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#Tendenze
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Regole per l'allineamento dell'attuatore e della guida nei sistemi di movimento lineare
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Seguendo alcune semplici linee guida per la progettazione di sistemi a movimento lineare si possono migliorare le prestazioni del sistema e la vita dell'attuatore.
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Molte macchine automatizzate si affidano a componenti di guida lineare, come guide profilate, guide circolari o altre strutture di cuscinetti volventi o scorrevoli, per guidare e sostenere gli elementi mobili delle attrezzature. Inoltre, molte volte questi elementi mobili sono azionati da un qualche tipo di 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 quali risultati di movimento lineare incoerente, riduzione della durata del sistema di guide lineari, usura prematura o guasto del sistema di attuatori, e movimento irregolare come variazione di velocità o oscillazione.
Tuttavia, ci sono alcuni modi comuni per migliorare le prestazioni complessive del sistema ottimizzando l'allineamento della guida lineare e dell'attuatore.
Attuatori e guide
Mentre ci sono diversi modi per far muovere un membro di una macchina guidata, alcuni dei più comuni rientrano in due categorie. La prima è quella degli attuatori a barra. Gli attuatori ad asta possono essere a fluido, come quelli idraulici o pneumatici, oppure elettrici, come le viti a testa cilindrica o le viti a ricircolo di sfere.
Il secondo è costituito da attuatori senza asta. Anche questi possono essere alimentati a fluido o elettrici tramite una vite a testa cilindrica, una vite a ricircolo di sfere, una cinghia o un motore lineare. Entrambi i tipi di attuatori trovano applicazione nei sistemi guidati. Tuttavia, ognuno di essi presenta sottili differenze nel modo in cui viene impiegato al meglio per massimizzare le prestazioni e la durata del sistema.
Gli elementi di guida stessi, sia che si tratti di guide profilate, di guide tonde o di altri sistemi di rotolamento o di scorrimento, devono essere adeguatamente dimensionati e selezionati in fase di progettazione e installati seguendo le raccomandazioni del costruttore, prestando particolare attenzione al processo di allineamento. In questo modo si assicura che le prestazioni del sistema di guida selezionato siano massimizzate per la particolare applicazione.
Importanza dei membri di compliance
Gli attuatori a stelo, caratterizzati dall'asta del pistone o dall'asta dell'attuatore che si estende e si ritrae ad ogni ciclo, offrono tipicamente una serie di opzioni di montaggio. Le opzioni di montaggio come i fori forati e filettati nel dispositivo, i piedini di montaggio, i giunti sferici dello stelo, gli accoppiatori di allineamento, le forcelle o i tronchetti sono comunemente offerti dalla maggior parte dei fornitori di attuatori a stelo. Quando si utilizza un meccanismo guidato, assicurarsi che ogni sottosistema, attuatore e guida sia in grado di muoversi senza ostacoli e senza problemi. I sistemi che tentano di accoppiare rigidamente l'elemento di azionamento all'elemento guidato possono mostrare prestazioni incoerenti, poiché questi due elementi cercano di muoversi su piani separati con uno o entrambi i sottosistemi caricati oltre le loro capacità.
Un attuatore a barra in un sistema di questo tipo viene impiegato al meglio con un elemento di conformità tra l'elemento di azionamento (attuatore) e l'azionato (sistema di guida). Ad esempio, un'estremità di asta sferica montata sull'asta dell'attuatore permette al punto di montaggio di ruotare intorno al giunto sferico. Questo tipo di collegamento alla guida è meglio utilizzato in combinazione con un tronco o una forcella all'estremità opposta dell'attuatore, dove si fissa all'elemento del telaio del macchinario. Un tale schema di montaggio consente la conformità nella connessione senza aggiungere sollecitazioni eccessive all'azionamento (attuatore) o all'azionamento (sistema di guida).
Gli attuatori senza stelo, caratterizzati dal fatto che la loro corsa è contenuta nella loro lunghezza complessiva, possono anche contenere un sistema di guida integrato nell'attuatore. Gli attuatori senza stelo, se utilizzati in combinazione con un sistema di guida separato, dovranno anche includere un membro conforme nel collegamento tra l'azionamento e i membri azionati. 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 asta che includono un sistema di guida possono svolgere il compito di guidare e sostenere l'apparecchiatura sostituendo un sistema di guida separato. Questa caratteristica può essere particolarmente utile e consente al costruttore di macchine di risparmiare tempo e denaro nel processo. Gli attuatori senza stelo con guide integrate possono essere integrati nel macchinario in combinazioni per soddisfare un'ampia varietà di esigenze di movimento. Configurazioni multiasse come x-y o x-y-z insieme a configurazioni a portale sono tutte possibili con un 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 solo soddisfare le aspettative di posizionamento. Il processo di allineamento è semplice, poiché l'attuatore lavora in modo singolare portando il suo carico in posizione senza alcuna guida esterna. Esempi di questo tipo di configurazione includono il lavoro punto-punto di lavoro o l'allineamento-attrezzatura sull'apparecchiatura.
L'allineamento degli attuatori senza stelo in configurazioni multiasse diventa più impegnativo poiché gli attuatori multipli devono lavorare insieme. Quindi, quando si montano questi attuatori, il parallelismo e la perpendicolarità di tutti i dispositivi uniti devono essere considerati per ottenere prestazioni ottimali e la massima durata di vita.
Parallelismo degli elementi uniti
Ci sono tre variabili che possono influenzare il parallelismo quando si montano 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? Un disallineamento in questo piano metterà un momento flettente sfavorevole dell'asse Mx sul sistema di supporto di una o di entrambe le unità.
2. Gli attuatori sono montati a distanza costante l'uno dall'altro da un'estremità all'altra? Un disallineamento in questo piano applicherà un carico laterale sfavorevole sull'asse F sul sistema di supporto e, se grave, potrebbe causare il bloccaggio delle unità.
3. Gli attuatori sono montati in piano l'uno rispetto all'altro? Il disallineamento angolare applicherà un momento flettente sfavorevole nel My-axis sul sistema di supporto di entrambe le unità.
Perpendicolarità degli elementi uniti
Ci sono due variabili che influenzano la perpendicolarità quando si montano attuatori lineari.
1. In un sistema X-Y-Z, l'asse Z è montato perpendicolarmente all'asse Y? Il disallineamento in questo piano applicherà un momento flettente sfavorevole sul sistema di supporto dell'attuatore dell'asse Y in uno o tutti gli assi possibili.
2. In un sistema a portale in cui sono necessari due attuatori che si muovono contemporaneamente sull'asse X o Y, si muovono contemporaneamente? Un disallineamento o prestazioni inadeguate dei servocomandi applicheranno un momento flettente indesiderato sull'asse Mz al sistema di supporto.
Le tolleranze effettive relative alle raccomandazioni di allineamento e al montaggio dipendono dal produttore specifico dell'attuatore e dal tipo di cuscinetto. Tuttavia, una regola generale è quella di considerare il tipo di sistema di supporto. 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 spesso hanno delle tolleranze che offrono un certo perdono nell'allineamento. I sistemi a cuscinetti lisci o a scorrimento hanno spesso un gioco maggiore e possono essere ancora più indulgenti.
Quando si installano sistemi di montaggio di attuatori lineari, sono disponibili diversi strumenti di misura che aiutano ad assicurare un corretto allineamento che va dai calibri ai sistemi laser. Indipendentemente dagli strumenti utilizzati, creare sempre un asse come riferimento per i piani X-Y 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 di attuatori.