I motori lineari e gli attuatori sono ora competitivi in termini di costi rispetto alle viti a sfere e alle trasmissioni a cinghia e offrono agilità e larghezza di banda nettamente superiori per applicazioni di posizionamento avanzate. Nuovi micromotori e attuatori contribuiscono ad automatizzare attività precedentemente impossibili. Gli azionamenti lineari diretti stanno sostituendo sempre più i cilindri pneumatici servocontrollati, garantendo affidabilità e controllabilità, senza i costi, la rumorosità e la manutenzione dei compressori d'aria.

Spinti dai requisiti del settore dei semiconduttori, i produttori di motori lineari hanno costantemente aumentato la precisione, ridotto i prezzi, sviluppato diverse tipologie di motori e semplificato l'integrazione nelle apparecchiature di automazione. I moderni motori lineari offrono un'accelerazione di picco di 20 g e una velocità di 10 metri/secondo, un'agilità dinamica senza pari, riducono al minimo la manutenzione e moltiplicano i tempi di attività. Sono andati oltre l'utilizzo specializzato nel settore dei semiconduttori per offrire prestazioni avanzate in una vasta gamma di applicazioni.

Con una velocità e una durata operativa dieci volte superiori a quelle delle viti a sfere, la tecnologia di azionamento diretto lineare è spesso l'unica soluzione per un'automazione che migliori la produttività.

SUPERIORITÀ DINAMICA

Le prestazioni dinamiche dei meccanismi di posizionamento convenzionali sono limitate da viti madri, ingranaggi, trasmissioni a cinghia e giunti flessibili, che generano isteresi, gioco e usura. Analogamente, gli attuatori pneumatici risentono della massa del pistone e dell'attrito pistone-cilindro, nonché della comprimibilità dell'aria, che determinano complessità nel controllo servo. I motori lineari e gli attuatori eliminano la massa e l'inerzia dei posizionatori convenzionali e, liberati da queste limitazioni fondamentali, offrono una rigidità dinamica ineguagliabile.

La creazione di forza tramite azionamento diretto consente ai motori lineari e agli attuatori di raggiungere una larghezza di banda a circuito chiuso non disponibile con meccanismi di posizionamento alternativi. Il motore e l'attuatore sono in grado di sfruttare appieno i moderni controllori. Questi controllori sono ottimizzati per il funzionamento ad alto guadagno di anello, ottenendo un controllo ad ampia larghezza di banda, un assestamento rapido e un rapido recupero dai disturbi transitori.

I motori lineari e gli attuatori eccellono nel realizzare spostamenti millimetrici che operano nella zona di attrito statico. La loro massa ridotta e il minimo attrito statico riducono al minimo la forza motrice necessaria per avviare la corsa e semplificano il compito del sistema di controllo, impedendo il superamento della velocità in fase di arresto. Queste caratteristiche consentono ai motori e agli attuatori a trasmissione diretta di scansionare, ad esempio, vetrini da microscopio e di tracciare le posizioni XY di artefatti distanti solo pochi millimetri.

Le applicazioni che richiedono movimenti rapidi e ripetitivi possono sfruttare l'elevata larghezza di banda dell'attuatore lineare per raddoppiare la produttività delle viti a ricircolo di sfere o delle trasmissioni a cinghia. Le macchine che tagliano rotoli di materiale a misura (carta, plastica, persino pannolini) massimizzano la produttività operando senza interrompere il flusso di materiale. Per tagliare al volo, queste macchine accelerano la lama di taglio per sincronizzarla con il flusso di materiale, si spostano alla velocità del materiale fino al punto di taglio e quindi avviano il taglio. Dopo il taglio, la lama viene riportata al punto di partenza in attesa del successivo ciclo di taglio di andata e ritorno.

TIPI DI MOTORI LINEARI

Sono disponibili tre configurazioni base di motori lineari: a letto piano, a canale a U e tubolari. Ogni motore presenta vantaggi e limiti intrinseci.

I motori a letto piatto, pur offrendo una corsa illimitata e la massima forza motrice, esercitano una notevole e indesiderata attrazione magnetica tra la forza portante e la pista a magneti permanenti del motore. Questa forza di attrazione richiede cuscinetti in grado di supportare il carico aggiuntivo.

Il motore a canale a U, con il suo nucleo privo di ferro, ha una bassa inerzia, quindi la massima agilità. Tuttavia, le bobine magnetiche che trasportano il carico del forcer si spostano in profondità all'interno del telaio a canale a U, limitando la dissipazione del calore.

I motori lineari tubolari sono robusti, termicamente efficienti e i più semplici da installare. Rappresentano una valida alternativa ai posizionatori a vite a sfere e pneumatici. I magneti permanenti del motore tubolare sono racchiusi in un tubo in acciaio inossidabile (asta di spinta), supportato da entrambe le estremità. Senza un supporto aggiuntivo per l'asta di spinta, la corsa del carico è limitata a 2-3 metri, a seconda del diametro dell'asta di spinta.

Tra tutti e tre i tipi di motore, i motori tubolari sono i più adatti all'uso industriale tradizionale. I motori lineari tubolari hanno tratto notevoli vantaggi da un'innovazione ingegneristica fondamentale. I motori lineari di Copley Controls sostituiscono il tradizionale encoder lineare esterno con sensori Hall integrati. Un circuito magnetico brevettato consente ai sensori a effetto Hall di ottenere un miglioramento di quasi dieci volte in termini di risoluzione e ripetibilità.

Poiché gli encoder lineari possono costare quasi quanto il motore lineare stesso, eliminarli rappresenta un'importante riduzione dei costi. Questo semplifica anche l'integrazione del motore lineare nei sistemi di automazione, poiché non è necessario supportare e allineare encoder complessi. Altri vantaggi includono robustezza, affidabilità e assenza di ambienti protetti per l'encoder.

I motori lineari tubolari possono essere trasformati in potenti e versatili attuatori lineari a trasmissione diretta. In un'incarnazione di attuatore, il forcer rimane fisso (imbullonato al telaio della macchina), mentre la barra di spinta per il posizionamento del carico si muove su cuscinetti a basso attrito e senza lubrificazione montati all'interno del forcer. Oltre a superare le prestazioni delle viti a sfere e delle trasmissioni a cinghia, l'attuatore lineare rappresenta un'alternativa più performante ai sistemi di posizionamento servo-pneumatici programmabili.

I motori lineari tubolari si prestano ad applicazioni di raddoppio della produttività con due forcer indipendenti che operano su un'unica barra di spinta. Ogni forcer ha il proprio servoazionamento e può muoversi in modo completamente indipendente dall'altro. Un forcer può quindi caricare, ad esempio, mentre l'altro scarica. Questa tecnica può raddoppiare la produttività sollevando due oggetti alla volta da un trasportatore a scorrimento veloce e posizionandoli con precisione su un secondo trasportatore.

Allo stesso modo, più forzatori azionati da una singola asta di spinta possono raddoppiare, triplicare o persino quadruplicare la forza motrice. I forzatori possono essere azionati da un unico controller.

Il motore lineare che supporta il carico si muove su cuscinetti a rotaia singola a lunga durata. Al contrario, i meccanismi di conversione da rotativo a lineare con vite a sfere comportano ulteriori fonti di usura che ne compromettono le prestazioni e ne riducono la durata.

L'asta di spinta dell'attuatore lineare scorre su cuscinetti a lunga durata e senza lubrificazione montati nel forcer. Questa semplicità intrinseca consente all'attuatore di garantire 10 milioni di cicli operativi. I cuscinetti dell'attuatore sono autoallineanti, facilitando l'installazione. La forza motrice dell'attuatore viene applicata direttamente all'asta di spinta, migliorando l'accelerazione e la reattività.

Con la sostituzione dell'encoder esterno con un sensore a stato solido integrato nel forcer, i motori e gli attuatori a trasmissione diretta diventano dispositivi bicomponenti molto semplici. Il forcer e l'asta di spinta sono entrambi componenti intrinsecamente molto robusti, il che consente a motore e attuatore di soddisfare i requisiti internazionali di protezione IP67.

L'assenza di ingranaggi stridenti e viti di comando ronzanti conferisce ai motori lineari e agli attuatori la qualifica sempre più importante di funzionamento silenzioso. L'OSHA sta seguendo da vicino le normative industriali europee, che impongono norme sempre più severe in materia di rumore nei luoghi di lavoro. Il funzionamento silenzioso è già fondamentale negli ambienti di laboratorio e ospedalieri; questa preoccupazione diventerà sempre più diffusa man mano che l'OSHA estenderà le sue normative ad altri ambienti produttivi.