In che modo “LOSTPED” può essere d'aiuto?

Dall'imballaggio e dalla movimentazione dei materiali alla fabbricazione di semiconduttori e all'assemblaggio automobilistico, praticamente tutti i processi produttivi incorporano una qualche forma di movimento lineare e, man mano che i produttori acquisiscono familiarità con la flessibilità e la semplicità dei sistemi modulari di movimento lineare, questi sistemi, siano essi a uno, due o tre assi di robotica cartesiana, stanno trovando applicazione in diversi ambiti produttivi.

Un errore comune commesso da ingegneri e progettisti durante il dimensionamento e la selezione dei sistemi di movimento lineare è quello di trascurare i requisiti applicativi critici del sistema finale. Questo può portare, nel peggiore dei casi, a costose riprogettazioni e rilavorazioni, ma spesso si traduce anche in un sistema sovradimensionato, più costoso e meno efficiente del previsto. Con così tante possibili soluzioni, è facile sentirsi sopraffatti quando si tratta di progettare un sistema di movimento lineare. Quanto carico dovrà gestire il sistema? A quale velocità dovrà muoversi? Qual è la soluzione progettuale più conveniente?

Tutte queste domande e molte altre sono state prese in considerazione quando il gruppo Tecnologie di Movimento Lineare e Assemblaggio di Bosch Rexroth ha sviluppato "LOSTPED", un semplice acronimo che guida l'ingegnere o il progettista nella raccolta delle informazioni necessarie per specificare i componenti o i moduli di movimento lineare appropriati per qualsiasi applicazione.

COS'È LOSPED?

LOSTPED è l'acronimo di Carico, Orientamento, Velocità, Corsa, Precisione, Ambiente e Ciclo di lavoro. Ogni lettera dell'acronimo LOSTPED rappresenta un fattore da considerare nel dimensionamento e nella selezione di un sistema di movimentazione lineare. Ad esempio, il carico impone sollecitazioni diverse al sistema di cuscinetti durante l'accelerazione e la decelerazione rispetto ai movimenti a velocità costante. Con il passaggio da soluzioni di movimentazione lineare basate su singoli componenti a sistemi completi a moduli lineari o cartesiani, le interazioni tra i componenti del sistema – ovvero guide lineari e azionamenti a vite a ricircolo di sfere, a cinghia o a motore lineare – diventano più complesse e la progettazione del sistema più adatto si fa più impegnativa. L'acronimo LOSTPED può aiutare i progettisti a evitare errori, ricordando loro di considerare tutti i fattori interconnessi durante lo sviluppo e la specifica del sistema.

COME USARE LOSTPED

Di seguito sono riportate le descrizioni di ciascun fattore LOSTPED, nonché le domande chiave da porsi per determinare i criteri di dimensionamento e selezione di un sistema di movimentazione lineare.

CARICO

Il carico si riferisce al peso o alla forza applicata al sistema. Tutti i sistemi di movimento lineare sono soggetti a un qualche tipo di carico, come ad esempio le forze verso il basso nelle applicazioni di movimentazione dei materiali, o i carichi assiali nelle applicazioni di foratura, pressatura o avvitatura. Altre applicazioni presentano un carico costante, come nel caso della movimentazione di wafer di semiconduttori, in cui un FOUP (Front-Opening Unified Pod, contenitore unificato ad apertura frontale) viene trasportato da una postazione all'altra per il deposito e il prelievo. Un terzo tipo è definito da carichi variabili, come ad esempio un'applicazione di dispensazione medica, in cui il reagente viene depositato in una serie di pipette una dopo l'altra, con conseguente riduzione del carico a ogni passaggio.

Quando si valuta il carico, è importante considerare anche il tipo di strumento che verrà utilizzato all'estremità del braccio per prelevare o trasportare il carico. Sebbene non sia direttamente correlato al carico, gli errori in questo ambito possono essere costosi. Ad esempio, se in un'applicazione di prelievo e posizionamento viene prelevato un pezzo particolarmente delicato, questo potrebbe danneggiarsi se si utilizza un dispositivo di presa non idoneo.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Qual è la fonte del carico e qual è il suo orientamento?
• Ci sono particolari accorgimenti da tenere in considerazione durante la manipolazione?
• Quanto peso o quanta forza bisogna gestire?
• La forza è diretta verso il basso, verso l'alto o lateralmente?

ORIENTAMENTO

Anche l'orientamento, ovvero la posizione o la direzione relativa in cui viene applicata la forza, è importante, ma spesso viene trascurato. Alcuni tipi di moduli o attuatori lineari possono sopportare carichi verticali/verticali maggiori rispetto ai carichi laterali grazie al sistema di guide lineari utilizzato nella progettazione del modulo. Altri moduli, utilizzando guide lineari diverse, possono sopportare gli stessi carichi in tutte le direzioni.

Il modulo compatto Rexroth CKK, ad esempio, utilizza un sistema a doppia guida a sfere per la movimentazione ed è spesso impiegato in applicazioni che richiedono carichi laterali o assiali. Poiché la maggior parte dei fornitori di sistemi di movimentazione lineare di alta qualità produce moduli e attuatori adatti a diverse situazioni, è importante assicurarsi che i moduli specificati siano in grado di gestire i requisiti di carico nell'orientamento necessario per garantire il successo dell'applicazione.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Come è orientato il modulo lineare o l'attuatore?
• È orizzontale, verticale o capovolto?
• Dove è orientato il carico rispetto al modulo lineare?
• Il carico provocherà un momento di rollio o di beccheggio sul modulo lineare?

VELOCITÀ

Anche la velocità e l'accelerazione influenzano la scelta di un sistema di movimentazione lineare. Un carico applicato genera forze molto diverse sul sistema durante l'accelerazione e la decelerazione rispetto a quelle generate durante un movimento a velocità costante. È necessario considerare anche il tipo di profilo di movimento – trapezoidale o triangolare – poiché l'accelerazione richiesta per raggiungere la velocità o il tempo di ciclo desiderati dipenderà dal tipo di movimento richiesto. Un profilo di movimento trapezoidale implica che il carico acceleri rapidamente, si muova a velocità relativamente costante per un certo periodo di tempo e poi rallenti. Un profilo di movimento triangolare implica che il carico acceleri e deceleri rapidamente, come nelle applicazioni di prelievo e deposito punto a punto. Velocità e accelerazione sono inoltre fattori critici per la scelta dell'azionamento lineare più appropriato, che in genere è una vite a ricircolo di sfere, una cinghia o un motore lineare.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Quale velocità o tempo di ciclo deve essere raggiunto?
• Si tratta di una velocità costante o variabile?
• In che modo il carico influirà sull'accelerazione e sulla decelerazione?
• Il profilo del movimento è trapezoidale o triangolare?
• Quale azionamento lineare soddisferà al meglio le esigenze di velocità e accelerazione?

VIAGGIO

Il termine "corsa" si riferisce alla distanza o all'ampiezza del movimento. Non bisogna considerare solo la distanza percorsa, ma anche la corsa residua. Prevedere un certo margine di "corsa di sicurezza", ovvero uno spazio aggiuntivo, alla fine della corsa garantisce la sicurezza del sistema in caso di arresto di emergenza.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Qual è la distanza (raggio di movimento)?
• Di quanto potrebbe essere necessario percorrere una distanza maggiore in caso di frenata di emergenza?

PRECISIONE

La precisione è un termine generico che viene spesso utilizzato per definire sia l'accuratezza di traslazione (come il sistema si comporta durante lo spostamento dal punto A al punto B) sia l'accuratezza di posizionamento (quanto il sistema si avvicina alla posizione target). Può anche riferirsi alla ripetibilità. Comprendere la differenza tra questi tre termini – accuratezza di traslazione, accuratezza di posizionamento e ripetibilità – è spesso fondamentale per garantire che il sistema soddisfi le specifiche di prestazione e che non stia compensando eccessivamente un elevato grado di precisione che potrebbe essere superfluo.

Il motivo principale per cui è importante valutare attentamente i requisiti di precisione è la scelta del meccanismo di azionamento: trasmissione a cinghia, vite a ricircolo di sfere o motore lineare. Ogni tipologia offre dei compromessi tra precisione, velocità e capacità di carico, e la scelta migliore è dettata principalmente dall'applicazione.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Quanto sono importanti la precisione di spostamento, la precisione di posizionamento e la ripetibilità nell'applicazione?
• La precisione è più importante della velocità o di altri fattori?

AMBIENTE

Per ambiente si intendono le condizioni circostanti in cui si prevede che il sistema operi. Ad esempio, temperature estreme possono influire sulle prestazioni dei componenti in plastica e sulla lubrificazione all'interno del sistema, mentre sporco, liquidi e altri contaminanti possono danneggiare le piste di rotolamento dei cuscinetti e gli elementi portanti.

Questo è un fattore prestazionale spesso trascurato, ma che può influenzare notevolmente la durata di un sistema di movimento lineare. Opzioni come guarnizioni e rivestimenti speciali possono contribuire a prevenire danni causati da questi fattori ambientali. Inoltre, opzioni come una lubrificazione speciale e la pressione positiva dell'aria possono rendere il modulo o l'attuatore adatti all'utilizzo in ambienti a camera bianca.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Quali tipi di pericoli o contaminanti sono presenti: temperature estreme, sporco, polvere, liquidi, ecc.?
• Al contrario, il sistema di movimento lineare stesso rappresenta una potenziale fonte di contaminanti per l'ambiente (scariche elettrostatiche, lubrificanti o particolato)?

CICLO DI LAVORO

Il duty cycle è il tempo necessario per completare un ciclo operativo. In tutti gli attuatori lineari, i componenti interni determinano generalmente la durata del sistema finale. La durata dei cuscinetti all'interno di un modulo, ad esempio, è direttamente influenzata dal carico applicato e dal duty cycle a cui il cuscinetto sarà sottoposto. Un sistema di movimento lineare può essere in grado di soddisfare i sei fattori precedenti, ma se funziona ininterrottamente 24 ore su 24, 7 giorni su 7, si usurerà molto prima rispetto a un funzionamento di sole otto ore al giorno, cinque giorni alla settimana. Il rapporto tra tempo di utilizzo e tempo di riposo influenza l'accumulo di calore all'interno del sistema di movimento lineare e ha un impatto diretto sulla durata del sistema e sul costo di proprietà. Chiarire questi aspetti in anticipo può far risparmiare tempo e problemi in seguito, poiché i componenti soggetti a usura, come le cinghie, possono essere facilmente reperiti per la sostituzione.

DOMANDE CHIAVE DA PORSI:

• Con quale frequenza viene utilizzato il sistema, compresi i tempi di pausa tra una passata e l'altra o tra un movimento e l'altro?
• Per quanto tempo deve durare il sistema?

ALCUNI CONSIGLI FINALI

Oltre a LOSTPED, i progettisti dovrebbero consultare un distributore affidabile o il reparto di ingegneria applicativa del produttore. Queste risorse in genere vantano esperienza con centinaia di applicazioni, molte delle quali simili a quella in esame. Pertanto, possono far risparmiare tempo prezioso e fornire suggerimenti per la riduzione dei costi, anticipando potenziali problemi. Dopotutto, l'obiettivo finale è ottenere il miglior sistema di movimentazione lineare possibile con il minor costo totale di proprietà; ingegneri applicativi esperti che conoscono LOSTPED possono garantire ai propri clienti proprio questo risultato.