Attuatori a motore lineare per il controllo del movimento industriale ad alta velocità

Un team giapponese di integrazione di sistemi ha collaborato con Yamaha per implementare attuatori ad asse singolo azionati da motore lineare, con l'obiettivo di aumentare la produttività dell'automazione di fabbrica e risolvere i vincoli meccanici dei tradizionali azionamenti con vite a circolazione di sfere. L'implementazione si concentra sulla riduzione dei tempi di ciclo dei processi e sul consolidamento dei flussi di lavoro multifase all'interno di un impianto di produzione.

Sfide operative nella movimentazione dei pezzi
L'utente finale richiedeva una soluzione ingegneristica per aumentare la velocità di movimentazione dei pezzi in due specifiche sequenze di automazione. Il primo processo richiedeva il trasporto di materiali su una distanza di 500 millimetri. Gli azionamenti con vite a circolazione di sfere esistenti non potevano funzionare più velocemente a causa della fisica della velocità critica, un limite meccanico in cui la lunghezza non supportata della vite rotante limita le velocità di rotazione più elevate senza indurre forti vibrazioni.

Il secondo processo prevedeva quattro operazioni distinte gestite da due azionamenti separati con vite a circolazione di sfere, con un robot intermedio che trasferiva i pezzi tra di essi. Questo meccanismo di trasferimento comportava un alto rischio di errori di movimentazione e occupava uno spazio significativo all'interno della fabbrica. Inoltre, il team di manutenzione faticava a mantenere un allineamento preciso tra gli azionamenti separati nel tempo. Combinare le due configurazioni esistenti in un azionamento unificato più lungo non era meccanicamente fattibile, poiché l'estensione della lunghezza della corsa riduce intrinsecamente la soglia di velocità critica, il che avrebbe ulteriormente rallentato la produzione.

Implementazione della tecnologia dei motori lineari
Per aggirare i limiti di velocità di rotazione delle apparecchiature preesistenti, il team di integrazione ha sostituito gli azionamenti meccanici esistenti con attuatori a motore lineare ad asse singolo PHASER. A differenza dei sistemi con vite a circolazione di sfere, i motori lineari forniscono un movimento traslatorio diretto senza collegamenti meccanici rotanti, consentendo un'accelerazione più rapida e prestazioni dinamiche costanti su distanze di corsa più lunghe. I modelli MF specificati utilizzano magneti piatti per generare una spinta elevata, supportando carichi utili fino a 160 kg.

Il cliente ha selezionato questa specifica architettura per il suo sistema di misurazione della posizione magnetica integrato e per le capacità multi-carrello. Gli encoder magnetici semi-assoluti offrono un feedback continuo della posizione su distanze di traslazione estese, resistendo al contempo alla contaminazione ambientale da sporco, condensa e olio per macchinari. Questa configurazione di controllo ad anello chiuso mantiene il posizionamento del carrello con una ripetibilità di ±5 µm. Inoltre, il design lineare presenta meno componenti di scorrimento rispetto a un asse azionato da vite, il che riduce il rumore acustico e utilizza coperture in acciaio inossidabile per prevenire l'ingresso di particolato.

Consolidamento dei processi e risultati quantificabili
Per l'operazione iniziale di trasporto su 500 millimetri, la sostituzione dell'azionamento con vite a circolazione di sfere con l'attuatore lineare ha prodotto una riduzione del tempo di ciclo di circa il 40 percento.

Per risolvere gli errori di trasferimento e i vincoli di spazio nel processo multifase, il team di integrazione ha implementato un'unica unità lineare lunga un metro. Questa configurazione hardware ha permesso a più carrelli di operare su un singolo asse, gestiti da un programma integrato per evitare le collisioni. Consolidando le quattro operazioni in un unico sistema in linea, l'impianto ha eliminato il passaggio intermedio di trasferimento robotico, mitigando così gli errori di movimentazione e riducendo l'ingombro fisico dell'apparecchiatura. Di conseguenza, il tempo di ciclo totale per questa specifica sequenza di produzione è sceso da 2,04 secondi a 1,76 secondi.

Edito da Aishwarya Mambet, redattrice di Induportals, con il supporto dell’IA.

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