Actuadores y motores lineales satisfacen las necesidades de automatización

Las etapas de posicionamiento del motor lineal brindan una actualización resistente y rentable.

Los motores lineales y los actuadores ahora son competitivos en costos con los husillos de bolas y las transmisiones por correa y ofrecen una agilidad y un ancho de banda claramente superiores para aplicaciones de posicionamiento avanzadas. Los nuevos micromotores y actuadores están ayudando a automatizar tareas que antes no eran factibles. Los accionamientos lineales directos reemplazan cada vez más a los cilindros neumáticos servocontrolados, lo que aporta confiabilidad y capacidad de control, sin el costo, el ruido y el mantenimiento de los compresores de aire.

Impulsados por los requisitos de la industria de los semiconductores, los fabricantes de motores lineales han aumentado constantemente la precisión, reducido los precios, desarrollado múltiples tipos de motores y simplificado la integración en los equipos de automatización. Los motores lineales modernos proporcionan una aceleración máxima de 20 g y una velocidad de 10 metros/segundo, ofrecen una agilidad dinámica inigualable, minimizan el mantenimiento y multiplican el tiempo de actividad. Han ido más allá del uso especializado de la industria de semiconductores para proporcionar un rendimiento avanzado en multitud de aplicaciones.

Con diez veces la velocidad y la vida útil de los husillos de bolas, la tecnología de accionamiento directo lineal suele ser la única solución para la automatización que mejora la productividad.

SUPERIORIDAD DINÁMICA

El rendimiento dinámico de los mecanismos de posicionamiento convencionales está limitado por tornillos de avance, trenes de engranajes, transmisiones por correa y acoplamientos flexibles, que producen histéresis, contragolpe y desgaste. De manera similar, los actuadores neumáticos sufren de la masa del pistón y la fricción pistón-cilindro, así como la compresibilidad del aire, lo que produce complejidad en el servocontrol. Los actuadores y motores lineales eliminan la masa y la inercia de los posicionadores convencionales y, liberados de estas limitaciones fundamentales, proporcionan una rigidez dinámica inigualable.

La creación de fuerza de accionamiento directo permite que los motores lineales y los actuadores alcancen un ancho de banda de bucle cerrado que no está disponible con mecanismos de posicionamiento alternativos. El motor y el actuador pueden aprovechar al máximo los controladores modernos. Estos controladores están ajustados para una operación de alta ganancia de bucle, logrando un amplio control de ancho de banda, una rápida estabilización y una rápida recuperación de las perturbaciones transitorias.

Los actuadores y motores lineales sobresalen en la realización de movimientos de distancia milimétrica que operan en la zona de fricción estática. Su baja masa y su mínima fricción estática minimizan la fuerza motriz necesaria para iniciar el viaje y simplifican la tarea del sistema de control para evitar el exceso al detenerse. Estos atributos permiten a los motores y actuadores de accionamiento directo escanear portaobjetos de microscopio, por ejemplo, y graficar las ubicaciones X-Y de los artefactos separados por solo milímetros.

Las aplicaciones que requieren un movimiento repetitivo rápido pueden aprovechar el gran ancho de banda del actuador lineal para duplicar el rendimiento de los husillos de bolas o las transmisiones por correa. Las máquinas que cortan rollos de material a la medida (papel, plásticos, incluso pañales) maximizan el rendimiento al operar sin detener el flujo de material. Para cortar sobre la marcha, estas máquinas aceleran la hoja de corte para sincronizarla con el flujo de material, se desplazan a la velocidad del material hasta el lugar de corte y luego inician el corte. Después del corte, la hoja vuelve a su punto de partida para esperar el siguiente ciclo de corte de ida y vuelta.

TIPOS DE MOTORES LINEALES

Hay tres configuraciones básicas de motores lineales disponibles: motores de cama plana, de canal en U y tubulares. Cada motor tiene ventajas y limitaciones intrínsecas.

Los motores de cama plana, aunque ofrecen un recorrido ilimitado y la fuerza de accionamiento más alta, ejercen una atracción magnética considerable e indeseable entre el forzador de carga y la pista de imán permanente del motor. Esta fuerza de atracción requiere cojinetes que soporten la carga adicional.

El motor de canal en U, con su núcleo sin hierro, tiene baja inercia, por lo tanto, máxima agilidad. Sin embargo, las bobinas magnéticas que transportan la carga del forzador viajan profundamente dentro del marco del canal en U, lo que restringe la eliminación de calor.

Los motores lineales tubulares son resistentes, térmicamente eficientes y los más simples de instalar. Proporcionan reemplazos directos para posicionadores neumáticos y de husillo de bolas. Los imanes permanentes del motor tubular están encerrados en un tubo de acero inoxidable (varilla de empuje), que se sostiene en ambos extremos. Sin el soporte adicional de la barra de empuje, el recorrido de la carga se limita a 2 o 3 metros, según el diámetro de la barra de empuje.

De los tres tipos de motores, los motores tubulares están mejor equipados para el uso industrial general. Los motores lineales tubulares han obtenido grandes beneficios de una innovación de ingeniería fundamental. Los motores lineales de Copley Controls reemplazan el codificador lineal externo tradicional con sensores Hall integrales. Un circuito magnético patentado permite que los sensores de efecto Hall logren una mejora de casi diez veces en resolución y repetibilidad.

Dado que los codificadores lineales pueden costar casi tanto como el propio motor lineal, eliminarlos supone una importante reducción de costes. Esto también simplifica la integración del motor lineal en los sistemas de automatización, ya que no hay un codificador quisquilloso para apoyar y alinear. Otros beneficios incluyen robustez, confiabilidad y libertad de la necesidad de un codificador de entornos protegidos.

Los motores lineales tubulares se pueden transformar en actuadores lineales de accionamiento directo potentes y versátiles. En una encarnación de actuador, el forzador permanece estacionario (atornillado al bastidor de la máquina), mientras que la varilla de empuje de posicionamiento de la carga se desplaza sobre cojinetes de baja fricción y sin lubricación montados dentro del forzador. Además de superar los husillos de bolas y las transmisiones por correa, el actuador lineal es una alternativa de mayor rendimiento a los sistemas de posicionamiento servoneumáticos programables.

Los motores lineales tubulares se prestan a aplicaciones que duplican la productividad con dos fuerzas independientes que operan en una sola varilla de empuje. Cada forzador tiene su propio servoaccionamiento y puede desplazarse de forma totalmente independiente del otro. Entonces, un forzador puede cargar, por ejemplo, mientras que el otro descarga. La técnica puede duplicar el rendimiento levantando artículos de dos en dos desde un transportador de viaje rápido y colocándolos con precisión en un segundo transportador.

De manera similar, múltiples fuerzas que operan en una sola barra de empuje pueden duplicar, triplicar o incluso cuadriplicar la fuerza de accionamiento. Los forzadores pueden ser operados por un solo controlador.

El forzador de carga del motor lineal se desplaza sobre rodamientos de un solo raíl de larga duración. Por el contrario, los mecanismos de conversión de husillo de bolas rotativo a lineal implican fuentes adicionales de desgaste que degradan el rendimiento y acortan la vida útil.

La varilla de empuje del actuador lineal se desliza sobre cojinetes sin lubricación de larga duración montados en el forzador. Esta simplicidad intrínseca permite que el actuador entregue 10 millones de ciclos operativos. Los cojinetes del actuador son autoalineables, lo que facilita la instalación. La fuerza impulsora del actuador se aplica directamente a la varilla de empuje, lo que mejora la aceleración y la capacidad de respuesta.

Con el codificador externo reemplazado por un sensor de estado sólido integrado en el forzador, los motores y actuadores de accionamiento directo se convierten en dispositivos de dos componentes muy simples. El forzador y la varilla de empuje son componentes intrínsecamente muy robustos, lo que permite que el motor y el actuador se ajusten a las clasificaciones de lavado IP67 internacionales.

La ausencia de engranajes abrasivos y husillo de avance zumbante otorga a los motores lineales y actuadores la cualificación cada vez más vital de un funcionamiento con bajo nivel de ruido. OSHA sigue de cerca los pasos de los códigos industriales europeos, que imponen normas cada vez más estrictas sobre el ruido en el lugar de trabajo. El funcionamiento silencioso ya es crítico en entornos de laboratorio y hospitales; esta preocupación se generalizará cada vez más a medida que OSHA extienda su decisión a otros entornos de producción.