In CNC-Maschinen hat sich Granit aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften zwar zu einem wichtigen Werkstoff entwickelt, seine inhärenten Nachteile können jedoch Auswirkungen auf die Maschinenleistung, die Bearbeitungseffizienz und die Wartungskosten haben. Im Folgenden werden die spezifischen Auswirkungen der Nachteile von Granit aus verschiedenen Perspektiven 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 liegt bei etwa 1-3 J/cm², was viel niedriger ist als die 20-100 J/cm² von metallischen Werkstoffen).
Auswirkungen auf CNC-Maschinen:
Risiken bei Installation und Transport: Bei der Montage oder Handhabung des Geräts können Granitbauteile (z. B. Sockel und Führungsschienen) durch Stöße oder Stürze Risse oder Absplitterungen erleiden, was zu Genauigkeitseinbußen führt. Entstehen beispielsweise durch unsachgemäße Installation verdeckte Risse in der Granitplattform einer 3-Koordinaten-Messmaschine, kann dies langfristig zu einer allmählichen Verschlechterung der Ebenheit und damit zu fehlerhaften Messergebnissen führen.
Versteckte Gefahren im Bearbeitungsprozess: Wenn CNC-Maschinen einer plötzlichen Überlastung ausgesetzt sind (z. B. durch eine Kollision des Werkzeugs mit dem Werkstück), können die Granit-Führungsschienen oder Arbeitstische aufgrund ihrer Unfähigkeit, der plötzlichen Aufprallkraft standzuhalten, brechen. Dies führt zu einem Stillstand der Maschine zur Wartung und kann sogar eine Kette von Präzisionsfehlern auslösen.
Zweitens schränkt der hohe Verarbeitungsaufwand die Gestaltung komplexer Strukturen ein.
Wesentliche Nachteile: Granit hat eine hohe Härte (6-7 auf der Mohs-Skala) und muss mit Spezialwerkzeugen wie Diamantschleifscheiben geschliffen und bearbeitet werden, was zu einer geringen Bearbeitungseffizienz führt (die Fräseffizienz beträgt nur 1/5 bis 1/3 derjenigen von Metallwerkstoffen), und die Kosten für die Bearbeitung komplexer gekrümmter Oberflächen sind hoch.
Auswirkungen auf CNC-Maschinen:
Konstruktionsbedingte Einschränkungen: Um Verarbeitungsschwierigkeiten zu vermeiden, werden Granitbauteile üblicherweise in einfachen geometrischen Formen (z. B. Platten, rechteckige Führungsschienen) gefertigt. Dies erschwert die Realisierung komplexer Hohlräume, leichter, versteifter Platten und anderer Strukturen, die durch Gießen/Schneiden mit Metallwerkstoffen möglich sind. Dadurch ist das Gewicht des Granitfundaments oft zu hoch (10–20 % schwerer als Gusseisen bei gleichem Volumen), was die Gesamtlast der Anlage erhöhen und das dynamische Verhalten bei hohen Geschwindigkeiten beeinträchtigen kann.
Hohe Wartungs- und Austauschkosten: Bei lokalem Verschleiß oder Beschädigungen von Granitbauteilen lassen sich diese nur schwer durch Verfahren wie Schweißen oder Schneiden reparieren. In der Regel muss das gesamte Bauteil ausgetauscht und die neuen Bauteile nachgeschliffen und kalibriert werden, was zu längeren Ausfallzeiten (ein einzelner Austausch kann 2–3 Wochen dauern) und einem deutlichen Anstieg der Wartungskosten führt.
III. Unsicherheit bezüglich natürlicher Texturen und innerer Defekte
Kernnachteil: Als natürliches Mineral weist Granit unkontrollierbare innere Risse, Poren oder mineralische Verunreinigungen auf, und die Materialhomogenität verschiedener Adern variiert stark (Dichteschwankungen können ±5%, Elastizitätsmodulschwankungen ±8% erreichen).
Auswirkungen auf CNC-Maschinen:
Risiko der Präzisionsstabilität: Sollte der Bearbeitungsbereich des Bauteils innere Risse aufweisen, können sich diese im Langzeitbetrieb unter Belastung ausdehnen, lokale Verformungen verursachen und die Genauigkeit der Anlage beeinträchtigen. Beispielsweise können die Granitführungsschienen einer CNC-Schleifmaschine bei Vorhandensein verdeckter Lufteinschlüsse unter hochfrequenten Vibrationen allmählich versagen, was zu erheblichen Geradheitsfehlern der Führungsschienen führt.
Chargenbedingte Leistungsunterschiede: Granitmaterialien aus verschiedenen Chargen können aufgrund von Unterschieden in der Mineralzusammensetzung Schwankungen bei wichtigen Kennzahlen wie dem Wärmeausdehnungskoeffizienten und der Dämpfungsleistung aufweisen. Dies beeinträchtigt die Konsistenz der Chargenproduktion durch die Anlagen. Bei automatisierten Produktionslinien, die das Zusammenspiel mehrerer Geräte erfordern, können solche Unterschiede zu einer erhöhten Streuung der Bearbeitungsgenauigkeit führen.
Viertens ist es schwer, was die Fahrdynamik des Geräts beeinträchtigt.
Hauptnachteil: Granit hat eine hohe Dichte (2,6-3,0 g/cm³) und wiegt bei gleichem Volumen etwa 1,2-mal so viel wie Gusseisen und 2,5-mal so viel wie Aluminiumlegierungen.
Auswirkungen auf CNC-Maschinen:
Verzögerung der Bewegungsreaktion: Bei Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren oder Fünf-Achs-Maschinen erhöht die große Masse der Granitbasis die Lastträgheit des Linearmotors/der Gewindespindel, was zu einer Verzögerung der dynamischen Reaktion bei Beschleunigung/Verzögerung führt (wodurch sich die Start-Stopp-Zeit um 5 bis 10 % verlängern kann) und die Bearbeitungseffizienz beeinträchtigt.
Erhöhter Energieverbrauch: Der Antrieb schwerer Granitbauteile erfordert leistungsstärkere Servomotoren, was den Gesamtenergieverbrauch der Anlage erhöht (tatsächliche Messungen zeigen, dass der Energieverbrauch von Anlagen mit Granitbasis unter gleichen Arbeitsbedingungen 8–12 % höher ist als der von Anlagen mit Gusseisenbasis). Langfristig werden dadurch die Produktionskosten steigen.
Fünftens ist die Fähigkeit, Temperaturschocks zu widerstehen, begrenzt.
Kernnachteil: Obwohl Granit einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, ist seine Wärmeleitfähigkeit schlecht (mit einer Wärmeleitfähigkeit von nur 1,5-3,0 W/(m · K), etwa 1/10 derjenigen von Gusseisen), und plötzliche lokale Temperaturänderungen neigen dazu, thermische Spannungen zu erzeugen.
Auswirkungen auf CNC-Maschinen:
Problem der Temperaturdifferenz im Bearbeitungsbereich: Wenn das Kühlschmierstoff konzentriert einen lokalen Bereich des Granit-Arbeitstisches erodiert, kann dies einen Temperaturgradienten (z. B. eine Temperaturdifferenz von 5-10℃) zwischen diesem Bereich und der Umgebung verursachen, was zu geringfügigen thermischen Verformungen (Verformungsbetrag kann 1-3 μm erreichen) führt, die die Genauigkeitskonstanz der Präzisionsbearbeitung (z. B. Zahnradschleifen im Mikrometerbereich) beeinträchtigen.
Langfristiges Risiko der thermischen Ermüdung: In Werkstattumgebungen mit häufigem An- und Abschalten oder großen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht können Granitbauteile aufgrund der wiederholten thermischen Ausdehnung und Kontraktion Mikrorisse entwickeln, wodurch die strukturelle Steifigkeit allmählich geschwächt wird.
Veröffentlichungsdatum: 24. Mai 2025