Quando si progetta un sistema lineare, è importante considerare supporti, guide, azionamenti e guarnizioni. Prima di iniziare la progettazione del sistema lineare, è fondamentale conoscere i requisiti di precisione, ripetibilità, carico e ambientali.

Le guide a sfere a basso attrito e alta rigidità supportano una rotaia (in alto) o due (in basso). Il compromesso per ottenere queste prestazioni è un costo maggiore e una maggiore rumorosità.

Il percorso più breve tra due punti è una linea retta. Ma se stai progettando un sistema di movimento lineare, dovrai considerare il supporto strutturale, le guide, gli azionamenti, le guarnizioni, la lubrificazione e gli accessori tra i punti A e B.

Sia che decidiate di progettare e costruire il vostro sistema da zero utilizzando componenti standard, sia che ne acquistiate uno già progettato su misura, fare le scelte giuste fin dall'inizio vi aiuterà a garantire un funzionamento ottimale a lungo termine.

Supporto e orientamento

Costruire un sistema lineare significa letteralmente partire dalle fondamenta, ovvero da un sistema di supporto strutturale. Il componente principale di tale sistema è in genere un profilato di alluminio.

Per applicazioni che richiedono un posizionamento preciso, è possibile far lavorare sia la superficie di montaggio dell'estrusione di base sia la superficie su cui si fissa la guida lineare. Per applicazioni di minore precisione, come quelle di trasporto, è preferibile ottimizzare le basi in modo che resistano alla flessione sotto carico e prevengano la deformazione durante l'estrusione.

Una base robusta permette al sistema di appoggiare solo sui supporti terminali. Estrusi più leggeri potrebbero richiedere supporti intermittenti lungo la loro lunghezza.
Le guide si fissano alla base per facilitare il movimento. I tipi principali sono le guide a sfera, le guide a ruota e le guide a scorrimento o a prisma.
Le guide a sfere supportano i carichi più pesanti e presentano la massima rigidità. Le loro configurazioni a binario singolo o doppio consentono un movimento con attrito ridotto. Gli svantaggi sono il costo più elevato e la rumorosità che generano.

Le guide delle ruote funzionano fino a 10 m/sec con basso attrito ed elevata rigidità. Tuttavia, i carichi d'urto possono danneggiarle.
Nelle guide di scorrimento, le boccole in polimero a forma di prisma scorrono sulla superficie del profilo. Il polimero contribuisce a renderle silenziose e a resistere a carichi d'urto elevati. Tollerano ambienti contaminati da sporco, detriti, polvere, olio e sostanze chimiche, ma funzionano a velocità inferiori e con carichi più leggeri rispetto alle guide a sfere o a ruote, come indicato dal loro valore PV, ovvero il prodotto della pressione e della velocità che possono sopportare.

Le viti a ricircolo di sfere e le cinghie sono tra le tecnologie di trasmissione disponibili per i sistemi lineari. Le trasmissioni a cinghia sono silenziose e adatte ad applicazioni ad alta produttività e bassa precisione. Le trasmissioni a vite a ricircolo di sfere, più costose, offrono elevata efficienza, precisione e rigidità.

Forza motrice

I sistemi di azionamento muovono il carrello nelle posizioni desiderate. Le tecnologie di azionamento più comuni sono le viti a ricircolo di sfere, le viti a ricircolo di sfere e le cinghie di trasmissione.

In un sistema di azionamento a vite a ricircolo di sfere, le sfere scorrono lungo le scanalature di un albero filettato (la vite a ricircolo di sfere) e ricircolano attraverso un dado a sfere. Poiché i cuscinetti si dividono il carico, i sistemi di azionamento a vite a ricircolo di sfere hanno una capacità di spinta relativamente elevata.

Il risultato è una precisione assoluta, definita come l'errore massimo tra la posizione prevista e quella effettiva, fino a 0,005 mm. I sistemi con viti a ricircolo di sfere rettificate e precaricate sono i più precisi.

I sistemi hanno una capacità di spinta fino a 40 kN e un'elevata rigidità. La loro velocità critica è determinata dal diametro del nucleo della vite, dalla lunghezza non supportata e dalla configurazione del supporto terminale. Grazie a un innovativo supporto per la vite, le unità a vite possono percorrere fino a 12 m e accettare velocità di ingresso di 3.000 giri/min. Gli azionamenti a vite a ricircolo di sfere offrono un'efficienza meccanica del 90%, pertanto il loro costo più elevato è spesso compensato dal minore fabbisogno energetico.

I supporti dei sistemi lineari sono generalmente costituiti da profilati di alluminio che possono essere lavorati per una maggiore precisione.

Gli azionamenti a vite senza fine non possono eguagliare la precisione di posizionamento assoluta degli azionamenti a vite a ricircolo di sfere, ma la loro ripetibilità – la capacità di tornare in una posizione durante il funzionamento quando si avvicinano dalla stessa direzione alla stessa velocità e decelerazione – è di 0,005 mm. Sono utilizzati in applicazioni di posizionamento a ciclo di lavoro da basso a medio e funzionano silenziosamente.

Le trasmissioni a cinghia sono utilizzate in applicazioni di trasporto ad alta produttività con velocità fino a 10 m/sec e accelerazioni fino a 40 m/sec².

Lubrificazione e tenutas per dispositivi lineari

La maggior parte dei sistemi di guida e di azionamento richiede lubrificazione. È possibile semplificare la manutenzione preventiva futura garantendo un facile accesso ai punti di lubrificazione. Ad esempio, i raccordi Zerk installati sul carrello possono alimentare una rete di lubrificazione che serve sia la vite a ricircolo di sfere che il sistema di cuscinetti lineari durante l'installazione e agli intervalli di manutenzione periodica.

L'unità di azionamento lineare è dotata di una tenuta magnetica. La striscia in acciaio inossidabile si solleva appena davanti al carrello e si richiude subito dietro di esso grazie a magneti e ancoraggi a molla sui tappi terminali.

Le guide a prisma non richiedono manutenzione. Il materiale polimerico della slitta possiede una lubrificazione intrinseca e i raschiatori in feltro lubrificati reintegrano il lubrificante ad ogni movimento.

Le guarnizioni trattengono il lubrificante e impediscono l'ingresso di contaminanti. Un tipo è rappresentato dalle guarnizioni a striscia magnetica: fasce magnetiche in acciaio inossidabile che si estendono da un'estremità all'altra del canale. Le fasce sono fissate ai tappi terminali e caricate a molla per mantenere la tensione. Passano attraverso una cavità nel carrello, in modo che la striscia venga sollevata dai magneti appena prima e appena dopo il carrello, mentre questo percorre il sistema.
Una tecnologia di sigillatura alternativa, le fasce di copertura in plastica, utilizza strisce di gomma flessibile che si incastrano con l'estrusione di base, come una busta per congelatore con chiusura a zip. I profili a incastro maschio-femmina che si uniscono creano una chiusura a labirinto che impedisce l'ingresso di particelle.

Un'ulteriore considerazione riguarda le modalità di montaggio del motore. L'alloggiamento del motore e l'accoppiamento devono essere compatibili con le dimensioni dei bulloni e il diametro del cerchio dei bulloni sulla flangia del motore, il diametro del perno del motore e il diametro e la lunghezza dell'albero motore.

Molti motori hanno dimensioni conformi agli standard NEMA, ma altri sono specifici per produttore e modello. In entrambi i casi, i supporti motore flessibili, ricavati da semilavorati comuni, consentono un facile montaggio su quasi tutti i motori, garantendo un allineamento perfetto.

Gli incastri in gomma flessibili mantengono salde le fascette di copertura in plastica e impediscono l'ingresso di particelle.

Mescola e abbina

Non tutte le combinazioni di azionamenti e guide sono logiche. Nelle applicazioni pratiche, è più probabile trovare viti a ricircolo di sfere che azionano guide a sfere o a scorrimento; viti a ricircolo di sfere accoppiate a guide a sfere o a scorrimento; e cinghie che azionano guide a sfere, a scorrimento o a ruota.

Un sistema di azionamento a vite a ricircolo di sfere, combinato con una guida a sfere, garantisce un movimento ripetibile e un sistema rigido in grado di gestire forze e momenti elevati. Tali sistemi sono particolarmente adatti per applicazioni di posizionamento di precisione con carichi elevati e cicli di lavoro intensi, come ad esempio il carico e lo scarico di ingranaggi grezzi su macchine utensili.

Le unità a trasmissione a cinghia con guida a sfere sono adatte ad applicazioni ad alta velocità e accelerazione, con carichi pesanti e momenti flettenti elevati. Queste unità funzionano su basi che coprono uno spazio vuoto e sono supportate alle estremità o in modo intermittente. La pallettizzazione di lattine è una delle applicazioni.
I sistemi lineari a cinghia con guida a slitta sono unità economiche, silenziose e che richiedono poca manutenzione. Funzionano a velocità e accelerazioni moderate, ma eccellono nella gestione dei carichi d'impatto. L'aggiunta di una fascia di copertura magnetica rende questo tipo di sistema adatto ad ambienti con un elevato contenuto di particolato e con esigenze di lavaggio, come ad esempio il trattamento di verniciatura a spruzzo della lamiera.

Poiché le guide a ruota richiedono meno manutenzione rispetto alle guide a sfere, ma più delle guide a slitta, le ruote azionate da cinghie rappresentano un'altra opzione a costo moderato, silenziosa e con bassa manutenzione. Questi sistemi raggiungono elevate velocità e accelerazioni lineari e sono spesso impiegati nelle macchine per l'imballaggio e il riempimento.