Para la mayoría de las aplicaciones de movimiento lineal, los sistemas convencionales accionados por correa o tornillo funcionan bien. Sin embargo, pueden surgir problemas cuando se requieren distancias lineales mayores.

Los sistemas accionados por correa son una opción obvia cuando se requieren movimientos lineales largos. Estos sistemas, relativamente sencillos, utilizan poleas para tensar la correa y pueden alcanzar altas velocidades rápidamente. Sin embargo, al alcanzar carreras más largas, pueden surgir problemas con correas deformadas. La tensión no se puede mantener a lo largo del sistema.

El sistema también presenta una gran flexibilidad inherente debido a las propias correas de caucho o plástico. Esta flexibilidad a lo largo del sistema puede causar vibraciones o rebotes, lo que crea un efecto de latigazo en el carro. Si un proceso específico no puede controlar esto, un sistema de tornillo sin fin puede ser una mejor opción. Los sistemas de tornillo sin fin cuentan con un elemento mecánico fijo que garantiza un control total del carro en todo momento, con una parada y posicionamiento precisos.

La seguridad es otra ventaja de los sistemas de accionamiento por tornillo. Los sistemas de accionamiento por correa son menos seguros debido a la posibilidad de rotura de la correa. Una falla de este tipo no se controlaría y, en aplicaciones verticales, la carga podría caer y dañar la maquinaria o incluso al personal. Un sistema de accionamiento por tornillo no presenta este problema. Incluso en caso de fallo, un sistema de accionamiento por tornillo evitaría la caída de la carga y garantizaría la seguridad.

Históricamente, el problema de los sistemas de husillo accionados por tornillo ha sido la dificultad para alcanzar carreras más largas. Estos sistemas suelen ofrecerse en longitudes de hasta 6 metros, utilizando pares de bloques de apoyo para sujetar el tornillo y evitar cualquier efecto de latigazo a velocidades de rotación más altas. Incluso a velocidades más bajas, los tornillos más largos necesitan soporte para evitar la flexión causada por su propio peso. Este sistema de soporte de bloques de apoyo consiste tradicionalmente en pares de bloques conectados con una varilla o alambre. Los pares se mueven juntos a lo largo del sistema de movimiento lineal.

Cuando un sistema requiere una carrera más larga, se pueden añadir más pares de bloques de cojinetes para sujetar el tornillo en divisiones regulares a lo largo de su longitud. Tener hasta tres o incluso cuatro pares trabajando juntos puede ser práctico, pero conectar las varillas o cables entre los bloques se vuelve difícil a partir de esta cantidad.

Trazos más largos

El primer reto para lograr una carrera más larga es crear un sistema que ofrezca más puntos de apoyo para el husillo más largo. Una solución consiste en prescindir del sistema conectado de bloques y, en su lugar, utilizar un sistema en el que los bloques puedan plegarse entre sí y separarse cuando sea necesario. Una vez que los bloques alcanzan su posición, permanecen allí para guiar y sostener el husillo. En este sistema, se pueden lograr 10, 12 o incluso 13 puntos de apoyo con pares de bloques de rodamiento. Este sistema de soporte para el husillo de bolas o el husillo de avance permite alcanzar largas distancias sin flexiones ni latigazos.

Para superar los 6 metros de longitud, el siguiente reto es crear un tornillo más largo. Sin embargo, debido a las limitaciones de la materia prima disponible, los tornillos solo se suelen producir hasta 6 metros de longitud. Entonces, ¿cómo se puede lograr una longitud de carrera de más de 10 metros? La solución reside en unir dos tornillos y emplear técnicas de fabricación precisas.

Los husillos de avance y los husillos a bolas se fabrican en una línea de laminación, y cada pieza puede producirse con una desviación de paso ligeramente diferente. Por lo tanto, para unir dos piezas, es necesario superar las diferencias en la desviación de paso. Para unir dos husillos correctamente, se deben utilizar husillos a bolas de la más alta precisión con la menor desviación posible. Los husillos a bolas deben mecanizarse con precisión, garantizando que el calor no penetre en la pieza y altere el diámetro o la geometría del paso. Incluso una desviación tan pequeña como 0,01 o 0,001 milímetros puede causar problemas en el sistema final.

Tras el mecanizado, los tornillos se ensamblan mediante un macho de roscar y un orificio, con una desviación mínima entre los dos extremos. Finalmente, se fijan con un adhesivo de alta resistencia. (Soldar los tornillos alteraría la geometría y causaría problemas).

Los sistemas de tornillo sin fin con bloques de soporte plegables y tornillos de precisión pueden fabricarse en longitudes de 10,8 metros o más. Un sistema con una carrera de 2 a 3 metros alcanzaría una velocidad máxima de unas 4000 rpm. Normalmente, con un sistema más largo, la velocidad de rotación debería reducirse considerablemente para evitar el latigazo. Sin embargo, con soportes adicionales, un sistema de tornillo sin fin de hasta 10 metros de longitud puede funcionar a 4000 rpm.

Aplicaciones de larga duración

Los sistemas de accionamiento por tornillo con carreras largas se utilizan en una amplia gama de industrias para proporcionar un posicionamiento lineal preciso. Un buen ejemplo es un sistema de soldadura automatizado para tuberías y tubos metálicos. Se requiere un posicionamiento preciso de una boquilla de soldadura a lo largo de largos recorridos. En aplicaciones donde se sueldan materiales de alta calidad, como el titanio, la operación se realiza en vacío para evitar la oxidación del metal.

Muchas aplicaciones en la industria automotriz requieren recorridos largos. Por ejemplo, los robots de seis ejes suelen montarse en actuadores lineales de carrera larga para operaciones de soldadura o mantenimiento de máquinas. Si bien la velocidad puede no ser un factor crítico para el transporte de brazos robóticos, se requieren una gran longitud y un posicionamiento muy preciso.

La fabricación de cable óptico es una operación continua y de alta velocidad que no puede detenerse sin comprometer la calidad de las fibras producidas. Los cables se enrollan en grandes carretes. Cuando un carrete está lleno, debe reemplazarse rápidamente para minimizar la pérdida de producto. La precisión y la velocidad son vitales para la eficiencia del proceso. Los sistemas de tornillo largo ofrecen ambas características en esta aplicación, además de la capacidad de manejar la carga pesada de los carretes.

Cualquier aplicación que requiera el movimiento de equipos pesados ​​en el plano vertical se beneficia de la rigidez y la seguridad de un tornillo lineal. En la industria aeronáutica, por ejemplo, se mueven cámaras de alta precisión. Los tornillos soportan el peso de forma segura y precisa. En estas aplicaciones, se utilizan sistemas especiales de guía de bolas con bolas de gran diámetro para absorber el momento de carga dinámico.

Mejoras en los sistemas existentes

En muchas aplicaciones de movimiento lineal de gran longitud, el husillo de bolas se deja completamente abierto. Existen dos problemas comunes con estos sistemas: o bien el sistema no puede funcionar a la velocidad deseada, o bien el sistema es difícil de mantener, ya que el husillo abierto atrae polvo y residuos, lo que requiere una limpieza regular para evitar un fallo prematuro de la tuerca de bolas.

En estas aplicaciones, el soporte adicional que proporciona la configuración de bloques de rodamientos apilados permite que el tornillo funcione a una velocidad mucho mayor. Los problemas de limpieza y fiabilidad se pueden solucionar mediante un sistema cubierto y sellado que protege el tornillo y reduce significativamente los requisitos de mantenimiento. El tornillo cerrado está protegido contra la entrada de polvo y residuos y, sin necesidad de limpieza regular, puede mantener un rendimiento y una fiabilidad óptimos.

En un sistema de este tipo, el carro puede equiparse con canales perforados y conectarse a una boquilla de engrase. Esto permite la lubricación desde un único punto sin necesidad de abrir la carcasa. Dado que la unidad nunca necesita abrirse, la penetración de polvo o agua en el sistema es limitada. Está protegido incluso en los entornos más sucios.