I CNC-utrustning för numerisk styrning, även om granitens fysikaliska egenskaper utgör en grund för högprecisionsbearbetning, kan dess inneboende nackdelar ha flerdimensionella effekter på bearbetningsnoggrannheten, vilket specifikt manifesteras enligt följande:
1. Ytdefekter vid bearbetning orsakade av materialsprödhet
Granitens spröda natur (hög tryckhållfasthet men låg böjhållfasthet, vanligtvis är böjhållfastheten bara 1/10 till 1/20 av tryckhållfastheten) gör den benägen för problem som kantsprickbildning och ytliga mikrosprickor under bearbetning.
Mikroskopiska defekter påverkar precisionsöverföringen: Vid högprecisionsslipning eller fräsning kan små sprickor vid verktygets kontaktpunkter bilda oregelbundna ytor, vilket orsakar att rakhetsfelen hos viktiga komponenter som styrskenor och arbetsbord expanderar (till exempel försämras planheten från idealvärdet ±1 μm/m till ±3~5 μm/m). Dessa mikroskopiska defekter kommer att överföras direkt till de bearbetade delarna, särskilt i bearbetningsscenarier som precisionsoptiska komponenter och halvledarskivor, vilket kan leda till en ökning av arbetsstyckets ytjämnhet (Ra-värdet ökar från 0,1 μm till över 0,5 μm), vilket påverkar optisk prestanda eller enhetens funktionalitet.
Risk för plötslig brott vid dynamisk bearbetning: I scenarier med höghastighetsbearbetning (t.ex. spindelhastighet > 15 000 r/min) eller matningshastighet > 20 m/min kan granitkomponenter uppleva lokal fragmentering på grund av omedelbara slagkrafter. Till exempel, när styrskensparet ändrar riktning snabbt, kan kantsprickbildning orsaka att rörelsebanan avviker från den teoretiska vägen, vilket resulterar i en plötslig minskning av positioneringsnoggrannheten (positioneringsfelet ökar från ±2 μm till mer än ±10 μm), och till och med leder till verktygskollision och skrapning.
För det andra, dynamisk noggrannhetsförlust orsakad av motsättningen mellan vikt och styvhet
Granitens högdensitetsegenskap (med en densitet på cirka 2,6 till 3,0 g/cm³) kan dämpa vibrationer, men den medför också följande problem:
Tröghetskraft orsakar servoresponsfördröjning: Tröghetskraften som genereras av tunga granitbäddar (som stora gantrymaskinbäddar som kan väga tiotals ton) under acceleration och retardation tvingar servomotorn att mata ut större vridmoment, vilket resulterar i en ökning av positionsslingans spårningsfel. Till exempel, i höghastighetssystem som drivs av linjära motorer, kan positioneringsnoggrannheten minska med 5 % till 8 % för varje 10 % viktökning. Speciellt i nanoskaliga bearbetningsscenarier kan denna fördröjning leda till konturbearbetningsfel (som att rundhetsfelet ökar från 50 nm till 200 nm under cirkulär interpolering).
Otillräcklig styvhet orsakar lågfrekventa vibrationer: Även om granit har en relativt hög inneboende dämpning, är dess elasticitetsmodul (cirka 60 till 120 GPa) lägre än gjutjärns. Vid alternerande belastning (såsom fluktuationer i skärkraften under fleraxlig länkbearbetning) kan mikrodeformation uppstå. Till exempel, i svänghuvudkomponenten i en femaxlig bearbetningscentral, kan den lilla elastiska deformationen av granitbasen orsaka att rotationsaxelns vinkelpositioneringsnoggrannhet driver (såsom att indexeringsfelet expanderar från ±5" till ±15"), vilket påverkar bearbetningsnoggrannheten för komplexa krökta ytor.
III. Begränsningar av termisk stabilitet och miljökänslighet
Även om värmeutvidgningskoefficienten för granit (ungefär 5 till 9 × 10⁻⁶/℃) är lägre än för gjutjärn, kan den fortfarande orsaka fel i precisionsbearbetningen:
Temperaturgradienter orsakar strukturell deformation: När utrustningen är i kontinuerlig drift under en längre tid kan värmekällor som huvudaxelmotorn och styrskenans smörjsystem orsaka temperaturgradienter i granitkomponenterna. Till exempel, när temperaturskillnaden mellan arbetsbordets övre och nedre ytor är 2 ℃, kan det orsaka mellankonvex eller mellankonkav deformation (nedböjningen kan nå 10 till 20 μm), vilket leder till att arbetsstyckets fastspänning inte blir plan och påverkar parallellitetsnoggrannheten vid fräsning eller slipning (såsom tjocklekstoleransen för plana plåtdelar som överstiger ±5 μm till ±20 μm).
Miljöfuktighet orsakar liten expansion: Även om vattenabsorptionshastigheten för granit (0,1 % till 0,5 %) är låg, kan en spårmängd vattenabsorption vid långvarig användning i en miljö med hög luftfuktighet leda till gitterexpansion, vilket i sin tur orsakar förändringar i styrskenans passform. Till exempel, när fuktigheten stiger från 40 % RF till 70 % RF, kan granitstyrskenans linjära dimension öka med 0,005 till 0,01 mm/m, vilket resulterar i en minskning av glidskenans rörelsers jämnhet och uppkomsten av ett "krypningsfenomen", vilket påverkar matningsnoggrannheten på mikronnivå.
Iv. Kumulativa effekter av bearbetnings- och monteringsfel
Granits bearbetningssvårigheter är höga (kräver speciella diamantverktyg och bearbetningseffektiviteten är bara 1/3 till 1/2 av metallmaterialens), vilket kan leda till minskad noggrannhet i monteringsprocessen:
Överföring av bearbetningsfel på kontaktytor: Om det finns bearbetningsavvikelser (såsom planhet > 5 μm, hålavståndsfel > 10 μm) i viktiga delar som styrskenans installationsyta och ledskruvens stödhål, kommer det att orsaka deformation av den linjära styrskenan efter installationen, ojämn förspänning av kulskruven och i slutändan leda till försämrad rörelsenoggrannhet. Till exempel, under bearbetning av treaxlig länkning kan vertikalitetsfelet som orsakas av deformation av styrskenan öka kubens diagonallängdsfel från ±10 μm till ±50 μm.
Gränssnittsgap i den skarvade strukturen: Granitkomponenter i stor utrustning använder ofta skarvningstekniker (såsom flersektionerad bäddskarvning). Om det finns mindre vinkelfel (> 10 tum) eller ytjämnheter > Ra0,8 μm på skarvytan kan spänningskoncentration eller glapp uppstå efter montering. Under långvarig belastning kan det leda till strukturell relaxation och orsaka noggrannhetsdrift (såsom en minskning av positioneringsnoggrannheten med 2 till 5 μm varje år).
Sammanfattning och inspiration för att hantera problem
Nackdelarna med granit har en dold, kumulativ och miljökänslig inverkan på CNC-utrustningens noggrannhet och måste systematiskt åtgärdas genom metoder som materialmodifiering (såsom hartsimpregnering för att förbättra segheten), strukturell optimering (såsom metall-granitkompositramar), termisk styrteknik (såsom mikrokanalvattenkylning) och dynamisk kompensation (såsom realtidskalibrering med en laserinterferometer). Inom området precisionsbearbetning i nanoskala är det ännu viktigare att genomföra full kedjekontroll från materialval och bearbetningsteknik till hela maskinsystemet för att fullt ut utnyttja granitens prestandafördelar samtidigt som dess inneboende defekter undviks.
Publiceringstid: 24 maj 2025