I sistemi industriali automatizzati come celle di assemblaggio e linee di produzione stanno diventando più piccoli e quindi i produttori continuano a sviluppare sistemi più compatti che occupano meno spazio. Questa richiesta è accompagnata da una richiesta di maggiore affidabilità, minori consumi energetici e livelli più elevati di precisione. Qui, i sistemi elettronici hanno un ruolo importante da svolgere, ma anche componenti meccanici come dispositivi di movimento lineare e attuatori.
Tradizionalmente, i gruppi convenzionali con viti a ricircolazione di sfere hanno fornito un movimento lineare relativamente economico e preciso per le macchine di produzione. Tuttavia, tendono ad essere ingombranti e spesso i progettisti hanno problemi nel tentativo di integrarli in configurazioni di macchine più compatte. Inoltre, è necessario che le moderne macchine di produzione forniscano una maggiore precisione di posizionamento alle alte velocità e ciò rappresenta una sfida per le viti a ricircolazione di sfere, che presentano limitazioni in termini di precisione e dinamica.
Un'alternativa alla vite a ricircolo di sfere è la vite a rulli, che non è solo più compatta, ma è anche in grado di trasportare maggiori carichi in relazione alle sue dimensioni, ottenendo al contempo una precisione di posizione notevolmente migliore rispetto a una vite a ricircolo di sfere. Allo stesso tempo, una vite a rulli funzionerà a velocità e accelerazioni molto più elevate e offrirà una densità di potenza superiore, una migliore affidabilità e una maggiore durata.
Tuttavia, tutto ciò ha un prezzo: raggiungere queste prestazioni richiede alcuni metodi di lavorazione specializzati come la rettifica con precisione al di sotto del micron. Ciò significa che le viti dei rulli tendono ad includere un numero maggiore di componenti di precisione come i profili a botte su entrambi i filetti dei rulli e un ingranaggio di distribuzione all'estremità di ciascun rullo, complicando il montaggio e il collaudo, il che aiuta a ridurre i costi.
Questo premio di costo è difficile da ignorare, dopo tutto, i progettisti sono programmati per essere attenti ai costi e le viti a rulli possono essere tanto più costose di un ordine di grandezza di una vite a sfere.
Tuttavia, se i vantaggi ingegneristici delle viti a rulli rispetto alle viti a sfere possono essere dimostrati - e dove la precisione e l'affidabilità non possono essere sacrificate - la vite a rulli diventa la tecnologia di scelta. In effetti, in molte applicazioni più leggere di viti a rulli, l'investimento extra alla fine raccoglierà ritorni nella vita utile grazie alla maggiore capacità di carico.
Apportare il cambiamento
Un esempio recente include un OEM alimentare, che è passato dalle viti a ricircolo di sfere SKF SX alle viti a rulli planetari tipo SRC SKF per una gamma di collettori di deposito in pressione. Si prevede di vedere un quadruplo aumento della capacità di carico dinamico di base e un'estensione della durata di servizio calcolata da poco più di un mese a tre anni con le viti del rullo di ricambio.
Il retrofit è stato effettuato con modifiche minime utilizzando gli azionamenti e i controlli esistenti per ottenere tempi di ciclo più rapidi e velocità di funzionamento più elevate, oltre alla lunga durata.
La combinazione dei vantaggi offerti dalle viti a rulli è convincente e, nonostante il loro costo, sono ora specificati per una vasta gamma di applicazioni industriali, dai macchinari per lo stampaggio di materie plastiche alla produzione di microchip. Per questo motivo, e per fornire un valore maggiore e tempi di consegna più brevi, i principali fornitori offrono una " gamma preferita " , che comprende le dimensioni più utilizzate di viti a rulli planetari e a ricircolo di sfere, insieme a dadi di dimensioni standard, con alberi prodotti su specifica del cliente.
La straordinaria capacità di carico delle viti a rulli viene utilizzata in modo vantaggioso nei macchinari per lo stampaggio a iniezione, dove, ad esempio, le viti a rulli planetari Ultra Power di SKF creano forze che si avvicinano a 500 kN. In queste macchine possono esercitare una pressione di serraggio fino a 200T. L'affidabilità e la capacità di carico delle viti a rulli sono sfruttate anche nelle applicazioni aerospaziali in cui forniscono l'attivazione necessaria per le superfici di controllo di volo.
E grazie alla loro precisione di posizionamento e ripetibilità superiori, le viti a rulli sono anche ampiamente utilizzate nelle celle di assemblaggio automatizzate per operazioni che richiedono un movimento lineare preciso e ripetibile come rivettatura e saldatura. Un ulteriore esempio di un'applicazione di precisione è il loro uso negli azionamenti elettromeccanici dei lettini per radioterapia che devono essere posizionati con precisione millimetrica per garantire che i pazienti ricevano dosi di radiazioni mirate correttamente.
In combinazione con un servomotore elettrico adatto in un formato attuatore compatto, i cilindri elettromeccanici a base di viti a rulli sono sempre più utilizzati come sostituti drop-in per arieti idraulici in applicazioni che richiedono elevate forze di attuazione senza i conseguenti problemi dell'idraulica come guarnizioni guaste e contaminazione dell'olio. In effetti, gli attuatori elettromeccanici basati su viti a rulli si stanno facendo strada in applicazioni che in precedenza avrebbero potuto comportare l'uso di sistemi idraulici o pneumatici.
I cilindri elettromeccanici di precisione costano, ancora una volta, più per unità equivalente rispetto alle loro alternative di potenza del fluido, tuttavia la tecnologia elettromeccanica fornisce un valore aggiuntivo nel corso della vita di una macchina che compensa più che l'esborso iniziale più elevato. I vantaggi ambientali e prestazionali dei cilindri elettromeccanici sono già stati toccati con altri vantaggi, tra cui un design della macchina molto più semplice che elimina pompe, accumulatori, tubazioni, tenute e così via, nonché una manutenzione sostanzialmente ridotta.
In termini di applicazioni, è probabile che le viti a rulli vengano scelte quando le viti a ricircolo di sfere non sono in grado di far fronte. Quindi, se un design a vite a ricircolo di sfere è proprio al limite della sua velocità o inviluppo di carico, manca della precisione richiesta, fornisce una breve durata o è probabile che subisca un guasto prematuro, allora è tempo di fare l'analisi dei costi e considerare viti a rulli.