1. Struktura a režim pohybu
1.1 Portálová konstrukce
1) Základní struktura a způsob pohybu
Celý systém funguje jako „dveře“. Laserová obráběcí hlava se pohybuje podél „portálového“ nosníku a dva motory pohánějí dva sloupy portálu, které se pohybují po vodicí liště v ose X. Nosník jako nosná součást může dosáhnout velkého zdvihu, což činí portálové zařízení vhodným pro obrábění velkých obrobků.
2) Strukturální tuhost a stabilita
Dvojitá konstrukce podpěr zajišťuje rovnoměrné namáhání paprsku a jeho nedeformaci, čímž je zajištěna stabilita laserového výstupu a přesnost řezání a umožňuje rychlé polohování a dynamickou odezvu pro splnění požadavků vysokorychlostního zpracování. Celková architektura zároveň poskytuje vysokou strukturální tuhost, zejména při zpracování velkých a silných obrobků.
1.2 Konzolová konstrukce
1) Základní struktura a způsob pohybu
Konzolové zařízení využívá konstrukci konzolového nosníku s jednostrannou oporou. Laserová obráběcí hlava je zavěšena na nosníku a druhá strana je zavěšena, podobně jako „konzolové rameno“. Osa X je obecně poháněna motorem a podpěrné zařízení se pohybuje po vodicí liště, takže obráběcí hlava má větší rozsah pohybu ve směru osy Y.
2) Kompaktní struktura a flexibilita
Vzhledem k absenci opory na jedné straně konstrukce je celková konstrukce kompaktnější a zabírá malou plochu. Řezná hlava má navíc větší operační prostor ve směru osy Y, což umožňuje provádět hloubkovější a flexibilnější lokální komplexní obráběcí operace, vhodné pro zkušební výrobu forem, vývoj prototypů vozidel a malosériovou a střední sériovou výrobu s více variantami a více proměnnými.
2. Porovnání výhod a nevýhod
2.1 Výhody a nevýhody portálových obráběcích strojů
2.1.1 Výhody
1) Dobrá konstrukční tuhost a vysoká stabilita
Dvojitá podpěra (konstrukce sestávající ze dvou sloupů a nosníku) zajišťuje tuhou pracovní platformu. Během vysokorychlostního polohování a řezání je laserový výstup vysoce stabilní a lze dosáhnout kontinuálního a přesného obrábění.
2) Velký rozsah zpracování
Použití širšího nosného nosníku umožňuje stabilní zpracování obrobků o šířce větší než 2 metry nebo i větší, což je vhodné pro vysoce přesné zpracování velkých obrobků v letectví, automobilech, lodích atd.
2.1.2 Nevýhody
1) Problém synchronicity
K pohonu dvou sloupů se používají dva lineární motory. Pokud se během vysokorychlostního pohybu vyskytnou problémy se synchronizací, může být nosník špatně vyrovnaný nebo diagonálně tažený. To nejen sníží přesnost zpracování, ale může také způsobit poškození převodových součástí, jako jsou ozubená kola a hřebeny, urychlit opotřebení a zvýšit náklady na údržbu.
2) Velká zastavěná plocha
Portálové obráběcí stroje jsou velké a obvykle dokáží nakládat a vykládat materiály pouze ve směru osy X, což omezuje flexibilitu automatizovaného nakládání a vykládání a není vhodné pro pracoviště s omezeným prostorem.
3) Problém magnetické adsorpce
Pokud se k současnému pohonu podpěry osy X a nosníku osy Y používá lineární motor, silný magnetismus motoru snadno adsorbuje kovový prášek na kolejnici. Dlouhodobé hromadění prachu a prášku může ovlivnit přesnost provozu a životnost zařízení. Proto jsou obráběcí stroje střední až vyšší třídy obvykle vybaveny kryty proti prachu a systémy pro odsávání prachu ze stolu, které chrání převodové komponenty.
2.2 Výhody a nevýhody konzolových obráběcích strojů
2.2.1 Výhody
1) Kompaktní konstrukce a malý půdorys
Díky jednostranné konstrukci s oporou je celková konstrukce jednodušší a kompaktnější, což je výhodné pro použití v továrnách a dílnách s omezeným prostorem.
2) Vysoká odolnost a snížené problémy se synchronizací
Použití pouze jednoho motoru pro pohon osy X zabraňuje problémům se synchronizací mezi více motory. Zároveň, pokud motor dálkově pohání systém ozubené hřebenové převodovky, může se také snížit problém s absorpcí magnetického prachu.
3) Pohodlné podávání a snadná transformace automatizace
Konzolová konstrukce umožňuje obráběcímu stroji podávat z více směrů, což je výhodné pro dokování s roboty nebo jinými automatizovanými dopravníkovými systémy. Je vhodná pro hromadnou výrobu a zároveň zjednodušuje mechanickou konstrukci, snižuje náklady na údržbu a prostoje a zvyšuje užitnou hodnotu zařízení po celou dobu jeho životního cyklu.
4) Vysoká flexibilita
Vzhledem k absenci překážejících podpůrných ramen má řezná hlava za stejných podmínek velikosti obráběcího stroje větší operační prostor ve směru osy Y, může být blíže k obrobku a dosahovat flexibilnějšího a lokalizovanějšího jemného řezání a svařování, což je zvláště vhodné pro výrobu forem, vývoj prototypů a přesné obrábění malých a středních obrobků.
2.2.2 Nevýhody
1) Omezený rozsah zpracování
Protože nosný příčný nosník konzolové konstrukce je zavěšený, je jeho délka omezená (obecně není vhodný pro řezání obrobků o šířce větší než 2 metry) a rozsah zpracování je relativně omezený.
2) Nedostatečná stabilita při vysokých rychlostech
Jednostranná nosná konstrukce způsobuje, že těžiště obráběcího stroje je vychýleno směrem k nosné straně. Když se obráběcí hlava pohybuje podél osy Y, zejména při vysokorychlostních operacích v blízkosti zavěšeného konce, změna těžiště příčného nosníku a větší pracovní moment pravděpodobně způsobí vibrace a kolísání, což představuje větší výzvu pro celkovou stabilitu obráběcího stroje. Proto musí mít lože vyšší tuhost a odolnost proti vibracím, aby se tento dynamický dopad vyrovnal.
3. Příležitosti k použití a návrhy na výběr
3.1 Portálový obráběcí stroj
Použitelné pro laserové řezání s vysokým zatížením, velkými rozměry a vysokými požadavky na přesnost, jako je letectví, automobilový průmysl, výroba velkých forem a stavba lodí. Přestože zabírá velkou plochu a má vysoké požadavky na synchronizaci motorů, má zjevné výhody ve stabilitě a přesnosti při velkovýrobě a vysokorychlostní výrobě.
3.2 Konzolové obráběcí stroje
Je vhodnější pro přesné obrábění a komplexní řezání povrchů malých a středně velkých obrobků, zejména v dílnách s omezeným prostorem nebo vícesměrným podáváním. Má kompaktní konstrukci a vysokou flexibilitu, zároveň zjednodušuje údržbu a integraci automatizace a poskytuje zjevné výhody z hlediska nákladů a efektivity pro zkušební výrobu forem, vývoj prototypů a malosériovou a středně velkosériovou výrobu.
4. Aspekty řídicího systému a údržby
4.1 Řídicí systém
1) Portálové obráběcí stroje se obvykle spoléhají na vysoce přesné CNC systémy a kompenzační algoritmy, které zajišťují synchronizaci obou motorů, čímž se zajistí, že příčný nosník nebude během vysokorychlostního pohybu vychýlen z osy, a tím se zachová přesnost zpracování.
2) Konzolové obráběcí stroje se méně spoléhají na komplexní synchronní řízení, ale vyžadují přesnější technologii monitorování a kompenzace v reálném čase, pokud jde o odolnost proti vibracím a dynamickou rovnováhu, aby se zajistilo, že během laserového obrábění nebudou vznikat chyby v důsledku vibrací a změn těžiště.
4.2 Údržba a hospodárnost
1) Portálové zařízení má rozsáhlou konstrukci a mnoho součástí, takže údržba a kalibrace jsou poměrně složité. Pro dlouhodobý provoz jsou nutné přísné kontroly a opatření proti prachu. Zároveň nelze ignorovat opotřebení a spotřebu energie způsobené provozem s vysokým zatížením.
2) Konzolové zařízení má jednodušší konstrukci, nižší náklady na údržbu a úpravy a je vhodnější pro malé a střední továrny a potřeby automatizační transformace. Požadavek na vysokorychlostní dynamický výkon však také znamená, že je třeba věnovat pozornost návrhu a údržbě odolnosti proti vibracím a dlouhodobé stabilitě lože.
5. Shrnutí
Vezměte v úvahu všechny výše uvedené informace:
1) Struktura a pohyb
Portálová konstrukce je podobná kompletním „dveřím“. K pohonu příčného nosníku používá dvojité sloupy. Má vyšší tuhost a schopnost manipulovat s velkými obrobky, ale synchronizace a podlahová plocha jsou otázky, které je třeba zvážit;
Konstrukce konzoly je jednostranná. Přestože je rozsah zpracování omezený, má kompaktní konstrukci a vysokou flexibilitu, což vede k automatizaci a řezání z více úhlů.
2) Výhody zpracování a příslušné scénáře
Portálový typ je vhodnější pro velkoplošné, velké obrobky a vysokorychlostní dávkovou výrobu a je také vhodný pro výrobní prostředí, která pojmou velkou podlahovou plochu a mají odpovídající podmínky údržby;
Konzolový typ je vhodnější pro zpracování malých a středně velkých, složitých povrchů a je vhodný pro příležitosti s omezeným prostorem a snahou o vysokou flexibilitu a nízké náklady na údržbu.
V závislosti na specifických požadavcích na zpracování, velikosti obrobku, rozpočtu a výrobních podmínek by inženýři a výrobci měli při výběru obráběcích strojů zvážit výhody a nevýhody a zvolit zařízení, které nejlépe vyhovuje skutečným výrobním podmínkám.
Čas zveřejnění: 14. dubna 2025
