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 sono la scelta ideale quando sono richiesti lunghi movimenti lineari. Questi sistemi, relativamente semplici, utilizzano pulegge per creare tensione lungo la cinghia e possono essere portati rapidamente a velocità elevate. Tuttavia, quando 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.

Inoltre, il sistema presenta un'elevata flessibilità, dovuta alle cinghie in gomma o plastica stesse. Questa flessibilità su tutta la lunghezza del sistema può causare vibrazioni o molle, che a loro volta creano un effetto frusta 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 presentano 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 senza fine. I sistemi a cinghia sono meno sicuri a causa della possibilità di rottura della cinghia. Un guasto del genere sarebbe incontrollato e, nelle applicazioni verticali, il carico potrebbe cadere e danneggiare i macchinari o persino il personale. Un sistema a vite senza fine non presenta questo problema. Anche in caso di guasto, un sistema a vite senza fine impedirebbe la caduta del carico e garantirebbe la sicurezza.

Storicamente, il problema dei sistemi a vite è stata la difficoltà nel raggiungere corse maggiori. I sistemi a vite possono essere comunemente forniti con lunghezze fino a 6 metri utilizzando coppie di blocchi di supporto per supportare la vite e impedire qualsiasi effetto 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 con blocchi di supporto è tradizionalmente costituito da coppie di blocchi collegati tramite 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 intervalli regolari lungo la sua lunghezza. Avere fino a tre o addirittura 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 di collegamento dei blocchi e, al suo posto, utilizzare un sistema in cui i blocchi possano ripiegarsi l'uno sull'altro e separarsi quando necessario. Una volta raggiunta la posizione impostata, i blocchi rimangono lì per guidare e supportare la vite. In un sistema di questo tipo, è possibile realizzare 10, 12 o persino 13 punti di supporto con coppie di blocchi cuscinetto. Questo sistema di supporto per la vite a sfere o la madrevite può consentire lunghe corse senza flessioni o svergolamenti.

Per superare i 6 metri di lunghezza, la sfida successiva 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 ottenere una lunghezza di corsa superiore ai 10 metri? La risposta sta nell'unire due viti e nell'utilizzare tecniche di produzione precise.

Le viti madri e le viti a sfere vengono prodotte su una linea di laminazione e ogni componente può essere prodotto con una deviazione del passo leggermente diversa. Per unire due componenti, quindi, è necessario compensare le differenze di deviazione del passo. Per unire due viti con successo, è necessario utilizzare viti a sfere con la massima precisione e la minima deviazione possibile. Le viti a sfere devono essere lavorate con precisione, assicurando che il calore non penetri nel componente e non ne alteri il diametro o la geometria del passo. Anche una deviazione di soli 0,01 o 0,001 millimetri può creare problemi al sistema finale.

Dopo la lavorazione, le viti vengono saldate tra loro utilizzando un maschio e un foro con una deviazione minima tra i due filetti. Vengono infine fissate con un adesivo ad alta resistenza. (Saldare le viti insieme ne altererebbe nuovamente la geometria e creerebbe problemi.)

I sistemi a vite con sistemi di supporto a blocchi pieghevoli e viti di precisione possono essere realizzati con lunghezze di 10,8 metri o superiori. Un sistema con una lunghezza di corsa da 2 a 3 metri avrebbe una velocità massima di circa 4.000 giri/min. Normalmente, con un sistema più lungo, la velocità di rotazione dovrebbe essere ridotta considerevolmente per evitare sferzate. Tuttavia, con supporti aggiuntivi, un sistema a vite lungo fino a 10 metri può funzionare a 4.000 giri/min.

Applicazioni di lunga durata

I sistemi a vite con corse elevate vengono utilizzati in un'ampia gamma di settori per garantire un posizionamento lineare preciso. Un buon esempio è un sistema di saldatura automatizzato per tubi metallici. È richiesto il posizionamento preciso 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 lunghe distanze di spostamento. Ad esempio, i robot a sei assi sono spesso montati su attuatori lineari a corsa lunga per operazioni di saldatura o di asservimento macchine. Sebbene la velocità non sia un fattore critico per il trasporto dei bracci robotici, sono richiesti una lunga distanza e un posizionamento estremamente preciso.

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 fondamentali per l'efficienza del processo. I sistemi a vite lunga possono offrire entrambe queste caratteristiche in questa applicazione, oltre alla capacità di gestire il carico elevato delle bobine.

Qualsiasi applicazione che richieda la movimentazione di attrezzature pesanti sul piano verticale trae vantaggio dalla rigidità e dalla funzionalità a prova di guasto di una vite lineare. Nell'industria aeronautica, ad esempio, le telecamere ad alta precisione vengono spostate verso l'alto e verso il basso. Le viti trasportano 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 grandi dimensioni, la vite a sfere viene lasciata completamente aperta. Questi sistemi presentano due problemi comuni: o il sistema non riesce a funzionare alla velocità desiderata, oppure è difficile da manutenere, poiché la vite aperta attira polvere e detriti, richiedendo una pulizia regolare per evitare guasti prematuri della chiocciola a sfere.

In tali applicazioni, il supporto aggiuntivo fornito dalla configurazione con blocchi di cuscinetti sovrapposti consente alla vite di funzionare 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 una significativa riduzione delle esigenze di manutenzione. La vite chiusa è protetta dall'ingresso di polvere e detriti e, senza una pulizia regolare, può mantenere prestazioni e affidabilità ottimali.

In un sistema di questo tipo, il carrello può essere dotato di canali forati e collegato a 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.