深度解析悬臂结构激光切割机

激光切割机结构形式多种多样，最常见的是悬臂结构和龙门结构（龙门又可分为若干种，另择时机予以解析），下图左是悬臂结构，右是龙门结构。

那么问题来了：悬臂和龙门，哪种结构好？

下图是龙门式激光切割机的实物图。

下图是悬臂式激光切割机的实物图。

从用户的角度来看，肯定是悬臂好：

① 悬臂结构，开放性、接近性好，可从三个方向上、下料，操作方便；如采取适当措施，可加工超出机器行程的工件。

② 切割工作台与主机分离，工作台即使受热变形，也不会影响主机精度。

③ 传动系统的丝杠（或齿轮齿条）、导轨等远离切割区，辅以封闭防护，不受烟尘污染，使用寿命长。

④ 只需单电机驱动，无双边同步驱动误差。传动部件（丝杠或齿轮齿条）磨损小，精度高、切割一致性好。

⑤ 因侧向开放，可在工作台上方便地加装旋转机构，用于小型管类工件加工，如上图所示；因工作台与主机分离，故有需要时，大型旋转工作台可与平面工作台进行空间上的互换，实现管材切割、平板切割双功能。

那么，问题又来了：悬臂结构有这么多好处，采用悬臂结构的厂商为什么却不是那么多呢？

这触及悬臂结构的核心问题了。悬臂结构对用户来说有诸多好处，但对于制造商来说，却要解决诸多难题。面对难题，不同厂商作了不同选择。其实早期采用悬臂结构的厂商不在少数；只是近年随着激光切割机进入百米时代（运动速度100m/min），逐渐少了。

如下图所示，梁在荷载作用下，会发生变形，称为挠度。悬臂梁本身自重加上在其上移动的Z轴，就是其所受载荷。

在前百米时代，悬臂梁挠度问题较简单，通过增加梁的横截面积即可解决。百米时代，简单地增加横截面积不仅解决不了问题，还造成新的问题。高运动速度、高加速度、高动态特性，要求减少梁的重量。高加速度带来了动态挠度问题，在悬臂梁远端的切割轨迹发生变形。扬长避短是理性选择，某些厂商放弃了悬臂结构。

独创技术，使得悬臂结构在百米时代继续葆有其优势。

① 悬臂梁采用专利配方航空材料，重量轻，强度高，刚性好。

② 采用有限元分析设计悬臂鱼腹结构。

下图是鱼腹状悬臂梁与龙门横梁的对比。因众所周知的原因，这里未示出鱼腹的内部构造。悬臂梁截面宽度是龙门梁的2倍。

③ 悬臂梁采用配重设计，重心靠近导轨及驱动齿轮，具有良好的运动稳定性。

④ 悬臂梁采用预负载加工技术，抵消实际载荷产生的横梁挠度。

⑤ 因此，团结普瑞玛的悬臂梁，可适应高加速度、高运动速度的需要。

目前采用悬臂结构的厂商有意大利普瑞玛、德国通快（3D激光切割机）、上海团结普瑞玛等公司。

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