Nos equipos de control numérico CNC, aínda que as propiedades físicas do granito proporcionan unha base para o procesamento de alta precisión, os seus inconvenientes inherentes poden ter impactos multidimensionais na precisión do procesamento, que se manifestan especificamente do seguinte xeito:
1. Defectos superficiais no procesamento causados pola fraxilidade do material
A natureza fráxil do granito (alta resistencia á compresión pero baixa resistencia á flexión, normalmente a resistencia á flexión é só de 1/10 a 1/20 da resistencia á compresión) faino propenso a problemas como gretas nos bordos e microgretas superficiais durante o procesamento.
Os defectos microscópicos afectan á transferencia de precisión: ao realizar rectificado ou fresado de alta precisión, as pequenas gretas nos puntos de contacto da ferramenta poden formar superficies irregulares, o que provoca que os erros de rectitude de compoñentes clave, como os carrís guía e as mesas de traballo, se expandan (por exemplo, a planitude deteriórase do ideal ±1 μm/m a ±3~5 μm/m). Estes defectos microscópicos transmitiranse directamente ás pezas procesadas, especialmente en escenarios de procesamento como compoñentes ópticos de precisión e portadores de obleas de semicondutores, o que pode levar a un aumento da rugosidade superficial da peza (o valor Ra aumenta de 0,1 μm a máis de 0,5 μm), afectando ao rendemento óptico ou á funcionalidade do dispositivo.
Risco de fractura repentina no procesamento dinámico: en escenarios de corte a alta velocidade (como unha velocidade do fuso > 15.000 r/min) ou unha velocidade de avance > 20 m/min, os compoñentes de granito poden experimentar fragmentación local debido a forzas de impacto instantáneas. Por exemplo, cando o par de guías cambia de dirección rapidamente, a fisuración do bordo pode facer que a traxectoria do movemento se desvíe da traxectoria teórica, o que resulta nunha caída repentina na precisión do posicionamento (o erro de posicionamento expándese de ±2 μm a máis de ±10 μm) e mesmo leva a colisións e raspaduras da ferramenta.
En segundo lugar, a perda de precisión dinámica causada pola contradición entre o peso e a rixidez
A alta densidade do granito (cunha densidade aproximada de 2,6 a 3,0 g/cm³) pode suprimir as vibracións, pero tamén trae os seguintes problemas:
A forza de inercia provoca un atraso na resposta do servomotor: a forza de inercia xerada por leitos de granito pesados (como os leitos de máquinas pórtico grandes que poden pesar decenas de toneladas) durante a aceleración e a desaceleración obriga o servomotor a xerar un maior par, o que resulta nun aumento no erro de seguimento do bucle de posición. Por exemplo, en sistemas de alta velocidade impulsados por motores lineais, por cada aumento do 10 % no peso, a precisión do posicionamento pode diminuír entre un 5 % e un 8 %. Especialmente en escenarios de procesamento a nanoescala, este atraso pode levar a erros de procesamento de contornos (como o erro de redondeza que aumenta de 50 nm a 200 nm durante a interpolación circular).
Unha rixidez insuficiente provoca vibracións de baixa frecuencia: aínda que o granito ten unha amortiguación inherente relativamente alta, o seu módulo elástico (aproximadamente de 60 a 120 GPa) é inferior ao do ferro fundido. Cando se somete a cargas alternas (como flutuacións na forza de corte durante o procesamento de articulación multieixe), pode producirse unha acumulación de microdeformación. Por exemplo, no compoñente do cabezal oscilante dun centro de mecanizado de cinco eixes, a lixeira deformación elástica da base de granito pode provocar que a precisión do posicionamento angular do eixe de rotación se desvíe (como o erro de indexación que se expande de ±5" a ±15"), afectando á precisión do mecanizado de superficies curvas complexas.
Iii. Limitacións da estabilidade térmica e da sensibilidade ambiental
Aínda que o coeficiente de expansión térmica do granito (aproximadamente de 5 a 9 × 10⁻⁶/℃) é menor que o do ferro fundido, aínda pode causar erros no procesamento de precisión:
Os gradientes de temperatura provocan deformacións estruturais: cando o equipo funciona continuamente durante un período prolongado, as fontes de calor como o motor do eixe principal e o sistema de lubricación do carril guía poden causar gradientes de temperatura nos compoñentes de granito. Por exemplo, cando a diferenza de temperatura entre as superficies superior e inferior da mesa de traballo é de 2 ℃, pode causar unha deformación medioconvexa ou mediocóncava (a deflexión pode chegar a 10 a 20 μm), o que leva á falla da planitude da fixación da peza e afecta á precisión de paralelismo do fresado ou a rectificación (como a tolerancia de espesor das pezas de placa plana que supera os ±5 μm e os ±20 μm).
A humidade ambiental provoca unha lixeira expansión: Aínda que a taxa de absorción de auga do granito (0,1 % a 0,5 %) é baixa, cando se usa durante moito tempo nun ambiente con alta humidade, unha pequena cantidade de absorción de auga pode levar á expansión da rede, o que á súa vez provoca cambios na folgura de axuste do par de guías. Por exemplo, cando a humidade aumenta do 40 % de HR ao 70 % de HR, a dimensión lineal da guía de granito pode aumentar entre 0,005 e 0,01 mm/m, o que resulta nunha diminución da suavidade do movemento da guía deslizante e na aparición dun fenómeno de "gateo", que afecta á precisión da alimentación a nivel de micras.
Iv. Efectos acumulativos dos erros de procesamento e montaxe
A dificultade de procesamento do granito é elevada (require ferramentas diamantadas especiais e a eficiencia de procesamento é só de 1/3 a 1/2 da dos materiais metálicos), o que pode levar á perda de precisión no proceso de montaxe:
Transmisión de erros de procesamento nas superficies de contacto: se existen desviacións de procesamento (como planitude > 5 μm, erro de espazado entre orificios > 10 μm) en pezas clave como a superficie de instalación do carril guía e os orificios de soporte do parafuso de avance, isto provocará unha distorsión do carril guía lineal despois da instalación, unha precarga desigual do parafuso de bólas e, en última instancia, un deterioro da precisión do movemento. Por exemplo, durante o procesamento de articulación de tres eixes, o erro de verticalidade causado pola distorsión do carril guía pode ampliar o erro de lonxitude diagonal do cubo de ±10 μm a ±50 μm.
Fenda na interface da estrutura empalmada: Os compoñentes de granito de equipos grandes adoitan adoptar técnicas de empalme (como o empalme de leitos multisección). Se hai erros angulares menores (> 10") ou rugosidade superficial > Ra0.8μm na superficie de empalme, poden producirse concentracións de tensión ou fendas despois da montaxe. Baixo a carga a longo prazo, pode levar a unha relaxación estrutural e causar unha deriva da precisión (como unha diminución de 2 a 5 μm na precisión do posicionamento cada ano).
Resumo e inspiracións para afrontar
As desvantaxes do granito teñen un impacto encuberto, acumulativo e ambientalmente sensible na precisión dos equipos CNC, e deben abordarse sistematicamente mediante medios como a modificación de materiais (como a impregnación de resina para mellorar a resistencia), a optimización estrutural (como os marcos compostos de metal-granito), a tecnoloxía de control térmico (como o arrefriamento por auga con microcanles) e a compensación dinámica (como a calibración en tempo real cun interferómetro láser). No campo do procesamento de precisión a nanoescala, é aínda máis necesario levar a cabo un control da cadea completa, desde a selección de materiais e a tecnoloxía de procesamento ata todo o sistema da máquina, para aproveitar ao máximo as vantaxes de rendemento do granito, evitando os seus defectos inherentes.
Data de publicación: 24 de maio de 2025