Cilindro electrico también conocido como actuador lineal industrial, es una de las soluciones de movimiento lineal que necesita un accionamiento de alta velocidad con gran fuerza. El diseño de un cilindro eléctrico para una máquina prensadora implica varias consideraciones clave, incluidos los requisitos de fuerza, la longitud de la carrera, la velocidad, la precisión y el control. A continuación se muestra una guía paso a paso para diseñar un cilindro eléctrico para una aplicación de prensado:
1. Definir los requisitos de la aplicación
Fuerza (kN o lbs): Determine la fuerza de presión máxima requerida.
Longitud de carrera (mm o pulgadas): Hasta qué punto debe extenderse/retraerse el cilindro.
Velocidad (mm/s o in/s): Velocidad lineal deseada durante la operación.
Ciclo de trabajo: Operación continua o intermitente.
Precisión (mm o pulgadas): Precisión de posicionamiento requerida (por ejemplo, ±0,01 mm).
Medio ambiente: Temperatura, polvo, humedad, etc.
2. Seleccione el tipo de cilindro eléctrico
Los cilindros eléctricos vienen en diferentes configuraciones:
Impulsado por husillo de bolas: alta precisión, gran fuerza, velocidad moderada.
Impulsado por husillo: menor costo, menor eficiencia, adecuado para cargas más livianas.
Impulsado por correa: Alta velocidad, menor capacidad de fuerza.
Motor lineal: Ultra alta velocidad y precisión, caro.
Para máquinas de prensar, Cilindros eléctricos accionados por husillo de bolas. Se utilizan comúnmente debido a su alta fuerza y precisión.
3. Selección de motor eléctrico
Servomotor: Alta precisión, control dinámico, ideal para aplicaciones de prensado.
Motor paso a paso: Menor costo, adecuado para aplicaciones más simples con control de bucle abierto.
Motor AC/DC con codificador: Para control básico de velocidad/posición.
Parámetros clave del motor:
Torque (Nm o lb-in): debe cumplir con los requisitos de fuerza.
Velocidad (RPM): debe coincidir con la velocidad lineal requerida.
Potencia (kW o HP): depende de la fuerza y la velocidad.
Cálculo de fuerza:
F=2π×Par del motor×Eficiencia/Avance del tornillo
donde:
f= Fuerza lineal (N)
Avance del tornillo = Distancia recorrida por revolución (mm/rev)
Eficiencia (~90% para husillos de bolas)
4. Consideraciones de diseño mecánico
Marco y carcasa: Deben resistir fuerzas de presión sin deflexión.
Rieles guía: rodamientos lineales o rieles perfilados para un movimiento suave.
Topes finales: Límites mecánicos para protección de sobrecarrera.
Acoplamientos y montaje: Asegúrese de que haya una alineación adecuada entre el motor y el tornillo.
5. Sistema de control
PLC o Motion Controller: Para ciclos de prensado automatizados.
Retroalimentación de fuerza y posición: celdas de carga o sensores de presión para control de circuito cerrado.
Interfaz HMI: Para entrada y monitoreo del operador.
Ejemplo de secuencia de prensado:
Aproximación rápida (alta velocidad, baja fuerza).
Prensado (fuerza/velocidad controlada).
Tiempo de permanencia (fuerza de retención).
Retraer.
6. Características de seguridad
Protección contra sobrecarga: Límites de par en servoaccionamientos.
Parada de Emergencia: Corte de energía en caso de falla.
Frenos mecánicos: evitan la marcha atrás en aplicaciones verticales.
7. Ejemplo de cálculo
Escenario:
Fuerza requerida: 10 kN
Longitud de carrera: 200 mm
Velocidad: 50 mm/s
Paso del husillo de bolas: 10 mm/rev.
Precisión de posicionamiento deseada: ±0,02 mm
Pasos:
Cálculo del par del motor:
Par=F×Plomo/2π×Eficiencia=10.000N×0,01m/2π×0,9≈17,7Nm(Agregue un margen de seguridad del 20 al 30 % → se requieren ~22 Nm).
RPM del motor:
RPM=Velocidad lineal (mm/s)×60/Paso (mm/rev)=50×60/10=300RPMRPM=Paso (mm/rev)Velocidad lineal (mm/s)×60=1050×60=300RPMSelección de motores:
Un servomotor con Par ≥22 Nm y ≥300rpm (por ejemplo, 400W-750W servomotor con caja de cambios si es necesario).
8. Ventajas de los cilindros eléctricos en máquinas prensadoras
Control preciso de fuerza y posición (frente a hidráulico/neumático).
Eficiencia energética (no se necesita presión de fluido constante).
Limpio y de bajo mantenimiento (sin fugas de aceite ni compresores de aire).
Programable (perfiles de prensa flexibles).
9. Desafíos potenciales
Mayor coste inicial que el hidráulico/neumático.
Generación de calor en ciclos de trabajo alto (puede requerir enfriamiento).
Fuerza limitada en comparación con los grandes sistemas hidráulicos.
Conclusión
un cilindro eléctrico para una máquina de prensar debe diseñarse en base a:
• Requisitos de fuerza, velocidad y carrera.
• Necesidades de precisión y control.
• Selección adecuada de motor y tornillo.
• Integración con sistemas de seguridad y retroalimentación.
Para aplicaciones de servicio pesado (p. ej., >50 kN), los sistemas hidráulicos aún pueden ser preferibles, pero los cilindros eléctricos destacan en el prensado de precisión (p. ej., ensamblaje de componentes electrónicos, fabricación de dispositivos médicos).
