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

Comprendere cos'è un attuatore lineare è fondamentale per comprenderne le molteplici applicazioni. Un attuatore lineare aiuta notevolmente a produrre movimenti come spingere, tirare, sollevare, abbassare o inclinare un carico.

A causa della varietà di funzioni che svolgono, sono disponibili diversi tipi di attuatori lineari. Come ci si potrebbe aspettare, non tutti gli attuatori lineari hanno esattamente lo stesso scopo. Per comprendere meglio cos'è un attuatore lineare e le sue funzionalità, esaminiamo alcune delle applicazioni più comuni per questi dispositivi.

A cosa serve un attuatore lineare?

Non tutti i tipi di attuatori lineari sono uguali, ma generano un movimento lineare simile con la potenza necessaria. Da un lato, gli attuatori lineari spostano oggetti o elementi in linea retta. Ma, per di più, completano questo movimento con precisione e grande velocità.

Un sistema di azionamento lineare converte il moto rotatorio in movimento lineare, generando un livello di efficienza impressionante 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 a specifiche esigenze rispetto ad altri.

La scelta ottimale dipende dai processi specifici e dai materiali da movimentare. Comprendere le sfumature 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 prevede la loro combinazione con sistemi robotici cartesiani multiasse. Sono anche comunemente utilizzati come componenti integrati nelle macchine.

I principali settori:

Esistono moltissimi settori che possono avvalersi di un attuatore lineare elettrico. Che si tratti di una piccola attività o di movimentare una notevole quantità di materiali ogni giorno, il punto è che, qualunque sia il tipo di attività, esiste un attuatore lineare ideale per ogni esigenza.

Pertanto, l'elenco seguente non è in alcun modo esaustivo, ma solo alcuni degli esempi più comuni. È chiaro perché questi settori traggano vantaggio da un movimento lineare controllato e preciso.

1. automazione industriale
2. servocomandi e sistemi pick-and-place nei processi di produzione
3. assemblaggio
4. imballaggio e pallettizzazione

 

Basti pensare, infatti, 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 lavorazione in una linea di produzione
4. o spostare un robot antropomorfo industriale lungo un asse esterno aggiuntivo per ampliarne il raggio d'azione

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

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

Come puoi assicurarti di scegliere l'attuatore giusto? Quali variabili deve considerare un progettista industriale che affronta una nuova applicazione?

Quando si parla di soluzioni di movimento lineare, la cosa importante è considerare il problema dal giusto punto di vista. Nello specifico, questo si riferisce all'applicazione in questione. Questo è sempre il primo e più importante aspetto da considerare quando si sceglie il tipo di attuatore lineare di cui si ha bisogno.

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

Considerando attentamente questi fattori, sarai più preparato a identificare non solo il tipo di attuatore lineare di precisione di cui hai bisogno, ma anche le specifiche specifiche che garantiranno prestazioni ottimali nella tua applicazione.

Questo attento 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 a considerare la dinamica, la lunghezza della corsa e la precisione richieste. Analizziamoli in dettaglio.

Alta dinamica

In molti settori della progettazione industriale, le esigenze del progettista spesso riguardano la velocità. In genere includono anche la riduzione dei tempi di ciclo. Un buon esempio è l'industria del packaging. Dopotutto, più preciso e veloce è il packaging, più velocemente i pacchi vengono consegnati.

Non sorprende, quindi, che l'elevata dinamica sia spesso il punto di partenza quando si definisce una soluzione.

Le trasmissioni a cinghia rappresentano spesso la soluzione ideale quando si tratta di elevata dinamica, considerando che:

1. consentono 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 da 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.

In alcuni casi, è richiesta un'elevata dinamica su corse superiori a 10-12 m. In questi casi, gli attuatori con azionamento a pignone e cremagliera tendono a rappresentare un'ottima soluzione. Questo perché questi attuatori lineari consentono accelerazioni fino a 10 m/s² e velocità fino a 3,5 m/s. E tutto questo 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, che è indubbiamente molto più preciso, sarebbe sicuramente troppo lento. Con un attuatore del genere, non si riuscirebbe a gestire corse così lunghe.

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

Colpi lunghi

I sistemi creati da attuatori lineari nelle tipiche configurazioni XYZ della robotica cartesiana presentano spesso corse lunghe. Questo 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 solitamente coinvolgono l'asse Y – sono destinate a gestire carichi considerevolmente pesanti. In alcuni casi, i carichi possono spesso pesare centinaia di chili. Inoltre, numerosi assi Z verticali operano in modo indipendente su queste corse più lunghe.

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

1. Grazie alla rigidità del sistema pignone-cremagliera, possono operare su corse potenzialmente illimitate, mantenendo al contempo rigidità, precisione ed efficienza.
2. All'interno dell'azionamento, gli attuatori con cremagliere in acciaio temprato a induzione presentano denti inclinati. Questi denti scorrono lungo guide 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 con vite a sfere sono limitati (nel caso di corse lunghe) dalla loro velocità critica.

Ripetibilità del posizionamento

Ci sono casi, d'altro canto, in cui il progettista ricerca la massima precisione. Questo potrebbe essere il caso di applicazioni come l'assemblaggio di microcomponenti o di alcune applicazioni in campo medico. In questi casi, la scelta è una sola: assi lineari con viti a ricircolo di sfere.

Gli attuatori lineari a vite offrono le migliori prestazioni da questo punto di vista. Ciò è dovuto principalmente alla loro ripetibilità di posizionamento pari a ±5 μ. Queste prestazioni non possono essere eguagliate né dagli attuatori a cinghia né da quelli a vite. Sia gli attuatori a cinghia che quelli a vite raggiungono una ripetibilità di posizionamento massima di ±0,05 mm.