I motori e gli attuatori lineari sono ormai competitivi in ​​termini di costi rispetto alle viti a ricircolo di sfere e alle trasmissioni a cinghia, offrendo al contempo agilità e larghezza di banda nettamente superiori per applicazioni di posizionamento avanzate. I nuovi micromotori e attuatori contribuiscono ad automatizzare attività prima impossibili. Gli azionamenti lineari diretti stanno progressivamente sostituendo i cilindri pneumatici servoassistiti, garantendo affidabilità e controllabilità, senza i costi, il rumore e la manutenzione dei compressori d'aria.

Spinti dalle esigenze dell'industria dei semiconduttori, i produttori di motori lineari hanno costantemente migliorato la precisione, ridotto i prezzi, sviluppato diverse tipologie di motori e semplificato l'integrazione nelle apparecchiature di automazione. I moderni motori lineari offrono un'accelerazione di picco di 20 g e una velocità di 10 metri al secondo, garantiscono un'agilità dinamica senza pari, riducono al minimo la manutenzione e moltiplicano i tempi di attività. Il loro utilizzo, inizialmente limitato all'industria dei semiconduttori, si è esteso a una vasta gamma di applicazioni, offrendo prestazioni avanzate.

Grazie a una velocità e una durata dieci volte superiori rispetto alle viti a ricircolo di sfere, la tecnologia a trasmissione diretta lineare è spesso l'unica soluzione per un'automazione che migliora la produttività.

SUPERIORITÀ DINAMICA

Le prestazioni dinamiche dei meccanismi di posizionamento convenzionali sono limitate da viti senza fine, ingranaggi, trasmissioni a cinghia e giunti flessibili, che producono isteresi, gioco e usura. Analogamente, gli attuatori pneumatici risentono della massa del pistone e dell'attrito tra pistone e cilindro, nonché della comprimibilità dell'aria, che genera complessità nel controllo servoassistito. I motori e gli attuatori lineari, eliminando la massa e l'inerzia dei posizionatori convenzionali, e svincolati da queste limitazioni fondamentali, offrono una rigidità dinamica senza pari.

La generazione diretta della forza motrice consente ai motori e agli attuatori lineari di raggiungere una larghezza di banda ad anello chiuso non ottenibile con meccanismi di posizionamento alternativi. Il motore e l'attuatore possono sfruttare appieno i moderni controllori. Questi controllori sono ottimizzati per un funzionamento ad alto guadagno ad anello, garantendo un controllo ad ampia larghezza di banda, un rapido assestamento e un rapido recupero da disturbi transitori.

I motori e gli attuatori lineari eccellono nell'effettuare spostamenti di pochi millimetri che operano nella zona di attrito statico. La loro massa ridotta e il minimo attrito statico minimizzano la forza motrice necessaria per avviare il movimento e semplificano il compito del sistema di controllo nel prevenire il superamento della posizione di arresto. Queste caratteristiche consentono ai motori e agli attuatori a trasmissione diretta di scansionare, ad esempio, vetrini da microscopio e di tracciare le coordinate XY di reperti distanti solo pochi millimetri.

Le applicazioni che richiedono movimenti rapidi e ripetitivi possono sfruttare l'elevata larghezza di banda dell'attuatore lineare per raddoppiare la produttività rispetto alle viti a ricircolo di sfere o alle trasmissioni a cinghia. Le macchine che tagliano rotoli di materiale (carta, plastica, persino pannolini) massimizzano la produttività operando senza interrompere il flusso del materiale. Per tagliare in movimento, queste macchine accelerano la lama di taglio per sincronizzarla con il flusso del materiale, si spostano alla velocità del materiale fino al punto di taglio e quindi iniziano il taglio. Dopo il taglio, la lama viene riportata al punto di partenza in attesa del successivo ciclo di taglio.

TIPI DI MOTORI LINEARI

Sono disponibili tre configurazioni di base per i motori lineari: a letto piano, a canale a U e tubolari. Ogni motore presenta vantaggi e limitazioni intrinseci.

I motori a pianale piatto, pur offrendo una corsa illimitata e la massima forza motrice, esercitano una notevole e indesiderata attrazione magnetica tra il soggetto che trasporta il carico e la pista a magneti permanenti del motore. Questa forza di attrazione richiede cuscinetti in grado di supportare il carico aggiuntivo.

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

I motori lineari tubolari sono robusti, efficienti dal punto di vista termico e i più semplici da installare. Rappresentano una soluzione di sostituzione diretta per i posizionatori a vite a ricircolo di sfere e pneumatici. I magneti permanenti del motore tubolare sono racchiusi in un tubo di acciaio inossidabile (asta di spinta), supportato ad entrambe le estremità. Senza un ulteriore supporto dell'asta di spinta, la corsa del carico è limitata a 2-3 metri, a seconda del diametro dell'asta stessa.

Tra tutti e tre i tipi di motore, i motori tubolari sono i più adatti all'uso industriale tradizionale. I motori lineari tubolari hanno tratto notevoli 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 ad effetto Hall di raggiungere un miglioramento di quasi dieci volte 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, in quanto non è necessario supportare e allineare un encoder complesso. Altri vantaggi includono robustezza, affidabilità e l'assenza della necessità di ambienti protetti per l'encoder.

I motori lineari tubolari possono essere trasformati in attuatori lineari a trasmissione diretta potenti e versatili. In una configurazione ad attuatore, l'elemento di spinta rimane fisso (imbullonato al telaio della macchina), mentre l'asta di spinta per il posizionamento del carico si muove su cuscinetti a basso attrito e autolubrificanti montati all'interno dell'elemento di spinta. Oltre a superare le prestazioni delle viti a ricircolo di sfere e delle trasmissioni a cinghia, l'attuatore lineare rappresenta un'alternativa più performante ai sistemi di posizionamento servo-pneumatici programmabili.

I motori lineari tubolari si prestano ad applicazioni che raddoppiano la produttività, grazie a due attuatori indipendenti che operano su un'unica asta di spinta. Ciascun attuatore è dotato di un proprio servomotore e può muoversi in modo completamente indipendente dall'altro. Un attuatore può quindi caricare, ad esempio, mentre l'altro scarica. Questa tecnica permette di raddoppiare la produttività sollevando due oggetti alla volta da un nastro trasportatore ad alta velocità e posizionandoli con precisione su un secondo nastro.

Analogamente, l'utilizzo di più dispositivi di spinta su un'unica asta di azionamento può raddoppiare, triplicare o addirittura quadruplicare la forza motrice. I dispositivi di spinta possono essere azionati da un unico controller.

Il motore lineare, che funge da elemento portante, scorre su cuscinetti a rotaia singola di lunga durata. Al contrario, i meccanismi di conversione da rotativo a lineare con vite a ricircolo di sfere comportano ulteriori fonti di usura che ne degradano le prestazioni e ne riducono la durata.

L'asta di spinta dell'attuatore lineare scorre su cuscinetti autolubrificanti a lunga durata montati nel dispositivo di spinta. Questa intrinseca semplicità consente all'attuatore di erogare 10 milioni di cicli operativi. I cuscinetti dell'attuatore sono autoallineanti, semplificando l'installazione. La forza motrice dell'attuatore viene applicata direttamente all'asta di spinta, migliorando l'accelerazione e la reattività.

Sostituendo l'encoder esterno con un sensore a stato solido integrato nell'elemento di spinta, i motori e gli attuatori a trasmissione diretta diventano dispositivi molto semplici, costituiti da soli due componenti. Sia l'elemento di spinta che l'asta di azionamento sono componenti intrinsecamente molto robusti, il che consente al motore e all'attuatore di essere conformi agli standard internazionali IP67 per la resistenza al lavaggio.

L'assenza di ingranaggi di macinazione e di viti senza fine ronzanti conferisce ai motori e agli attuatori lineari la qualifica, sempre più importante, di funzionamento silenzioso. L'OSHA sta seguendo da vicino le normative industriali europee, che impongono regole sempre più severe in materia di rumore sul luogo 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 contesti produttivi.