I motori e gli attuatori lineari sono ora competitivi in ​​termini di costi con le viti a ricircolo di sfere e le trasmissioni a cinghia e offrono agilità e larghezza di banda nettamente superiori per applicazioni di posizionamento avanzate. Nuovi micromotori e attuatori stanno aiutando ad automatizzare attività precedentemente non realizzabili. Gli azionamenti lineari diretti stanno sostituendo sempre più i cilindri pneumatici servocomandati, garantendo affidabilità e controllabilità, eliminando i costi, il rumore e la manutenzione dei compressori d'aria.

Spinti dai requisiti del settore dei semiconduttori, i produttori di motori lineari hanno costantemente aumentato la precisione, ridotto i prezzi, sviluppato diversi tipi di motori e semplificato l’integrazione nelle apparecchiature di automazione. I moderni motori lineari forniscono un'accelerazione di picco di 20 g e una velocità di 10 metri al secondo, offrono un'agilità dinamica senza pari, riducono al minimo la manutenzione e moltiplicano i tempi di attività. Sono andati oltre l'utilizzo specializzato nel settore dei semiconduttori per fornire prestazioni avanzate in una serie di applicazioni.

Con una velocità e una durata operativa dieci volte superiori a quelle delle viti a ricircolo di sfere, la tecnologia ad azionamento diretto lineare è spesso l'unica soluzione per l'automazione che migliora la produttività.

SUPERIORITÀ DINAMICA

Le prestazioni dinamiche dei meccanismi di posizionamento convenzionali sono limitate da viti, treni di ingranaggi, trasmissioni a cinghia e giunti flessibili, che producono isteresi, gioco e usura. Allo stesso modo, gli attuatori pneumatici soffrono della massa del pistone e dell’attrito pistone-cilindro, nonché della comprimibilità dell’aria, che produce complessità nel servocontrollo. I motori lineari e gli attuatori eliminano la massa e l'inerzia dei posizionatori convenzionali e, liberati da queste limitazioni fondamentali, forniscono una rigidità dinamica senza eguali.

La creazione diretta della forza motrice consente ai motori lineari e agli attuatori di raggiungere una larghezza di banda a circuito chiuso non disponibile con meccanismi di posizionamento alternativi. Il motore e l'attuatore sono in grado di sfruttare appieno i moderni controller. Questi controller sono ottimizzati per il funzionamento con guadagno di anello elevato, ottenendo un controllo di ampia larghezza di banda, assestamento rapido e ripristino rapido dai disturbi transitori.

I motori lineari e gli attuatori eccellono nell'effettuare movimenti a distanza millimetrica che operano nella zona di attrito statico. La loro massa ridotta e il minimo attrito statico riducono al minimo la forza motrice necessaria per iniziare la corsa e semplificano il compito del sistema di controllo nel prevenire il superamento della velocità durante l'arresto. Questi attributi consentono ai motori e agli attuatori ad azionamento diretto di scansionare vetrini per microscopio, ad esempio, e di tracciare le posizioni XY di artefatti a soli pochi millimetri di distanza.

Le applicazioni che richiedono movimenti rapidi e ripetitivi possono sfruttare l'elevata larghezza di banda dell'attuatore lineare per raddoppiare la produttività delle viti a ricircolo di sfere o delle trasmissioni a cinghia. Le macchine che tagliano rotoli di materiale su misura (carta, plastica e persino pannolini) massimizzano la produttività operando senza interrompere il flusso del materiale. Per tagliare al volo, tali macchine accelerano la lama di taglio per sincronizzarsi con il flusso del materiale, viaggiano alla velocità del materiale fino al punto di taglio e quindi avviano il taglio. Dopo il taglio, la lama viene riportata al punto di partenza in attesa del successivo ciclo di taglio di andata e ritorno.

TIPI DI MOTORI LINEARI

Sono disponibili tre configurazioni di base del motore lineare: motore piano, canale a U e motore tubolare. Ogni motore presenta vantaggi e limiti intrinseci.

I motori a pianale, pur offrendo una corsa illimitata e la massima forza motrice, esercitano un'attrazione magnetica considerevole e indesiderabile tra la forza portante del carico e la pista magnetica permanente del motore. Questa forza di attrazione richiede cuscinetti che supportino il carico aggiuntivo.

Il motore con canale a U, con il suo nucleo privo di ferro, ha una bassa inerzia, quindi la massima agilità. Tuttavia, il carico del forzante che trasporta le bobine magnetiche viaggia in profondità all'interno del telaio del canale a U, limitando la rimozione del calore.

I motori lineari tubolari sono robusti, termicamente efficienti e i più semplici da installare. Forniscono sostituzioni immediate per viti a ricircolo di sfere e posizionatori pneumatici. I magneti permanenti del motore tubolare sono racchiusi in un tubo di acciaio inossidabile (asta di spinta), supportato su entrambe le estremità. Senza supporto aggiuntivo dell'asta di spinta, la corsa del carico è limitata a 2-3 metri, a seconda del diametro dell'asta di spinta.

Di tutti e tre i tipi di motore, i motori tubolari sono i più attrezzati per l'uso industriale tradizionale. I motori lineari tubolari hanno ottenuto profondi vantaggi da un’innovazione ingegneristica fondamentale. I motori lineari di Copley Controls sostituiscono il tradizionale encoder lineare esterno con sensori Hall integrati. Un circuito magnetico brevettato consente ai sensori a effetto Hall di ottenere un miglioramento quasi dieci volte maggiore in termini di risoluzione e ripetibilità.

Poiché gli encoder lineari possono costare quasi quanto il motore lineare stesso, la loro eliminazione rappresenta una notevole riduzione dei costi. Ciò semplifica anche l'integrazione del motore lineare nei sistemi di automazione, poiché non è necessario supportare e allineare un encoder complicato. Altri vantaggi includono robustezza, affidabilità e libertà dall'esigenza di un codificatore di ambienti protetti.

I motori lineari tubolari possono essere trasformati in attuatori lineari ad azionamento diretto potenti e versatili. In una versione con attuatore, la forza rimane stazionaria (imbullonata al telaio della macchina), mentre l'asta di spinta per il posizionamento del carico viaggia su cuscinetti a basso attrito esenti da lubrificazione montati all'interno della forza. Oltre a sovraperformare le viti a ricircolo di sfere e le trasmissioni a cinghia, l'attuatore lineare rappresenta un'alternativa più performante ai sistemi di posizionamento servopneumatici programmabili.

I motori lineari tubolari si prestano ad applicazioni di raddoppio della produttività con due forzanti indipendenti che operano su un'unica asta di spinta. Ciascuna forzatrice ha il proprio servoazionamento e può viaggiare in modo completamente indipendente dall'altra. Una forzatrice può quindi caricare, ad esempio, mentre l'altra scarica. La tecnica può raddoppiare la produttività sollevando due articoli alla volta da un trasportatore a movimento veloce e posizionandoli con precisione su un secondo trasportatore.

Allo stesso modo, più forzanti che operano su una singola asta di spinta possono raddoppiare, triplicare o addirittura quadruplicare la forza motrice. Le forzatrici possono essere azionate da un unico controller.

La forza portante del motore lineare scorre su cuscinetti a guida singola a lunga durata. Al contrario, i meccanismi di conversione da rotativo a lineare con viti a ricircolo di sfere comportano ulteriori fonti di usura che riducono le prestazioni e accorciano la durata.

L'asta di spinta dell'attuatore lineare scorre su cuscinetti a lunga durata esenti da lubrificazione montati nella forzante. Questa semplicità intrinseca consente all'attuatore di fornire 10 milioni di cicli operativi. I cuscinetti dell'attuatore sono autoallineanti e facilitano l'installazione. La forza motrice dell'attuatore viene applicata direttamente all'asta di spinta, migliorando l'accelerazione e la reattività.

Con la sostituzione dell'encoder esterno con un sensore a stato solido integrato nella forzante, i motori e gli attuatori ad azionamento diretto diventano dispositivi a due componenti molto semplici. La forza e l'asta di spinta sono entrambi componenti intrinsecamente molto robusti, che consentono al motore e all'attuatore di conformarsi alle classificazioni internazionali di lavaggio IP67.

L'assenza di ingranaggi di macinazione e di viti ronzanti conferisce ai motori lineari e agli attuatori la qualifica sempre più vitale di funzionamento a bassa rumorosità. L’OSHA sta seguendo da vicino i codici industriali europei, che impongono norme sempre più stringenti sul rumore sul posto di lavoro. Il funzionamento silenzioso è già fondamentale negli ambienti di laboratorio e ospedalieri; questa preoccupazione diventerà sempre più diffusa man mano che l'OSHA estenderà la sua normativa ad altri ambienti di produzione.