Seguendo alcune semplici linee guida per la progettazione di sistemi di movimento lineare è possibile migliorare le prestazioni del sistema e la durata degli attuatori.

Molte macchine automatizzate si affidano a componenti di guida lineare, come rotaie profilate, rotaie tonde o altre strutture di cuscinetti a rotolamento o scorrimento, per guidare e supportare gli elementi mobili delle apparecchiature. Inoltre, spesso questi elementi mobili sono azionati da un qualche tipo di attuatore lineare.

Uno dei problemi più comuni nei sistemi lineari di qualsiasi tipo è il disallineamento. Il disallineamento può portare a una serie di problemi come risultati di movimento lineare incoerenti, durata ridotta del sistema di cuscinetti lineari, usura prematura o guasto del sistema di attuatori e movimenti irregolari come variazioni di velocità o oscillazioni.

Tuttavia, esistono alcuni metodi comuni per migliorare le prestazioni complessive del sistema ottimizzando l'allineamento della guida lineare e dell'attuatore.

Attuatori e guide

Sebbene esistano diversi modi per imprimere movimento a un elemento di una macchina guidata, i più comuni rientrano in due categorie. La prima è rappresentata dagli attuatori a stelo. Gli attuatori a stelo possono essere azionati da fluidi, come quelli idraulici o pneumatici, oppure da sistemi elettrici, come viti a ricircolo di sfere o viti senza fine.

Il secondo tipo è rappresentato dagli attuatori senza stelo. Anche questi possono essere azionati da fluidi o elettricamente tramite una vite senza fine, una vite a ricircolo di sfere, una cinghia o un motore lineare. Entrambi i tipi di attuatori trovano applicazione nei sistemi guidati. Tuttavia, ciascuno presenta sottili differenze nel modo in cui viene impiegato al meglio per massimizzare le prestazioni e la durata del sistema.

Gli elementi di guida, siano essi binari profilati, binari tondi o altri sistemi di rotolamento o scorrimento, devono essere dimensionati e selezionati correttamente in fase di progettazione e installati seguendo le raccomandazioni del produttore, prestando particolare attenzione al processo di allineamento. In questo modo si garantisce la massima efficienza del sistema di guida scelto per la specifica applicazione.

Importanza dei membri della conformità

Gli attuatori a stelo, caratterizzati dall'estensione e dalla retrazione dello stelo del pistone o dell'attuatore ad ogni ciclo, offrono in genere diverse opzioni di montaggio. Opzioni come fori filettati nel dispositivo, piedini di montaggio, giunti sferici, accoppiatori di allineamento, forcelle o perni sono comunemente offerte dalla maggior parte dei fornitori di attuatori a stelo. Quando impiegati con un meccanismo guidato, è fondamentale assicurarsi che ogni sottosistema, attuatore e gruppo di guida sia in grado di muoversi senza ostacoli e in modo fluido. I sistemi che tentano di accoppiare rigidamente l'elemento motore all'elemento condotto possono presentare prestazioni incoerenti, poiché questi due elementi cercano di muoversi su piani separati con uno o entrambi i sottosistemi caricati oltre la loro capacità.

In un sistema di questo tipo, un attuatore a stelo si impiega al meglio con un elemento flessibile interposto tra l'elemento motore (attuatore) e l'elemento condotto (sistema di guida). Ad esempio, un'estremità sferica dello stelo dell'attuatore consente al punto di fissaggio di ruotare attorno al giunto sferico. Questo tipo di connessione sulla guida è ideale se utilizzato in combinazione con un perno o una forcella all'estremità opposta dell'attuatore, dove si collega all'elemento del telaio della macchina. Tale schema di montaggio consente la flessibilità della connessione senza aggiungere sollecitazioni eccessive né all'elemento motore (attuatore) né all'elemento condotto (sistema di guida).

Gli attuatori senza stelo, caratterizzati da una corsa contenuta entro la loro lunghezza complessiva, possono includere anche un sistema di guida integrato. Gli attuatori senza stelo, se utilizzati in combinazione con un sistema di guida separato, necessitano inoltre di un elemento flessibile nel collegamento tra l'attuatore e l'attuatore stesso. La maggior parte dei fornitori di attuatori offre una varietà di supporti adatti a questo tipo di installazione, come ad esempio le staffe flottanti.

Gli attuatori senza stelo con sistema di guida integrato possono svolgere la funzione di guida e supporto dell'attrezzatura, sostituendo al contempo un sistema di guida separato. Questa caratteristica può essere particolarmente utile e spesso consente al costruttore di macchinari di risparmiare tempo e denaro. Gli attuatori senza stelo con guide integrate possono essere incorporati nei macchinari in diverse combinazioni per soddisfare un'ampia varietà di esigenze di movimento. Configurazioni multiasse come xy o xyz, così come configurazioni a portale, sono tutte possibili con un dimensionamento adeguato. Nell'installazione di attuatori senza stelo con guide integrate, l'allineamento è altrettanto importante.

Parallelismo e perpendicolarità degli elementi uniti

Un attuatore senza stelo con guida integrata, utilizzato in una configurazione monoasse, deve solo soddisfare i requisiti di posizionamento. Il processo di allineamento è semplice, poiché l'attuatore lavora autonomamente portando il carico in posizione senza alcuna guida esterna. Esempi di questo tipo di configurazione includono il posizionamento punto-punto o l'allineamento a un dispositivo di fissaggio sull'apparecchiatura.

L'allineamento degli attuatori senza stelo in configurazioni multiasse diventa più complesso poiché più attuatori devono lavorare in sinergia. Pertanto, durante il montaggio di questi attuatori, è fondamentale considerare il parallelismo e la perpendicolarità di tutti i dispositivi collegati per ottenere prestazioni ottimali e una durata massima.

Parallelismo degli elementi uniti

Esistono tre variabili che possono influenzare il parallelismo durante il montaggio degli attuatori lineari. Porsi queste domande e trovare una risposta consentirà di massimizzare il parallelismo e le prestazioni del sistema.

1. Gli attuatori sono montati con i carrelli alla stessa altezza? Un disallineamento su questo piano genererà un momento flettente sfavorevole sull'asse Mx a carico del sistema di cuscinetti di una o di entrambe le unità.

2. Gli attuatori sono montati a una distanza costante l'uno dall'altro, da un'estremità all'altra? Un disallineamento su questo piano applicherà un carico laterale sfavorevole sull'asse Fy del sistema di cuscinetti e, se grave, potrebbe causare il bloccaggio delle unità.

3. Gli attuatori sono montati in modo parallelo tra loro? Un disallineamento angolare applicherà un momento flettente sfavorevole sull'asse My, agendo sul sistema di cuscinetti di entrambe le unità.

Perpendicolarità degli elementi uniti

Esistono due variabili che influenzano la perpendicolarità durante il montaggio degli attuatori lineari.

1. In un sistema XYZ, l'asse Z è montato perpendicolarmente all'asse Y? Un disallineamento su questo piano applicherà un momento flettente sfavorevole sul sistema di cuscinetti dell'attuatore dell'asse Y in uno o più degli assi possibili.

2. In un sistema a portale in cui due attuatori devono muoversi simultaneamente lungo l'asse X o Y, si muovono effettivamente in modo simultaneo? Un disallineamento o prestazioni inadeguate del servomotore applicheranno un momento flettente indesiderato lungo l'asse Mz al sistema di cuscinetti.

Le tolleranze effettive relative alle raccomandazioni di allineamento e montaggio dipendono dal produttore specifico dell'attuatore e dal tipo di cuscinetto. Tuttavia, una regola generale è quella di considerare il tipo di sistema di cuscinetti. I sistemi di cuscinetti ad alte prestazioni, come quelli a guida profilata, tendono ad essere piuttosto rigidi e l'allineamento è più critico. I sistemi a prestazioni medie che utilizzano rulli o ruote spesso presentano giochi che offrono una certa tolleranza in termini di allineamento. I sistemi a cuscinetti lisci o a scorrimento hanno spesso un gioco maggiore e possono essere ancora più tolleranti.

Durante l'installazione di sistemi di montaggio per attuatori lineari, sono disponibili diversi strumenti di misurazione, dai calibri ai sistemi laser, per garantire un corretto allineamento. Indipendentemente dagli strumenti utilizzati, è fondamentale creare sempre un asse di riferimento per i piani XY e Z e montare gli altri dispositivi rispetto a tale asse. In questo modo si otterranno le massime prestazioni e la massima durata del sistema di attuatori.