1. Struktur och rörelseläge
1.1 Gantrystruktur
1) Grundläggande struktur och rörelseläge
Hela systemet är som en "dörr". Laserbearbetningshuvudet rör sig längs "portalstrålen", och två motorer driver de två kolumnerna i portalen så att de rör sig på X-axelns styrskena. Balken, som en lastbärande komponent, kan uppnå en stor slaglängd, vilket gör portalutrustningen lämplig för bearbetning av stora arbetsstycken.
2) Strukturell styvhet och stabilitet
Dubbelstödskonstruktionen säkerställer att strålen belastas jämnt och inte lätt deformeras, vilket säkerställer stabiliteten hos laserutgången och skärnoggrannheten, och kan uppnå snabb positionering och dynamisk respons för att uppfylla kraven för höghastighetsbearbetning. Samtidigt ger dess övergripande arkitektur hög strukturell styvhet, särskilt vid bearbetning av stora och tjocka arbetsstycken.
1.2 Utkragande struktur
1) Grundläggande struktur och rörelseläge
Utrustningen för utkragande maskiner använder en utkragande balkstruktur med stöd på ena sidan. Laserbearbetningshuvudet är upphängt på strålen, och den andra sidan är upphängd, ungefär som en "utkragande arm". Generellt sett drivs X-axeln av en motor, och stödanordningen rör sig på styrskenan så att bearbetningshuvudet har ett större rörelseomfång i Y-axelns riktning.
2) Kompakt struktur och flexibilitet
På grund av bristen på stöd på ena sidan i konstruktionen är den övergripande strukturen mer kompakt och upptar en liten yta. Dessutom har skärhuvudet ett större arbetsutrymme i Y-axelns riktning, vilket kan uppnå mer djupgående och flexibla lokala komplexa bearbetningsoperationer, lämpliga för formprovproduktion, utveckling av prototyper och produktionsbehov för små och medelstora batcher med flera varianter och flera variabler.
2. Jämförelse av fördelar och nackdelar
2.1 Fördelar och nackdelar med portalmaskiner
2.1.1 Fördelar
1) God strukturell styvhet och hög stabilitet
Den dubbla stödkonstruktionen (en struktur bestående av två pelare och en balk) gör bearbetningsplattformen styv. Vid höghastighetspositionering och skärning är laserutgången mycket stabil, och kontinuerlig och exakt bearbetning kan uppnås.
2) Stort bearbetningsområde
Användningen av en bredare lastbärande balk kan stabilt bearbeta arbetsstycken med en bredd på mer än 2 meter eller ännu större, vilket är lämpligt för högprecisionsbearbetning av stora arbetsstycken inom flyg, bilar, fartyg etc.
2.1.2 Nackdelar
1) Synkronitetsproblem
Två linjärmotorer används för att driva två kolonner. Om synkroniseringsproblem uppstår under höghastighetsrörelse kan balken bli feljusterad eller diagonalt dragen. Detta minskar inte bara bearbetningsnoggrannheten, utan kan också orsaka skador på transmissionskomponenter som kugghjul och kuggstänger, accelerera slitage och öka underhållskostnaderna.
2) Stort fotavtryck
Portalmaskiner är stora i storlek och kan vanligtvis bara lasta och lossa material längs X-axelns riktning, vilket begränsar flexibiliteten vid automatiserad lastning och lossning och är inte lämpliga för arbetsplatser med begränsat utrymme.
3) Problem med magnetisk adsorption
När en linjärmotor används för att driva X-axelstödet och Y-axelbalken samtidigt, adsorberar motorns starka magnetism lätt metallpulver på spåret. Långvarig ansamling av damm och pulver kan påverka utrustningens driftsnoggrannhet och livslängd. Därför är medelstora till avancerade verktygsmaskiner vanligtvis utrustade med dammskydd och dammborttagningssystem för bord för att skydda transmissionskomponenter.
2.2 Fördelar och nackdelar med konsolmaskiner
2.2.1 Fördelar
1) Kompakt struktur och liten yta
Tack vare den ensidiga stödkonstruktionen är den övergripande strukturen enklare och mer kompakt, vilket är bekvämt för användning i fabriker och verkstäder med begränsat utrymme.
2) Stark hållbarhet och minskade synkroniseringsproblem
Genom att endast använda en motor för att driva X-axeln undviks synkroniseringsproblemet mellan flera motorer. Samtidigt, om motorn fjärrstyr kuggstångstransmissionssystemet, kan det också minska problemet med absorption av magnetiskt damm.
3) Bekväm matning och enkel automatiseringsomvandling
Den utskjutande konstruktionen gör att maskinverktyget kan matas från flera riktningar, vilket är bekvämt för dockning med robotar eller andra automatiserade transportsystem. Den är lämplig för massproduktion, samtidigt som den förenklar den mekaniska konstruktionen, minskar underhålls- och stilleståndskostnader och förbättrar utrustningens nyttjandevärde under hela dess livscykel.
4) Hög flexibilitet
På grund av avsaknaden av hindrande stödarmar har skärhuvudet, under samma maskinstorleksförhållanden, ett större arbetsutrymme i Y-axelns riktning, kan placeras närmare arbetsstycket och uppnå mer flexibel och lokaliserad finskärning och svetsning, vilket är särskilt lämpligt för formtillverkning, prototyputveckling och precisionsbearbetning av små och medelstora arbetsstycken.
2.2.2 Nackdelar
1) Begränsat bearbetningsområde
Eftersom den bärande tvärbalken i den utskjutande konstruktionen är upphängd är dess längd begränsad (generellt inte lämplig för skärning av arbetsstycken med en bredd på mer än 2 meter), och bearbetningsområdet är relativt begränsat.
2) Otillräcklig stabilitet vid höga hastigheter
Den enkelsidiga stödstrukturen gör att verktygsmaskinens tyngdpunkt är förspänd mot stödsidan. När bearbetningshuvudet rör sig längs Y-axeln, särskilt vid höghastighetsoperationer nära den upphängda änden, kommer förändringen i tvärbalkens tyngdpunkt och det större arbetsmomentet sannolikt att orsaka vibrationer och fluktuationer, vilket utgör en större utmaning för verktygsmaskinens övergripande stabilitet. Därför måste bädden ha högre styvhet och vibrationstålighet för att kompensera för denna dynamiska påverkan.
3. Tillfällen för ansökan och urvalsförslag
3.1 Portalmaskinverktyg
Tillämplig för laserskärning med tunga laster, stora storlekar och höga precisionskrav inom flygindustrin, biltillverkning, stora formar och varvsindustrin. Även om den upptar ett stort område och har höga krav på motorsynkronisering, har den uppenbara fördelar vad gäller stabilitet och precision i storskalig och höghastighetsproduktion.
3.2 Grenverktygsmaskiner
Den är mer lämplig för precisionsbearbetning och komplex ytbearbetning av små och medelstora arbetsstycken, särskilt i verkstäder med begränsat utrymme eller matning i flera riktningar. Den har en kompakt struktur och hög flexibilitet, samtidigt som den förenklar underhåll och automatiseringsintegration, vilket ger uppenbara kostnads- och effektivitetsfördelar för formprovproduktion, prototyputveckling och små och medelstora batchproduktioner.
4. Överväganden gällande styrsystem och underhåll
4.1 Styrsystem
1) Portalmaskiner förlitar sig vanligtvis på högprecisions-CNC-system och kompensationsalgoritmer för att säkerställa synkroniseringen av de två motorerna, vilket säkerställer att tvärbalken inte blir feljusterad under höghastighetsrörelser och därigenom bibehåller bearbetningsnoggrannheten.
2) Cantilever-maskiner förlitar sig mindre på komplex synkron styrning, men kräver mer exakt realtidsövervakning och kompensationsteknik vad gäller vibrationsbeständighet och dynamisk balans för att säkerställa att det inte uppstår några fel på grund av vibrationer och förändringar i tyngdpunkten under laserbearbetning.
4.2 Underhåll och ekonomi
1) Portalutrustning har en stor struktur och många komponenter, så underhåll och kalibrering är relativt komplexa. Strikta inspektions- och dammförebyggande åtgärder krävs för långvarig drift. Samtidigt kan slitage och energiförbrukning orsakad av hög belastning inte ignoreras.
2) Cantilever-utrustning har en enklare struktur, lägre underhålls- och modifieringskostnader och är mer lämplig för små och medelstora fabriker och behov av automatiseringsomvandling. Kravet på dynamisk prestanda med hög hastighet innebär dock också att uppmärksamhet måste ägnas åt design och underhåll av vibrationsbeständighet och långsiktig stabilitet hos bädden.
5. Sammanfattning
Ta hänsyn till all ovanstående information:
1) Struktur och rörelse
Portalstrukturen liknar en komplett "dörr". Den använder dubbla pelare för att driva tvärbalken. Den har högre styvhet och förmågan att hantera stora arbetsstycken, men synkronisering och golvyta är problem som behöver uppmärksammas;
Den utkragande strukturen använder en enkelsidig utkragningsdesign. Även om bearbetningsområdet är begränsat har den en kompakt struktur och hög flexibilitet, vilket bidrar till automatisering och flervinkelskärning.
2) Fördelar med bearbetning och tillämpliga scenarier
Gantry-typen är mer lämpad för stora ytor, stora arbetsstycken och höghastighetsbatchproduktion, och är även lämplig för produktionsmiljöer som kan rymma en stor golvyta och har motsvarande underhållsförhållanden;
Cantilever-typen är mer lämpad för bearbetning av små och medelstora, komplexa ytor, och är lämplig för tillfällen med begränsat utrymme och strävan efter hög flexibilitet och låga underhållskostnader.
Beroende på specifika bearbetningskrav, arbetsstyckets storlek, budget och fabriksförhållanden bör ingenjörer och tillverkare väga fördelar och nackdelar vid val av verktygsmaskiner och välja den utrustning som bäst passar de faktiska produktionsförhållandena.
Publiceringstid: 14 april 2025
