Questo articolo illustrerà le basi della progettazione di un sistema lineare, inclusi il sistema di supporto strutturale, la tecnologia di guida, la tecnologia di azionamento e la tenuta, la lubrificazione e gli accessori. In primo luogo, analizzerà i pro e i contro delle diverse tecnologie, come le viti a ricircolo di sfere, le viti a ricircolo di sfere, le guide a cinghia, le guide a sfere, le guide a scorrimento e le guide a rotelle. L'articolo esaminerà poi i vantaggi e gli svantaggi della progettazione e costruzione di un sistema lineare personalizzato rispetto alla configurazione di un sistema a partire da componenti standard. Infine, l'articolo descriverà una procedura web passo passo per il dimensionamento e la selezione di 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 in genere un estruso di alluminio disponibile in lunghezze fino a 12 metri. La superficie di montaggio della base può essere lavorata meccanicamente per applicazioni che richiedono un posizionamento preciso. Gli estrusi di base per applicazioni di trasporto con precisione inferiore solitamente non vengono lavorati meccanicamente. Le basi utilizzate nelle applicazioni di trasporto sono ottimizzate per la resistenza alla flessione sotto carico e alla deformazione durante il processo di estrusione, consentendo al sistema di essere supportato solo alle estremità.

I principali tipi di guide sono le guide a sfere, le guide a rotelle e le guide a scorrimento o prismatiche. 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 rotaia singola o doppia. I punti deboli delle guide a sfere includono il costo relativamente elevato e l'elevata rumorosità. Un vantaggio chiave delle guide a rotelle è la loro capacità di operare a velocità eccezionalmente elevate, fino a 10 metri al secondo (m/s). Le guide a rotelle offrono anche basso attrito e un'elevatissima rigidità. D'altra parte, le guide a rotelle hanno una resistenza relativamente bassa ai carichi d'urto. Le guide a scorrimento utilizzano boccole polimeriche a forma di prisma che scorrono direttamente sulla superficie del profilo per garantire un funzionamento molto silenzioso e resistere a carichi d'urto elevati. Un vantaggio chiave delle guide a scorrimento è la loro capacità di operare in ambienti contaminati. Le guide a scorrimento hanno velocità e capacità di carico inferiori rispetto alle guide a sfere o a rotelle.

Le tecnologie di azionamento più diffuse sono le viti a sfere, le viti a madrevite e le trasmissioni a cinghia. La vite a sfere è costituita da una vite a sfere e da una chiocciola con cuscinetti a ricircolo di sfere. Le viti a sfere rettificate e precaricate offrono una precisione di posizionamento eccezionalmente elevata. Il carico sulla vite a sfere è distribuito su un gran numero di cuscinetti a sfere, in modo che ogni sfera sia soggetta a 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 e un'elevata rigidità. La precisione assoluta è definita come l'errore massimo tra la posizione prevista e quella effettiva. Le viti a sfere offrono in genere un'efficienza meccanica del 90%, quindi il loro costo maggiore è spesso compensato da una riduzione del fabbisogno energetico. La velocità critica di una vite a sfere è determinata dal diametro del nocciolo della vite, dalla lunghezza non supportata e dalla configurazione del supporto terminale. I supporti per viti a sfere consentono l'utilizzo di unità azionate da vite con corsa fino a 12 metri e velocità di ingresso di 3.000 giri/min. Le viti a madrevite non possono eguagliare la precisione di posizionamento assoluta delle viti a sfere, ma offrono un'eccellente ripetibilità di 0,005 mm. La ripetibilità è definita come la capacità di un sistema di posizionamento di tornare in una posizione durante il funzionamento, quando si avvicina dalla stessa direzione alla stessa velocità e decelerazione. Gli azionamenti a vite senza fine sono utilizzati in applicazioni di posizionamento con ciclo di lavoro basso-medio e operano a bassa rumorosità. Gli azionamenti a cinghia sono utilizzati in applicazioni di trasporto ad alta velocità e alta produttività, con velocità fino a 10 m/s e accelerazioni fino a 40 m/s². Sia il sistema di guida che il sistema di azionamento richiedono in genere lubrificazione. Il facile accesso ai raccordi di lubrificazione semplifica la manutenzione preventiva. Un approccio efficace è l'utilizzo di raccordi Zerk sul carrello che alimentano una rete attraverso la quale sia la vite a sfere che il sistema di cuscinetti lineari vengono lubrificati durante l'installazione e a intervalli di manutenzione periodica. Il sistema di guida prismatica è esente da manutenzione. Oltre alla lubrificazione intrinseca del polimero, sono presenti raschiatori in feltro lubrificati che riforniscono di lubrificante a ogni corsa. La tecnologia di tenuta è importante in molte applicazioni. Una guarnizione a striscia magnetica è costituita da una banda magnetica in acciaio inossidabile caricata a molla per mantenere la tensione. Le due estremità sono fissate alle piastre terminali del sistema e la fascia di copertura o la striscia di tenuta viene instradata attraverso una cavità nel carrello. Man mano che i carrelli percorrono il sistema, la striscia viene sollevata dai magneti per consentire il passaggio del carrello.

Una tecnologia di tenuta alternativa, le fascette di copertura in plastica utilizzano una striscia di gomma flessibile che si incastra con l'estrusione di base, comportandosi in modo molto simile a un sacchetto Ziploc. I profili "maschio e femmina" di accoppiamento creano una tenuta a labirinto estremamente efficace nel prevenire l'ingresso di particelle. I supporti motore flessibili semplificano l'integrazione dei sistemi lineari negli assemblaggi 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 del produttore del motore. L'alloggiamento e il giunto sono ricavati da grezzi comuni per adattarsi alle caratteristiche principali del motore del cliente: dimensione e diametro del cerchio dei bulloni sulla flangia del motore; diametro del pilota del motore; diametro e lunghezza dell'albero motore. Ciò consente alle guide di montaggio di essere facilmente montate, orizzontalmente, verticalmente, inclinate o capovolte, su quasi tutti i motori, con allineamento garantito.

Non tutte le combinazioni di tipo di azionamento e tipo di guida sono sensate. I sette gruppi tecnologici utilizzati nelle applicazioni pratiche includono azionamento con vite di comando e guida a sfere, azionamento con vite di comando e guida a scorrimento, azionamento con vite a sfere e guida a sfere, azionamento con vite a sfere e guida a scorrimento, azionamento a cinghia e guida a sfere, azionamento a cinghia e guida a scorrimento e azionamento a cinghia e guida a rotelle. I diagrammi a ragno illustrano i relativi punti di forza e di debolezza di ciascuna di queste tecnologie. La tecnologia dell'azionamento con vite a sfere e guida a sfere offre elevata ripetibilità, elevata rigidità e capacità di gestire forze e momenti elevati. Viene utilizzata in applicazioni di posizionamento di precisione con carichi elevati e cicli di lavoro elevati, come il sistema lineare utilizzato per caricare e scaricare grezzi di ingranaggi su una macchina utensile. Le unità a cinghia con guida a sfere sono progettate per applicazioni ad alta velocità e accelerazione con carichi utili elevati e carichi di momento elevati. Questo gruppo tecnologico è adatto per applicazioni che coprono un varco e sono supportate alle estremità o in modo intermittente. Un'applicazione tipica riguarda la pallettizzazione di lattine. I sistemi lineari a cinghia con guida a scorrimento offrono velocità e accelerazione moderate. Le guide a scorrimento possono gestire carichi d'impatto, ma sono in qualche modo limitate nelle loro velocità lineari. Questa combinazione offre una soluzione economica, silenziosa e con bassi requisiti di manutenzione. L'aggiunta di una banda di copertura magnetica rende questa soluzione ideale per ambienti con un elevato contenuto di particolato e requisiti di lavaggio, come le applicazioni di trattamento a spruzzo di lamiere. Le unità azionate da cinghia e guidate da ruote offrono elevate capacità di velocità lineare e accelerazione, oltre a costi contenuti, bassa rumorosità e requisiti di manutenzione relativamente bassi. Un'applicazione tipica è la macchina confezionatrice e riempitrice.

Produrre o acquistare? Quando si valuta se produrre o acquistare un sistema lineare, è importante considerare i tempi di progettazione e le competenze necessarie per progettarlo. La progettazione di un sistema include calcoli ingegneristici come la durata dei cuscinetti lineari e radiali, la durata della vite a sfere, la velocità critica della vite a sfere, la flessione del profilo di supporto, la scelta della lubrificazione, la progettazione del coperchio, ecc. L'approccio di sovradimensionare il sistema lineare per ridurre i tempi di progettazione presenta lo svantaggio di aumentare i costi e l'ingombro, mentre è comunque necessaria una progettazione di base per garantire che nulla sia stato trascurato. Quando si acquistano sistemi lineari, ci saranno momenti in cui i prodotti standard a catalogo non soddisfano i requisiti dell'applicazione. In questo caso, modifiche significative ai prodotti standard o progetti su foglio bianco rappresentano valide alternative. Un partner con un'ampia gamma di prodotti e capacità ingegneristiche può collaborare con voi per risolvere il vostro problema, risparmiando tempo e denaro e accelerando il ciclo di sviluppo.