español
Amódulo linealy uncilindro electricoAmbos se utilizan ampliamente para generar movimiento lineal controlado en la automatización industrial. Pueden ser accionados por servomotores o motores paso a paso, conectados a controladores de movimiento e integrados en equipos automatizados para operaciones de posicionamiento, elevación, empuje, prensado, transferencia y ensamblaje.
Aunque ambos productos pertenecen a la categoría más amplia de actuadores lineales, sus estructuras y funciones principales son diferentes. Un módulo lineal generalmente está diseñado para mover un carro a lo largo de un sistema de guía expuesto o cerrado. Es especialmente adecuado para posicionar cargas sobre una trayectoria de viaje definida y para construir ejes de un solo eje oplataformas de movimiento multieje.
Uncilindro electricoestá diseñado para extender y retraer una varilla o un conjunto de salida guiada. Se centra en generar una fuerza axial controlada dentro de una estructura de actuador cilíndrica o rectangular compacta. Los cilindros eléctricos se utilizan comúnmente para reemplazar los cilindros neumáticos o hidráulicos cuando se requiere una mayor precisión de posicionamiento, movimiento programable, operación más limpia y un mejor control del proceso.
La elección correcta depende de algo más que la carrera y la carga útil. Los ingenieros deben comparar la precisión del posicionamiento, la repetibilidad, la velocidad, la aceleración, el empuje, la capacidad de carga lateral, la resistencia al momento, la orientación del montaje, el nivel de protección, las condiciones ambientales, el ciclo de trabajo, la vida útil, los requisitos de control y el costo total del sistema.
Esta guía proporciona una información detalladamódulo lineal vs cilindro eléctricocomparación para ayudar a los ingenieros de automatización, fabricantes de equipos, integradores de sistemas y equipos de compras a seleccionar el actuador lineal más adecuado.
¿Qué es un módulo lineal?
Amódulo lineales una unidad de movimiento lineal integrada que combina una base estructural, un sistema de guía, un carro móvil, un mecanismo de accionamiento, una interfaz de motor y sensores opcionales en un conjunto completo.
El sistema de transmisión puede utilizar un husillo de bolas, una correa de distribución, un piñón y cremallera, un motor lineal, un husillo u otro método de transmisión. El carro se mueve a lo largo de una o más guías lineales mientras soporta la carga útil, las herramientas, el accesorio, el sensor, el efector final del robot o el cabezal de procesamiento.
El motor normalmente se monta en un extremo del módulo o se conecta a través de una disposición de accionamiento en paralelo. La rotación del motor se convierte en movimiento lineal mediante el mecanismo de accionamiento. Las guías lineales soportan la carga y resisten fuerzas que de otro modo harían que el carro gire o se aleje de la trayectoria prevista.
Los módulos lineales se utilizan comúnmente como ejes independientes o se combinan en sistemas de automatización XY, XZ, XYZ, pórtico, robot cartesiano y multieje.
Principales características de los módulos lineales
- Guía integrada y estructura de accionamiento.
- Carro móvil para montar cargas útiles y herramientas.
- Adecuado para instalación horizontal, vertical, lateral e invertida
- Disponible en trazos cortos, medianos y largos.
- Admite la construcción de sistemas multieje
- Puede proporcionar alta velocidad o alta precisión según el tipo de unidad
- Puede resistir momentos de carga útil a través del sistema de guía.
- Adecuado para posicionamiento punto a punto y movimiento de trayectoria continuo
¿Qué es un cilindro eléctrico?
Uncilindro electrico, también llamado cilindro servoeléctrico, actuador lineal eléctrico o cilindro electromecánico, es un actuador que convierte la rotación del motor en extensión y retracción controlada de una varilla o estructura de salida guiada.
La mayoría de los cilindros eléctricos utilizan un husillo de bolas, un husillo de rodillos o un husillo de avance como mecanismo de transmisión interna. El motor acciona el tornillo a través de un acoplamiento, una caja de cambios, una correa de distribución o una estructura integrada de transmisión directa. A medida que gira el tornillo, la tuerca y la varilla de salida se mueven axialmente.
Los cilindros eléctricos están diseñados para realizar operaciones lineales de empujar, tirar, levantar, presionar, sujetar, insertar, tensar y posicionar. Proporcionan una alternativa controlada eléctricamente a los cilindros neumáticos e hidráulicos.
Algunos cilindros eléctricos tienen una salida de varilla simple y requieren guías externas cuando hay cargas laterales presentes. Otros utilizan varillas guía duales, rieles guía lineales o mesas guiadas para mejorar el soporte de la carga y evitar que la varilla gire.
Principales características de los cilindros eléctricos
- Salida tipo varilla o guiada
- Alta capacidad de fuerza axial
- Carrera, velocidad, aceleración y fuerza programables.
- Adecuado para presionar, levantar, sujetar e insertar
- Estructura compacta del actuador
- Puede reemplazar cilindros neumáticos o hidráulicos.
- Disponible con frenos, cajas de cambios, sensores de fuerza y codificadores.
- A menudo están disponibles con niveles de protección más altos
Módulo lineal versus cilindro eléctrico: comparación rápida
| Factor de comparación | Módulo lineal | Cilindro electrico |
|---|---|---|
| Función principal | Colocar y transportar un carro a lo largo de un camino guía. | Generar extensión, retracción, empuje o tracción axial controlados. |
| Estructura de salida | Carro móvil o mesa deslizante | Conjunto de varilla de salida o varilla guiada |
| Sistema de guía | Normalmente integrado | Puede estar integrado o puede requerir guías externas. |
| Salida de fuerza | Moderado a alto, según el tipo de unidad | Generalmente optimizado para un alto empuje axial |
| Capacidad de carga de momento | Generalmente mejor gracias a las guías lineales integradas. | Limitado en tipos de varillas a menos que se utilice una estructura guiada. |
| Velocidad | Puede ser muy alto, especialmente con accionamiento por correa o motor lineal. | Generalmente moderado, dependiendo del avance del tornillo y la potencia del motor. |
| Longitud de carrera | Adecuado para carreras medias y largas. | Comúnmente utilizado para trazos cortos y medianos. |
| Precisión de posicionamiento | Alto con sistemas de husillo de bolas o motor lineal | Alto con sistemas de husillo de bolas o de rodillos |
| Nivel de protección | Diseños abiertos, semicerrados o completamente cerrados. | A menudo es más fácil de sellar contra el polvo, la humedad y los contaminantes. |
| Integración multieje | Muy adecuado para sistemas XY, XZ, XYZ y de pórtico | Se utiliza principalmente como eje individual de empuje o elevación. |
| Aplicaciones típicas | Transferencia, posicionamiento, dosificación, inspección y robótica. | Prensado, sujeción, elevación, inserción y sustitución de cilindros |
La diferencia fundamental: movimiento del carro versus movimiento de la varilla
La diferencia más visible entre un módulo lineal y un cilindro eléctrico es la forma de salida.
Un módulo lineal mueve un carro a lo largo de un perfil o base. La carga útil se monta directamente en el carro y el sistema de guía soporta la carga durante todo el recorrido.
Un cilindro eléctrico normalmente extiende y retrae una varilla de salida. La varilla transfiere fuerza axial a la carga. En diseños simples de estilo varilla, la varilla no debe quedar expuesta a una fuerza radial o un momento de flexión excesivos.
Esta diferencia influye fuertemente en la selección de la aplicación. Un módulo lineal generalmente es más adecuado cuando la carga debe viajar a lo largo de una trayectoria guiada mientras transporta herramientas o equipos. Un cilindro eléctrico suele ser mejor cuando la tarea principal es empujar, tirar, presionar, levantar, sujetar o insertar a lo largo de un solo eje.
Diferencias estructurales
Estructura del módulo lineal
Un módulo lineal típico contiene un perfil estructural largo o una base mecanizada. Se instalan uno o más carriles guía a lo largo del eje y un carro se mueve sobre los bloques guía.
El mecanismo de accionamiento se sitúa dentro o al lado del perfil. En un módulo de husillo de bolas, el carro está conectado a una tuerca de bolas. En un módulo accionado por correa, el carro está fijado a una correa de distribución. En un módulo de motor lineal, la fuerza electromagnética mueve directamente el carro.
La estructura del módulo está diseñada para soportar el peso de la carga útil y resistir momentos de cabeceo, guiñada y balanceo. El carro generalmente proporciona múltiples orificios roscados para montar herramientas, accesorios, sensores u otro eje de movimiento.
Estructura del cilindro eléctrico
Un cilindro eléctrico típico contiene un motor, una transmisión de tornillo, un soporte de cojinete, una carcasa del actuador, una estructura antirrotación, una varilla de salida y una interfaz de montaje frontal.
Cuando el motor gira, el tornillo interno mueve el conjunto de tuerca y varilla hacia adelante o hacia atrás. La carcasa del actuador protege el tornillo y soporta el sistema de rodamientos.
Los cilindros eléctricos de varilla son compactos, pero es posible que la varilla de salida no proporcione suficiente resistencia a las cargas laterales. Los cilindros eléctricos guiados agregan varillas guía paralelas o una estructura de mesa para mejorar la estabilidad lateral y la capacidad de momento.
Comparación de mecanismos de accionamiento
Los módulos lineales están disponibles con varios métodos de accionamiento, mientras que la mayoría de los cilindros eléctricos dependen de la transmisión por tornillo.
Tipos comunes de unidades de módulo lineal
- Accionamiento por husillo de bolas
- Transmisión por correa de distribución
- Accionamiento de piñón y cremallera
- Accionamiento por motor lineal
- accionamiento por husillo
Tipos comunes de accionamiento de cilindro eléctrico
- Accionamiento por husillo de bolas
- Accionamiento por tornillo de rodillo
- accionamiento por husillo
- Accionamiento por tornillo asistido por caja de cambios
- Transmisión de motor con correa dentada paralela
Los cilindros eléctricos de husillo de bolas proporcionan un buen equilibrio de fuerza, velocidad, eficiencia y precisión de posicionamiento. Los cilindros eléctricos de tornillo de rodillo proporcionan una mayor densidad de fuerza y una vida útil más larga en aplicaciones exigentes, pero suelen ser más caros.
La gama más amplia de tecnologías de accionamiento de módulos lineales permite a los ingenieros seleccionar un sistema optimizado en cuanto a velocidad, carrera, precisión o costo. Los cilindros eléctricos están optimizados más específicamente para la fuerza axial y el movimiento compacto de extensión-retracción.
Comparación de precisión de posicionamiento
Tanto los módulos lineales como los cilindros eléctricos pueden proporcionar un posicionamiento preciso cuando utilizan husillos de bolas, rodamientos adecuados, servomotores y retroalimentación de codificador.
La precisión final depende de la precisión del avance del tornillo, el juego, la precarga, la rigidez estructural, la resolución del codificador del motor, el rendimiento del controlador, la expansión térmica, las condiciones de montaje y la deformación de la carga.
Precisión del módulo lineal
Los módulos lineales de husillo de bolas se seleccionan comúnmente para un posicionamiento de precisión. Las tuercas de bolas precargadas pueden reducir el juego axial, mientras que los rieles guía integrados mantienen la alineación del carro.
Los módulos de motor lineal pueden proporcionar un excelente rendimiento de posicionamiento porque eliminan el tornillo, el acoplamiento, la correa y otros componentes de transmisión mecánica. Su precisión depende en gran medida del codificador lineal y del sistema de control.
Los módulos lineales accionados por correa generalmente proporcionan una menor rigidez axial y una menor precisión de posicionamiento absoluta, pero aun así pueden ofrecer suficiente repetibilidad para las operaciones de embalaje, manipulación y transferencia.
Precisión del cilindro eléctrico
Los cilindros servoeléctricos pueden lograr una extensión y retracción precisa porque el controlador rastrea la posición del motor a través de un codificador. La precarga del husillo de bolas y los soportes de rodamiento rígidos ayudan a reducir la pérdida de movimiento.
Sin embargo, la varilla de salida, los soportes de montaje, las herramientas conectadas, la caja de cambios y la carga externa pueden introducir deflexión o holgura. Un actuador preciso no garantiza un proceso preciso a menos que toda la estructura de la máquina también sea rígida.
¿Cuál es más preciso?
Ningún tipo de producto es automáticamente más preciso en todas las aplicaciones. Una precisionmódulo lineal de husillo de bolasy un cilindro eléctrico de husillo de bolas de precisión puede proporcionar una repetibilidad similar cuando utilizan grados de husillo, cojinetes, motores y sistemas de retroalimentación comparables.
La diferencia más importante es cómo se guía la carga. Un módulo lineal normalmente controla la posición y orientación del carro en movimiento. Un cilindro eléctrico de varilla controla principalmente la extensión axial y puede requerir una guía externa para mantener la orientación de la carga.
Repetibilidad y resolución
La repetibilidad describe la capacidad del actuador de regresar repetidamente a la misma posición ordenada. La resolución describe el movimiento más pequeño que el sistema de control puede ordenar o detectar.
Los servomotores generalmente proporcionan un mejor control de posición de circuito cerrado que los sistemas paso a paso de circuito abierto. Sin embargo, una alta resolución del codificador no crea automáticamente una alta precisión mecánica.
El juego mecánico, la variación del avance del tornillo, la holgura del rodamiento, la elasticidad de la correa, la deflexión de la varilla, la conformidad del acoplamiento, la deformación estructural y los cambios de temperatura pueden afectar el rendimiento final.
Para aplicaciones de posicionamiento exigentes, los ingenieros deben distinguir entre resolución del motor, repetibilidad del actuador, precisión de posicionamiento absoluta y precisión total de la máquina.
Comparación de velocidad
Los módulos lineales generalmente ofrecen un rango de velocidad más amplio porque pueden utilizar diferentes tecnologías de transmisión.
Los módulos lineales de correa de distribución son adecuados para movimientos de alta velocidad y carrera larga. Los módulos de motor lineal pueden proporcionar una aceleración aún mayor y una respuesta rápida. Los módulos de husillo de bolas ofrecen precisión y empuje, pero pueden estar limitados por la velocidad crítica del husillo.
Los cilindros eléctricos normalmente utilizan husillos de bolas o husillos de rodillos, por lo que su velocidad máxima está influenciada por el paso del husillo, el diámetro del husillo, la carrera, la velocidad de rotación, la capacidad de carga, la potencia del motor y las condiciones térmicas.
Para empujar, presionar, sujetar o levantar carreras cortas, un cilindro eléctrico puede proporcionar suficiente velocidad. Para viajes repetidos a alta velocidad a lo largo de una larga distancia, suele ser más adecuado un módulo de motor lineal o accionado por correa.
Velocidad máxima versus tiempo de ciclo
La velocidad máxima de desplazamiento es sólo una parte de la productividad de la máquina. El tiempo de ciclo real también depende de la aceleración, desaceleración, tiempo de estabilización, tiempo de proceso, carga útil, carrera y perfil de movimiento.
Un cilindro eléctrico que realiza una carrera de prensado corta puede completar el proceso más rápido que un módulo de recorrido largo, incluso si su velocidad máxima nominal es menor. La comparación correcta debe basarse en el ciclo de movimiento completo.
Comparación de aceleración
Los módulos de motores lineales y accionados por correa pueden lograr una alta aceleración porque sus sistemas móviles pueden ser relativamente livianos.
Los módulos lineales de husillos de bolas y los cilindros eléctricos deben acelerar el rotor del motor, el husillo, el acoplamiento y la carga en movimiento. La alta aceleración aumenta el par requerido, la carga del rodamiento, la tensión del tornillo y la generación de calor.
Los cilindros eléctricos diseñados para un alto empuje pueden utilizar tornillos, cajas de engranajes o motores potentes más grandes, lo que puede aumentar la inercia y reducir la respuesta dinámica.
Cuando se requiere una aceleración rápida, los ingenieros deben calcular el par máximo del motor, el par RMS, la inercia reflejada, la velocidad crítica del tornillo y la vibración estructural en lugar de confiar únicamente en los valores máximos del catálogo.
Comparación de salida de fuerza
La producción de fuerza es una de las diferencias más importantes en unmódulo lineal vs cilindro eléctricocomparación.
Los cilindros eléctricos generalmente están optimizados para la fuerza axial. Su transmisión de tornillo compacta puede generar una gran fuerza de empuje y tracción, especialmente cuando se combina con una caja de engranajes o un tornillo de rodillo.
Los módulos lineales también pueden generar un empuje significativo, particularmente los módulos accionados por cremalleras y husillos de bolas. Sin embargo, muchos módulos lineales están optimizados principalmente para el posicionamiento y el transporte en lugar del prensado con gran fuerza.
Ventajas de la fuerza del cilindro eléctrico
- Alta fuerza axial dentro de una estructura compacta
- Adecuado para presionar, sujetar e insertar
- Control de fuerza y posición programable
- Puede mantener una fuerza controlada durante un proceso.
- Disponible con células de carga o retroalimentación de fuerza
- Puede reemplazar cilindros neumáticos o hidráulicos.
Características de fuerza del módulo lineal
- Los módulos de husillo de bolas proporcionan un fuerte empuje axial
- Los módulos accionados por cremallera son adecuados para movimientos pesados de carrera larga
- Los módulos accionados por correa son mejores para el transporte que el prensado con gran fuerza
- Los módulos de motor lineal brindan una respuesta rápida pero requieren administración térmica
- La capacidad de fuerza debe comprobarse junto con la rigidez de la guía y del perfil.
La carga útil y el empuje son diferentes
La carga útil se refiere a la masa soportada por el carro en movimiento o el mecanismo de salida. El empuje se refiere a la fuerza axial requerida para mover, acelerar, levantar, empujar, tirar, sujetar o presionar la carga.
Un módulo lineal puede soportar una gran carga útil en su carro pero proporcionar solo una fuerza de proceso moderada. Un cilindro eléctrico puede generar un alto empuje axial y al mismo tiempo soportar muy poca carga lateral en su vástago.
Por lo tanto, la selección debe incluir cálculos tanto de carga útil como de fuerza. Los ingenieros no deben utilizar la capacidad de carga útil de un módulo como sustituto de la capacidad de empuje, ni utilizar la capacidad de empuje de un cilindro eléctrico como sustituto de la capacidad de carga lateral.
Capacidad de carga lateral y momento
Los módulos lineales normalmente tienen una clara ventaja cuando la carga en movimiento produce fuerzas o momentos laterales.
Los rieles guía integrados y el carro soportan cargas radiales y resisten momentos de cabeceo, guiñada y balanceo. El momento permitido depende del tamaño del riel, la cantidad de bloques guía, el espacio entre bloques, las dimensiones del carro, la rigidez del perfil y la posición de la carga.
Un cilindro eléctrico de varilla estándar está diseñado principalmente para fuerza axial. Una carga lateral excesiva puede provocar que la varilla se doble, desgaste del sello, daño al rodamiento, aumento de la fricción y reducción de la vida útil.
Cuando se utiliza un cilindro eléctrico para mover una carga que no está guiada de forma independiente, se debe utilizar un cilindro eléctrico guiado o un sistema de guía lineal externo.
Utilice guías externas con un cilindro eléctrico cuando:
- La carga crea una fuerza lateral significativa.
- El centro de carga está desplazado del eje de la varilla.
- El actuador debe resistir la rotación.
- Las herramientas deben mantener una orientación precisa.
- La aplicación implica una amplia plataforma.
- La carrera es larga y la varilla está expuesta a doblarse.
Comparación de longitud de carrera
Los módulos lineales están disponibles para una amplia gama de carreras. Los módulos de motor lineal, accionado por correa y por cremallera son especialmente adecuados para recorridos largos.
Los módulos de husillo de bolas se utilizan normalmente para carreras cortas y medias, aunque se pueden diseñar versiones de carrera larga con husillos más grandes y estructuras de soporte adecuadas.
Los cilindros eléctricos se utilizan habitualmente para carreras cortas y medias. A medida que aumenta la carrera, la longitud de la varilla, la longitud del tornillo, el riesgo de pandeo, la longitud de la carcasa, la limitación de velocidad y el espacio de instalación se vuelven más importantes.
Para traslados de larga distancia, suele ser más práctico un módulo lineal. Para presionar, sujetar, levantar o insertar carreras cortas, un cilindro eléctrico suele ser más compacto.
Comparación de rigidez
Un módulo lineal proporciona rigidez a través de su perfil, rieles guía, carro, mecanismo de accionamiento y estructura de montaje. Los módulos de husillo de bolas suelen proporcionar una buena rigidez axial, mientras que los módulos accionados por correa tienen una deformación más elástica.
Un cilindro eléctrico proporciona una gran rigidez axial cuando se utiliza un husillo de bolas o de rodillos con soporte de rodamiento adecuado. Sin embargo, una varilla de salida larga puede doblarse bajo carga lateral o compresión.
Para operaciones de prensado e inserción, la rigidez axial del cilindro eléctrico puede proporcionar una transmisión de fuerza estable. Para transportar un útil de gran tamaño o resistir momentos de vuelco suele ser más adecuado un módulo lineal o un cilindro eléctrico guiado.
Comparación de instalación vertical
Tanto los módulos lineales como los cilindros eléctricos se pueden utilizar verticalmente, pero el diseño de seguridad debe tener en cuenta la gravedad y la pérdida de potencia.
Un módulo lineal vertical puede requerir un motor freno, un contrapeso, un resorte de gas, un cilindro de equilibrio neumático o un dispositivo mecánico de prevención de caídas.
Un cilindro eléctrico utilizado para elevación vertical también puede requerir un freno, un mecanismo de autobloqueo, una tuerca de seguridad, un bloqueo mecánico o un dispositivo de sujeción de carga.
Los husillos de bolas no suelen ser completamente autoblocantes. Una carga vertical puede hacer que el tornillo retroceda cuando se elimina el torque del motor. Los ingenieros nunca deben asumir que un actuador de husillo de bolas sujetará de forma segura una carga suspendida sin protección adicional.
Comparación de niveles de protección
El nivel de protección suele ser una ventaja importante de los cilindros eléctricos.
El tornillo y los componentes de transmisión internos de un cilindro eléctrico están encerrados dentro de la carcasa. Se pueden utilizar sellos, raspadores de varilla, juntas, botas protectoras y materiales resistentes a la corrosión para mejorar la resistencia al polvo, la humedad, el aceite y la contaminación.
Los módulos lineales pueden tener estructuras abiertas, semicerradas o completamente cerradas. Los módulos abiertos brindan fácil acceso y disipación de calor, pero ofrecen una protección ambiental limitada. Los módulos semicerrados y completamente cerrados utilizan placas de cubierta, tiras de acero, correas de sellado o fuelles protectores.
Sólo se debe aceptar una clasificación de protección de catálogo cuando el actuador completo, la conexión del motor, la interfaz del cable, la instalación del sensor y los sellos móviles estén incluidos en la clasificación.
Los cilindros eléctricos suelen ser más adecuados para:
- Áreas de producción polvorientas
- Ambientes húmedos o propensos a salpicaduras
- Equipos de alimentos y envasado con requisitos de limpieza.
- Maquinaria exterior o semiexterior
- Aplicaciones que requieren carcasas de actuador selladas
Los módulos lineales suelen ser más adecuados para:
- Automatización interior limpia
- Sistemas de ensamblaje de precisión
- Equipos semiconductores y electrónicos.
- Movimiento cartesiano multieje
- Aplicaciones que requieren un fácil acceso al carro
Aplicaciones de sala limpia y vacío
Tanto los módulos lineales como los cilindros eléctricos pueden diseñarse para su uso en salas blancas, pero los productos industriales estándar no deben considerarse automáticamente compatibles con salas blancas.
Las versiones para sala blanca pueden requerir sellos con bajo contenido de partículas, lubricantes limpios, materiales resistentes a la corrosión, extracción por vacío, sistemas de guía cubiertos y gestión de cables especial.
Los módulos de motores lineales se utilizan a menudo en equipos semiconductores porque eliminan el contacto de los tornillos y pueden proporcionar un movimiento preciso y de alta velocidad. Sin embargo, la lubricación de las guías, el movimiento del cable y los componentes magnéticos aún requieren un control cuidadoso.
Los cilindros eléctricos pueden proporcionar una estructura cerrada, pero los sellos del vástago, la lubricación interna y el desplazamiento de aire durante la extensión y retracción deben evaluarse para condiciones de vacío y sala limpia.
Comparación de sistemas de control
Ambos tipos de actuadores se pueden controlar con servomotores, motores paso a paso, controladores de movimiento, controladores lógicos programables y redes industriales.
Un módulo lineal puede realizar movimiento punto a punto, movimiento de trayectoria continua, interpolación coordinada, engranajes electrónicos y sincronización multieje.
Un cilindro eléctrico puede realizar control de posición, control de velocidad, control de fuerza, reemplazo de presión, monitoreo de ajuste a presión y ciclos de vaivén programables.
Funciones típicas de control del módulo lineal
- Posicionamiento absoluto o incremental
- Transferencia multiposición
- Interpolación XY o XYZ
- Perfiles de velocidad y aceleración.
- Movimiento de leva electrónico
- Sincronización de pórtico
- Rutas de escaneo y dispensación.
Funciones típicas de control de cilindros eléctricos
- Extensión y retracción programables
- Prensado con fuerza limitada
- Sujeción controlada por posición
- Perfiles de velocidad de varias etapas
- Control de posición y fuerza de ajuste a presión
- Aterrizaje suave y contacto controlado
- Retención de carga con control de freno
Control de Fuerza y Monitoreo de Procesos
Los cilindros eléctricos son especialmente adecuados para procesos que requieren control de fuerza. Un servomotor puede estimar la fuerza a partir del par del motor, mientras que una celda de carga puede proporcionar retroalimentación de fuerza directa.
Esto hace que los cilindros eléctricos sean útiles para prensar, remachar, insertar, probar, formar, sujetar y verificar el ensamblaje.
Durante cada ciclo se puede registrar una curva fuerza-posición. El controlador puede comparar los resultados reales con límites aceptables para identificar piezas faltantes, ensamblaje incorrecto, resistencia excesiva o defectos del proceso.
Los módulos lineales también pueden realizar operaciones sensibles a la fuerza, pero normalmente se requiere un sensor de fuerza adicional y una estructura mecánica adecuada. Su diseño principal se centra normalmente en el posicionamiento del movimiento en lugar de en la aplicación de fuerza.
Ciclo de trabajo y operación continua
El ciclo de trabajo describe con qué frecuencia y durante cuánto tiempo funciona el actuador. Afecta la temperatura del motor, la temperatura del tornillo, la vida útil de los cojinetes, el intervalo de lubricación, el desgaste de la caja de cambios y el tamaño del controlador.
Los módulos lineales utilizados en equipos de transferencia e inspección pueden funcionar continuamente durante largos períodos con ciclos de movimiento repetidos.
Los cilindros eléctricos que realizan presión o sujeción pueden experimentar períodos cortos de fuerza elevada seguidos de períodos de descanso. Algunas aplicaciones requieren que el cilindro mantenga la fuerza de forma continua, lo que puede generar calor en el motor y en el tornillo.
El actuador debe seleccionarse de acuerdo con el perfil completo de movimiento y fuerza en lugar de solo con la fuerza máxima. Los ingenieros deben calcular la carga máxima, la carga promedio, el par motor RMS, la frecuencia de desplazamiento, el tiempo de espera y los ciclos anuales esperados.
Comparación de vida útil
La vida útil de ambos tipos de actuadores depende de la carga, velocidad, aceleración, tipo de tornillo, capacidad de guía, lubricación, contaminación, alineación, temperatura de funcionamiento y ciclo de trabajo.
La vida útil del husillo de bolas se puede estimar utilizando clasificaciones de carga dinámica, pero la vida útil real puede verse reducida por cargas de impacto, lubricación insuficiente, desalineación, contaminación, precarga excesiva u operación más allá de la velocidad crítica.
Los cilindros eléctricos utilizados para prensado de alta fuerza pueden experimentar cargas significativas en tornillos y cojinetes. Los diseños de tornillos de rodillos pueden proporcionar una vida útil más larga bajo ciclos de carga exigentes.
Los módulos lineales pueden experimentar desgaste del bloque guía, fatiga de la correa, desgaste de los tornillos, deformación del perfil, daños en los cojinetes o aflojamiento del carro, según el diseño y la aplicación.
Comparación de ruido y vibración
El ruido depende del tipo de transmisión, la velocidad, el estado del tornillo, el control del motor, la calidad de los rodamientos, la lubricación y la resonancia de la máquina.
Los módulos lineales accionados por correa suelen ser silenciosos durante el movimiento a alta velocidad. Los módulos de husillo de bolas pueden generar ruido debido a la recirculación de bolas y cojinetes de soporte.
Los cilindros eléctricos pueden producir ruidos de tornillo, caja de cambios, motor y sello de vástago. Una caja de cambios puede aumentar el nivel de sonido, mientras que un diseño de transmisión directa puede funcionar de manera más silenciosa.
Para aplicaciones sensibles al ruido, los ingenieros deben comparar el ruido de funcionamiento bajo carga y velocidad reales en lugar de confiar únicamente en mediciones sin carga.
Comparación de mantenimiento
Mantenimiento del módulo lineal
- Lubricar husillos de bolas y guías lineales.
- Inspeccionar la tensión y el desgaste de la correa.
- Comprobar la holgura del carro y la precarga de la guía.
- Inspeccionar acoplamientos, poleas y cojinetes.
- Limpiar las tiras protectoras y las superficies expuestas.
- Comprobar sensores y transportadores de cables.
- Supervise el juego, el ruido, la vibración y la temperatura.
Mantenimiento del cilindro eléctrico
- Inspeccionar la superficie de la varilla y los sellos de la varilla.
- Comprobar la lubricación del tornillo
- Inspeccionar el estado de la caja de cambios y del acoplamiento.
- Verifique los pasadores y soportes de montaje
- Supervisar el juego axial y el rendimiento del empuje.
- Inspeccionar el funcionamiento de los frenos
- Verificar la calibración del sensor de fuerza
- Monitorear la temperatura del motor y el ruido anormal
Los cilindros eléctricos completamente cerrados pueden requerir una limpieza menos frecuente, pero el acceso a los componentes internos puede ser más difícil. Los módulos lineales pueden ser más fáciles de inspeccionar visualmente, especialmente cuando los componentes de guía y accionamiento están expuestos.
Diferencias de instalación
Los módulos lineales normalmente se montan a lo largo de su base mediante pernos, abrazaderas o soportes. La superficie de montaje debe ser plana, rígida y capaz de soportar toda la longitud del módulo.
Los cilindros eléctricos se pueden montar a través de bridas delanteras, bridas traseras, muñones, soportes de horquilla, soportes laterales o soportes de pie. Su disposición de montaje puede permitir un giro limitado en aplicaciones similares a los cilindros neumáticos.
Sin embargo, se debe instalar un cilindro eléctrico para que la varilla de salida permanezca alineada con la carga. La desalineación puede crear fuerzas laterales, doblar la varilla, desgastar el sello y dañar los tornillos.
Un módulo lineal también requiere una alineación correcta, pero sus guías integradas mantienen la dirección del carro una vez que la base está montada correctamente.
Comparación de requisitos de espacio
Un módulo lineal ocupa espacio a lo largo de todo el recorrido porque el carro se mueve sobre una base fija. El motor puede extenderse desde un extremo o lado del perfil.
Un cilindro eléctrico tiene una longitud de cuerpo retraída más una varilla que se extiende. En algunas instalaciones, su cuerpo puede ser más compacto que un módulo completo, pero la varilla extendida requiere espacio libre.
La longitud total instalada de un cilindro eléctrico puede ser significativamente mayor que su carrera útil, especialmente con carreras largas o motores en línea.
El espacio debe evaluarse utilizando las dimensiones completas del actuador, la posición del motor, el radio de curvatura del cable, los soportes de montaje, la distancia de seguridad y el acceso para mantenimiento.
Comparación de costos
La diferencia de costo depende del tamaño, carrera, fuerza, precisión, nivel de protección, motor, sistema de control y accesorios.
Un módulo lineal estándar accionado por correa puede proporcionar una solución rentable para el transporte de alta velocidad. Un módulo de husillo de bolas de alta precisión o un módulo de motor lineal pueden ser más caros.
Un cilindro eléctrico con husillo de bolas puede resultar económico a la hora de sustituir un cilindro neumático y proporcionar un posicionamiento programable. Un cilindro de husillo giratorio de alta fuerza con detección de fuerza y alta protección puede tener un precio de compra significativamente más alto.
El costo total debe incluir más que el precio del actuador.
El costo total de propiedad puede incluir
- Precio de compra del actuador
- Servomotor y accionamiento
- Controlador de movimientoo PLC
- Soportes de montaje y estructura de la máquina.
- Sistema de guía externo
- Sensores y medición de fuerza.
- Instalación y puesta en marcha
- Lubricación y mantenimiento
- Correas, tornillos, cojinetes, sellos o varillas de repuesto
- Consumo de energía
- Tiempo de inactividad de la producción
- Calidad del producto y riesgo de rechazo.
Aplicaciones típicas de módulos lineales
- Sistemas de recogida y colocación
- Ensamblaje de componentes electrónicos
- Dispensación automática
- Inspección visual
- Procesamiento láser
- Maquinaria de embalaje
- Clasificación y transferencia de material.
- robots cartesianos
- Automatización de pórtico
- Manipulación de semiconductores
- Equipos de fabricación de baterías.
- Automatización de laboratorio
- Equipos de impresión y etiquetado.
- Carga y descarga de carrera larga
Aplicaciones típicas de cilindros eléctricos
- Sistemas de servoprensado
- Montaje a presión
- Dispositivos de sujeción y posicionamiento
- elevación vertical
- Control de válvulas y compuertas
- Remachar y formar
- Inserción de componentes
- control de tensión
- Mecanismos de apertura y cierre.
- Equipos de prueba de materiales.
- Compresión de embalaje
- Actuación de la pistola de soldar
- Ensamblaje automotriz
- Reemplazo del cilindro neumático
¿Cuándo debería elegir un módulo lineal?
- La carga debe viajar siguiendo un camino guiado.
- La aplicación requiere una plataforma o carro móvil.
- La carga crea momentos de cabeceo, guiñada o balanceo.
- El sistema requiere carrera media o larga.
- La alta velocidad de desplazamiento es importante
- El eje se combinará en un sistema XY, XZ, XYZ o pórtico.
- La aplicación implica dispensar, escanear, inspeccionar o transferir
- Las herramientas deben mantener una orientación precisa.
- La máquina requiere múltiples puntos de posicionamiento.
- El actuador debe soportar el peso de la carga útil durante toda la carrera.
¿Cuándo debería elegir un cilindro eléctrico?
- El requisito principal es la fuerza de empujar o tirar.
- La aplicación implica presionar, sujetar, insertar o levantar.
- El actuador debe sustituir a un cilindro neumático o hidráulico.
- Se requiere control de fuerza y posición programable
- El derrame cerebral es corto o moderado.
- Se prefiere una salida compacta tipo varilla
- El entorno requiere una estructura de actuador sellada.
- El proceso requiere monitoreo de posición de fuerza.
- El actuador debe mantener una fuerza de contacto controlada.
- La carga está alineada principalmente con el eje del actuador.
Ejemplos de selección de aplicaciones
Transferencia de productos de alta velocidad
Una línea de envasado debe mover productos livianos en un recorrido largo y a alta velocidad. La carga está montada sobre un carro y debe permanecer estable durante la aceleración. Generalmente es más adecuado un módulo lineal accionado por correa.
Conjunto de ajuste a presión de precisión
Una estación de montaje debe insertar un rodamiento en una carcasa mientras monitorea la fuerza y la posición. Un cilindro servoeléctrico con célula de carga suele ser la mejor opción.
Plataforma de inspección por visión
Una cámara debe moverse entre múltiples posiciones de inspección manteniendo una orientación precisa. Generalmente es más apropiado un husillo de bolas o un módulo de motor lineal.
Mecanismo de elevación vertical
Un dispositivo debe levantarse verticalmente y sujetarse en varias posiciones. Cualquiera de los actuadores puede ser adecuado. Un módulo lineal es mejor cuando el dispositivo crea momentos significativos, mientras que un cilindro eléctrico puede ser mejor cuando los requisitos principales son la fuerza de elevación axial y una instalación compacta.
Estación de sujeción
Un dispositivo debe aplicar una fuerza de sujeción controlada a un componente. Un cilindro eléctrico suele ser más adecuado porque puede controlar la posición, la velocidad y la fuerza durante el ciclo de sujeción.
Sistema de dispensación XYZ
Un cabezal dispensador debe seguir una trayectoria tridimensional programada. Los módulos lineales son la elección natural porque pueden combinarse en sistemas multieje coordinados.
Errores de selección comunes
Uso de un cilindro eléctrico para transportar grandes cargas laterales
No se debe utilizar un cilindro eléctrico de varilla como guía estructural a menos que esté diseñado específicamente para capacidad de carga lateral. Pueden ser necesarias guías externas.
Seleccionar un módulo lineal solo por carga útil
La capacidad de carga útil no describe el impulso del proceso. Las aplicaciones de prensado e inserción requieren un cálculo de fuerza independiente.
Ignorar cargas de momento
Una carga puede estar dentro del límite de peso establecido pero aun así exceder el momento de cabeceo, guiñada o balanceo permitido.
Suponiendo que los husillos de bolas sean autoblocantes
Los actuadores de husillo de bolas verticales pueden retroceder bajo carga. Es posible que se requiera un sistema de freno o de seguridad mecánico.
Comparando solo la velocidad máxima
El tiempo de ciclo real depende de la aceleración, desaceleración, asentamiento, duración del proceso, carrera y carga.
Ignorar los requisitos de protección
Un módulo lineal abierto puede fallar prematuramente en ambientes polvorientos o húmedos. Puede ser necesario un cilindro eléctrico sellado o un módulo completamente cerrado.
Uso del par motor como medida directa de la fuerza
La estimación del par del motor puede verse afectada por la fricción, la temperatura, la eficiencia de la caja de cambios, la aceleración y las pérdidas mecánicas. Los procesos críticos de control de fuerza pueden requerir una celda de carga dedicada.
Comparando sólo el precio de compra
Las guías externas, las estructuras de montaje, los sensores de fuerza, el tiempo de inactividad, el mantenimiento y la calidad del producto pueden afectar significativamente el costo total.
Parámetros importantes para confirmar antes de la selección
- Función de movimiento:Determine si la aplicación necesita recorrido del carro o extensión de varilla.
- Carrera efectiva:Confirmar el viaje de trabajo requerido.
- Carga útil:Incluya herramientas, accesorios, productos, cables y accesorios.
- Fuerza axial:Calcule las fuerzas de empuje, tracción, elevación, sujeción y proceso.
- Carga lateral:Confirme las fuerzas radiales que actúan sobre el carro o la varilla.
- Carga de momento:Calcule los momentos de cabeceo, guiñada y balanceo.
- Velocidad:Definir velocidades de funcionamiento normales y máximas.
- Aceleración:Confirme los requisitos de aceleración, desaceleración y sacudidas.
- Exactitud:Distinga entre repetibilidad, precisión absoluta y resolución.
- Orientación de montaje:Especifique instalación horizontal, vertical, de montaje lateral, invertida o inclinada.
- Ciclo de trabajo:Confirme los ciclos por minuto, las horas de funcionamiento, la distancia recorrida y el tiempo de espera.
- Nivel de protección:Identifique el polvo, el agua, el aceite, las astillas, la limpieza y la exposición al aire libre.
- Ambiente:Confirme la temperatura, la humedad, la sala limpia, el vacío y las condiciones químicas.
- Seguridad:Incluya frenos, bloqueos mecánicos, protección contra caídas, interruptores de límite y paradas de emergencia.
- Modo de control:Defina los requisitos de posición, velocidad, fuerza, par o movimiento sincronizado.
- Vida útil:Defina los ciclos esperados, los intervalos de mantenimiento y la estrategia de reemplazo.
- Espacio de instalación:Verifique la longitud del actuador, la posición del motor, la extensión de la varilla y la holgura del cable.
- Costo total:Compare el sistema completo y el costo de por vida.
Preguntas frecuentes
¿Es un cilindro eléctrico un tipo de actuador lineal?
Sí. Un cilindro eléctrico es un actuador lineal electromecánico que convierte la rotación del motor en una extensión y retracción controlada del vástago.
¿Puede un módulo lineal sustituir un cilindro eléctrico?
Puede reemplazar un cilindro eléctrico en algunas aplicaciones de posicionamiento o elevación, pero puede que no sea la mejor opción para prensado, sujeción o inserción compactos de alta fuerza.
¿Puede un cilindro eléctrico sustituir a un módulo lineal?
Puede realizar un movimiento axial simple, pero un cilindro eléctrico de varilla puede requerir guías externas cuando la carga debe mantener la orientación o resistir fuerzas de momento.
¿Qué actuador proporciona más fuerza?
Los cilindros eléctricos generalmente están optimizados para una mayor fuerza axial, especialmente los modelos de tornillo de rodillo y asistidos por caja de cambios. Los módulos lineales accionados por tornillos de bolas y cremalleras también pueden proporcionar un alto empuje.
¿Qué actuador es más rápido?
Los módulos de motor lineal y accionado por correa suelen proporcionar mayor velocidad de desplazamiento y aceleración. Los cilindros eléctricos normalmente están optimizados para un movimiento axial controlado en lugar de una velocidad máxima de carrera larga.
¿Qué actuador es más preciso?
Ambos pueden proporcionar una alta precisión cuando se utilizan husillos de bolas de precisión, servomotores, retroalimentación adecuada y estructuras rígidas. El resultado final depende del diseño completo del sistema.
¿Qué actuador es mejor para elevación vertical?
Cualquiera de los dos puede ser adecuado. Un módulo lineal suele ser mejor cuando la carga crea momentos o requiere un movimiento guiado del carro. Un cilindro eléctrico suele ser mejor cuando los principales requisitos son la fuerza de elevación axial y una instalación compacta.
¿Qué actuador tiene mejor protección ambiental?
Los cilindros eléctricos suelen proporcionar un mejor sellado porque su transmisión por tornillo está cerrada. Los módulos lineales completamente cerrados también pueden proporcionar una buena protección cuando se especifican correctamente.
¿Un cilindro eléctrico requiere una guía lineal?
Es posible que una carga axial simple no requiera una guía externa. Las cargas laterales, las cargas descentradas, las herramientas largas o las fuerzas de momento normalmente requieren un cilindro guiado o un sistema de guía lineal independiente.
¿Qué actuador es mejor para la automatización multieje?
Los módulos lineales generalmente son mejores para sistemas XY, XZ, XYZ y de pórtico porque sus carros e interfaces de montaje están diseñados para la integración de múltiples ejes.
Conclusión
La principal diferencia en elmódulo lineal vs cilindro eléctricoLa comparación es el tipo de movimiento y carga para el que está diseñado cada producto.
Un módulo lineal mueve un carro guiado a lo largo de un recorrido definido. Es adecuado para posicionamiento, transferencia, inspección, dosificación, robótica, movimiento de carrera larga y automatización multieje. Su sistema de guía integrado le permite soportar el peso de la carga útil y resistir cargas de momento.
Un cilindro eléctrico extiende y retrae una varilla o conjunto de salida guiada. Es adecuado para empujar, tirar, presionar, sujetar, levantar, insertar y procesos controlados por fuerza. Su estructura cerrada y su alta capacidad de fuerza axial lo convierten en un reemplazo eficaz para los cilindros neumáticos e hidráulicos.
Elija un módulo lineal cuando las principales prioridades sean la guía del carro, el recorrido largo, la alta velocidad, la resistencia al momento y la integración multieje. Elija un cilindro eléctrico cuando el empuje axial, el movimiento compacto de extensión-retracción, el control de fuerza, el sellado ambiental y el reemplazo del cilindro sean más importantes.
La selección final debe basarse en carrera, carga útil, empuje, carga lateral, carga de momento, velocidad, aceleración, precisión, nivel de protección, ciclo de trabajo, orientación de montaje, método de control, seguridad, vida útil y costo total del sistema.
Al evaluar estos requisitos como un sistema completo, los ingenieros pueden evitar la sobrecarga del actuador, la flexión de la varilla, la fuerza insuficiente, el posicionamiento inestable, el desgaste prematuro y el costo innecesario del equipo, al mismo tiempo que crean una solución de automatización confiable y eficiente.
