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 de transmisión por correa son una opción obvia cuando se requieren movimientos lineales largos. Estos sistemas, relativamente sencillos, utilizan poleas para generar tensión a lo largo de la correa y pueden alcanzar altas velocidades rápidamente. Sin embargo, a medida que estos sistemas alcanzan recorridos más largos, pueden surgir problemas con la flacidez de la correa. No es posible mantener la tensión a lo largo de todo el sistema.

El sistema también presenta una considerable flexibilidad inherente debido a las propias correas de goma o plástico. Esta flexibilidad a lo largo del sistema puede provocar vibraciones o rebotes, lo que genera un efecto de latigazo en el carro. Si un proceso específico no puede soportar esta situación, un sistema de accionamiento por husillo podría ser una mejor opción. Los sistemas de accionamiento por husillo cuentan con un elemento mecánico fijo que garantiza un control total del carro en todo momento, con paradas y posicionamientos 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. Tal fallo sería incontrolable y, en aplicaciones verticales, la carga podría caer y dañar la maquinaria o incluso al personal. Un sistema de accionamiento por tornillo no presenta ese problema. Incluso en caso de fallo, un sistema de accionamiento por tornillo detendría la caída de la carga y garantizaría la seguridad.

Históricamente, el problema de los sistemas de accionamiento por tornillo ha sido la dificultad para alcanzar longitudes de carrera mayores. Estos sistemas suelen tener longitudes de hasta 6 metros, utilizando pares de bloques de apoyo para sostener el tornillo y evitar el efecto de latigazo a velocidades de rotación elevadas. Incluso a velocidades bajas, los tornillos más largos necesitan soporte para evitar la flexión causada por su propio peso. Este sistema de soporte de bloques de apoyo tradicionalmente consiste en pares de bloques conectados por una varilla o cable. Los pares se mueven conjuntamente a lo largo del sistema de movimiento lineal.

Cuando un sistema requiere un recorrido más largo, se pueden añadir más pares de bloques de apoyo para sujetar el tornillo en puntos regulares a lo largo de su longitud. Puede resultar práctico utilizar hasta tres o incluso cuatro pares simultáneamente, pero conectar las varillas o los cables entre los bloques se vuelve complicado a partir de este número.

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. Una solución consiste en prescindir del sistema de bloques conectados y, en su lugar, utilizar un sistema en el que los bloques se plieguen entre sí y se separen cuando sea necesario. Una vez que los bloques alcanzan su posición, permanecen allí para guiar y soportar el husillo. En un sistema así, se pueden lograr 10, 12 o incluso 13 puntos de apoyo con pares de bloques de cojinetes. Este sistema de soporte para husillo de bolas o husillo de avance permite recorrer largas distancias sin flexión ni oscilación.

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

Los husillos de bolas y los husillos de avance se fabrican en una línea de producción continua, y cada pieza puede presentar una desviación de avance ligeramente diferente. Por lo tanto, para unir dos piezas, es necesario compensar estas diferencias de desviación. Para lograr una unión exitosa, se deben utilizar husillos de bolas de máxima precisión con la menor desviación posible. Estos husillos deben estar mecanizados con precisión, garantizando que el calor no penetre en la pieza y altere su diámetro o geometría de avance. Incluso una desviación tan pequeña como 0,01 o 0,001 milímetros puede generar problemas en el sistema final.

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

Los sistemas de accionamiento por tornillo, equipados con bloques de soporte plegables y tornillos de alta precisión, pueden alcanzar longitudes de 10,8 metros o más. Un sistema con una carrera de 2 a 3 metros tendría una velocidad máxima de aproximadamente 4000 rpm. Normalmente, con un sistema más largo, la velocidad de rotación debería reducirse considerablemente para evitar vibraciones. Sin embargo, con soportes adicionales, un sistema de accionamiento por tornillo de hasta 10 metros de longitud puede funcionar a 4000 rpm.

Aplicaciones de larga duración

Los sistemas de accionamiento por husillo con recorridos largos 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 metálicas. Se requiere un posicionamiento preciso de la boquilla de soldadura a lo largo de grandes recorridos. En aplicaciones donde se sueldan 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 largo recorrido para operaciones de soldadura o manipulación de máquinas. Si bien la velocidad puede no ser un factor crítico para el transporte de brazos robóticos, se requiere un gran recorrido y un posicionamiento muy preciso.

La fabricación de cable de fibra óptica es un proceso continuo y de alta velocidad que no puede interrumpirse sin comprometer la calidad de las fibras producidas. Los cables se enrollan en grandes bobinas. Cuando una bobina se llena, debe reemplazarse rápidamente para minimizar la pérdida de producto. La precisión y la velocidad son fundamentales para la eficiencia del proceso. Los sistemas de accionamiento por husillo de gran longitud ofrecen ambas ventajas en esta aplicación, además de la capacidad de manejar la gran carga de las bobinas.

Cualquier aplicación que requiera el movimiento de equipos pesados ​​en el plano vertical se beneficia de la rigidez y la fiabilidad de un husillo lineal. En la industria aeronáutica, por ejemplo, se mueven cámaras de alta precisión verticalmente. Los husillos soportan el peso de forma segura y precisa. En estas aplicaciones, se utilizan sistemas especiales de guías 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 queda completamente abierto. Estos sistemas presentan dos problemas comunes: o bien no pueden funcionar a la velocidad deseada, o bien su mantenimiento resulta complicado, ya que el husillo abierto atrae polvo y residuos, lo que requiere una limpieza regular para evitar el fallo prematuro de la tuerca de bolas.

En este tipo de aplicaciones, el soporte adicional que proporciona la configuración de bloques de cojinetes apilados permite que el tornillo funcione a una velocidad mucho mayor. Los problemas de limpieza y fiabilidad se solucionan mediante un sistema sellado y cubierto que protege el tornillo y reduce significativamente los requisitos de mantenimiento. El tornillo, al estar protegido del polvo y los residuos, mantiene un rendimiento y una fiabilidad óptimos sin necesidad de limpieza regular.

En este sistema, 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 entrada de polvo o agua es mínima. Está protegida incluso en los entornos más sucios.