A instalação incorrecta ou os erros de tolerância nos sistemas de fusos de esferas provocam vibrações, folgas e falhas prematuras. A otimização das condições do fuso de esferas assegura um elevado desempenho, precisão e uma longa vida útil.

O desempenho do fuso de esferas depende de factores como a precisão do ângulo de ataque, a planicidade da superfície de montagem, a folga axial e a pré-carga - todos críticos para a precisão e fiabilidade do movimento em máquinas de precisão.

Explore as condições essenciais que influenciam a funcionalidade e a durabilidade do fuso de esferas.

Precisão do ângulo de inclinação

Precisão do ângulo de ataque refere-se à precisão com que o passo da rosca do fuso de esferas é maquinado e à consistência com que traduz o movimento rotativo em deslocamento linear. Mesmo os mais pequenos desvios podem acumular-se ao longo de grandes distâncias de deslocação, causando mau posicionamento, passos perdidos e desalinhamento mecânico.

Este parâmetro é normalmente definido pelo parâmetro grau de precisão do chumbocomo C0, C3, C5, ou C7 (de acordo com as normas ISO 3408 ou JIS B1192). Por exemplo:

• C0: ±3 μm por 300 mm

• C3±7 μm por 300 mm

• C7: ±50 μm por 300 mm

Quanto mais elevado for o grau de precisão, mais consistente será a geometria da rosca, assegurando uma sincronização rigorosa entre a entrada de controlo e o movimento real. A precisão de chumbo de alto grau é essencial em:

• Mesas de máquinas CNC

• Fases de semicondutores

• Sistemas de montagem ótica

A fraca precisão do ângulo de ataque resulta em movimentos irregulares, folgas e variações de binário. Em sistemas servo-controlados, pode perturbar o ciclo de feedback e conduzir a erros de posicionamento. Por conseguinte, a calibração e certificação adequadas do ângulo de ataque são vitais para aplicações de fusos de esferas de alta precisão.

Precisão da superfície de montagem

O planicidade e paralelismo da superfície de montagem do fuso de esferas tem um impacto direto no alinhamento do sistema e na estabilidade do movimento. Mesmo quando se utiliza um fuso de esferas rectificado com precisão, se a superfície de suporte for irregular ou deformada, introduz deflexão, inconsistência de pré-carga e vibração.

Os aspectos críticos da precisão da superfície de montagem incluem:

• Tolerância de planeza: Tipicamente dentro de 10-20 μm em todo o comprimento do percurso

• Paralelismo a guias lineares: Assegura que a porca e o veio do parafuso se deslocam em sincronia

• Perpendicularidade dos apoios de extremidade: Evita o desalinhamento durante a rotação a alta velocidade

Causa das superfícies de montagem incorrectas:

• Binário anormal

• Aumento do desgaste das esferas e das pistas

• Fadiga precoce ou encravamento do sistema de retorno da bola

• Ruído e produção de calor

São frequentemente utilizados calços e dispositivos de alinhamento adequados para afinar a precisão da montagem. Em aplicações de topo de gama, os interferómetros laser ou os indicadores de marcação verificam os erros de inclinação e o desalinhamento angular após a instalação.

Em última análise, mesmo um fuso de esferas de alta precisão terá um desempenho inferior se a base mecânica ou a caixa não suportar a sua geometria com precisão.

Folga axial

Folga axialA folga, ou backlash, é a quantidade de movimento livre entre a porca do fuso de esferas e o eixo quando não é aplicada qualquer carga. É medida ao longo do eixo de movimento e é um dos parâmetros mais críticos que afectam a precisão do posicionamento e a suavidade do movimento.

Tipos de folga axial:

• Apuramento positivo: Pequena quantidade de jogo livre; mais barato mas menos preciso

• Desembaraço zero: Nenhum movimento entre componentes quando se muda de direção

• Folga negativa (pré-carga): Ligeira interferência para uma maior rigidez

Problemas causados por folga axial excessiva:

• Perda de movimento durante a inversão de direção

• Redução da precisão de posicionamento

• Acabamento superficial degradado na maquinagem

• Vibração e ressonância a alta velocidade

A maioria dos modernos parafusos de esferas são concebidos com caraterísticas de compensação incorporadas para controlar ou eliminar a folga. Os métodos incluem:

• Bolas de grandes dimensões para um ajuste mais apertado

• Pré-carga de porca dupla com um espaçador

• Calços ajustáveis ou porcas de fenda

As aplicações que requerem movimento bidirecional de alta precisão - tais como cortadores a laser, robótica ou estágios ópticos - devem eliminar totalmente a folga axial ou mantê-la abaixo de um limite definido (normalmente <0,01 mm).

O controlo das desobstruções também faz parte das inspecções de rotina para garantir a fuso de esferas o conjunto mantém-se dentro da tolerância de funcionamento ao longo do tempo.

Pré-carga

Pré-carga é a aplicação intencional de força interna dentro de um fuso de esferas para eliminar a folga axial e aumentar a rigidez do sistema. Trata-se de uma estratégia de design e não de uma falha - reduz a vibração, melhora o tempo de resposta e aumenta a precisão posicional.

Como é aplicada a pré-carga:

1. Bolas de grandes dimensões: Encaixado na porca para garantir um contacto apertado

2. Pré-carga da porca dupla: Duas porcas comprimidas uma contra a outra com um calço

3. Passo de desvio: O passo da pista de esferas é ligeiramente mais pequeno do que o passo do parafuso

Classes de pré-carga:

• Leve (1-2% de carga dinâmica): Reduz as vibrações, adequado para aplicações gerais

• Médio (3-5%): Equilíbrio entre a rigidez e a duração de vida

• Pesado (6-8%): Rigidez máxima, ideal para máquinas de alta velocidade ou de alta precisão

Vantagens:

• Elimina a folga

• Aumenta a rigidez torsional e axial

• Melhora a frequência natural (menos propensa a ressonâncias)

• Aumenta a precisão do contorno em trajectórias CNC

Desvantagens:

• Aumento da fricção e do calor

• Redução do tempo de vida devido a uma maior tensão interna

• Maior exigência de binário no motor/acionamento

Por conseguinte, a pré-carga deve ser cuidadosamente selecionada com base na aplicação. Demasiada pré-carga pode encurtar a vida útil, enquanto que muito pouca pode causar instabilidade no sistema. Uma pré-carga adequada melhora a resposta dinâmica e a precisão do fuso de esferas, especialmente em aplicações servo-acionadas ou de aceleração rápida.

Tabela de comparação das condições do fuso de esferas

Resumo

O desempenho do fuso de esferas depende da precisão do avanço, da planicidade da superfície, da folga axial e da pré-carga - cada um deve ser optimizado para um movimento preciso e fiável.Para mais informações, contactar sales@limonrobot.com