الاختلافات بين آلات القطع بالليزر ثلاثية الأبعاد ذات الخمسة محاور ذات الجسر والرافعة

1. الهيكل ووضع الحركة

1.1 هيكل الجسر

1) البنية الأساسية ونمط الحركة

يشبه النظام بأكمله "بابًا". يتحرك رأس معالجة الليزر على طول شعاع "القنطرة"، ويحرك محركان عمودي القناطرة للتحرك على سكة التوجيه المحورية X. الشعاع، باعتباره مكونًا حاملًا للحمل، قادر على تحقيق شوط كبير، مما يجعل معدات القناطرة مناسبة لمعالجة قطع العمل كبيرة الحجم.

2) الصلابة والاستقرار الهيكلي

يضمن تصميم الدعم المزدوج توزيعًا متساويًا للشعاع، ويمنع تشوهه بسهولة، مما يضمن استقرار خرج الليزر ودقة القطع، ويحقق تحديدًا سريعًا للمواقع واستجابة ديناميكية تلبي متطلبات المعالجة عالية السرعة. في الوقت نفسه، يوفر هيكله العام صلابة هيكلية عالية، خاصةً عند معالجة قطع العمل كبيرة الحجم وسميكة.

1.2 هيكل الكابولي

1) البنية الأساسية ونمط الحركة

تعتمد معدات الكابولي على هيكل شعاعي كابولي مع دعم أحادي الجانب. يُعلّق رأس معالجة الليزر على الشعاع، بينما يُعلّق الجانب الآخر، على غرار "ذراع الكابولي". عادةً، يُحرّك المحور X بواسطة محرك، بينما يتحرك جهاز الدعم على سكة التوجيه، مما يُتيح لرأس المعالجة نطاق حركة أوسع في اتجاه المحور Y.

2) هيكل مدمج ومرونة

نظرًا لعدم وجود دعم على أحد جانبي التصميم، أصبح الهيكل العام أكثر إحكامًا ويشغل مساحة صغيرة. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع رأس القطع بمساحة تشغيل أكبر في اتجاه المحور Y، مما يُمكّن من تحقيق عمليات معالجة محلية معقدة أكثر تعمقًا ومرونة، وهو مناسب لإنتاج تجارب القوالب، وتطوير المركبات النموذجية، وتلبية احتياجات الإنتاج متعددة الأنواع والمتغيرات على دفعات صغيرة ومتوسطة.

2. مقارنة المزايا والعيوب

2.1 مزايا وعيوب أدوات الآلات الجسرية

2.1.1 المزايا

1) صلابة هيكلية جيدة وثبات عالي

تصميم الدعم المزدوج (هيكل يتكون من عمودين وعارضة) يجعل منصة المعالجة صلبة. أثناء التموضع والقطع عالي السرعة، يكون خرج الليزر مستقرًا للغاية، مما يتيح معالجة مستمرة ودقيقة.

2) نطاق معالجة كبير

إن استخدام شعاع تحمل حمولة أوسع يمكن أن يعالج بشكل مستقر قطع العمل التي يزيد عرضها عن 2 متر أو حتى أكبر، وهو مناسب للمعالجة عالية الدقة لقطع العمل كبيرة الحجم في الطيران والسيارات والسفن وما إلى ذلك.

2.1.2 العيوب

1) مشكلة التزامن

يُستخدم محركان خطيان لتشغيل عمودين. في حال حدوث مشاكل في التزامن أثناء الحركة بسرعات عالية، قد ينحرف الشعاع أو ينحرف قطريًا. هذا لا يقلل من دقة المعالجة فحسب، بل قد يُسبب أيضًا تلفًا لمكونات ناقل الحركة، مثل التروس والرفوف، ويزيد من التآكل، ويزيد من تكاليف الصيانة.

2) مساحة كبيرة

تتميز آلات الأدوات الجسرية بحجمها الكبير ولا يمكنها عادةً تحميل وتفريغ المواد إلا على طول اتجاه المحور X، مما يحد من مرونة التحميل والتفريغ الآلي ولا يناسب أماكن العمل ذات المساحة المحدودة.

3) مشكلة الامتزاز المغناطيسي

عند استخدام محرك خطي لتشغيل دعامة المحور X وشعاع المحور Y في آنٍ واحد، تمتص مغناطيسيته القوية مسحوق المعدن بسهولة على المسار. قد يؤثر تراكم الغبار والمسحوق طويل الأمد على دقة تشغيل المعدات وعمرها الافتراضي. لذلك، عادةً ما تُجهّز أدوات الآلات متوسطة وعالية الجودة بأغطية غبار وأنظمة إزالة غبار الطاولة لحماية مكونات ناقل الحركة.

2.2 مزايا وعيوب أدوات الآلات الكابولية

2.2.1 المزايا

1) هيكل مدمج ومساحة صغيرة

بفضل تصميم الدعم أحادي الجانب، أصبح الهيكل العام أبسط وأكثر إحكاما، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في المصانع وورش العمل ذات المساحة المحدودة.

2) متانة قوية وتقليل مشاكل المزامنة

استخدام محرك واحد فقط لتشغيل المحور X يُجنّب مشكلة التزامن بين محركات متعددة. وفي الوقت نفسه، إذا كان المحرك يُشغّل نظام ناقل الحركة ذي الترس والرف عن بُعد، يُمكنه أيضًا تقليل مشكلة امتصاص الغبار المغناطيسي.

3) التغذية المريحة والتحويل الآلي السهل

يتيح تصميم الكابولي تغذية الآلة من اتجاهات متعددة، مما يُسهّل ربطها بالروبوتات أو أنظمة النقل الآلية الأخرى. وهو مناسب للإنتاج الضخم، مع تبسيط التصميم الميكانيكي، وتقليل تكاليف الصيانة ووقت التوقف، وتحسين قيمة استخدام المعدات طوال دورة حياتها.

4) مرونة عالية

بسبب عدم وجود أذرع دعم معوقة، في ظل نفس ظروف حجم أداة الماكينة، يكون لرأس القطع مساحة تشغيل أكبر في اتجاه المحور Y، ويمكن أن يكون أقرب إلى قطعة العمل، ويحقق قطعًا ولحامًا دقيقًا أكثر مرونة وموضعيًا، وهو مناسب بشكل خاص لتصنيع القوالب وتطوير النماذج الأولية والتصنيع الدقيق لقطع العمل الصغيرة والمتوسطة الحجم.

2.2.2 العيوب

1) نطاق المعالجة المحدود

نظرًا لأن العارضة الحاملة للحمل في هيكل الكابولي معلقة، فإن طولها محدود (غير مناسب بشكل عام لقطع قطع العمل التي يزيد عرضها عن 2 متر)، ونطاق المعالجة محدود نسبيًا.

2) عدم الاستقرار الكافي في السرعة العالية

هيكل الدعم أحادي الجانب يجعل مركز ثقل الآلة منحازًا نحو جانب الدعم. عند تحرك رأس المعالجة على طول المحور Y، وخاصةً في العمليات عالية السرعة بالقرب من الطرف المعلق، من المرجح أن يُسبب تغير مركز ثقل العارضة العرضية وعزم العمل الأكبر اهتزازًا وتذبذبًا، مما يُشكل تحديًا أكبر للاستقرار العام للآلة. لذلك، يجب أن يتمتع سطح الآلة بصلابة ومقاومة اهتزاز أعلى لتعويض هذا التأثير الديناميكي.

3. مناسبات التقديم واقتراحات الاختيار

3.1 أداة آلية جسرية

ينطبق على عمليات القطع بالليزر ذات الأحمال الثقيلة والأحجام الكبيرة ومتطلبات الدقة العالية، مثل صناعات الطيران والسيارات والقوالب الكبيرة وبناء السفن. على الرغم من مساحته الكبيرة ومتطلباته العالية لمزامنة المحركات، إلا أنه يتميز بمزايا واضحة من حيث الاستقرار والدقة في الإنتاج واسع النطاق وعالي السرعة.

3.2 أدوات آلية ذراعية

إنها أكثر ملاءمةً للتشغيل الدقيق وقطع الأسطح المعقدة لقطع العمل الصغيرة والمتوسطة الحجم، خاصةً في الورش ذات المساحة المحدودة أو التغذية متعددة الاتجاهات. تتميز بهيكل مدمج ومرونة عالية، مع تبسيط الصيانة وتكامل الأتمتة، مما يوفر مزايا واضحة من حيث التكلفة والكفاءة لإنتاج تجارب القوالب، وتطوير النماذج الأولية، وإنتاج الدفعات الصغيرة والمتوسطة.

4. اعتبارات نظام التحكم والصيانة

4.1 نظام التحكم

1) تعتمد أدوات الآلة الجسرية عادةً على أنظمة CNC عالية الدقة وخوارزميات التعويض لضمان مزامنة المحركين، مما يضمن عدم محاذاة العارضة المتقاطعة أثناء الحركة عالية السرعة، وبالتالي الحفاظ على دقة المعالجة.

2) تعتمد أدوات الآلة الكابولية بشكل أقل على التحكم المتزامن المعقد، ولكنها تتطلب مراقبة أكثر دقة في الوقت الفعلي وتكنولوجيا التعويض من حيث مقاومة الاهتزاز والتوازن الديناميكي لضمان عدم وجود أخطاء بسبب الاهتزاز والتغيرات في مركز الثقل أثناء معالجة الليزر.

4.2 الصيانة والاقتصاد

١) تتميز معدات القنطرية بهيكلها الكبير ومكوناتها المتعددة، مما يجعل صيانتها ومعايرتها معقدة نسبيًا. يتطلب التشغيل طويل الأمد فحصًا دقيقًا وإجراءات وقائية من الغبار. في الوقت نفسه، لا يمكن تجاهل التآكل واستهلاك الطاقة الناتجين عن التشغيل تحت الأحمال العالية.

٢) تتميز معدات الكابولي بهيكل أبسط، وتكاليف صيانة وتعديل أقل، وهي أكثر ملاءمة للمصانع الصغيرة والمتوسطة الحجم واحتياجات تحويل الأتمتة. ومع ذلك، فإن متطلبات الأداء الديناميكي عالي السرعة تتطلب أيضًا الاهتمام بتصميم وصيانة مقاومة الاهتزاز واستقرار السرير على المدى الطويل.

5. الملخص

خذ جميع المعلومات المذكورة أعلاه بعين الاعتبار:

1) البنية والحركة

هيكل البوابة يشبه "الباب" الكامل. يستخدم عمودين لتحريك العارضة العرضية. يتميز بصلابة أعلى وقدرة على التعامل مع قطع العمل كبيرة الحجم، إلا أن التزامن ومساحة الأرضية هما أمران يحتاجان إلى عناية.

يعتمد هيكل الكابولي تصميمًا أحادي الجانب. على الرغم من محدودية نطاق المعالجة، يتميز بهيكل مدمج ومرونة عالية، مما يُسهّل الأتمتة والقطع متعدد الزوايا.

2) مزايا المعالجة والسيناريوهات القابلة للتطبيق

يعتبر نوع الجانتري أكثر ملاءمة لمساحات كبيرة وقطع العمل الكبيرة واحتياجات الإنتاج الدفعي عالي السرعة، كما أنه مناسب لبيئات الإنتاج التي يمكنها استيعاب مساحة أرضية كبيرة وتتمتع بظروف صيانة مقابلة؛

يعتبر النوع الكابولي أكثر ملاءمة لمعالجة الأسطح المعقدة الصغيرة والمتوسطة الحجم، ومناسب للمناسبات ذات المساحة المحدودة والسعي إلى المرونة العالية وتكاليف الصيانة المنخفضة.

وفقًا لمتطلبات المعالجة المحددة وحجم قطعة العمل والميزانية وظروف المصنع، يجب على المهندسين والمصنعين أن يزنوا المزايا والعيوب عند اختيار أدوات الماكينة واختيار المعدات التي تناسب ظروف الإنتاج الفعلية بشكل أفضل.