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: 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 ocurren durante el movimiento; en otras palabras, ¿el sistema se desplaza en línea recta o se mueve verticalmente o lateralmente?

La precisión se proporciona 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 dirección vertical (planitud del desplazamiento) como en dirección horizontal (rectitud del desplazamiento). Cabe destacar que la precisión se relaciona con la proximidad a la posición objetivo al acercarse desde cualquier dirección.

【Repetibilidad】

La repetibilidad define la precisión con la que 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 se alcanza la posición desde la misma dirección, o bidireccional, lo que significa que la especificación es válida cuando se alcanza 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 guía lineal (o guías), el mecanismo de accionamiento y el motor. Cada uno de ellos influye en la precisión o repetibilidad del sistema. Componentes secundarios como acoplamientos, conectores, placas de montaje, sensores y dispositivos de retroalimentación también influyen en el rendimiento del sistema. Incluso factores difíciles de controlar, como las fluctuaciones de temperatura y las vibraciones de la máquina, afectan las especificaciones de precisión y repetibilidad del sistema.

Al trabajar para maximizar la precisión de posicionamiento, el mecanismo de accionamiento suele ser el foco principal. Los husillos a bolas se reconocen generalmente como la mejor opción para una alta precisión de posicionamiento, la cual se especifica por su clasificación de error de paso o grado de tolerancia. Sin embargo, los husillos con tuercas precargadas y sistemas de piñón y cremallera de alta precisión también pueden proporcionar altas precisiones 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 los componentes también son importantes para los sistemas que requieren 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 guía lineal. La mayoría de las guías lineales de recirculación se especifican por clase de precisión, que define las desviaciones máximas de altura, paralelismo y rectitud durante el desplazamiento. Sin embargo, una guía lineal solo es tan precisa como la superficie sobre la que se monta, 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 la precisión de desplazamiento de la guía.

La repetibilidad de un sistema lineal está determinada principalmente por el mecanismo de accionamiento, es decir, la precisión de paso de un tornillo, la desviación del paso de los dientes y la máxima elasticidad de una correa, o la holgura en un sistema de piñón y cremallera. 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 piñón y cremallera presentan inherentemente holgura entre la cremallera y los dientes del piñón, pero los diseños de piñón doble y piñón partido la eliminan.

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

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