Precisión y repetibilidad, capacidad, longitud de recorrido, uso, entorno ambiental, sincronización, orientación, tasas.

Aquí tienes algunos consejos sobre cómo especificar y dimensionar correctamente un actuador accionado por motor lineal utilizando el acrónimo ACTUATOR (acrónimo de accuracy, capacity, travel length, usage, ambient environment, timing, orientation and rates) para recordar todos los parámetros clave.

Elegir el actuador adecuado para una aplicación específica puede parecer una tarea sencilla. Sin embargo, seleccionar un actuador fiable implica más de lo que algunos ingenieros e integradores de sistemas creen. Los actuadores con bajo rendimiento suelen ser consecuencia de errores básicos en las especificaciones.

Para obtener un movimiento lineal fiable y repetible, el objetivo es cumplir con los requisitos específicos para una configuración de actuador de alta calidad con cuatro subsistemas:

1. Un sistema estructural que pueda asegurar con precisión todos los componentes del actuador en un espacio físico y proporcionar una forma de mantener el actuador en su lugar de trabajo.

2. Un convertidor de movimiento rotatorio a lineal que consta de un sistema de transmisión de componentes individuales.

3. Un elemento de desgaste lineal para guiar con precisión el carro en línea recta con mínima fricción y máxima capacidad de carga y vida útil.

4. Un carro móvil que sujeta de forma segura la pieza de trabajo, la pinza, la cámara, la óptica u otra carga útil.

Primer objetivo de diseño:

Precisión y repetibilidad

Si un ingeniero de diseño no se toma el tiempo necesario para definir las características que debe cumplir un actuador en cuanto al movimiento, es probable que sobredimensione el sistema o pague de más. Esto es especialmente cierto si existe algún malentendido sobre la diferencia entre precisión y repetibilidad. En la mayoría de las aplicaciones de actuadores, la repetibilidad es más importante que la precisión absoluta.

La repetibilidad puede ser unidireccional o bidireccional, y mide la capacidad de un sistema para obtener una posición de comando cuando se le aproxima desde la misma dirección o desde cualquiera de ellas. Las dos especificaciones principales que influyen en la precisión son el desplazamiento y el posicionamiento. Es común especificar la precisión en micras o milésimas de pulgada.

Por ejemplo, imaginemos un robot con una pinza montada sobre un actuador lineal. El actuador mueve el robot a diversas posiciones para que la pinza pueda sujetar las cajas y colocarlas en palés. Este movimiento debe ser repetible y bastante preciso para posicionar el robot, aunque no se requiere una precisión milimétrica. Como regla general, una repetibilidad de posicionamiento de ± 50 µm es más que aceptable en la mayoría de las operaciones de empaquetado al final de la línea que utilizan actuadores. Para aplicaciones que requieren un posicionamiento más preciso, considere agregar un codificador lineal.

Segundo objetivo de diseño:

Capacidad

Piensa en las cargas, los momentos y las fuerzas que deberá soportar el actuador. Estos incluyen:

• carga estática

• carga dinámica

• momento flector

• empuje

Independientemente de la configuración, la construcción interna de un actuador influye directamente en su capacidad de carga. Algunos fabricantes diseñan y construyen actuadores para soportar cargas pesadas a altas velocidades, mientras que otros los diseñan para soportar cargas ligeras a altas velocidades. Conocer los detalles de la aplicación es fundamental para elegir el diseño adecuado. Consejo: Al comparar actuadores, preste atención a las unidades de medida mencionadas anteriormente (SI, unidades estadounidenses o imperiales) para realizar una comparación justa.

Los actuadores de uso industrial tienen una alta rigidez y soportan la máxima capacidad de carga en cinco de los seis grados de libertad, además de permitir un movimiento de baja fricción en el sexto eje.

Tercer objetivo de diseño:

Duración del viaje

El recorrido de un actuador, medido en milímetros o pulgadas, es la distancia que debe desplazarse. Sin embargo, el movimiento total debe incluir un recorrido de seguridad, también conocido como distancia entre topes. Distinga cuidadosamente entre recorrido y longitud total. Consejo: Durante este paso, defina también el volumen o la huella total que debe ocupar el sistema.

Cuarto objetivo de diseño:

Uso

El factor de uso (también conocido como ciclo de trabajo) se expresa comúnmente en ciclos por minuto. La vida útil es el número de horas, años, ciclos o distancia lineal que debe alcanzar el actuador. En otras palabras, esta especificación describe con qué frecuencia funcionará el actuador y cuánto tiempo debe durar. Considere los detalles de la aplicación (incluido el perfil de movimiento, el tiempo de ciclo y el tiempo de permanencia) además de los requisitos de vida útil. Consulte también con el proveedor sobre los programas de mantenimiento; algunos actuadores solo requieren lubricación después de 20 000 km, mientras que otros necesitan un mantenimiento más frecuente.

Quinto objetivo de diseño:

Ambiente ambiental

Las condiciones de funcionamiento que rodean al actuador conforman, en conjunto, el entorno ambiental:

• Rango de temperatura de funcionamiento

• rango de humedad relativa

• tipo y cantidad de partículas contaminantes

• Presencia de fluidos o productos químicos corrosivos

• Requisitos de limpieza o lavado periódicos

Tenga en cuenta estos factores y recuerde que los entornos exigentes o extremos pueden requerir juntas y fuelles especiales para proteger las piezas móviles del actuador de la humedad, el polvo y otros contaminantes. Si esto le preocupa, consulte con el proveedor si dispone de estos componentes.

Sexto objetivo de diseño:

Momento

Los ingenieros de diseño, los integradores de sistemas, los fabricantes de equipos originales (OEM) y los usuarios finales suelen ignorar los plazos del proyecto al especificar un actuador, sobre todo al principio. Si bien otras especificaciones de rendimiento merecen especial atención, es fundamental tener en cuenta las limitaciones de tiempo y presupuesto. No olvide los plazos generales del proyecto, las solicitudes de cotización, los prototipos y los cronogramas de producción, ya que ignorarlos puede suponer una pérdida de tiempo y esfuerzo posteriormente. No hay nada peor que encontrar el actuador perfecto y luego darse cuenta de que no se ajusta a las limitaciones de tiempo y presupuesto del proyecto.

Séptimo objetivo de diseño:

Orientación

La elección del actuador adecuado también depende de cómo se montará en el espacio geométrico disponible. Esto determina la orientación de la carga y la fuerza. ¿El carro estará orientado hacia arriba o hacia abajo en posición horizontal? También son posibles las orientaciones verticales y las colocaciones inclinadas, según el tamaño del sistema y la geometría de la aplicación. Cada orientación influye en los cálculos de fuerza que, en última instancia, expresan la capacidad del actuador para soportar una carga determinada. Cabe destacar que los sistemas multieje requieren soportes y placas transversales especiales para conectar rígidamente los actuadores y reducir la desalineación y la vibración.

Octavo objetivo de diseño:

Tarifas

Para elegir el actuador más adecuado para una aplicación, determine su perfil de movimiento deseado. Esto incluye la velocidad de desplazamiento, así como las tasas de aceleración y desaceleración requeridas. Si bien algunos actuadores industriales pueden soportar cargas elevadas a velocidades de hasta 5 m/s, otros tienen capacidades de velocidad y carga limitadas. En este caso, es fundamental seleccionar el actuador adecuado para la tarea específica.