V CNC numericky řízených zařízeních se žula sice stala důležitým materiálem díky svým jedinečným vlastnostem, ale její inherentní nevýhody mohou mít také určitý dopad na výkon zařízení, efektivitu zpracování a náklady na údržbu. Následuje analýza specifických dopadů, které nevýhody žuly přinášejí z různých hledisek:
Za prvé, materiál je velmi křehký a náchylný k lámání a poškození
Hlavní nevýhoda: Žula je přírodní kámen a v podstatě křehký materiál se špatnou rázovou houževnatostí (hodnota rázové houževnatosti je přibližně 1–3 J/cm², což je mnohem méně než 20–100 J/cm² kovových materiálů).
Dopad na CNC zařízení:
Rizika instalace a přepravy: Během montáže nebo manipulace se zařízením, pokud je vystaveno nárazu nebo pádu, jsou žulové komponenty (jako jsou základny a vodicí lišty) náchylné k prasklinám nebo odštípnutí rohů, což vede k selhání přesnosti. Například pokud se na žulové plošině třísouřadnicového měřicího stroje objeví skryté praskliny v důsledku nesprávné obsluhy během instalace, může to vést k postupnému zhoršování rovinnosti při dlouhodobém používání, což ovlivňuje výsledky měření.
Skrytá nebezpečí v procesu obrábění: Pokud CNC zařízení zaznamená náhlé přetížení (například kolizi nástroje s obrobkem), mohou se žulové vodicí lišty nebo pracovní stoly zlomit v důsledku neschopnosti odolat okamžité nárazové síle, což může vést k vypnutí zařízení z důvodu údržby a dokonce i ke spuštění řetězce přesných poruch.
Za druhé, vysoká obtížnost zpracování omezuje návrh složitých struktur
Hlavní nevýhody: Žula má vysokou tvrdost (6-7 na Mohsově stupnici) a je nutné ji brousit a opracovávat speciálními nástroji, jako jsou diamantové brusné kotouče, což má za následek nízkou účinnost zpracování (účinnost frézování je pouze 1/5 až 1/3 účinnosti kovových materiálů) a náklady na zpracování složitých zakřivených povrchů jsou vysoké.
Dopad na CNC zařízení:
Omezení konstrukčního návrhu: Aby se předešlo obtížím se zpracováním, žulové komponenty se obvykle navrhují v jednoduchých geometrických tvarech (jako jsou desky, obdélníkové vodicí lišty), což ztěžuje dosažení složitých vnitřních dutin, lehkých vyztužených desek a dalších konstrukcí, které lze realizovat odléváním/řezáním kovových materiálů. To vede k tomu, že hmotnost žulového podstavce je často příliš velká (o 10–20 % těžší než litina při stejném objemu), což může zvýšit celkové zatížení zařízení a ovlivnit dynamickou odezvu při vysokorychlostním pohybu.
Vysoké náklady na údržbu a výměnu: Pokud dojde k lokálnímu opotřebení nebo poškození žulových komponentů, je obtížné je opravit metodami, jako je svařování nebo řezání. Obvykle je nutné vyměnit celý komponent a nové komponenty znovu nabrousit a kalibrovat pro přesnost, což má za následek prodloužené prostoje (jedna výměna může trvat 2–3 týdny) a výrazné zvýšení nákladů na údržbu.
Iii. Nejistota přirozených textur a vnitřních vad
Hlavní nevýhoda: Jako přírodní minerál má žula nekontrolovatelné vnitřní trhliny, póry nebo minerální nečistoty a uniformita materiálu různých žil se značně liší (kolísání hustoty může dosáhnout ±5 %, kolísání modulu pružnosti ±8 %).
Dopad na CNC zařízení:
Riziko pro stabilitu přesnosti: Pokud se v oblasti zpracování součásti vyskytnou vnitřní trhliny, mohou se tyto trhliny během dlouhodobého používání v důsledku namáhání rozšířit, což způsobí lokální deformaci a ovlivní přesnost zařízení. Například pokud mají žulové vodicí lišty CNC brusky skryté vzduchové otvory, mohou se vlivem vysokofrekvenčních vibrací postupně zhroutit, což vede k nadměrné chybě přímosti vodicích lišt.
Rozdíly ve výkonu šarží: Žulové materiály z různých šarží mohou vykazovat výkyvy v klíčových ukazatelích, jako je koeficient tepelné roztažnosti a tlumení, v důsledku rozdílů ve složení minerálů, což ovlivňuje konzistenci dávkové výroby zařízením. U automatizovaných výrobních linek, které vyžadují interakci více zařízení, mohou tyto rozdíly vést ke zvýšení rozptylu přesnosti zpracování.
Za čtvrté, je těžký, což ovlivňuje dynamický výkon zařízení
Hlavní nevýhoda: Žula má vysokou hustotu (2,6–3,0 g/cm³) a její hmotnost je při stejném objemu přibližně 1,2krát větší než u litiny a 2,5krát větší než u hliníkové slitiny.
Dopad na CNC zařízení:
Zpoždění odezvy pohybu: U vysokorychlostních obráběcích center nebo pětiosých strojů zvyšuje velká hmotnost žulové základny setrvačnost zatížení lineárního motoru/vodícího šroubu, což má za následek zpoždění dynamické odezvy během zrychlování/zpomalování (což může prodloužit dobu startu a zastavení o 5 % až 10 %), což ovlivňuje efektivitu zpracování.
Zvýšená spotřeba energie: Pohon těžkých žulových komponent vyžaduje výkonnější servomotory, což zvyšuje celkovou spotřebu energie zařízení (skutečná měření ukazují, že za stejných provozních podmínek je spotřeba energie u zařízení s žulovou základnou o 8–12 % vyšší než u zařízení s litinovou základnou). Dlouhodobé používání zvýší výrobní náklady.
Za páté, schopnost odolávat tepelnému šoku je omezená
Hlavní nevýhoda: Přestože má žula nízký koeficient tepelné roztažnosti, její tepelná vodivost je nízká (s tepelnou vodivostí pouze 1,5–3,0 W/(m·K, což je přibližně 1/10 tepelné vodivosti litiny) a náhlé lokální změny teploty jsou náchylné ke vzniku tepelného namáhání.
Dopad na CNC zařízení:
Problém s teplotním rozdílem v oblasti zpracování: Pokud řezná kapalina koncentrovaně eroduje lokální oblast žulového pracovního stolu, může to způsobit teplotní gradient (například teplotní rozdíl 5–10 °C) mezi touto oblastí a okolní oblastí, což vede k menší tepelné deformaci (rozsah deformace může dosáhnout 1–3 μm), což ovlivňuje konzistenci přesnosti a přesného obrábění (například broušení ozubených kol na mikronové úrovni).
Dlouhodobé riziko tepelné únavy: V dílenských prostředích s častým spouštěním a vypínáním nebo s velkými teplotními rozdíly mezi dnem a nocí se u žulových součástí mohou v důsledku opakované tepelné roztažnosti a smršťování vytvářet mikrotrhliny, což postupně oslabuje konstrukční tuhost.
Čas zveřejnění: 24. května 2025