Elevata efficienza, precisione e rigidità.

Il percorso più breve tra due punti è una linea retta. Ma se si progetta un sistema di movimento lineare, è necessario considerare il supporto strutturale, le guide, gli azionamenti, le guarnizioni, la lubrificazione e gli accessori tra i punti A e B.

Che tu decida di progettare e costruire il tuo sistema da zero utilizzando componenti standard o di acquistarne uno progettato appositamente per te, fare le scelte giuste fin dall'inizio dovrebbe aiutarti a far funzionare le cose a lungo termine.

Supporto e guida

Costruire un sistema lineare significa letteralmente partire da zero, con un sistema di supporto strutturale. Il componente principale del sistema di supporto è in genere un'estrusione di alluminio.

Per applicazioni che richiedono un posizionamento preciso, è possibile lavorare la superficie di montaggio dell'estrusione di base e la superficie su cui si monta la guida lineare. Per applicazioni di trasporto con precisione inferiore, è invece possibile ottimizzare le basi per resistere alla flessione sotto carico e prevenire la deformazione durante l'estrusione.

Una base robusta consente al sistema di appoggiare solo sui supporti terminali. Le estrusioni più leggere potrebbero richiedere supporti intermittenti lungo la loro lunghezza.

Le guide si fissano alla base per facilitare il movimento. I tipi principali sono guide a sfera, guide a rotella e guide a slitta o a prisma.

Le guide a sfere sono quelle che sopportano i carichi più elevati e hanno la massima rigidità. Le loro configurazioni a rotaia singola o doppia si muovono con poco attrito. Gli svantaggi sono i costi più elevati e la rumorosità elevata.

Le guide delle ruote funzionano fino a 10 m/sec con basso attrito ed elevata rigidità. Tuttavia, i carichi d'urto possono danneggiarle.

Nelle guide scorrevoli, boccole polimeriche a forma di prisma scorrono sulla superficie del profilo. Il polimero le rende silenziose e resistenti a carichi d'urto elevati. Tollerano ambienti contaminati da sporco, sabbia, polvere, olio e sostanze chimiche, ma operano più lentamente e con carichi più leggeri rispetto alle guide a sfere o a rotelle, come indicato dal loro indice di resistenza al rotolamento (PV), il prodotto di pressione e velocità che possono tollerare.

Forza motrice

Gli azionamenti spostano il carrello nella posizione desiderata. Le tecnologie di azionamento più comuni sono le trasmissioni a vite a sfere, le trasmissioni a vite madre e le trasmissioni a cinghia.

In una trasmissione a vite a sfere, i cuscinetti a sfere scorrono lungo le scanalature di un albero filettato – la vite a sfere – e ricircolano attraverso una chiocciola. Poiché i cuscinetti condividono il carico, le trasmissioni a vite a sfere hanno una capacità di spinta relativamente elevata.

Il risultato è una precisione assoluta, definita come l'errore massimo tra la posizione prevista e quella effettiva, fino a 0,005 mm. I sistemi con viti a sfere rettificate e precaricate sono i più precisi.

I sistemi hanno una capacità di spinta fino a 40 kN e un'elevata rigidità. La loro velocità critica è determinata dal diametro della radice della vite, dalla lunghezza non supportata e dalla configurazione del supporto terminale. Grazie a un innovativo supporto per vite, le unità azionate da vite possono spostarsi fino a 12 m e accettare velocità di ingresso di 3.000 giri/min. Gli azionamenti a vite a sfere offrono un'efficienza meccanica del 90%, quindi il loro costo maggiore è spesso compensato da un minore fabbisogno energetico.

Le trasmissioni a cinghia sono utilizzate in applicazioni di trasporto ad alta produttività con velocità fino a 10 m/sec e accelerazioni fino a 40 m/sec2.

Lubrificazione e guarnizioni per dispositivi lineari

La maggior parte dei sistemi di guida e di azionamento richiede lubrificazione. È possibile semplificare la futura manutenzione preventiva garantendo un facile accesso ai raccordi di lubrificazione. Ad esempio, i raccordi Zerk installati sul carrello possono alimentare una rete di lubrificazione che serve sia la vite a sfere che il sistema di cuscinetti lineari durante l'installazione e a intervalli di manutenzione periodica.

Le guide prismatiche non richiedono manutenzione. Il materiale polimerico della slitta ha una lubrificazione intrinseca e i feltri lubrificati ripristinano il lubrificante a ogni corsa.

Le guarnizioni mantengono il lubrificante all'interno e i contaminanti all'esterno. Un tipo di guarnizione è costituito da guarnizioni a striscia magnetica: bande magnetiche in acciaio inossidabile che si estendono da un'estremità all'altra del canale. Le bande sono fissate ai tappi terminali e caricate a molla per mantenere la tensione. Attraversano una cavità nel carrello in modo che la striscia venga sollevata dai magneti appena davanti e dietro il carrello durante il suo spostamento nel sistema.

Una tecnologia di tenuta alternativa, le fascette di copertura in plastica, utilizza strisce di gomma elastica che si incastrano con l'estrusione di base, come un sacchetto per congelatore con chiusura a zip. I profili maschio-femmina creano una tenuta a labirinto che impedisce l'ingresso di particelle.

Un'altra considerazione da tenere a mente è come monterai il motore. L'alloggiamento del motore e il giunto devono adattarsi alle dimensioni e al diametro del bullone sulla flangia del motore, al diametro del pilota del motore e al diametro e alla lunghezza dell'albero motore.

Molti motori hanno dimensioni conformi agli standard NEMA, ma altri sono specifici del produttore e del modello. In entrambi i casi, i supporti motore flessibili ricavati da pezzi grezzi comuni ne facilitano il montaggio su quasi tutti i motori, garantendone l'allineamento.

Mescola e abbina

Non tutte le combinazioni di azionamenti e guide hanno senso. Nelle applicazioni pratiche, è più probabile vedere viti madri che azionano guide a sfere o a scorrimento; viti a sfere abbinate a guide a sfere o a scorrimento; e cinghie che azionano guide a sfere, a scorrimento o a rotelle.

Una trasmissione a vite a sfere si combina con una guida a sfere per garantire un movimento ripetibile e un sistema rigido in grado di gestire forze e momenti elevati. Tali sistemi sono ideali per applicazioni di posizionamento di precisione con carichi elevati e cicli di lavoro intensi, come il carico e lo scarico di ingranaggi grezzi su macchine utensili.

Le unità a cinghia con guida a sfere sono adatte ad applicazioni ad alta velocità e accelerazione con carichi pesanti e carichi di momento elevati. Queste unità lavorano su basi che si estendono su un'apertura e sono supportate alle estremità o in modo intermittente. La pallettizzazione delle lattine è una delle applicazioni.

I sistemi lineari a cinghia e guida a slitta sono unità più economiche, silenziose e con poca manutenzione. Funzionano a velocità e accelerazioni moderate, ma eccellono nella gestione dei carichi d'urto. L'aggiunta di una banda di copertura magnetica rende questo tipo di sistema adatto ad ambienti con un elevato contenuto di particolato e requisiti di lavaggio come il trattamento a spruzzo della lamiera.

Poiché le guide a rulli richiedono meno manutenzione rispetto alle guide a sfere, ma più delle slitte, le ruote azionate da cinghie rappresentano un'altra opzione economica, silenziosa e a bassa manutenzione. Questi sistemi raggiungono elevate velocità lineari e accelerazioni e sono spesso utilizzati nelle macchine per il confezionamento e il riempimento.