Se costruite macchine, probabilmente lavorate quotidianamente con attuatori e piattaforme di posizionamento. Ma riuscite davvero a ottenere le migliori prestazioni o il minor costo totale di proprietà da questi dispositivi di movimentazione? La risposta potrebbe non essere quella che vi aspettate.

Troppo spesso, gli ingegneri considerano stadi o attuatori come un semplice elemento nella distinta base. Finché il dispositivo di movimentazione soddisfa nominalmente i requisiti desiderati di posizionamento, forza, carico utile, velocità e costo, va bene così.

Con requisiti di movimento semplici, questo approccio alla selezione dello stadio o dell'attuatore può fornire risultati accettabili. Tuttavia, le macchine con requisiti di movimento meccanico complessi trarranno vantaggio da una strategia di progettazione del movimento integrato. Anziché un insieme di componenti elettromeccanici, che potrebbero non funzionare bene insieme, i sistemi di movimento integrati funzionano come veri e propri sottosistemi macchina plug-and-play.

I sistemi di movimento integrati sono progettati per adattarsi a uno spazio fisico predefinito su una macchina e per collegarsi al sistema di controllo del movimento della macchina stessa, pronti ad accettare comandi da un'interfaccia computerizzata di livello superiore, una scheda di controllo o un PLC. Nella loro forma più semplice, i sistemi di movimento integrati possono consistere in poco più di uno stadio o un attuatore dotato di connettori per semplificare l'installazione. Nella loro forma più complessa, questi sottosistemi di movimento si estendono dalla piedinatura al carico utile. Comprendono non solo il dispositivo di movimento in sé, ma anche tutto ciò che esso trasporta.

Rispetto a un approccio al movimento delle macchine basato sulla scomposizione dei singoli componenti, il movimento integrato offre alcuni vantaggi interessanti:

Prestazioni meccaniche

Anche utilizzando lo stesso stadio o attuatore, i sistemi di movimento integrati offrono in genere prestazioni superiori rispetto ai sistemi di movimento basati su componenti separati. Il motivo risiede nell'esperienza applicativa e di assemblaggio. Un buon fornitore di sistemi di movimento integrati vanta anni di esperienza nella risoluzione di complessi problemi di posizionamento e dispone di una gamma di blocchi di movimento collaudati, personalizzabili in base alle esigenze specifiche. Comprende a fondo come le dinamiche dello stadio, l'architettura di controllo del movimento e l'ambiente operativo influenzino i requisiti di posizionamento.

Per quanto riguarda l'assemblaggio, molti costruttori di macchine non dispongono di tecnici qualificati, attrezzature specializzate, interferometri laser e altri sistemi di metrologia necessari per allineare le piattaforme multiasse più precise, che spesso presentano tolleranze di allineamento tra gli assi misurate in micron.

Competenza nei controlli

I sistemi di movimentazione integrati possono essere forniti con o senza controlli di movimento, a seconda delle esigenze del cliente. Tuttavia, una strategia di controllo dovrebbe sempre essere parte integrante dell'equazione di movimentazione integrata. Un buon fornitore di sistemi di movimentazione integrati possiede una conoscenza approfondita di come le diverse piattaforme di controllo del movimento e le loro capacità cinematiche interagiscono con i sistemi di movimentazione meccanica. Questa conoscenza ci consente di spingere al limite le possibilità in termini di capacità dinamiche, come ad esempio i rapporti di disallineamento di inerzia accettabili.

Affidabilità

Durante la messa in servizio di un nuovo sistema di movimentazione, alcuni dei problemi più comuni si verificano perché singoli componenti, apparentemente di secondaria importanza, non funzionano correttamente o non sono compatibili tra loro. Ad esempio, un singolo connettore difettoso o un cavo errato possono bloccare anche il sistema di movimentazione più efficiente. I sistemi di movimentazione integrati evitano questo tipo di guasto perché vengono assemblati e testati come un sistema unico prima dell'integrazione nella macchina di produzione. Nei sistemi di movimentazione composti da singoli componenti, piccoli guasti e incompatibilità possono passare inosservati fino al momento dell'assemblaggio della macchina di produzione.

Riduzione dei costi

I sistemi di movimentazione integrati costano in genere dal 25 al 50% in meno rispetto alle loro controparti basate su componenti separati. Questo risparmio deriva in parte dalla possibilità di ridurre il numero di componenti, ad esempio integrando staffe, connettori e altri elementi nella progettazione. La riduzione dei costi può superare di gran lunga il 50% se si considerano tutti i costi nascosti associati alla progettazione e all'installazione di un sistema di movimentazione. Questi includono i costi relativi alla progettazione, alle scorte, ai tempi di commercializzazione e altro ancora.

Numerose tipologie di applicazioni possono trarre vantaggio dal movimento integrato. Abbiamo implementato questo approccio su decine di macchine per semiconduttori, banchi di lavoro a umido, taglio laser, confezionamento e automazione di laboratorio.

I costi nascosti dei sistemi di movimentazione

I sistemi di movimentazione realizzati con componenti separati presentano una serie di costi nascosti che possono essere eliminati grazie all'approccio di movimentazione integrato, tra cui:

1. Costi di immissione sul mercato. I sistemi di movimento integrati, che supportano intrinsecamente l'ingegneria simultanea, possono ridurre di settimane o addirittura di mesi i tempi di sviluppo di una macchina complessa.
2. Costi di gestione del programma, della produzione e dei materiali. I sistemi di movimentazione integrati vengono spediti come un unico articolo della distinta base, eliminando la necessità di ordinare, immagazzinare e assemblare centinaia di componenti.
3. Costi di produzione. I sistemi di movimentazione di precisione richiedono tecnici di assemblaggio qualificati e attrezzature di produzione specializzate, il cui costo può risultare difficile da giustificare se il tasso di utilizzo non è pieno.
4. Garanzia e costi di guasto. Un buon fornitore di sistemi di controllo del movimento integrati offre una garanzia contro i guasti e si assume la responsabilità del proprio lavoro, riducendo così il rischio per l'OEM.

Questa macchina CNC non convenzionale possiede tutte le caratteristiche di un'applicazione ideale per il controllo del movimento integrato. Richiedeva:

1. Competenza sia nei sistemi di controllo che nella meccanica.L'integrazione del sistema meccanico con i controlli e gli amplificatori che supportano la complessa cinematica del movimento polare ha richiesto un approccio sistemico e mesi di test. Abbiamo inoltre dovuto sviluppare una serie di tecniche e strumenti di allineamento per realizzare questo nuovo sistema CNC.

2. Design compatto, facile integrazione.Lo spazio era limitato su questa macchina CNC da tavolo. Il design del modulo servo Rotary, caratterizzato da un ampio foro passante senza ostacoli, ci ha permesso di utilizzare lo spazio disponibile in modo efficiente. I fori passanti da 100 mm hanno facilitato il passaggio dell'aria compressa direttamente al mandrino, l'integrazione di un indicizzatore di materiale sul lato del pezzo e la realizzazione di tutti i collegamenti elettrici necessari.

3. Contenimento dei costi.Un aspetto interessante di questo sistema di movimentazione integrato è che non è più complesso del necessario. Il requisito funzionale principale riguardava la finitura superficiale, non la precisione di posizionamento. Le esigenze di posizionamento sono in realtà piuttosto modeste, almeno per i nostri standard. Pertanto, siamo stati in grado di rinunciare agli encoder a lettura diretta e far funzionare l'intero sistema in modalità ad anello aperto. Ciò ha permesso al nostro cliente di risparmiare migliaia di dollari per ogni macchina.

Introduzione all'animazione integrata

Il passaggio da sistemi di movimentazione a componenti separati a sistemi di movimentazione integrati può sembrare un atto di fede. Dopotutto, si affiderà il controllo del movimento a un fornitore esterno.

Se però scegliete il fornitore giusto, l'outsourcing si rivelerà vantaggioso in termini di prestazioni e affidabilità. Anche i costi diminuiranno, poiché i sottosistemi di movimentazione arriveranno al vostro stabilimento completamente testati, coperti da garanzia e pronti per essere installati nella vostra macchina.