У лічбавым праграмным кіраванні з ЧПУ, хоць фізічныя ўласцівасці граніту забяспечваюць аснову для высокадакладнай апрацоўкі, яго ўласцівыя недахопы могуць мець шматмерны ўплыў на дакладнасць апрацоўкі, які праяўляецца ў наступным:
1. Дэфекты паверхні пры апрацоўцы, выкліканыя далікатнасцю матэрыялу
Далікатнасць граніту (высокая трываласць на сціск, але нізкая трываласць на выгіб, звычайна трываласць на выгіб складае толькі ад 1/10 да 1/20 ад трываласці на сціск) робіць яго схільным да такіх праблем, як расколіны на краях і паверхневыя мікратрэшчыны падчас апрацоўкі.
Мікраскапічныя дэфекты ўплываюць на дакладнасць перадачы: пры выкананні высокадакладнага шліфавання або фрэзеравання малюсенькія расколіны ў кропках кантакту інструмента могуць утвараць няроўныя паверхні, што прыводзіць да павелічэння памылак прамалінейнасці ключавых кампанентаў, такіх як накіроўвалыя і працоўныя сталы (напрыклад, плоскасць пагаршаецца з ідэальнага ±1 мкм/м да ±3~5 мкм/м). Гэтыя мікраскапічныя дэфекты будуць непасрэдна перадавацца апрацоўваным дэталям, асабліва ў сцэнарах апрацоўкі такіх сцэнарыяў, як дакладныя аптычныя кампаненты і носьбіты паўправадніковых пласцін, што можа прывесці да павелічэння шурпатасці паверхні апрацоўванай дэталі (значэнне Ra павялічваецца з 0,1 мкм да больш чым 0,5 мкм), уплываючы на аптычныя характарыстыкі або функцыянальнасць прылады.
Рызыка раптоўнага разлому пры дынамічнай апрацоўцы: пры высокай хуткасці рэзання (напрыклад, хуткасць шпіндзеля > 15 000 аб/мін) або хуткасці падачы > 20 м/мін, гранітныя дэталі могуць падвяргацца лакальнаму разлому з-за імгненных ударных сіл. Напрыклад, калі пара накіроўвалых рэйак рэзка змяняе кірунак, расколіны на краях могуць прывесці да адхілення траекторыі руху ад тэарэтычнай траекторыі, што прывядзе да раптоўнага зніжэння дакладнасці пазіцыянавання (памылка пазіцыянавання павялічваецца з ±2 мкм да больш чым ±10 мкм) і нават да сутыкнення і лому інструмента.
Па-другое, страта дынамічнай дакладнасці, выкліканая супярэчнасцю паміж вагой і калянасцю
Высокая шчыльнасць граніту (прыблізна ад 2,6 да 3,0 г/см³) можа падаўляць вібрацыю, але таксама стварае наступныя праблемы:
Інерцыйная сіла выклікае затрымку рэакцыі сервапрывада: інерцыйная сіла, якая ствараецца цяжкімі гранітнымі пластамі (напрыклад, вялікімі пластамі партальных машын, якія могуць важыць дзясяткі тон) падчас паскарэння і запаволення, прымушае серварухавік выдаваць большы крутоўны момант, што прыводзіць да павелічэння памылкі адсочвання контуру становішча. Напрыклад, у высакахуткасных сістэмах, якія прыводзяцца ў рух лінейнымі рухавікамі, на кожныя 10% павелічэння вагі дакладнасць пазіцыянавання можа змяншацца на 5-8%. Асабліва ў сцэнарыях нанамаштабнай апрацоўкі гэта затрымка можа прывесці да памылак апрацоўкі контураў (напрыклад, памылкі круглявасці, якая павялічваецца з 50 нм да 200 нм падчас кругавой інтэрпаляцыі).
Недастатковая калянасць выклікае нізкачастотныя вібрацыі: нягледзячы на адносна высокае ўласнае затуханне, яго модуль пругкасці (каля 60-120 ГПа) ніжэйшы, чым у чыгуну. Пры ўздзеянні зменных нагрузак (напрыклад, ваганняў сілы рэзання падчас апрацоўкі шматвосевых рычагоў) можа адбывацца назапашванне мікрадэфармацый. Напрыклад, у кампаненты паваротнай галоўкі пяцівосевага апрацоўчага цэнтра нязначная пругкая дэфармацыя гранітнай асновы можа прывесці да зрушэння дакладнасці вуглавога пазіцыянавання восі кручэння (напрыклад, памылкі індэксавання павялічваюцца з ±5" да ±15"), што ўплывае на дакладнасць апрацоўкі складаных крывалінейных паверхняў.
Iii. Абмежаванні тэрмічнай стабільнасці і адчувальнасці да навакольнага асяроддзя
Нягледзячы на тое, што каэфіцыент цеплавога пашырэння граніту (прыблізна ад 5 да 9×10⁻⁶/℃) ніжэйшы, чым у чыгуну, ён усё ж можа выклікаць памылкі ў дакладнай апрацоўцы:
Тэмпературныя градыенты выклікаюць структурную дэфармацыю: калі абсталяванне працуе бесперапынна на працягу доўгага часу, крыніцы цяпла, такія як рухавік галоўнага вала і сістэма змазкі накіроўвалай рэйкі, могуць выклікаць тэмпературныя градыенты ў гранітных кампанентах. Напрыклад, калі розніца тэмператур паміж верхняй і ніжняй паверхнямі працоўнага стала складае 2℃, гэта можа прывесці да сярэдняй выпукласці або сярэдняй увагнутасці дэфармацыі (прагін можа дасягаць 10-20 мкм), што прывядзе да парушэння плоскасці заціску апрацоўванай дэталі і паўплывае на дакладнасць паралельнасці фрэзеравання або шліфавання (напрыклад, дапушчальная таўшчыня плоскіх пласціністых дэталяў перавышае ±5 мкм да ±20 мкм).
Вільготнасць навакольнага асяроддзя выклікае нязначнае пашырэнне: нягледзячы на тое, што ступень паглынання вады гранітам (ад 0,1% да 0,5%) нізкая, пры працяглым выкарыстанні ў асяроддзі з высокай вільготнасцю невялікая колькасць паглынання вады можа прывесці да пашырэння рашоткі, што, у сваю чаргу, выклікае змены ў зазоры паміж накіроўвалымі рэйкамі. Напрыклад, калі вільготнасць павышаецца з 40% да 70%, лінейны памер гранітнай накіроўвалай рэйкі можа павялічыцца на 0,005–0,01 мм/м, што прывядзе да зніжэння плыўнасці руху слізгальнай накіроўвалай рэйкі і ўзнікнення з'явы "паўзання", якая ўплывае на дакладнасць падачы на мікранным узроўні.
Iv. Сукупныя эфекты памылак апрацоўкі і зборкі
Апрацоўка граніту вельмі складаная (патрабуюцца спецыяльныя алмазныя інструменты, а эфектыўнасць апрацоўкі складае толькі ад 1/3 да 1/2 ад эфектыўнасці металічных матэрыялаў), што можа прывесці да страты дакладнасці ў працэсе зборкі:
Перадача памылак апрацоўкі спалучаных паверхняў: калі ў ключавых дэталях, такіх як паверхня ўстаноўкі накіроўвалай рэйкі і адтуліны для падтрымкі хадавой вінты, ёсць адхіленні ў апрацоўцы (напрыклад, плоскасць > 5 мкм, памылка адлегласці паміж адтулінамі > 10 мкм), гэта прывядзе да дэфармацыі лінейнай накіроўвалай рэйкі пасля ўстаноўкі, нераўнамернага папярэдняга нацяжэння шарыкавага шрубы і, у канчатковым выніку, да пагаршэння дакладнасці руху. Напрыклад, падчас апрацоўкі трохвосевых рычагоў памылка вертыкальнасці, выкліканая дэфармацыяй накіроўвалай рэйкі, можа павялічыць памылку даўжыні дыяганалі куба з ±10 мкм да ±50 мкм.
Зазор паміж злучанымі канструкцыямі: гранітныя кампаненты буйнога абсталявання часта выкарыстоўваюць метады зрошчвання (напрыклад, шматсекцыйнае зрошчванне). Калі на паверхні злучэння ёсць нязначныя вуглавыя памылкі (> 10 цаляў) або шурпатасць паверхні > Ra0,8 мкм, пасля зборкі можа ўзнікнуць канцэнтрацыя напружанняў або зазоры. Пры працяглай нагрузцы гэта можа прывесці да структурнай рэлаксацыі і выклікаць дрэйф дакладнасці (напрыклад, зніжэнне дакладнасці пазіцыянавання на 2-5 мкм штогод).
Кароткі змест і натхненне для пераадолення цяжкасцей
Недахопы граніту маюць схаваны, сукупны і экалагічна адчувальны ўплыў на дакладнасць абсталявання з ЧПУ і патрабуюць сістэматычнага вырашэння з дапамогай такіх сродкаў, як мадыфікацыя матэрыялаў (напрыклад, прапітканне смалой для павышэння трываласці), структурная аптымізацыя (напрыклад, кампазітныя рамы з металу і граніту), тэхналогія цеплавога кантролю (напрыклад, мікраканальнае вадзяное астуджэнне) і дынамічная кампенсацыя (напрыклад, каліброўка ў рэжыме рэальнага часу з дапамогай лазернага інтэрферометра). У галіне нанамаштабнай дакладнай апрацоўкі яшчэ больш неабходна праводзіць поўны ланцужок кантролю ад выбару матэрыялу, тэхналогіі апрацоўкі да ўсёй машыннай сістэмы, каб цалкам выкарыстоўваць перавагі граніту ў прадукцыйнасці, пазбягаючы пры гэтым яго ўласцівых дэфектаў.
Час публікацыі: 24 мая 2025 г.