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

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

【Exactitud】

En el movimiento lineal, generalmente existen dos categorías de precisión: precisión de posicionamiento y precisión de desplazamiento. La precisión del posicionamiento especifica la diferencia entre la posición objetivo del sistema y la posición real que alcanzó. La precisión del viaje especifica los errores que ocurren durante el movimiento; en otras palabras, ¿el sistema viaja en línea recta o se mueve hacia arriba y hacia abajo o de lado a lado mientras viaja?

La precisión se da en relación con un valor o referencia “verdadero” o aceptado. Para la precisión del posicionamiento, el valor de referencia es la posición objetivo. Para la precisión del viaje, el valor de referencia es un plano de movimiento definido tanto en la dirección vertical (también conocida como la planitud del viaje) como en la dirección horizontal (también conocida como la rectitud del viaje). Tenga en cuenta que la precisión se relaciona con qué tan cerca se alcanza la posición objetivo cuando se aproxima desde cualquier dirección.

【Repetibilidad】

La repetibilidad define qué tan cerca regresa un sistema a la misma posición en múltiples intentos. La repetibilidad se puede especificar como unidireccional, lo que significa que la especificación es válida cuando la posición se acerca desde la misma dirección, o bidireccional, lo que significa que la especificación es válida cuando la posición se acerca desde cualquier dirección.

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

Los sistemas lineales se componen de cuatro componentes básicos: la base o estructura de montaje, la guía (o guías) lineal, el mecanismo de accionamiento y el motor, y cada uno de ellos desempeña algún papel en la precisión o repetibilidad del sistema. Los componentes secundarios como acoplamientos, conectores, placas de montaje, sensores y dispositivos de retroalimentación también influyen en el rendimiento del sistema. E incluso factores que no se controlan fácilmente, como las fluctuaciones de temperatura y las vibraciones de las máquinas, afectan la precisión y las especificaciones de repetibilidad de un sistema.

Cuando se trabaja para maximizar la precisión del posicionamiento, el mecanismo de accionamiento normalmente debe ser el área de atención. Los husillos de bolas generalmente se reconocen como la mejor opción para una alta precisión de posicionamiento, que se especifica mediante sus clasificaciones de error de avance o grado de tolerancia. Pero los husillos con tuercas precargadas y los sistemas de piñón y cremallera de alta precisión también son capaces de proporcionar altas precisiones de posicionamiento. La flexión y la vibración del sistema pueden degradar la precisión del posicionamiento, por lo que la rigidez de la estructura de montaje, la guía lineal y las conexiones entre los componentes también son importantes para los sistemas que requieren una alta precisión de posicionamiento.

Por el contrario, la precisión del recorrido de un sistema depende casi por completo de la estructura de montaje y del sistema de guía lineal. La mayoría de las guías lineales de recirculación se especifican por clase de precisión, que define las desviaciones máximas en altura, paralelismo y rectitud durante el recorrido. Pero una guía lineal es tan “precisa” como la superficie en la que está montada, por lo que la estructura de montaje es un factor importante. Montar una guía lineal de “precisión” en una base no mecanizada o en una extrusión de aluminio anula el rendimiento de precisión del recorrido 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 tornillo, la desviación del paso de los dientes y el estiramiento máximo de una correa, o el juego en un sistema de piñón y cremallera. La mejor manera de mejorar la repetibilidad es eliminar el juego o la holgura en el mecanismo de accionamiento. Los husillos de bolas a menudo se especifican con precarga para eliminar el juego, y muchos diseños de husillos también ofrecen juego cero. Los sistemas de piñón y cremallera tienen inherentemente un 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 puede reducir la repetibilidad del sistema. A diferencia del posicionamiento o la precisión del recorrido, 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 variador que tenga mayor repetibilidad.

El hecho de que un diseñador o ingeniero deba preocuparse más por la precisión o la repetibilidad depende del tipo de aplicación. En aplicaciones de posicionamiento, como pick and place o ensamblaje, la precisión posicional y la repetibilidad suelen ser los factores más críticos. Pero en aplicaciones como dosificación, corte o soldadura, donde la uniformidad y precisión del proceso durante el recorrido son fundamentales, la precisión del recorrido debe ser el enfoque principal.