Nella progettazione di automazione di fascia alta, gli ingegneri spesso destinano un budget significativo per viti a ricircolo di sfere di grado C3. L'obiettivo è semplice: precisione sub-micron.

Tuttavia, nel settore ci troviamo spesso di fronte a un paradosso frustrante: viti premium che offrono prestazioni mediocri. Le macchine presentano vibrazioni, generazione di calore ed errori di posizionamento che si discostano ampiamente dopo pochi mesi.

Dopo aver risolto i problemi di centinaia di sistemi di movimento lineare, abbiamo scoperto che il colpevole è raramente la vite stessa. Invece, è l'"hardware" spesso trascurato, l'Unità di supporto per viti a ricircolo di sfere e la precisione della lavorazione delle estremità dell'albero.

Questo studio di caso analizza i dati alla base di un guasto reale e spiega perché la rigidità e le tolleranze geometriche sono le tue vere linee di difesa.

Un produttore di apparecchiature per semiconduttori stava aggiornando il proprio stadio di ispezione dei wafer (asse X). Sono passati a viti rettificate C3 per garantire l'accuratezza. Eppure, i test con interferometro laser hanno mostrato un errore di posizionamento di ±0,015 mm, superando di gran lunga il limite consentito. Peggio ancora, a basse velocità, il carico del motore mostrava picchi irregolari, un classico segno di "stick-slip" e scarsa rigidità del sistema.

Abbiamo sostituito le unità di supporto generiche "Standard Grade" con Unità di precisione ad alta rigidità (riferite agli standard BK15/FK15). La differenza era nei dati.

Un'unità di supporto non è solo una staffa; è l'ancora del tuo gruppo di trasmissione. Ecco il confronto tecnico che ha risolto il problema:

Molte unità di supporto generiche utilizzano cuscinetti a sfere a gola profonda standard. Per il movimento di precisione, questo è un difetto fatale a causa del gioco assiale. Le unità ad alte prestazioni devono utilizzare Cuscinetti a sfere a contatto obliquo P4 abbinati (ACBB) con un precarico specifico.

Diamo un'occhiata alle specifiche di un'unità di precisione da 15 mm (n. 15) standard:

• Rigidità assiale (rigidità): 28 kgf/µm.
  (Significato: un carico assiale di 28 kg provoca solo 1 micron di spostamento.)
• Valore nominale del carico dinamico di base (Ca): ~730 kgf.
• Valore nominale del carico statico di base (Coa): ~1.060 kgf.

Per le macchine che operano in camere bianche o ambienti umidi, le finiture standard ossido nero sono insufficienti. Una volta che l'olio evapora, la micro-corrosione inizia sulla base, alterando l'altezza centrale (h).

Raccomandiamo la nichelatura chimica per due motivi:

• Uniformità: Lo spessore della placcatura è controllato entro 5-10µm, garantendo che la tolleranza del foro del cuscinetto rimanga inalterata (a differenza della zincatura a caldo).
• Stabilità della base: Supera i test di spruzzo salino ASTM, garantendo che la superficie di montaggio rimanga perfettamente piana per l'intero ciclo di vita della macchina.

Anche la migliore unità di supporto fallirà se l'albero della vite è lavorato male. L'unità di supporto si basa su un "accoppiamento a pressione" con l'albero.

Abbiamo misurato l'estremità dell'albero della macchina difettosa rispetto agli Standard di tolleranza geometrica ISO/JIS. I risultati sono stati rivelatori:

L'"arma fumante": Guarda la perpendicolarità. La spalla dell'albero era fuori di 0,012 mm. Quando il dado di bloccaggio è stato serrato, la spalla storta ha costretto i cuscinetti di precisione a inclinarsi, creando una "flessione forzata" nell'albero della vite. Questo ha distrutto istantaneamente la precisione C3.

La soluzione ha comportato un protocollo in tre fasi:

1. Aggiornamento: Installate unità di supporto placcate in nichel ad alta rigidità (ACBB abbinati DF).
2. Rilavorazione: Rettificato l'estremità dell'albero per soddisfare la tolleranza h5 e la perpendicolarità di 0,003 mm.
3. Assemblaggio: Utilizzato una chiave dinamometrica per una corretta gestione del precarico.

Il risultato: L'accuratezza del posizionamento si è stabilizzata a ±0,003 mm. L'ondulazione del movimento è scomparsa e il rumore della macchina si è ridotto in modo significativo.

Da 28 kgf/µm di rigidità a 0,003 mm di tolleranza di lavorazione, questi numeri definiscono il confine tra "movimento" e "movimento di precisione".

Non lasciare che un'unità di supporto generica sia il collo di bottiglia del tuo sistema ad alta precisione. Valuta i tuoi componenti in base ai dati, non solo alle dimensioni.