1. Struktur og bevægelsestilstand
1.1 Gantry-struktur
1) Grundlæggende struktur og bevægelsesmåde
Hele systemet er som en "dør". Laserbearbejdningshovedet bevæger sig langs "portalstrålen", og to motorer driver de to søjler i portalen, så de bevæger sig på X-aksens føringsskinne. Strålen kan som en lastbærende komponent opnå en stor slaglængde, hvilket gør portaludstyret velegnet til bearbejdning af store emner.
2) Strukturel stivhed og stabilitet
Dobbeltunderstøtningsdesignet sikrer, at strålen belastes jævnt og ikke let deformeres, hvilket sikrer stabiliteten af laseroutputtet og skærepræcisionen, og kan opnå hurtig positionering og dynamisk respons for at opfylde kravene til højhastighedsbehandling. Samtidig giver dens overordnede arkitektur høj strukturel stivhed, især ved bearbejdning af store og tykke emner.
1.2 Udkragningsstruktur
1) Grundlæggende struktur og bevægelsesmåde
Cantilever-udstyret anvender en cantilever-bjælkestruktur med ensidet støtte. Laserbehandlingshovedet er ophængt på bjælken, og den anden side er ophængt, svarende til en "cantilever-arm". Generelt drives X-aksen af en motor, og støtteanordningen bevæger sig på føringsskinnen, så behandlingshovedet har et større bevægelsesområde i Y-aksens retning.
2) Kompakt struktur og fleksibilitet
På grund af manglen på støtte på den ene side i designet er den samlede struktur mere kompakt og optager et lille område. Derudover har skærehovedet et større driftsrum i Y-aksens retning, hvilket kan opnå mere dybdegående og fleksible lokale komplekse bearbejdningsoperationer, der er egnede til støbeformforsøgsproduktion, udvikling af prototyper til køretøjer og små og mellemstore batchproduktionsbehov med flere varianter og flere variabler.
2. Sammenligning af fordele og ulemper
2.1 Fordele og ulemper ved portalmaskiner
2.1.1 Fordele
1) God strukturel stivhed og høj stabilitet
Dobbeltunderstøtningsdesignet (en struktur bestående af to søjler og en bjælke) gør bearbejdningsplatformen stiv. Under højhastighedspositionering og -skæring er laseroutputtet meget stabilt, og kontinuerlig og præcis bearbejdning kan opnås.
2) Stort behandlingsområde
Brugen af en bredere bærende bjælke kan stabilt bearbejde emner med en bredde på mere end 2 meter eller endnu større, hvilket er egnet til højpræcisionsbearbejdning af store emner i luftfart, biler, skibe osv.
2.1.2 Ulemper
1) Synkronitetsproblem
To lineære motorer bruges til at drive to søjler. Hvis der opstår synkroniseringsproblemer under bevægelse med høj hastighed, kan bjælken blive skævt justeret eller trukket diagonalt. Dette vil ikke kun reducere bearbejdningsnøjagtigheden, men kan også forårsage skade på transmissionskomponenter såsom gear og tandstænger, fremskynde slid og øge vedligeholdelsesomkostningerne.
2) Stort fodaftryk
Portalmaskiner er store i størrelse og kan normalt kun indlæse og aflæsse materialer langs X-aksens retning, hvilket begrænser fleksibiliteten ved automatiseret indlæsning og aflæsning og ikke er egnet til arbejdspladser med begrænset plads.
3) Problem med magnetisk adsorption
Når en lineær motor bruges til at drive X-akseunderstøtningen og Y-aksestrålen samtidig, absorberer motorens stærke magnetisme let metalpulver på skinnen. Den langvarige ophobning af støv og pulver kan påvirke udstyrets driftsnøjagtighed og levetid. Derfor er mellemstore til high-end værktøjsmaskiner normalt udstyret med støvdæksler og støvfjerningssystemer til borde for at beskytte transmissionskomponenter.
2.2 Fordele og ulemper ved cantilever-maskiner
2.2.1 Fordele
1) Kompakt struktur og lille fodaftryk
På grund af designet med en sidestøtte er den samlede struktur enklere og mere kompakt, hvilket er praktisk at bruge i fabrikker og værksteder med begrænset plads.
2) Stærk holdbarhed og reducerede synkroniseringsproblemer
Ved kun at bruge én motor til at drive X-aksen undgås synkroniseringsproblemet mellem flere motorer. Samtidig kan det også reducere problemet med absorption af magnetisk støv, hvis motoren fjernstyrer tandstangstransmissionssystemet.
3) Praktisk fodring og nem automatiseringstransformation
Cantilever-designet gør det muligt for maskinværktøjet at fremføre fra flere retninger, hvilket er praktisk ved docking med robotter eller andre automatiserede transportsystemer. Det er velegnet til masseproduktion, samtidig med at det forenkler det mekaniske design, reducerer vedligeholdelses- og nedetidsomkostninger og forbedrer udstyrets brugsværdi gennem hele dets levetid.
4) Høj fleksibilitet
På grund af manglen på obstruktive støttearme har skærehovedet under samme maskinstørrelsesforhold et større arbejdsområde i Y-aksens retning, kan være tættere på emnet og opnå mere fleksibel og lokal finskæring og svejsning, hvilket er særligt velegnet til formfremstilling, prototypeudvikling og præcisionsbearbejdning af små og mellemstore emner.
2.2.2 Ulemper
1) Begrænset behandlingsområde
Da den bærende tværbjælke i den udkragede struktur er ophængt, er dens længde begrænset (generelt ikke egnet til at skære emner med en bredde på mere end 2 meter), og bearbejdningsområdet er relativt begrænset.
2) Utilstrækkelig stabilitet ved høj hastighed
Den ensidede støttestruktur gør, at tyngdepunktet på værktøjsmaskinen er forspændt mod støttesiden. Når bearbejdningshovedet bevæger sig langs Y-aksen, især ved højhastighedsoperationer nær den ophængte ende, vil ændringen i tværbjælkens tyngdepunkt og det større arbejdsmoment sandsynligvis forårsage vibrationer og udsving, hvilket udgør en større udfordring for værktøjsmaskinens samlede stabilitet. Derfor skal lejet have højere stivhed og vibrationsmodstand for at udligne denne dynamiske påvirkning.
3. Anvendelsesmuligheder og forslag til udvælgelse
3.1 Portalmaskineværktøj
Kan anvendes til laserskæring med tunge belastninger, store størrelser og høje præcisionskrav, såsom luftfart, bilproduktion, store forme og skibsbygningsindustrier. Selvom det optager et stort område og har høje krav til motorsynkronisering, har det åbenlyse fordele inden for stabilitet og præcision i storskala og højhastighedsproduktion.
3.2 Cantilever-maskiner
Den er mere velegnet til præcisionsbearbejdning og kompleks overfladeskæring af små og mellemstore emner, især i værksteder med begrænset plads eller multidirektionel tilførsel. Den har en kompakt struktur og høj fleksibilitet, samtidig med at den forenkler vedligeholdelse og automatiseringsintegration, hvilket giver åbenlyse omkostnings- og effektivitetsfordele ved støbeprøveproduktion, prototypeudvikling og små og mellemstore batchproduktioner.
4. Overvejelser vedrørende kontrolsystem og vedligeholdelse
4.1 Styresystem
1) Portalmaskiner bruger normalt højpræcisions-CNC-systemer og kompensationsalgoritmer for at sikre synkronisering af de to motorer, hvilket sikrer, at tværbjælken ikke bliver forkert justeret under højhastighedsbevægelse, hvorved bearbejdningsnøjagtigheden opretholdes.
2) Cantilever-maskiner er mindre afhængige af kompleks synkron styring, men kræver mere præcis realtidsovervågning og kompensationsteknologi med hensyn til vibrationsmodstand og dynamisk balance for at sikre, at der ikke opstår fejl på grund af vibrationer og ændringer i tyngdepunktet under laserbearbejdning.
4.2 Vedligeholdelse og økonomi
1) Gantry-udstyr har en stor struktur og mange komponenter, så vedligeholdelse og kalibrering er relativt kompleks. Strenge inspektions- og støvforebyggende foranstaltninger er nødvendige for langvarig drift. Samtidig kan slid og energiforbrug forårsaget af drift med høj belastning ikke ignoreres.
2) Cantilever-udstyr har en enklere struktur, lavere vedligeholdelses- og modifikationsomkostninger og er mere egnet til små og mellemstore fabrikker og behov for automatiseringstransformation. Kravet om dynamisk ydeevne med høj hastighed betyder dog også, at der skal lægges vægt på design og vedligeholdelse af vibrationsmodstanden og den langsigtede stabilitet af lejet.
5. Resumé
Tag alle ovenstående oplysninger i betragtning:
1) Struktur og bevægelse
Portalstrukturen ligner en komplet "dør". Den bruger dobbelte søjler til at drive tværbjælken. Den har højere stivhed og evnen til at håndtere store emner, men synkronisering og gulvplads er problemer, der kræver opmærksomhed;
Cantilever-strukturen anvender et enkeltsidet cantilever-design. Selvom bearbejdningsområdet er begrænset, har den en kompakt struktur og høj fleksibilitet, hvilket er befordrende for automatisering og flervinkelskæring.
2) Forarbejdningsfordele og relevante scenarier
Gantry-typen er mere velegnet til store emner med store arealer og højhastighedsbatchproduktion, og er også velegnet til produktionsmiljøer, der kan rumme et stort gulvareal og har tilsvarende vedligeholdelsesforhold;
Cantilever-typen er mere egnet til bearbejdning af små og mellemstore, komplekse overflader og er velegnet til lejligheder med begrænset plads og krav om høj fleksibilitet og lave vedligeholdelsesomkostninger.
I henhold til specifikke bearbejdningskrav, emnestørrelse, budget og fabriksforhold bør ingeniører og producenter afveje fordele og ulemper, når de vælger værktøjsmaskiner, og vælge det udstyr, der bedst passer til de faktiske produktionsforhold.
Opslagstidspunkt: 14. april 2025
