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

Muchas máquinas automatizadas se basan en componentes de guía lineal, como rieles perfilados, rieles redondos u otras estructuras de soporte rodantes o deslizantes, para guiar y soportar los elementos móviles del equipo. Además, muchas veces estos elementos móviles son accionados por algún tipo de dispositivo actuador lineal.

Uno de los problemas más comunes en los sistemas lineales de cualquier tipo es la desalineación. La desalineación puede provocar una serie de problemas, como resultados de movimiento lineal inconsistentes, vida útil más corta del sistema de rodamiento lineal, desgaste prematuro o falla del sistema actuador y movimiento errático como variación 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 varias formas de impartir movimiento a un miembro guiado de la máquina, algunas de las más comunes se dividen en dos categorías. El primero son los actuadores tipo varilla. Los actuadores de varilla pueden ser accionados por fluidos, como hidráulicos o neumáticos, o eléctricos, como husillos de avance o husillos de bolas.

El segundo son los actuadores sin vástago. Estos también pueden ser accionados por fluidos o eléctricos mediante un husillo, un husillo de bolas, una correa o un motor lineal. Ambos estilos de actuadores encuentran aplicación en sistemas guiados. Sin embargo, cada uno tiene diferencias sutiles en cuanto a cómo se emplea mejor para maximizar el rendimiento y la vida útil del sistema.

Los propios elementos guía, ya sean carriles perfilados, carriles redondos u otros sistemas rodantes o deslizantes, deben dimensionarse y seleccionarse adecuadamente durante la fase de diseño e instalarse siguiendo las recomendaciones del fabricante, prestando especial atención al proceso de alineación. Al hacerlo, se garantiza que el rendimiento del sistema de guía seleccionado se maximiza para la aplicación particular.

Importancia de los miembros de cumplimiento
Los actuadores de estilo vástago, caracterizados porque el vástago del pistón o el vástago del actuador se extiende y retrae con cada ciclo, generalmente ofrecen varias opciones de montaje. La mayoría de los proveedores de actuadores estilo varilla suelen ofrecer opciones de montaje, como orificios perforados y roscados en el dispositivo, pies de montaje, juntas de varilla esféricas, acopladores de alineación, horquillas o muñones. Cuando se utiliza con un mecanismo guiado, asegúrese de que cada subsistema, actuador y conjunto de guía sea capaz de realizar un movimiento suave y sin obstáculos. Los sistemas que intentan acoplar rígidamente el elemento impulsor al elemento impulsado pueden exhibir un rendimiento inconsistente ya que estos dos elementos intentan moverse en planos separados con uno o ambos subsistemas cargados más allá de su capacidad.

Un actuador tipo varilla en un sistema de este tipo se emplea mejor con algún miembro de cumplimiento entre el miembro impulsor (actuador) y el impulsado (sistema de guía). Por ejemplo, un extremo de varilla esférica 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 horquilla en el extremo opuesto del actuador donde se fija al elemento del marco de la maquinaria. Un esquema de montaje de este tipo permite el cumplimiento de la conexión sin agregar tensión indebida ni al accionamiento (actuador) ni al accionado (sistema de guía).

Los actuadores sin vástago, caracterizados por que su carrera está contenida dentro de su longitud total, también pueden contener un sistema de guía integrado en el actuador. Los actuadores sin vástago, cuando se usan junto con un sistema de guía separado, también necesitarán incluir un miembro flexible en la conexión entre el motor y los miembros conducidos. La mayoría de los proveedores de actuadores ofrecen una variedad de soportes destinados a este tipo de instalación, como soportes flotantes.

Los actuadores sin vástago que incluyen un sistema de guía pueden realizar la tarea de guiar y soportar el equipo mientras ocupan el lugar de un sistema de guía separado. Esta característica puede ser particularmente útil y muchas veces le ahorra tiempo y dinero al fabricante de maquinaria en el proceso. Se pueden integrar actuadores sin vástago con guías integrales en la maquinaria en combinaciones para satisfacer una amplia variedad de necesidades de movimiento. Las configuraciones de varios ejes, como xy o xyz, junto con las configuraciones de pórtico, son posibles con el tamaño adecuado. En la instalación de actuadores sin vástago con guías integrales, 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 funciona de manera singular colocando su carga en su posición sin ninguna guía externa. Ejemplos de este tipo de configuración incluyen punto de trabajo a punto de trabajo o alineación a fijación en el equipo.

La alineación de actuadores sin vástago en configuraciones de múltiples ejes se vuelve más desafiante 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 lograr un rendimiento óptimo y una vida útil máxima.

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

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

2. ¿Están los actuadores montados a una distancia constante entre sí de un extremo al otro? La desalineación en este plano aplicará una carga lateral desfavorable en el eje Fy del sistema de rodamientos y, si es grave, puede provocar que las unidades se atasquen.

3. ¿Están los actuadores montados nivelados entre sí? La desalineación angular aplicará un momento flector desfavorable en el eje My en 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 perpendicular al eje Y? La desalineación en este plano aplicará un momento flector desfavorable en el sistema de cojinetes del actuador del eje Y en cualquiera o todos los ejes posibles.

2. En un sistema de pórtico donde se requiere que dos actuadores se muevan simultáneamente en el eje X o Y, ¿se mueven simultáneamente? La desalineación o el rendimiento inadecuado del servo aplicarán un momento de flexión indeseable en el eje Mz al sistema de rodamientos.

Las tolerancias reales relacionadas con las recomendaciones de alineación y el montaje dependen del fabricante específico del actuador, así como del tipo de rodamiento. Sin embargo, una regla general es considerar el tipo de sistema de rodamiento. Los tipos de 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 espacios que ofrecen cierta tolerancia en la alineación. Los sistemas deslizantes o de cojinetes lisos suelen tener un mayor espacio libre y pueden ser incluso más tolerantes.

Al instalar sistemas de montaje de actuadores lineales, hay una serie de herramientas de medición disponibles para ayudar a garantizar una alineación adecuada, desde medidores hasta sistemas láser. Independientemente de las herramientas que se utilicen, cree siempre un eje como referencia para los planos XY y Z y monte los otros dispositivos con respecto al eje de referencia. Hacerlo ayudará a obtener el máximo rendimiento y una vida útil más larga de su sistema de actuador.