Implementando Anti

Jul 10, 2023

La integración de tornillos de avance con motores paso a paso es un método simple y rentable para obtener un movimiento lineal preciso. Pero lograr esa precisión requiere una guía antirrotación, que debe ser agregada externamente por el usuario o diseñada por el fabricante. Determinar qué opción tiene sentido para usted requiere un análisis de su necesidad de un sistema de guía y sopesar las ventajas y desventajas de cada enfoque.

Los componentes principales de un tornillo de avance motorizado tradicional (MLS) son un motor paso a paso, un tornillo de avance y una tuerca que se conecta a la carga de varias maneras. Cuando el motor gira el tornillo de avance, la tuerca y la carga conectada deben moverse hacia adelante o hacia atrás para lograr el posicionamiento requerido para la aplicación. Pero si esa tuerca no está asegurada, girará con el tornillo y no se traducirá ningún movimiento a lo largo del eje.

Existen dos enfoques principales para estabilizar la tuerca y evitar este problema. Una es construir un sistema de guía externo usted mismo; la otra es comprar un sistema en el que el diseño del fabricante del actuador ya asegura la tuerca.

Si ya utiliza un actuador lineal motorizado (MLA) y tiene el conocimiento técnico y los recursos, puede diseñar y agregar un ensamblaje antirrotación usted mismo. Si su aplicación tiene longitudes de carrera superiores a 2,5 pulgadas, cargas de más de 200 lbf y velocidades superiores a 20 pulgadas/s, un sistema externo puede ser su mejor opción. Construir su propio sistema de guía puede ser un proceso lento y algo arriesgado.

Probablemente el factor más crítico al seleccionar una estrategia de orientación externa versus interna es la cantidad de espacio disponible para las estructuras externas. Los enfoques comunes para un enfoque externo incluyen alguna combinación de rieles de perfil, rieles lineales u otros ensamblajes anclados que se unen a la tuerca para guiar sus movimientos con precisión (Figura 1). Luego, según su diseño, la lista de materiales incluirá sujetadores, acoplamientos y otros componentes. La forma en que monta el sistema, conecta la carga y asegura la alineación también son factores críticos de éxito.

Si aborda los problemas anteriores correctamente, la creación de su propio sistema de orientación podría brindarle un poco más de flexibilidad para asignar un sistema a su aplicación y podría resultar en un menor costo de los componentes, especialmente si no se tienen en cuenta el tiempo y el mantenimiento a largo plazo. Pero para aplicaciones más pequeñas, casi siempre es mejor si el fabricante incorpora una guía antirrotación, ya que el costo total de instalación, incluido el tiempo de diseño y otros elementos, suele ser menor.

La figura 2 muestra un sistema de pipeteo que utiliza un actuador con un sistema de guía incorporado. Incorporar toda la tecnología de guía en el actuador hace que el sistema sea mucho más simple. La mayoría de los fabricantes logran la guía necesaria al rodear el eje del tornillo de avance con un tubo de cubierta, lo que evita que la tuerca gire y permite que se mueva hacia adelante y hacia atrás sin problemas.

En algunos actuadores lineales de motor paso a paso, el tubo de cubierta está hecho de aluminio y se conecta al motor, que está montado firmemente en una superficie estable (Figura 3). Las estrías moldeadas dentro del tubo capturan la tuerca para evitar que gire, lo que permite la traslación del movimiento lineal a través del tornillo de avance. La tuerca está unida a un tubo de extensión de acero inoxidable que se conecta a la carga, moviéndola hacia adelante o hacia atrás, como un actuador tradicional.

La compra de actuadores lineales de motor paso a paso con antirrotación intrínseca elimina el tiempo, el costo y el mantenimiento necesarios para construirlo usted mismo. También reduce la lista de materiales con los que tiene que lidiar y el costo a largo plazo de poseer y operar sus actuadores. También se alinea en la fábrica, lo que contribuye a un desempeño confiable continuo.

Muchas aplicaciones de alta precisión con carreras relativamente cortas pueden beneficiarse de este enfoque. Además de las aplicaciones que implican el sondeo desde posiciones verticales para dispensar productos químicos, como las aplicaciones de pipeteo ilustradas, otros ejemplos incluyen el control de válvula proporcional de precisión, el ajuste de la platina del portaobjetos del microscopio y la inclinación del monitor de la computadora.

En general, los actuadores lineales de motor paso a paso están disponibles para tamaños de motor paso a paso estándar (tamaños de estructura de motor NEMA 8, 11, 14, 17 y 23), apilados simples o dobles, con una variedad de opciones de devanado del motor y opciones de resolución lineal que van desde 0,063 a 7,5 μin de recorrido lineal por paso. Las ofertas disponibles pueden diferir en su capacidad para manejar cargas radiales y de momento, la capacidad para integrar otros dispositivos, la visibilidad de las piezas giratorias, las opciones de montaje y la capacidad de personalización, por lo que es aconsejable considerar sus necesidades en estas áreas antes de comprar uno.

Manipulación de cargas radiales y de momento. Aunque la mayoría de las aplicaciones relacionadas implican cargas axiales, un sistema correctamente ajustado debería poder lograr cargas radiales o de momento del cinco al diez por ciento de la carga axial. Si su aplicación requiere manejo de carga radial y de momento, busque actuadores con bujes integrados u otras características que brinden esta capacidad de "carga lateral".

Integración de dispositivos externos. Ciertamente, existe una tendencia hacia la integración de múltiples dispositivos para mejorar el control y reducir los costos de mantenimiento. Puede ser deseable, por ejemplo, conectar codificadores lineales a la parte posterior del motor paso a paso. Para mantener esta opción abierta, evite ensamblajes en los que el tornillo se extienda por la parte posterior del motor.

Montaje. Si está reemplazando motores existentes, puede ahorrarse algunos problemas comprando un motor con patrones de orificios para pernos estándar NEMA. Las posiciones de los orificios siempre se pueden personalizar, pero comenzar con el estándar NEMA le ahorrará problemas en la compra inicial y en el futuro.

personalizaciónAdemás de la personalización del patrón de orificios para pernos, las opciones de personalización incluyen mecanizado de extremos, cableado, cableado y conectores.

Si tiene recursos capacitados internamente, construir su propia guía antirrotacional para su actuador de tornillo de avance motorizado integrado podría tener algunas ventajas de costo a corto plazo; sin embargo, la compra de un actuador lineal de motor paso a paso integrado lo llevará a la producción más rápido y proporcionará un movimiento más preciso y confiable, mientras reduce el mantenimiento a largo plazo y el costo total de propiedad.

Este artículo fue escrito por Julian Anton, ingeniero de diseño, en Thomson Industries, Wood Dale, IL. Para obtener más información, haga clic aquí.

Este artículo apareció por primera vez en la edición de febrero de 2019 de Motion Design Magazine.

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