In che modo “LOSTPED” può aiutare?

Dall'imballaggio e dalla movimentazione dei materiali alla fabbricazione di semiconduttori e all'assemblaggio automobilistico, praticamente tutti i processi di produzione incorporano qualche tipo di movimento lineare e, man mano che i produttori acquisiscono familiarità con la flessibilità e la semplicità dei sistemi di movimento lineare modulari, questi sistemi, siano essi sistemi robotici cartesiani a uno, due o tre assi completi, stanno trovando spazio in settori produttivi.

Un errore comune che ingegneri e progettisti commettono quando dimensionano e selezionano sistemi di movimentazione lineare è quello di trascurare i requisiti applicativi critici del sistema finale. Questo può portare a costose riprogettazioni e modifiche nel peggiore dei casi, ma può anche spesso portare a un sistema sovradimensionato, più costoso e meno efficace del desiderato. Con così tante soluzioni possibili, è facile sentirsi sopraffatti quando si ha il compito di progettare un sistema di movimentazione lineare. Quanto carico dovrà gestire il sistema? Quanto velocemente dovrà muoversi? Qual è la soluzione più conveniente?

Tutte queste domande e altre ancora sono state prese in considerazione quando il gruppo Linear Motion and Assembly Technologies di Bosch Rexroth ha sviluppato "LOSTPED", un semplice acronimo che guida l'ingegnere o il progettista nella raccolta delle informazioni necessarie per specificare i componenti o i moduli di movimento lineare appropriati in una determinata applicazione.

COS'È LOTPED?

LOSTPED è l'acronimo di Carico, Orientamento, Velocità, Corsa, Precisione, Ambiente e Ciclo di lavoro. Ogni lettera dell'acronimo LOSTPED rappresenta un fattore da considerare nel dimensionamento e nella selezione di un sistema di movimentazione lineare. Ad esempio, il carico impone requisiti diversi al sistema di cuscinetti durante l'accelerazione e la decelerazione rispetto ai movimenti a velocità costante. Man mano che sempre più soluzioni di movimentazione lineare si evolvono dai singoli componenti ai moduli lineari completi o ai sistemi cartesiani, le interazioni tra i componenti del sistema, ovvero guide lineari e azionamenti a vite a sfere, cinghia o motore lineare, diventano più complesse e la progettazione del sistema corretto diventa più impegnativa. L'acronimo LOSTPED può aiutare i progettisti a evitare errori semplicemente ricordando loro di considerare tutti i fattori correlati durante lo sviluppo e la specifica del sistema.

COME USARE LOSTPED

Di seguito sono descritte le caratteristiche di ciascun fattore LOSTPED, nonché le domande chiave da porsi quando si determinano i criteri per dimensionare e selezionare un sistema di movimento lineare.

CARICO

Il carico si riferisce al peso o alla forza applicata al sistema. Tutti i sistemi di movimentazione lineare sono soggetti a un qualche tipo di carico, come le forze verso il basso nelle applicazioni di movimentazione dei materiali, o i carichi di spinta nelle applicazioni di foratura, pressatura o avvitatura. Altre applicazioni presentano un carico costante, come un'applicazione di movimentazione di wafer semiconduttori, in cui un FOUP (Front-Opening Unified Pod) viene trasportato da una baia all'altra per il deposito e il prelievo. Un terzo tipo è definito da carichi variabili, come un'applicazione di dispensazione di medicinali, in cui il reagente viene depositato in una serie di pipette una dopo l'altra, con conseguente alleggerimento del carico a ogni passaggio.

Nel considerare il carico, vale anche la pena considerare il tipo di utensile che verrà utilizzato all'estremità del braccio per prelevare o trasportare il carico. Sebbene non sia specificamente correlato al carico, errori in questo caso possono essere costosi. Ad esempio, se un pezzo in lavorazione altamente sensibile viene prelevato in un'applicazione pick-and-place, potrebbe danneggiarsi se si utilizza il tipo di pinza sbagliato.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Qual è la fonte del carico e come è orientato?
• Ci sono considerazioni particolari da tenere in considerazione?
• Quanto peso o forza bisogna gestire?
• La forza è una forza verso il basso, una forza di sollevamento o una forza laterale?

ORIENTAMENTO

Anche l'orientamento, ovvero la posizione relativa o la direzione in cui viene applicata la forza, è importante, ma spesso viene trascurato. Alcuni tipi di moduli lineari o attuatori possono sopportare carichi verso il basso/verso l'alto più elevati rispetto ai carichi laterali grazie al sistema di guide lineari utilizzato nella progettazione del modulo. Altri moduli, utilizzando guide lineari diverse, possono sopportare gli stessi carichi in tutte le direzioni.

Il modulo compatto Rexroth CKK, ad esempio, utilizza un sistema a doppia guida a sfere su rotaia e viene spesso utilizzato in applicazioni che richiedono carichi laterali o assiali. Poiché la maggior parte dei fornitori di sistemi di movimentazione lineare di alta qualità realizza moduli e attuatori per gestire diverse situazioni, è importante assicurarsi che i moduli specificati siano in grado di gestire i requisiti di carico nell'orientamento necessario per raggiungere il successo dell'applicazione.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Come è orientato il modulo lineare o l'attuatore?
• È orizzontale, verticale o capovolto?
• Dove è orientato il carico rispetto al modulo lineare?
• Il carico causerà un momento di rollio o di beccheggio sul modulo lineare?

VELOCITÀ

Anche la velocità e l'accelerazione influiscono sulla scelta di un sistema di movimento lineare. Un carico applicato crea forze molto diverse sul sistema durante l'accelerazione e la decelerazione rispetto a un movimento a velocità costante. Anche il tipo di profilo di movimento, trapezoidale o triangolare, deve essere considerato, poiché l'accelerazione richiesta per raggiungere la velocità o il tempo di ciclo desiderati sarà determinata dal tipo di movimento richiesto. Un profilo di movimento trapezoidale significa che il carico accelera rapidamente, si muove a una velocità relativamente costante per un certo periodo di tempo e poi rallenta. Un profilo di movimento triangolare significa che il carico accelera e decelera rapidamente, come nelle applicazioni di prelievo e scarico punto-punto. Velocità e accelerazione sono anche fattori critici nella scelta dell'azionamento lineare appropriato, che in genere è una vite a sfere, una cinghia o un motore lineare.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Quale velocità o tempo di ciclo deve essere raggiunto?
• Si tratta di una velocità costante o variabile?
• In che modo il carico influirà sull'accelerazione e sulla decelerazione?
• Il profilo del movimento è trapezoidale o triangolare?
• Quale azionamento lineare soddisferà al meglio le esigenze di velocità e accelerazione?

VIAGGIO

La corsa si riferisce alla distanza o all'intervallo di movimento. Non è necessario considerare solo la distanza di corsa, ma anche la sovracorsa. Lasciare una certa quantità di "corsa di sicurezza", o spazio aggiuntivo, a fine corsa garantisce la sicurezza del sistema in caso di arresto di emergenza.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Qual è la distanza (ampiezza del movimento)?
• Quanta corsa extra può essere necessaria in caso di arresto di emergenza?

PRECISIONE

Precisione è un termine ampio che viene spesso utilizzato per definire sia l'accuratezza di spostamento (il comportamento del sistema durante lo spostamento dal punto A al punto B), sia l'accuratezza di posizionamento (la precisione con cui il sistema raggiunge la posizione target). Può anche riferirsi alla ripetibilità. Comprendere la differenza tra questi tre termini – accuratezza di spostamento, accuratezza di posizionamento e ripetibilità – è spesso fondamentale per garantire che il sistema soddisfi le specifiche prestazionali e che non stia compensando eccessivamente un elevato grado di accuratezza che potrebbe essere superfluo.

Il motivo principale per valutare attentamente i requisiti di precisione è la scelta del meccanismo di azionamento: trasmissione a cinghia, vite a sfere o motore lineare. Ogni tipologia offre compromessi tra precisione, velocità e capacità di carico, e la scelta migliore è dettata principalmente dall'applicazione.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Quanto sono importanti la precisione di spostamento, la precisione di posizionamento e la ripetibilità nell'applicazione?
• La precisione è più importante della velocità o di altri fattori LOSTPED?

AMBIENTE

Per ambiente si intendono le condizioni ambientali in cui il sistema dovrà operare. Ad esempio, temperature estreme possono influire sulle prestazioni dei componenti in plastica e sulla lubrificazione del sistema, mentre sporcizia, liquidi e altri contaminanti possono danneggiare le piste dei cuscinetti e gli elementi portanti.

Si tratta di un fattore prestazionale spesso trascurato, ma che può influenzare notevolmente la durata di un sistema di movimento lineare. Opzioni come guarnizioni di tenuta e rivestimenti speciali possono contribuire a prevenire i danni causati da questi fattori ambientali. Inoltre, opzioni come una lubrificazione speciale e la pressione positiva dell'aria possono rendere il modulo o l'attuatore adatti all'uso in camere bianche.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Quali tipi di pericoli o contaminanti sono presenti: temperature estreme, sporcizia, polvere, liquidi, ecc.?
• Al contrario, il sistema di movimento lineare è di per sé una potenziale fonte di contaminanti per l'ambiente (ESD, lubrificanti o particolato)?

CICLO DI LAVORO

Il ciclo di lavoro è il tempo necessario per completare un ciclo di funzionamento. In tutti gli attuatori lineari, i componenti interni determinano generalmente la durata del sistema finale. La durata dei cuscinetti all'interno di un modulo, ad esempio, è direttamente influenzata dal carico applicato e dal ciclo di lavoro a cui saranno sottoposti. Un sistema di movimento lineare può essere in grado di soddisfare i sei fattori precedenti, ma se funziona ininterrottamente 24 ore su 24, 7 giorni su 7, si guasterà molto prima rispetto a un funzionamento di sole otto ore al giorno, cinque giorni alla settimana. La differenza tra il tempo di utilizzo e quello di riposo influenza l'accumulo di calore all'interno del sistema di movimento lineare e ha un impatto diretto sulla durata del sistema e sui costi di gestione. Chiarire questi aspetti in anticipo può far risparmiare tempo e preoccupazioni in seguito, poiché i componenti soggetti a usura, come le cinghie, possono essere facilmente immagazzinati per la sostituzione.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Con quale frequenza viene utilizzato il sistema, incluso il tempo di permanenza tra colpi o movimenti?
• Quanto tempo deve durare il sistema?

QUALCHE CONSIGLIO FINALE

Oltre a LOSTPED, i progettisti dovrebbero consultare un distributore affidabile o il reparto di ingegneria applicativa del produttore. Queste risorse hanno in genere esperienza con centinaia di applicazioni, molte delle quali simili a quella in questione. Pertanto, potrebbero essere in grado di risparmiare tempo e fornire suggerimenti per il risparmio sui costi, anticipando potenziali problemi. Dopotutto, l'obiettivo finale è ottenere il miglior sistema di movimentazione lineare possibile con il minor costo di proprietà; ingegneri applicativi qualificati che hanno familiarità con LOSTPED possono garantire ai propri clienti proprio questo.