Motori lineari e attuatori soddisfano le esigenze di automazione

Gli stadi di posizionamento del motore lineare forniscono un aggiornamento drop-in robusto e competitivo in termini di costi.

I motori e gli attuatori lineari sono ora competitivi in termini di costi rispetto alle viti a ricircolo di sfere e alle trasmissioni a cinghia e offrono un'agilità e una larghezza di banda nettamente superiori per applicazioni di posizionamento avanzate. Nuovi micromotori e attuatori stanno aiutando ad automatizzare attività che prima non erano possibili. Gli azionamenti lineari diretti stanno sempre più sostituendo i cilindri pneumatici servocomandati, contribuendo all'affidabilità e alla controllabilità, senza i costi, il rumore e la manutenzione dei compressori d'aria.

Spinti dai requisiti del settore dei semiconduttori, i produttori di motori lineari hanno costantemente aumentato la precisione, ridotto i prezzi, sviluppato diversi tipi di motore e semplificato l'integrazione nelle apparecchiature di automazione. I moderni motori lineari forniscono un'accelerazione di picco di 20 g e una velocità di 10 metri/secondo, offrono un'agilità dinamica senza pari, riducono al minimo la manutenzione e moltiplicano i tempi di attività. Sono andati oltre l'utilizzo specializzato nell'industria dei semiconduttori per fornire prestazioni avanzate in host di applicazioni.

Con una velocità e una vita operativa dieci volte superiori rispetto alle viti a ricircolo di sfere, la tecnologia dell'azionamento diretto lineare è spesso l'unica soluzione per l'automazione che migliora la produttività.

SUPERIORITÀ DINAMICA

Le prestazioni dinamiche dei meccanismi di posizionamento convenzionali sono limitate da viti di trasmissione, ingranaggi, trasmissioni a cinghia e giunti flessibili, che producono isteresi, gioco e usura. Allo stesso modo, gli attuatori pneumatici risentono della massa del pistone e dell'attrito pistone-cilindro, nonché della compressibilità dell'aria, che produce complessità nel servocomando. I motori e gli attuatori lineari eliminano la massa e l'inerzia dei posizionatori convenzionali e, liberati da queste limitazioni fondamentali, forniscono una rigidità dinamica senza pari.

La creazione diretta della forza motrice consente ai motori lineari e agli attuatori di ottenere una larghezza di banda a circuito chiuso non disponibile con meccanismi di posizionamento alternativi. Il motore e l'attuatore sono in grado di sfruttare appieno i moderni controllori. Questi controllori sono ottimizzati per il funzionamento ad alto guadagno di loop, ottenendo un ampio controllo della larghezza di banda, un rapido assestamento e un rapido ripristino dai disturbi transitori.

I motori lineari e gli attuatori eccellono nell'effettuare movimenti a distanza millimetrica che operano nella zona di attrito statico. La loro massa ridotta e il minimo attrito statico riducono al minimo la forza motrice necessaria per iniziare la marcia e semplificano il compito del sistema di controllo nel prevenire il superamento durante l'arresto. Questi attributi consentono ai motori e agli attuatori a trasmissione diretta di scansionare vetrini da microscopio, ad esempio, e tracciare le posizioni X-Y degli artefatti a pochi millimetri di distanza.

Le applicazioni che richiedono movimenti rapidi e ripetitivi possono sfruttare l'elevata larghezza di banda dell'attuatore lineare per raddoppiare la produttività delle viti a ricircolo di sfere o delle trasmissioni a cinghia. Le macchine che tagliano rotoli di materiale in lunghezza (carta, plastica, persino pannolini) massimizzano la produttività operando senza interrompere il flusso di materiale. Per tagliare al volo, tali macchine accelerano la lama di taglio per sincronizzarsi con il flusso del materiale, viaggiano alla velocità del materiale fino alla posizione di taglio e quindi avviano il taglio. Dopo il taglio, la lama viene riportata al punto di partenza in attesa del successivo ciclo di taglio di andata e ritorno.

TIPI DI MOTORI LINEARI

Sono disponibili tre configurazioni base di motori lineari: letto piano, canale a U e motori tubolari. Ogni motore ha vantaggi e limiti intrinseci.

I motori a pianale piatto, pur offrendo una corsa illimitata e la massima forza motrice, esercitano un'attrazione magnetica considerevole e indesiderata tra la forza portante del carico e la pista magnetica permanente del motore. Questa forza di attrazione richiede cuscinetti che supportino il carico aggiuntivo.

Il motore a U, con il suo nucleo privo di ferro, ha una bassa inerzia, quindi massima agilità. Tuttavia, le bobine magnetiche che trasportano il carico del forzante viaggiano in profondità all'interno del telaio del canale a U, limitando la rimozione del calore.

I motori lineari tubolari sono robusti, termicamente efficienti e i più semplici da installare. Forniscono sostituzioni immediate per viti a ricircolo di sfere e posizionatori pneumatici. I magneti permanenti del motore tubolare sono racchiusi in un tubo di acciaio inossidabile (asta di spinta), che è sostenuto ad entrambe le estremità. Senza ulteriore supporto dell'asta di spinta, la corsa del carico è limitata a 2 o 3 metri, a seconda del diametro dell'asta di spinta.

Di tutti e tre i tipi di motore, i motori tubolari sono i più attrezzati per l'uso industriale tradizionale. I motori lineari tubolari hanno ottenuto profondi benefici da un'innovazione ingegneristica fondamentale. I motori lineari di Copley Controls sostituiscono il tradizionale encoder lineare esterno con sensori Hall integrati. Un circuito magnetico brevettato consente ai sensori ad effetto Hall di ottenere un miglioramento di quasi dieci volte in termini di risoluzione e ripetibilità.

Poiché gli encoder lineari possono costare quasi quanto il motore lineare stesso, eliminarli rappresenta una notevole riduzione dei costi. Ciò semplifica anche l'integrazione del motore lineare nei sistemi di automazione, in quanto non vi è alcun encoder complicato da supportare e allineare. Altri vantaggi includono robustezza, affidabilità e libertà dall'esigenza di un codificatore di ambienti protetti.

I motori lineari tubolari possono essere trasformati in attuatori lineari ad azionamento diretto potenti e versatili. In una incarnazione dell'attuatore, il forzante rimane fermo (imbullonato al telaio della macchina), mentre l'asta di spinta di posizionamento del carico si sposta su cuscinetti a basso attrito e privi di lubrificazione montati all'interno del forzante. Oltre a superare le viti a ricircolo di sfere e le trasmissioni a cinghia, l'attuatore lineare è un'alternativa più performante ai sistemi di posizionamento servopneumatici programmabili.

I motori lineari tubolari si prestano ad applicazioni di raddoppio della produttività con due forzanti indipendenti che operano su un'unica asta di spinta. Ogni forcer ha il proprio servoazionamento e può viaggiare in modo completamente indipendente dall'altro. Un forzante può quindi caricare, ad esempio, mentre l'altro scarica. La tecnica può raddoppiare la produttività sollevando gli articoli due alla volta da un trasportatore a corsa rapida e posizionandoli con precisione su un secondo trasportatore.

Allo stesso modo, più forzatori che operano su una singola asta di spinta possono raddoppiare, triplicare o addirittura quadruplicare la forza motrice. I forzatori possono essere azionati da un singolo controller.

La forza portante del motore lineare si sposta su cuscinetti a guida singola di lunga durata. Al contrario, i meccanismi di conversione da rotante a lineare con vite a ricircolo di sfere comportano ulteriori fonti di usura che degradano le prestazioni e accorciano la durata.

L'asta di spinta dell'attuatore lineare scorre su cuscinetti a lunga durata esenti da lubrificazione montati nel forzatore. Questa semplicità intrinseca consente all'attuatore di fornire 10 milioni di cicli operativi. I cuscinetti dell'attuatore sono autoallineanti e facilitano l'installazione. La forza motrice dell'attuatore viene applicata direttamente all'asta di spinta, migliorando l'accelerazione e la reattività.

Con l'encoder esterno sostituito da un sensore a stato solido integrato nel forzatore, i motori e gli attuatori a trasmissione diretta diventano dispositivi a due componenti molto semplici. L'elemento di forza e l'asta di spinta sono entrambi componenti intrinsecamente molto robusti, il che consente al motore e all'attuatore di conformarsi alle classificazioni internazionali di lavaggio IP67.

L'assenza di ingranaggi che stridono e vite di comando ronzante conferisce ai motori lineari e agli attuatori la qualifica sempre più vitale del funzionamento a bassa rumorosità. L'OSHA sta seguendo da vicino i codici industriali europei, che impongono regole sempre più severe sul rumore sul posto di lavoro. Il funzionamento silenzioso è già fondamentale negli ambienti di laboratorio e ospedalieri; questa preoccupazione diventerà sempre più diffusa man mano che l'OSHA estende la sua sentenza ad altri ambienti di produzione.