در تجهیزات کنترل عددی CNC، اگرچه خواص فیزیکی گرانیت زمینه‌ای برای پردازش با دقت بالا فراهم می‌کند، اما معایب ذاتی آن ممکن است تأثیرات چند بعدی بر دقت پردازش داشته باشد که به طور خاص به شرح زیر آشکار می‌شوند:
۱. عیوب سطحی در فرآیند تولید ناشی از شکنندگی مواد
ماهیت شکننده گرانیت (مقاومت فشاری بالا اما مقاومت خمشی پایین، معمولاً مقاومت خمشی تنها ۱/۱۰ تا ۱/۲۰ مقاومت فشاری است) آن را مستعد مشکلاتی مانند ترک خوردگی لبه و ریزترک‌های سطحی در حین پردازش می‌کند.
نقص‌های میکروسکوپی بر انتقال دقت تأثیر می‌گذارند: هنگام انجام سنگ‌زنی یا فرزکاری با دقت بالا، ترک‌های ریز در نقاط تماس ابزار می‌توانند سطوح نامنظمی تشکیل دهند و باعث شوند خطاهای صافی اجزای کلیدی مانند ریل‌های راهنما و میزهای کار گسترش یابند (برای مثال، صافی از مقدار ایده‌آل ±1μm/m به ±3~5μm/m کاهش می‌یابد). این نقص‌های میکروسکوپی مستقیماً به قطعات پردازش‌شده منتقل می‌شوند، به‌ویژه در سناریوهای پردازشی مانند اجزای نوری دقیق و حامل‌های ویفر نیمه‌رسانا، که ممکن است منجر به افزایش زبری سطح قطعه کار شود (مقدار Ra از 0.1μm به بیش از 0.5μm افزایش می‌یابد) و بر عملکرد نوری یا عملکرد دستگاه تأثیر می‌گذارد.
خطر شکستگی ناگهانی در پردازش دینامیکی: در سناریوهای برش با سرعت بالا (مانند سرعت اسپیندل > 15000 دور در دقیقه) یا سرعت پیشروی > 20 متر در دقیقه، قطعات گرانیتی ممکن است به دلیل نیروهای ضربه آنی دچار تکه‌تکه شدن موضعی شوند. به عنوان مثال، هنگامی که جفت ریل راهنما به سرعت جهت خود را تغییر می‌دهد، ترک خوردگی لبه می‌تواند باعث انحراف مسیر حرکت از مسیر تئوری شود و در نتیجه افت ناگهانی دقت موقعیت‌یابی (خطای موقعیت‌یابی از ±2μm به بیش از ±10μm افزایش می‌یابد) و حتی منجر به برخورد ابزار و خرد شدن آن شود.
دوم، کاهش دقت دینامیکی ناشی از تضاد بین وزن و استحکام
خاصیت چگالی بالای گرانیت (با چگالی تقریبی ۲.۶ تا ۳.۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب) می‌تواند ارتعاش را سرکوب کند، اما مشکلات زیر را نیز به همراه دارد:
نیروی اینرسی باعث تأخیر در پاسخ سروو می‌شود: نیروی اینرسی تولید شده توسط بسترهای گرانیتی سنگین (مانند بسترهای ماشین‌های دروازه‌ای بزرگ که می‌توانند ده‌ها تن وزن داشته باشند) در طول شتاب‌گیری و کاهش سرعت، سروو موتور را مجبور به تولید گشتاور بیشتر می‌کند که منجر به افزایش خطای ردیابی حلقه موقعیت می‌شود. به عنوان مثال، در سیستم‌های پرسرعت که توسط موتورهای خطی هدایت می‌شوند، به ازای هر 10٪ افزایش وزن، دقت موقعیت‌یابی ممکن است 5٪ تا 8٪ کاهش یابد. به خصوص در سناریوهای پردازش در مقیاس نانو، این تأخیر می‌تواند منجر به خطاهای پردازش کانتور شود (مانند افزایش خطای گردی از 50 نانومتر به 200 نانومتر در طول درون‌یابی دایره‌ای).
استحکام ناکافی باعث ارتعاش با فرکانس پایین می‌شود: اگرچه گرانیت میرایی ذاتی نسبتاً بالایی دارد، اما مدول الاستیک آن (حدود 60 تا 120 گیگا پاسکال) کمتر از چدن است. هنگامی که تحت بارهای متناوب (مانند نوسانات نیروی برش در طول پردازش اتصال چند محوره) قرار می‌گیرد، ممکن است تجمع تغییر شکل میکرو رخ دهد. به عنوان مثال، در جزء سر نوسان یک مرکز ماشینکاری پنج محوره، تغییر شکل الاستیک جزئی پایه گرانیت می‌تواند باعث تغییر دقت موقعیت زاویه‌ای محور چرخش شود (مانند خطای شاخص‌گذاری که از ±5" به ±15") افزایش می‌یابد و بر دقت ماشینکاری سطوح منحنی پیچیده تأثیر می‌گذارد.
III. محدودیت‌های پایداری حرارتی و حساسیت محیطی
اگرچه ضریب انبساط حرارتی گرانیت (تقریباً 5 تا 9×10⁻⁶/℃) کمتر از چدن است، اما همچنان ممکن است باعث ایجاد خطا در پردازش دقیق شود:
گرادیان دما باعث تغییر شکل ساختاری می‌شود: هنگامی که تجهیزات برای مدت طولانی به طور مداوم کار می‌کنند، منابع گرما مانند موتور شفت اصلی و سیستم روانکاری ریل راهنما می‌توانند باعث ایجاد گرادیان دما در اجزای گرانیتی شوند. به عنوان مثال، هنگامی که اختلاف دما بین سطوح بالایی و پایینی میز کار 2 درجه سانتیگراد باشد، ممکن است باعث تغییر شکل محدب یا مقعر شود (انحراف می‌تواند به 10 تا 20 میکرومتر برسد)، که منجر به عدم صافی قطعه کار و تأثیر بر دقت موازی فرزکاری یا سنگ زنی می‌شود (مانند تحمل ضخامت قطعات صفحه تخت بیش از ±5 میکرومتر تا ±20 میکرومتر).
رطوبت محیط باعث انبساط جزئی می‌شود: اگرچه میزان جذب آب گرانیت (0.1٪ تا 0.5٪) کم است، اما هنگامی که برای مدت طولانی در محیطی با رطوبت بالا استفاده شود، مقدار کمی از جذب آب می‌تواند منجر به انبساط شبکه شود که به نوبه خود باعث تغییر در فاصله مناسب جفت ریل راهنما می‌شود. به عنوان مثال، هنگامی که رطوبت از 40٪ RH به 70٪ RH افزایش می‌یابد، ابعاد خطی ریل راهنمای گرانیت ممکن است 0.005 تا 0.01 میلی‌متر بر متر افزایش یابد و در نتیجه باعث کاهش نرمی حرکت ریل راهنمای کشویی و وقوع پدیده "خزیدن" شود که بر دقت پیشروی در سطح میکرون تأثیر می‌گذارد.
چهارم. اثرات تجمعی خطاهای پردازش و مونتاژ
سختی فرآوری گرانیت بالاست (نیاز به ابزارهای الماس مخصوص دارد و راندمان فرآوری تنها ۱/۳ تا ۱/۲ مواد فلزی است) که ممکن است منجر به از دست رفتن دقت در فرآیند مونتاژ شود:
انتقال خطای پردازش سطوح جفت شونده: اگر انحرافات پردازشی (مانند صافی > 5μm، خطای فاصله سوراخ > 10μm) در قطعات کلیدی مانند سطح نصب ریل راهنما و سوراخ‌های نگهدارنده پیچ راهنما وجود داشته باشد، باعث اعوجاج ریل راهنمای خطی پس از نصب، پیش بارگذاری ناهموار پیچ توپی و در نهایت منجر به کاهش دقت حرکت می‌شود. به عنوان مثال، در طول پردازش اتصال سه محوره، خطای عمودی ناشی از اعوجاج ریل راهنما ممکن است خطای طول مورب مکعب را از ±10μm به ±50μm افزایش دهد.
شکاف رابط ساختار اتصال: اجزای گرانیتی تجهیزات بزرگ اغلب از تکنیک‌های اتصال (مانند اتصال چند بخشی) استفاده می‌کنند. اگر خطاهای زاویه‌ای جزئی (> 10 اینچ) یا زبری سطح > Ra0.8μm روی سطح اتصال وجود داشته باشد، ممکن است پس از مونتاژ تمرکز تنش یا شکاف ایجاد شود. تحت بار طولانی مدت، این امر ممکن است منجر به شل شدن سازه و ایجاد رانش دقت شود (مانند کاهش 2 تا 5 میکرومتر در دقت موقعیت‌یابی در هر سال).
خلاصه و الهامات مقابله
معایب گرانیت تأثیر پنهان، تجمعی و حساس به محیط زیست بر دقت تجهیزات CNC دارد و باید به طور سیستماتیک از طریق روش‌هایی مانند اصلاح مواد (مانند اشباع رزین برای افزایش چقرمگی)، بهینه‌سازی ساختاری (مانند قاب‌های کامپوزیت فلز-گرانیت)، فناوری کنترل حرارتی (مانند خنک‌کننده آب میکروکانال) و جبران دینامیکی (مانند کالیبراسیون در زمان واقعی با تداخل‌سنج لیزری) برطرف شود. در زمینه پردازش دقیق در مقیاس نانو، انجام کنترل زنجیره‌ای کامل از انتخاب مواد، فناوری پردازش تا کل سیستم دستگاه برای بهره‌برداری کامل از مزایای عملکرد گرانیت و در عین حال اجتناب از عیوب ذاتی آن، حتی ضروری‌تر است.
زمان ارسال: ۲۴ مه ۲۰۲۵