Introducción
Los motores eléctricos utilizados en el mecanizado CNC y la automatización contemporáneos convierten la energía eléctrica en el movimiento mecánico preciso necesario para fabricar cualquier cosa, desde implantes médicos hasta componentes aeroespaciales. Los servomotores y los motores de husillo son dos de los tipos de accionamiento más utilizad mente en este campo. Están diseñados para fines muy diferentes —uno para el posicionamiento y el control de la alimentación, y el otro para la rotación de herramientas a alta velocidad— a pesar de que ambos transforman la energía eléctrica en trabajo mecánico. La selección del accionamiento puede influir significativamente en el tiempo de ciclo, la fiabilidad general del sistema y la calidad del acabado superficial.
Principios básicos y modos de funcionamiento
Cómo funcionan los servomotores
Por lo general, un sistema de control de bucle cerrado incluye un servomotor. El rotor se acciona a posiciones angulares, velocidades o pares precisos mediante impulsos eléctricos controlados por un encoder de retroalimentación. Debido a su alto grado de control, los servos son perfectos para el seguimiento de contornos, ejes de alimentación y otras aplicaciones en las que son esenciales una rápida aceleración, una baja caída de velocidad y una capacidad de par de sobrecarga.
Cómo funcionan los motores de husillo
Por otro lado, los motores de husillo dan prioridad a una potencia de salida constante en un amplio rango de velocidades. A menudo adoptan la forma de motores síncronos o asíncronos de alta precisión que se conectan directamente al eje del husillo de la máquina. Su capacidad para optimizar la potencia a altas velocidades y mantener un par adecuado a bajas velocidades es lo que los hace únicos. Esto permite que las herramientas de corte de tornos, rectificadoras y cabezales de fresado giren suavemente a altas velocidades.
Características clave de rendimiento
Par, velocidad y precisión de control
- Servomotores: con tiempos de respuesta rápidos (normalmente inferiores a 5 ms) y un bajo error de velocidad estática (inferior al 0,5 %), están diseñados para proporcionar un par constante hasta la velocidad nominal. Para superar la resistencia al corte, la capacidad de sobrecarga suele superar el triple del par nominal durante breves periodos de tiempo.
- Motores de husillo: Para garantizar que las herramientas mantengan la fuerza de corte en todas las bandas de rpm, están diseñados para mostrar una curva de potencia constante, en la que el par disminuye a medida que aumenta la velocidad. La velocidad de respuesta permite ajustes rápidos de las rpm para cambios de herramienta o paradas de seguridad, y la precisión de la velocidad suele estar dentro del ±1 %.
Potencia de salida y regiones de potencia constante frente a par constante
| Característica | Servomotor | Motor del husillo |
|---|---|---|
| Característica del par | Par constante hasta la velocidad nominal | Potencia constante en todo el rango de velocidad |
| Rango de regulación de velocidad | Muy amplio, a menudo de 0 a 5000 rpm | Amplio, pero optimizado para altas rpm |
| Sistema de retroalimentación | Bucle cerrado basado en encoder | Bucle abierto o encoder para retroalimentación de rpm |
| Capacidad de sobrecarga | Alta (3 veces el par nominal) | Moderada (limitada por la refrigeración) |
| Bucle de control típico | Control de posición/velocidad/par | Control de velocidad (región de potencia constante) |
Escenarios de aplicación
Casos de uso ideales para servomotores
Los servoaccionamientos destacan en aplicaciones en las que es fundamental un posicionamiento preciso y un control dinámico del movimiento. Algunos ejemplos típicos son:
- Articulaciones de robots y ejes de recogida y colocación
- Fresado y grabado de contornos a alta velocidad
- Mesas de imagen médica y escáneres láser
- Maquinaria de embalaje, etiquetado y textil
Casos de uso ideales para motores de husillo
Los motores de husillo accionan el elemento de corte rotativo en herramientas que requieren un funcionamiento suave y a altas revoluciones por minuto:
- Centros de torneado CNC y tornos
- Rectificadoras de alta precisión
- Cabezales de fresado y husillos de taladrado
- Ciclos automatizados de roscado y escariado
Análisis comparativo
Ventajas y limitaciones de cada tipo de motor
Servomotores
- Ventajas: Excepcional precisión de control; alto par a bajas velocidades; respuesta dinámica; resistencia a sobrecargas.
- Inconvenientes: mayor coste por kW; requieren un encoder y una electrónica de accionamiento sofisticada.
Motores de husillo
- Ventajas: optimizados para una potencia constante a alta velocidad; electrónica de accionamiento más sencilla; menor ruido.
- Desventajas: Par limitado a bajas velocidades; menos adecuados para tareas de posicionamiento.
Criterios de decisión: Adaptación del motor a la tarea
- Perfil de movimiento: Posición frente a rotación
- Rango de velocidad: par a baja velocidad frente a potencia a alta velocidad
- Necesidades de precisión: precisión en bucle cerrado frente a estabilidad de velocidad
- Restricciones presupuestarias: Costes de accionamiento y mantenimiento
Conclusión
En la maquinaria automatizada, los motores de husillo y los servomotores tienen funciones diferentes pero complementarias. Los accionamientos de husillo proporcionan la rotación de alta velocidad y potencia constante necesaria para las operaciones de corte, mientras que los servomotores ofrecen un rendimiento dinámico y precisión para el control de los ejes. Puede elegir la mejor tecnología de accionamiento para su aplicación sopesando los requisitos de movimiento, los rangos de velocidad y las exigencias de precisión, además de las consideraciones financieras y de mantenimiento. Esto aumentará el rendimiento, la calidad y el valor a largo plazo.
