Per la maggior parte delle applicazioni di movimento lineare, i sistemi convenzionali con azionamento a cinghia o a vite funzionano bene. Tuttavia, possono sorgere problemi quando sono necessarie distanze lineari maggiori.

I sistemi con trasmissione a cinghia sono una scelta ovvia quando sono richiesti movimenti lineari lunghi. Questi sistemi relativamente semplici utilizzano azionamenti a puleggia per creare tensione lungo la cinghia e possono essere portati rapidamente a velocità elevate. Tuttavia, poiché questi sistemi raggiungono corse più lunghe, possono sorgere problemi di cedimento delle cinghie. La tensione non può essere mantenuta per tutta la lunghezza del sistema.

C'è anche molto cedimento nel sistema da parte delle cinghie di gomma o di plastica stesse. Questa flessibilità su tutta la lunghezza del sistema può causare vibrazioni o molleggi, che creano un effetto sferzante sul carrello. Se un processo specifico non è in grado di gestire questo problema, un sistema a vite potrebbe essere un’opzione migliore. I sistemi a vite hanno un elemento meccanico fisso che garantisce in ogni momento il controllo completo del carrello con arresto e posizionamento esatto.

La sicurezza è un altro vantaggio dei sistemi a vite. I sistemi con trasmissione a cinghia sono meno sicuri a causa della possibilità di rottura della cinghia. Un simile guasto sarebbe incontrollato e, nelle applicazioni verticali, il carico potrebbe cadere e danneggiare i macchinari o addirittura il personale. Un sistema a vite non presenta questo problema. Anche in caso di guasto, un sistema a vite impedirebbe la caduta del carico e garantirebbe la sicurezza.

Storicamente, il problema con i sistemi a vite è stata la difficoltà nel raggiungere lunghezze di corsa maggiori. I sistemi a vite possono comunemente essere forniti in lunghezze fino a 6 metri utilizzando coppie di blocchi cuscinetto per supportare la vite e arrestare qualsiasi effetto di frusta a velocità di rotazione più elevate. Anche a velocità inferiori le viti più lunghe necessitano di supporto contro la flessione causata dal loro stesso peso. Questo sistema di supporto del blocco portante è tradizionalmente costituito da coppie di blocchi collegati con un'asta o un filo. Le coppie si muovono insieme lungo il sistema di movimento lineare.

Quando un sistema richiede una corsa più lunga, è possibile aggiungere più coppie di blocchi cuscinetto per supportare la vite a divisioni regolari lungo la sua lunghezza. Avere fino a tre o anche quattro coppie che lavorano insieme può essere pratico, ma collegare le aste o i fili tra i blocchi diventa difficile oltre questo numero.

Colpi più lunghi

La prima sfida per ottenere una corsa più lunga è creare un sistema in grado di offrire più punti di supporto per la vite più lunga. Una soluzione è quella di eliminare il sistema connesso dei blocchi e, invece, utilizzare un sistema in cui i blocchi possano collassare l’uno nell’altro e separarsi quando necessario. Una volta che i blocchi raggiungono la posizione stabilita, rimangono lì per guidare e sostenere la vite. In un tale sistema si possono realizzare 10, 12 o anche 13 punti di appoggio con coppie di blocchi portanti. Questo sistema di supporto per la vite a ricircolo di sfere o la madrevite può consentire lunghe distanze di spostamento senza piegarsi o sbattere.

Per superare i 6 metri di lunghezza, la prossima sfida è creare una vite più lunga. Tuttavia, a causa delle limitate disponibilità di materia prima, le viti vengono normalmente prodotte solo fino a 6 metri di lunghezza. Come si può quindi ottenere una lunghezza della corsa superiore a 10 metri? La risposta sta nell'attaccare due viti insieme e nell'utilizzare alcune precise tecniche di produzione.

Le viti di comando e le viti a ricircolo di sfere sono prodotte su una linea di laminazione e ciascuna parte può essere prodotta con una deviazione di passo leggermente diversa. Per unire due parti insieme, quindi, è necessario superare le differenze nella deviazione dell'anticipo. Per unire con successo due viti, è necessario utilizzare viti a ricircolo di sfere con la massima precisione e con la minima deviazione possibile. Le viti a ricircolo di sfere devono essere lavorate con precisione, garantendo che il calore non entri nella parte e alteri il diametro o la geometria del passo. Anche una deviazione minima di 0,01 o 0,001 millimetri può creare problemi al sistema finale.

Dopo la lavorazione, le viti vengono accoppiate tra loro utilizzando un maschio e un foro con una deviazione minima tra i due conduttori. Infine vengono fissati utilizzando un adesivo ad alta resistenza. (La saldatura delle viti altererebbe nuovamente la geometria e creerebbe problemi.)

I sistemi a vite con sistemi di blocchi di supporto pieghevoli e viti di precisione possono essere realizzati in lunghezze di 10,8 metri o più. Un sistema con una corsa compresa tra 2 e 3 metri avrebbe una velocità massima di circa 4.000 giri/min. Normalmente con un sistema più lungo, la velocità di rotazione dovrebbe essere notevolmente ridotta per evitare montature. Ma con supporti aggiuntivi, un sistema a vite lungo fino a 10 metri può funzionare a 4.000 giri al minuto.

Applicazioni di lunga durata

I sistemi a vite con corse lunghe vengono utilizzati in un'ampia gamma di settori per fornire un posizionamento lineare preciso. Un buon esempio è un sistema di saldatura automatizzato per tubi e tubi metallici. È necessario il posizionamento accurato di un ugello di saldatura su lunghe corse. Nelle applicazioni in cui vengono saldati materiali di alta qualità, come il titanio, l'operazione viene eseguita sotto vuoto per evitare l'ossidazione del metallo.

Molte applicazioni nel settore automobilistico richiedono corse elevate. Ad esempio, i robot a sei assi sono spesso montati su attuatori lineari a corsa lunga per operazioni di saldatura o di asservimento macchine. Anche se la velocità potrebbe non essere un fattore critico per il trasporto dei bracci robotici, sono necessari una lunghezza elevata e un posizionamento molto accurato.

La produzione di cavi ottici è un'operazione continua e ad alta velocità che non può essere interrotta senza compromettere la qualità delle fibre prodotte. I cavi vengono avvolti su grandi bobine. Quando una bobina è piena, deve essere sostituita rapidamente per ridurre al minimo la perdita di prodotto. Precisione e velocità sono vitali per l’efficienza del processo. I sistemi a vite lunga possono offrire entrambi in questa applicazione, oltre alla capacità di gestire il carico pesante delle bobine.

Qualsiasi applicazione che richieda lo spostamento di attrezzature pesanti sul piano verticale beneficia della rigidità e della funzionalità di sicurezza di una vite lineare. Nell'industria aeronautica, ad esempio, le telecamere ad alta precisione vengono spostate su e giù. Le viti sostengono il peso elevato in modo sicuro e preciso. In tali applicazioni vengono utilizzati speciali sistemi di guida a sfere con sfere di grande diametro per assorbire il momento di carico dinamico.

Miglioramenti ai sistemi esistenti

In molte applicazioni di movimento lineare di lunga durata, la vite a ricircolo di sfere viene lasciata completamente aperta. Esistono due problemi comuni con tali sistemi: o il sistema non può funzionare alla velocità desiderata, oppure è difficile manutenere il sistema, poiché la vite aperta attira polvere e detriti, richiedendo una pulizia regolare per evitare guasti prematuri della chiocciola.

In tali applicazioni, il supporto aggiuntivo fornito dalla configurazione del blocco cuscinetto impilato fa sì che la vite possa essere azionata a una velocità molto più elevata. I problemi di pulizia e affidabilità possono essere risolti utilizzando un sistema coperto e sigillato che protegge la vite e offre significative riduzioni dei requisiti di manutenzione. La vite inclusa è protetta dall'ingresso di polvere e detriti e, senza una pulizia regolare, può mantenere prestazioni e affidabilità ottimali.

In tale sistema, il carrello può essere dotato di canali forati e collegato con un ingrassatore. Ciò consente la lubrificazione da un unico punto senza dover aprire l'involucro. Poiché l'unità non deve mai essere aperta, quantità limitate di polvere o acqua possono penetrare nel sistema. È protetto anche negli ambienti più sporchi.