1. Struktur und Bewegungsmodus
1.1 Portalstruktur
1) Grundstruktur und Bewegungsmodus
Das gesamte System ist wie eine „Tür“. Der Laserbearbeitungskopf bewegt sich entlang des Portalbalkens, und zwei Motoren treiben die beiden Säulen des Portals an, um sich auf der X-Achsen-Führungsschiene zu bewegen. Der Balken als tragende Komponente ermöglicht einen großen Hub, wodurch sich das Portalgerät für die Bearbeitung großer Werkstücke eignet.
2) Strukturelle Steifigkeit und Stabilität
Das Doppelträgerdesign sorgt dafür, dass der Strahl gleichmäßig belastet und nicht leicht verformt wird. Dadurch wird die Stabilität der Laserleistung und die Schnittgenauigkeit gewährleistet. Zudem ermöglicht es eine schnelle Positionierung und dynamische Reaktion, um den Anforderungen der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung gerecht zu werden. Gleichzeitig bietet die Gesamtarchitektur eine hohe strukturelle Steifigkeit, insbesondere bei der Bearbeitung großer und dicker Werkstücke.
1.2 Auslegerkonstruktion
1) Grundstruktur und Bewegungsmodus
Die Auslegerausrüstung verfügt über eine einseitige Auslegerstruktur. Der Laserbearbeitungskopf ist am Träger aufgehängt, die andere Seite ist ähnlich wie bei einem Auslegerarm aufgehängt. Die X-Achse wird üblicherweise von einem Motor angetrieben, und die Stützvorrichtung bewegt sich auf der Führungsschiene, sodass der Bearbeitungskopf einen größeren Bewegungsbereich in Y-Achsenrichtung hat.
2) Kompakte Struktur und Flexibilität
Da die Konstruktion auf einer Seite keine Stütze aufweist, ist die Gesamtstruktur kompakter und nimmt nur wenig Platz ein. Darüber hinaus verfügt der Schneidkopf über einen größeren Arbeitsraum in Y-Achsenrichtung, wodurch detailliertere und flexiblere lokale, komplexe Bearbeitungsvorgänge möglich sind. Diese eignen sich für die Herstellung von Formversuchen, die Entwicklung von Fahrzeugprototypen sowie die Produktion kleiner und mittlerer Chargen mit vielen Varianten und Variablen.
2. Vergleich der Vor- und Nachteile
2.1 Vor- und Nachteile von Portalwerkzeugmaschinen
2.1.1 Vorteile
1) Gute strukturelle Steifigkeit und hohe Stabilität
Das Doppelträgerdesign (eine Struktur bestehend aus zwei Säulen und einem Balken) verleiht der Bearbeitungsplattform Stabilität. Beim Positionieren und Schneiden mit hoher Geschwindigkeit ist die Laserleistung äußerst stabil, und eine kontinuierliche und präzise Bearbeitung ist möglich.
2) Großer Verarbeitungsbereich
Durch die Verwendung eines breiteren Tragbalkens können Werkstücke mit einer Breite von mehr als 2 Metern oder sogar mehr stabil bearbeitet werden, was für die hochpräzise Bearbeitung großer Werkstücke in der Luftfahrt, im Automobilbau, auf Schiffen usw. geeignet ist.
2.1.2 Nachteile
1) Synchronizitätsproblem
Zwei Linearmotoren treiben zwei Säulen an. Treten bei Hochgeschwindigkeitsbewegungen Synchronisationsprobleme auf, kann es zu einer Fehlausrichtung oder einem Schrägzug des Trägers kommen. Dies verringert nicht nur die Bearbeitungsgenauigkeit, sondern kann auch zu Schäden an Getriebekomponenten wie Zahnrädern und Zahnstangen führen, den Verschleiß beschleunigen und die Wartungskosten erhöhen.
2) Großer Platzbedarf
Portalwerkzeugmaschinen sind groß und können Materialien normalerweise nur entlang der X-Achsenrichtung laden und entladen, was die Flexibilität des automatisierten Be- und Entladens einschränkt und nicht für Arbeitsplätze mit begrenztem Platz geeignet ist.
3) Problem der magnetischen Adsorption
Wenn ein Linearmotor gleichzeitig den X-Achsen-Träger und den Y-Achsen-Träger antreibt, bindet der starke Magnetismus des Motors leicht Metallpulver auf der Schiene. Langfristige Staub- und Pulveransammlungen können die Betriebsgenauigkeit und Lebensdauer der Maschine beeinträchtigen. Daher sind Werkzeugmaschinen der mittleren bis oberen Preisklasse üblicherweise mit Staubschutzhauben und Tischentstaubungssystemen zum Schutz der Getriebekomponenten ausgestattet.
2.2 Vor- und Nachteile von Ausleger-Werkzeugmaschinen
2.2.1 Vorteile
1) Kompakte Struktur und geringer Platzbedarf
Aufgrund der einseitigen Stützkonstruktion ist die Gesamtstruktur einfacher und kompakter, was den Einsatz in Fabriken und Werkstätten mit begrenztem Platzangebot erleichtert.
2) Hohe Haltbarkeit und weniger Synchronisationsprobleme
Durch die Verwendung nur eines Motors zum Antrieb der X-Achse wird das Synchronisationsproblem zwischen mehreren Motoren vermieden. Gleichzeitig kann durch die Fernsteuerung des Zahnstangengetriebes durch den Motor auch das Problem der magnetischen Staubabsorption verringert werden.
3) Bequeme Fütterung und einfache Automatisierungstransformation
Die freitragende Konstruktion ermöglicht die Beschickung der Werkzeugmaschine aus mehreren Richtungen, was das Andocken an Roboter oder andere automatisierte Fördersysteme erleichtert. Sie eignet sich für die Massenproduktion, vereinfacht die mechanische Konstruktion, reduziert Wartungs- und Ausfallkosten und verbessert den Gebrauchswert der Anlage über ihren gesamten Lebenszyklus.
4) Hohe Flexibilität
Da keine störenden Stützarme vorhanden sind, verfügt der Schneidkopf bei gleicher Werkzeugmaschinengröße über einen größeren Arbeitsraum in der Y-Achsenrichtung, kann näher am Werkstück positioniert werden und ermöglicht flexibleres und lokalisierteres Feinschneiden und -schweißen, was sich besonders für den Formenbau, die Prototypenentwicklung und die Präzisionsbearbeitung kleiner und mittelgroßer Werkstücke eignet.
2.2.2 Nachteile
1) Eingeschränkter Verarbeitungsbereich
Da der tragende Querträger der Kragkonstruktion aufgehängt ist, ist seine Länge begrenzt (in der Regel nicht zum Schneiden von Werkstücken mit einer Breite von mehr als 2 Metern geeignet) und der Bearbeitungsbereich relativ begrenzt.
2) Unzureichende Hochgeschwindigkeitsstabilität
Die einseitige Stützstruktur verlagert den Schwerpunkt der Werkzeugmaschine zur Stützseite. Bewegt sich der Bearbeitungskopf entlang der Y-Achse, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsvorgängen in der Nähe des aufgehängten Endes, können die Schwerpunktverlagerung des Querträgers und das höhere Arbeitsdrehmoment Vibrationen und Schwankungen verursachen, was die Gesamtstabilität der Werkzeugmaschine zusätzlich beeinträchtigt. Daher muss das Bett eine höhere Steifigkeit und Vibrationsfestigkeit aufweisen, um diese dynamischen Einflüsse auszugleichen.
3. Bewerbungsanlässe und Auswahlvorschläge
3.1 Portalwerkzeugmaschine
Anwendbar für Laserschneidprozesse mit schweren Lasten, großen Abmessungen und hohen Präzisionsanforderungen, beispielsweise in der Luftfahrt, im Automobilbau, bei Großformen und im Schiffbau. Obwohl es eine große Fläche einnimmt und hohe Anforderungen an die Motorsynchronisation stellt, bietet es offensichtliche Vorteile hinsichtlich Stabilität und Präzision bei der Großserien- und Hochgeschwindigkeitsproduktion.
3.2 Ausleger-Werkzeugmaschinen
Es eignet sich besser für die Präzisionsbearbeitung und komplexe Oberflächenbearbeitung kleiner und mittelgroßer Werkstücke, insbesondere in Werkstätten mit begrenztem Platz oder multidirektionaler Zuführung. Es zeichnet sich durch eine kompakte Struktur und hohe Flexibilität aus und vereinfacht gleichzeitig die Wartung und Automatisierungsintegration. Dies bietet offensichtliche Kosten- und Effizienzvorteile für die Herstellung von Formversuchen, die Entwicklung von Prototypen sowie die Produktion kleiner und mittelgroßer Chargen.
4. Überlegungen zum Steuerungssystem und zur Wartung
4.1 Steuerungssystem
1) Portalwerkzeugmaschinen verlassen sich normalerweise auf hochpräzise CNC-Systeme und Kompensationsalgorithmen, um die Synchronisierung der beiden Motoren sicherzustellen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Querträger während der Hochgeschwindigkeitsbewegung nicht falsch ausgerichtet wird und so die Verarbeitungsgenauigkeit erhalten bleibt.
2) Ausleger-Werkzeugmaschinen sind weniger auf eine komplexe Synchronsteuerung angewiesen, erfordern jedoch eine präzisere Echtzeitüberwachung und Kompensationstechnologie hinsichtlich Vibrationsfestigkeit und dynamischem Gleichgewicht, um sicherzustellen, dass während der Laserbearbeitung keine Fehler durch Vibrationen und Schwerpunktänderungen auftreten.
4.2 Wartung und Wirtschaftlichkeit
1) Portalanlagen haben eine große Struktur und viele Komponenten, sodass Wartung und Kalibrierung relativ komplex sind. Für einen langfristigen Betrieb sind strenge Inspektions- und Staubschutzmaßnahmen erforderlich. Gleichzeitig dürfen der Verschleiß und der Energieverbrauch durch den Betrieb unter hoher Last nicht vernachlässigt werden.
2) Auslegergeräte haben eine einfachere Struktur, geringere Wartungs- und Änderungskosten und eignen sich besser für kleine und mittlere Fabriken sowie für Automatisierungstransformationsanforderungen. Die Anforderung an dynamische Hochgeschwindigkeitsleistung bedeutet jedoch auch, dass auf die Konstruktion und Aufrechterhaltung der Vibrationsfestigkeit und Langzeitstabilität des Bettes geachtet werden muss.
5. Zusammenfassung
Berücksichtigen Sie alle oben genannten Informationen:
1) Struktur und Bewegung
Die Portalstruktur ähnelt einer kompletten „Tür“. Sie nutzt Doppelsäulen zum Antrieb des Querträgers. Sie ist steifer und kann große Werkstücke handhaben, erfordert jedoch besondere Aufmerksamkeit hinsichtlich der Synchronisation und der Stellfläche.
Die Auslegerstruktur ist einseitig auslegerförmig. Obwohl der Verarbeitungsbereich begrenzt ist, weist sie eine kompakte Struktur und hohe Flexibilität auf, was der Automatisierung und dem Schneiden mit mehreren Winkeln förderlich ist.
2) Verarbeitungsvorteile und anwendbare Szenarien
Der Portaltyp eignet sich besser für großflächige, große Werkstücke und die Anforderungen einer Hochgeschwindigkeits-Chargenproduktion und eignet sich auch für Produktionsumgebungen, die über eine große Grundfläche verfügen und entsprechende Wartungsbedingungen aufweisen.
Der Cantilever-Typ eignet sich besser für die Bearbeitung kleiner und mittelgroßer, komplexer Oberflächen und eignet sich für Situationen mit begrenztem Platz und dem Streben nach hoher Flexibilität und niedrigen Wartungskosten.
Je nach spezifischen Verarbeitungsanforderungen, Werkstückgröße, Budget und Fabrikbedingungen sollten Ingenieure und Hersteller bei der Auswahl von Werkzeugmaschinen die Vor- und Nachteile abwägen und die Ausrüstung auswählen, die am besten zu den tatsächlichen Produktionsbedingungen passt.
Veröffentlichungszeit: 14. April 2025
