Seguendo alcune semplici linee guida per la progettazione di sistemi di movimento lineare è possibile migliorare le prestazioni del sistema e la durata dell'attuatore.

Molte macchine automatizzate si affidano a componenti di guida lineare, come binari profilati, binari tondi o altre strutture di cuscinetti volventi o scorrevoli, per guidare e supportare gli elementi mobili delle apparecchiature. Inoltre, molte volte questi elementi mobili sono azionati da qualche tipo di dispositivo attuatore lineare.

Uno dei problemi più comuni nei sistemi lineari di qualsiasi tipo è il disallineamento. Il disallineamento può portare a una serie di problemi come risultati di movimento lineare incoerenti, durata ridotta del sistema di cuscinetti lineari, usura prematura o guasto del sistema di attuatore e movimenti irregolari come variazioni di velocità o oscillazioni.

Tuttavia, esistono alcuni modi comuni per migliorare le prestazioni complessive del sistema ottimizzando l'allineamento della guida lineare e dell'attuatore.

Attuatori e guide
Sebbene esistano diversi modi per impartire movimento a un elemento guidato della macchina, alcuni dei più comuni rientrano in due categorie. Il primo sono gli attuatori a barra. Gli attuatori ad asta possono essere alimentati a fluido, come idraulici o pneumatici, o elettrici come viti di comando o viti a ricircolo di sfere.

Il secondo riguarda gli attuatori senza stelo. Anche questi possono essere alimentati a fluido o elettrici tramite una vite di comando, una vite a ricircolo di sfere, una cinghia o un motore lineare. Entrambi gli stili di attuatori trovano applicazione nei sistemi guidati. Tuttavia, ciascuno presenta sottili differenze nel modo in cui è meglio impiegato per massimizzare le prestazioni e la durata del sistema.

Gli stessi elementi di guida, siano essi profilati, tondi o altri sistemi di rotolamento o scorrimento, devono essere opportunamente dimensionati e selezionati in fase di progettazione ed installati seguendo le raccomandazioni del produttore, prestando particolare attenzione al processo di allineamento. In questo modo si garantisce che le prestazioni del sistema di guida selezionato siano massimizzate per la particolare applicazione.

Importanza dei membri di conformità
Gli attuatori ad asta, caratterizzati dall'estensione e retrazione dell'asta del pistone o dell'attuatore ad ogni ciclo, offrono in genere una serie di opzioni di montaggio. Opzioni di montaggio come fori praticati e filettati nel dispositivo, piedini di montaggio, giunti con asta sferica, accoppiatori di allineamento, forcelle o perni sono comunemente offerti dalla maggior parte dei fornitori di attuatori ad asta. Se utilizzato con un meccanismo guidato, assicurarsi che ciascun sottosistema, attuatore e gruppo guida sia in grado di muoversi in modo fluido e senza ostacoli. I sistemi che tentano di accoppiare rigidamente l'elemento di azionamento all'elemento condotto possono mostrare prestazioni incoerenti poiché questi due elementi tentano di muoversi su piani separati con uno o entrambi i sottosistemi caricati oltre le loro capacità.

Un attuatore ad asta in un tale sistema viene utilizzato al meglio con un elemento cedevole tra l'elemento di azionamento (attuatore) e quello condotto (sistema di guida). Ad esempio, un'estremità sferica montata sull'asta dell'attuatore consente al punto di montaggio di ruotare attorno al giunto sferico. Questo tipo di connessione alla guida viene utilizzata al meglio insieme a un perno o cerniera all'estremità opposta dell'attuatore dove si collega all'elemento del telaio della macchina. Un tale schema di montaggio consente la conformità della connessione senza aggiungere sollecitazioni eccessive all'azionamento (attuatore) o al condotto (sistema di guida).

Gli attuatori senza stelo, caratterizzati dalla corsa contenuta nella lunghezza complessiva, possono anche contenere un sistema di guida integrato nell'attuatore. Gli attuatori senza stelo, se utilizzati insieme a un sistema di guida separato, dovranno includere anche un elemento cedevole nella connessione tra l'azionamento e gli elementi condotti. La maggior parte dei fornitori di attuatori offre una varietà di supporti destinati a questo tipo di installazione, come le staffe flottanti.

Gli attuatori senza stelo che includono un sistema di guida possono svolgere il compito di guidare e supportare l'attrezzatura sostituendo un sistema di guida separato. Questa funzionalità può essere particolarmente utile e molte volte consente al costruttore di macchinari di risparmiare tempo e denaro nel processo. Gli attuatori senza stelo con guide integrate possono essere integrati nei macchinari in combinazioni per soddisfare un'ampia varietà di esigenze di movimento. Configurazioni multiasse come xy o xyz insieme a configurazioni a portale sono tutte possibili con il corretto dimensionamento. Nell'installazione di attuatori senza stelo con guide integrate, l'allineamento è altrettanto importante.

Parallelismo e perpendicolarità degli elementi uniti
Un attuatore senza stelo con guida integrale utilizzato in una configurazione ad asse singolo deve soddisfare solo le aspettative di posizionamento. Il processo di allineamento è semplice poiché l'attuatore funziona singolarmente portando il carico in posizione senza alcuna guida esterna. Esempi di questo tipo di configurazione includono il punto di lavoro a punto di lavoro o l'allineamento al fissaggio sull'attrezzatura.

L'allineamento degli attuatori senza stelo nelle configurazioni multiasse diventa più impegnativo poiché più attuatori devono lavorare insieme. Pertanto, quando si montano questi attuatori, è necessario considerare il parallelismo e la perpendicolarità di tutti i dispositivi collegati per ottenere prestazioni ottimali e la massima durata.

Parallelismo degli elementi uniti
Esistono tre variabili che possono influenzare il parallelismo durante il montaggio degli attuatori lineari. Porre e rispondere a queste domande massimizzerà il parallelismo e le prestazioni del sistema.

1. Gli attuatori sono montati con i carrelli alla stessa altezza? Il disallineamento in questo piano creerà un momento flettente sfavorevole sull'asse Mx sul sistema di cuscinetti di una o entrambe le unità.

2. Gli attuatori sono montati a una distanza costante l'uno dall'altro da un'estremità all'altra? Il disallineamento in questo piano applicherà un carico laterale sfavorevole nell'asse Fy sul sistema di cuscinetti e, se grave, potrebbe causare il bloccaggio delle unità.

3. Gli attuatori sono montati in piano tra loro? Il disallineamento angolare applicherà un momento flettente sfavorevole nell'asse My sul sistema di cuscinetti di entrambe le unità.

Perpendicolarità degli elementi uniti
Esistono due variabili che influenzano la perpendicolarità durante il montaggio degli attuatori lineari.

1. In un sistema XYZ, l'asse Z è montato perpendicolare all'asse Y? Il disallineamento in questo piano applicherà un momento flettente sfavorevole sul sistema di cuscinetti dell'attuatore dell'asse Y su uno o tutti gli assi possibili.

2. In un sistema a portale in cui è necessario che due attuatori si muovano simultaneamente sull'asse X o Y, si muovono simultaneamente? Il disallineamento o le prestazioni inadeguate del servo applicheranno un momento flettente indesiderato nell'asse Mz al sistema di cuscinetti.

Le tolleranze effettive relative alle raccomandazioni di allineamento e montaggio dipendono dal produttore specifico dell'attuatore e dal tipo di cuscinetto. Tuttavia, una regola pratica generale è quella di considerare il tipo di sistema di cuscinetti. I tipi di cuscinetti ad alte prestazioni, come i sistemi di guide profilate, tendono ad essere piuttosto rigidi e l'allineamento è più critico. I sistemi a prestazioni medie che utilizzano rulli o ruote hanno spesso giochi che offrono una certa tolleranza nell'allineamento. I sistemi con cuscinetti a strisciamento o scorrevoli spesso hanno un gioco maggiore e possono essere ancora più tolleranti.

Quando si installano sistemi di montaggio di attuatori lineari, sono disponibili numerosi strumenti di misurazione per garantire il corretto allineamento, dai misuratori ai sistemi laser. Qualunque sia lo strumento utilizzato, creare sempre un asse come riferimento per i piani XY e Z e montare gli altri dispositivi rispetto all'asse di riferimento. Ciò contribuirà a ottenere le massime prestazioni e la massima durata dal sistema di attuatori.