Obwohl Granit aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften zu einem wichtigen Material für CNC-Steuerungen geworden ist, können seine Nachteile auch Auswirkungen auf die Leistung, die Verarbeitungseffizienz und die Wartungskosten haben. Im Folgenden werden die spezifischen Auswirkungen der Nachteile von Granit in verschiedenen Dimensionen analysiert:
Erstens ist das Material sehr spröde und anfällig für Brüche und Beschädigungen
Hauptnachteil: Granit ist ein Naturstein und im Wesentlichen ein sprödes Material mit geringer Schlagzähigkeit (der Schlagzähigkeitswert beträgt ungefähr 1–3 J/cm² und ist damit viel niedriger als die 20–100 J/cm² von metallischen Materialien).
Auswirkungen auf CNC-Geräte:
Risiken bei Installation und Transport: Granitkomponenten (wie Sockel und Führungsschienen) können bei Montage oder Handhabung des Geräts durch Stöße oder Stürze Risse oder abgebrochene Ecken bekommen, was zu Genauigkeitseinbußen führen kann. Entwickelt sich beispielsweise die Granitplattform eines Drei-Koordinaten-Messgeräts aufgrund unsachgemäßer Installation, kann dies im Laufe der Zeit zu einer allmählichen Verschlechterung der Ebenheit führen und die Messergebnisse beeinträchtigen.
Versteckte Gefahren im Verarbeitungsprozess: Wenn CNC-Geräte plötzlich überlastet werden (z. B. wenn das Werkzeug mit dem Werkstück kollidiert), können die Führungsschienen oder Arbeitstische aus Granit brechen, da sie der plötzlichen Aufprallkraft nicht standhalten können. Dies kann zu einer Abschaltung der Geräte für Wartungsarbeiten oder sogar zu einer Kette von Präzisionsfehlern führen.
Zweitens schränkt der hohe Verarbeitungsaufwand den Entwurf komplexer Strukturen ein
Wesentliche Nachteile: Granit weist eine hohe Härte auf (6–7 auf der Mohs-Skala) und muss mit Spezialwerkzeugen wie Diamantschleifscheiben geschliffen und bearbeitet werden, was zu einer geringen Bearbeitungseffizienz führt (die Fräsleistung beträgt nur 1/5 bis 1/3 der von Metallmaterialien) und die Kosten für die Bearbeitung komplexer gekrümmter Oberflächen sind hoch.
Auswirkungen auf CNC-Geräte:
Einschränkungen der Strukturkonstruktion: Um Verarbeitungsschwierigkeiten zu vermeiden, werden Granitkomponenten üblicherweise in einfachen geometrischen Formen (z. B. Platten, rechteckige Führungsschienen) ausgeführt. Dies erschwert die Herstellung komplexer Innenhohlräume, leichter versteifter Platten und anderer Strukturen, die durch Gießen/Schneiden mit Metallmaterialien erreicht werden können. Dies führt dazu, dass das Gewicht der Granitbasis oft zu hoch ist (10–20 % schwerer als Gusseisen bei gleichem Volumen). Dies kann die Gesamtbelastung der Ausrüstung erhöhen und die dynamische Reaktionsleistung bei Hochgeschwindigkeitsbewegungen beeinträchtigen.
Hohe Wartungs- und Austauschkosten: Lokaler Verschleiß oder Beschädigungen an Granitkomponenten lassen sich nur schwer durch Schweißen oder Schneiden reparieren. In der Regel muss die gesamte Komponente ausgetauscht und die neuen Komponenten neu geschliffen und kalibriert werden. Dies führt zu längeren Ausfallzeiten (ein einzelner Austausch kann 2–3 Wochen dauern) und deutlich höheren Wartungskosten.
III. Unsicherheit natürlicher Texturen und innerer Defekte
Hauptnachteil: Als natürliches Mineral weist Granit unkontrollierbare innere Risse, Poren oder mineralische Verunreinigungen auf und die Materialgleichmäßigkeit verschiedener Adern variiert stark (Dichteschwankungen können ±5 % erreichen, Elastizitätsmodulschwankungen ±8 %).
Auswirkungen auf CNC-Geräte:
Präzisionsstabilitätsrisiko: Wenn der Bearbeitungsbereich des Bauteils innere Risse aufweist, können sich diese bei längerem Gebrauch aufgrund von Spannungen ausweiten, lokale Verformungen verursachen und die Genauigkeit der Anlage beeinträchtigen. Beispielsweise können Granitführungsschienen einer CNC-Schleifmaschine mit versteckten Luftlöchern bei hochfrequenten Vibrationen allmählich einstürzen, was zu übermäßigen Geradheitsfehlern der Führungsschienen führt.
Unterschiede in der Chargenleistung: Granitmaterialien aus verschiedenen Chargen können aufgrund unterschiedlicher Mineralzusammensetzungen Schwankungen bei wichtigen Indikatoren wie dem Wärmeausdehnungskoeffizienten und der Dämpfungsleistung aufweisen, was die Konsistenz der Chargenproduktion durch die Anlagen beeinträchtigt. Bei automatisierten Produktionslinien, die das Zusammenspiel mehrerer Geräte erfordern, können solche Unterschiede zu einer erhöhten Streuung der Verarbeitungsgenauigkeit führen.
Viertens ist es schwer, was die dynamische Leistung der Ausrüstung beeinträchtigt
Hauptnachteil: Granit hat eine hohe Dichte (2,6–3,0 g/cm³) und sein Gewicht beträgt bei gleichem Volumen etwa das 1,2-fache von Gusseisen und das 2,5-fache von Aluminiumlegierungen.
Auswirkungen auf CNC-Geräte:
Verzögerung der Bewegungsreaktion: Bei Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren oder Fünf-Achsen-Maschinen erhöht die große Masse der Granitbasis die Lastträgheit des Linearmotors/der Leitspindel, was zu einer Verzögerung der dynamischen Reaktion während der Beschleunigung/Verzögerung führt (was die Start-Stopp-Zeit um 5 % bis 10 % verlängern kann), was wiederum die Verarbeitungseffizienz beeinträchtigt.
Erhöhter Energieverbrauch: Der Antrieb schwerer Granitkomponenten erfordert leistungsstärkere Servomotoren, was den Gesamtenergieverbrauch der Anlage erhöht (tatsächliche Messungen zeigen, dass der Energieverbrauch von Granitgeräten unter gleichen Betriebsbedingungen 8–12 % höher ist als der von Gusseisengeräten). Langfristiger Einsatz erhöht die Produktionskosten.
Fünftens ist die Fähigkeit, einem Thermoschock zu widerstehen, begrenzt
Hauptnachteil: Obwohl Granit einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, ist seine Wärmeleitfähigkeit schlecht (mit einer Wärmeleitfähigkeit von nur 1,5–3,0 W/(m · K), ungefähr 1/10 der von Gusseisen) und plötzliche lokale Temperaturänderungen neigen zur Entstehung thermischer Spannungen.
Auswirkungen auf CNC-Geräte:
Problem mit Temperaturunterschieden im Bearbeitungsbereich: Wenn die Schneidflüssigkeit einen lokalen Bereich des Granit-Arbeitstisches konzentriert erodiert, kann dies zu einem Temperaturgradienten (z. B. einem Temperaturunterschied von 5–10 °C) zwischen diesem Bereich und der Umgebung führen, was zu geringfügigen thermischen Verformungen führt (der Verformungsgrad kann 1–3 μm erreichen), was die Genauigkeitskonsistenz der Präzisionsbearbeitung beeinträchtigt (z. B. Zahnradschleifen im Mikronbereich).
Langfristiges Risiko thermischer Ermüdung: In Werkstattumgebungen mit häufigem An- und Abschalten oder großen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht können Granitkomponenten aufgrund wiederholter thermischer Ausdehnung und Kontraktion Mikrorisse entwickeln, wodurch die strukturelle Festigkeit allmählich geschwächt wird.
Veröffentlichungszeit: 24. Mai 2025