At a Glance:

• Los accionamientos guiados tienen la capacidad de levantar, presionar, tirar, empujar, sujetar, parar, sujetar, cortar y separar.
• Las correderas guiadas van bien cuando se requiere precisión y repetibilidad.
• Las guías y los accionamientos pueden utilizarse en una amplia gama de aplicaciones de empaquetado y colocación.

Los accionamientos y las guías neumáticas son los caballos de batalla de la automatización industrial. Están bien probados y pueden adaptarse a una creciente gama de aplicaciones en las que la adición de la guía mejora el rendimiento. También son rentables, con muchas variantes y opciones de configuración que garantizan una gran fiabilidad y longevidad.

Un accionamiento guiado (izquierda) incluye vástagos de guía y no requiere montaje, pero muchas unidades de guía como este actuador FENG y el cilindro estándar de Festo (derecha) sí requieren montaje.

Accionamientos y correderas

A diferencia de los accionamientos estándar, los accionamientos guiados neumáticos mantienen una estabilidad total y las correderas guiadas neumáticas proporcionan una mayor estabilidad y precisión, todo lo cual es fundamental en muchas funciones de pick and place. Con ambos tipos de actuadores, la adición de estabilización para el vástago del pistón garantiza un mejor rendimiento y una mayor vida útil que las alternativas no estabilizadas. El mercado de los accionamientos guiados y las guías está creciendo a medida que los ingenieros se dan cuenta de que es más fácil y más conveniente comprar un solo producto con movimiento lineal y guiado en lugar de comprar ambas funciones por separado.

En un accionamiento neumático estándar, el vástago del pistón crea un movimiento lineal y puede girar libremente mientras se extiende y se retrae. En muchas aplicaciones industriales, esa rotación es irrelevante; pero no es deseable si el usuario necesita estabilidad, como mantener una herramienta de estampado perfectamente paralela al artículo que se está estampando. Además, si el vástago del pistón aplica fuerza sobre un objeto, la resistencia que encuentra puede crear una fuerza lateral o un par de torsión contra el conjunto del actuador.

Por ejemplo, si el actuador está posicionando una sierra circular que corta madera, las fuerzas externas sobre el actuador cuando el vástago del pistón está extendido pueden crear desviaciones que provocan un corte imperfecto. Esto genera un desgaste excesivo en la sierra y el cilindro.

Los accionamientos guiados suelen realizar una de estas tres sencillas tareas: parar, elevar o empujar.

Los accionamientos neumáticos guiados tienen un solo pistón, cuya estabilidad está garantizada por dos vástagos guía. Estos vástagos guía suelen ir sobre conjuntos de casquillos o cojinetes de bolas para conseguir estabilidad. Los vástagos guía y el pistón se unen a un yugo que sujeta el utillaje, impidiendo que el pistón se tuerza o gire si se aplica una fuerza lateral para lograr la estabilidad operativa. Estos accionamientos se encuentran en aplicaciones de elevación, prensado, tracción, empuje, sujeción, parada, retención, corte y separación. Están disponibles en muchos tamaños y variantes, pueden sujetar casi cualquier tipo de herramienta, ofrecen longitudes de carrera de hasta 400 mm y pueden aplicar una gran fuerza cuando sea necesario.

Las guías se destacan en tareas en las que son esenciales altos niveles de precisión y repetibilidad, como en el ensamblaje de productos electrónicos o pequeñas piezas de automóviles, en la manipulación de alimentos y bebidas, y en aplicaciones de dispensación en otros sectores de proceso. Las guías tienen normalmente vástagos de pistón simples o dobles y un raíl de guía que se desplaza sobre rodamientos de bolas de precisión en la carcasa de la guía para conseguir un movimiento preciso y una exactitud repetible, a pesar de las cargas y pares laterales.

Las guías proporcionan el movimiento lineal, tanto si se fijan horizontal como verticalmente. Son excelentes herramientas acopladas a un pórtico, como las configuraciones de guías múltiples de doble eje (X, Z), y pueden añadirse a las configuraciones pick-and-place y piggyback, que tienen una guía montada encima de otra para realizar carreras más largas con paradas en el camino, a menudo sin adaptadores.

En aplicaciones dúplex, una minicarrera compacta acoplada a una pequeña pinza mecánica o a una ventosa suele ofrecer una precisión repetible de 0.01 mm y una linealidad y un paralelismo dentro del rango de 1/100 mm 0,01-mm a lo largo de millones de ciclos.

Los accionamientos neumáticos vienen en una variedad de configuraciones, incluyendo los no rotativos (izquierda), los no guiados (centro) y los guiados (derecha).

Las guías vienen en una gama de tamaños con diferentes opciones de montaje y muchas opciones de amortiguación para asegurar los tiempos de ciclo más cortos con vibraciones mínimas. En las comparaciones entre correderas guiadas y accionamientos y cilindros no giratorios con idéntico tamaño de orificio de pistón y longitud de carrera, las correderas guiadas son las más grandes y pesadas de las opciones con guía de pistón incorporada, gracias a sus guías anchas y planas que proporcionan un movimiento altamente preciso.

Asumiendo el mismo diámetro de orificio (20 mm) para el vástago del pistón y la misma longitud de carrera (50 mm), la corredera guiada tiene el perfil más grande (huella o longitud, altura y anchura). Los accionamientos guiados se sitúan en un punto intermedio, siendo más pequeños que una corredera guiada y más grandes que un cilindro no giratorio.

Comparando un cilindro no giratorio, un accionamiento guiado y una corredera guiada, todos ellos con el mismo diámetro del vástago (20 mm), la misma longitud de carrera (50 mm) y una fuerza extendida de 188 N (véase el gráfico), la relación fuerza-peso del accionamiento no giratorio es del 65%, la del accionamiento guiado es del 16% y la de la corredera guiada es del 15%. Por lo tanto, un cilindro no giratorio sería más pequeño y menos costoso, pero para capacidades de carga de par más elevadas o de precisión, se necesita una corredera o un accionamiento guiado, que serían más grandes para el mismo diámetro/carrera. La adición de la guía añade más peso en relación con el accionamiento no giratorio para proporcionar más estabilidad.

Alternativas a los actuadores guiados

Los cilindros no giratorios y las combinaciones de guías externas y cilindros estándar se consideran a menudo alternativas a los accionamientos y guías neumáticas. Tienen capacidades de carga limitadas, por lo que son más adecuados para aplicaciones que requieren mantener una orientación específica pero con cargas pequeñas.

Los accionamientos no giratorios y los cilindros con vástagos no giratorios son menos costosos, pero los accionamientos guiados y las correderas son más duraderos y precisos y pueden soportar mayores cargas laterales y pares. Cuando se realiza la misma función, como levantar una carga o mover una pinza, el accionamiento no giratorio tendrá la mayor cantidad de deflexión por el juego del rodamiento y la fuerza lateral. La desviación en este caso es la distancia que el pistón o la placa frontal se mueve debido al juego con los rodamientos o a cualquier fuerza externa. Un aumento de la deflexión significa una disminución de la precisión.

Una guía externa puede ser emparejada con una mayor gama de cilindros para manejar una variedad de tareas y situaciones como la sujeción, los cojines de aire ajustables y el trabajo a altas temperaturas, pero los dos deben estar conectados. Las guías y los accionamientos guiados tienen menos opciones de configuración y un ámbito de rendimiento más limitado, pero también son más baratos. En las aplicaciones de recogida y colocación, podría considerarse un cilindro compacto no guiado con su pistón de rotación libre, pero no garantizará el posicionamiento y la orientación constantes de las piezas que se mueven tan bien como lo haría un minicarril guiado.

Guiado neumático y eléctrico

Los accionamientos y carros guiados neumáticos y eléctricos pueden realizar misiones similares pero tienen puntos fuertes diferentes. Con una fuente de aire comprimido adecuadamente escalada y bien mantenida, los accionamientos neumáticos ofrecen mayores densidades de fuerza y velocidades para un menor coste de instalación y funcionamiento, junto con una mayor vida útil.

Comparando los actuadores de minicarros neumáticos y eléctricos similares, la versión neumática es más corta con menores tiempos de posicionamiento. Las versiones eléctricas ofrecen una parada y un arranque más suaves, un perfil de accionamiento programable y velocidades constantes y precisas. Por regla general, los accionamientos y carros neumáticos ocupan menos espacio. Hoy en día, la gestión de la energía y el diagnóstico del aire comprimido pueden reducir el uso de aire y el mantenimiento no programado y el tiempo de inactividad, lo que los convierte en una opción más económica.

La eficiencia relativa es una consideración primordial a la hora de hacer la elección de ingeniería correcta entre los accionamientos neumáticos con guiado potencialmente adecuados.

Las miniguías neumáticas son útiles para realizar movimientos precisos en espacios reducidos.

El ejemplo (abajo) compara los precios de un cilindro no giratorio, un accionamiento guiado y un carro guiado ( todos los modelos base con el mismo pistón de 20 mm y carrera de 50 mm, y el porcentaje de la guía utilizado cuando se somete a idénticas condiciones de carga compensada. A efectos de este ejemplo, el cilindro no giratorio está al 100% de utilización de la guía. Está en su límite y es una mala elección en cuanto a su capacidad para soportar la carga desplazada. La corredera guiada es la más cara de las tres, y con sólo un 12% de uso de la guía, tiene un rendimiento superior para esta aplicación. El accionamiento guiado alcanza un 54% de uso de la guía y, aunque cuesta aproximadamente 2,5 veces más que el cilindro no giratorio, ofrece la mejor relación coste-rendimiento de las tres opciones.

Accionamientos guiados para todos los escenarios

El crecimiento en el uso de accionamientos y guías neumáticas refleja su utilidad para una extraordinaria gama de tareas. Estos actuadores están disponibles tanto en modelos estándar como en modelos especiales o personalizados, y en versiones métricas y en pulgadas.

Los modelos estándar representan la mitad del mercado y son rentables para la mayoría de las aplicaciones. La mayoría no necesitan mantenimiento y apenas requieren montaje. Muchos están disponibles con una selección de guías de cojinetes lisos para una alta rigidez o guías de cojinetes de bolas recirculantes para aplicaciones con cargas de par. Los modelos básicos son extremadamente versátiles y ocupan menos espacio para las fuerzas que proporcionan que las alternativas. Estos accionamientos básicos están disponibles en muchos tamaños, con muchas combinaciones de diámetro de pistón y longitud de carrera. Las longitudes de carrera de hasta 200 mm suelen considerarse productos estándar. Existen versiones más grandes con longitudes de carrera de hasta 400 mm. Estas versiones más grandes incluyen una selección de opciones de amortiguación y amortiguación final, incluyendo amortiguación de aire ajustable manualmente y, en algunos modelos, autoajustable.

También hay modelos y variantes especiales para alimentos secos y zonas de salpicaduras, aplicaciones de salas limpias y ATEX, y variantes con diseños resistentes al calor. Los accionamientos higiénicos para aplicaciones alimentarias y farmacéuticas ofrecen la misma facilidad de limpieza y resistencia a la corrosión que los cilindros higiénicos estándar, así como una lubricación conforme a la norma NSF-H1. Los actuadores guiados higiénicos tienen un diseño suave y limpio que no permite que se acumule agua, suciedad o polvo en ellos.

La serie de modelos base DFM de Festo es un popular actuador guiado neumático.

Muchas de las mismas ventajas de los grandes actuadores guiados están disponibles en los actuadores mini guiados, en los que basta con una longitud de carrera corta y menos fuerza, y el espacio es escaso. Los modelos especialmente compactos ofrecen longitudes de carrera de sólo 5-30 mm.

Dos minicarros DGSL de Festo están montados en un eje eléctrico en la unidad de carga lateral de una máquina de embalaje.

Los carros guiados ofrecen una variedad similar, con modelos estándar y especiales y opciones que pueden ajustarse a la mayoría de las aplicaciones. La gama incluye modelos base con longitudes de carrera de hasta 200 mm y múltiples opciones de amortiguación, diseños planos y delgados, y modelos ultracompactos de hasta 8 mm de ancho con longitudes de carrera de 1 a 10 mm. Estos últimos son ideales para pequeñas aplicaciones de «pick and place» y otras de carrera corta. El desarrollo de correderas guiadas cada vez más compactas refleja la tendencia de la industria, especialmente en el montaje de componentes electrónicos, hacia la miniaturización, que requiere que las minicorrederas guiadas y las microrrederas funcionen con la misma precisión, repetibilidad y larga vida útil que los actuadores de mayor tamaño.

Elegir el accionamiento adecuado

Un software como la herramienta de dimensionamiento neumático de Festo (que se encuentra en el catálogo online de la empresa, en la pestaña azul «Engineering») ayuda a los clientes en la selección y configuración de los productos neumáticos. Los clientes pueden introducir los parámetros de su aplicación, factores como la carga a mover, la distancia y la velocidad, y la presión de funcionamiento. Se les proporcionan recomendaciones de productos adecuados, así como una idea del tipo de amortiguación que se ajusta a sus necesidades, desde un simple parachoques o amortiguador hasta una amortiguación neumática ajustable manualmente o autoajustable. Esta herramienta de dimensionamiento también aborda el uso de guías de rodamientos, proporcionando una indicación de si los estilos de cojinetes lisos o de bolas se adaptarían mejor a sus requisitos de funcionamiento.

y para los accionamientos y guías neumáticas está creciendo constantemente, lo que refleja la mayor expansión de la automatización y las mejoras en el diseño de los actuadores. Estos actuadores son una excelente opción cuando se dispone de energía de aire comprimido. Son competitivos en costes, fáciles de configurar e instalar, a menudo no necesitan mantenimiento y son robustos, lo que garantiza una larga vida útil. Son versátiles y están disponibles en una amplia gama de tamaños de pistón y longitudes de carrera, con modelos básicos que se adaptan a la mayoría de las aplicaciones y variantes especiales para muchas otras. Su capacidad de guiado ya está diseñada e incorporada, por lo que la necesidad de montaje es mínima o nula. No es exagerado decir que hay un accionamiento o carro guiado para la mayoría de las aplicaciones que requieren estabilidad y/o precisión repetible.

Darren O’Driscoll, Michael Guelker y Julian Beckler son directores de producto, y Thomas Martin dirige la gestión de producto (actuadores de vástago), en Festo AG &Co.