ในอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข CNC แม้ว่าคุณสมบัติทางกายภาพของหินแกรนิตจะเป็นพื้นฐานสำหรับการประมวลผลที่มีความแม่นยำสูง แต่ข้อเสียโดยธรรมชาติของหินแกรนิตอาจส่งผลกระทบหลายมิติต่อความแม่นยำในการประมวลผล ซึ่งแสดงออกมาโดยเฉพาะดังต่อไปนี้:
1. ข้อบกพร่องของพื้นผิวในการประมวลผลที่เกิดจากความเปราะบางของวัสดุ
ลักษณะเปราะของหินแกรนิต (มีความแข็งแรงในการอัดสูงแต่มีความแข็งแรงในการดัดต่ำ โดยปกติความแข็งแรงในการดัดจะอยู่ที่เพียง 1/10 ถึง 1/20 ของความแข็งแรงในการอัดเท่านั้น) ทำให้มีแนวโน้มที่จะเกิดปัญหาต่างๆ เช่น รอยแตกร้าวที่ขอบและรอยแตกร้าวเล็กๆ ที่พื้นผิวระหว่างการประมวลผล
ข้อบกพร่องระดับจุลภาคส่งผลกระทบต่อการถ่ายโอนความแม่นยำ: เมื่อทำการเจียรหรือกัดที่มีความแม่นยำสูง รอยแตกเล็กๆ ที่จุดสัมผัสของเครื่องมืออาจก่อให้เกิดพื้นผิวที่ไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้ความตรงของชิ้นส่วนสำคัญ เช่น รางนำและโต๊ะทำงาน ขยายตัว (เช่น ความเรียบลดลงจาก ±1μm/m ในอุดมคติ เป็น ±3~5μm/m) ข้อบกพร่องระดับจุลภาคเหล่านี้จะถูกส่งต่อไปยังชิ้นส่วนที่ผ่านกระบวนการโดยตรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์การประมวลผล เช่น ชิ้นส่วนออปติคัลความแม่นยำและแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งอาจนำไปสู่ความหยาบของพื้นผิวชิ้นงานที่เพิ่มขึ้น (ค่า Ra เพิ่มขึ้นจาก 0.1μm เป็นมากกว่า 0.5μm) ซึ่งส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพออปติคัลหรือการทำงานของอุปกรณ์
ความเสี่ยงต่อการแตกหักฉับพลันในกระบวนการแบบไดนามิก: ในสถานการณ์การตัดด้วยความเร็วสูง (เช่น ความเร็วแกนหมุน > 15,000 รอบ/นาที) หรืออัตราป้อน > 20 เมตร/นาที ส่วนประกอบหินแกรนิตอาจเกิดการแตกเป็นเสี่ยงๆ เฉพาะจุดเนื่องจากแรงกระแทกที่เกิดขึ้นทันที ตัวอย่างเช่น เมื่อรางนำเปลี่ยนทิศทางอย่างรวดเร็ว การแตกร้าวที่ขอบอาจทำให้วิถีการเคลื่อนที่เบี่ยงเบนไปจากเส้นทางเชิงทฤษฎี ส่งผลให้ความแม่นยำในการวางตำแหน่งลดลงอย่างกะทันหัน (ความคลาดเคลื่อนในการวางตำแหน่งเพิ่มขึ้นจาก ±2 ไมโครเมตร เป็นมากกว่า ±10 ไมโครเมตร) และอาจนำไปสู่การชนกันและการเสียรูปของเครื่องมือ
ประการที่สอง การสูญเสียความแม่นยำแบบไดนามิกที่เกิดจากความขัดแย้งระหว่างน้ำหนักและความแข็งแกร่ง
คุณสมบัติความหนาแน่นสูงของหินแกรนิต (โดยมีความหนาแน่นประมาณ 2.6 ถึง 3.0 กรัม/ซม.³) สามารถลดการสั่นสะเทือนได้ แต่ก็ก่อให้เกิดปัญหาต่างๆ ดังต่อไปนี้:
แรงเฉื่อยทำให้เกิดความล่าช้าในการตอบสนองของเซอร์โว: แรงเฉื่อยที่เกิดจากชั้นหินแกรนิตที่มีน้ำหนักมาก (เช่น ชั้นเครื่องจักรขนาดใหญ่ที่มีน้ำหนักหลายสิบตัน) ในระหว่างการเร่งความเร็วและลดความเร็ว บังคับให้มอเตอร์เซอร์โวส่งแรงบิดที่มากขึ้น ส่งผลให้ความคลาดเคลื่อนในการติดตามตำแหน่งลูปเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น ในระบบความเร็วสูงที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เชิงเส้น ทุกๆ น้ำหนักที่เพิ่มขึ้น 10% ความแม่นยำในการระบุตำแหน่งอาจลดลง 5% ถึง 8% โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์การประมวลผลระดับนาโน ความล่าช้านี้อาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการประมวลผลรูปทรง (เช่น ความคลาดเคลื่อนของความกลมที่เพิ่มขึ้นจาก 50 นาโนเมตรเป็น 200 นาโนเมตรในระหว่างการสอดแทรกแบบวงกลม)
ความแข็งที่ไม่เพียงพอทำให้เกิดการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำ: แม้ว่าหินแกรนิตจะมีค่าการหน่วงโดยธรรมชาติที่ค่อนข้างสูง แต่โมดูลัสความยืดหยุ่น (ประมาณ 60 ถึง 120 GPa) ต่ำกว่าเหล็กหล่อ เมื่ออยู่ภายใต้ภาระแบบสลับ (เช่น ความผันผวนของแรงตัดระหว่างการประมวลผลแบบเชื่อมต่อหลายแกน) อาจเกิดการสะสมของการเปลี่ยนรูปขนาดเล็กได้ ตัวอย่างเช่น ในชิ้นส่วนหัวแกว่งของศูนย์เครื่องจักรกลห้าแกน การเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นเล็กน้อยของฐานหินแกรนิตอาจทำให้ความแม่นยำในการวางตำแหน่งเชิงมุมของแกนหมุนดริฟท์ (เช่น ข้อผิดพลาดในการจัดตำแหน่งขยายจาก ±5 นิ้ว เป็น ±15 นิ้ว) ซึ่งส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการตัดเฉือนของพื้นผิวโค้งที่ซับซ้อน
III. ข้อจำกัดของเสถียรภาพทางความร้อนและความไวต่อสิ่งแวดล้อม
แม้ว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของหินแกรนิต (ประมาณ 5 ถึง 9×10⁻⁶/℃) จะต่ำกว่าเหล็กหล่อ แต่ก็ยังอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการประมวลผลความแม่นยำได้:
การไล่ระดับอุณหภูมิทำให้เกิดการเสียรูปของโครงสร้าง: เมื่ออุปกรณ์ทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน แหล่งความร้อน เช่น มอเตอร์เพลาหลักและระบบหล่อลื่นรางนำ อาจทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิในชิ้นส่วนหินแกรนิตได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของโต๊ะทำงานอยู่ที่ 2°C อาจทำให้เกิดการเสียรูปแบบ mid-convex หรือ mid-concave (การเบี่ยงเบนอาจสูงถึง 10 ถึง 20 ไมโครเมตร) ส่งผลให้ความเรียบของการจับยึดชิ้นงานเสียหาย และส่งผลต่อความแม่นยำในการขนานของการกัดหรือการเจียร (เช่น ความคลาดเคลื่อนของความหนาของชิ้นส่วนแผ่นแบนที่เกิน ±5 ไมโครเมตร ถึง ±20 ไมโครเมตร)
ความชื้นสัมพัทธ์ในสภาพแวดล้อมทำให้เกิดการขยายตัวเล็กน้อย: แม้ว่าอัตราการดูดซึมน้ำของหินแกรนิต (0.1% ถึง 0.5%) จะต่ำ แต่เมื่อใช้งานเป็นเวลานานในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง การดูดซึมน้ำเพียงเล็กน้อยอาจทำให้เกิดการขยายตัวของโครงตาข่าย ซึ่งส่งผลให้ระยะห่างพอดีของรางนำเปลี่ยนแปลงไป ตัวอย่างเช่น เมื่อความชื้นสัมพัทธ์เพิ่มขึ้นจาก 40% RH เป็น 70% RH ขนาดเชิงเส้นของรางนำหินแกรนิตอาจเพิ่มขึ้น 0.005 ถึง 0.01 มม./ม. ส่งผลให้ความเรียบของการเคลื่อนที่ของรางนำเลื่อนลดลงและเกิดปรากฏการณ์ "คลาน" ซึ่งส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการป้อนในระดับไมครอน
Iv. ผลสะสมของข้อผิดพลาดในการประมวลผลและการประกอบ
ความยากในการประมวลผลหินแกรนิตนั้นสูง (ต้องใช้เครื่องมือเพชรพิเศษ และประสิทธิภาพในการประมวลผลมีเพียง 1/3 ถึง 1/2 ของวัสดุโลหะ) ซึ่งอาจนำไปสู่การสูญเสียความแม่นยำในกระบวนการประกอบ:
ข้อผิดพลาดในการประมวลผลการถ่ายทอดพื้นผิวที่สัมผัสกัน: หากมีความคลาดเคลื่อนในการประมวลผล (เช่น ความเรียบ > 5μm, ข้อผิดพลาดระยะห่างของรู > 10μm) ในชิ้นส่วนสำคัญ เช่น พื้นผิวการติดตั้งรางนำและรูรองรับสกรูลีด จะทำให้รางนำเชิงเส้นบิดเบี้ยวหลังการติดตั้ง โหลดบอลสกรูไม่สม่ำเสมอ และท้ายที่สุดจะนำไปสู่ความบกพร่องของความแม่นยำในการเคลื่อนที่ ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการประมวลผลการเชื่อมต่อสามแกน ข้อผิดพลาดในแนวตั้งที่เกิดจากความบิดเบี้ยวของรางนำอาจทำให้ข้อผิดพลาดความยาวแนวทแยงของลูกบาศก์เพิ่มขึ้นจาก ±10μm เป็น ±50μm
ช่องว่างระหว่างส่วนต่อประสานของโครงสร้างที่ต่อเชื่อม: ส่วนประกอบหินแกรนิตของอุปกรณ์ขนาดใหญ่มักใช้เทคนิคการต่อเชื่อม (เช่น การต่อเชื่อมแบบหลายส่วน) หากมีความคลาดเคลื่อนเชิงมุมเล็กน้อย (> 10 นิ้ว) หรือความหยาบผิว > Ra0.8μm บนพื้นผิวที่ต่อเชื่อม อาจเกิดการรวมตัวของแรงเค้นหรือช่องว่างหลังจากการประกอบ หากอยู่ภายใต้ภาระงานระยะยาว อาจทำให้เกิดการคลายตัวของโครงสร้างและทำให้เกิดการดริฟท์ของความแม่นยำ (เช่น ความแม่นยำในการวางตำแหน่งลดลง 2 ถึง 5μm ในแต่ละปี)
บทสรุปและแรงบันดาลใจในการรับมือ
ข้อเสียของหินแกรนิตส่งผลกระทบอย่างซ่อนเร้น สะสม และไวต่อสิ่งแวดล้อมต่อความแม่นยำของอุปกรณ์ CNC และจำเป็นต้องได้รับการแก้ไขอย่างเป็นระบบด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การปรับเปลี่ยนวัสดุ (เช่น การชุบเรซินเพื่อเพิ่มความเหนียว) การปรับปรุงโครงสร้าง (เช่น โครงคอมโพสิตโลหะ-หินแกรนิต) เทคโนโลยีควบคุมอุณหภูมิ (เช่น การระบายความร้อนด้วยน้ำแบบไมโครแชนเนล) และการชดเชยแบบไดนามิก (เช่น การปรับเทียบแบบเรียลไทม์ด้วยเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์) ในด้านการประมวลผลความแม่นยำระดับนาโน การควบคุมแบบเต็มรูปแบบตั้งแต่การเลือกวัสดุ เทคโนโลยีการประมวลผล ไปจนถึงระบบเครื่องจักรทั้งหมดจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่ง เพื่อใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของหินแกรนิตอย่างเต็มที่ ในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงข้อบกพร่องโดยธรรมชาติ
เวลาโพสต์: 24 พฤษภาคม 2568