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 más largas.

Los sistemas accionados por correa son una opción obvia cuando se requieren movimientos lineales largos. Estos sistemas relativamente sencillos utilizan transmisiones de polea para crear tensión a lo largo de la correa y pueden alcanzar altas velocidades rápidamente. Sin embargo, como estos sistemas alcanzan carreras más largas, pueden surgir problemas con las correas combadas. La tensión no se puede mantener a lo largo del sistema.

También hay inherentemente mucha elasticidad en el sistema debido a las propias correas de caucho o plástico. Esta flexibilidad a lo largo del sistema puede provocar vibraciones o resortes, lo que crea un efecto de latigazo en el carro. Si un proceso específico no puede manejar esto, un sistema accionado por tornillo puede ser una mejor opción. Los sistemas accionados por tornillo cuentan con un elemento mecánico fijo que asegura en todo momento un control total del carro con parada y posicionamiento exacto.

La seguridad es otra ventaja de los sistemas atornillados. Los sistemas accionados por correa son menos seguros debido a la posibilidad de que la correa se rompa. Un fallo de este tipo quedaría incontrolado y, en aplicaciones verticales, la carga podría caer y dañar la maquinaria o incluso al personal. Un sistema accionado por tornillo no tiene ese problema. Incluso en caso de fallo, un sistema accionado por tornillo evitaría que la carga cayera y garantizaría la seguridad.

Históricamente, el problema con los sistemas accionados por tornillo ha sido la dificultad para alcanzar longitudes de carrera más largas. Los sistemas accionados por tornillo normalmente se pueden proporcionar en longitudes de hasta 6 metros utilizando pares de bloques de cojinetes para soportar el tornillo y detener cualquier efecto de latigazo a velocidades de rotación más altas. Incluso a velocidades más bajas, los tornillos más largos necesitan soporte para evitar que se doblen debido a su propio peso. Este sistema de soporte de bloques de rodamientos consta tradicionalmente de 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 agregar más pares de bloques de cojinetes para soportar el tornillo en divisiones regulares a lo largo de su longitud. Tener hasta tres o incluso cuatro pares trabajando juntos puede resultar práctico, pero conectar las varillas o cables entre los bloques se vuelve difícil más allá de este número.

Trazos más largos

El primer desafío para lograr una carrera más larga es crear un sistema que pueda ofrecer más puntos de soporte para el tornillo más largo. Una solución es eliminar el sistema conectado de los bloques y, en su lugar, utilizar un sistema en el que los bloques puedan colapsar entre sí y separarse cuando sea necesario. Una vez que los bloques alcanzan su posición establecida, permanecen allí para guiar y sostener el tornillo. En un sistema de este tipo se pueden realizar 10, 12 o incluso 13 puntos de apoyo con pares de soportes. Este sistema de soporte para el husillo de bolas o el husillo puede permitir largos recorridos sin doblarse ni azotarse.

Para superar los 6 metros de longitud, el siguiente desafío es crear un tornillo más largo. Sin embargo, debido a limitaciones en la materia prima disponible, normalmente los tornillos sólo se fabrican con una longitud de hasta 6 metros. Entonces, ¿cómo se puede conseguir una longitud de carrera de más de 10 metros? La respuesta está en unir dos tornillos y emplear algunas técnicas de fabricación precisas.

Los husillos de avance y de bolas se fabrican en una línea de laminación y cada pieza se puede producir con una desviación de avance ligeramente diferente. Por lo tanto, para unir dos piezas es necesario superar las diferencias en la desviación del cable. Para que dos tornillos se unan con éxito, se deben utilizar tornillos de bolas de máxima precisión con la menor desviación posible. Los husillos de bolas deben mecanizarse con precisión, asegurando que el calor no entre 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 crear problemas para el sistema final.

Después del mecanizado, los tornillos se unen mediante un grifo y un orificio con una desviación mínima entre los dos cables. Finalmente se fijan mediante adhesivo de alta resistencia. (Soldar los tornillos alteraría nuevamente la geometría y crearía problemas).

Los sistemas atornillados con sistemas de bloques de soporte plegables y tornillos fabricados con precisión se pueden fabricar en longitudes de 10,8 metros o más. Un sistema con una longitud de carrera de 2 a 3 metros tendría una velocidad máxima de alrededor de 4.000 rpm. Normalmente, con un sistema más largo, la velocidad de rotación tendría que reducirse considerablemente para evitar latigazos. Pero, con soportes adicionales, un sistema accionado por tornillo de hasta 10 metros de largo puede funcionar a 4.000 rpm.

Aplicaciones de larga duración

Los sistemas accionados 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 en recorridos largos. En aplicaciones donde se están soldando materiales de alta calidad, como el titanio, la operación se realiza al 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. Aunque la velocidad puede no ser un factor crítico para transportar brazos robóticos, se requiere una gran longitud y un posicionamiento muy preciso.

La fabricación de cables ópticos es una operación continua y de alta velocidad que no se puede detener sin poner en peligro la calidad de las fibras que se producen. Los cables se enrollan en grandes carretes. Cuando un carrete está lleno, se debe reemplazar rápidamente para minimizar la pérdida de producto. La precisión y la velocidad son vitales para la eficiencia del proceso. Los sistemas de tornillo largo pueden ofrecer ambas cosas en esta aplicación, junto con 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 funcionalidad a prueba de fallas de un tornillo lineal. En la industria aeronáutica, por ejemplo, las cámaras de alta precisión se mueven hacia arriba y hacia abajo. Los tornillos soportan el peso pesado de forma segura y precisa. En este tipo de aplicaciones se utilizan sistemas de guía de bolas especiales con bolas de gran diámetro para absorber el momento de carga dinámico.

Mejoras a los sistemas existentes

En muchas aplicaciones de movimiento lineal de larga longitud, el husillo de bolas se deja completamente abierto. Hay dos problemas comunes con estos sistemas: o el sistema no puede funcionar a la velocidad deseada, o el sistema es difícil de mantener, ya que el tornillo abierto atrae polvo y desechos, lo que requiere una limpieza regular para evitar fallas prematuras de la tuerca de bolas.

En tales aplicaciones, el soporte adicional proporcionado por la configuración de bloques de rodamientos apilados significa que el tornillo puede operarse a una velocidad mucho mayor. Los problemas de limpieza y confiabilidad se pueden resolver utilizando un sistema sellado y cubierto que protege el tornillo y ofrece reducciones significativas en los requisitos de mantenimiento. El tornillo adjunto está protegido contra la entrada de polvo y residuos y, sin una limpieza regular, puede mantener un rendimiento y una confiabilidad óptimos.

En un sistema de este tipo, el carro puede equiparse con canales perforados y conectarse con un engrasador. Esto permite la lubricación desde un único punto sin necesidad de abrir la carcasa. Como nunca es necesario abrir la unidad, pueden penetrar cantidades limitadas de polvo o agua en el sistema. Está protegido incluso en los ambientes más sucios.