Seguir unas sencillas pautas para el diseño de sistemas de movimiento lineal puede mejorar el rendimiento del sistema y la vida útil del actuador.

Muchas máquinas automatizadas dependen de componentes de guiado lineal, como rieles perfilados, rieles redondos u otras estructuras de cojinetes de rodadura o deslizamiento, para guiar y soportar los elementos móviles del equipo. Además, en muchos casos, estos elementos móviles son accionados por algún tipo de actuador lineal.

Uno de los problemas más comunes en los sistemas lineales de cualquier tipo es la desalineación. La desalineación puede provocar diversos problemas, como resultados inconsistentes en el movimiento lineal, una vida útil reducida del sistema de rodamientos lineales, desgaste prematuro o fallo del sistema actuador, y movimientos erráticos como variaciones de velocidad o vibraciones.

Sin embargo, existen algunas maneras comunes de mejorar el rendimiento general del sistema optimizando la alineación de la guía lineal y el actuador.

Actuadores y guías

Si bien existen diversas maneras de transmitir movimiento a un elemento mecánico guiado, algunas de las más comunes se dividen en dos categorías. La primera son los actuadores de vástago. Estos actuadores pueden ser accionados por fluidos, como sistemas hidráulicos o neumáticos, o eléctricos, como husillos de bolas o husillos de bolas.

El segundo tipo son los actuadores sin vástago. Estos también pueden ser accionados por fluido o eléctricamente mediante un husillo, un husillo de bolas, una correa o un motor lineal. Ambos tipos de actuadores se utilizan en sistemas guiados. Sin embargo, cada uno presenta sutiles diferencias en cuanto a su mejor uso para maximizar el rendimiento y la vida útil del sistema.

Los elementos de guía, ya sean rieles perfilados, rieles redondos u otros sistemas de rodadura o deslizamiento, deben dimensionarse y seleccionarse adecuadamente durante la fase de diseño e instalarse siguiendo las recomendaciones del fabricante, prestando especial atención al proceso de alineación. De este modo, se garantiza que el rendimiento del sistema de guía seleccionado se maximice para la aplicación específica.

Importancia de los miembros que cumplen con las normas

Los actuadores de tipo vástago, caracterizados por la extensión y retracción del vástago del pistón o actuador en cada ciclo, suelen ofrecer diversas opciones de montaje. La mayoría de los proveedores de actuadores de tipo vástago suelen ofrecer opciones como orificios roscados, patas de montaje, juntas esféricas, acoplamientos de alineación, horquillas o muñones. Al utilizarlos con un mecanismo guiado, es fundamental asegurarse de que cada subsistema, actuador y conjunto de guía permita un movimiento suave y sin obstáculos. Los sistemas que intentan acoplar rígidamente el elemento motriz al elemento accionado pueden presentar un rendimiento inconsistente, ya que ambos elementos intentan moverse en planos separados, con uno o ambos subsistemas sobrecargados.

En un sistema de este tipo, se recomienda utilizar un actuador de varilla con algún elemento flexible entre el actuador y el sistema de guía. Por ejemplo, un extremo de varilla esférico montado en la varilla del actuador permite que el punto de montaje gire alrededor de la articulación esférica. Este tipo de conexión en la guía se utiliza mejor junto con un muñón o horquilla en el extremo opuesto del actuador, donde se fija al elemento del bastidor de la maquinaria. Este esquema de montaje permite la flexibilidad en la conexión sin generar tensiones excesivas ni en el actuador ni en el sistema de guía.

Los actuadores sin vástago, caracterizados por tener un recorrido contenido dentro de su longitud total, también pueden incorporar un sistema de guía integrado. Cuando se utilizan con un sistema de guía independiente, los actuadores sin vástago requieren un elemento flexible en la conexión entre el elemento motriz y el elemento accionado. La mayoría de los proveedores de actuadores ofrecen diversos soportes para este tipo de instalación, como soportes flotantes.

Los actuadores sin vástago con sistema de guía integrado pueden guiar y soportar el equipo, reemplazando un sistema de guía independiente. Esta característica resulta especialmente útil y, a menudo, ahorra tiempo y dinero al fabricante de maquinaria. Los actuadores sin vástago con guías integradas se pueden incorporar a la maquinaria en diversas combinaciones para satisfacer una amplia gama de necesidades de movimiento. Con el dimensionamiento adecuado, son posibles configuraciones multieje, como xy o xyz, así como configuraciones de pórtico. En la instalación de actuadores sin vástago con guías integradas, la alineación es fundamental.

Paralelismo y perpendicularidad de los elementos unidos

Un actuador sin vástago con guía integrada, utilizado en una configuración de un solo eje, solo necesita cumplir con los requisitos de posicionamiento. El proceso de alineación es sencillo, ya que el actuador funciona de forma independiente, posicionando la carga sin necesidad de guía externa. Ejemplos de este tipo de configuración incluyen el posicionamiento punto a punto o la alineación con un elemento de fijación en el equipo.

La alineación de actuadores sin vástago en configuraciones multieje se vuelve más compleja, ya que varios actuadores deben trabajar conjuntamente. Por lo tanto, al montar estos actuadores, es fundamental considerar el paralelismo y la perpendicularidad de todos los dispositivos conectados para lograr un rendimiento óptimo y una vida útil máxima.

Paralelismo de elementos unidos

Existen tres variables que pueden afectar el paralelismo al montar actuadores lineales. Formular y responder estas preguntas permitirá maximizar el paralelismo y el rendimiento del sistema.

1. ¿Están los actuadores montados con los carros a la misma altura? Una desalineación en este plano generará un momento flector desfavorable en el eje Mx sobre el sistema de cojinetes de una o ambas unidades.

2. ¿Están los actuadores montados a una distancia uniforme entre sí de un extremo al otro? Una desalineación en este plano generará una carga lateral desfavorable en el eje Fy sobre el sistema de rodamientos y, si es grave, puede provocar que las unidades se atasquen.

3. ¿Están los actuadores montados a la misma altura? Una desalineación angular generará un momento flector desfavorable en el eje My sobre el sistema de rodamientos de ambas unidades.

Perpendicularidad de los elementos unidos

Existen dos variables que afectan a la perpendicularidad al montar actuadores lineales.

1. En un sistema XYZ, ¿el eje Z está montado perpendicularmente al eje Y? Una desalineación en este plano generará un momento flector desfavorable en el sistema de cojinetes del actuador del eje Y en cualquiera o en todos los ejes posibles.

2. En un sistema de pórtico donde se requiere que dos actuadores se muevan simultáneamente en el eje X o Y, ¿se mueven realmente de forma simultánea? Una desalineación o un funcionamiento inadecuado del servomotor generará un momento flector indeseado en el eje Mz sobre el sistema de rodamientos.

Las tolerancias reales relacionadas con las recomendaciones de alineación y el montaje dependen del fabricante del actuador y del tipo de rodamiento. Sin embargo, como regla general, conviene tener en cuenta el tipo de sistema de rodamientos. Los rodamientos de alto rendimiento, como los de guías perfiladas, suelen ser bastante rígidos, por lo que la alineación es más crítica. Los sistemas de rendimiento medio que utilizan rodillos o ruedas suelen tener holguras que permiten cierta tolerancia en la alineación. Los sistemas de cojinetes lisos o deslizantes suelen tener mayor holgura y pueden ser aún más tolerantes.

Al instalar sistemas de montaje para actuadores lineales, existen diversas herramientas de medición disponibles para asegurar una alineación correcta, desde galgas hasta sistemas láser. Independientemente de las herramientas utilizadas, siempre se debe establecer un eje como referencia para los planos XY y Z, y montar los demás dispositivos con respecto a dicho eje. Esto contribuirá a obtener el máximo rendimiento y la mayor vida útil del sistema de actuadores.