¿Cómo puede ayudar “LOSTPED”?

Desde el embalaje y la manipulación de materiales hasta la fabricación de semiconductores y el ensamblaje de automóviles, prácticamente todos los procesos de fabricación incorporan algún tipo de movimiento lineal, y a medida que los fabricantes se familiarizan con la flexibilidad y la simplicidad de los sistemas modulares de movimiento lineal, estos sistemas, ya sean robóticos cartesianos de uno, dos o tres ejes, están abriéndose camino en las áreas de producción.

Un error común que cometen los ingenieros y diseñadores al dimensionar y seleccionar sistemas de movimiento lineal es pasar por alto los requisitos críticos de la aplicación en el sistema final. Esto puede llevar a costosos rediseños y retrabajos en el peor de los casos, pero también puede resultar en un sistema sobredimensionado que es más costoso y menos efectivo de lo deseado. Con tantas soluciones posibles, es fácil sentirse abrumado al diseñar un sistema de movimiento lineal. ¿Cuánta carga deberá soportar el sistema? ¿A qué velocidad deberá moverse? ¿Cuál es el diseño más rentable?

Todas estas cuestiones y muchas más se tuvieron en cuenta cuando el grupo de Tecnologías de Movimiento Lineal y Ensamblaje de Bosch Rexroth desarrolló "LOSTPED", un acrónimo sencillo que guía al ingeniero o diseñador en la recopilación de la información necesaria para especificar los componentes o módulos de movimiento lineal adecuados para cualquier aplicación.

¿QUÉ ES LOSTPED?

LOSTPED son las siglas de Carga, Orientación, Velocidad, Recorrido, Precisión, Entorno y Ciclo de Trabajo. Cada letra del acrónimo LOSTPED representa un factor que debe considerarse al dimensionar y seleccionar un sistema de movimiento lineal. Por ejemplo, la carga impone diferentes exigencias al sistema de rodamientos durante la aceleración y la desaceleración que durante los movimientos a velocidad constante. A medida que las soluciones de movimiento lineal evolucionan de componentes individuales a módulos lineales completos o sistemas cartesianos, las interacciones entre los componentes del sistema (es decir, guías de rodamientos lineales y accionamientos de husillo de bolas, correa o motor lineal) se vuelven más complejas, y diseñar el sistema adecuado resulta más difícil. El acrónimo LOSTPED puede ayudar a los diseñadores a evitar errores, simplemente recordándoles que deben considerar todos los factores interrelacionados durante el desarrollo y la especificación del sistema.

CÓMO USAR LOSTPED

A continuación se describen cada factor de LOSTPED, así como las preguntas clave que deben plantearse al determinar los criterios para dimensionar y seleccionar un sistema de movimiento lineal.

CARGA

La carga se refiere al peso o la fuerza aplicada al sistema. Todos los sistemas de movimiento lineal experimentan algún tipo de carga, como fuerzas descendentes en aplicaciones de manipulación de materiales o cargas de empuje en aplicaciones de perforación, prensado o atornillado. Otras aplicaciones experimentan una carga constante, como la manipulación de obleas de semiconductores, en la que un FOUP (Front-Opening Unified Pod) se transporta de un compartimento a otro para su colocación y recogida. Un tercer tipo se define por cargas variables, como en la dispensación de medicamentos, donde el reactivo se deposita en una serie de pipetas una tras otra, lo que resulta en una carga menor en cada paso.

Al considerar la carga, también conviene analizar qué tipo de herramienta se utilizará en el extremo del brazo para recogerla o transportarla. Si bien no está directamente relacionado con la carga, los errores en este aspecto pueden resultar costosos. Por ejemplo, si se recoge una pieza de trabajo muy delicada en una aplicación de recogida y colocación, podría dañarse si se utiliza una pinza inadecuada.

PREGUNTAS CLAVE QUE DEBE HACER:

• ¿Cuál es la fuente de la carga y cómo está orientada?
• ¿Hay consideraciones especiales en cuanto a su manipulación?
• ¿Cuánto peso o fuerza hay que controlar?
• ¿La fuerza es descendente, de despegue o lateral?

ORIENTACIÓN

La orientación, es decir, la posición o dirección relativa en la que se aplica la fuerza, también es importante, pero a menudo se pasa por alto. Algunos tipos de módulos o actuadores lineales pueden soportar cargas descendentes/ascendentes mayores que las cargas laterales debido al sistema de guías lineales utilizado en el diseño del módulo. Otros módulos, que utilizan guías lineales diferentes, pueden soportar las mismas cargas en todas las direcciones.

El módulo compacto Rexroth CKK, por ejemplo, utiliza un sistema de guía de doble riel de bolas y se emplea con frecuencia en aplicaciones que requieren cargas axiales o laterales. Dado que la mayoría de los proveedores de movimiento lineal de alta calidad fabrican módulos y actuadores para diversas situaciones, es importante asegurarse de que los módulos especificados puedan soportar las cargas requeridas en la orientación necesaria para lograr el éxito en la aplicación.

PREGUNTAS CLAVE QUE DEBE HACER:

• ¿Cómo está orientado el módulo lineal o el actuador?
• ¿Es horizontal, vertical o boca abajo?
• ¿Hacia dónde se orienta la carga con respecto al módulo lineal?
• ¿La carga provocará un momento de balanceo o cabeceo en el módulo lineal?

VELOCIDAD

La velocidad y la aceleración también influyen en la selección de un sistema de movimiento lineal. Una carga aplicada genera fuerzas muy diferentes en el sistema durante la aceleración y la desaceleración que durante un movimiento a velocidad constante. El tipo de perfil de movimiento —trapezoidal o triangular— también debe tenerse en cuenta, ya que la aceleración necesaria para alcanzar la velocidad o el tiempo de ciclo deseados estará determinada por el tipo de movimiento requerido. Un perfil de movimiento trapezoidal implica que la carga acelera rápidamente, se mueve a una velocidad relativamente constante durante un tiempo y luego desacelera. Un perfil de movimiento triangular implica que la carga acelera y desacelera rápidamente, como en las aplicaciones de recogida y entrega punto a punto. La velocidad y la aceleración también son factores críticos para determinar el accionamiento lineal adecuado, que suele ser un husillo de bolas, una correa o un motor lineal.

PREGUNTAS CLAVE QUE DEBE HACER:

• ¿Qué velocidad o tiempo de ciclo debe alcanzarse?
• ¿Es de velocidad constante o variable?
• ¿Cómo afectará la carga a la aceleración y la desaceleración?
• ¿El perfil del movimiento es trapezoidal o triangular?
• ¿Qué accionamiento lineal se adapta mejor a las necesidades de velocidad y aceleración?

VIAJAR

El recorrido se refiere a la distancia o amplitud del movimiento. No solo debe considerarse la distancia de recorrido, sino también el recorrido adicional. Dejar un margen de seguridad al final del recorrido garantiza la seguridad del sistema en caso de una parada de emergencia.

PREGUNTAS CLAVE QUE DEBE HACER:

• ¿Cuál es la distancia (rango de movimiento)?
• ¿Cuánto recorrido adicional podría ser necesario en una parada de emergencia?

PRECISIÓN

La precisión es un término amplio que se utiliza a menudo para definir la exactitud de desplazamiento (cómo se comporta el sistema al moverse del punto A al punto B) o la exactitud de posicionamiento (con qué precisión alcanza el sistema la posición objetivo). También puede referirse a la repetibilidad. Comprender la diferencia entre estos tres términos —exactitud de desplazamiento, exactitud de posicionamiento y repetibilidad— suele ser fundamental para garantizar que el sistema cumpla con las especificaciones de rendimiento y que no se produzca una sobrecompensación por un grado de precisión innecesaria.

La principal razón para considerar los requisitos de precisión radica en la selección del mecanismo de accionamiento: transmisión por correa, husillo de bolas o motor lineal. Cada tipo presenta ventajas e inconvenientes en cuanto a precisión, velocidad y capacidad de carga, y la mejor opción viene determinada principalmente por la aplicación.

PREGUNTAS CLAVE QUE DEBE HACER:

• ¿Qué importancia tienen la precisión de desplazamiento, la precisión de posicionamiento y la repetibilidad en esta aplicación?
• ¿Es la precisión más importante que la velocidad u otros factores de LOSTPED?

AMBIENTE

El entorno se refiere a las condiciones en las que se espera que funcione el sistema. Por ejemplo, las temperaturas extremas pueden afectar el rendimiento de los componentes plásticos y la lubricación dentro del sistema, mientras que la suciedad, los líquidos y otros contaminantes pueden dañar las pistas de rodadura de los rodamientos y los elementos de soporte de carga.

Este es un factor de rendimiento que a menudo se pasa por alto, pero que puede influir considerablemente en la vida útil de un sistema de movimiento lineal. Opciones como las tiras de sellado y los recubrimientos especiales pueden ayudar a prevenir daños causados ​​por estos factores ambientales. Además, opciones como la lubricación especial y la presión de aire positiva pueden hacer que el módulo o actuador sea apto para su uso en salas blancas.

PREGUNTAS CLAVE QUE DEBE HACER:

• ¿Qué tipo de peligros o contaminantes están presentes: temperaturas extremas, suciedad, polvo, líquidos, etc.?
• Por el contrario, ¿es el propio sistema de movimiento lineal una fuente potencial de contaminantes para el medio ambiente (descargas electrostáticas, lubricantes o partículas)?

CICLO DE TRABAJO

El ciclo de trabajo es el tiempo que tarda en completarse un ciclo de operación. En todos los actuadores lineales, los componentes internos suelen determinar la vida útil del sistema. La vida útil de un rodamiento dentro de un módulo, por ejemplo, se ve directamente afectada por la carga aplicada y por el ciclo de trabajo al que estará sometido. Un sistema de movimiento lineal puede cumplir con los seis factores anteriores, pero si funciona continuamente las 24 horas del día, los 7 días de la semana, se averiará mucho antes que si funciona solo ocho horas al día, cinco días a la semana. La proporción entre el tiempo de uso y el tiempo de reposo influye en la acumulación de calor dentro del sistema de movimiento lineal y repercute directamente en la vida útil del sistema y en el coste total de propiedad. Aclarar estos aspectos con antelación puede ahorrar tiempo y problemas posteriores, ya que las piezas de desgaste, como las correas, se pueden almacenar fácilmente para su reemplazo.

PREGUNTAS CLAVE QUE DEBE HACER:

• ¿Con qué frecuencia se utiliza el sistema, incluyendo el tiempo de espera entre golpes o movimientos?
• ¿Cuánto tiempo debe durar el sistema?

ALGUNOS CONSEJOS FINALES

Además de LOSTPED, los diseñadores deben consultar con un distribuidor de confianza o con el departamento de ingeniería de aplicaciones del fabricante. Estos profesionales suelen tener experiencia con cientos de aplicaciones, muchas de ellas similares a la que nos ocupa. Por lo tanto, pueden ahorrar mucho tiempo y ofrecer sugerencias para reducir costes al anticipar posibles problemas. Al fin y al cabo, el objetivo final es obtener el mejor sistema de movimiento lineal posible con el menor coste total de propiedad; los ingenieros de aplicaciones cualificados y familiarizados con LOSTPED pueden garantizar que sus clientes lo consigan.