Scegliere un servoazionamento per applicazioni CNC e di automazione di macchine: una guida pratica alla progettazione

Come si presenta la selezione dei servoazionamenti nelle moderne macchine CNC e nell’automazione industriale

La scelta di un servoazionamento per applicazioni CNC e di automazione delle macchine è una delle fasi chiave della progettazione di un sistema di movimento. Non è solo la precisione del posizionamento a dipendere da un servoazionamento scelto correttamente, ma anche la dinamica del funzionamento, la durata dei componenti meccanici e la stabilità dell’intero processo.

Nella pratica industriale, gli errori commessi nella fase di selezione causano vibrazioni degli assi, surriscaldamento degli azionamenti, attivazione dei dispositivi di sicurezza o riduzione delle prestazioni della macchina. Per questo motivo, in questo articolo discutiamo la selezione di un servoazionamento in modo tecnico e pratico, basandoci sull’esperienza di servizio e di progettazione.

Il servoazionamento è un sistema di azionamento completo ed è composto da diversi componenti che collaborano strettamente tra loro:

• servomotore come attuatore,
• servoamplificatore (servocontrollore), che controlla il motore in tempo reale,
• un sistema di feedback come un encoder o un resolver.

Vale la pena notare che il servoazionamento non include un PLC o un sistema CNC. Il sistema master genera i compiti di movimento, mentre il servoazionamento è responsabile della loro precisa esecuzione con tempi di risposta molto brevi.

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Determinazione delle caratteristiche di movimento dell’asse

Il primo passo, assolutamente fondamentale, è quello di analizzare il movimento dell’asse per il quale si sta progettando il servoazionamento cnc. In questa fase è importante definire con chiarezza:

• tipo di movimento (posizionamento punto a punto, interpolazione, movimento continuo),
• gamma di movimenti dell’asse,
• la velocità massima richiesta,
• accelerazione e decelerazione richieste.

Da questi dati si determina la coppia del servomotore, sia la coppia continua che la coppia di picco. Si tratta di un parametro critico, in quanto deve tenere conto della massa dei componenti da spostare, della loro inerzia e di tutta la resistenza meccanica del sistema.

Coppia e inerzia del sistema

Nelle applicazioni CNC, il rapporto tra l’inerzia del carico e l’inerzia del rotore del motore è di grande importanza. Un’inerzia eccessiva del carico rispetto al motore comporta problemi di controllo, vibrazioni e una diminuzione della precisione di posizionamento.

Nella pratica del servizio, è molto comune imbattersi in situazioni in cui un motore nominalmente “sufficiente” non riesce a gestire dinamicamente l’assale perché non sono state prese in considerazione le reali condizioni operative. Per questo motivo è sempre consigliabile analizzare l’intero sistema meccanico e non solo i parametri del catalogo.

Profilo di funzionamento e sovraccarichi

La scelta del servoazionamento deve tenere conto dell’effettivo profilo operativo degli assi. A questo proposito, sono rilevanti i seguenti aspetti:

• frequenza delle partenze e degli arresti,
• tempo di funzionamento a carico massimo,
• il verificarsi di sovraccarichi di breve durata.

Il servoazionamento deve essere in grado di gestire i sovraccarichi momentanei senza surriscaldarsi e senza attivare la protezione. Nelle applicazioni CNC, i sovraccarichi si verificano spesso durante l’accelerazione degli assi o i cambi di direzione.

Feedback e precisione di posizionamento

La precisione del controllo degli assi dipende direttamente dal tipo e dalla risoluzione del feedback. A seconda dei requisiti dell’applicazione, vengono utilizzati i seguenti metodi:

• encoder incrementali,
• encoder assoluti,
• risoluzione.

L’alta risoluzione del feedback si traduce direttamente nell’accuratezza del posizionamento, particolarmente importante nelle macchine utensili CNC e nelle macchine di precisione.

Comunicazione e sincronizzazione degli assi

Un moderno servoazionamento cnc deve garantire una comunicazione deterministica con il sistema host. I bus in tempo reale come EtherCAT, PROFINET IRT o SERCOS sono comunemente utilizzati nell’automazione delle macchine.

Una comunicazione adeguata consente una sincronizzazione precisa di più assi, che è fondamentale nelle applicazioni multiasse, nelle linee di produzione e nelle macchine per l’imballaggio.

Condizioni ambientali e sicurezza

La scelta del servoazionamento deve tenere conto anche delle condizioni ambientali. La temperatura ambientale, la polvere, le vibrazioni o l’umidità possono influenzare in modo significativo la durata e l’affidabilità del sistema di azionamento.

Anche le funzioni di sicurezza come il Safe Torque Off sono standard nelle installazioni moderne per soddisfare i requisiti di sicurezza funzionale senza la necessità di componenti aggiuntivi.

I servoazionamenti in pratica: soluzioni DC, CNC e industriali

I servoazionamenti a corrente continua sono ancora presenti nell’automazione industriale, soprattutto nelle macchine più vecchie e nelle applicazioni retrofit. Anche se i moderni sistemi a corrente alternata dominano il mercato, i servoazionamenti a corrente continua sono ancora utilizzati quando sono richieste alta dinamica e stabilità di coppia.

Nella pratica dell’assistenza, è molto importante scegliere una soluzione di sostituzione o di retrofit adeguata che mantenga i parametri di movimento della macchina originale.

Esempio: servoazionamento Mitsubishi nell’automazione delle macchine

Il servoazionamento mitsubishi viene spesso scelto per applicazioni CNC e macchine speciali grazie alla sua elevata precisione di controllo, alle ampie funzioni diagnostiche e all’ampia compatibilità con i sistemi PLC.

La scelta corretta del servoazionamento Mitsubishi deve sempre tenere conto non solo dei parametri del motore, ma anche della natura dell’applicazione, dei requisiti dinamici e delle capacità di comunicazione dell’intero sistema.

La scelta di un servoazionamento è un processo ingegneristico che richiede un’analisi della meccanica, della dinamica e delle condizioni operative della macchina. Un servoazionamento cnc scelto correttamente garantisce un funzionamento stabile, un’elevata precisione e una lunga durata del sistema.

In caso di dubbi, è consigliabile consultare un servizio di automazione industriale esperto che tenga conto sia della teoria che della pratica operativa.

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