Sistemas de movimento linear de eixo único versus multieixos: como escolher

Um estágio linear de eixo único move uma carga em uma direção controlada, enquanto um sistema de movimento linear multieixo combina dois ou mais eixos para posicionar a carga em um plano ou espaço tridimensional. A diferença não é simplesmente o número de módulos lineares. Equipamentos multieixos também requerem controle coordenado, rigidez estrutural suficiente, gerenciamento de cabos e consideração cuidadosa de erros de posicionamento acumulados.

Para os compradores, a questão prática é se a aplicação precisa apenas de um movimento independente ou de um posicionamento coordenado nas direções X, Y e Z. Este guia compara as principais estruturas do sistema e explica quais informações devem ser confirmadas antes da seleção.

A diferença básica

UMestágio linear de eixo únicoproduz movimento controlado ao longo de um caminho reto. Dependendo da direção de instalação, esse caminho pode ser descrito como eixo X, Y ou Z. Um estágio de eixo único pode ser usado para alimentar, empurrar, levantar, posicionar, dispensar ou transferir uma peça de trabalho.

UMsistema de movimento linear multieixoé uma montagem de dois ou mais eixos de movimento. Os eixos são montados juntos para que a ferramenta final, acessório ou peça de trabalho possa alcançar diferentes posições em uma área de trabalho bidimensional ou tridimensional.

Em outras palavras, um sistema multieixo normalmente não é um tipo completamente diferente de módulo linear. É uma estrutura de movimento criada pela combinação de eixos adequadamente selecionados com placas de montagem, motores, sensores, cabos e um controlador de movimento.

Sistema de movimento linear de eixo único versus multieixo

Configurações comuns de vários eixos

Sistema de movimento linear XY

Um sistema XY move uma carga através de um plano horizontal. Um eixo é montado e transportado pelo outro, portanto o eixo inferior deve suportar a massa móvel do eixo superior, motor, placa de montagem, peça de trabalho e ferramentas. As aplicações típicas incluem inspeção, marcação, distribuição e posicionamento de componentes.

Sistema de movimento linear XZ

Um sistema XZ combina deslocamento horizontal com elevação vertical. O eixo vertical requer atenção especial porque a gravidade atua continuamente sobre a carga. O torque de retenção do motor, a frenagem, o risco de recuo do parafuso esférico e a proteção contra queda descontrolada devem ser considerados.

Sistema de Movimento Linear XYZ

Um sistema XYZ pode posicionar uma ferramenta ou peça em três dimensões. É adequado para tarefas automatizadas de montagem, medição, distribuição e coleta e colocação. O eixo base normalmente carrega a maior massa móvel total, enquanto os eixos superiores devem permanecer suficientemente compactos para reduzir a inércia e a deflexão estrutural.

Sistema de Pórtico

Um sistema de pórtico suporta um eixo transversal de dois lados e é frequentemente selecionado para uma área de trabalho mais ampla ou para uma carga que cria um grande momento de tombamento. Se forem utilizados dois eixos de acionamento paralelos, eles deverão permanecer sincronizados para evitar trasfega, emperramento ou carregamento desigual da guia.

Fatores que afetam a seleção do sistema de movimento linear

1. Caminho de movimento necessário

Comece com o processo real em vez do número desejado de eixos. Um componente que se move apenas entre duas posições pode exigir um eixo. Uma cabeça de distribuição que deve cobrir uma área de trabalho plana normalmente requer movimento XY, enquanto um processo que também precisa de elevação ou ajuste de profundidade pode exigir movimento XYZ.

2. Curso Efetivo e Espaço de Instalação

O curso efetivo é o curso utilizável exigido pela aplicação. Não é igual ao comprimento total do módulo. Também deve ser reservado espaço para motor, acoplamento ou redutor, sensores, passagem de cabos e acesso para manutenção.

3. Carga, Força e Momento

Não selecione um módulo apenas pelo peso da carga útil. O cálculo deve incluir ferramentas, acessórios, eixos superiores, motores, forças de aceleração e forças de processo. Uma carga deslocada cria momentos de inclinação, rotação ou guinada que podem sobrecarregar os blocos guia mesmo quando a carga útil total parece aceitável.

4. Velocidade, aceleração e tempo de ciclo

A alta aceleração aumenta a demanda de torque do motor e a carga dinâmica aplicada ao módulo. Uma estrutura de eixo superior mais leve pode ser necessária para um sistema multieixo rápido. Quando a aplicação tem um curso longo ou alta velocidade de deslocamento, a velocidade crítica do fuso de esferas, a disposição do suporte do parafuso e o tipo de acionamento também devem ser verificados.

5. Precisão e repetibilidade de posicionamento

A precisão do posicionamento descreve o quão próximo o estágio atinge a coordenada comandada. A repetibilidade descreve a consistência com que ele retorna à mesma posição. Um sistema multieixo deve controlar adicionalmente a perpendicularidade entre os eixos, a precisão da superfície de montagem, a deflexão estrutural e o erro de calibração.

Portanto, a seleção de vários módulos precisos de eixo único não garante automaticamente a mesma precisão no ponto central da ferramenta após a montagem.

6. Ambiente Operacional

Poeira, lascas de metal, névoa de óleo, umidade e outros contaminantes afetam a estrutura de proteção necessária. Os módulos abertos permitem acesso mais fácil, enquanto os módulos semifechados ou fechados proporcionam melhor proteção para o fuso de esferas e os componentes da guia. As cadeias de cabos e a proteção dos sensores devem ser planejadas na fase de projeto do sistema.

7. Motor e Método de Controle

Uma aplicação de eixo único pode usar um arranjo de controle de passo ou servo relativamente simples. A interpolação multieixo coordenada normalmente requer um controlador de movimento compatível, drives adequados e feedback configurado corretamente. O tipo de motor, as dimensões do flange, os requisitos do freio e a disposição do codificador devem ser confirmados antes da finalização da interface mecânica.

Qual estrutura é adequada para sua aplicação?

Informações necessárias para seleção de módulo linear

Para selecionar ummódulo linear de eixo único ou multieixo, forneça as seguintes informações para cada eixo:

• Disposição de eixo necessária: eixo único, XY, XZ, XYZ ou pórtico
• Curso efetivo de cada eixo
• Instalação horizontal, vertical ou inclinada
• Massa móvel total, incluindo ferramentas e eixos superiores
• Localização do centro de carga e qualquer carga radial
• Velocidade, aceleração e tempo de ciclo necessários
• Exigência de precisão de posicionamento e repetibilidade
• Tipo de motor, potência e dimensões do flange
• Ambiente operacional e gabinete necessário
• Espaço de instalação disponível

Fornecer apenas o curso e a carga útil muitas vezes é insuficiente para um sistema multieixos. Um desenho de layout mostrando a orientação do eixo, a direção de montagem e a posição da carga ajuda o DLY a avaliar a estrutura com mais precisão.

Perguntas frequentes

Os módulos lineares de eixo único podem ser combinados em um sistema XY ou XYZ?

Sim. Contudo, os módulos não devem ser selecionados de forma independente. O eixo inferior deve ser dimensionado para a massa móvel combinada, e a interface de montagem, rigidez, orientação do motor, sensores e roteamento dos cabos devem ser planejados para a montagem completa.

Um sistema multieixo sempre precisa de servomotores?

Não. Os motores de passo podem ser adequados para algumas tarefas de posicionamento de velocidade moderada. Os servomotores são geralmente preferidos quando a aplicação requer maior velocidade, feedback de malha fechada, aceleração mais rápida ou movimento coordenado mais exigente. A decisão deve ser baseada no perfil completo do movimento.

Qual eixo deve ser selecionado primeiro em um sistema XYZ?

O processo de seleção deve começar com a ferramenta móvel e o eixo superior e depois prosseguir para baixo. Cada eixo inferior deve ser recalculado após somar a massa de todos os componentes instalados acima dele.

A precisão de um sistema XYZ é igual à precisão de cada módulo?

Não necessariamente. A precisão final do ponto da ferramenta também é influenciada pelo alinhamento do eixo, perpendicularidade, precisão da superfície de montagem, deflexão estrutural, arranjo de feedback e calibração.