1. Структура та режим руху
1.1 Конструкція порталу
1) Основна структура та режим руху
Вся система подібна до «дверей». Лазерна обробна головка рухається вздовж балки «порталу», а два двигуни приводять у рух дві колони порталу, рухаючись по напрямній рейці по осі X. Балка, як несучий компонент, може досягати великого ходу, що робить портальне обладнання придатним для обробки великогабаритних заготовок.
2) Структурна жорсткість та стійкість
Подвійна опорна конструкція забезпечує рівномірне навантаження на промінь та його відсутність деформації, що забезпечує стабільність лазерного випромінювання та точність різання, а також дозволяє досягти швидкого позиціонування та динамічної реакції для задоволення вимог високошвидкісної обробки. Водночас, загальна архітектура забезпечує високу структурну жорсткість, особливо під час обробки великогабаритних та товстих заготовок.
1.2 Консольна конструкція
1) Основна структура та режим руху
Консольне обладнання має консольну балку з опорою з одного боку. Лазерна обробна головка підвішена на балці, а інша сторона також підвішена, подібно до «консольного важеля». Як правило, вісь X приводиться в рух двигуном, а опорний пристрій рухається по напрямній рейці, завдяки чому обробна головка має більший діапазон руху в напрямку осі Y.
2) Компактна структура та гнучкість
Через відсутність опори з одного боку в конструкції, загальна конструкція є компактнішою та займає невелику площу. Крім того, ріжуча головка має більший робочий простір у напрямку осі Y, що дозволяє виконувати більш глибокі та гнучкі локальні складні обробні операції, що підходить для виробництва пробних форм, розробки прототипів автомобілів та потреб мало- та середньосерійного багатоваріантного та багатоваріантного виробництва.
2. Порівняння переваг та недоліків
2.1 Переваги та недоліки портальних верстатів
2.1.1 Переваги
1) Гарна структурна жорсткість та висока стабільність
Подвійна опорна конструкція (структура, що складається з двох колон та балки) робить обробну платформу жорсткою. Під час високошвидкісного позиціонування та різання лазерний вихідний сигнал є дуже стабільним, що дозволяє досягти безперервної та точної обробки.
2) Широкий діапазон обробки
Використання ширшої несучої балки дозволяє стабільно обробляти заготовки шириною понад 2 метри або навіть більше, що підходить для високоточної обробки великогабаритних заготовок в авіації, автомобілях, кораблях тощо.
2.1.2 Недоліки
1) Проблема синхронності
Для керування двома колонами використовуються два лінійні двигуни. Якщо під час руху на високій швидкості виникають проблеми синхронізації, балка може бути зміщена або потягнута по діагоналі. Це не тільки знизить точність обробки, але й може призвести до пошкодження компонентів трансмісії, таких як шестерні та рейки, прискорить знос та збільшити витрати на обслуговування.
2) Великий розмір
Портальні верстати мають великі розміри та зазвичай можуть завантажувати та розвантажувати матеріали лише вздовж осі X, що обмежує гнучкість автоматизованого завантаження та розвантаження та не підходить для робочих місць з обмеженим простором.
3) Проблема магнітної адсорбції
Коли лінійний двигун використовується для одночасного приводу опори осі X та балки осі Y, сильний магнетизм двигуна легко адсорбує металевий порошок на рейці. Тривале накопичення пилу та порошку може вплинути на точність роботи та термін служби обладнання. Тому верстати середнього та високого класу зазвичай оснащені пилозахисними кришками та системами видалення пилу зі столу для захисту компонентів трансмісії.
2.2 Переваги та недоліки консольних верстатів
2.2.1 Переваги
1) Компактна структура та невеликий розмір
Завдяки односторонній конструкції опори, загальна конструкція є простішою та компактнішою, що зручно для використання на заводах та в майстернях з обмеженим простором.
2) Висока міцність та зменшення проблем із синхронізацією
Використання лише одного двигуна для керування осі X дозволяє уникнути проблеми синхронізації між кількома двигунами. Водночас, якщо двигун дистанційно керує рейковою передачею, це також може зменшити проблему поглинання магнітного пилу.
3) Зручне годування та легка автоматизована трансформація
Консольна конструкція дозволяє верстату подавати матеріал з кількох напрямків, що зручно для стикування з роботами або іншими автоматизованими конвеєрними системами. Вона підходить для масового виробництва, водночас спрощуючи механічну конструкцію, зменшуючи витрати на обслуговування та простої, а також підвищуючи експлуатаційну цінність обладнання протягом усього його життєвого циклу.
4) Висока гнучкість
Через відсутність перешкод для опорних кронштейнів, за однакових умов розміру верстата, ріжуча головка має більший робочий простір у напрямку осі Y, може бути ближче до заготовки та досягати більш гнучкого та локалізованого точного різання та зварювання, що особливо підходить для виготовлення прес-форм, розробки прототипів та прецизійної обробки заготовок малого та середнього розміру.
2.2.2 Недоліки
1) Обмежений діапазон обробки
Оскільки несуча поперечна балка консольної конструкції є підвішеною, її довжина обмежена (зазвичай не підходить для різання заготовок шириною більше 2 метрів), а діапазон обробки відносно обмежений.
2) Недостатня стійкість на високій швидкості
Одностороння опорна конструкція зміщує центр ваги верстата до опорної сторони. Коли обробна головка рухається вздовж осі Y, особливо під час високошвидкісних операцій поблизу підвісного кінця, зміна центру ваги поперечної балки та більший робочий крутний момент можуть викликати вібрацію та коливання, що створює більше проблем для загальної стійкості верстата. Тому станина повинна мати вищу жорсткість та вібростійкість, щоб компенсувати цей динамічний вплив.
3. Випадки застосування та пропозиції щодо вибору
3.1 Портальний верстат
Застосовується для лазерного різання з великими навантаженнями, великими розмірами та високими вимогами до точності, такими як авіація, автомобільне виробництво, виготовлення великих форм та суднобудування. Хоча він займає велику площу та має високі вимоги до синхронізації двигунів, він має очевидні переваги у стабільності та точності у великомасштабному та високошвидкісному виробництві.
3.2 Консольні верстати
Він більше підходить для прецизійної обробки та складного поверхневого різання заготовок малого та середнього розміру, особливо в цехах з обмеженим простором або багатонаправленою подачею. Він має компактну структуру та високу гнучкість, водночас спрощуючи обслуговування та інтеграцію автоматизації, забезпечуючи очевидні переваги у вартості та ефективності для випробувального виробництва прес-форм, розробки прототипів та малого та середнього серійного виробництва.
4. Система керування та міркування щодо технічного обслуговування
4.1 Система керування
1) Портальні верстати зазвичай використовують високоточні системи ЧПК та алгоритми компенсації для забезпечення синхронізації двох двигунів, гарантуючи, що поперечна балка не буде зміщена під час високошвидкісного руху, тим самим зберігаючи точність обробки.
2) Консольні верстати менше покладаються на складне синхронне керування, але потребують точнішої технології моніторингу та компенсації в режимі реального часу з точки зору стійкості до вібрації та динамічного балансу, щоб гарантувати відсутність помилок через вібрацію та зміни центру ваги під час лазерної обробки.
4.2 Технічне обслуговування та економія
1) Портальне обладнання має велику конструкцію та багато компонентів, тому технічне обслуговування та калібрування є відносно складними. Для тривалої експлуатації потрібні суворі заходи щодо перевірки та запобігання потраплянню пилу. Водночас не можна ігнорувати знос та споживання енергії, спричинені роботою з високим навантаженням.
2) Консольне обладнання має простішу структуру, нижчі витрати на обслуговування та модифікацію, і більше підходить для малих та середніх заводів та потреб автоматизованої трансформації. Однак вимога до високошвидкісних динамічних характеристик також означає, що необхідно звертати увагу на проектування та підтримку вібростійкості та довгострокової стабільності ліжка.
5. Підсумок
Візьміть до уваги всю вищезазначену інформацію:
1) Структура та рух
Конструкція порталу схожа на повноцінні «двері». У ній використовуються подвійні колони для приводу поперечної балки. Вона має вищу жорсткість і здатність обробляти великогабаритні заготовки, але синхронізація та площа підлоги – це питання, які потребують уваги;
Консольна конструкція має односторонній консольний дизайн. Хоча діапазон обробки обмежений, вона має компактну структуру та високу гнучкість, що сприяє автоматизації та багатокутовому різанню.
2) Переваги обробки та застосовні сценарії
Портальний тип більше підходить для великої площі, великих заготовок та потреб високошвидкісного серійного виробництва, а також підходить для виробничих середовищ, які можуть вмістити велику площу підлоги та мати відповідні умови обслуговування;
Консольний тип більше підходить для обробки малих та середніх, складних поверхонь, а також підходить для випадків з обмеженим простором та прагненням до високої гнучкості та низьких витрат на обслуговування.
Відповідно до конкретних вимог до обробки, розміру заготовки, бюджету та заводських умов, інженери та виробники повинні зважувати переваги та недоліки під час вибору верстатів та вибирати обладнання, яке найкраще відповідає фактичним виробничим умовам.
Час публікації: 14 квітня 2025 р.
