Actuadores lineales: qué son y cómo elegirlos

Un actuador lineal es un sistema estructural autoportante capaz de transformar un movimiento circular generado por un motor en un movimiento lineal a lo largo de un eje, produciendo así movimientos como el empuje, la tracción, la elevación, el descenso o la inclinación de una carga. El uso más habitual de los actuadores consiste en combinarlos con sistemas robóticos cartesianos de varios ejes o utilizarlos como componentes integrales de máquinas.

Los principales sectores que emplean el uso de actuadores lineales son:
• automatización industrial
• servos y sistemas pick and place en los procesos de producción
• montaje
• embalaje y paletización

En efecto, basta pensar en aplicaciones como las máquinas de corte planas por láser o plasma, la carga y descarga de piezas mecanizadas, la alimentación de centros de mecanizado en una línea de producción o el desplazamiento de un robot industrial antropomorfo a lo largo de un eje externo adicional para ampliar su radio de acción.

Todas estas aplicaciones utilizan uno o varios actuadores lineales.
Según el tipo de aplicación y las prestaciones que debe garantizar en términos de precisión, capacidad de carga y velocidad, hay varios tipos de actuadores entre los que elegir, y lo que suele marcar la diferencia es el tipo de transmisión del movimiento. Hay tres tipos principales de transmisión de movimiento:
• correa
• cremallera y piñón
• husillo

Actuadores lineales Rollon

¿Cómo podemos asegurarnos de elegir el actuador adecuado? ¿Qué variables debe tener en cuenta un diseñador industrial que aborda una nueva aplicación?

Como suele ocurrir cuando se habla de soluciones de movimiento lineal, lo importante es considerar la cuestión desde el punto de vista adecuado, es decir, la aplicación y, sobre todo, los resultados y el rendimiento que se esperan. Por ello, conviene empezar por considerar las dinámicas, la longitud de la carrera y la precisión necesarias.
Veámoslas en detalle.

Dinámicas elevadas

En muchos ámbitos del diseño industrial, como el de los envasado, por ejemplo, las exigencias planteadas al diseñador tienen que ver muy a menudo con la velocidad y la reducción de los tiempos de ciclo.

No es de extrañar, pues, que las dinámicas elevadas sean habitualmente el punto de partida a la hora de definir una solución.

Las transmisiones por correa suelen ser la solución ideal cuando se trata de dinámicas elevadas, teniendo en cuenta que:

• permiten aceleraciones de hasta 50 m/s2 y velocidades de hasta 5 m/s en carreras de hasta 10-12 m
• un pórtico X-Y-Z con ejes con transmisión por correa suele ser capaz de manipular cargas que van desde muy pequeñas hasta aproximadamente 200 kg
• según el tipo de lubricación, estos sistemas pueden ofrecer intervalos de mantenimiento especialmente largos, garantizando así la continuidad de la producción.

Cuando se requieren dinámicas elevadas en carreras superiores a 10-12 m, los actuadores con transmisiones de cremallera y piñón suelen ser una solución excelente, ya que permiten aceleraciones de hasta 10 m/s2 y velocidades de hasta 3.5 m/s en carreras potencialmente infinitas.

La elección de otro tipo de actuador no garantizaría los mismos resultados: un sistema de husillos, que sin duda es mucho más preciso, sería sin duda demasiado lento y no podría gestionar carreras tan largas.

Largas carreras

Los sistemas creados mediante el ensamblaje de actuadores en las configuraciones X-Y-Z típicas de la robótica cartesiana suelen tener, en aplicaciones como el pick and place y la alimentación de centros de mecanizado a lo largo de las líneas de producción, carreras muy largas, que pueden llegar incluso a decenas de metros de longitud.

Además, en muchos casos, estos largos recorridos, que suelen implicar al eje Y, se encargan de manipular cargas considerablemente pesadas, a menudo de cientos de kilos, así como numerosos ejes verticales Z que funcionan de forma independiente.

En este tipo de aplicaciones, la mejor opción para el eje Y es sin duda un actuador con transmisión de cremallera y piñón, teniendo en cuenta que:

• gracias a la rigidez del sistema de cremallera y piñón, son capaces de funcionar a lo largo de carreras potencialmente ilimitadas, todo ello manteniendo su rigidez, precisión y eficacia
  
•  los actuadores con cremalleras de acero templado por inducción con dientes inclinados que se deslizan por guías con rodamientos de recirculación de bolas o guías prismáticas con rodamientos son capaces de soportar cargas de más de 1000 kg
  
• la posibilidad de instalar varios carros, cada uno con su propio motor, permite disponer de numerosos ejes verticales Z independientes

Un sistema de correa es ideal para carreras de hasta 10-12 m, mientras que los actuadores de husillo de bolas están limitados, en el caso de carreras largas, por su velocidad crítica.

Repetibilidad del posicionamiento

Si, por el contrario, el diseñador busca la máxima precisión, como en aplicaciones como el montaje de microcomponentes o determinados tipos de manipulación en el ámbito médico, por ejemplo, solo hay una opción clara: los ejes lineales con transmisiones de husillo de bolas.

Los actuadores lineales con transmisión de husillo ofrecen un mejor rendimiento desde este punto de vista, con un grado de repetibilidad de posicionamiento de hasta ±5 μ. Este rendimiento no puede ser igualado por los actuadores accionados por correa o por husillo, que alcanzan un grado máximo de repetibilidad de posicionamiento de ±0.05 mm.

Si quieres saber más sobre este tema y conocer las nueve características esenciales que hay que tener en cuenta a la hora de elegir actuadores lineales, lee nuestro informe detallado