Los motores y actuadores lineales ahora son competitivos en precio con los husillos de bolas y las transmisiones por correa, y ofrecen una agilidad y un ancho de banda claramente superiores para aplicaciones de posicionamiento avanzadas. Los nuevos micromotores y actuadores están ayudando a automatizar tareas que antes no eran factibles. Los accionamientos lineales directos están reemplazando cada vez más a los cilindros neumáticos servocontrolados, aportando fiabilidad y controlabilidad, sin los costes, el ruido ni el mantenimiento de los compresores de aire.

Impulsados ​​por las exigencias de la industria de semiconductores, los fabricantes de motores lineales han aumentado progresivamente la precisión, reducido los precios, desarrollado diversos tipos de motores y simplificado su integración en equipos de automatización. Los motores lineales modernos ofrecen una aceleración máxima de 20 g y una velocidad de 10 metros por segundo, una agilidad dinámica inigualable, un mantenimiento mínimo y una mayor disponibilidad operativa. Han trascendido su uso especializado en la industria de semiconductores para ofrecer un rendimiento avanzado en una amplia gama de aplicaciones.

Con una velocidad y una vida útil diez veces superiores a las de los husillos de bolas, la tecnología de accionamiento lineal directo suele ser la única solución para la automatización que mejora la productividad.

SUPERIORIDAD DINÁMICA

El rendimiento dinámico de los mecanismos de posicionamiento convencionales se ve limitado por husillos, engranajes, transmisiones por correa y acoplamientos flexibles, que generan histéresis, holgura y desgaste. De manera similar, los actuadores neumáticos se ven afectados por la masa del pistón y la fricción entre el pistón y el cilindro, así como por la compresibilidad del aire, lo que genera complejidad en el control servo. Los motores y actuadores lineales eliminan la masa y la inercia de los posicionadores convencionales y, al liberarse de estas limitaciones fundamentales, proporcionan una rigidez dinámica sin igual.

La generación directa de fuerza de accionamiento permite que los motores y actuadores lineales alcancen un ancho de banda de lazo cerrado inalcanzable con otros mecanismos de posicionamiento. El motor y el actuador pueden aprovechar al máximo los controladores modernos. Estos controladores están optimizados para un funcionamiento con alta ganancia de lazo, lo que permite un control de amplio ancho de banda, una rápida estabilización y una rápida recuperación ante perturbaciones transitorias.

Los motores y actuadores lineales destacan por su capacidad para realizar movimientos de distancia milimétrica en la zona de fricción estática. Su baja masa y mínima fricción estática reducen al mínimo la fuerza necesaria para iniciar el desplazamiento y simplifican la tarea del sistema de control al evitar el sobreimpulso durante la parada. Estas características permiten que los motores y actuadores de accionamiento directo escaneen, por ejemplo, portaobjetos de microscopio y registren las coordenadas XY de objetos separados por apenas milímetros.

Las aplicaciones que requieren movimientos repetitivos rápidos pueden aprovechar el amplio ancho de banda del actuador lineal para duplicar el rendimiento de los husillos de bolas o las transmisiones por correa. Las máquinas que cortan rollos de material a la medida (papel, plásticos, incluso pañales) maximizan el rendimiento al operar sin detener el flujo de material. Para cortar en movimiento, estas máquinas aceleran la cuchilla de corte para sincronizarla con el flujo de material, se desplazan a la velocidad del material hasta el punto de corte y luego inician el corte. Después de cortar, la cuchilla regresa a su punto de partida para esperar el siguiente ciclo de corte.

TIPOS DE MOTORES LINEALES

Existen tres configuraciones básicas de motores lineales: de bancada plana, de canal en U y tubulares. Cada motor tiene sus propias ventajas y limitaciones.

Los motores de bancada plana, si bien ofrecen un recorrido ilimitado y la máxima fuerza motriz, ejercen una atracción magnética considerable e indeseable entre la pieza que soporta la carga y la pista del imán permanente del motor. Esta fuerza de atracción requiere cojinetes que soporten la carga adicional.

El motor de canal en U, con su núcleo sin hierro, tiene baja inercia y, por lo tanto, máxima agilidad. Sin embargo, las bobinas magnéticas que soportan la carga se encuentran profundamente dentro del marco del canal en U, lo que limita la disipación del calor.

Los motores lineales tubulares son robustos, eficientes térmicamente y de fácil instalación. Son un reemplazo directo para los husillos de bolas y los posicionadores neumáticos. Los imanes permanentes del motor tubular están encapsulados en un tubo de acero inoxidable (barra de empuje), que cuenta con soporte en ambos extremos. Sin soporte adicional para la barra de empuje, el recorrido de la carga se limita a 2 o 3 metros, según el diámetro de la barra.

De los tres tipos de motores, los tubulares son los más adecuados para el uso industrial general. Los motores lineales tubulares se han beneficiado enormemente de una innovación de ingeniería fundamental. Los motores lineales de Copley Controls reemplazan el codificador lineal externo tradicional con sensores Hall integrados. Un circuito magnético patentado permite que los sensores de efecto Hall logren una mejora de casi diez veces en resolución y repetibilidad.

Dado que los codificadores lineales pueden costar casi tanto como el propio motor lineal, eliminarlos supone una importante reducción de costes. Esto también simplifica la integración del motor lineal en los sistemas de automatización, ya que no hay que lidiar con un codificador complejo que requiera mantenimiento y alineación. Otras ventajas incluyen mayor robustez, fiabilidad y la eliminación de la necesidad de entornos protegidos para el codificador.

Los motores lineales tubulares pueden transformarse en potentes y versátiles actuadores lineales de accionamiento directo. En esta configuración, el actuador permanece fijo (atornillado al bastidor de la máquina), mientras que la varilla de empuje para el posicionamiento de la carga se desplaza sobre cojinetes de baja fricción y sin lubricación, montados dentro del actuador. Además de superar en rendimiento a los husillos de bolas y las transmisiones por correa, el actuador lineal representa una alternativa de mayor rendimiento a los sistemas de posicionamiento servoneumáticos programables.

Los motores lineales tubulares son ideales para duplicar la productividad gracias a dos actuadores independientes que operan sobre una misma varilla de empuje. Cada actuador cuenta con su propio servomotor y puede desplazarse de forma totalmente independiente. De esta manera, un actuador puede cargar, por ejemplo, mientras el otro descarga. Esta técnica permite duplicar el rendimiento al elevar los artículos de dos en dos desde una cinta transportadora de alta velocidad y colocarlos con precisión en una segunda cinta.

De igual modo, varios actuadores que actúan sobre una misma barra de empuje pueden duplicar, triplicar o incluso cuadruplicar la fuerza motriz. Estos actuadores pueden ser controlados por un único controlador.

El actuador de carga del motor lineal se desplaza sobre cojinetes de riel único de larga duración. En cambio, los mecanismos de conversión de husillo de bolas de rotación a lineal implican fuentes adicionales de desgaste que degradan el rendimiento y acortan su vida útil.

La varilla de empuje del actuador lineal se desliza sobre cojinetes de larga duración y sin lubricación, montados en el actuador. Esta simplicidad intrínseca permite que el actuador ofrezca 10 millones de ciclos de funcionamiento. Los cojinetes del actuador son autoalineables, lo que facilita la instalación. La fuerza de accionamiento del actuador se aplica directamente a la varilla de empuje, lo que mejora la aceleración y la capacidad de respuesta.

Al sustituir el codificador externo por un sensor de estado sólido integrado en el actuador, los motores y actuadores de accionamiento directo se convierten en dispositivos muy sencillos de dos componentes. Tanto el actuador como la varilla de empuje son componentes intrínsecamente muy robustos, lo que permite que el motor y el actuador cumplan con la clasificación internacional IP67 de resistencia al lavado.

La ausencia de engranajes que rechinan y husillos que zumban confiere a los motores lineales y actuadores la cualificación, cada vez más importante, de funcionamiento silencioso. La OSHA sigue de cerca los códigos industriales europeos, que imponen normas cada vez más estrictas sobre el ruido en el lugar de trabajo. El funcionamiento silencioso ya es fundamental en laboratorios y hospitales; esta preocupación se generalizará a medida que la OSHA extienda su normativa a otros entornos de producción.