Nel campo delle trasmissioni di precisione, le viti e le chiocciole a ricircolo di sfere sono componenti fondamentali. Sono indispensabili nei sistemi di alimentazione di macchine utensili CNC, moduli lineari di robot industriali e meccanismi di posizionamento di strumenti di precisione. Diversamente dalle normali viti scorrevoli, le viti a sfere circolari sostituiscono l'attrito radente con il rotolamento delle sfere, il che non solo migliora notevolmente l'efficienza della trasmissione ma garantisce anche una precisione di posizionamento estremamente elevata. La qualità del loro movimento e delle prestazioni di arresto determina direttamente la stabilità operativa e la durata dell'intera attrezzatura. Combinando l'elaborazione pratica e l'esperienza applicativa, questo articolo discute il movimento centrale e la conoscenza degli aspetti della struttura del processo, dei punti chiave della trasmissione di precisione e del supporto di parametri specifici, evitando teorie vuote e sforzandosi di allinearsi con la cognizione nel funzionamento reale.
I. Struttura del processo: il fondamento del movimento e delle prestazioni di arresto, ogni dettaglio influisce sulla precisione
Il nucleo della struttura del processo circolarevite a ricircolo di sfere e dado a ricircolo di sfereè il design coordinato di "vite + dado + sfera + dispositivo di circolazione". La tecnologia di lavorazione e i parametri strutturali di ciascun componente sono direttamente correlati alla scorrevolezza, alla precisione e alla durata del movimento e dell'arresto. Molte persone riscontrano nelle applicazioni pratiche che, tra le viti a ricircolo di sfere dello stesso modello, alcune funzionano senza intoppi senza inceppamenti, mentre altre sono soggette a rumori anomali, inceppamenti o addirittura derive di precisione. Ciò è dovuto essenzialmente alle differenze nella struttura del processo e nella precisione di lavorazione.
1. Corpo della vite: la "struttura" della trasmissione di precisione, la tecnologia determina la precisione di base
La vite è il cuore della trasmissione e la sua tecnologia di lavorazione determina direttamente la precisione di riferimento della trasmissione. Al momento, i principali materiali per viti sono principalmente acciaio per cuscinetti al cromo e carbonio ad alto contenuto di carbonio SUJ2 o acciaio per cuscinetti GCr15SiMn. Dopo tempra e rinvenimento, ricottura sferoidizzante e tempra a induzione a media-frequenza, questo tipo di materiale può raggiungere le caratteristiche di "superficie dura e nucleo tenace" - la durezza superficiale può raggiungere HRC58-62, garantendo la resistenza all'usura della pista, mentre il nucleo mantiene una tenacità sufficiente per evitare fratture quando sottoposto a carichi alternati a lungo termine (come torsione e flessione).
L'elemento chiave della lavorazione della vite è la rettifica delle piste. La forma della sezione trasversale-della canalizzazione è divisa in arco singolo e arco doppio, ciascuno con scenari applicabili. Il processo di rettifica della pista ad arco singolo- è relativamente semplice ed è facile ottenere un'elevata precisione di lavorazione, ma il suo angolo di contatto cambia con la variazione del carico assiale - maggiore è il carico, maggiore è l'angolo di contatto e anche l'efficienza della trasmissione e la capacità portante aumenteranno di conseguenza. L'angolo di contatto della canalina a doppio-arco rimane sostanzialmente invariato di 45 gradi, con una maggiore stabilità operativa. Il fondo della pista non è in contatto con le sfere, che possono immagazzinare olio lubrificante e una piccola quantità di detriti, riducendo l'attrito e l'usura. Tuttavia, la correzione, la lavorazione e l'ispezione della mola sono più difficili.
Inoltre, è fondamentale anche la scelta del rapporto tra il raggio della pista e il diametro della sfera. I rapporti comuni adottati nell'industria cinese sono 1,04 e 1,11. Questo parametro influisce direttamente sulla capacità portante - se il rapporto è troppo grande, l'area di contatto tra la sfera e la pista è troppo piccola, il che è soggetto a concentrazione di sollecitazioni e usura accelerata; se il rapporto è troppo piccolo, l'area di contatto è troppo grande, il che aumenterà la resistenza all'attrito e influirà sull'efficienza della trasmissione. Di solito, il raggio della pista è controllato a 1,4~1,6 volte il diametro della sfera. Il diametro nominale della vite (il diametro del cilindro che racchiude il centro della sfera sotto l'angolo di contatto teorico tra sfera e pista) è la sua dimensione caratteristica. Ad esempio, il modello BSM4020 comunemente utilizzato ha un diametro nominale di 40 mm, che determina direttamente la capacità portante e la dimensione di installazione della vite.
2. Dado: il "supporto per l'accomodamento e la circolazione delle palline", la struttura determina la fluidità del movimento e dell'arresto
La funzione principale della chiocciola è accogliere le sfere e realizzare il movimento circolare delle sfere tra la canalizzazione della vite e la canalizzazione della chiocciola attraverso il dispositivo di circolazione. Il suo design strutturale e la precisione della lavorazione influiscono direttamente sulla scorrevolezza della circolazione delle sfere, evitando problemi come inceppamenti e cadute delle sfere. Il materiale del dado è solitamente abbinato alla vite, principalmente acciaio per cuscinetti SUJ2. In alcuni scenari leggeri, vengono utilizzate leghe di alluminio ad alta resistenza-o plastica tecnica, ma i dadi in plastica hanno una scarsa resistenza all'usura e sono adatti solo per scenari di carico leggero-e a bassa-velocità (come le stampanti 3D).
La struttura chiave del dado è il dispositivo di circolazione, che è diviso in circolazione interna e circolazione esterna. Questa è anche la differenza fondamentale che influenza il movimento e le prestazioni di arresto. Le sfere della chiocciola a circolazione interna non lasciano mai la superficie della vite durante il processo di circolazione e realizzano la circolazione attraverso il ritorno (dispositivo di ritorno della sfera) nel foro laterale della chiocciola. Un dado è solitamente dotato di 3~6 ritorni, distribuiti uniformemente lungo la circonferenza, sfalsati di 60 gradi ~ 120 gradi. Esistono tre tipi di restituitori: oblati, circolari e a matrice. Tra questi, il ritorno flottante (mantenendo una distanza di adattamento di 0,01~0,015 mm con il foro di montaggio e realizzando l'auto-posizionamento tramite una molla a balestra) ha la migliore adattabilità. Può agganciarsi automaticamente all'ingresso e all'uscita della scanalatura di ritorno della sfera, è più affidabile durante il funzionamento ad alta-velocità ed è adatto per sistemi di alimentazione ad alta-precisione e ad alta-sensibilità, ma non per scenari di carico-pesante e grandi-cambi.
Le sfere del dado di circolazione esterna lasceranno la canalizzazione della vite quando ritornano e realizzeranno la circolazione attraverso un manicotto, una cannula o un dispositivo di copertura terminale. Le sue dimensioni strutturali sono relativamente grandi e la sua capacità portante è maggiore, il che è adatto per macchine utensili per carichi pesanti su larga-scala-e altri scenari. Tuttavia, il percorso di circolazione della sfera è lungo, il rumore durante il funzionamento è relativamente elevato e la precisione è leggermente inferiore a quella del tipo a circolazione interna. Il numero di giri di lavoro della circolazione esterna è solitamente di 1,5 giri, 2,5 giri o 3,5 giri e il massimo non supera i 4,5 giri. Troppe rotazioni causeranno interferenze tra le palline e influenzeranno la fluidità del movimento e dell'arresto.
3. Sfere: il "mezzo" di trasmissione, le specifiche e la precisione determinano l'efficienza della trasmissione
Le sfere sono il mezzo di trasmissione principale che collega la vite e il dado. La loro precisione dimensionale, ruvidità superficiale e materiale influiscono direttamente sull'efficienza della trasmissione e sul tasso di usura. Il materiale della sfera è principalmente acciaio per cuscinetti GCr15, che è stato sottoposto a tempra, molatura e lucidatura. La rugosità superficiale deve essere controllata a Ra0,02~0,05μm e la tolleranza dimensionale deve raggiungere il livello G3~G5, in modo da evitare forze irregolari e inceppamenti causati da dimensioni incoerenti delle sfere.
La selezione del diametro della sfera corrisponde al diametro nominale della vite e alla dimensione della pista. Ad esempio, per una vite con un diametro nominale di 40 mm, il diametro della sfera comunemente utilizzato è 6~8 mm. Il numero di palline è correlato al numero di file e di giri del dado. Maggiore è il numero totale di sfere, maggiore è la capacità portante, ma troppe sfere aumenteranno l'attrito reciproco e influenzeranno l'efficienza della trasmissione. Di solito, il numero di file di sfere del dado di circolazione interna è di 3~6 file e la circolazione esterna viene regolata in base alla richiesta del cuscinetto. Ad esempio, il numero di righe verrà aumentato in scenari di carico-pesante, ma deve essere controllato entro un intervallo ragionevole per evitare interferenze.