1. Rakenne ja liikkumistapa
1.1 Portaalirakenne
1) Perusrakenne ja liikkumistapa
Koko järjestelmä on kuin ”ovi”. Laserkäsittelypää liikkuu ”gantry”-palkkia pitkin, ja kaksi moottoria pyörittävät gantryn kahta pylvästä, jotka liikkuvat X-akselin ohjauskiskolla. Palkki, joka toimii kuormaa kantavana komponenttina, voi saavuttaa suuren iskunpituuden, mikä tekee gantry-laitteistosta sopivan suurten työkappaleiden käsittelyyn.
2) Rakenteellinen jäykkyys ja vakaus
Kaksinkertainen tukirakenne varmistaa, että säde on tasaisesti jännittynyt eikä helposti muodonmuutosten alainen, mikä varmistaa lasersäteen vakauden ja leikkaustarkkuuden. Se mahdollistaa myös nopean paikannuksen ja dynaamisen vasteen, mikä täyttää suurnopeuskäsittelyn vaatimukset. Samalla sen yleinen arkkitehtuuri tarjoaa suuren rakenteellisen jäykkyyden, erityisesti suurikokoisten ja paksujen työkappaleiden käsittelyssä.
1.2 Ulokerakenne
1) Perusrakenne ja liikkumistapa
Kantileverissä on ulokepalkkirakenne, jossa on yksipuolinen tuki. Laserkäsittelypää on ripustettu palkille ja toinen puoli on ripustettu "ulokevarren" tavoin. Yleensä X-akselia käyttää moottori ja tukilaite liikkuu ohjauskiskolla, mikä lisää käsittelypään liikerataa Y-akselin suunnassa.
2) Kompakti rakenne ja joustavuus
Koska suunnittelussa ei ole toiselta puolelta tukea, kokonaisrakenne on kompaktimpi ja vie vähän tilaa. Lisäksi leikkuupäällä on suurempi toimintatila Y-akselin suunnassa, mikä mahdollistaa syvällisemmät ja joustavammat paikalliset monimutkaiset prosessointitoiminnot, jotka sopivat muottikokeilutuotantoon, ajoneuvojen prototyyppien kehittämiseen sekä pienten ja keskisuurten erien monilajikkeiden ja monimuuttujaisten tuotantotarpeisiin.
2. Etujen ja haittojen vertailu
2.1 Portaalityöstökoneiden edut ja haitat
2.1.1 Edut
1) Hyvä rakenteellinen jäykkyys ja korkea vakaus
Kaksinkertainen tukirakenne (kahdesta pylväästä ja palkista koostuva rakenne) tekee käsittelyalustasta jäykän. Nopeassa paikannuksessa ja leikkauksessa laserin lähtö on erittäin vakaa, ja jatkuva ja tarkka käsittely voidaan saavuttaa.
2) Laaja käsittelyalue
Leveämmän kantavan palkin käyttö voi käsitellä vakaasti yli 2 metriä leveitä tai jopa suurempia työkappaleita, mikä soveltuu suurten työkappaleiden tarkkaan käsittelyyn ilmailussa, autoissa, laivoissa jne.
2.1.2 Haitat
1) Synkronisuusongelma
Kahta lineaarimoottoria käytetään kahden pylvään käyttämiseen. Jos synkronointiongelmia ilmenee suurnopeusliikkeen aikana, palkki voi olla väärin kohdistettu tai vedetty vinoon. Tämä ei ainoastaan vähennä käsittelyn tarkkuutta, vaan voi myös vahingoittaa voimansiirron komponentteja, kuten hammaspyöriä ja hammastankoja, kiihdyttää kulumista ja lisätä ylläpitokustannuksia.
2) Suuri jalanjälki
Portaalityöstökoneet ovat kooltaan suuria ja voivat yleensä lastata ja purkaa materiaaleja vain X-akselin suunnassa, mikä rajoittaa automaattisen lastauksen ja purkamisen joustavuutta eikä sovellu työpaikoille, joissa on rajoitetusti tilaa.
3) Magneettinen adsorptio-ongelma
Kun lineaarimoottoria käytetään samanaikaisesti X-akselin tuen ja Y-akselin palkin käyttämiseen, moottorin voimakas magnetismi imee helposti metallijauhetta kiskoon. Pölyn ja jauheen pitkäaikainen kertyminen voi vaikuttaa laitteen toimintatarkkuuteen ja käyttöikään. Siksi keski- ja huippuluokan työstökoneet on yleensä varustettu pölysuojilla ja pöydän pölynpoistojärjestelmillä voimansiirtokomponenttien suojaamiseksi.
2.2 Kantavien työstökoneiden edut ja haitat
2.2.1 Edut
1) Kompakti rakenne ja pieni tilantarve
Yksipuolisen tukirakenteen ansiosta kokonaisrakenne on yksinkertaisempi ja kompaktimpi, mikä on kätevää käyttää tehtaissa ja työpajoissa, joissa on rajoitetusti tilaa.
2) Vahva kestävyys ja vähentyneet synkronointiongelmat
Yhden moottorin käyttäminen X-akselin käyttämiseen välttää useiden moottoreiden välisen synkronointiongelman. Samalla, jos moottori ohjaa hammastanko- ja hammaspyöräjärjestelmää etänä, se voi myös vähentää magneettisen pölyn imeytymisongelmaa.
3) Kätevä syöttö ja helppo automaatiomuutos
Kantiilipalkkirakenteen ansiosta työstökone voi syöttää materiaalia useista suunnista, mikä on kätevää robottien tai muiden automatisoitujen kuljetusjärjestelmien kanssa telakoitaessa. Se sopii massatuotantoon, sillä se yksinkertaistaa mekaanista suunnittelua, vähentää ylläpito- ja seisokkikustannuksia sekä parantaa laitteen käyttöarvoa koko sen elinkaaren ajan.
4) Suuri joustavuus
Tukivarsien puuttumisen vuoksi samoissa työstökoneen koko-olosuhteissa leikkuupäällä on suurempi toimintatila Y-akselin suunnassa, se voi olla lähempänä työkappaletta ja saavuttaa joustavamman ja paikallisemman hienoleikkauksen ja hitsauksen, mikä soveltuu erityisesti muotinvalmistukseen, prototyyppien kehittämiseen ja pienten ja keskisuurten työkappaleiden tarkkuuskoneistukseen.
2.2.2 Haitat
1) Rajallinen käsittelyalue
Koska ulokepalkkirakenteen kantava poikkipalkki on ripustettu, sen pituus on rajallinen (yleensä ei sovellu yli 2 metrin leveiden työkappaleiden leikkaamiseen), ja käsittelyalue on suhteellisen rajallinen.
2) Riittämätön vakaus suurilla nopeuksilla
Yksipuolinen tukirakenne asettaa työstökoneen painopisteen tukipuolta kohti. Kun työstöpää liikkuu Y-akselin suuntaisesti, erityisesti suurilla nopeuksilla lähellä riippuvaa päätä, poikkipalkin painopisteen muutos ja suurempi työmomentti aiheuttavat todennäköisesti tärinää ja vaihteluita, mikä asettaa suuremman haasteen työstökoneen kokonaisvakaudelle. Siksi alustan on oltava jäykempi ja tärinänkestoltaan parempi tämän dynaamisen iskun kompensoimiseksi.
3. Hakuajat ja valintaehdotukset
3.1 Portaalikone
Soveltuu laserleikkausprosesseihin, joissa on raskaita kuormia, suuria kokoja ja korkeat tarkkuusvaatimukset, kuten ilmailu-, autoteollisuudessa, suurissa muoteissa ja laivanrakennusteollisuudessa. Vaikka se vie suuren alueen ja sillä on korkeat vaatimukset moottorin synkronoinnille, sillä on ilmeisiä etuja vakauden ja tarkkuuden suhteen laajamittaisessa ja nopeassa tuotannossa.
3.2 Kantava työstökoneet
Se soveltuu paremmin pienten ja keskisuurten työkappaleiden tarkkuuskoneistukseen ja monimutkaiseen pinnan leikkaamiseen, erityisesti työpajoissa, joissa on rajoitetusti tilaa tai monisuuntainen syöttö. Sillä on kompakti rakenne ja suuri joustavuus, samalla kun se yksinkertaistaa huoltoa ja automaatiointegraatiota, mikä tarjoaa ilmeisiä kustannus- ja tehokkuusetuja muottikoetuotannossa, prototyyppien kehittämisessä sekä pienten ja keskisuurten erätuotannossa.
4. Ohjausjärjestelmä ja kunnossapitoon liittyvät näkökohdat
4.1 Ohjausjärjestelmä
1) Portaalityöstökoneet käyttävät yleensä tarkkoja CNC-järjestelmiä ja kompensointialgoritmeja kahden moottorin synkronoinnin varmistamiseksi, varmistaen, että poikkipalkki ei ole väärin kohdistettu suurnopeusliikkeen aikana, mikä säilyttää prosessoinnin tarkkuuden.
2) Kantilever-työstökoneet ovat vähemmän riippuvaisia monimutkaisesta synkronisesta ohjauksesta, mutta ne vaativat tarkempaa reaaliaikaista valvonta- ja kompensointitekniikkaa tärinänkestävyyden ja dynaamisen tasapainon suhteen sen varmistamiseksi, ettei laserkäsittelyn aikana esiinny tärinästä ja painopisteen muutoksista johtuvia virheitä.
4.2 Huolto ja talous
1) Portaalilaitteistolla on suuri rakenne ja useita komponentteja, joten huolto ja kalibrointi ovat suhteellisen monimutkaisia. Pitkäaikainen käyttö edellyttää tiukkoja tarkastus- ja pölyntorjuntatoimenpiteitä. Samalla ei voida sivuuttaa suuren kuormituksen aiheuttamaa kulumista ja energiankulutusta.
2) Ulokepohjaisilla laitteilla on yksinkertaisempi rakenne, alhaisemmat huolto- ja muutoskustannukset, ja ne sopivat paremmin pienille ja keskisuurille tehtaille sekä automaation muutostarpeisiin. Nopean dynaamisen suorituskyvyn vaatimus tarkoittaa kuitenkin myös sitä, että sängyn tärinänkestävyyden ja pitkäaikaisen vakauden suunnitteluun ja ylläpitoon on kiinnitettävä huomiota.
5. Yhteenveto
Ota kaikki yllä olevat tiedot huomioon:
1) Rakenne ja liike
Portaalirakenne on samanlainen kuin täydellinen "ovi". Siinä käytetään kaksoispilareita poikkipalkin käyttämiseen. Se on jäykempi ja pystyy käsittelemään suuria työkappaleita, mutta synkronointi ja lattiatila ovat huomioitavia seikkoja.
Kantilevarsirakenne on yksipuolinen ulokepalkkimuotoilu. Vaikka käsittelyalue on rajallinen, sillä on kompakti rakenne ja suuri joustavuus, mikä edistää automatisointia ja monikulmaista leikkausta.
2) Käsittelyn edut ja sovellettavat skenaariot
Gantry-tyyppi soveltuu paremmin suurille alueille, suurille työkappaleille ja suurnopeuksisille erätuotannon tarpeille, ja se sopii myös tuotantoympäristöihin, joihin mahtuu suuri lattiapinta-ala ja joilla on vastaavat huolto-olosuhteet;
Uloketyyppi soveltuu paremmin pienten ja keskisuurten, monimutkaisten pintojen käsittelyyn, ja se sopii tilanteisiin, joissa on rajoitetusti tilaa ja joissa tavoitellaan suurta joustavuutta ja alhaisia ylläpitokustannuksia.
Insinöörien ja valmistajien tulisi punnita työstökoneita valitessaan erityisten käsittelyvaatimusten, työkappaleen koon, budjetin ja tehdasolosuhteiden mukaan etuja ja haittoja ja valita laitteet, jotka parhaiten sopivat todellisiin tuotanto-olosuhteisiin.
Julkaisun aika: 14. huhtikuuta 2025
