V CNC numerickom riadení sa žula síce stala dôležitým materiálom vďaka svojim jedinečným vlastnostiam, ale jej inherentné nevýhody môžu mať určitý vplyv na výkon zariadenia, efektivitu spracovania a náklady na údržbu. Nasleduje analýza špecifických vplyvov, ktoré prinášajú nedostatky žuly z viacerých hľadísk:
Po prvé, materiál je veľmi krehký a náchylný na zlomenie a poškodenie
Hlavná nevýhoda: Žula je prírodný kameň a v podstate krehký materiál so slabou rázovou húževnatosťou (hodnota rázovej húževnatosti je približne 1 – 3 J/cm², čo je oveľa menej ako 20 – 100 J/cm² kovových materiálov).
Vplyv na CNC zariadenia:
Riziká pri inštalácii a preprave: Počas montáže alebo manipulácie so zariadením, ak je vystavené nárazu alebo pádu, sú žulové komponenty (ako sú základne a vodiace lišty) náchylné na praskliny alebo odštiepenie rohov, čo vedie k zlyhaniu presnosti. Napríklad, ak sa na žulovej plošine trojsúradnicového meracieho stroja vytvoria skryté praskliny v dôsledku nesprávnej obsluhy počas inštalácie, môže to viesť k postupnému zhoršovaniu rovinnosti pri dlhodobom používaní, čo ovplyvní výsledky merania.
Skryté nebezpečenstvá v procese obrábania: Keď CNC zariadenie zaznamená náhle preťaženie (napríklad náraz nástroja do obrobku), žulové vodiace lišty alebo pracovné stoly sa môžu zlomiť v dôsledku neschopnosti odolať okamžitej nárazovej sile, čo môže spôsobiť vypnutie zariadenia z dôvodu údržby a dokonca spustiť reťazec porúch presnosti.
Po druhé, vysoká náročnosť spracovania obmedzuje návrh zložitých štruktúr
Hlavné nevýhody: Žula má vysokú tvrdosť (6-7 na Mohsovej stupnici) a vyžaduje si brúsenie a opracovanie špeciálnymi nástrojmi, ako sú diamantové brúsne kotúče, čo má za následok nízku účinnosť spracovania (účinnosť frézovania je iba 1/5 až 1/3 účinnosti kovových materiálov) a náklady na spracovanie zložitých zakrivených povrchov sú vysoké.
Vplyv na CNC zariadenia:
Obmedzenia konštrukčného návrhu: Aby sa predišlo ťažkostiam so spracovaním, žulové komponenty sa zvyčajne navrhujú v jednoduchých geometrických tvaroch (ako sú dosky, obdĺžnikové vodiace lišty), čo sťažuje dosiahnutie zložitých vnútorných dutín, ľahkých vystužených dosiek a iných konštrukcií, ktoré je možné dosiahnuť odlievaním/rezaním kovových materiálov. To vedie k tomu, že hmotnosť žulového podstavca je často príliš veľká (o 10 % – 20 % ťažšia ako liatina pri rovnakom objeme), čo môže zvýšiť celkové zaťaženie zariadenia a ovplyvniť dynamickú odozvu počas vysokorýchlostného pohybu.
Vysoké náklady na údržbu a výmenu: Keď dôjde k lokálnemu opotrebovaniu alebo poškodeniu žulových komponentov, je ťažké ich opraviť metódami, ako je zváranie alebo rezanie. Zvyčajne je potrebné vymeniť celý komponent a nové komponenty je potrebné prebrúsiť a kalibrovať pre presnosť, čo vedie k predĺženým prestojom (jedna výmena môže trvať 2 – 3 týždne) a výraznému zvýšeniu nákladov na údržbu.
Iii. Neistota prirodzených textúr a vnútorných defektov
Hlavná nevýhoda: Ako prírodný minerál má žula nekontrolovateľné vnútorné trhliny, póry alebo minerálne nečistoty a rovnomernosť materiálu rôznych žíl sa značne líši (kolísanie hustoty môže dosiahnuť ± 5 %, kolísanie modulu pružnosti ± 8 %).
Vplyv na CNC zariadenia:
Riziko pre presnú stabilitu: Ak sa v oblasti spracovania súčiastky vyskytnú vnútorné trhliny, počas dlhodobého používania sa tieto trhliny môžu v dôsledku napätia rozšíriť, čo spôsobí lokálnu deformáciu a ovplyvní presnosť zariadenia. Napríklad, ak majú žulové vodiace lišty CNC brúsky skryté vzduchové otvory, môžu sa vplyvom vysokofrekvenčných vibrácií postupne zrútiť, čo vedie k nadmernej chybe priamosti vodiacich líšt.
Rozdiely vo výkonnosti šarží: Žulové materiály z rôznych šarží môžu vykazovať výkyvy v kľúčových ukazovateľoch, ako je koeficient tepelnej rozťažnosti a tlmiaci výkon, v dôsledku rozdielov v zložení minerálov, čo ovplyvňuje konzistentnosť výroby šarží zariadením. V prípade automatizovaných výrobných liniek, ktoré vyžadujú interakciu viacerých zariadení, môžu takéto rozdiely viesť k zvýšeniu rozptylu presnosti spracovania.
Po štvrté, je ťažký, čo ovplyvňuje dynamický výkon zariadenia
Hlavná nevýhoda: Žula má vysokú hustotu (2,6 – 3,0 g/cm³) a jej hmotnosť je pri rovnakom objeme približne 1,2-krát väčšia ako hmotnosť liatiny a 2,5-krát väčšia ako hmotnosť hliníkovej zliatiny.
Vplyv na CNC zariadenia:
Oneskorenie odozvy pohybu: Vo vysokorýchlostných obrábacích centrách alebo päťosových strojoch veľká hmotnosť žulovej základne zvyšuje zotrvačnosť záťaže lineárneho motora/vodiacej skrutky, čo má za následok oneskorenie dynamickej odozvy počas zrýchľovania/spomalovania (čo môže predĺžiť čas štartu a zastavenia o 5 % až 10 %), čo ovplyvňuje efektivitu spracovania.
Zvýšená spotreba energie: Pohon ťažkých žulových komponentov si vyžaduje výkonnejšie servomotory, čo zvyšuje celkovú spotrebu energie zariadenia (skutočné merania ukazujú, že za rovnakých prevádzkových podmienok je spotreba energie zariadení s žulovou základňou o 8 % – 12 % vyššia ako u zariadení s liatinovou základňou). Dlhodobé používanie zvýši výrobné náklady.
Po piate, schopnosť odolávať tepelným šokom je obmedzená
Hlavná nevýhoda: Hoci má žula nízky koeficient tepelnej rozťažnosti, jej tepelná vodivosť je nízka (s tepelnou vodivosťou iba 1,5 – 3,0 W/(m · K, čo je približne 1/10 vodivosti liatiny) a náhle lokálne zmeny teploty sú náchylné na vytváranie tepelného namáhania.
Vplyv na CNC zariadenia:
Problém s teplotným rozdielom v oblasti spracovania: Ak rezná kvapalina koncentrovane eroduje lokálnu oblasť žulového pracovného stola, môže to spôsobiť teplotný gradient (napríklad teplotný rozdiel 5 – 10 ℃) medzi touto oblasťou a okolitou oblasťou, čo vedie k menšej tepelnej deformácii (rozsah deformácie môže dosiahnuť 1 – 3 μm), čo ovplyvňuje presnosť a konzistentnosť presného spracovania (napríklad brúsenie ozubených kolies na mikrónovej úrovni).
Riziko dlhodobej tepelnej únavy: V dielenských prostrediach s častým spúšťaním a vypínaním alebo s veľkými teplotnými rozdielmi medzi dňom a nocou sa na žulových komponentoch môžu v dôsledku opakovanej tepelnej rozťažnosti a sťahovania vytvárať mikrotrhliny, čo postupne oslabuje tuhosť konštrukcie.
Čas uverejnenia: 24. mája 2025