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

Molte macchine automatizzate si affidano a componenti di guida lineare, come rotaie profilate, rotaie tonde o altre strutture con cuscinetti volventi o radenti, per guidare e supportare gli elementi mobili delle apparecchiature. Inoltre, spesso questi elementi mobili sono azionati da un 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, riduzione della durata del sistema di cuscinetti lineari, usura prematura o guasto del sistema attuatore e movimenti irregolari come variazioni di velocità o oscillazioni.

Esistono tuttavia alcuni metodi 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 di una macchina, alcuni dei più comuni rientrano in due categorie. La prima è rappresentata dagli attuatori a stelo. Gli attuatori a stelo possono essere azionati da un fluido, come sistemi idraulici o pneumatici, oppure elettrici, come viti a ricircolo di sfere o viti a ricircolo di sfere.

Il secondo è costituito dagli attuatori senza stelo. Anche questi possono essere azionati da un fluido o elettricamente tramite una vite di comando, una vite a sfere, una cinghia o un motore lineare. Entrambi i tipi di attuatori trovano applicazione nei sistemi guidati. Tuttavia, ognuno presenta sottili differenze nel modo migliore per massimizzare le prestazioni e la durata del sistema.

Gli elementi di guida stessi, siano essi guide profilate, guide tonde o altri sistemi di rotolamento o scorrimento, devono essere dimensionati e selezionati correttamente in fase di progettazione e installati seguendo le raccomandazioni del produttore, prestando particolare attenzione al processo di allineamento. Ciò garantisce che le prestazioni del sistema di guida selezionato siano massimizzate per la specifica applicazione.

Importanza dei membri della conformità

Gli attuatori a stelo, caratterizzati dall'estensione e dalla retrazione dello stelo del pistone o dell'attuatore a ogni ciclo, offrono in genere diverse opzioni di montaggio. Opzioni di montaggio come fori trapanati e filettati nel dispositivo, piedini di montaggio, giunti sferici, giunti di allineamento, forcelle o perni di articolazione sono comunemente offerti dalla maggior parte dei fornitori di attuatori a stelo. Quando utilizzati con un meccanismo guidato, assicurarsi che ciascun sottosistema, attuatore e gruppo guida sia in grado di muoversi fluidamente e senza impedimenti. I sistemi che tentano di accoppiare rigidamente l'elemento di azionamento all'elemento condotto possono presentare prestazioni incoerenti poiché questi due elementi tentano di muoversi su piani separati con uno o entrambi i sottosistemi caricati oltre le proprie capacità.

Un attuatore a stelo in un sistema di questo tipo è ideale se dotato di un elemento di cedevolezza tra l'elemento di azionamento (attuatore) e quello condotto (sistema di guida). Ad esempio, un'estremità a stelo sferica montata sullo stelo dell'attuatore consente al punto di montaggio di ruotare attorno al giunto sferico. Questo tipo di collegamento alla guida è ideale se utilizzato in combinazione con un perno o una forcella all'estremità opposta dell'attuatore, dove si fissa all'elemento del telaio della macchina. Tale schema di montaggio consente la cedevolezza del collegamento senza aggiungere sollecitazioni eccessive né all'elemento di azionamento (attuatore) né a quello condotto (sistema di guida).

Gli attuatori senza stelo, caratterizzati dalla corsa contenuta nella lunghezza complessiva, possono anche includere un sistema di guida integrato. Gli attuatori senza stelo, se utilizzati in combinazione con un sistema di guida separato, dovranno inoltre includere un elemento di collegamento tra l'elemento di azionamento e quello condotto. La maggior parte dei fornitori di attuatori offre una varietà di supporti pensati per 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 caratteristica può essere particolarmente utile e spesso consente al costruttore di macchinari di risparmiare tempo e denaro. Gli attuatori senza stelo con guide integrate possono essere integrati nei macchinari in diverse combinazioni per soddisfare un'ampia gamma di esigenze di movimento. Configurazioni multiasse come xy o xyz, insieme a configurazioni a portale, sono tutte possibili con un dimensionamento adeguato. 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 integrata, utilizzato in una configurazione monoasse, deve solo soddisfare le aspettative di posizionamento. Il processo di allineamento è semplice, poiché l'attuatore lavora singolarmente, portando il carico in posizione senza alcuna guida esterna. Esempi di questo tipo di configurazione includono l'allineamento punto di lavoro-punto di lavoro o l'allineamento al fissaggio sull'attrezzatura.

L'allineamento degli attuatori senza stelo in configurazioni multiasse diventa più complesso poiché più attuatori devono lavorare insieme. Pertanto, durante il montaggio di 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. Porsi e rispondere a queste domande massimizzerà il parallelismo e le prestazioni del sistema.

1. Gli attuatori sono montati con i carrelli alla stessa altezza? Un disallineamento su questo piano causerà 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? Un disallineamento in questo piano applicherà un carico laterale sfavorevole sull'asse Fy al sistema di cuscinetti e, se grave, potrebbe causare il bloccaggio delle unità.

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

Perpendicolarità degli elementi uniti

Sono due le variabili che influiscono sulla perpendicolarità durante il montaggio degli attuatori lineari.

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

2. In un sistema a portale in cui due attuatori devono muoversi simultaneamente lungo l'asse X o Y, si muovono simultaneamente? Un disallineamento o prestazioni servo inadeguate applicheranno un momento flettente indesiderato sull'asse Mz al sistema di cuscinetti.

Le tolleranze effettive relative alle raccomandazioni di allineamento e al montaggio dipendono dal produttore dell'attuatore e dal tipo di cuscinetto. Tuttavia, una regola generale è quella di considerare il tipo di sistema di cuscinetti. I tipi di cuscinetti ad alte prestazioni, come i sistemi a rotaia profilata, tendono ad essere piuttosto rigidi e l'allineamento è più critico. I sistemi a prestazioni medie che utilizzano rulli o ruote presentano spesso giochi che offrono una certa tolleranza nell'allineamento. I sistemi a cuscinetti lisci o a strisciamento presentano spesso giochi maggiori e possono essere ancora più tolleranti.

Durante l'installazione di sistemi di montaggio per attuatori lineari, sono disponibili diversi strumenti di misura per garantire un corretto allineamento, che vanno dai calibri ai sistemi laser. Indipendentemente dagli strumenti utilizzati, è sempre consigliabile creare un asse come riferimento per i piani XY e Z e montare gli altri dispositivi rispetto all'asse di riferimento. In questo modo si otterranno le massime prestazioni e la massima durata del sistema attuatore.