Seguir unas sencillas pautas para diseñar sistemas de movimiento lineal puede mejorar el rendimiento del sistema y la vida útil del actuador.

Muchas máquinas automatizadas utilizan componentes de guía lineal, como rieles perfilados, rieles redondos u otras estructuras de rodamientos o deslizamiento, para guiar y soportar los elementos móviles del equipo. Además, estos elementos móviles suelen estar accionados por algún tipo de actuador lineal.

Uno de los problemas más comunes en los sistemas lineales de cualquier tipo es la desalineación. Esta puede provocar diversos problemas, como resultados de movimiento lineal inconsistentes, reducción de la vida útil del sistema de rodamientos lineales, desgaste prematuro o fallo del sistema de actuador, y movimientos erráticos, como variaciones de velocidad o bamboleo.

Sin embargo, existen algunas formas comunes de mejorar el rendimiento general del sistema optimizando la alineación de la guía lineal y el actuador.

Actuadores y guías
Si bien existen diversas maneras de impartir movimiento a un elemento de máquina guiada, algunas de las más comunes se dividen en dos categorías. La primera son los actuadores de varilla. Estos actuadores pueden ser accionados por fluidos, como hidráulicos o neumáticos, o eléctricos, como husillos de avance o de bolas.

El segundo tipo son los actuadores sin vástago. Estos también pueden ser accionados por fluido o eléctricos mediante un husillo, un husillo de bolas, una correa o un motor lineal. Ambos tipos de actuadores se aplican en sistemas guiados. Sin embargo, cada uno presenta sutiles diferencias en su mejor utilización para maximizar el rendimiento y la vida útil del sistema.

Los propios elementos de guía, ya sean rieles perfilados, rieles redondos u otros sistemas de rodamiento o deslizamiento, deben dimensionarse y seleccionarse correctamente durante la fase de diseño e instalarse siguiendo las recomendaciones del fabricante, prestando especial atención al proceso de alineación. Esto garantiza que el rendimiento del sistema de guía seleccionado se maximice para la aplicación específica.

Importancia de los miembros de cumplimiento
Los actuadores de varilla, caracterizados por la extensión y retracción del vástago del pistón o del actuador con cada ciclo, suelen ofrecer diversas opciones de montaje. La mayoría de los proveedores de actuadores de varilla suelen ofrecer opciones de montaje como orificios perforados y roscados en el dispositivo, patas de montaje, juntas esféricas de varilla, acopladores de alineación, horquillas o muñones. Al utilizarlos con un mecanismo guiado, asegúrese de que cada subsistema, actuador y conjunto guía pueda moverse con suavidad y sin obstáculos. Los sistemas que intentan acoplar rígidamente el elemento de accionamiento al elemento accionado pueden presentar un rendimiento inconsistente, ya que ambos elementos intentan moverse en planos separados con uno o ambos subsistemas sobrecargados.

En este tipo de sistema, se recomienda utilizar un actuador de varilla con un elemento flexible entre el elemento impulsor (actuador) y el elemento impulsado (sistema de guía). Por ejemplo, un extremo de varilla esférico montado en la varilla del actuador permite que el punto de montaje gire alrededor de la junta esférica. Este tipo de conexión en la guía se utiliza mejor junto con un muñón o una horquilla en el extremo opuesto del actuador, donde se fija al elemento del bastidor de la maquinaria. Este sistema de montaje permite la flexibilidad en la conexión sin añadir tensión excesiva ni al elemento impulsor (actuador) ni al elemento impulsado (sistema de guía).

Los actuadores sin vástago, que se caracterizan por tener una carrera limitada a su longitud total, también pueden incorporar un sistema de guía. Al utilizarse con un sistema de guía independiente, los actuadores sin vástago también deben incluir un elemento flexible en la conexión entre los elementos de accionamiento y accionado. La mayoría de los proveedores de actuadores ofrecen diversos soportes para este tipo de instalación, como soportes flotantes.

Los actuadores sin vástago con sistema de guía pueden guiar y soportar el equipo, reemplazando un sistema de guía independiente. Esta característica es especialmente útil y, en muchos casos, ahorra tiempo y dinero al fabricante de maquinaria. Los actuadores sin vástago con guías integradas pueden integrarse en la maquinaria en combinaciones para satisfacer una amplia variedad de necesidades de movimiento. Con un dimensionamiento adecuado, son posibles configuraciones multieje, como xy o xyz, así como configuraciones de pórtico. En la instalación de actuadores sin vástago con guías integradas, la alineación es igualmente importante.

Paralelismo y perpendicularidad de elementos unidos
Un actuador sin vástago con guía integral, utilizado en una configuración de un solo eje, solo necesita cumplir con las expectativas de posicionamiento. El proceso de alineación es sencillo, ya que el actuador trabaja individualmente colocando su carga en posición sin guía externa. Ejemplos de este tipo de configuración incluyen la alineación de punto de trabajo a punto de trabajo o la alineación con el utillaje del equipo.

La alineación de actuadores sin vástago en configuraciones multieje se vuelve más compleja, ya que varios actuadores deben trabajar juntos. Por lo tanto, al montar estos actuadores, se debe considerar el paralelismo y la perpendicularidad de todos los dispositivos unidos para un rendimiento óptimo y una vida útil máxima.

Paralelismo de elementos unidos
Hay tres variables que pueden afectar el paralelismo al montar actuadores lineales. Formular y responder estas preguntas maximizará el paralelismo y el rendimiento del sistema.

¿Están los actuadores montados con los carros a la misma altura? Una desalineación en este plano generará un momento flector desfavorable en el eje Mx sobre el sistema de rodamientos de una o ambas unidades.

¿Están los actuadores montados a una distancia uniforme entre sí de un extremo al otro? Una desalineación en este plano aplicará una carga lateral desfavorable en el eje Fy sobre el sistema de rodamientos y, si es grave, puede provocar el atascamiento de las unidades.

3. ¿Están los actuadores montados a nivel? La desalineación angular generará un momento flector desfavorable en el eje My sobre el sistema de rodamientos de ambas unidades.

Perpendicularidad de elementos unidos
Hay dos variables que afectan la perpendicularidad al montar actuadores lineales.

1. En un sistema XYZ, ¿el eje Z está montado perpendicularmente al eje Y? Una desalineación en este plano aplicará un momento flector desfavorable al sistema de rodamientos del actuador del eje Y en cualquiera o todos los ejes posibles.

2. En un sistema de pórtico donde se requieren dos actuadores para moverse simultáneamente en los ejes X o Y, ¿se mueven simultáneamente? Una desalineación o un rendimiento inadecuado del servomotor generarán un momento de flexión indeseable en el eje Mz, que afecta al sistema de rodamientos.

Las tolerancias reales relacionadas con las recomendaciones de alineación y montaje dependen del fabricante del actuador, así como del tipo de rodamiento. Sin embargo, como regla general, se debe considerar el tipo de sistema de rodamientos. Los rodamientos de alto rendimiento, como los sistemas de rieles de perfil, tienden a ser bastante rígidos, y la alineación es más crítica. Los sistemas de rendimiento medio que utilizan rodillos o ruedas suelen tener holguras que ofrecen cierta tolerancia en la alineación. Los sistemas de rodamientos lisos o deslizantes suelen tener mayor holgura y pueden ser incluso más tolerantes.

Al instalar sistemas de montaje de actuadores lineales, existen diversas herramientas de medición disponibles para garantizar una alineación correcta, desde calibres hasta sistemas láser. Independientemente de las herramientas utilizadas, cree siempre un eje como referencia para los planos XY y Z y monte los demás dispositivos con respecto a este. Esto le ayudará a obtener el máximo rendimiento y una mayor vida útil de su sistema de actuador.