בציוד בקרה נומרית CNC, למרות שהתכונות הפיזיקליות של גרניט מספקות בסיס לעיבוד בדיוק גבוה, חסרונותיו הטבועים עשויים להיות בעלי השפעות רב-ממדיות על דיוק העיבוד, המתבטאות באופן ספציפי כדלקמן:
1. פגמים במשטח בעיבוד הנגרמים משבירות החומר
אופיו השביר של הגרניט (חוזק דחיסה גבוה אך חוזק כיפוף נמוך, בדרך כלל חוזק הכיפוף הוא רק 1/10 עד 1/20 מחוזק הדחיסה) הופך אותו מועד לבעיות כגון סדקים בקצוות וסדקים מיקרוסקופיים על פני השטח במהלך העיבוד.
פגמים מיקרוסקופיים משפיעים על דיוק ההעברה: בעת ביצוע השחזה או כרסום בדיוק גבוה, סדקים זעירים בנקודות המגע של הכלי יכולים ליצור משטחים לא סדירים, ולגרום לשגיאות הישר של רכיבים מרכזיים כגון מסילות מובילות ושולחנות עבודה להתרחב (לדוגמה, השטיחות מתדרדרת מ-±1 מיקרומטר/מטר האידיאלי ל-±3~5 מיקרומטר/מטר). פגמים מיקרוסקופיים אלה יועברו ישירות לחלקים המעובדים, במיוחד בתרחישי עיבוד כגון רכיבים אופטיים מדויקים ונשאי פרוסות מוליכים למחצה, מה שעלול להוביל לעלייה בחספוס פני השטח של חומר העבודה (ערך Ra עולה מ-0.1 מיקרומטר ליותר מ-0.5 מיקרומטר), דבר המשפיע על הביצועים האופטיים או על פונקציונליות המכשיר.
סיכון לשבר פתאומי בעיבוד דינמי: בתרחישים של חיתוך במהירות גבוהה (כגון מהירות ציר > 15,000 סל"ד) או קצב הזנה > 20 מטר/דקה, רכיבי גרניט עלולים לחוות פירוק מקומי עקב כוחות פגיעה מיידיים. לדוגמה, כאשר זוג מסילות ההובלה משנה כיוון במהירות, סדקים בקצה עלולים לגרום למסלול התנועה לסטות מהנתיב התיאורטי, וכתוצאה מכך לירידה פתאומית בדיוק המיקום (שגיאת המיקום מתרחבת מ-±2 מיקרומטר ליותר מ-±10 מיקרומטר), ואף להוביל להתנגשות ולגריטה של הכלים.
שנית, אובדן דיוק דינמי הנגרם עקב הסתירה בין משקל לקשיחות
התכונה של צפיפות גבוהה של גרניט (עם צפיפות של כ-2.6 עד 3.0 גרם/סמ"ק) יכולה לדכא רעידות, אך היא גם מביאה את הבעיות הבאות:
כוח אינרציאלי גורם להשהיית תגובת סרוו: הכוח האינרציאלי שנוצר על ידי משטחי גרניט כבדים (כגון משטחי מכונות גנטרי גדולים שיכולים לשקול עשרות טונות) במהלך האצה והאטה מאלץ את מנוע הסרוו להפיק מומנט גדול יותר, וכתוצאה מכך לעלייה בשגיאת מעקב לולאת המיקום. לדוגמה, במערכות במהירות גבוהה המונעות על ידי מנועים ליניאריים, עבור כל עלייה של 10% במשקל, דיוק המיקום עשוי לרדת ב-5% עד 8%. במיוחד בתרחישי עיבוד בקנה מידה ננומטרי, השהייה זו יכולה להוביל לשגיאות עיבוד קווי מתאר (כגון שגיאת העגלגלות הגדלה מ-50 ננומטר ל-200 ננומטר במהלך אינטרפולציה מעגלית).
קשיחות לא מספקת גורמת לרעידות בתדר נמוך: למרות שלגרניט יש ריסון מובנית גבוה יחסית, מודול האלסטיות שלו (כ-60 עד 120 ג'פסקל) נמוך מזה של ברזל יצוק. כאשר הוא נתון לעומסים מתחלפים (כגון תנודות בכוח החיתוך במהלך עיבוד קישור רב-צירי), עלולה להתרחש הצטברות של מיקרו-דפורמציה. לדוגמה, ברכיב ראש הסיבוב של מרכז עיבוד שבבי בעל חמישה צירים, דפורמציה אלסטית קלה של בסיס הגרניט יכולה לגרום לדיוק המיקום הזוויתי של ציר הסיבוב להיסחף (כגון שגיאת האינדקס מתרחבת מ-±5 אינץ' ל-±15 אינץ'), מה שמשפיע על דיוק העיבוד של משטחים מעוקלים מורכבים.
ג. מגבלות של יציבות תרמית ורגישות סביבתית
למרות שמקדם ההתפשטות התרמית של גרניט (בערך 5 עד 9×10⁻⁶/℃) נמוך מזה של ברזל יצוק, הוא עדיין עלול לגרום לשגיאות בעיבוד המדויק:
גרדיאנטים בטמפרטורה גורמים לעיוות מבני: כאשר הציוד פועל ברציפות במשך זמן רב, מקורות חום כגון מנוע הציר הראשי ומערכת שימון מסילת ההובלה עלולים לגרום לגרדיאנטים בטמפרטורה ברכיבי הגרניט. לדוגמה, כאשר הפרש הטמפרטורה בין המשטחים העליונים והתחתונים של שולחן העבודה הוא 2 מעלות צלזיוס, הדבר עלול לגרום לעיוות קמור אמצעי או קעור אמצעי (הסטייה יכולה להגיע ל-10 עד 20 מיקרומטר), מה שמוביל לכשל בשטיחות הידוק חומר העבודה ומשפיע על דיוק המקבילות של כרסום או השחזה (כגון סבילות עובי של חלקי פלטה שטוחים העולה על ±5 מיקרומטר עד ±20 מיקרומטר).
לחות סביבתית גורמת להתפשטות קלה: למרות שקצב ספיגת המים של גרניט (0.1% עד 0.5%) נמוך, כאשר משתמשים בו לאורך זמן בסביבה עם לחות גבוהה, כמות זעירה של ספיגת מים עלולה להוביל להתפשטות הסריג, אשר בתורה גורמת לשינויים במרווח ההתאמה של זוג מסילות ההובלה. לדוגמה, כאשר הלחות עולה מ-40% לחות יחסית ל-70% לחות יחסית, הממד הליניארי של מסילת ההובלה של גרניט עשוי לעלות ב-0.005 עד 0.01 מ"מ/מ"ר, וכתוצאה מכך לירידה בתנועת מסילת ההובלה הזזה ולהופעת תופעת "זחילה", המשפיעה על דיוק ההזנה ברמת המיקרון.
ד. השפעות מצטברות של שגיאות עיבוד והרכבה
קושי העיבוד של גרניט גבוה (דורש כלי יהלום מיוחדים, ויעילות העיבוד היא רק 1/3 עד 1/2 מזו של חומרי מתכת), מה שעלול להוביל לאובדן דיוק בתהליך ההרכבה:
העברת שגיאות עיבוד של משטחי חיבור: אם ישנן סטיות עיבוד (כגון שטוחות > 5 מיקרומטר, שגיאת מרווח חורים > 10 מיקרומטר) בחלקים מרכזיים כמו משטח התקנת מסילת ההובלה וחורי התמיכה של בורג ההובלה, הדבר יגרום לעיוות של מסילת ההובלה הליניארית לאחר ההתקנה, לעומס מקדים לא אחיד של בורג הכדור, ובסופו של דבר יוביל להידרדרות בדיוק התנועה. לדוגמה, במהלך עיבוד קישור תלת-צירי, שגיאת האנכיות הנגרמת מעיוות מסילת ההובלה עלולה להרחיב את שגיאת האורך האלכסוני של הקובייה מ-±10 מיקרומטר ל-±50 מיקרומטר.
פער ממשק של המבנה המחובר: רכיבי גרניט של ציוד גדול נוקטים לעתים קרובות בטכניקות שחבור (כגון שחבור משטח רב-חתכי). אם ישנן שגיאות זוויתיות קלות (> 10 אינץ') או חספוס פני השטח > Ra0.8μm על פני השטח של השחבור, עלולים להיווצר ריכוז מאמץ או פערים לאחר ההרכבה. תחת עומס ארוך טווח, הדבר עלול להוביל להרפיה מבנית ולגרום לסחיפה בדיוק (כגון ירידה של 2 עד 5μm בדיוק המיקום בכל שנה).
סיכום והשראות להתמודדות
לחסרונות של גרניט יש השפעה סמויה, מצטברת ורגישה לסביבה על הדיוק של ציוד CNC, ויש לטפל בהם באופן שיטתי באמצעות אמצעים כגון שינוי חומרים (כגון הספגת שרף לשיפור הקשיחות), אופטימיזציה מבנית (כגון מסגרות מרוכבות מתכת-גרניט), טכנולוגיית בקרה תרמית (כגון קירור מים במיקרו-ערוצי) ופיצוי דינמי (כגון כיול בזמן אמת עם אינטרפרומטר לייזר). בתחום עיבוד מדויק בקנה מידה ננומטרי, יש צורך אף יותר לבצע בקרה של שרשרת מלאה, החל מבחירת חומרים, דרך טכנולוגיית עיבוד ועד לכל מערכת המכונות, על מנת למנף באופן מלא את יתרונות הביצועים של הגרניט תוך הימנעות מפגמיו הטבועים.
זמן פרסום: 24 במאי 2025