Guía de los Sistemas de Movimiento Lineal

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Guía de los Sistemas de Movimiento Lineal 2017-10-23T13:44:05+00:00

Los soportes de movimiento lineal están diseñados para desplazarse en una dirección particular, y vienen en una amplia gama de distintos diseños. Algunas correderas lineales son motorizadas, otras no. Algunos ejemplos de éstas incluyen mesas rodillo y XY, al igual que correderas máquina y de ensamblar. Las correderas no motorizadas incluyen las variedades de soportes de ensamblar, rodillo y bola, las cuales permiten el movimiento con una fricción mínima, ya sea que la corredera sea manual o mediante una resistencia. Independientemente del tipo de soporte – bola, de ensamblar, fluído, rodillo lineal, magnético – las correderas lineales hacen posible el movimiento lineal. En los ejes X e Y, el movimiento es proveído para las correderas máquina, etapas y mesas vía soportes de movimiento lineal.

Manufacture Advances

Due to advances, square rails and round rails are now similar in price.

Los ingenieros que se enfrentaban con una aplicación de movimiento lineal, frecuentemente recurrían a soportes lineales y guías pre-diseñadas. Sin embargo, las guías lineales vienen en dos formas básicas – redondas y cuadradas – y los diseñadores frecuentemente tenían problemas decidiendo cuál tipo utilizar. Los rieles cuadrados o de perfil alguna vez costaron significativamente más que los redondos debido a que necesitaban esmerilaje intenso inherente a su diseño. Sin embargo, recientes avances en la manufactura y economías de escala han permitido que los rieles cuadrados ahora compitan con los redondos en una amplio rango de aplicaciones.

El criterio para elegir una sobre la otra no es distinto al utilizando para elegir algún otro componente de máquina: definir los objetivos del sistema, después considerar factores tales como capacidad de carga, rigidez, precisión, uniformidad, tamaño y costo general. El mejor lugar para comenzar es ver las cualidades fundamentales de cada guía.

Atributos Fundamentales

Los rieles cuadrados o de perfil son planos en la parte de arriba y abajo, mientras que en los lados tienen una forma cóncava con canales en bola por donde ruedan los soportes. Típicamente son para aplicaciones tales como herramientas mecánicas que requieren alta capacidad de carga, rigidez y precisón. El desempeño de un riel de perfil viene de su forma inherente y mediante esmerilaje preciso de las carrileras de bola del riel. El canal por el que se desplazan las bolas en el riel y el carretón corredizo es tan sólo un poco más largo en radio que que las bolas en sí. Esta geometría soporta a las bolas mientras se aplanan ligeramente debajo de la carga, lo cual expande el área de contacto entre ellas y el canal, lo cual resulta en una alta capacidad de carga. Sustituir los rodillos cilíndricos por soportes en bola pueden duplicar la capacidad de carga en el paquete del mismo tamaño.

Los rieles cuadrados pueden ser precargados con el 3 al 13% de la carga dinámica clasificada. Las precargas pesadas aplican un diseño de desviación inicial sobre los soportes y desviación de corte debajo de la carga. Esto brinda rigidez en el orden de 1 a 4 μm/kN al 13% de precarga, por ejemplo. Como resultado, los soportes de riel de perfil son un factor de cinco veces más rigidez bajo carga que un ensamblaje de riel redondo con su bola convexa y superficies en eje.

Key Advantages

A key advantage of square rails is their high positioning accuracy.

Una ventaja clave de los rieles cuadrados es precisión de alto posicionamiento, especialmente útil en herramientas de maquinaria de fresado y esmerilaje. Sostienen desde 0.0002 hasta 0.001 de pulgada sobre un largo de 10 pies, típicamente con paralelismo de 3 a 10-μm/m entre la guía del soporte y el riel. También mantienen esta precisión bajo cargas de momento; un carretón corredizo sencillo y riel suelen ser mejor para esto que un riel redondo.

Con capacidad de carga, rigidez y precisión favoreciendo al riel de perfil, algunos ingenieros quizá no tengan que buscar más. Sin embargo, los diseños de riel redondo, con soporte de forro de bola desplazándose sobre un eje de precisión, puede ofrecer varias ventajas sobre los rieles de perfil. Por ejemplo, los rieles redondos son de consideraciones de aplicación menos costosas que los rieles cuadrados, y son más adaptables a errores de alineación y malos paralelismos.

Los soportes de riel redondo también tienden a operar de forma más suave que el riel de perfil. El contacto de punto de las superficies convexas entre las bolas y el riel en los tipos redondos minimizan el desgaste. Los forros de bola típicamente corren con un ligero espacio libre o una precarga ligera de alrededor de 1 a 2% de la carga dinámica nominal, lo cual también propicia una operación más suave.

En comparación, los soportes de riel de perfil, con su alta conformidad y precargas, pueden mostrar escalonamiento en la operación. En la mayoría de los casos, eso no representa un problema. Además, los sellos simples en los forros redondos tienden a agregar menos arrastre que el álabe en los rieles de perfil. Los álabes de riel de perfil deben acoplarse a las carrileras de bola para un buen sellado, lo cual incrementa el arrastre comparado con los soportes lineales redondos.

Otra ventaja de los soportes de riel redondo es la habilitad de correr suavemente cuando son montados en superficies no tan perfectas, a menudo definidas como un error de lisura mayor a 150 μm/m. Los diseños de riel cuadrado son especialmente sensibles a los errores de lisura que pueden causar trabas y alto arrastre que puede reducir la vida útil a la mitad. Las superficies deben ser preparadas cuidadosamente, o las partes planchadas y ajustadas durante la instalación, lo cual aumenta los costos. En contraste, los rieles redondos pueden ser montados sobre marcos tubulares soldados o directamente en pisos de fábrica. Debido a que un forro de bola puede rotar libremente alrededor de un eje, cuando se usan en pares, un riel puede sentarse en una elevación ligeramente distinta que el otro y permitir más variación en la altura del riel que en los sistemas de riel cuadrado.

Los rieles redondos pueden sostener una rectitud de viaje de 0.01-pulgadas para 10 pies. Para lograr esta precisión, necesitan montarse sólo en los extremos, a pesar de que muchos son apoyados en distintos puntos o a lo largo de su longitud completa. Las guías lineales redondas son capaces de cubrir brechas de 12 a 24 diámetros de eje, haciéndolos útiles en aplicaciones tales como sistemas de pórtico y módulos de levantar y colocar en equipo de automatización de fábricas. El eje de movimiento es establecido completamente colocando los dos extremos del eje; no importa cómo sea la superficie de la máquina entre estos dos puntos, o si hay o no una. La precisión del dispositivo depende sólo de la precisión de la montura del soporte final. Generalmente, la instalación del riel redondo es relativamente fácil y barata.

En comparación, el riel de perfil cuadrado no está diseñado para cubrir brechas o para ser soportados en los extremos. Son más tiesos y rígidos, pero necesitan soporte recto y continuo con requerimientos muy específicos en cuanto a lisura y paralelismo.

Un parámetro crítico para las guías de perfil es el paralelismo de corrida, el cual se encuentra en el rango de varios micrómetros. A menos que se sigan de forma muy apegada, los soportes se desgastan prematuramente. Para prevenir tales problemas, las guías de instalación meticulosamente cubren la preparación de la superficie de montura, tolerancia de montura y paralelismo del riel. La información de instalación también abarca la inclinación vertical del riel, la inclinación del carro vertical y lateral, montura, tolerancias de hoyos, rotación de tornillos, y uniones.

Sin embargo, un solo riel de perfil puede soportar momentos en todas las direcciones, eliminando el problema de alinear dos rieles en superficies divergentes. Aplicaciones con una huella ancha (alrededor de 300-mm) pueden no funcionar con una sola guía debido a que las cargas no centradas pueden inducir a momentos significativos en el riel. Antes de especificar un riel de perfil, asegúrese de revisar su clasificación de momento y rigidez bajo las cargas de momento esperadas.

Soportes de Bola

Bearing Types

The most common of the linear bearing types are ball bearings.

El tipo de soporte lineal más comúnmente encontrado, fácilmente disponible y típicamente aplicado son los soportes de bola. Mientras no estén precargados, la longevidad de los soportes de bola es muy confiable debido a su relativa falta de fricción. Debido a que estos soportes son pre-cargables, la tolerancia que poseen es muy exacta, y esto previene desórdenes y agotamientos.

Los soportes pueden ser confiables por una cantidad de tiempo predeterminada mientras sean utilizados correctamente. Debido al contacto entre las respectivas superficies de metal del eje y los soportes, sin embargo, éste es vulnerable al desgaste y eventual falla. Sin embargo, es crucial que los soportes sean reemplazados de acuerdo a un calendario establecido, aún y si se encuentran todavía en buenas condiciones. De otra forma, el eje podría arruinarse.

En términos de aplicación, los soportes de bola son mejor aplicados para cargas que sean soportadas en un extremo. Para herramientas motorizadas que requieren rígidos niveles de tolerancia, el tipo de soporte preferidos es el de bola, el cual también puede ser utilizado para procesos que se basan en movimiento manual. Incluso son comunes en la operación de puertas de guardia.

Eligiendo Soportes Lineales

Para poder determinar cuál tipo de soporte es el correcto para una aplicación industrial, es crucial conocer la naturaleza de la aplicación y cómo impacta el material de un soporte determinado. Otras cosas a considerar incluyen los precios y cualquier gasto futuro que pueda surgir si se llegan a requerir reemplazos más pronto de lo esperado para cualquiera de los componentes de la máquina. Futuros costos a considerar incluyen la posibilidad de pérdida de productividad debido a los tiempos en los que no haya operación.

El correcto manejo de los soportes durante el proceso de instalación es crucial para el máximo desempeño. Impactos ocurridos en este momento podrían desembocar en fisuras y doblajes que pudieran poner en riesgo los elementos en función. Los soportes también pueden ser dañados por elementos externos tales como el polvo y restos, los cuales pueden causar obstrucciones en las carrileras. Temperaturas severas y condiciones del clima también pueden tener un efecto dañino. La corrosión, por ejemplo, puede ser causada por la exposición al calor o la lluvia. Por lo tanto, es mejor mantener los soportes empacados en lugares limpios cuando no sean utilizados.

Aún y que algunos soportes logran funcionar cuando están secos, una falta de lubricación es generalmente la principal causa de fallo. Muchos usuarios asumen equivocadamente que la grasa pre aplicada por el fabricante en los soportes recién adquiridos, es suficiente para durar toda la vida del producto, pero esto no es correcto. La lubricación adecuada y de forma regular es esencial para mantener el funcionamiento de los soportes y para prevenir la fricción de metal con metal.

En aplicaciones que llevan poca carga, el aceite de la máquina bastará, y mientras dichos aceites sean reaplicados más frecuentemente, serán buenos para desechar impurezas en los soportes. Para aplicaciones de carga mediana y alta, la grasa es una mejor opción lubricante. Debido a su consistencia y mayor viscosidad, la grasa no necesita ser reaplicada tan frecuentemente como el aceite. Generalmente, la lubricación debe ser reaplicada ya sea anualmente o por cada 100 km de uso. En ese mismo sentido, depende de las frecuencias de aplicación dentro de un período específico. La lubricación puede incluso requerir ser reaplicada con mayor frecuencia si hay factores que impactan los soportes, tales como el medio ambiente.

Resolución de Problemas

Se debe realizar inspecciones frecuentes a los soportes. La forma más fácil de hacer esto es manualmente, recorriendo su dedo índice a lo largo del eje o riel. Si el soporte muestra falta de lubricación, reaplique grasa y aceite.

Los ejes deberán ser inspeccionados regularmente en busca de corrosión. Las indenciones podrían causar interferencia con la alineación de los soportes. Un eje es más propenso a fallar si las aplicaciones consisten en recorridos cortos que apenas excedan el largo del soporte. En el caso de que aparezcan partículas de metal alrededor del eje o el soporte, ambos podrían necesitar ser reemplazados.

Si no le es posible repetir las mismas medidas sobre las mismas condiciones en una base consistente, podría ser debido a un número de errores, incluyendo una instalación mal realizada, desviación del carro o inestabilidad. Para una instalación más estable, es importante mejorar la rigidez, la cual puede ser lograda cambiando a otro tipo de soporte. La repetibilidad también puede ser mejorada incrementando el tamaño del soporte, lo cual también podría ayudar a disminuir la posibilidad de una deformidad. Otra manera de hacer las cosas más repetibles es aumentar la rigidez, ya que aplica a la superficie de montura.

Las fuerzas de fricción de un soporte pueden ser disminuidas para reducir la cantidad de fuerza necesitada para lograr el movimiento en un sistema de movimiento lineal. Para reducir la fuerza de empuje, utilice soportes de elemento recirculante en lugar de la variedad de contacto plano.

Antes de tomar una decisión definitiva sobre un tipo de soporte en particular, es bueno validar reclamos hechos por un fabricante específico vía pruebas de terceras partes. Los lugares que se especializan en la ciencia de superficies que interactúan son buenas opciones a las cuales recurrir para dichas solicitudes, ya que generalmente están equipadas con los dispositivos de pruebas adecuados. Esto puede proporcionarle la seguridad necesaria acerca de un soporte en particular, y ayudar a maximizar la eficiencia de tiempo y costo.

Eligiendo un Soporte Lineal en NB

Nippon Bearing ha sido uno de los proveedores líderes mundiales de productos de movimiento lineal por más de 75 años. Ya sea que requiera soportes para aplicaciones de alta o baja frecuencia, NB tiene el producto para casi cualquier tipo de movimiento lineal.

Seleccionar soportes lineales puede ser un proceso difícil a menos que usted conozca los detalles de la aplicación, al igual que el rango de condiciones que pudieran alterar el desempeño de una pieza de maquinaria en particular. Por lo tanto, es crucial saber cómo seleccionar un soporte lineal para su área de enfoque. En NB, le ofrecemos un conjunto de páginas que le permitirán aprender más acerca de nuestros productos, de manera que pueda llevar a cabo una decisión informada, ya sea que esté seleccionando un soporte lineal o soportes de movimiento rotacional.

Para hacer que el proceso de seleccionar soportes de movimiento sea lo más fácil posible, le invitamos a descargar nuestros archivos CAD y aprender más sobre los productos NB. Esto le ayudará a asegurarse de que la decisión que usted tome al elegir un soporte de movimiento, será la más apropiada para su aplicación en términos de carga, frecuencia, velocidad y dirección. Para más información sobre cómo seleccionar un soporte lineal, vea nuestros videos para conocer estos productos en acción.

Con los sistemas NB de movimiento lineal, usted puede esperar lo máximo en precisión y desempeño en cualquier aplicación. Visítenos en línea hoy mismo para descargar nuestros archivos CAD o para contactar a uno de nuestros representantes para más información.