Un cilindro sin vástago con cojinetes de aire se entiende con mayor precisión como un eje lineal sin vástago guiado por cojinetes de aire. La disposición sin vástago describe dónde se encuentra el carro móvil; el cojinete de aire describe cómo se guía ese carro. Un motor lineal, una bobina móvil, un pistón neumático u otro actuador pueden proporcionar el empuje, mientras que un encoder y un controlador determinan las prestaciones de posicionamiento.
La distinción es importante. La etapa A-142 de PI combina una guía precargada por aire con accionamiento de bobina móvil y encoder lineal, mientras que el CY3B de SMC es un cilindro neumático de acoplamiento magnético que necesita una guía externa para la carga (PI, 2026; SMC, consultado en 2026). No son clases de producto intercambiables.
Puntos clave
- «Sin vástago» describe el conjunto de movimiento; «cojinete de aire» describe la interfaz de guiado.
- El A-142 de PI separa un accionamiento de bobina móvil, un cojinete de aire y un encoder de 5 nm.
- Carga, rigidez, fuerza de accionamiento, precisión, caudal de aire y protección ante pérdida de presión requieren comprobaciones independientes.
- Los valores de catálogo dependen del modelo y no son límites universales de los cojinetes de aire.
¿Qué es un cilindro sin vástago con cojinetes de aire sin contacto?
SMC ofrece la familia CY con nueve diámetros de 6 a 63 mm y carreras estándar de hasta 1.000 mm, pero la página del CY3B indica que la carga debe utilizar una guía externa. Esta especificación demuestra por qué «cilindro sin vástago» por sí solo no identifica la tecnología de guiado (SMC, consultado en 2026).
Un cilindro neumático sin vástago convencional convierte la presión de la cámara en empuje lineal. El pistón puede acoplarse mecánicamente a través de una ranura sellada o magnéticamente a través de la pared del tubo. Su carro sigue necesitando un medio para soportar cargas radiales y momentos de cabeceo, guiñada y alabeo. Algunos productos integran guías de rodadura o deslizamiento; los cilindros básicos dependen de una guía independiente de la máquina.
Un eje sin vástago con cojinetes de aire sustituye esa interfaz de guiado con contacto por una película de gas presurizada externamente. «Sin contacto» se aplica a las superficies de cojinete diseñadas mientras se mantengan la presión adecuada y la holgura especificada. No demuestra que todos los elementos de la máquina carezcan de contacto. Las cadenas portacables, los topes finales, los contrapesos, las juntas y los útiles de proceso pueden seguir conteniendo piezas en contacto.
El término tampoco indica qué genera el empuje. El PI A-142 utiliza una bobina móvil. El FiberGlide 3D de Aerotech utiliza un servomotor lineal sin escobillas. Un sistema a medida podría combinar una guía de aire con accionamiento neumático, pero las juntas del pistón y la válvula de control seguirían siendo componentes neumáticos. Para conocer las disposiciones convencionales, compare la guía de cilindros sin vástago de acoplamiento magnético con la guía de mesas neumáticas sin vástago.
La especificación más clara es «eje lineal sin vástago guiado por cojinetes de aire», seguida de descripciones independientes del accionamiento, la realimentación y la seguridad. Esta redacción evita que compras suponga que una página conocida de cilindros neumáticos garantiza precisión, limpieza o capacidad de carga propias de cojinetes de aire.
¿Cómo soporta y controla la carga la película de aire?
PI especifica para su A-142 una presión de funcionamiento de 445 a 515 kPa, un consumo de aire de hasta 28 L/min y una fuerza máxima admisible de empuje en Z de 30 N a la presión indicada del cojinete. Estos valores vinculados demuestran que presión, caudal, carga y geometría de la película deben evaluarse conjuntamente (PI, 2026).
Un cojinete aerostático introduce aire comprimido por orificios, ranuras o medios porosos antes de que comience el movimiento relativo. El restrictor y la pequeña holgura del cojinete crean una distribución de presión sobre el área proyectada. La fuerza útil de sustentación es la presión por encima del ambiente integrada en esa área:
Aquí, es la carga soportada en newtons, es la presión absoluta local de la película en pascales, es la presión absoluta ambiente y es el área efectiva del cojinete en metros cuadrados. Esta relación es conceptual salvo que se conozca la distribución real de presión. Multiplicar la presión de alimentación por toda el área de la placa suele sobreestimar la carga utilizable.
La palabra aerostático es importante. Los cojinetes hidrodinámicos o aerodinámicos generan presión de sustentación mediante el movimiento relativo de las superficies y una geometría convergente. Una etapa lineal de precisión que debe flotar en reposo normalmente depende de una fuente de presión externa. La ecuación de Bernoulli por sí sola no permite dimensionar su carga ni su estabilidad.
La compensación mediante orificios y mediante material poroso se comporta de forma distinta al cambiar la holgura. New Way explica que el medio poroso distribuye el aire a través de numerosos pasos pequeños, mientras que su comparación técnica indica que los cojinetes de orificio pueden volverse inestables o perder rigidez cuando se restringe la holgura (informe técnico de New Way, consultado en 2026). Deben utilizarse las curvas de carga frente a holgura, rigidez y caudal del fabricante para el cojinete elegido.
La precarga proporciona control bidireccional a la guía. Pueden emplearse cojinetes opuestos, gravedad, imanes, flexuras o vacío. Un cojinete precargado por vacío utiliza presión negativa para oponerse a la fuerza positiva del cojinete, de modo que una sola superficie guía controla la altura de flotación y la rigidez (New Way, consultado en 2026). La precarga consume parte del margen de carga disponible.
Accionamiento, guía, realimentación y seguridad son funciones independientes
El PI A-142 combina cuatro funciones trazables: 5 N de fuerza de accionamiento típica en cada sentido, una guía precargada por aire, resolución de encoder de 5 nm y la recomendación de conectar un sensor de presión de aire a la parada de emergencia del controlador. Ninguno de esos valores sustituye a otro (PI, 2026).
Esta separación cambia la forma de leer las especificaciones:
- La fuerza de accionamiento determina la aceleración, el rechazo de perturbaciones y la capacidad de fuerza de proceso a lo largo del eje.
- Las capacidades de carga y momento del cojinete determinan si el carro permanece dentro de la holgura admisible.
- El encoder y la calibración determinan qué puede medir y corregir el controlador.
- La geometría mecánica determina rectitud, planitud, cabeceo, guiñada y error de Abbe en el punto de interés.
- El sistema de aire y los enclavamientos determinan si el cojinete puede mantenerse separado con seguridad durante funcionamiento y parada.
La resolución del sensor no es la precisión de posicionamiento. PI especifica para el A-142 una resolución de sensor de 5 nm, pero una precisión de posicionamiento calibrada de ±0,2 µm y una repetibilidad bidireccional de 0,1 µm. Sus notas también vinculan la precisión calibrada con la compensación del controlador y advierten que no incluye deriva térmica. La guía de detección de posición explica por qué la tecnología de realimentación y el resultado final deben declararse por separado.
¿Cómo interactúan carga, momento, rigidez y fuerza de accionamiento?
New Way especifica para su cojinete precargado por vacío de 50 mm una carga ideal de 45 N, rigidez de 13 N/µm, caudal de 0,97 NL/min y fuerza máxima de retención de 73 N con un vacío de 50,7 kPa. Una misma fila contiene cuatro límites distintos porque ningún valor único de «capacidad de carga» describe todo el eje (New Way, consultado en 2026).
Se comienza con los seis componentes de carga en el carro: tres fuerzas y tres momentos. La masa de la carga útil por sí sola no basta. El descentramiento del útil convierte la fuerza de proceso en un momento y la aceleración añade fuerza de inercia. En la dirección de movimiento:
es la fuerza requerida del actuador en newtons, la masa desplazada en kilogramos, la aceleración objetivo en metros por segundo al cuadrado, la resistencia útil del proceso, las fuerzas de cables o mangueras y el margen para la incertidumbre declarada. La baja fricción de guiado del cojinete no elimina estas fuerzas.
La rigidez estática describe cuánto se deforma la guía cuando cambia la carga cerca de un punto de funcionamiento:
Aquí, es la rigidez vertical en newtons por metro o por micrómetro, la carga soportada y el espesor de la película de aire. El signo negativo refleja la convención habitual: al aumentar la carga se reduce la holgura. Debe usarse la curva del fabricante porque el restrictor, la presión, la precarga, la geometría y la holgura determinan la derivada.
¿Qué ocurre durante un barrido rápido? La rigidez dinámica, los modos estructurales, el ancho de banda del servo, la amortiguación de película comprimida y las fuerzas del bucle de servicios pueden importar más que la cifra estática. Una curva estática de sustentación no garantiza el tiempo de estabilización.
| Especificación | Qué responde | Qué no responde |
|---|---|---|
| Carga ideal o nominal | Punto previsto de funcionamiento estable | Supervivencia a impactos o capacidad de momento |
| Carga máxima | Límite declarado en condiciones definidas | Precisión en ese límite |
| Rigidez estática | Pequeña deformación ante un cambio de carga | Resonancia dinámica o estabilización del servo |
| Fuerza de accionamiento | Empuje disponible en el sentido de movimiento | Capacidad de carga y momento del cojinete |
| Resolución del encoder | Incremento mínimo de realimentación | Precisión o repetibilidad del sistema |
| Precisión y repetibilidad | Resultados de posicionamiento del modelo | Prestaciones con otro montaje o condiciones térmicas |
Según nuestra experiencia, el croquis más útil para una RFQ muestra el centro de gravedad de la carga, el punto de aplicación de la fuerza de proceso, la carrera, la orientación, el perfil de aceleración y la salida de los cables. Masa y carrera por sí solas ocultan los dos detalles que a menudo gobiernan el diseño: el momento de vuelco y la fuerza del bucle de servicios.
¿Qué calidad de aire y qué protección ante pérdida de presión se necesitan?
Aerotech especifica 80 psi ±5 psi, un consumo máximo de 53,1 SL/min para un FiberGlide de tres ejes, punto de rocío a presión de 0 °F y filtración de 0,25 µm o mejor. También exige un presostato en línea conectado a la parada de emergencia del controlador (Aerotech FiberGlide 3D, consultado en 2026).
Son requisitos de FiberGlide, no objetivos universales. PI indica para el A-142 de 445 a 515 kPa, 28 L/min como caudal máximo, filtración de 1,0 µm o mejor, aire sin aceite y punto de rocío de -15 °C. New Way suele indicar aire limpio y seco a 60 psi. El paquete correcto de preparación del aire procede del manual del cojinete o etapa seleccionado.
Especifique la cadena de servicios desde la red de planta hasta el cojinete:
- Presión y caudal disponibles durante la demanda simultánea de la máquina
- Grado de filtración y supervisión del estado del elemento
- Requisitos de aceite y aerosoles
- Punto de rocío a presión en la presión de servicio relevante
- Regulador local, manómetro, presostato e indicación de caudal
- Diámetro interior, longitud, radio de curvatura y pérdida de presión de la manguera
- Secuencia de arranque, parada normal, parada de emergencia y pérdida de aire
La pérdida de aire es un suceso mecánico. Si la presión cae por debajo del umbral del fabricante, el carro puede tocar la guía mientras el accionamiento aún genera fuerza. El sistema de control debe retirar o controlar el empuje antes de que se produzca un movimiento dañino. Según la orientación y la evaluación de riesgos, el diseño también puede necesitar freno, contrapeso, superficie de apoyo, volumen de aire retenido o posición de estacionamiento controlada. Estas funciones deben diseñarse; la expresión «cojinete de aire» no las implica.
Las instrucciones de cuidado de New Way indican que no deben utilizarse sus productos sin presión de aire y exigen aire limpio y seco, sin humedad ni contaminantes (New Way, consultado en 2026). Para las definiciones de contaminantes de planta, utilice la guía de calidad del aire comprimido ISO 8573-1 y aplique después el requisito más estricto del producto cuando corresponda.
¿Dónde encaja mejor un eje sin vástago con cojinetes de aire?
Las especificaciones publicadas abarcan máquinas muy distintas: el PI A-142 tiene 10 mm de carrera y capacidad de carga Z de 30 N, mientras que el IGM de doble carro de Aerotech tiene 1 m de carrera y capacidad de 50 kg por carro. Este intervalo demuestra que la selección depende del modelo, no una prestación universal de los cojinetes de aire (PI, 2026; Aerotech, consultado en 2026).
Los ejes con cojinetes de aire tienen sentido cuando el movimiento suave con pocas perturbaciones, la precisión geométrica, un ciclo de trabajo elevado o el guiado sin lubricante justifican el trabajo adicional de servicios e integración. Entre las aplicaciones habituales están el escaneado óptico, la metrología de superficies, la alineación fotónica, la inspección de semiconductores y el procesado láser de precisión. La aplicación sigue necesitando una evaluación de contaminación basada en evidencias.
New Way informa de que un ensayo de uno de sus cojinetes precargados por vacío cumple los límites de partículas ISO Clase 3, y Aerotech indica que FiberGlide puede cumplir una clase de sala limpia con la integración adecuada. Son afirmaciones de producto y sistema en condiciones de ensayo o integración determinadas. No demuestran «cero partículas» en todas las máquinas, especialmente cuando cables, motores, frenos, útiles de proceso y aire de entrada siguen formando parte del sistema.
| Pregunta de diseño | Cilindro neumático sin vástago convencional | Eje sin vástago guiado por cojinetes de aire |
|---|---|---|
| Motivo principal de elección | Fuerza y transferencia compactas de carrera larga | Movimiento suave de precisión y geometría de guiado |
| Accionamiento habitual | Pistón neumático | Motor lineal, bobina móvil o accionamiento a medida |
| Contacto de guiado | Guía de contacto externa o integrada | Película de aire diseñada sin contacto en funcionamiento normal |
| Posicionamiento | Finales de carrera o realimentación/control añadidos | Normalmente control en lazo cerrado con encoder |
| Dependencia de servicios | Aire comprimido para el empuje | Aire acondicionado para el cojinete más energía o aire de accionamiento |
| Riesgo al perder aire | Pérdida de fuerza o movimiento no controlado de la carga | Contacto del cojinete, además de riesgos de accionamiento y carga |
| Base de selección | Diámetro, presión, carrera, velocidad y carga de guía | Carga en seis ejes, rigidez, geometría, accionamiento, realimentación, aire y seguridad |
Un cilindro sin vástago estándar suele ser la mejor respuesta para transferencia sencilla, amarre, empuje y movimientos de carrera larga que no necesitan geometría de guiado de precisión. Consulte los tipos de cilindro neumático sin vástago disponibles antes de añadir la complejidad de un cojinete de aire. Para entornos limpios, compare toda la máquina con la guía de selección de componentes neumáticos para sala limpia.
La justificación empresarial más sólida rara vez es solo «menos fricción». Es el valor de un resultado de proceso medible —uniformidad de barrido, rectitud, tiempo de estabilización, guiado sin contacto o menor mantenimiento de guías— menos el coste del aire acondicionado, los controles, el montaje de precisión y la gestión segura del contacto durante una pérdida de presión.
Flujo de trabajo de selección y puesta en marcha
Aerotech indica una precisión calibrada de ±1 µm y repetibilidad de ±0,6 µm para su IGM de 1 m, mientras que el montaje y las especificaciones de movimiento forman parte de la misma definición de producto. La puesta en marcha debe demostrar el eje instalado frente al requisito de la aplicación, no limitarse a confirmar que el carro se mueve (Aerotech IGM, consultado en 2026).
Utilice esta secuencia de aceptación:
- Verificar la superficie de montaje, la secuencia de apriete, la orientación del carro y la dilatación térmica permitida.
- Medir la presión en la etapa durante la peor demanda simultánea, no solo en el regulador en reposo.
- Confirmar los ajustes de filtro, secador y presostato con el manual seleccionado.
- Hacer flotar el cojinete antes de habilitar el movimiento, conforme a la secuencia de arranque del fabricante.
- Comprobar el desplazamiento libre y la fuerza del bucle de servicios en ambos extremos y a mitad de carrera.
- Ajustar el servo con la carga real y medir precisión, repetibilidad, rectitud y estabilización en el punto de proceso.
- Probar la respuesta documentada ante pérdida de aire en condiciones seguras. Confirmar que se controlan la energía de accionamiento, la gravedad y las cargas de proceso.
- Registrar caudal, presión, ruido, temperatura y mapas de error de referencia para futuras comparaciones de mantenimiento.
No debe aceptarse una afirmación submicrométrica sin una definición del ensayo. Deben declararse carrera, carga, orientación, superficie de montaje, intervalo de temperatura, controlador, estado de compensación, instrumento de medida, método de muestreo y si el valor es precisión, repetibilidad, resolución o movimiento incremental mínimo. Estas denominaciones no son sinónimos.
Preguntas frecuentes sobre cilindros sin vástago con cojinetes de aire
La ficha FiberGlide de Aerotech especifica 80 psi ±5 psi y conexión del presostato a la parada de emergencia, mientras que el A-142 de PI utiliza otro intervalo de 445 a 515 kPa. Estas preguntas mantienen la terminología, las prestaciones y la preparación del aire vinculadas a la etapa elegida, en lugar de convertir un valor de catálogo en regla universal (Aerotech, consultado en 2026; PI, 2026).
¿Un cilindro sin vástago con cojinetes de aire siempre tiene accionamiento neumático?
No. El suministro puede alimentar solo la guía. El A-142 de PI utiliza una bobina móvil y FiberGlide de Aerotech un servomotor lineal sin escobillas. Un eje a medida podría emplear empuje neumático, pero el accionamiento, el cojinete, el encoder y el sistema de seguridad seguirían necesitando especificaciones separadas. «Cojinete de aire» no identifica la tecnología del actuador.
¿El movimiento sin contacto significa fricción nula y ausencia total de partículas?
No existe una afirmación universal de valor cero que sea defendible. Las caras del cojinete evitan el contacto sólido mientras existe la película de aire especificada, pero siguen presentes el arrastre viscoso, cables, mangueras, motores, frenos, topes y útiles. La idoneidad para sala limpia debe apoyarse en un ensayo de producto o sistema y en una integración, calidad de aire, limpieza y mantenimiento adecuados.
¿Puede utilizarse la resolución del encoder como precisión de posicionamiento?
No. PI indica 5 nm de resolución para el A-142, pero la precisión calibrada es ±0,2 µm y la repetibilidad bidireccional 0,1 µm. La geometría de montaje, calibración, deriva térmica, comportamiento del servo, incertidumbre de medida y carga afectan al resultado instalado. Cada magnitud debe especificarse y verificarse por separado.
¿Qué ocurre cuando falla el suministro de aire de los cojinetes?
La película puede colapsar y el carro tocar la guía. Aerotech exige para FiberGlide un presostato en línea conectado a la parada de emergencia del controlador, y New Way advierte que no debe funcionar sin presión. El diseño también debe controlar la fuerza de accionamiento, la gravedad, el movimiento de la carga y cualquier riesgo del proceso durante la pérdida.
¿Cuándo conviene elegir un cilindro sin vástago convencional?
Elija un cilindro neumático sin vástago convencional cuando la transferencia compacta de carrera larga, la fuerza, la velocidad y un control sencillo importen más que la geometría de guiado de precisión o el guiado sin contacto. Aun así, deben seleccionarse diámetro, presión, acoplamiento, guía, momentos, amortiguación y sensores. Los cojinetes de aire solo aportan valor si el resultado de proceso justifica el aire acondicionado y la integración de precisión.
Fuentes y referencias técnicas
- SMC, cilindro sin vástago CY3B de acoplamiento magnético, tipo básico, consultado el 19/07/2026.
- SMC, repuestos y kit de juntas CY3B, consultado el 19/07/2026.
- PI, etapa lineal A-142 PIglide con bobina móvil y cojinetes de aire, ficha del 16/03/2026.
- Aerotech, serie FiberGlide 3D, consultado el 19/07/2026.
- Aerotech, sistema IGM de doble carro con cojinetes de aire, consultado el 19/07/2026.
- New Way, cojinetes de orificio frente a material poroso, consultado el 19/07/2026.
- New Way, cojinetes de aire precargados por vacío, consultado el 19/07/2026.
- New Way, cuidados y aire, consultado el 19/07/2026.