E come si può evitare ...

I gantrie differiscono dagli altri tipi di sistemi multi-asse (come robot cartesiani e tabelle XY) utilizzando due assi di base (x) in parallelo, con un asse perpendicolare (Y) che li collega. Sebbene questa disposizione dell'asse X fornisce un'impronta ampia e stabile e consente ai sistemi di cavalletto di fornire una capacità di carico elevata, lunghe lunghezze di viaggio e una buona rigidità, può anche portare a un fenomeno comunemente indicato come scaffali.

Ogni volta che due assi lineari sono montati e collegati in parallelo, esiste il rischio che gli assi non viaggino in perfetta sincronizzazione. In altre parole, durante il movimento, uno degli assi X può "ritardare" l'altro e l'asse principale tenterà di attirare il suo partner in ritardo. Quando ciò accade, l'asse di collegamento (Y) può diventare distorto, non più perpendicolare ai due assi X. La condizione in cui gli assi X e Y perdono l'ortogonalità viene definita racking e può provocare l'associazione mentre il sistema si muove nella direzione X e potenzialmente danneggiare le forze su entrambi gli assi X e Y.

Il racking nei sistemi di cavalletto può essere causato da una varietà di fattori di progettazione e assemblaggio, ma uno dei fattori più influenti è il metodo di guida degli assi X. Con due assi X in parallelo, i progettisti hanno la scelta di guidare ogni asse X in modo indipendente o di guidare un asse e trattare l'altro come uno "schiavo" o seguace, asse.

In applicazioni a bassa velocità con una distanza relativamente piccola tra i due assi X (corsa dell'asse Y corto), può essere accettabile guidare solo un asse x e consentire al secondo asse x di essere un seguace, senza meccanismo di guida. In questo progetto, una preoccupazione chiave è la rigidità della connessione tra gli assi - in altre parole, la rigidità dell'asse Y.

Poiché l'asse guidato è effettivamente "tira lungo" l'asse non guidato, se la connessione tra loro sperimenta flessione, torsione o altro comportamento non rigido, qualsiasi differenza nell'attrito o nel carico tra le due assi X può portare immediatamente a rack e legame. E più a lungo è l'asse y, meno rigido sarà. Questo è il motivo per cui la disposizione del "follower a trazione" è generalmente raccomandata per le applicazioni in cui la distanza tra gli assi X è inferiore a un metro.

La soluzione di azionamento più sofisticata è utilizzare un motore separato su ciascun asse, con i motori sincronizzati in una disposizione maestro-slave tramite il controller. In questa disposizione, tuttavia, gli errori di viaggio delle unità meccaniche devono essere perfettamente (o quasi perfettamente) abbinati-altrimenti, il racking e il legame possono essere causati da lievi deviazioni nella distanza che ogni asse percorre per rivoluzione motoria.

Per le applicazioni a cavalletto di precisione ad alta velocità, i meccanismi di guida sono in genere viti a sfere e unità pignone e pignone. Entrambe queste tecnologie possono essere abbinate selettivamente per fornire un errore lineare simile su ciascun asse, evitando parte dello stack di errore che può verificarsi in assiemi di azionamento senza pari. Poiché le unità a cinghia e catena hanno errori di passo che sono difficili da abbinare e compensare, questi non sono generalmente raccomandati per i sistemi a cavalletto quando gli assi X sono guidati in modo indipendente. D'altra parte, i motori lineari sono una scelta eccellente per gli assi paralleli nei sistemi di cavalletto, poiché non hanno errori meccanici e possono fornire lunghezze di viaggio lunghe e velocità elevate.

Un'altra soluzione - un po 'un compromesso tra le due opzioni sopra descritte - è quella di utilizzare un motore per guidare entrambe le assi X. Questo può essere fatto collegando l'uscita dell'asse guidato dal motore all'ingresso del secondo asse tramite un accoppiamento a distanza (anche indicato come un albero di collegamento). Questa configurazione elimina il secondo motore (e la sincronizzazione di accompagnamento che sarebbe richiesta).

Tuttavia, la rigidità torsionale dell'accoppiamento a distanza è importante. Se la coppia che viene trasferita tra gli assi fa sì che l'accoppiamento sperimentasse "liquidazione" e il legame può ancora verificarsi. Questa configurazione è spesso una buona opzione quando la distanza tra gli assi X è compresa tra uno e tre metri, con requisiti di carico e velocità moderati.

Un altro fattore che può causare scaffali nei sistemi di cavalletto è la mancanza di accuratezza di montaggio e parallelismo tra le due assi X. Ogni volta che due guide lineari sono montate e gestite in parallelo, richiedono una certa tolleranza in parallelismo, planarità e rettitudine per evitare di sovraccaricare i cuscinetti su una o entrambe le guide. Nei sistemi di cavalletto, dove gli assi X tendono ad essere distanziati (a causa di lunghi viaggi sull'asse Y), il montaggio e il parallelismo degli assi X diventano ancora più critici, con errori angolari amplificati su lunghe distanze.

Diverse tecnologie di guida richiedono livelli variabili di precisione per parallelismo, planarità e rettitudine. Nelle applicazioni di Gantry, la migliore tecnologia di guida lineare per gli assi X paralleli è in genere quella che offre il massimo "perdono" nel montaggio e negli errori di allineamento pur fornendo la capacità di carico e la rigidità richieste.

Le guide di binario profilate a sfera o rullo a rulli in genere forniscono la più alta capacità di carico e la rigidità di tutte le tecnologie di guida lineare, ma se utilizzate in una configurazione parallela, richiedono un'altezza di montaggio molto precisa e tolleranze di parallelismo per evitare il legame. Alcuni produttori offrono versioni "autoallineate" di cuscinetti a sfere a ricircolo che sono in grado di compensare un certo disallineamento, sebbene la rigidità e la capacità di carico possano essere ridotte.

D'altra parte, le ruote guida che funzionano su binari di precisione richiedono una minore precisione nel montaggio e nell'allineamento rispetto alle guide ferroviarie profilate. Possono anche essere montati su superfici moderatamente inaccurate senza causare problemi di esecuzione come chiacchiere e vincoli, anche quando due tracce vengono utilizzate in parallelo.

Mentre l'allineamento può essere fatto con strumenti semplici come indicatori di quadrante e fili, le lunghe lunghezze coinvolte nei sistemi di cavalletto spesso lo rendono poco pratico. Inoltre, l'allineare più assi paralleli e perpendicolari aumenta la complessità e il tempo richiesto e il lavoro in modo esponenziale.

Questo è il motivo per cui un interferometro laser è spesso lo strumento migliore per garantire la rettilineità, la piattalità e l'ortogonalità tra gli assi di cavalletto.