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

Muchas máquinas automatizadas dependen de componentes de guiado lineal, como rieles perfilados, rieles redondos u otras estructuras de rodamientos o cojinetes de deslizamiento, para guiar y soportar los elementos móviles del equipo. Además, en muchos casos, estos elementos móviles son accionados por algún tipo de actuador lineal.

Uno de los problemas más comunes en los sistemas lineales de cualquier tipo es la desalineación. La desalineación puede provocar diversos problemas, como resultados de movimiento lineal inconsistentes, una vida útil reducida del sistema de cojinetes lineales, desgaste prematuro o fallo del sistema de actuadores y movimientos erráticos como variaciones de velocidad u oscilaciones.

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
Aunque existen diversas maneras de imprimir movimiento a un elemento guiado de una máquina, las más comunes se engloban en dos categorías. La primera son los actuadores de vástago. Estos pueden ser hidráulicos, neumáticos o accionados por fluidos, o eléctricos, como los husillos de bolas o de bolas.

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

Los 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. De este modo, se garantiza que el rendimiento del sistema de guiado seleccionado se maximice para la aplicación específica.

Importancia de los miembros que cumplen
Los actuadores de vástago, caracterizados por la extensión y retracción del vástago del pistón o actuador en cada ciclo, suelen ofrecer diversas opciones de montaje. La mayoría de los proveedores de actuadores de vástago ofrecen opciones de montaje como orificios roscados, soportes, juntas esféricas, acoplamientos de alineación, horquillas o muñones. Al utilizarlos con un mecanismo guiado, asegúrese de que cada subsistema, actuador y conjunto guía pueda moverse con fluidez y sin obstáculos. Los sistemas que intentan acoplar rígidamente el elemento motriz al elemento accionado pueden presentar un rendimiento inconsistente, ya que estos dos elementos intentan moverse en planos distintos, con uno o ambos subsistemas sometidos a una carga superior a su capacidad.

En un sistema de este tipo, lo ideal es emplear un actuador de vástago con algún elemento flexible entre el actuador y el sistema guiado. Por ejemplo, un extremo esférico del vástago del actuador permite que el punto de montaje gire alrededor de la rótula. 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 bastidor de la máquina. Este sistema de montaje permite cierta flexibilidad en la conexión sin generar tensiones excesivas ni en el actuador ni en el sistema guiado.

Los actuadores sin vástago, caracterizados por tener una carrera contenida dentro de su longitud total, también pueden incorporar un sistema de guía. Cuando se utilizan con un sistema de guía independiente, requieren además un elemento flexible en la conexión entre el actuador y el actuado. 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 integrado pueden guiar y soportar el equipo, sustituyendo un sistema de guía independiente. Esta característica resulta especialmente útil y, en muchos casos, ahorra tiempo y dinero al fabricante de la maquinaria. Los actuadores sin vástago con guías integradas se pueden incorporar a la maquinaria en diversas combinaciones para satisfacer una amplia gama de necesidades de movimiento. Con un dimensionamiento adecuado, es posible implementar configuraciones multieje, como XY o XYZ, así como configuraciones de pórtico. En la instalación de actuadores sin vástago con guías integradas, la alineación es fundamental.

Paralelismo y perpendicularidad de elementos unidos
Un actuador sin vástago con guía integrada, utilizado en una configuración de un solo eje, solo necesita cumplir con los requisitos de posicionamiento. El proceso de alineación es sencillo, ya que el actuador funciona de forma autónoma, colocando la carga en la posición deseada sin necesidad de guía externa. Ejemplos de este tipo de configuración incluyen el posicionamiento entre puntos de trabajo o la alineación con el dispositivo de sujeción en el equipo.

La alineación de actuadores sin vástago en configuraciones multieje se complica al requerir el trabajo conjunto de varios actuadores. Por ello, al montar estos actuadores, es fundamental considerar el paralelismo y la perpendicularidad de todos los dispositivos unidos para un rendimiento óptimo y una máxima vida útil.

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

1. ¿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 cojinetes de una o ambas unidades.

2. ¿Están los actuadores montados a una distancia constante 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 cojinetes y, si es grave, puede provocar que las unidades se bloqueen.

3. ¿Están los actuadores montados nivelados entre sí? Una desalineación angular aplicará un momento flector desfavorable en el eje My sobre el sistema de cojinetes de ambas unidades.

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

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

2. En un sistema de pórtico donde se requieren dos actuadores que se muevan simultáneamente en el eje X o Y, ¿se mueven simultáneamente? Una desalineación o un rendimiento inadecuado del servomotor aplicará un momento flector indeseable en el eje Mz al sistema de cojinetes.

Las tolerancias reales relacionadas con las recomendaciones de alineación y montaje dependen del fabricante del actuador y 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 perfilados, tienden a ser bastante rígidos, por lo que la alineación es más crítica. Los sistemas de rendimiento medio que utilizan rodillos o ruedas suelen tener holguras que permiten cierta tolerancia en la alineación. Los sistemas de cojinetes lisos o deslizantes suelen tener mayor holgura y pueden ser aún más tolerantes.

Al instalar sistemas de montaje para actuadores lineales, existen diversas herramientas de medición, desde calibres hasta sistemas láser, que ayudan a asegurar una alineación correcta. Independientemente de las herramientas utilizadas, siempre se debe establecer un eje de referencia para los planos XY y Z, y montar los demás dispositivos con respecto a este eje. Esto permitirá obtener el máximo rendimiento y una mayor vida útil del sistema de actuadores.