ir standumo
Dėl didelio granito tankio (maždaug 2,6–3,0 g/cm³ tankio) jis gali slopinti vibraciją, tačiau taip pat sukelia šias problemas:
Inercinė jėga sukelia servovariklio reakcijos vėlavimą: sunkių granito lovų (pvz., didelių portalinių mašinų lovų, galinčių sverti dešimtis tonų) sukuriama inercinė jėga greitėjimo ir lėtėjimo metu verčia servovariklį išvesti didesnį sukimo momentą, todėl padidėja padėties ciklo sekimo paklaida. Pavyzdžiui, didelės spartos sistemose, varomose linijiniais varikliais, kas 10 % padidėjus svoriui, padėties nustatymo tikslumas gali sumažėti 5–8 %. Ypač nanoskalės apdorojimo scenarijuose šis vėlavimas gali sukelti kontūro apdorojimo paklaidas (pvz., apvalumo paklaida padidėja nuo 50 nm iki 200 nm atliekant žiedinę interpoliaciją).
Nepakankamas standumas sukelia žemo dažnio vibraciją: nors granitas pasižymi gana dideliu slopinimu, jo tamprumo modulis (apie 60–120 GPa) yra mažesnis nei ketaus. Veikiant kintamoms apkrovoms (pvz., pjovimo jėgos svyravimams daugiaašio sujungimo apdirbimo metu), gali kauptis mikrodeformacijos. Pavyzdžiui, penkių ašių apdirbimo centro svyravimo galvutės komponente nedidelė granito pagrindo elastinė deformacija gali sukelti sukimosi ašies kampinio padėties nustatymo tikslumo poslinkį (pvz., indeksavimo paklaida gali padidėti nuo ±5" iki ±15"), o tai turi įtakos sudėtingų išlenktų paviršių apdirbimo tikslumui.
III. Terminio stabilumo ir aplinkos jautrumo apribojimai
Nors granito šiluminio plėtimosi koeficientas (maždaug nuo 5 iki 9 × 10⁻⁶/℃) yra mažesnis nei ketaus, jis vis tiek gali sukelti tiksliojo apdorojimo klaidų:
Temperatūros gradientai sukelia konstrukcijos deformaciją: Kai įranga ilgą laiką veikia nepertraukiamai, šilumos šaltiniai, tokie kaip pagrindinio veleno variklis ir kreipiančiųjų bėgių tepimo sistema, gali sukelti granito komponentų temperatūros gradientus. Pavyzdžiui, kai temperatūrų skirtumas tarp viršutinio ir apatinio darbinio stalo paviršių yra 2 ℃, gali atsirasti vidurio išgaubta arba vidurio įgaubta deformacija (nuokrypis gali siekti 10–20 μm), dėl kurios gali sugesti ruošinio tvirtinimo plokštumas ir paveikti frezavimo ar šlifavimo lygiagretumo tikslumą (pvz., plokščių dalių storio tolerancija viršija ±5 μm iki ±20 μm).
Aplinkos drėgmė sukelia nedidelį išsiplėtimąsi: nors granito vandens sugerties greitis (0,1–0,5 %) yra mažas, ilgą laiką naudojant didelės drėgmės aplinkoje, nedidelis vandens sugerties kiekis gali sukelti grotelių išsiplėtimą, o tai savo ruožtu sukelia kreipiančiųjų bėgelių poros tinkamumo prošvaisos pokyčius. Pavyzdžiui, kai drėgmė pakyla nuo 40 % iki 70 % santykinės oro drėgmės, granito kreipiančiųjų bėgelių linijinis matmuo gali padidėti 0,005–0,01 mm/m, dėl to sumažėja slankiojančiųjų bėgelių judėjimo sklandumas ir atsiranda „šliaužimo“ reiškinys, kuris turi įtakos mikronų lygio padavimo tikslumui.
Iv. Apdorojimo ir surinkimo klaidų kaupiamasis poveikis
Granito apdirbimo sudėtingumas yra didelis (reikalingi specialūs deimantiniai įrankiai, o apdorojimo efektyvumas yra tik 1/3–1/2 metalinių medžiagų efektyvumo), todėl surinkimo procese gali sumažėti tikslumas:
Apdorojimo paklaidos perdavimas per sujungimo paviršius: jei pagrindinėse dalyse, tokiose kaip kreipiančiosios bėgelio montavimo paviršius ir švino varžto atramos skylės, yra apdorojimo nuokrypių (pvz., plokštumas > 5 μm, skylių tarpo paklaida > 10 μm), tai sukels linijinės kreipiančiosios bėgelio iškraipymą po montavimo, netolygų rutulinio sraigto išankstinį įtempimą ir galiausiai judesio tikslumo pablogėjimą. Pavyzdžiui, apdorojant trijų ašių jungtį, vertikalumo paklaida, kurią sukelia kreipiančiosios bėgelio iškraipymas, gali padidinti kubo įstrižainės ilgio paklaidą nuo ±10 μm iki ±50 μm.
Sujungtos struktūros sąsajos tarpas: didelių įrenginių granito komponentams dažnai taikomi sujungimo būdai (pvz., daugiasluoksnis sujungimas). Jei sujungimo paviršiuje yra nedidelių kampinių paklaidų (> 10 colių) arba paviršiaus šiurkštumas > Ra0,8 μm, po surinkimo gali atsirasti įtempių koncentracija arba tarpai. Ilgalaikės apkrovos metu tai gali sukelti konstrukcijos atsipalaidavimą ir tikslumo poslinkį (pvz., padėties nustatymo tikslumas gali sumažėti 2–5 μm per metus).
Santrauka ir įkvėpimas susidoroti su sunkumais
Granito trūkumai turi paslėptą, kaupiamąjį ir aplinkai jautrų poveikį CNC įrangos tikslumui, todėl juos reikia sistemingai spręsti tokiomis priemonėmis kaip medžiagų modifikavimas (pvz., impregnavimas derva, siekiant padidinti tvirtumą), konstrukcijos optimizavimas (pvz., metalo ir granito kompoziciniai rėmai), šiluminio valdymo technologijos (pvz., mikrokanalinis vandens aušinimas) ir dinaminis kompensavimas (pvz., kalibravimas realiuoju laiku lazeriniu interferometru). Nanoskalės tikslaus apdorojimo srityje dar svarbiau atlikti visos grandinės valdymą – nuo medžiagų parinkimo, apdorojimo technologijos iki visos mašinų sistemos, kad būtų galima visapusiškai išnaudoti granito našumo pranašumus, kartu išvengiant būdingų defektų.
Įrašo laikas: 2025 m. gegužės 24 d.