Questo articolo spiegherà le basi della progettazione di un sistema lineare compreso il sistema di supporto strutturale, la tecnologia di guida, la tecnologia di azionamento e la tenuta, la lubrificazione e gli accessori. Innanzitutto verranno discussi i pro e i contro delle diverse tecnologie come azionamenti a vite, a ricircolo di sfere, azionamenti a cinghia, guide a sfere, guide a scorrimento e guide a ruote. L'articolo esaminerà quindi i vantaggi e gli svantaggi della progettazione e della costruzione del proprio sistema lineare rispetto alla configurazione di un sistema da elementi costitutivi standard. Infine, l'articolo descriverà un processo passo passo basato sul web per dimensionare e selezionare un sistema lineare basato su componenti standard economici.

Gli elementi costitutivi di un sistema lineare sono il sistema di supporto strutturale, il sistema di azionamento, il sistema di guida, la tenuta, la lubrificazione e gli accessori. Il componente principale del sistema di supporto strutturale è tipicamente un estruso di alluminio disponibile in lunghezze fino a 12 metri. La superficie di montaggio della base può essere lavorata per applicazioni che richiedono un posizionamento accurato. Le estrusioni di base per applicazioni di tipo trasporto con precisione inferiore solitamente non vengono lavorate. Le basi utilizzate nelle applicazioni di trasporto sono ottimizzate per la resistenza alla flessione sotto carico e alla distorsione durante il processo di estrusione, consentendo al sistema di essere supportato solo alle estremità.

I principali tipi di guide sono guide a sfere, guide a ruota e guide a scorrimento o prisma. Le guide a sfere supportano carichi utili elevati fino a 38.000 Newton (N) e carichi di momento elevati fino a 27,60 Newton metri (Nm). Altri vantaggi delle guide a sfere includono il basso attrito e l'elevata rigidità. Le guide a sfere sono disponibili in configurazioni a binario singolo o doppio. I punti deboli delle guide a sfere includono costi relativamente elevati e livelli di rumore elevati. Un vantaggio chiave delle guide a ruote è la loro capacità di funzionare a velocità eccezionalmente elevate, fino a 10 metri al secondo (m/s). Le guide delle ruote offrono inoltre un basso attrito e una rigidità molto elevata. D'altro canto, le guide delle ruote hanno una resistenza relativamente bassa ai carichi d'urto. Le guide di scorrimento utilizzano boccole polimeriche a forma di prisma che corrono direttamente sulla superficie del profilo per garantire un funzionamento molto silenzioso e resistere a carichi d'urto elevati. Un vantaggio chiave delle guide di scorrimento è la loro capacità di operare in ambienti contaminati. Le guide di scorrimento hanno velocità e capacità di carico inferiori rispetto alle guide a sfere o a ruote.

Le tecnologie di azionamento più diffuse sono le viti a ricircolo di sfere, le viti a ricircolo di sfere e le trasmissioni a cinghia. La vite a ricircolo di sfere è composta da una vite a ricircolo di sfere e da una chiocciola con cuscinetti a ricircolo di sfere. Le viti a ricircolo di sfere rettificate e precaricate garantiscono una precisione di posizionamento eccezionalmente elevata. Il carico sulla vite a ricircolo di sfere è distribuito su un gran numero di cuscinetti a sfera in modo che ciascuna sfera sia sottoposta ad un carico relativamente basso. Il risultato è un'elevata precisione assoluta fino a 0,005 mm, un'elevata capacità di spinta fino a 40 KN ed elevata rigidità. La precisione assoluta è definita come l'errore massimo tra la posizione prevista e quella effettiva. Le unità con vite a ricircolo di sfere forniscono in genere un'efficienza meccanica del 90%, quindi il loro costo più elevato è spesso compensato da requisiti di potenza ridotti. La velocità critica di una vite a ricircolo di sfere è determinata dal diametro della radice della vite, dalla lunghezza non supportata e dalla configurazione del supporto terminale. I supporti per viti a ricircolo di sfere consentono l'utilizzo di unità a vite con corsa fino a 12 metri e velocità di ingresso di 3.000 giri/min. Le unità a vite di comando non possono eguagliare la precisione di posizionamento assoluta delle unità a vite a ricircolo di sfere, ma forniscono un'eccellente ripetibilità di 0,005 mm. La ripetibilità è definita come la capacità di un sistema di posizionamento di ritornare in una posizione durante il funzionamento quando ci si avvicina dalla stessa direzione alla stessa velocità e velocità di decelerazione. Gli azionamenti a vite sono utilizzati in applicazioni di posizionamento con ciclo di lavoro medio-basso e funzionano a bassi livelli di rumore. Le trasmissioni a cinghia vengono utilizzate in applicazioni di trasporto ad alta velocità e ad alto rendimento con velocità fino a 10 m/s e accelerazione fino a 40 m/s2. Sia il sistema di guida che il sistema di azionamento richiedono generalmente lubrificazione. Il facile accesso ai raccordi di lubrificazione semplifica la manutenzione preventiva. Un approccio efficace è l'uso di raccordi Zerk sul carrello che alimentano una rete attraverso la quale sia la vite a ricircolo di sfere che il sistema di cuscinetti lineari vengono lubrificati durante l'installazione e a intervalli di manutenzione periodica. Il sistema di guida del prisma non richiede manutenzione. Oltre al potere lubrificante intrinseco del polimero, sono presenti spazzole in feltro lubrificate che ripristinano il lubrificante ad ogni corsa. La tecnologia di tenuta è importante in molte applicazioni. Una guarnizione a striscia magnetica è costituita da una fascia magnetica in acciaio inossidabile caricata a molla per mantenere la tensione. Le due estremità vengono fissate alle piastre terminali del sistema e il nastro di copertura o il nastro di tenuta viene fatto passare attraverso una cavità nel carrello. Mentre i carrelli percorrono la lunghezza del sistema, la striscia viene sollevata dai magneti per consentire il passaggio del carrello.

Una tecnologia di sigillatura alternativa, le fasce di copertura in plastica utilizzano una striscia di gomma flessibile che si incastra con l'estrusione della base, agendo in modo molto simile a una busta Ziploc. I profili accoppiati "maschio e femmina" creano una tenuta a labirinto estremamente efficace nel prevenire l'ingresso di particolato. I supporti motore flessibili semplificano l'integrazione dei sistemi lineari negli assiemi automatizzati. Gli utenti possono semplicemente richiedere un supporto motore NEMA standard o fornire informazioni di montaggio specifiche per il proprio motore o fornire il nome e il codice prodotto del produttore del motore. L'alloggiamento e il giunto sono ricavati da pezzi grezzi comuni per adattarsi alle caratteristiche chiave del motore del cliente: dimensione del bullone e diametro del cerchio del bullone sulla flangia del motore; diametro pilota motore; e diametro e lunghezza dell'albero motore. Ciò consente alle guide di montaggio facilmente, orizzontalmente, verticalmente, inclinate o invertite, su quasi tutti i motori, con allineamento garantito.

Non tutte le combinazioni di tipo di azionamento e tipo di guida hanno senso. I sette gruppi tecnologici utilizzati nelle applicazioni pratiche includono azionamento a vite e guida a sfere, azionamento a vite e guida a scorrimento, azionamento a vite a sfere e guida a sfere, azionamento a vite a sfere e guida a scorrimento, azionamento a cinghia e guida a sfere, azionamento a cinghia e guida a scorrimento e trasmissione a cinghia e guida a ruota. I diagrammi a ragno rappresentano i relativi punti di forza e di debolezza di ciascuna di queste tecnologie. La tecnologia della vite a ricircolo di sfere e della guida a sfere offre elevata ripetibilità, elevata rigidità e capacità di gestire forze e momenti elevati. Viene utilizzato in applicazioni di posizionamento di precisione con carichi elevati e cicli di lavoro elevati, come il sistema lineare utilizzato per caricare e scaricare gli ingranaggi grezzi su una macchina utensile. Le unità con trasmissione a cinghia e guida a sfere sono progettate per applicazioni ad alta velocità e accelerazione con carichi utili pesanti e carichi di momento elevati. Questo gruppo tecnologico è adatto per applicazioni che coprono un intervallo e sono supportate alle estremità o in modo intermittente. Una tipica applicazione prevede la pallettizzazione delle lattine. I sistemi lineari con trasmissione a cinghia e guida a scorrimento forniscono velocità moderata e capacità di accelerazione. Le guide di scorrimento possono gestire i carichi di impatto ma sono alquanto limitate nelle loro velocità lineari. Questa combinazione fornisce una soluzione economica e silenziosa che richiede poca manutenzione. L'aggiunta di una fascia di copertura magnetica rende questa soluzione ideale per ambienti con un elevato contenuto di particolato e requisiti di lavaggio come applicazioni di trattamento a spruzzo di lamiere. Le unità azionate da cinghia e guidate da ruote forniscono elevate velocità lineari e capacità di accelerazione insieme a costi moderati, bassa rumorosità e requisiti di manutenzione relativamente bassi. Una tipica applicazione è la macchina confezionatrice e riempitrice.

Fare o comprare? Quando si valuta se realizzare o acquistare un sistema lineare, è importante considerare il tempo e le competenze ingegneristiche necessarie per progettare un sistema lineare. La progettazione di un sistema comprende calcoli ingegneristici quali durata dei cuscinetti lineari e radiali, durata della vite a ricircolo di sfere, velocità critica della vite a ricircolo di sfere, deflessione del profilo di supporto, scelta del lubrificante, progettazione della copertura, ecc. L'approccio di sovradimensionamento del sistema lineare per ridurre Il tempo di progettazione ha lo svantaggio che i costi e i costi aumentano e che è comunque necessaria un'ingegneria di base per garantire che non venga tralasciato nulla di fondamentale. Quando si acquistano sistemi lineari, ci saranno momenti in cui i prodotti standard del catalogo non soddisfano i requisiti dell'applicazione. In questo caso, modifiche significative ai prodotti standard o ai design dei fogli bianchi rappresentano alternative praticabili. Un partner con un'ampia gamma di prodotti e capacità tecniche può collaborare con te per risolvere il tuo problema risparmiando tempo e denaro e accelerando il ciclo di sviluppo.