W sprzęcie do sterowania numerycznego CNC, chociaż granit stał się ważnym materiałem ze względu na swoje unikalne właściwości, jego wrodzone wady mogą również mieć pewien wpływ na wydajność sprzętu, wydajność przetwarzania i koszty konserwacji. Poniżej przedstawiono analizę konkretnych skutków wynikających z niedociągnięć granitu z wielu wymiarów:
Po pierwsze, materiał jest bardzo kruchy i podatny na pękanie i uszkodzenia
Podstawowa wada: granit jest kamieniem naturalnym, a zatem jest materiałem kruchym i o niskiej odporności na uderzenia (wartość odporności na uderzenia wynosi około 1-3 J/cm², co jest wartością znacznie niższą od wartości 20-100 J/cm² materiałów metalicznych).
Wpływ na urządzenia CNC:
Ryzyko związane z instalacją i transportem: Podczas montażu lub obsługi sprzętu, jeśli zostanie on narażony na zderzenie lub upadek, elementy granitowe (takie jak podstawy i szyny prowadzące) są podatne na pęknięcia lub wyszczerbienia narożników, co prowadzi do utraty dokładności. Na przykład, jeśli granitowa platforma trójwspółrzędnej maszyny pomiarowej rozwinie ukryte pęknięcia z powodu niewłaściwej obsługi podczas instalacji, może to doprowadzić do stopniowego pogorszenia płaskości w trakcie długotrwałego użytkowania, co wpłynie na wyniki pomiaru.
Ukryte zagrożenia w procesie obróbki: Gdy urządzenia CNC zostaną nagle przeciążone (np. narzędzie zderzy się z obrabianym przedmiotem), granitowe szyny prowadzące lub stoły robocze mogą pęknąć z powodu braku możliwości wytrzymania chwilowej siły uderzenia, co spowoduje konieczność wyłączenia urządzenia w celu przeprowadzenia konserwacji, a nawet wywoła szereg precyzyjnych usterek.
Po drugie, wysoki poziom trudności przetwarzania ogranicza projektowanie złożonych struktur
Podstawowe wady: Granit ma dużą twardość (6-7 w skali Mohsa) i wymaga szlifowania i obróbki specjalnymi narzędziami, takimi jak diamentowe tarcze szlifierskie. Efektem jest niska wydajność obróbki (wydajność frezowania wynosi zaledwie 1/5 do 1/3 wydajności materiałów metalowych), a koszt obróbki skomplikowanych, zakrzywionych powierzchni jest wysoki.
Wpływ na urządzenia CNC:
Ograniczenia konstrukcyjne: Aby uniknąć trudności w przetwarzaniu, elementy granitowe są zazwyczaj projektowane w prostych kształtach geometrycznych (takich jak płyty, prostokątne szyny prowadzące), co utrudnia uzyskanie złożonych wewnętrznych wnęk, lekkich usztywnionych płyt i innych struktur, które można uzyskać poprzez odlewanie/cięcie materiałów metalowych. Prowadzi to do tego, że ciężar podstawy granitowej jest często zbyt duży (10%-20% cięższy niż żeliwo przy tej samej objętości), co może zwiększyć całkowite obciążenie sprzętu i wpłynąć na wydajność reakcji dynamicznej podczas ruchu z dużą prędkością.
Wysokie koszty konserwacji i wymiany: Gdy dochodzi do lokalnego zużycia lub uszkodzenia elementów granitowych, trudno jest je naprawić za pomocą metod takich jak spawanie lub cięcie. Zazwyczaj cały element musi zostać wymieniony, a nowe elementy muszą zostać ponownie oszlifowane i skalibrowane w celu uzyskania dokładności, co skutkuje dłuższym przestojem (pojedyncza wymiana może potrwać 2-3 tygodnie) i znacznym wzrostem kosztów konserwacji.
III. Niepewność tekstur naturalnych i defektów wewnętrznych
Podstawowa wada: Granit jako minerał naturalny ma niekontrolowane wewnętrzne pęknięcia, pory i zanieczyszczenia mineralne, a jednorodność materiału różnych żył jest bardzo zróżnicowana (wahania gęstości mogą osiągnąć ±5%, wahania modułu sprężystości ±8%).
Wpływ na urządzenia CNC:
Ryzyko utraty stabilności precyzyjnej: Jeśli obszar przetwarzania komponentu zawiera pęknięcia wewnętrzne, podczas długotrwałego użytkowania pęknięcia mogą się rozszerzyć z powodu naprężeń, powodując lokalne odkształcenia i wpływając na dokładność sprzętu. Na przykład, jeśli granitowe prowadnice szlifierki CNC mają ukryte otwory powietrzne, mogą one stopniowo zapadać się pod wpływem wibracji o wysokiej częstotliwości, co skutkuje nadmiernym błędem prostoliniowości prowadnic.
Różnice w wydajności partii: Materiały granitowe z różnych partii mogą wykazywać wahania kluczowych wskaźników, takich jak współczynnik rozszerzalności cieplnej i wydajność tłumienia, ze względu na różnice w składzie mineralnym, co wpływa na spójność produkcji partii przez urządzenia. W przypadku zautomatyzowanych linii produkcyjnych, które wymagają interakcji wielu urządzeń, takie różnice mogą prowadzić do zwiększenia rozproszenia dokładności przetwarzania.
Po czwarte, jest ciężki, co wpływa na dynamikę pracy sprzętu
Podstawowa wada: granit ma dużą gęstość (2,6-3,0 g/cm³), a jego waga jest około 1,2 razy większa od wagi żeliwa i 2,5 razy większa od wagi stopu aluminium przy tej samej objętości.
Wpływ na urządzenia CNC:
Opóźnienie reakcji ruchu: W przypadku centrów obróbkowych o dużej prędkości lub maszyn pięcioosiowych duża masa podstawy granitowej zwiększa bezwładność obciążenia silnika liniowego/śruby pociągowej, co powoduje opóźnienie reakcji dynamicznej podczas przyspieszania/zwalniania (co może wydłużyć czas rozruchu i zatrzymania o 5% do 10%), wpływając na wydajność obróbki.
Zwiększone zużycie energii: Napędzanie ciężkich elementów granitowych wymaga mocniejszych serwomotorów, co zwiększa ogólne zużycie energii przez sprzęt (rzeczywiste pomiary pokazują, że w tych samych warunkach pracy zużycie energii przez sprzęt z granitową podstawą jest o 8%-12% wyższe niż w przypadku sprzętu żeliwnego). Długotrwałe użytkowanie zwiększy koszty produkcji.
Po piąte, zdolność do przeciwstawiania się szokom termicznym jest ograniczona
Podstawowa wada: mimo że granit ma niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, jego przewodność cieplna jest słaba (wynosi zaledwie 1,5–3,0 W/(m·K), czyli około 1/10 przewodności cieplnej żeliwa), a nagłe lokalne zmiany temperatury mogą powodować naprężenia cieplne.
Wpływ na urządzenia CNC:
Problem z różnicą temperatur w obszarze obróbki: Jeśli płyn obróbkowy intensywnie eroduje lokalny obszar granitowego stołu roboczego, może to spowodować gradient temperatury (np. różnicę temperatur wynoszącą 5-10℃) między tym obszarem a otaczającym go obszarem, co prowadzi do niewielkich odkształceń termicznych (wielkość odkształcenia może osiągnąć 1-3 μm), co ma wpływ na dokładność precyzyjnej obróbki (np. szlifowanie kół zębatych z dokładnością do mikronów).
Ryzyko długotrwałego zmęczenia cieplnego: W warsztatach, w których często uruchamia się i wyłącza maszynę lub występują duże różnice temperatur między dniem a nocą, na elementach granitowych mogą pojawiać się mikropęknięcia z powodu powtarzającego się rozszerzania i kurczenia cieplnego, co stopniowo osłabia sztywność konstrukcji.
Czas publikacji: 24-05-2025