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 precisión y repetibilidad para sistemas lineales.

【Exactitud】

En el movimiento lineal, existen dos categorías generales de precisión: la precisión de posicionamiento y la 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; en otras palabras, ¿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 de referencia o valor 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 planitud del desplazamiento) como en la horizontal (es decir, la rectitud del desplazamiento). Cabe destacar que la precisión se refiere a la proximidad a la posición objetivo al aproximarse desde cualquier dirección.

【Repetibilidad】

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

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

Los sistemas lineales constan de cuatro componentes básicos: la base o estructura de montaje, la(s) guía(s) lineal(es), el mecanismo de accionamiento y el motor; cada uno de ellos influye en la precisión y repetibilidad del sistema. 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, afectan a las especificaciones de precisión y repetibilidad del sistema.

Al trabajar para maximizar la precisión de posicionamiento, el mecanismo de accionamiento suele ser el área de enfoque. Los husillos de bolas generalmente se consideran la mejor opción para una alta precisión de posicionamiento, la cual se especifica mediante su clasificación de error de avance o grado de tolerancia. Sin embargo, los husillos de avance con tuercas precargadas y los sistemas de cremallera y piñón de alta precisión también son capaces de proporcionar una alta precisión de posicionamiento. La flexión y la vibración del sistema pueden degradar la precisión de posicionamiento, por lo que la rigidez de la estructura de montaje, la guía lineal y las conexiones entre componentes también es importante para los sistemas que requieren una alta precisión de posicionamiento.

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 según su clase de precisión, que define las desviaciones máximas en altura, paralelismo y rectitud durante el desplazamiento. Sin embargo, la precisión de una guía lineal depende de la superficie sobre la que se monta, por lo que la estructura de montaje es un factor crucial. Montar una guía lineal de alta precisión sobre una base sin mecanizar o una extrusión de aluminio anula su rendimiento de precisión de desplazamiento.

La repetibilidad de un sistema lineal está determinada principalmente por el mecanismo de accionamiento; es decir, la precisión de avance de un tornillo, la desviación del paso de los dientes y el estiramiento máximo de una correa, o el juego 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 el juego, y muchos diseños de husillos de avance también ofrecen juego cero. Los sistemas de cremallera y piñón presentan inherentemente juego entre la cremallera y los dientes del piñón, pero los diseños de piñón doble y piñón dividido eliminan este juego.

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 ni control. La única manera de mejorar la repetibilidad de un sistema lineal es utilizar un accionamiento con mayor repetibilidad.

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