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

I sistemi a cinghia rappresentano una scelta ovvia quando sono necessari lunghi movimenti lineari. Questi sistemi relativamente semplici utilizzano pulegge per creare tensione lungo la cinghia e possono raggiungere rapidamente velocità elevate. Tuttavia, con l'aumentare della lunghezza della corsa, possono insorgere problemi di cedimento della cinghia. In tal caso, non è possibile mantenere una tensione costante lungo tutta la lunghezza del sistema.

Il sistema presenta intrinsecamente una certa flessibilità dovuta alle cinghie di gomma o plastica stesse. Questa flessibilità lungo tutta la lunghezza del sistema può causare vibrazioni o scosse, creando un effetto frusta sul carrello. Se un determinato processo 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 il controllo completo del carrello in ogni momento, con arresto e posizionamento precisi.

La sicurezza è un altro vantaggio dei sistemi a vite. I sistemi a cinghia sono meno sicuri a causa della possibilità di rottura della cinghia. Un guasto di questo tipo sarebbe incontrollabile e, nelle applicazioni verticali, il carico potrebbe cadere e danneggiare macchinari o persino 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 dei sistemi a vite senza fine è stata la difficoltà di raggiungere corse più lunghe. I sistemi a vite senza fine possono essere realizzati con lunghezze fino a 6 metri, utilizzando coppie di blocchi di supporto per sostenere la vite ed evitare oscillazioni a velocità di rotazione elevate. Anche a velocità inferiori, le viti più lunghe necessitano di un supporto per contrastare la flessione causata dal proprio peso. Questo sistema di supporto con blocchi di supporto è tradizionalmente costituito da coppie di blocchi collegati da un'asta o un filo. Le coppie si muovono insieme lungo il sistema di movimentazione lineare.

Quando un sistema richiede una corsa più lunga, è possibile aggiungere ulteriori coppie di blocchi di supporto per sostenere la vite a intervalli 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 appoggio per la vite più lunga. Una soluzione consiste nell'eliminare il sistema di blocchi collegati tra loro e, invece, utilizzare un sistema in cui i blocchi possono ripiegarsi l'uno sull'altro e separarsi quando necessario. Una volta raggiunta la posizione impostata, i blocchi vi rimangono per guidare e sostenere la vite. In un sistema di questo tipo, è possibile realizzare 10, 12 o persino 13 punti di appoggio con coppie di blocchi di supporto. Questo sistema di supporto per la vite a ricircolo di sfere o la vite madre può consentire lunghe corse senza flessioni o oscillazioni.

Per superare i 6 metri di lunghezza, la prossima sfida è creare una vite più lunga. Tuttavia, a causa delle limitazioni nella materia prima disponibile, le viti vengono normalmente prodotte solo fino a 6 metri di lunghezza. Come si può quindi raggiungere una lunghezza di corsa superiore a 10 metri? La risposta sta nell'unire due viti e nell'impiegare alcune tecniche di produzione di precisione.

Le viti a ricircolo di sfere e le viti di comando vengono prodotte su una linea di laminazione e ogni pezzo può presentare una deviazione del passo leggermente diversa. Pertanto, per unire due pezzi, è necessario compensare queste differenze di deviazione del passo. Per unire correttamente due viti, è indispensabile utilizzare viti a ricircolo di sfere di altissima precisione con la minima deviazione possibile. Le viti a ricircolo di sfere devono essere lavorate con precisione, evitando che il calore penetri nel pezzo e ne alteri il diametro o la geometria del passo. Anche una deviazione minima, pari a 0,01 o 0,001 millimetri, può creare problemi al sistema finale.

Dopo la lavorazione, le viti vengono unite mediante un maschio e un foro con una deviazione minima tra i due filetti. Infine, vengono fissate con un adesivo ad alta resistenza. (Saldare le viti altererebbe nuovamente la geometria e creerebbe problemi.)

I sistemi a vite senza fine con supporti a sgancio rapido e viti di precisione possono essere realizzati in lunghezze pari o superiori a 10,8 metri. Un sistema con una corsa di 2-3 metri raggiungerebbe una velocità massima di circa 4.000 giri/min. Normalmente, con sistemi più lunghi, la velocità di rotazione dovrebbe essere ridotta considerevolmente per evitare oscillazioni. Tuttavia, con supporti aggiuntivi, un sistema a vite senza fine lungo fino a 10 metri può raggiungere i 4.000 giri/min.

Applicazioni di lunga durata

I sistemi a vite senza fine con lunghe corse trovano impiego in una vasta gamma di settori industriali per garantire un posizionamento lineare preciso. Un buon esempio è rappresentato dai sistemi di saldatura automatizzati per tubi metallici. In questi sistemi è necessario un posizionamento accurato dell'ugello di saldatura su lunghe corse. Nelle applicazioni in cui si saldano materiali di alta qualità, come il titanio, l'operazione viene eseguita sottovuoto per evitare l'ossidazione del metallo.

Molte applicazioni nell'industria automobilistica richiedono lunghe corse. Ad esempio, i robot a sei assi sono spesso montati su attuatori lineari a lunga corsa per operazioni di saldatura o di asservimento macchine. Sebbene la velocità possa non essere un fattore critico per il trasporto dei bracci robotici, sono necessarie una lunga corsa e un posizionamento molto preciso.

La produzione di cavi in ​​fibra ottica è un processo continuo e ad alta velocità che non può essere interrotto 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 fondamentali per l'efficienza del processo. I sistemi a vite di grandi dimensioni offrono entrambe queste caratteristiche in questa applicazione, oltre alla capacità di gestire il carico elevato delle bobine.

Qualsiasi applicazione che richieda lo spostamento di attrezzature pesanti sul piano verticale trae vantaggio dalla rigidità e dall'affidabilità di una vite lineare. Nell'industria aeronautica, ad esempio, le telecamere di alta precisione vengono movimentate verticalmente. Le viti supportano il peso elevato in modo sicuro e preciso. In tali applicazioni, si utilizzano 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 movimentazione lineare di lunga lunghezza, la vite a ricircolo di sfere viene lasciata completamente aperta. Questi sistemi presentano due problemi comuni: o il sistema non riesce a funzionare alla velocità desiderata, oppure la manutenzione risulta difficoltosa, poiché la vite aperta attira polvere e detriti, rendendo necessaria una pulizia regolare per evitare guasti prematuri del dado a ricircolo di sfere.

In tali applicazioni, il supporto aggiuntivo fornito dalla configurazione a blocchi di cuscinetti sovrapposti consente alla vite di funzionare a velocità molto più elevate. I problemi di pulizia e affidabilità possono essere risolti grazie a un sistema sigillato e protetto che protegge la vite e offre una significativa riduzione delle esigenze di manutenzione. La vite racchiusa è protetta dall'ingresso di polvere e detriti e, senza necessità di pulizia periodica, può mantenere prestazioni e affidabilità ottimali.

In un sistema di questo tipo, il carrello può essere dotato di canali forati e collegati 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 protetta anche negli ambienti più sporchi.