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 de transmisión 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 rápidamente altas velocidades. Sin embargo, a medida que estos sistemas alcanzan carreras más largas, pueden surgir problemas con la comba de la correa. La tensión no se puede mantener a lo largo de toda la longitud del sistema.

Además, el sistema 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 látigo en el carro. Si un proceso específico no puede soportar esta flexibilidad, un sistema accionado por tornillo puede ser una mejor opción. Los sistemas accionados por tornillo 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 transmisión por tornillo. Los sistemas de transmisión por correa son menos seguros debido a la posibilidad de rotura de la correa. Un fallo de este tipo sería incontrolable y, en aplicaciones verticales, la carga podría caer y dañar la maquinaria o incluso al personal. Un sistema de transmisión por tornillo no presenta este problema. Incluso en caso de fallo, un sistema de transmisión por tornillo detendría la caída de la carga y garantizaría la seguridad.

Históricamente, el problema de los sistemas de tornillo ha sido la dificultad para alcanzar carreras largas. Estos sistemas suelen ofrecer longitudes de hasta 6 metros, utilizando pares de bloques de apoyo para soportar el tornillo y evitar el efecto de latigazo a altas velocidades de rotación. Incluso a bajas velocidades, los tornillos largos requieren soporte para evitar la flexión causada por su propio peso. Este sistema de soporte con bloques de apoyo consiste tradicionalmente en pares de bloques conectados mediante una varilla o alambre. Los pares se desplazan conjuntamente 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 soportar el tornillo a intervalos regulares a lo largo de su longitud. Disponer de hasta tres o incluso cuatro pares trabajando conjuntamente puede resultar práctico, pero conectar las varillas o los cables entre los bloques se complica a partir de este número.

Trazos más largos

El primer reto para lograr una carrera más larga consiste en crear un sistema que ofrezca más puntos de apoyo para el tornillo de mayor longitud. Una solución es eliminar el sistema de bloques conectados y, en su lugar, utilizar un sistema en el que los bloques se plieguen unos dentro de otros y se separen cuando sea necesario. Una vez que los bloques alcanzan su posición, permanecen allí para guiar y soportar el tornillo. En un sistema así, se pueden conseguir 10, 12 o incluso 13 puntos de apoyo con pares de bloques de cojinetes. Este sistema de soporte para el husillo de bolas o el husillo de avance permite grandes recorridos sin flexión ni vibración.

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 de longitud. Entonces, ¿cómo se puede lograr una longitud de carrera superior a los 10 metros? La respuesta radica en unir dos tornillos y emplear técnicas de fabricación de precisión.

Los husillos de bolas y los husillos de bolas se fabrican en una línea de laminación, y cada pieza puede presentar una ligera variación en la desviación del paso. Por lo tanto, para unir dos piezas, es necesario compensar estas diferencias. Para lograr una unión exitosa, se deben utilizar husillos de bolas de la más alta precisión, con la menor desviación posible. Los husillos de bolas deben mecanizarse con precisión, evitando que el calor 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 generar problemas en el sistema final.

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

Los sistemas accionados por tornillo con bloques de soporte plegables y tornillos de 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, en un sistema más largo, la velocidad de rotación debería reducirse considerablemente para evitar la vibración. Sin embargo, con soportes adicionales, un sistema accionado por tornillo de hasta 10 metros de longitud puede funcionar a 4000 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 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 grandes recorridos. Por ejemplo, los robots de seis ejes suelen montarse sobre actuadores lineales de largo recorrido para operaciones de soldadura o alimentación de máquinas. Si bien la velocidad puede no ser un factor crítico para el transporte de los brazos robóticos, se requiere una gran longitud y un posicionamiento muy preciso.

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

Cualquier aplicación que requiera el movimiento vertical de equipos pesados ​​se beneficia de la rigidez y la fiabilidad de un tornillo lineal. En la industria aeronáutica, por ejemplo, se desplazan cámaras de alta precisión verticalmente. Los tornillos 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 dinámica.

Mejoras a los sistemas existentes

En muchas aplicaciones de movimiento lineal de gran longitud, el husillo de bolas se deja completamente abierto. Estos sistemas presentan dos problemas comunes: o bien no pueden funcionar a la velocidad deseada, o bien su mantenimiento resulta difícil, 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 estas 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 resuelven mediante un sistema sellado y protegido que resguarda el tornillo y reduce significativamente las necesidades de mantenimiento. El tornillo, al estar encapsulado, queda protegido de la entrada de polvo y residuos y, sin necesidad de limpieza regular, mantiene un rendimiento y una fiabilidad óptimos.

En este sistema, el carro puede equiparse con canales perforados y conectarse mediante un engrasador. Esto permite la lubricación desde un único punto sin necesidad de abrir la carcasa. Dado que la unidad no requiere apertura, la penetración de polvo o agua es mínima, protegiéndola incluso en los entornos más sucios.