Lunghezza della corsa, velocità, precisione, montaggio, manutenzione.

State lavorando a un'applicazione che richiede un movimento lineare – magari un sistema di assemblaggio pick-and-place, una linea di confezionamento o un portale per il trasferimento di materiali – ma progettare un attuatore da zero, reperire i vari componenti, montarli e allinearli e implementare un sistema di manutenzione non è un uso efficiente del vostro tempo. Iniziate quindi a valutare attuatori lineari pre-progettati e pre-assemblati, ma le opzioni in termini di tipologia, dimensioni e principio di funzionamento sono così numerose che è difficile capire da dove iniziare la scelta.

Il primo passo per restringere il campo è scegliere il meccanismo di azionamento più adatto alla propria applicazione. La maggior parte dei produttori offre almeno due opzioni di azionamento, con la cinghia dentata e la vite a ricircolo di sfere che sono le più comuni, mentre gli azionamenti pneumatici e a motore lineare sono adatti ad applicazioni di nicchia. Di seguito sono riportati cinque fattori che vi aiuteranno a scegliere tra i due tipi di attuatore più comuni: cinghia dentata e vite a ricircolo di sfere.

1. Lunghezza della corsa

La distanza che l'attuatore deve percorrere in una direzione, nota come corsa, è il primo requisito da considerare nella scelta tra azionamento a vite a ricircolo di sfere o a cinghia. Gli attuatori a vite a ricircolo di sfere sono comunemente utilizzati per lunghezze pari o inferiori a 1000 mm, sebbene si possano impiegare viti a ricircolo di sfere di diametro maggiore fino a 3000 mm. Questo limite è determinato dalla velocità critica della vite. All'aumentare della lunghezza della vite, la sua velocità critica, ovvero la velocità alla quale la vite inizia a subire vibrazioni flessionali, diminuisce. In parole semplici, man mano che una vite si allunga e ruota più velocemente, inizia a "frustare" come una corda per saltare.

Per gli attuatori con trasmissione a cinghia dentata, la possibilità di tensionare la cinghia limita la lunghezza massima. Utilizzando cinghie di larghezza maggiore (maggiore superficie di contatto) e con un passo dei denti più elevato, gli attuatori con trasmissione a cinghia sono comunemente impiegati in applicazioni che richiedono una corsa di 10-12 metri.

2. Velocità

Il secondo fattore critico nella scelta di un attuatore è la velocità. La velocità massima per la maggior parte degli attuatori a cinghia è di 5 m/s. Questo limite è influenzato dal sistema di guida, che più comunemente utilizza cuscinetti a ricircolo di sfere. Per applicazioni che richiedono velocità più elevate, fino a 10 m/s, è possibile utilizzare una trasmissione a cinghia in combinazione con ruote di precarico o rulli a camme anziché cuscinetti a ricircolo di sfere.

Come accennato in precedenza, in un attuatore a vite a ricircolo di sfere, all'aumentare della lunghezza, la velocità critica diminuisce. In generale, gli attuatori a vite a ricircolo di sfere possono raggiungere velocità fino a 1,5 m/s per corse inferiori a 1 metro. I supporti per la vite a ricircolo di sfere possono fornire maggiore rigidità riducendo la lunghezza non supportata della vite, consentendo all'attuatore di raggiungere velocità e corse più elevate. Quando si valutano i supporti per la vite a ricircolo di sfere, è consigliabile consultare il produttore per assistenza nell'esecuzione dei calcoli necessari relativi a velocità e lunghezza.

3. Accuratezza

In senso lato, il termine "accuratezza" si riferisce all'accuratezza di traslazione (la posizione del carrello o della sella nello spazio durante il movimento), all'accuratezza di posizionamento (quanto l'attuatore si avvicina alla posizione target) o alla ripetibilità (quanto l'attuatore raggiunge la stessa posizione ad ogni corsa). Mentre l'accuratezza di traslazione è fortemente influenzata dalla struttura, dalla base e dal montaggio dell'attuatore, l'accuratezza di posizionamento e la ripetibilità dipendono principalmente dal meccanismo di azionamento.

Le viti a ricircolo di sfere, soprattutto se precaricate, offrono una maggiore precisione di posizionamento rispetto alle trasmissioni a cinghia grazie alla loro rigidità. Tuttavia, l'imprecisione di posizionamento può essere misurata e compensata dal sistema di controllo dell'attuatore. Per questo motivo, la ripetibilità (la capacità di raggiungere la stessa posizione ad ogni corsa) diventa spesso il fattore più importante nelle applicazioni di alta precisione. Per ottenere un'elevata ripetibilità, la rigidità del meccanismo di azionamento è fondamentale, rendendo la soluzione migliore un gruppo vite a ricircolo di sfere e dado precaricati.

4. Montaggio

In alcuni casi, la direzione di montaggio dell'attuatore determina quale meccanismo di azionamento sia più adatto. Sia le trasmissioni a cinghia che quelle a vite a ricircolo di sfere sono idonee per montaggi orizzontali e inclinati, ma le applicazioni che richiedono il montaggio verticale necessitano di una valutazione più accurata.

Sebbene ogni sistema che movimenta un carico verticalmente necessiti di meccanismi di sicurezza integrati, le trasmissioni a vite a ricircolo di sfere sono spesso considerate più sicure delle trasmissioni a cinghia per il trasporto di carichi verticali. Questo perché le viti a ricircolo di sfere, a seconda del carico, del passo della vite e dell'attrito nel sistema, tendono a non invertire la rotazione, ovvero a non cadere liberamente, in caso di guasto del freno o di danni catastrofici al sistema. Quando è necessario un attuatore a cinghia in un'applicazione verticale, è opportuno valutare attentamente l'installazione di un freno esterno o di un contrappeso.

5. Manutenzione

La causa principale di guasto degli attuatori lineari è la mancanza di lubrificazione. Sia gli attuatori a vite a ricircolo di sfere che quelli a cinghia richiedono una lubrificazione periodica del sistema di guida, ma le viti a ricircolo di sfere introducono un ulteriore componente che deve essere monitorato per garantirne la corretta lubrificazione. Alcuni produttori hanno risolto questo problema fornendo sistemi lubrificati a vita (dove la vita utile è definita come una determinata distanza di corsa o numero di giri, con un dato carico, velocità e ambiente), ma molte applicazioni non rientrano in questi parametri specificati e richiederanno la lubrificazione a un certo punto durante la loro vita utile prevista.

Sebbene gli attuatori a cinghia offrano il vantaggio di avere meno componenti da manutenere, in ambienti con presenza di polvere o trucioli, è consigliabile scegliere un attuatore con un design che riduca al minimo la possibilità di ingresso di contaminanti negli alloggiamenti delle pulegge. Ciò garantirà una maggiore durata dei cuscinetti delle pulegge e ridurrà l'usura della cinghia stessa.

Sia le trasmissioni a cinghia che quelle a vite a ricircolo di sfere offrono vantaggi in termini di prestazioni. In fase di scelta iniziale, è importante ricordare che le trasmissioni a cinghia sono generalmente la soluzione migliore per corse lunghe e velocità elevate, mentre le trasmissioni a vite a ricircolo di sfere sono più indicate per applicazioni che richiedono elevata ripetibilità o montaggio verticale. In alcune applicazioni, entrambi i meccanismi di trasmissione possono soddisfare i criteri sopra descritti. In questi casi, il produttore può fornire indicazioni per la scelta dell'attuatore più adatto, basandosi su fattori più avanzati come accelerazione, tempo di assestamento o condizioni ambientali.