Este artículo explicará los conceptos básicos del diseño de un sistema lineal que incluye el sistema de soporte estructural, la tecnología de orientación, la tecnología de accionamiento y el sellado, la lubricación y los accesorios. Primero discutirá los pros y los contras de las diferentes tecnologías, como unidades de tornillo de plomo, unidades de tornillo de bola, unidades de correa, guías de bola, guías de portaobjetos y guías de ruedas. Luego, el artículo analizará las ventajas y desventajas de diseñar y construir su propio sistema lineal frente a la configuración de un sistema de bloques de construcción estándar. Finalmente, el artículo describirá un proceso paso a paso basado en la web para dimensionar y seleccionar un sistema lineal basado en componentes estándar económicos.

Los bloques de construcción de un sistema lineal son el sistema de soporte estructural, el sistema de accionamiento, el sistema de guía, el sellado, la lubricación y los accesorios. El componente principal del sistema de soporte estructural es típicamente una extrusión de aluminio que está disponible en longitudes de hasta 12 metros. La superficie de montaje de la base se puede mecanizar para aplicaciones que requieren posicionamiento preciso. Las extrusiones base para aplicaciones de tipo de transporte de menor precisión generalmente no se mecanizan. Las bases utilizadas en las aplicaciones de transporte están optimizadas para la resistencia a la flexión bajo carga y distorsión durante el proceso de extrusión, lo que permite que el sistema sea compatible solo en los extremos.

Los principales tipos de guías son guías de pelota, guías de ruedas y guías de deslizamiento o prisma. Las guías de pelota admiten altas cargas de hasta 38,000 Newtons (N) y cargas de alto momento de hasta 27.60 metros de Newton (NM). Otras ventajas de las guías de pelota incluyen baja fricción y alta rigidez. Las guías de pelota están disponibles en configuraciones de riel individuales o duales. Las debilidades de las guías de pelota incluyen un costo relativamente alto y altos niveles de ruido. Una ventaja clave de las guías de las ruedas es su capacidad para operar a velocidades excepcionalmente altas, hasta 10 metros por segundo (m/s). Las guías de las ruedas también ofrecen baja fricción y rigidez muy alta. Por otro lado, las guías de las ruedas tienen una resistencia relativamente baja a la carga de choque. Las guías de portaobjetos usan bujes de polímero en forma de prisma que se ejecutan directamente en la superficie del perfil para ofrecer una operación muy tranquila y soportar cargas de alta choque. Una ventaja clave de las guías de diapositivas es su capacidad para operar en entornos contaminados. Las guías de portaobjetos tienen una mayor velocidad y capacidad de carga que las guías de bola o rueda.

Las tecnologías de accionamiento más populares son las unidades de tornillo de bola, unidades de tornillo de plomo y unidades de correa. La unidad de tornillo de bola consiste en un tornillo de bola y una tuerca de bola con rodamientos de bolas de recirculación. Los tornillos de bola molidos y precargados proporcionan una precisión de posicionamiento excepcionalmente alta. La carga en el tornillo de bola se distribuye sobre una gran cantidad de rodamientos de bolas para que cada bola esté sujeta a una carga relativamente baja. El resultado es una alta precisión absoluta a 0.005 mm, alta capacidad de empuje de hasta 40 kN y alta rigidez. La precisión absoluta se define como el error máximo entre la posición esperada y real. Las unidades de tornillo de bola generalmente proporcionan una eficiencia mecánica del 90%, por lo que su costo más alto a menudo se compensa con los requisitos de potencia reducidos. La velocidad crítica de un tornillo de bola está determinada por el diámetro de la raíz del tornillo, la longitud no compatible y la configuración de soporte final. Los soportes de tornillo de bola permiten el uso de unidades impulsadas por el tornillo de hasta 12 metros de carrera y velocidad de entrada de 3.000 rpm. Las unidades de tornillo de plomo no pueden igualar la precisión de posicionamiento absoluta de las unidades de tornillo de bola, pero proporcionan una excelente repetibilidad de 0.005 mm. La repetibilidad se define como la capacidad de un sistema de posicionamiento para volver a una ubicación durante la operación al acercarse desde la misma dirección a la misma velocidad y tasa de desaceleración. Las unidades de tornillo de plomo se utilizan en aplicaciones de posicionamiento de ciclo de trabajo bajo a medio y funcionan a niveles de ruido bajos. Las unidades de correa se utilizan en aplicaciones de transporte de alta velocidad y alto rendimiento con velocidades de hasta 10 m/sy aceleración de hasta 40 m/s2. Tanto el sistema de guía como el sistema de accionamiento generalmente requieren lubricación. El fácil acceso a los accesorios de lubricación simplifica el mantenimiento preventivo. Un enfoque efectivo es el uso de accesorios Zerk en el carro que alimenta una red a través de la cual tanto el tornillo de bola como el sistema de rodamiento lineal se lubrican durante la instalación y a intervalos de mantenimiento periódicos. El sistema de guía de prisma está libre de mantenimiento. Además de la lubricidad inherente del polímero, hay limpiaparabrisas lubricados que reponen el lubricante en cada accidente cerebrovascular. La tecnología de sellado es importante en muchas aplicaciones. Un sello de tira magnética consiste en una banda magnética de acero inoxidable que está cargada de resorte para mantener la tensión. Los dos extremos se fijan a las placas finales del sistema y la banda de cubierta o la tira de sellado se enruta a través de una cavidad en el carro. A medida que los carruajes atraviesan la longitud del sistema, la tira se levanta de los imanes para permitir que el carro pase.

Una tecnología de sellado alternativa, las bandas de cubierta de plástico utilizan una tira de goma compatible que se entrelaza con la extrusión base, actuando como una bolsa Ziploc. Los perfiles de apareamiento de "lengua y ranura" crean un sello de laberinto que es extremadamente efectivo para prevenir la entrada de partículas. Los montajes de motor flexibles simplifican la integración de sistemas lineales en ensamblajes automatizados. Los usuarios simplemente pueden solicitar un soporte de motor NEMA estándar o proporcionar información de montaje específica para su motor o proporcionar el nombre y el número de pieza del fabricante del motor. La carcasa y el acoplamiento están mecanizados de espacios en blanco comunes para aparearse con las características clave del motor del cliente: tamaño de perno y diámetro del círculo de pernos en la brida del motor; diámetro del piloto del motor; y diámetro del eje del motor y longitud. Esto permite que los portaobjetos se montaran fácilmente, horizontalmente, verticalmente, inclinados o invertidos, a casi cualquier motor, con alineación garantizada.

No todas las combinaciones de tipo de unidad y tipo de guía tienen sentido. Los siete grupos de tecnología que se utilizan en aplicaciones prácticas incluyen la unidad de tornillo de plomo y la guía de bola, la guía del tornillo de plomo y la guía de portaobjetos, la transmisión del tornillo de la bola y la guía de la bola, la transmisión del tornillo de la bola y la guía de portaobjetos, la guía de la bola y la guía de la bola, la transmisión de la correa y la guía de deslizamiento, y la guía de transmisión y rueda. Los diagramas de araña representan las fortalezas relativas y la debilidad de cada una de estas tecnologías. El tornillo de bola y la tecnología de guía de pelota ofrecen una alta repetibilidad, alta rigidez y capacidad para manejar fuerzas y momentos. Se utiliza en aplicaciones de posicionamiento de precisión con cargas altas y ciclos de alta tarea, como el sistema lineal utilizado para cargar y descargar espacios en blanco en una máquina herramienta. Las unidades guiadas por la cinta están diseñadas para aplicaciones de alta velocidad y aceleración con cargas útiles pesadas y cargas de alto momento. Este grupo de tecnología es adecuado para aplicaciones que abarcan una brecha y son compatibles con los extremos o de manera intermitente. Una aplicación típica implica la paletización de la lata. Los sistemas lineales guiados por la correa guiadas por diapositivas proporcionan una velocidad moderada y capacidad de aceleración. Las guías de diapositivas pueden administrar las cargas de impacto, pero son algo limitadas en sus velocidades lineales. Esta combinación proporciona una solución rentable y de bajo ruido que requiere un bajo mantenimiento. Agregar una banda de cubierta magnética hace que esta solución sea ideal para entornos con un alto contenido de partículas y requisitos de lavado, como una aplicación de tratamiento de chapa metálica. Las unidades guiadas por la rueda dirigidas por la correa proporcionan una alta velocidad lineal y capacidades de aceleración junto con un costo moderado, bajo ruido y requisitos de mantenimiento relativamente bajos. Una aplicación típica es la máquina de embalaje y llenado.

Hacer o comprar? Al considerar si hacer o comprar un sistema lineal, es importante observar el tiempo de ingeniería y la experiencia que se requiere para diseñar un sistema lineal. El diseño de un sistema incluye cálculos de ingeniería como vida lineal y radial, vida de tornillo de bola, velocidad crítica del tornillo de bola, la desviación del perfil de soporte, la selección de lubricación, el diseño de la cubierta, etc. El enfoque de súper tamaño del sistema lineal para reducir el tiempo de diseño tiene la desventaja de que el costo y el engranaje aumentan y la ingeniería básica aún se requiere para asegurarse de que nada básico se perdiera. Al comprar sistemas lineales, habrá momentos en que los productos de catálogo estándar no cumplan con los requisitos de la aplicación. En este caso, las modificaciones significativas a productos estándar o diseños de láminas blancas son alternativas viables. Un socio con una amplia gama de productos y capacidades de ingeniería puede trabajar con usted para resolver su problema mientras ahorra tiempo y dinero y acelera el ciclo de desarrollo.