Un attuatore lineare è un sistema strutturale autoportante in grado di trasformare un movimento circolare in un movimento lineare. Questo movimento è generato da un motore e trasmette la forza (o il movimento) lungo un asse. In questo modo, gli attuatori lineari funzionano in modo diverso dai motori elettrici convenzionali, che operano con un movimento circolare.

Comprendere cos'è un attuatore lineare è fondamentale per coglierne le diverse applicazioni. Un attuatore lineare è di grande aiuto per realizzare movimenti come spingere, tirare, sollevare, abbassare o inclinare un carico.

Data la varietà di compiti che possono svolgere, esistono diversi tipi di attuatori lineari. Come è facile immaginare, non tutti gli attuatori lineari hanno lo stesso identico scopo. Per comprendere meglio cosa sia un attuatore lineare e il suo funzionamento, esaminiamo alcune delle applicazioni più comuni di questi dispositivi.

A cosa serve un attuatore lineare?

Non tutti gli attuatori lineari sono uguali, ma generano un movimento lineare simile, fornendo al contempo potenza. In sostanza, gli attuatori lineari spostano oggetti o componenti in linea retta. Inoltre, sono in grado di completare questo movimento con precisione e grande velocità.

Un sistema di azionamento lineare converte il movimento rotatorio in movimento lineare, generando un livello di efficienza notevole per compiti specifici e per la produzione complessiva. Tuttavia, è importante notare che diversi tipi di attuatori lineari all'interno di un sistema di azionamento lineare possono essere più adatti di altri a seconda delle esigenze.

La scelta ottimale dipende dai processi specifici e dai materiali da movimentare. Comprendere le peculiarità dei requisiti del sistema di azionamento lineare è fondamentale per selezionare l'attuatore più adatto alla propria applicazione.

L'impiego più comune degli attuatori lineari di precisione consiste nell'integrarli in sistemi robotici cartesiani multiasse. È inoltre diffuso il loro utilizzo come componenti integrali di macchine.

I principali settori:

Esistono svariati settori industriali che possono trarre vantaggio da un attuatore lineare elettrico. Che si tratti di una piccola attività o della movimentazione di grandi quantità di materiale ogni giorno, il punto è che, qualunque siano le vostre esigenze operative, esiste un attuatore lineare ideale per voi.

Pertanto, l'elenco seguente non è affatto esaustivo, ma rappresenta solo alcuni degli esempi più comuni. È evidente il motivo per cui questi settori traggono vantaggio da un movimento lineare controllato e preciso.

1. automazione industriale
2. Servomotori e sistemi pick-and-place nei processi produttivi
3. assemblaggio
4. Imballaggio e pallettizzazione

 

In effetti, basta pensare ad applicazioni come

1. Macchine per il taglio laser o al plasma
2. il carico e lo scarico dei pezzi lavorati
3. Alimentazione dei centri di lavoro in una linea di produzione
4. o spostare un robot antropomorfo industriale lungo un ulteriore asse esterno al fine di ampliarne il raggio d'azione

Tutte queste applicazioni utilizzano uno o più attuatori lineari. Il tipo di attuatore lineare utilizzato dipende da diversi fattori, quali: precisione, capacità di carico e velocità. In generale, è il tipo di trasmissione del movimento a fare la differenza.

Esistono tre tipi principali di trasmissione del movimento:cinghia / cremagliera e pignone / vite.

Come si può essere certi di scegliere l'attuatore giusto? Quali variabili deve considerare un progettista industriale che si cimenta in una nuova applicazione?

Quando si parla di soluzioni per il movimento lineare, è fondamentale considerare la questione dal punto di vista giusto. Nello specifico, ciò significa valutare l'applicazione specifica. Questo aspetto è sempre prioritario nella scelta del tipo di attuatore lineare più adatto.

Quando si seleziona un attuatore lineare di precisione, è fondamentale definire chiaramente le proprie aspettative in termini di risultati e prestazioni. Questa analisi dettagliata vi aiuterà a scegliere l'attuatore lineare di precisione più adatto alle vostre esigenze specifiche.

Valutando attentamente questi fattori, sarete in grado di identificare non solo il tipo di attuatore lineare di precisione di cui avete bisogno, ma anche le specifiche che garantiranno prestazioni ottimali nella vostra applicazione.

Questo accurato processo di selezione garantisce che l'attuatore lineare di precisione scelto soddisfi le vostre esigenze specifiche con il massimo livello di accuratezza e affidabilità.

Pertanto, vale la pena iniziare considerando le dinamiche, la lunghezza della corsa e la precisione richieste. Analizziamole nel dettaglio.

Alta dinamica

In molti ambiti del design industriale, le esigenze del progettista spesso riguardano la velocità. In genere, ciò include anche la riduzione dei tempi di ciclo. Un buon esempio è il settore degli imballaggi. Dopotutto, più preciso e veloce è l'imballaggio, più rapidamente i pacchi vengono spediti.

Non sorprende, quindi, che un'elevata dinamica sia comunemente il punto di partenza nella definizione di una soluzione.

Le trasmissioni a cinghia sono spesso la soluzione ideale quando si tratta di dinamiche elevate, considerando che:

1. Permettono accelerazioni fino a 50 m/s² e velocità fino a 5 m/s su corse lunghe fino a 10-12 m
2. Un portale XYZ con assi azionati a cinghia è in grado di gestire carichi che vanno da estremamente piccoli a circa 200 kg.
3. A seconda del tipo di lubrificazione, questi sistemi possono offrire intervalli di manutenzione particolarmente lunghi, garantendo così la continuità della produzione.

A volte, per corse superiori a 10-12 metri, è richiesta un'elevata dinamica. In questi casi, gli attuatori con trasmissione a cremagliera e pignone rappresentano una soluzione eccellente. Questo perché tali attuatori lineari consentono accelerazioni fino a 10 m/s² e velocità fino a 3,5 m/s, il tutto su corse potenzialmente infinite.

I modelli di attuatori a cremagliera e pignone implementano il concetto di ruota e asse. Nello specifico, una ruota rotante muove un cavo, una catena o una cinghia per produrre un movimento lineare.

La scelta di un diverso tipo di attuatore non garantirebbe gli stessi risultati. Un sistema a vite, ad esempio, indubbiamente molto più preciso, sarebbe certamente troppo lento. Con un attuatore di questo tipo, non sarebbe possibile gestire corse così lunghe.

Sebbene un attuatore a vite sia uno strumento incredibilmente comune, che ruota la vite per azionarlo in avanti, presenta dei limiti di velocità a seconda dello scenario.

Corse lunghe

I sistemi realizzati con attuatori lineari nelle tipiche configurazioni XYZ della robotica cartesiana presentano spesso corse lunghe. Ciò è comune in applicazioni come i centri di lavoro pick-and-place e di alimentazione. A causa di queste lunghe linee di produzione, le corse possono spesso raggiungere decine di metri di lunghezza.

Inoltre, in molti casi, queste lunghe corse – che di solito coinvolgono l'asse Y – hanno il compito di gestire carichi considerevolmente pesanti. In alcuni casi, i carichi possono pesare centinaia di chilogrammi. In aggiunta, numerosi assi verticali Z operano in modo indipendente durante queste corse più lunghe.

In questo tipo di applicazioni, la scelta migliore per l'asse Y è un attuatore con trasmissione a cremagliera e pignone. Ciò è dovuto a diversi fattori, tra cui:

1. Grazie alla rigidità del sistema a cremagliera e pignone, possono operare con corse potenzialmente illimitate. Allo stesso tempo, possono funzionare mantenendo rigidità, precisione ed efficienza.
2. All'interno del sistema di azionamento, gli attuatori con cremagliere in acciaio temprato a induzione presentano denti inclinati. Questi denti scorrono lungo guide a cuscinetti a sfera a ricircolo di sfere o guide prismatiche.
3. La possibilità di installare più carrelli, ciascuno con il proprio motore, consente di avere numerosi assi Z verticali indipendenti.

Un sistema a cinghia è ideale per corse fino a 10-12 m. Tuttavia, gli attuatori a vite a ricircolo di sfere sono limitati (nel caso di corse lunghe) dalla loro velocità critica.

Ripetibilità del posizionamento

D'altra parte, a volte il progettista ricerca la massima precisione. Questo può accadere in applicazioni come l'assemblaggio di microcomponenti o in determinate applicazioni in campo medicale. In questi casi, esiste una sola scelta ovvia: assi lineari con azionamento a vite a ricircolo di sfere.

Da questo punto di vista, gli attuatori lineari a vite offrono le migliori prestazioni. Ciò è dovuto principalmente alla loro elevata ripetibilità di posizionamento, pari a ±5 μm. Questa prestazione non può essere eguagliata né dagli attuatori a cinghia né da quelli a vite. Entrambi i tipi di attuatori lineari raggiungono una ripetibilità di posizionamento massima di ±0,05 mm.