ในอุปกรณ์ควบคุมเชิงตัวเลข CNC แม้ว่าคุณสมบัติทางกายภาพของหินแกรนิตจะเป็นพื้นฐานสำหรับการประมวลผลที่มีความแม่นยำสูง แต่ข้อเสียโดยธรรมชาติของหินแกรนิตอาจส่งผลกระทบหลายมิติต่อความแม่นยำในการประมวลผล ซึ่งแสดงออกมาโดยเฉพาะดังต่อไปนี้:
1. ข้อบกพร่องบนพื้นผิวในการประมวลผลที่เกิดจากความเปราะบางของวัสดุ
ลักษณะเปราะของหินแกรนิต (มีความแข็งแรงในการอัดสูงแต่มีความแข็งแรงในการดัดงอต่ำ โดยปกติความแข็งแรงในการดัดงอจะอยู่ที่เพียง 1/10 ถึง 1/20 ของความแข็งแรงในการอัด) ทำให้เกิดแนวโน้มที่จะเกิดปัญหาต่างๆ เช่น ขอบแตกร้าวหรือรอยแตกร้าวเล็กๆ บนผิวระหว่างการประมวลผล
ข้อบกพร่องในระดับจุลภาคส่งผลต่อการถ่ายโอนความแม่นยำ: เมื่อทำการเจียรหรือกัดที่มีความแม่นยำสูง รอยแตกร้าวเล็กๆ ที่จุดสัมผัสของเครื่องมืออาจสร้างพื้นผิวที่ไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้ข้อผิดพลาดด้านความตรงของส่วนประกอบสำคัญ เช่น รางนำและโต๊ะทำงานขยายตัว (ตัวอย่างเช่น ความเรียบลดลงจาก ±1μm/m ในอุดมคติ เป็น ±3~5μm/m) ข้อบกพร่องในระดับจุลภาคเหล่านี้จะถูกส่งต่อโดยตรงไปยังชิ้นส่วนที่ผ่านการประมวลผล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์การประมวลผล เช่น ส่วนประกอบออปติกที่มีความแม่นยำและตัวพาเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งอาจนำไปสู่ความหยาบของพื้นผิวของชิ้นงานที่เพิ่มขึ้น (ค่า Ra เพิ่มขึ้นจาก 0.1μm เป็นมากกว่า 0.5μm) ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพออปติกหรือการทำงานของอุปกรณ์
ความเสี่ยงของการแตกร้าวกะทันหันในกระบวนการแบบไดนามิก: ในสถานการณ์การตัดด้วยความเร็วสูง (เช่น ความเร็วของแกนหมุน > 15,000 รอบต่อนาที) หรืออัตราป้อน > 20 ม./นาที ส่วนประกอบของหินแกรนิตอาจเกิดการแตกเป็นเสี่ยงๆ เนื่องมาจากแรงกระแทกที่เกิดขึ้นทันที ตัวอย่างเช่น เมื่อคู่รางนำเปลี่ยนทิศทางอย่างรวดเร็ว การแตกร้าวที่ขอบอาจทำให้วิถีการเคลื่อนที่เบี่ยงเบนไปจากเส้นทางเชิงทฤษฎี ส่งผลให้ความแม่นยำในการวางตำแหน่งลดลงอย่างกะทันหัน (ข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งขยายจาก ±2μm เป็นมากกว่า ±10μm) และอาจนำไปสู่การชนกันของเครื่องมือและการขูดขีด
ประการที่สอง การสูญเสียความแม่นยำแบบไดนามิกที่เกิดจากความขัดแย้งระหว่างน้ำหนักและความแข็งแกร่ง
คุณสมบัติความหนาแน่นสูงของหินแกรนิต (โดยมีความหนาแน่นประมาณ 2.6 ถึง 3.0 กรัม/ซม.³) สามารถลดการสั่นสะเทือนได้ แต่ก็ก่อให้เกิดปัญหาต่อไปนี้ด้วย:
แรงเฉื่อยทำให้เกิดความล่าช้าในการตอบสนองของเซอร์โว: แรงเฉื่อยที่เกิดจากชั้นหินแกรนิตที่มีน้ำหนักมาก (เช่น ชั้นเครื่องจักรขนาดใหญ่ที่มีน้ำหนักหลายสิบตัน) ในระหว่างการเร่งความเร็วและลดความเร็วจะบังคับให้มอเตอร์เซอร์โวส่งแรงบิดที่มากขึ้น ส่งผลให้มีข้อผิดพลาดในการติดตามลูปตำแหน่งเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น ในระบบความเร็วสูงที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เชิงเส้น สำหรับน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10% ความแม่นยำในการระบุตำแหน่งอาจลดลง 5% ถึง 8% โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์การประมวลผลในระดับนาโน ความล่าช้านี้สามารถนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการประมวลผลเส้นขอบ (เช่น ข้อผิดพลาดของความกลมเพิ่มขึ้นจาก 50 นาโนเมตรเป็น 200 นาโนเมตรในระหว่างการสอดแทรกแบบวงกลม)
ความแข็งที่ไม่เพียงพอทำให้เกิดการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำ: แม้ว่าหินแกรนิตจะมีการหน่วงโดยธรรมชาติที่ค่อนข้างสูง แต่โมดูลัสความยืดหยุ่น (ประมาณ 60 ถึง 120GPa) ต่ำกว่าเหล็กหล่อ เมื่ออยู่ภายใต้ภาระสลับกัน (เช่น ความผันผวนของแรงตัดระหว่างการประมวลผลการเชื่อมต่อหลายแกน) อาจเกิดการสะสมของการเสียรูปในระดับจุลภาคได้ ตัวอย่างเช่น ในส่วนประกอบหัวแกว่งของศูนย์เครื่องจักรกลห้าแกน การเสียรูปยืดหยุ่นเพียงเล็กน้อยของฐานหินแกรนิตอาจทำให้ความแม่นยำในการวางตำแหน่งเชิงมุมของแกนหมุนเกิดการดริฟท์ (เช่น ข้อผิดพลาดในการจัดตำแหน่งขยายจาก ±5" เป็น ±15") ซึ่งส่งผลต่อความแม่นยำในการตัดเฉือนของพื้นผิวโค้งที่ซับซ้อน
ข้อจำกัดของเสถียรภาพทางความร้อนและความไวต่อสิ่งแวดล้อม
แม้ว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของหินแกรนิต (ประมาณ 5 ถึง 9×10⁻⁶/℃) จะต่ำกว่าเหล็กหล่อ แต่ก็ยังอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการประมวลผลความแม่นยำได้:
การไล่ระดับอุณหภูมิทำให้เกิดการเสียรูปของโครงสร้าง: เมื่ออุปกรณ์ทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน แหล่งความร้อน เช่น มอเตอร์เพลาหลักและระบบหล่อลื่นรางนำทาง อาจทำให้การไล่ระดับอุณหภูมิในส่วนประกอบของหินแกรนิตเปลี่ยนแปลงไป ตัวอย่างเช่น เมื่อความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของโต๊ะทำงานอยู่ที่ 2℃ อาจทำให้เกิดการเสียรูปแบบนูนกลางหรือเว้ากลาง (การเบี่ยงเบนอาจสูงถึง 10 ถึง 20μm) ส่งผลให้ความเรียบของการจับยึดชิ้นงานล้มเหลว และส่งผลต่อความแม่นยำของความขนานของการกัดหรือการเจียร (เช่น ความคลาดเคลื่อนของความหนาของชิ้นส่วนแผ่นแบนเกิน ±5μm ถึง ±20μm)
ความชื้นในสิ่งแวดล้อมทำให้การขยายตัวเล็กน้อย: แม้ว่าอัตราการดูดซึมน้ำของหินแกรนิต (0.1% ถึง 0.5%) จะต่ำ แต่เมื่อใช้งานเป็นเวลานานในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง การดูดซึมน้ำเพียงเล็กน้อยอาจทำให้เกิดการขยายตัวของโครงตาข่าย ซึ่งส่งผลให้ระยะห่างพอดีของรางนำคู่เปลี่ยนแปลงไป ตัวอย่างเช่น เมื่อความชื้นเพิ่มขึ้นจาก 40% RH เป็น 70% RH มิติเชิงเส้นของรางนำหินแกรนิตอาจเพิ่มขึ้น 0.005 ถึง 0.01 มม./ม. ส่งผลให้ความเรียบของการเคลื่อนที่ของรางนำแบบเลื่อนลดลงและเกิดปรากฏการณ์ "คลาน" ซึ่งส่งผลต่อความแม่นยำในการป้อนในระดับไมครอน
Iv. ผลสะสมของข้อผิดพลาดในการประมวลผลและการประกอบ
ความยากในการประมวลผลหินแกรนิตค่อนข้างสูง (ต้องใช้เครื่องมือเพชรพิเศษ และประสิทธิภาพในการประมวลผลเพียง 1/3 ถึง 1/2 ของวัสดุโลหะ) ซึ่งอาจนำไปสู่การสูญเสียความแม่นยำในกระบวนการประกอบ:
การประมวลผลการถ่ายทอดข้อผิดพลาดของพื้นผิวที่จับคู่: หากมีความเบี่ยงเบนในการประมวลผล (เช่น ความเรียบ > 5μm, ข้อผิดพลาดระยะห่างของรู > 10μm) ในส่วนสำคัญ เช่น พื้นผิวการติดตั้งรางนำและรูรองรับสกรูลีด จะทำให้รางนำเชิงเส้นบิดเบี้ยวหลังการติดตั้ง โหลดล่วงหน้าของสกรูบอลไม่สม่ำเสมอ และท้ายที่สุดนำไปสู่การเสื่อมลงของความแม่นยำของการเคลื่อนไหว ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการประมวลผลการเชื่อมต่อสามแกน ข้อผิดพลาดในแนวตั้งที่เกิดจากการบิดเบี้ยวของรางนำอาจทำให้ข้อผิดพลาดของความยาวแนวทแยงของลูกบาศก์ขยายจาก ±10μm เป็น ±50μm
ช่องว่างระหว่างอินเทอร์เฟซของโครงสร้างที่ต่อกัน: ส่วนประกอบแกรนิตของอุปกรณ์ขนาดใหญ่ มักใช้เทคนิคการต่อกัน (เช่น การต่อกันแบบหลายส่วน) หากมีข้อผิดพลาดเชิงมุมเล็กน้อย (> 10") หรือความหยาบของพื้นผิว > Ra0.8μm บนพื้นผิวที่ต่อกัน อาจเกิดการรวมตัวของความเค้นหรือช่องว่างหลังจากการประกอบ ภายใต้ภาระงานระยะยาว อาจทำให้โครงสร้างคลายตัวและเกิดการดริฟท์ความแม่นยำ (เช่น ความแม่นยำในการวางตำแหน่งลดลง 2 ถึง 5μm ทุกปี)
บทสรุปและแรงบันดาลใจในการรับมือ
ข้อเสียของหินแกรนิตมีผลกระทบที่ซ่อนเร้น สะสม และไวต่อสิ่งแวดล้อมต่อความแม่นยำของอุปกรณ์ CNC และจำเป็นต้องได้รับการแก้ไขอย่างเป็นระบบด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การปรับเปลี่ยนวัสดุ (เช่น การชุบเรซินเพื่อเพิ่มความเหนียว) การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้าง (เช่น กรอบคอมโพสิตโลหะ-หินแกรนิต) เทคโนโลยีการควบคุมความร้อน (เช่น การระบายความร้อนด้วยน้ำแบบไมโครแชนเนล) และการชดเชยแบบไดนามิก (เช่น การปรับเทียบแบบเรียลไทม์ด้วยอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์เลเซอร์) ในด้านการประมวลผลความแม่นยำระดับนาโน จำเป็นยิ่งกว่าที่จะดำเนินการควบคุมแบบเต็มรูปแบบตั้งแต่การเลือกวัสดุ เทคโนโลยีการประมวลผล ไปจนถึงระบบเครื่องจักรทั้งหมด เพื่อใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของหินแกรนิตอย่างเต็มที่ในขณะที่หลีกเลี่ยงข้อบกพร่องโดยธรรมชาติ
เวลาโพสต์ : 24 พ.ค. 2568