1. Structure et mode de déplacement
1.1 Structure du portique
1) Structure de base et mode de déplacement
L'ensemble du système fonctionne comme une « porte ». La tête d'usinage laser se déplace le long du faisceau du portique, et deux moteurs entraînent les deux colonnes du portique sur le rail de guidage de l'axe X. Le faisceau, élément porteur, permet une grande course, ce qui rend le portique adapté à l'usinage de pièces de grandes dimensions.
2) Rigidité et stabilité structurelles
La conception à double support assure une contrainte uniforme du faisceau et une faible déformation, garantissant ainsi la stabilité de la sortie laser et la précision de la découpe. Elle permet également un positionnement rapide et une réponse dynamique pour répondre aux exigences d'usinage à grande vitesse. Parallèlement, son architecture globale offre une grande rigidité structurelle, notamment pour l'usinage de pièces de grandes dimensions et épaisses.
1.2 Structure en porte-à-faux
1) Structure de base et mode de déplacement
L'équipement cantilever adopte une structure à poutre en porte-à-faux avec support unilatéral. La tête d'usinage laser est suspendue à la poutre, tandis que l'autre côté est suspendu, à la manière d'un bras cantilever. Généralement, l'axe X est entraîné par un moteur et le dispositif de support se déplace sur le rail de guidage, ce qui offre à la tête d'usinage une plus grande amplitude de mouvement sur l'axe Y.
2) Structure compacte et flexibilité
Grâce à l'absence de support latéral, la structure globale est plus compacte et occupe un espace réduit. De plus, la tête de coupe offre un espace de travail plus important sur l'axe Y, ce qui permet des opérations d'usinage complexes locales plus approfondies et plus flexibles, adaptées à la production d'essais de moules, au développement de prototypes de véhicules et aux besoins de production multivariée et multivariée en petites et moyennes séries.
2. Comparaison des avantages et des inconvénients
2.1 Avantages et inconvénients des machines-outils à portique
2.1.1 Avantages
1) Bonne rigidité structurelle et grande stabilité
La conception à double support (structure composée de deux colonnes et d'une poutre) assure la rigidité de la plateforme d'usinage. Lors du positionnement et de la découpe à grande vitesse, la sortie laser est extrêmement stable, permettant un usinage continu et précis.
2) Large gamme de traitement
L'utilisation d'une poutre porteuse plus large permet de traiter de manière stable des pièces d'une largeur supérieure à 2 mètres ou même plus, ce qui convient au traitement de haute précision de pièces de grande taille dans l'aviation, l'automobile, les navires, etc.
2.1.2 Inconvénients
1) Problème de synchronicité
Deux moteurs linéaires entraînent deux colonnes. En cas de problèmes de synchronisation lors d'un mouvement à grande vitesse, le faisceau peut être désaligné ou tiré en diagonale. Cela peut non seulement réduire la précision de l'usinage, mais aussi endommager les composants de transmission tels que les engrenages et les crémaillères, accélérer l'usure et augmenter les coûts de maintenance.
2) Grande empreinte
Les machines-outils à portique sont de grande taille et ne peuvent généralement charger et décharger des matériaux que dans la direction de l'axe X, ce qui limite la flexibilité du chargement et du déchargement automatisés et ne convient pas aux lieux de travail avec un espace limité.
3) Problème d'adsorption magnétique
Lorsqu'un moteur linéaire entraîne simultanément le support de l'axe X et le faisceau de l'axe Y, son puissant magnétisme absorbe facilement la poudre métallique présente sur le rail. L'accumulation prolongée de poussière et de poudre peut affecter la précision de fonctionnement et la durée de vie de l'équipement. Par conséquent, les machines-outils milieu et haut de gamme sont généralement équipées de capots anti-poussière et de systèmes de dépoussiérage de table pour protéger les composants de transmission.
2.2 Avantages et inconvénients des machines-outils en porte-à-faux
2.2.1 Avantages
1) Structure compacte et faible encombrement
Grâce à la conception du support unilatéral, la structure globale est plus simple et plus compacte, ce qui est pratique pour une utilisation dans les usines et les ateliers avec un espace limité.
2) Forte durabilité et problèmes de synchronisation réduits
L'utilisation d'un seul moteur pour entraîner l'axe X évite les problèmes de synchronisation entre plusieurs moteurs. De plus, si le moteur entraîne à distance le système de transmission à crémaillère, il peut également réduire le problème d'absorption de poussière magnétique.
3) Alimentation pratique et transformation automatisée facile
La conception en porte-à-faux permet à la machine-outil d'avancer dans plusieurs directions, ce qui facilite l'arrimage à des robots ou autres systèmes de convoyage automatisés. Adaptée à la production de masse, elle simplifie la conception mécanique, réduit les coûts de maintenance et les temps d'arrêt, et améliore la valeur d'utilisation de l'équipement tout au long de son cycle de vie.
4) Grande flexibilité
En raison de l'absence de bras de support obstructifs, dans les mêmes conditions de taille de machine-outil, la tête de coupe a un espace de fonctionnement plus grand dans la direction de l'axe Y, peut être plus proche de la pièce et réaliser une coupe et un soudage fins plus flexibles et localisés, ce qui est particulièrement adapté à la fabrication de moules, au développement de prototypes et à l'usinage de précision de pièces de petite et moyenne taille.
2.2.2 Inconvénients
1) Plage de traitement limitée
Étant donné que la traverse porteuse de la structure en porte-à-faux est suspendue, sa longueur est limitée (généralement inadaptée à la découpe de pièces d'une largeur supérieure à 2 mètres) et la plage de traitement est relativement limitée.
2) Stabilité à grande vitesse insuffisante
La structure de support unilatérale oriente le centre de gravité de la machine-outil vers le côté support. Lorsque la tête d'usinage se déplace le long de l'axe Y, notamment lors des opérations à grande vitesse près de l'extrémité suspendue, le déplacement du centre de gravité de la traverse et le couple de travail plus important sont susceptibles de provoquer des vibrations et des fluctuations, compromettant ainsi la stabilité globale de la machine-outil. Par conséquent, le banc doit présenter une rigidité et une résistance aux vibrations supérieures pour compenser cet impact dynamique.
3. Occasions d'application et suggestions de sélection
3.1 Machine-outil à portique
Convient aux découpes laser nécessitant de lourdes charges, de grandes dimensions et une précision élevée, notamment dans les secteurs de l'aéronautique, de l'automobile, des grands moules et de la construction navale. Malgré son encombrement important et ses exigences élevées en matière de synchronisation des moteurs, il présente des avantages évidents en termes de stabilité et de précision pour la production à grande échelle et à grande vitesse.
3.2 Machines-outils à porte-à-faux
Il est particulièrement adapté à l'usinage de précision et à la découpe de surfaces complexes de pièces de petite et moyenne taille, notamment dans les ateliers disposant d'espaces restreints ou d'une alimentation multidirectionnelle. Sa structure compacte et sa grande flexibilité simplifient la maintenance et l'intégration de l'automatisation, offrant ainsi des avantages évidents en termes de coût et d'efficacité pour la production d'essais de moules, le développement de prototypes et la production de petites et moyennes séries.
4. Considérations relatives au système de contrôle et à la maintenance
4.1 Système de contrôle
1) Les machines-outils à portique s'appuient généralement sur des systèmes CNC de haute précision et des algorithmes de compensation pour assurer la synchronisation des deux moteurs, garantissant que la traverse ne sera pas désalignée pendant le mouvement à grande vitesse, maintenant ainsi la précision du traitement.
2) Les machines-outils en porte-à-faux dépendent moins d'un contrôle synchrone complexe, mais nécessitent une technologie de surveillance et de compensation en temps réel plus précise en termes de résistance aux vibrations et d'équilibre dynamique pour garantir qu'il n'y aura pas d'erreurs dues aux vibrations et aux changements du centre de gravité pendant le traitement au laser.
4.2 Maintenance et économie
1) Les équipements à portique présentent une structure imposante et de nombreux composants, ce qui rend leur maintenance et leur étalonnage relativement complexes. Des mesures strictes d'inspection et de prévention de la poussière sont nécessaires pour un fonctionnement à long terme. Parallèlement, l'usure et la consommation d'énergie causées par un fonctionnement à forte charge ne peuvent être ignorées.
2) Les équipements cantilever présentent une structure plus simple, des coûts de maintenance et de modification réduits et sont mieux adaptés aux petites et moyennes usines et aux besoins de transformation automatisée. Cependant, l'exigence de performances dynamiques à grande vitesse implique également une attention particulière à la conception et à la maintenance de la résistance aux vibrations et de la stabilité à long terme du banc.
5. Résumé
Prenez en considération toutes les informations ci-dessus :
1) Structure et mouvement
La structure du portique est similaire à une porte complète. Elle utilise des colonnes doubles pour entraîner la traverse. Elle offre une rigidité accrue et permet de manipuler des pièces de grandes dimensions, mais la synchronisation et l'encombrement au sol sont des aspects à prendre en compte.
La structure en porte-à-faux adopte une conception monoface. Malgré une plage de traitement limitée, elle présente une structure compacte et une grande flexibilité, propices à l'automatisation et à la découpe multi-angles.
2) Avantages du traitement et scénarios applicables
Le type de portique est plus adapté aux grandes surfaces, aux grandes pièces et aux besoins de production par lots à grande vitesse, et convient également aux environnements de production qui peuvent accueillir une grande surface au sol et avoir des conditions de maintenance correspondantes ;
Le type cantilever est plus adapté au traitement de surfaces complexes de petite et moyenne taille et convient aux occasions avec un espace limité et à la recherche d'une grande flexibilité et de faibles coûts de maintenance.
En fonction des exigences de traitement spécifiques, de la taille de la pièce, du budget et des conditions de l'usine, les ingénieurs et les fabricants doivent peser les avantages et les inconvénients lors de la sélection des machines-outils et choisir l'équipement qui convient le mieux aux conditions de production réelles.
Date de publication : 14 avril 2025
