La selección de componentes y el diseño de la máquina afectan la precisión y la repetibilidad del sistema.

Antes de responder a esta pregunta, definamos la precisión y la repetibilidad para sistemas lineales.

【Exactitud】

En el movimiento lineal, existen dos categorías generales de precisión: precisión de posicionamiento y precisión de desplazamiento. La precisión de posicionamiento especifica la diferencia entre la posición objetivo del sistema y la posición real alcanzada. La precisión de desplazamiento especifica los errores que se producen durante el movimiento; es decir, ¿el sistema se desplaza en línea recta o se mueve vertical u horizontalmente durante su recorrido?

La precisión se expresa en relación con un valor o referencia «verdadero» o aceptado. Para la precisión de posicionamiento, el valor de referencia es la posición objetivo. Para la precisión de desplazamiento, el valor de referencia es un plano de movimiento definido tanto en la dirección vertical (es decir, la horizontalidad del desplazamiento) como en la horizontal (es decir, la rectitud del desplazamiento). Cabe destacar que la precisión se relaciona con la proximidad a la posición objetivo al aproximarse desde cualquiera de las dos direcciones.

【Repetibilidad】

La repetibilidad define con qué precisión un sistema regresa a la misma posición tras múltiples intentos. La repetibilidad puede especificarse como unidireccional, lo que significa que la especificación es válida cuando la posición se alcanza desde la misma dirección, o bidireccional, lo que significa que la especificación es válida cuando la posición se alcanza desde cualquier dirección.

Pregunta: “Estoy diseñando un nuevo sistema de movimiento lineal. ¿Debería diseñarlo para alta precisión o repetibilidad? ¿O ambas cosas?”

Los sistemas lineales se componen de cuatro elementos básicos: la base o estructura de montaje, la guía lineal (o guías), el mecanismo de accionamiento y el motor. Cada uno de estos elementos influye en la precisión y repetibilidad del sistema. Los componentes secundarios, como acoplamientos, conectores, placas de montaje, sensores y dispositivos de retroalimentación, también afectan al rendimiento del sistema. Incluso factores difíciles de controlar, como las fluctuaciones de temperatura y las vibraciones de la máquina, influyen en las especificaciones de precisión y repetibilidad del sistema.

Para maximizar la precisión de posicionamiento, el mecanismo de accionamiento suele ser el elemento clave. Los husillos de bolas se consideran la mejor opción para lograr una alta precisión de posicionamiento, especificada por su grado de tolerancia. Sin embargo, los husillos con tuercas precargadas y los sistemas de cremallera y piñón de alta precisión también ofrecen una gran exactitud. La flexión y la vibración del sistema pueden reducir la precisión de posicionamiento, por lo que la rigidez de la estructura de montaje, la guía lineal y las conexiones entre componentes son fundamentales para sistemas que requieren alta precisión.

En cambio, la precisión de desplazamiento de un sistema depende casi por completo de la estructura de montaje y del sistema de guías lineales. La mayoría de las guías lineales recirculantes se especifican por su clase de precisión, que define las desviaciones máximas de altura, paralelismo y rectitud durante el desplazamiento. Sin embargo, la precisión de una guía lineal depende de la superficie a la que está montada, por lo que la estructura de montaje es un factor importante. Montar una guía lineal de precisión sobre una base sin mecanizar o una extrusión de aluminio anula el rendimiento de precisión de desplazamiento de la guía.

La repetibilidad de un sistema lineal está determinada principalmente por el mecanismo de accionamiento, es decir, la precisión del avance de un husillo, la desviación del paso de los dientes y el estiramiento máximo de una correa, o la holgura en un sistema de cremallera y piñón. La mejor manera de mejorar la repetibilidad es eliminar la holgura en el mecanismo de accionamiento. Los husillos de bolas suelen especificarse con precarga para eliminar la holgura, y muchos diseños de husillos de avance también ofrecen holgura cero. Los sistemas de cremallera y piñón presentan inherentemente holgura entre la cremallera y los dientes del piñón, pero los diseños de piñón doble y piñón partido eliminan esta holgura.

Si el sistema experimenta fluctuaciones de temperatura significativas, la expansión y contracción de los componentes debido a los efectos térmicos también pueden reducir su repetibilidad. A diferencia de la precisión de posicionamiento o desplazamiento, la repetibilidad de un sistema no se puede mejorar mediante retroalimentación y control. La única forma de mejorar la repetibilidad de un sistema lineal es utilizar un accionamiento con mayor repetibilidad.

La prioridad que un diseñador o ingeniero deba darle a la precisión o a la repetibilidad depende del tipo de aplicación. En aplicaciones de posicionamiento, como la manipulación o el ensamblaje, la precisión y la repetibilidad posicionales suelen ser los factores más críticos. Sin embargo, en aplicaciones como la dosificación, el corte o la soldadura, donde la uniformidad y la precisión del proceso durante el desplazamiento son fundamentales, la precisión del desplazamiento debe ser la prioridad.