Aplicacions i avantatges del cargol de boles en maquinària moderna

A cargol de bolesconverteix el moviment giratori en moviment lineal controlat mitjançant el contacte rodant entre l'eix del cargol, la femella i les boles d'acer de recirculació. També pot tornar a convertir la força lineal en moviment rotatiu en determinades condicions de funcionament.

En comparació amb un cargol lliscant convencional, un cargol de boles generalment proporciona una major eficiència de transmissió, menor fricció i un moviment més consistent. Aquestes característiques fan que els conjunts de cargols de boles siguin adequats per a màquines CNC, automatització industrial, robots i altres equips que requereixen un posicionament lineal repetible.

Els avantatges esperats només s'aconsegueixen quan el diàmetre del cargol, el plom, la precisió, la precàrrega, l'estructura de la femella, els coixinets de suport, la lubricació i l'alineació de la instal·lació coincideixen amb l'aplicació. Per tant, s'ha de seleccionar un cargol de boles com a part del sistema de moviment complet i no com a component aïllat.

Principi de funcionament del cargol de boles

L'eix del cargol i la femella contenen canals helicoïdals coincidents. Les boles d'acer roden entre aquestes pistes i transmeten la força axial mentre el cargol o la femella gira. Els components de retorn interns o externs guien les boles cap a l'inici del circuit carregat, permetent la recirculació contínua.

En una disposició comuna, el cargol gira mentre la femella es mou en línia recta. Algunes estructures de màquines mantenen el cargol immòbil i giren la femella. Una disposició-de rosca giratòria pot ser útil per a curses llargues o aplicacions en què la reducció de la velocitat de rotació del cargol ajuda a controlar les limitacions-crítiques de velocitat.

El cable nominal especifica la distància lineal recorreguda durant una revolució del cargol. Per exemple, un cable de 10 mm produeix aproximadament 10 mm de recorregut lineal per cada revolució completa, abans de considerar l'error de posicionament i la deformació elàstica.

Un cable més gran produeix un recorregut més lineal a la mateixa velocitat de rotació, mentre que un cable més petit proporciona una major resolució mecànica i conversió de força per al mateix parell d'entrada. El cable adequat depèn de la velocitat, l'empenta, la capacitat del motor i el rendiment de posicionament requerits.

Principals avantatges dels cargols de boles

Màquines-eina CNC

Els torns CNC, les fresadores, els centres de mecanitzat i les rectificadores utilitzen cargols de boles per moure taules de treball, corredisses d'eines i eixos d'alimentació. Aquestes aplicacions requereixen un recorregut controlat perquè l'eina de tall arribi a la posició programada.

La precisió del plom afecta el posicionament sobre la longitud del viatge, mentre que el joc axial i la deformació elàstica influeixen en la inversió i la resposta de càrrega. Les femelles precarregades es poden utilitzar quan un eix requereix una major rigidesa o un joc reduït.

El rendiment de la màquina-eina també depèn dels coixinets de suport, l'acoblament del motor, la guia, la rigidesa de la base i la compensació del control. La instal·lació d'un cargol de bola-de major precisió no pot corregir de manera independent una estructura de màquina inestable.

Els cargols de boles enrotllades solen ser adequats per a l'alimentació general i els eixos auxiliars. Hi ha cargols de boles de terra de precisió-disponibles per als eixos de màquines que requereixen una precisió de plom més ajustada i un rendiment de posicionament més exigent.

Automatització industrial

Les línies de producció automatitzades utilitzen cargols de boles a les estacions de posicionament, mecanismes de recollida-i-col·locació, accessoris, dispositius d'inspecció, sistemes de dispensació i equips de transfer-de components.

Aquestes aplicacions poden implicar acceleracions, desacceleració i canvis de direcció freqüents. Per tant, la selecció ha de tenir en compte més que la càrrega estàtica màxima. El cicle de càrrega de funcionament, la força d'acceleració, la velocitat de viatge requerida i el nombre de cicles afecten la vida útil del cargol i la femella.

Els moviments curts i repetits poden evitar que el lubricant s'escampi per tot el circuit de boles. És possible que s'hagin d'ajustar els intervals de lubricació i el moviment operatiu quan un eix viatja repetidament només per una petita secció del cargol.

Es recomanen cobertes o tancaments quan el conjunt està exposat a pols, estelles metàl·liques, restes d'embalatge o fluids de procés. La contaminació pot entrar a la femella i danyar la pista fins i tot quan la superfície externa del cargol només sembla lleugerament bruta.

Robòtica i Equips de Manipulació

Els cargols de boles s'utilitzen en eixos de robots, cilindres elèctrics, pinces, mecanismes d'elevació i sistemes de manipulació automatitzats. Proporcionen una sortida lineal controlada des d'un servomotor o un motor pas a pas.

Els mecanismes robòtics compactes sovint requereixen un equilibri entre el diàmetre del cargol, el cable, la mida de la femella i l'espai d'instal·lació disponible. Un cable més gran admet una velocitat lineal més alta, mentre que un cable més petit pot proporcionar una empenta més alta per al mateix parell d'entrada.

Els eixos verticals del robot requereixen una atenció especial perquè la gravetat actua contínuament sobre la càrrega en moviment. Un cargol de boles es pot retrocedir, sobretot quan té un gran plom i una precàrrega baixa. Per tant, pot ser necessari un fre de retenció del motor, un contrapès o un altre dispositiu de seguretat.

Els cargols de boles no s'han de tractar com a components auto{0}}de bloqueig. La tendència real de la marxa enrere depèn de l'angle d'avanç, la càrrega, la precàrrega, la lubricació i la fricció del sistema.

Equipament mèdic i de laboratori

Els sistemes mèdics i de laboratori utilitzen cargols de boles en taules de posicionament, equips d'imatge, mecanismes de manipulació de mostres-, plataformes ajustables i dispositius de prova automatitzats.

Aquestes aplicacions poden prioritzar el moviment suau, la repetibilitat, la mida compacta i el soroll controlat. La selecció de lubricants i els arranjaments de segellat també poden requerir atenció quan l'equip funciona en un entorn net.

La precisió necessària del cargol de boles s'ha de basar en el requisit complet del sistema. La resolució del sensor, la deformació estructural, l'alineació del conjunt i els canvis de temperatura poden influir en el resultat final del posicionament.

Equips semiconductors i electrònics

Els sistemes de fabricació de semiconductors i electrònics poden utilitzar cargols de boles per a la inspecció, el muntatge, la prova, la dispensació i els eixos auxiliars de posicionament. L'especificació requerida depèn de si l'eix realitza un posicionament de precisió o només una transferència controlada.

Les sales netes i els entorns amb baixes-partícules poden requerir quantitats adequades de lubricant, estructures de segellat i selecció de material. Els sistemes de buit requereixen una avaluació separada perquè el greix estàndard pot no proporcionar un rendiment de desgasificació acceptable.

Un cargol de boles no és automàticament adequat per a tots els processos de semiconductors. La classe de neteja, el nivell de buit, el requisit de posicionament, la velocitat i les restriccions de manteniment s'han de confirmar abans de la selecció.

Fabricació d'automoció i bateries

Les línies de producció de components d'automòbil i de fabricació de bateries utilitzen cargols de bola a les estacions de muntatge, accessoris de soldadura, equips de prova, sistemes de dispensació i mecanismes de transferència de material-.

Aquests entorns de producció sovint requereixen cicles freqüents i un funcionament estable durant llargs períodes de treball. La variació de càrrega, l'acceleració, la contaminació i l'accés a la relubricació s'han de tenir en compte durant el disseny de l'eix.

Quan hi hagi esquitxades de soldadura, partícules metàl·liques o productes químics de procés, el cargol de boles s'ha de protegir amb manxes, cobertes telescòpiques o un altre recinte adequat.

Maquinària d'embalatge i impressió

Els equips d'embalatge i d'impressió utilitzen cargols de boles per a l'ajust de format, el control de-posició de tall, els mecanismes de segellat, els sistemes de registre i els eixos de manipulació-del producte.

Molts eixos d'ajust només es mouen quan el format de la màquina canvia, mentre que altres eixos funcionen contínuament a ritmes de cicle elevats. Aquests dos patrons de funcionament requereixen diferents avaluacions de velocitat, vida útil i lubricació.

La pols de paper, els fragments de pel·lícula i els residus d'embalatge es poden acumular al voltant dels conjunts de cargols exposats. Els eixugaparabrises i les cobertes ajuden a reduir la contaminació, però segueixen sent necessàries una inspecció i una neteja periòdiques.

Límits que s'han de tenir en compte

Els cargols de boles ofereixen avantatges importants, però també tenen límits de disseny i funcionament:

• Conducció enrere:Les càrregues verticals poden moure el cargol quan s'elimina el parell del motor o la força de frenada.
• Velocitat crítica:un cargol giratori llarg pot vibrar si la velocitat de rotació s'acosta al seu valor crític.
• Límit de DN:La velocitat de circulació de la bola restringeix la combinació permesa de diàmetre del cargol i velocitat de rotació.
• Enganxament:un cargol llarg sota compressió pot tornar-se inestable abans d'arribar a la càrrega estàtica nominal de la femella.
• Contaminació:la pols i les encenalls poden danyar els canals i el sistema de retorn.
• Error d'instal·lació:la desalineació augmenta el parell, el soroll, la calor i la càrrega desigual.
• Lubricació:un lubricant insuficient o inadequat redueix la vida útil.

La capacitat de càrrega dinàmica o estàtica de la femella no s'ha d'interpretar com la càrrega màxima segura de tot l'eix. També s'han d'avaluar el panyament del cargol, la capacitat de suport-, la resistència de l'eix, l'estructura de muntatge i el factor de seguretat.

Factors de selecció del cargol de boles

No es pot seleccionar un cargol de boles adequat només pel diàmetre. S'ha de tenir en compte la següent informació:

• Càrregues axials màximes, mitjanes i variables
• Velocitat i acceleració lineal requerides
• Carrera i longitud total del cargol
• Instal·lació horitzontal o vertical
• El plom i la velocitat del motor requerits
• Precisió i repetibilitat de posicionament
• Requisit de reacció o precàrrega
• Fixa-admesa, fixa-fixa o una altra disposició de coixinets
• Temperatura de funcionament i nivell de contaminació
• Cicle de treball i vida útil esperada

Per als projectes de substitució, s'ha de proporcionar el model complet de cargols i femelles, la longitud total, la longitud de la rosca i el dibuix-de mecanitzat final. Les fotografies poden donar suport a la identificació, però no substitueixen els dibuixos acotats.

Per a projectes nous, DLY pot avaluar les opcions de cargols de boles enrotllades o de terra segons l'aplicació. DLY subministra principalment cargols de boles-laminats en fred C5, C7 i C10 i també pot proporcionar opcions de terra C0, C3 i C5 subjectes a confirmació tècnica.

El rendiment fiable depèn del sistema complet

Els cargols de boles admeten un moviment lineal eficient, precís i repetible en molts tipus de maquinària industrial. El seu valor pràctic prové de fer coincidir el disseny del cargol i la femella amb la càrrega, la velocitat, la precisió i els requisits ambientals de la màquina.

Els coixinets de suport correctes, l'alineació, la lubricació, la protecció contra la contaminació i el manteniment són tan importants com l'especificació nominal del cargol de boles. L'avaluació de l'eix complet ajuda a evitar un desgast prematur, vibracions excessives i errors de posicionament inesperats.

← Torna a DLY News