I CNC numerisk kontrollutstyr, selv om de fysiske egenskapene til granitt gir grunnlag for høypresisjonsbehandling, kan dens iboende ulemper ha flerdimensjonale påvirkninger på behandlingsnøyaktigheten, som spesifikt manifesterer seg som følger:
1. Overflatefeil i bearbeiding forårsaket av materialets sprøhet
Granittens sprøhet (høy trykkfasthet, men lav bøyefasthet, vanligvis er bøyefastheten bare 1/10 til 1/20 av trykkfastheten) gjør den utsatt for problemer som kantsprekker og overflatemikrosprekker under bearbeiding.
Mikroskopiske defekter påvirker presisjonsoverføring: Ved sliping eller fresing med høy presisjon kan små sprekker ved verktøyets kontaktpunkter danne uregelmessige overflater, noe som fører til at retthetsfeilene til viktige komponenter som føringsskinner og arbeidsbord utvides (for eksempel forringes flatheten fra det ideelle ±1 μm/m til ±3~5 μm/m). Disse mikroskopiske defektene vil overføres direkte til de bearbeidede delene, spesielt i prosesseringsscenarioer som presisjonsoptiske komponenter og halvlederwaferbærere, noe som kan føre til en økning i overflateruheten til arbeidsstykket (Ra-verdien øker fra 0,1 μm til over 0,5 μm), noe som påvirker optisk ytelse eller enhetens funksjonalitet.
Risiko for plutselig brudd i dynamisk prosessering: I scenarier med høyhastighetsskjæring (som spindelhastighet > 15 000 o/min) eller matehastighet > 20 m/min, kan granittkomponenter oppleve lokal fragmentering på grunn av umiddelbare slagkrefter. Når for eksempel føringsskinneparet endrer retning raskt, kan kantsprekker føre til at bevegelsesbanen avviker fra den teoretiske banen, noe som resulterer i en plutselig reduksjon i posisjoneringsnøyaktigheten (posisjoneringsfeilen utvides fra ±2 μm til mer enn ±10 μm), og til og med føre til verktøykollisjon og skraping.
For det andre, tap av dynamisk nøyaktighet forårsaket av motsetningen mellom vekt og stivhet
Granittens høye tetthetsegenskap (med en tetthet på omtrent 2,6 til 3,0 g/cm³) kan dempe vibrasjoner, men det medfører også følgende problemer:
Treghetskraft forårsaker servoresponsforsinkelse: Treghetskraften som genereres av tunge granittlag (som store gantry-maskinlag som kan veie titalls tonn) under akselerasjon og retardasjon tvinger servomotoren til å avgi større dreiemoment, noe som resulterer i en økning i posisjonsløyfesporingsfeilen. For eksempel, i høyhastighetssystemer drevet av lineære motorer, kan posisjoneringsnøyaktigheten reduseres med 5 % til 8 %. Spesielt i nanoskala-prosesseringsscenarier kan denne forsinkelsen føre til konturbehandlingsfeil (som rundhetsfeilen som øker fra 50 nm til 200 nm under sirkulær interpolasjon).
Utilstrekkelig stivhet forårsaker lavfrekvente vibrasjoner: Selv om granitt har en relativt høy iboende demping, er dens elastisitetsmodul (ca. 60 til 120 GPa) lavere enn støpejerns. Når den utsettes for vekslende belastninger (som svingninger i skjærekraft under flerakset koblingsbehandling), kan det oppstå akkumulering av mikrodeformasjon. For eksempel, i svinghodekomponenten i et femakset maskineringssenter, kan den lille elastiske deformasjonen av granittbasen føre til at rotasjonsaksens vinkelposisjoneringsnøyaktighet forskyves (som at indekseringsfeilen utvides fra ±5" til ±15"), noe som påvirker maskineringsnøyaktigheten til komplekse buede overflater.
III. Begrensninger av termisk stabilitet og miljøfølsomhet
Selv om termisk utvidelseskoeffisient for granitt (omtrent 5 til 9 × 10⁻⁶/℃) er lavere enn for støpejern, kan den fortsatt forårsake feil i presisjonsbearbeidingen:
Temperaturgradienter forårsaker strukturell deformasjon: Når utstyret er i kontinuerlig drift over lengre tid, kan varmekilder som hovedakselmotoren og smøresystemet for føringsskinnene forårsake temperaturgradienter i granittkomponentene. For eksempel, når temperaturforskjellen mellom den øvre og nedre overflaten av arbeidsbordet er 2 ℃, kan det forårsake midtkonveks eller midtkonkav deformasjon (nedbøyningen kan nå 10 til 20 μm), noe som fører til at arbeidsstykkets flathet svikter og påvirker parallellitetsnøyaktigheten ved fresing eller sliping (for eksempel tykkelsestoleransen for flate platedeler som overstiger ±5 μm til ±20 μm).
Miljøfuktighet forårsaker liten ekspansjon: Selv om vannabsorpsjonshastigheten til granitt (0,1 % til 0,5 %) er lav, kan en spormengde vannabsorpsjon føre til gitterekspansjon når den brukes over lengre tid i et miljø med høy luftfuktighet, noe som igjen forårsaker endringer i tilpasningsklaringen til føringsskinneparet. For eksempel, når fuktigheten stiger fra 40 % RF til 70 % RF, kan den lineære dimensjonen til granittføringsskinnen øke med 0,005 til 0,01 mm/m, noe som resulterer i en reduksjon i glattheten til glideskinnens bevegelse og forekomsten av et "krypende" fenomen, noe som påvirker matingsnøyaktigheten på mikronnivå.
Iv. Kumulative effekter av prosesserings- og monteringsfeil
Bearbeidingsvanskeligheten til granitt er høy (krever spesielle diamantverktøy, og bearbeidingseffektiviteten er bare 1/3 til 1/2 av metallmaterialer), noe som kan føre til tap av nøyaktighet i monteringsprosessen:
Overføring av prosesseringsfeil på kontaktflater: Hvis det er prosesseringsavvik (som flathet > 5 μm, hullavstandsfeil > 10 μm) i viktige deler som monteringsflaten på føringsskinnen og støttehullene til ledeskruen, vil det føre til forvrengning av den lineære føringsskinnen etter installasjon, ujevn forspenning av kuleskruen og til slutt føre til forringelse av bevegelsesnøyaktigheten. For eksempel, under treakset koblingsprosessering kan vertikalitetsfeilen forårsaket av forvrengning av føringsskinnen utvide diagonallengdefeilen til kuben fra ±10 μm til ±50 μm.
Grensesnittgap i skjøtestrukturen: Granittkomponenter i stort utstyr bruker ofte skjøteteknikker (som flerseksjonsskjøting). Hvis det er mindre vinkelfeil (> 10") eller overflateruhet > Ra0,8 μm på skjøteoverflaten, kan det oppstå spenningskonsentrasjon eller hull etter montering. Under langvarig belastning kan det føre til strukturell avslapning og forårsake nøyaktighetsdrift (som en reduksjon på 2 til 5 μm i posisjoneringsnøyaktighet hvert år).
Oppsummering og mestringsinspirasjon
Ulempene med granitt har en skjult, kumulativ og miljøsensitiv innvirkning på nøyaktigheten til CNC-utstyr, og må systematisk håndteres gjennom metoder som materialmodifisering (som harpiksimpregnering for å forbedre seigheten), strukturell optimalisering (som metall-granitt-komposittrammer), termisk kontrollteknologi (som mikrokanalvannkjøling) og dynamisk kompensasjon (som sanntidskalibrering med et laserinterferometer). Innen nanoskala presisjonsprosessering er det enda viktigere å gjennomføre fullkjedekontroll fra materialvalg og prosesseringsteknologi til hele maskinsystemet for å fullt utnytte ytelsesfordelene til granitt samtidig som man unngår dens iboende defekter.
Publiseringstid: 24. mai 2025