אילו השפעות יש לחסרונות של גרניט על ציוד בקרה נומרית CNC?

בציוד בקרה נומרית CNC, למרות שגרניט הפך לחומר חשוב בשל תכונותיו הייחודיות, לחסרונותיו הטבועים עשויות להיות גם השפעות מסוימות על ביצועי הציוד, יעילות העיבוד ועלויות התחזוקה. להלן ניתוח של ההשפעות הספציפיות הנגרמות מחסרונותיו של גרניט מממדים מרובים:
ראשית, החומר שביר מאוד ונוטה לשבירה ונזק.
חיסרון מרכזי: גרניט היא אבן טבעית והיא למעשה חומר שביר בעל קשיחות פגיעות נמוכה (ערך קשיחות הפגיעות הוא כ-1-3 ג'אול/סמ"ר, שהוא נמוך בהרבה מ-20-100 ג'אול/סמ"ר של חומרים מתכתיים).

השפעה על ציוד CNC:
סיכוני התקנה והובלה: במהלך הרכבה או טיפול בציוד, אם הוא נתון להתנגשות או נפילה, רכיבי גרניט (כגון בסיסים ומסילות מובילים) נוטים לסדקים או פינות סדוקות, מה שמוביל לכשל בדיוק. לדוגמה, אם פלטפורמת הגרניט של מכונת מדידה בעלת שלוש קואורדינטות מפתחת סדקים נסתרים עקב פעולה לא נכונה במהלך ההתקנה, הדבר עלול להוביל להידרדרות הדרגתית של השטיחות לאורך שימוש ארוך טווח, דבר שיפגע בתוצאות המדידה.
סכנות נסתרות בתהליך העיבוד: כאשר ציוד CNC נתקל בעומס יתר פתאומי (כגון התנגשות הכלי בחומר העבודה), מסילות ההובלה או שולחנות העבודה של הגרניט עלולים להישבר עקב חוסר יכולת לעמוד בכוח הפגיעה המיידי, מה שיגרום לכיבוי הציוד לצורך תחזוקה, ואף לעורר שרשרת של כשלים מדויקים.
שנית, הקושי הגבוה בעיבוד מגביל את תכנון מבנים מורכבים
חסרונות מרכזיים: לגרניט קשיות גבוהה (6-7 בסולם מוס), ויש צורך לטחון ולעבד אותו בכלים מיוחדים כמו גלגלי השחזה של יהלום, מה שמביא ליעילות עיבוד נמוכה (יעילות הטחינה היא רק 1/5 עד 1/3 מזו של חומרי מתכת), ועלות עיבוד משטחים מעוקלים מורכבים גבוהה.
השפעה על ציוד CNC:
מגבלות תכנון מבני: כדי להימנע מקשיי עיבוד, רכיבי גרניט מתוכננים בדרך כלל בצורות גיאומטריות פשוטות (כגון לוחות, מסילות מלבניות), מה שמקשה על השגת חללים פנימיים מורכבים, לוחות קשיחים קלים ומבנים אחרים שניתן להשיג על ידי יציקה/חיתוך עם חומרי מתכת. זה מוביל לעובדה שמשקל בסיס הגרניט לרוב גדול מדי (10%-20% כבד יותר מברזל יצוק עבור אותו נפח), מה שעשוי להגדיל את העומס הכולל של הציוד ולהשפיע על ביצועי התגובה הדינמיים במהלך תנועה במהירות גבוהה.
עלויות תחזוקה והחלפה גבוהות: כאשר מתרחשים בלאי או נזק מקומיים לרכיבי גרניט, קשה לתקן אותם באמצעות שיטות כמו ריתוך או חיתוך. בדרך כלל, יש צורך להחליף את הרכיב כולו, ויש צורך ללטש מחדש ולכייל את הרכיבים החדשים לדיוק, מה שמביא לזמן השבתה ממושך (החלפה אחת עשויה להימשך 2-3 שבועות), ולעלייה משמעותית בעלויות התחזוקה.
ג. אי ודאות של מרקמים טבעיים ופגמים פנימיים
חיסרון מרכזי: כמינרל טבעי, לגרניט יש סדקים פנימיים בלתי נשלטים, נקבוביות או זיהומים מינרליים, ואחידות החומר של ורידים שונים משתנה מאוד (תנודות צפיפות יכולות להגיע ל-±5%, תנודות מודול אלסטיות ±8%).
השפעה על ציוד CNC:
סיכון יציבות מדויקת: אם באזור העיבוד של הרכיב ישנם סדקים פנימיים, במהלך שימוש ממושך, הסדקים עלולים להתרחב עקב לחץ, לגרום לעיוות מקומי ולהשפיע על דיוק הציוד. לדוגמה, אם למסילות ההובלה מגרניט של מכונת השחזה CNC יש חורי אוויר נסתרים, הן עלולות לקרוס בהדרגה תחת רעידות בתדר גבוה, וכתוצאה מכך לשגיאת ישרות מוגזמת של מסילות ההובלה.
הבדלים בביצועי אצווה: חומרי גרניט מאצווה שונות עשויים לחוות תנודות במדדים מרכזיים כגון מקדם ההתפשטות התרמית וביצועי הריסון עקב הבדלים בהרכב המינרלים, דבר המשפיע על עקביות ייצור האצווה על ידי ציוד. עבור קווי ייצור אוטומטיים הדורשים אינטראקציה של מספר מכשירים, הבדלים כאלה עשויים להוביל לעלייה בפיזור דיוק העיבוד.
רביעית, הוא כבד, מה שמשפיע על הביצועים הדינמיים של הציוד.
חיסרון מרכזי: לגרניט צפיפות גבוהה (2.6-3.0 גרם/סמ"ק), ומשקלו הוא בערך פי 1.2 מזה של ברזל יצוק ופי 2.5 מזה של סגסוגת אלומיניום באותו נפח.
השפעה על ציוד CNC:
השהיית תגובת תנועה: במרכזי עיבוד שבבי במהירות גבוהה או במכונות בעלות חמישה צירים, המסה הגדולה של בסיס הגרניט תגדיל את אינרציית העומס של המנוע הליניארי/בורג ההובלה, וכתוצאה מכך ייגרם השהיית תגובה דינמית במהלך האצה/האטה (מה שעשוי להגדיל את זמן ההתחלה-עצירה ב-5% עד 10%), דבר המשפיע על יעילות העיבוד.
צריכת אנרגיה מוגברת: הנעת רכיבי גרניט כבדים דורשת מנועי סרבו חזקים יותר, מה שמעלה את צריכת האנרגיה הכוללת של הציוד (מדידות בפועל מראות שבאותם תנאי עבודה, צריכת האנרגיה של ציוד מבוסס גרניט גבוהה ב-8%-12% מזו של ציוד יצוק ברזל). שימוש ארוך טווח יגדיל את עלויות הייצור.
חמש, היכולת לעמוד בפני הלם תרמי מוגבלת
חיסרון מרכזי: למרות שלגרניט מקדם התפשטות תרמית נמוך, המוליכות התרמית שלו ירודה (עם מוליכות תרמית של 1.5-3.0W/(m²K) בלבד, כעשרת מזו של ברזל יצוק), ושינויי טמפרטורה מקומיים פתאומיים נוטים ליצור עומס תרמי.
השפעה על ציוד CNC:
בעיית הפרש טמפרטורה באזור העיבוד: אם נוזל החיתוך שוחק באופן מרוכז אזור מקומי של שולחן העבודה של גרניט, הדבר עלול לגרום להפרש טמפרטורה (כגון הפרש טמפרטורה של 5-10 מעלות צלזיוס) בין אזור זה לאזור שמסביב, מה שמוביל לעיוות תרמי קל (כמות העיוות יכולה להגיע ל-1-3 מיקרון), דבר המשפיע על עקביות הדיוק של עיבוד מדויק (כגון טחינת גלגלי שיניים ברמת מיקרון).
סיכון לעייפות תרמית לטווח ארוך: בסביבות סדנה עם התחלות וכיבויים תכופים או הפרשי טמפרטורות גדולים בין יום ללילה, רכיבי גרניט עלולים לפתח סדקים זעירים עקב התפשטות והתכווצות תרמית חוזרות ונשנות, מה שיחליש בהדרגה את קשיחות המבנה.