Quando acquistano una macchina CNC a portale, molti acquirenti confrontano innanzitutto la corsa degli assi, le dimensioni della tavola, la potenza del mandrino e il controllo CNC. Tuttavia, il design strutturale della macchina è altrettanto importante perché influisce sulla capacità di carico, sull'ingombro, sulla precisione della lavorazione, sui requisiti di installazione e sull'investimento totale.
Le macchine CNC a portale sono ampiamente utilizzate per la lavorazione di stampi di grandi dimensioni, basi di macchine, parti strutturali, apparecchiature energetiche, componenti aerospaziali e altri pezzi troppo grandi o pesanti per un centro di lavoro verticale standard.
Sebbene i produttori possano utilizzare nomi di modelli diversi, la maggior parte delle macchine CNC a portale industriale può essere suddivisa in tre tipi strutturali pratici:
- Centri di lavoro a portale a trave fissa-.
- Centri di lavoro a-portale o a montante mobile-a montante mobile.
- Macchine a portale di tipo-a ponte-di alta precisione.
Ogni struttura ha i suoi vantaggi e limiti. La macchina più costosa non è necessariamente quella più adatta. È necessario selezionare la struttura in base alle dimensioni del pezzo, al peso, al materiale, alla precisione richiesta, al processo di lavorazione e allo spazio disponibile in officina.
Cos'è una macchina CNC a portale?
Una macchina CNC a portale è un grande centro di lavoro costruito attorno a due colonne verticali e una traversa orizzontale. Insieme, questi componenti formano una struttura a forma di portale-sopra l'area di lavoro.
Il mandrino si muove lungo la traversa ed esegue operazioni come fresatura, foratura, alesatura, maschiatura, alesatura e lavorazione dei contorni. A seconda della configurazione della macchina, può anche utilizzare teste angolari, teste di estensione o teste di fresatura a cinque-assi per lavorare più lati di un pezzo.
Rispetto ad un centro di lavoro verticale convenzionale, acentro di lavoro a portalenormalmente prevede:
- Un volume di lavorazione più ampio
- Maggiore distanza tra le colonne
- Maggiore rigidità strutturale
- Maggiore capacità di carico della tavola
- Migliore supporto per pezzi di grandi dimensioni
- Altre opzioni per la lavorazione multi-faccia
- Maggiore capacità di taglio-pesante
La principale differenza strutturale tra le macchine a portale è quale parte si muove durante la lavorazione. Il tavolo, il telaio del portale, la traversa e il sistema a mandrino possono essere disposti in modo diverso, creando caratteristiche prestazionali diverse.
Confronto tra i tre tipi di macchine CNC a portale
|
Tipo di macchina |
Componente mobile principale |
Tavolo da lavoro |
Vantaggio principale |
Limitazione principale |
Applicazioni tipiche |
|
Portale a trave fissa- |
Il piano di lavoro si muove lungo l'asse X-, mentre il mandrino si muove lungo gli assi Y- e Z- |
Piano di lavoro mobile |
Struttura matura, costi di acquisto inferiori, buona rigidità e manutenzione più semplice |
Carico tavolo limitato; richiede più spazio di installazione perché il tavolo si muove longitudinalmente |
Basi di stampi, componenti di macchine, piastre di grandi dimensioni, utensili automobilistici e lavorazione generale di pezzi di grandi-parti |
|
Portale a colonna- mobile |
Le colonne e la traversa si muovono lungo l'asse X-, mentre il mandrino si muove lungo gli assi Y- e Z- |
Piano di lavoro fisso |
Adatto per pezzi lunghi e pesanti; offre un carico flessibile e un'elevata capacità di carico |
Costo più elevato; la sincronizzazione a doppia-unità e il posizionamento-sull'asse lungo richiedono una tecnologia più avanzata |
Parti ferroviarie, apparecchiature energetiche, strutture di costruzione navale, telai di macchine di grandi dimensioni e componenti industriali pesanti |
|
Ponte-Tipo Gantry |
La testa del mandrino e il sistema di assi si muovono sopra l'area di lavorazione |
Di solito un tavolo di lavoro fisso |
Elevata rigidità, precisione di lavorazione, risposta dinamica e qualità della superficie |
Costi delle apparecchiature più elevati e requisiti più severi per configurazione, calibrazione, fondazione e controllo della temperatura |
Parti aerospaziali, stampi di precisione, giranti, superfici complesse, prototipi e lavorazione a cinque-assi |
Centro di lavoro-a portale con trave fissa
Un centro di lavoro a portale a trave fissa- utilizza due colonne fisse e una traversa fissa per formare il telaio del portale. Il piano di lavoro solitamente si sposta longitudinalmente lungo l'asse X-. La sella del mandrino si sposta lungo la trave lungo l'asse Y-, mentre il pistone o la testa del mandrino si muove verticalmente lungo l'asse Z-.
Questa è una delle strutture a portale più utilizzate perché il suo design è maturo, pratico e relativamente economico.
Vantaggi di una macchina a portale-a trave fissa
Il vantaggio principale di un portale a trave fissa- è il suo investimento iniziale inferiore.
Poiché le colonne e la traversa rimangono fisse, la macchina non ha bisogno di spostare e sincronizzare l'intero telaio del portale. La progettazione meccanica, il sistema di azionamento, il processo di assemblaggio e i requisiti di controllo sono generalmente meno complessi di quelli di una grande macchina a portale mobile-.
La struttura fissa può anche fornire una buona rigidità per operazioni generali di fresatura, foratura, alesatura e sgrossatura. Per molti produttori di stampi e stabilimenti di lavorazione generale, offre un adeguato equilibrio tra prezzo, rigidità, precisione e produttività.
Una macchina a portale a trave fissa viene comunemente utilizzata per elaborare:
- Stampi ad iniezione
- Stampi per pressofusione-
- Basi macchina
- Alloggiamenti del cambio
- Grandi piastre in acciaio
- Utensili automobilistici
- Parti meccaniche generali
- Casting di medie-dimensioni
- Componenti strutturali saldati
Se le dimensioni e il peso del pezzo rimangono entro un intervallo relativamente stabile, questa struttura è spesso la scelta più conveniente-.
Limitazioni di una macchina a portale-a trave fissa
Il suo limite principale è che il piano di lavoro e il pezzo si muovono insieme.
Man mano che il pezzo diventa più pesante, il sistema di azionamento della macchina deve spostare una massa totale molto maggiore. Il peso della tavola, il peso dell'attrezzatura e il peso del pezzo influiscono tutti sull'accelerazione, sulla decelerazione, sulla risposta al posizionamento, sul carico della guida e sulle prestazioni meccaniche a lungo termine.
Per questo motivo la capacità di carico di una macchina a trave fissa-non può essere valutata solo guardando le dimensioni della tavola.
Dovresti anche controllare:
- Carico massimo consentito della tavola
- Requisiti di distribuzione del carico
- Struttura del basamento della macchina
- Tipo e dimensioni della guida
- Capacità della vite a ricircolo di sfere o dell'azionamento
- Centro di gravità del pezzo
- Accelerazione dell'asse X-
- Requisiti della fondazione
La tavola mobile aumenta anche la lunghezza totale della macchina. Il letto deve fornire una corsa sufficiente affinché il tavolo possa spostarsi lungo l'intero asse X-.
Ad esempio, una macchina a portale con circa quattro metri di corsa dell'asse X- può richiedere una lunghezza di installazione complessiva di oltre otto metri, a seconda della lunghezza del tavolo, della protezione, del trasportatore di trucioli, dell'armadio elettrico e dello spazio per la manutenzione.
Dovresti quindi richiedere un layout completo della macchina prima di confermare il piano dell'officina.
Quando dovresti scegliere un portale-a trave fissa?
Un centro di lavoro a portale con trave fissa- è adatto quando:
- Il peso del pezzo rientra nel carico consentito della tavola
- La lunghezza del pezzo non è estremamente grande.
- Hai abbastanza spazio per il movimento del tavolo.
- Sono necessarie sia capacità di sgrossatura che di finitura.
- Vuoi controllare l'investimento iniziale in macchina.
- La vostra produzione riguarda principalmente la lavorazione a tre-assi o 3+2-assi.
Per stampi standard, componenti di macchine e parti industriali di dimensioni medio-e-grandi, questa è in genere la prima struttura a portale che vale la pena considerare.
Centro di lavoro-a portale a colonne mobili
Un centro di lavoro a portale-a colonne mobili utilizza un piano di lavoro fisso mentre le colonne del portale e la traversa si spostano lungo l'asse X-. La sella del mandrino si muove attraverso la traversa lungo l'asse Y-, mentre il pistone del mandrino si muove verticalmente lungo l'asse Z-. Poiché il pezzo rimane fermo durante la lavorazione, questa struttura è particolarmente adatta per componenti lunghi, pesanti o di forma irregolare.
Rispetto a una macchina a tavola mobile, un portale a colonna mobile non ha bisogno di accelerare e decelerare il pezzo insieme alla tavola. Tuttavia, la capacità di carico effettiva dipende ancora dal piano di lavoro, dalla fondazione, dal carico sul pavimento, dalla struttura della macchina e dal metodo di supporto del pezzo.
Vantaggi di una macchina a portale- a colonne mobili
Il vantaggio principale di una macchina a portale-a colonne mobili è il piano di lavoro fisso. Poiché il pezzo non si muove durante la lavorazione, la macchina può accogliere pezzi più pesanti e più lunghi riducendo l'influenza del peso del pezzo sul movimento dell'asse.
Questa struttura fornisce anche carico e scarico flessibili. I pezzi lunghi possono essere posizionati direttamente sulla tavola e alcune macchine possono utilizzare zone di lavoro separate per la lavorazione e l'impostazione del pezzo. Per la corsa lunga dell'asse X-, il tavolo fisso può anche ridurre la lunghezza totale di installazione rispetto a una struttura del tavolo- mobile.
Un centro di lavoro a portale-a montante mobile offre numerosi vantaggi pratici:
- Adatto per pezzi lunghi e pesanti
- Nessun movimento del pezzo durante la lavorazione
- Caricamento flessibile e supporto del pezzo
- Risposta dell'asse più coerente sotto carichi diversi
- Adatto per la corsa estesa dell'asse X-
- Potenziale per zone di lavoro divise
Perché una macchina a portale- a colonne mobili è più costosa?
Una macchina a portale- a colonne mobili generalmente costa di più perché le sue colonne e la traversa formano un grande assieme mobile. Entrambi i lati devono spostarsi con precisione e rimanere sincronizzati per tutta la corsa completa dell'asse X-.
Molti modelli di grandi dimensioni utilizzano doppi servomotori, sistemi a doppio-azionamento, trasmissione a cremagliera-e-pignone, scale lineari e sincronizzazione del portale elettronico. Se i due lati non si muovono in modo coerente, la macchina potrebbe presentare errori di imbardata, carico irregolare sulla guida, deviazione di posizionamento o stress strutturale.
I costi aggiuntivi possono derivare da:
- Servomotori e sistemi di azionamento più grandi
- Sincronizzazione elettronica a doppio asse-
- Trasmissione a-cremagliera-e-pignone ad alta precisione
- Feedback su scala lineare
- Installazione di guide più impegnativa
- Funzioni avanzate di controllo CNC
- Lavori complessi di fondazione e allineamento
- Calibrazione laser su corse lunghe
Il prezzo più alto riflette quindi non solo la struttura più grande ma anche i requisiti aggiuntivi di controllo, feedback, installazione e calibrazione.
Applicazioni tipiche delle-macchine a portale a colonne mobili
I centri di lavoro a portale-a colonne mobili sono selezionati principalmente per pezzi di grandi dimensioni che sono troppo pesanti, lunghi o difficili da spostare in modo efficiente su una tavola mobile convenzionale.
Le applicazioni tipiche includono:
- Componenti ferroviari
- Impianti per l'energia eolica-
- Strutture cantieristiche
- Basamenti e telai macchina di grandi dimensioni
- Parti di macchine edili
- Apparecchiature per la generazione di energia-
- Strutture saldate lunghe
- Componenti strutturali aerospaziali
- Stampi e matrici di grandi dimensioni
- Getti industriali pesanti
Dovresti prendere in considerazione un centro di lavoro a portale-a colonne mobili quando il peso del pezzo, la corsa estesa dell'asse X-, la flessibilità di carico o l'utilizzo dello spazio-dell'officina sono più importanti del raggiungimento del prezzo iniziale più basso della macchina.
Macchina a portale-a ponte-di alta precisione
Una macchina di tipo-a ponte-ad alta precisione utilizza una struttura a ponte o portale rigida attorno all'area di lavoro. I movimenti dell'asse principale e del mandrino sono disposti sopra il pezzo.
A seconda del progetto, il ponte può rimanere fisso o spostarsi lungo un asse. La sella del mandrino, il pistone, la testa rotante o la traversa completano gli altri movimenti.
Queste macchine vengono spesso utilizzate per lavorazioni ad alta-velocità, alta-precisione e a cinque-assi. Sono particolarmente comuni nelle applicazioni di precisione di piccole e medie-dimensioni, sebbene siano disponibili anche macchine di tipo a ponte-di grandi dimensioni.
Vantaggi di una struttura di tipo-bridge di precisione
Il vantaggio principale è la capacità di creare un percorso di forza breve e relativamente simmetrico tra il punto di taglio e la struttura della macchina.
Quando il ponte, le colonne, la base e il sistema di assi sono progettati correttamente, la macchina può fornire una buona rigidità, un movimento dinamico stabile e una deformazione controllata.
Le macchine di tipo bridge-di precisione possono anche utilizzare:
- Strutture di macchine simmetriche
- Mandrini motore ad alta-velocità
- Assi rotanti a azionamento diretto-
- Scale lineari
- Guide di scorrimento ad alta-precisione
- Sistemi di raffreddamento mandrini
- Raffreddamento con vite a ricircolo di sfere
- Compensazione termica
- Compensazione della precisione volumetrica
- Controlli CNC avanzati a cinque-assi
Queste configurazioni aiutano la macchina a mantenere la precisione del contorno e la qualità della superficie durante movimenti complessi multiasse.
Limitazioni delle macchine di tipo-bridge
La precisione non deriva solo dalla forma della macchina.
Una struttura di tipo-a ponte richiede normalmente componenti-di qualità superiore, un assemblaggio più accurato, un controllo termico più rigoroso e una calibrazione più avanzata. Il suo sistema CNC e gli assi rotanti devono inoltre fornire le prestazioni di interpolazione e posizionamento richieste.
Pertanto, una macchina a ponte-di alta precisione-può costare molto di più di una macchina a portale a trave fissa-a tre{2}}asse standard.
Anche la fondazione, la temperatura dell'officina, gli utensili, le condizioni di taglio, la progettazione dell'attrezzatura e la capacità dell'operatore possono influenzare il risultato finale della lavorazione.
Applicazioni tipiche
Le macchine a ponte-e a portale di precisione sono ampiamente utilizzate per:
- Parti strutturali aerospaziali
- Giranti
- Stampi di precisione
- Superfici curve complesse
- Prototipi automobilistici
- Componenti in alluminio
- Parti mediche
- Componenti energetici
- Lavorazione di stampi ad alta-velocità
- Lavorazione multi-faccia a cinque-assi
Le macchine a portale superiori ai sei metri sono sempre di tipo mobile?
Non sempre. Man mano che la corsa dell'asse X-e il peso del pezzo aumentano, una struttura a portale-mobile diventa più pratica perché la macchina non ha bisogno di spostare un pezzo molto lungo e pesante. Questo è il motivo per cui molte macchine di grandi dimensioni con una lunga corsa dell'asse X- utilizzano una tavola fissa e un portale mobile.
Tuttavia, sei metri non sono un limite tecnico universale.
Alcuni produttori offrono macchine a tavola mobile con corsa superiore a sei metri, mentre altri utilizzano strutture a portale mobile con corse inferiori. Il progetto finale dipende dal carico del pezzo, dalla larghezza della macchina, dalla precisione desiderata, dall'ingombro, dal processo di produzione e dalla piattaforma di progettazione del produttore.
Non selezionare la struttura basandosi solo sulla lunghezza dell'asse. Il pezzo completo e i requisiti di lavorazione devono essere valutati insieme.
Come scegliere la macchina CNC a portale giusta
Per selezionare la giusta struttura a portale, iniziare dal pezzo in lavorazione anziché dalla scheda tecnica della macchina.
1. Dimensioni del pezzo
Confermare la lunghezza, larghezza e altezza massime del pezzo. La corsa della macchina deve essere sufficiente, ma è necessario controllare anche la distanza tra le colonne, la distanza tra mandrino-e-tavola, la lunghezza dell'utensile, l'altezza dell'attrezzatura e lo spazio di attacco della testa.
2. Peso del pezzo
Il peso del pezzo ha un'influenza diretta sulla struttura della tavola, sulle guide, sugli azionamenti, sulle fondamenta e sulle attrezzature di carico.
Se il pezzo in lavorazione è estremamente pesante, un design a portale mobile-a tavola fissa-può essere più adatto di una macchina a tavola-mobile.
3. Materiale del pezzo
Acciaio, ghisa, alluminio, titanio e materiali compositi richiedono caratteristiche del mandrino diverse.
La sgrossatura di acciaio pesante e ghisa-in genere richiede una coppia e una rigidità strutturale più elevate. La lavorazione dell'alluminio e del settore aerospaziale può richiedere una maggiore velocità del mandrino e un movimento dell'asse più rapido.
4. Processo di lavorazione
Chiarire se la macchina eseguirà lavorazioni di sgrossatura, finitura, foratura, alesatura, maschiatura, contornatura o multi-faccia.
Una macchina ottimizzata per il taglio pesante potrebbe non fornire le stesse prestazioni dinamiche di una macchina di precisione ad alta-velocità.
5. Requisiti di precisione
Non confondere la precisione del posizionamento della macchina con la precisione del pezzo finale.
La precisione della parte dipende anche da utensili, attrezzature, temperatura, condizioni del materiale, parametri di taglio, programmazione e metodi di misurazione. Prima di ordinare è necessario concordare lo standard di accettazione della macchina e le condizioni di prova.
Domande frequenti
D: Quali sono i principali tipi di macchine CNC a portale?
R: I tre tipi più comuni sono le macchine a tavolo fisso-mobile-a trave, le macchine a tavolo fisso-a portale mobile-mobile e le macchine a ponte-ad alta precisione.
D: Qual è la struttura CNC a portale più comune?
R: La struttura della tavola mobile-a trave fissa-è ampiamente utilizzata perché offre un design maturo, prestazioni di lavorazione pratiche e un prezzo relativamente economico.
D: Quale macchina a portale è adatta per pezzi molto pesanti?
R: Una macchina a portale mobile-con una tavola fissa è generalmente più adatta perché la macchina non ha bisogno di spostare il pezzo pesante durante la lavorazione.
D: Una macchina a portale mobile-ha una capacità di carico illimitata?
R: No. Può supportare parti più pesanti rispetto a molte macchine a tavola mobile-, ma la sua capacità è comunque limitata dalla tavola, dalle fondamenta, dal carico sul pavimento, dal supporto del pezzo in lavorazione e dalla struttura della macchina.
D: Quale macchina a portale offre la massima precisione?
R: Un portale di precisione a ponte-o a cinque-assi può fornire un'elevata precisione, ma le prestazioni effettive dipendono anche dal controllo termico, dai sistemi di feedback, dalla progettazione del mandrino, dall'assemblaggio e dalla calibrazione.
D: Una macchina a portale mobile-è più costosa?
R: Generalmente è più costoso perché potrebbe richiedere doppie unità, sincronizzazione elettronica, bilance lineari, sistemi di precisione a pignone e cremagliera e un'installazione più complessa.
Conclusione
Le macchine CNC di tipo-a trave fissa,{1}}mobile e a ponte di precisione-sono progettate per diverse condizioni di produzione. Un portale a trave fissa-è solitamente una scelta conveniente-per stampi standard di grandi dimensioni e componenti meccanici all'interno di un intervallo di peso controllato. Una macchina a portale mobile-è più adatta per pezzi estremamente pesanti, lunghi o difficili da spostare--perché la sua tavola rimane fissa. Una macchina di precisione a ponte-si concentra maggiormente sulle prestazioni dinamiche, sulla precisione del contorno, sulla qualità della superficie e sulla complessa lavorazione a cinque-assi. Prima di scegliere un modello, è necessario confrontare le dimensioni del pezzo, il peso, il materiale, la tolleranza, il processo di lavorazione e lo spazio disponibile in officina. Se fornisci i requisiti di disegno e produzione delle parti, GreatCNC può aiutarti a confrontare soluzioni di macchine CNC a portale adatte e determinare quale struttura si adatta meglio alla tua applicazione.
