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Sistemi di guida lineare THK: Teoria, Applicazioni, Prodotti (Controllo di movimento 04-06)


La progettazione di applicazioni con sistemi lineari: scelta e dimensionamenti 
THK dimostra come la tecnologia delle Sfere Ingabbiate determini una durata più che raddoppiata.

Sul mercato sono reperibili diverse tipologie di sistemi lineari tra cui molte apparentemente molto simili. Questo fatto può far pensare che la scelta indiscriminata di qualsiasi sistema corrisponda a prestazioni analoghe. In realtà non è così: per ottenere le prestazioni progettuali desiderate occorre scegliere il sistema lineare più adatto alla propria applicazione.
THK traccia dei principi sulla scelta dei sistemi di moto lineare e illustra un esempio di calcolo per verificare l’idoneità delle scelte stesse.
Un problema con molte variabili…
Alcuni fra i fattori che influenzano la scelta dei componenti di moto lineare e gli eventuali accessori opzionali sono lo spazio disponibile per le guide e la trasmissione, la posizione di montaggio (orizzontale, a parete, inclinato, rovesciato), la corsa, l’entità e la posizione del carico rispetto al sistema di guide e trasmissione, il diagramma di velocità (accelerazione, velocità, decelerazione), il ciclo di lavoro, la precisione richiesta (di posizionamento e di corsa), gli errori delle superfici di montaggio, i cedimenti ammissibili le condizioni ambientali (polveri, liquidi, agenti corrosivi, temperature alte o basse, camere bianche, sotto vuoto).
Con gli elementi raccolti è possibile scegliere la soluzione e il prodotto che maggiormente risponde alle condizioni d’uso, definire la configurazione con il numero di assi e di carrelli e ipotizzare la taglia.
Per districarsi nella scelta del prodotto più idoneo, THK offre una dettagliata libreria sia in formato cartaceo, sia in formato elettronico, accessibile da cd rom o dal sito internet
www.thk-italia.it  e dal sito di supporto tecnico www.lmsystem.com.
THK dispone di una struttura con personale tecnico commerciale articolata su tutto il territorio nazionale, in grado di assistere la clientela nella scelta delle soluzioni ottimali per il loro impieghi.

…e la sua soluzione
Di seguito THK fornisce alcuni elementi che chiariscono come si procede per un dimensionamento, prendendo ad esempio la disposizione più semplice e comune, cioè quella di una tavola fissata ad un sistema di due rotaie e quattro carrelli in un piano orizzontale.

Calcolo dei carichi applicati sui carrelli
Se è rispettata la condizione L0 > 2L (essendo L0 l’interasse tra i carrelli ed L la lunghezza del carrello) si può ragionevolmente supporre (e questa è l’ipotesi, peraltro verificata dalla sperimentazione, sulla base della quale si fondano i calcoli) che i carichi applicati alla tavola vengano trasmessi ai carrelli in modo tale da realizzare una distribuzione uniforme sulle sfere all’interno di ogni carrello. All’atto pratico questo vuol dire che nei calcoli i carrelli vengono considerati come dei punti e le forze vengono considerate applicate nel baricentro dei carrelli stessi.
Quello che si fa in ogni dimensionamento è trasformare il sistema di forze agenti sulla tavola in un sistema di forze radiali o tangenziali agenti su ogni carrello.
Ad esempio nel caso in figura 1 abbiamo un carico W agente nel piano di mezzeria longitudinale della tavola e disassato rispetto a quello trasversale. Porteremo il carico W in centro alla tavola e aggiungeremo il relativo momento di trasporto.

Se sono rispettate le condizioni di cui sopra, possiamo considerare che il carico W ed il momento M = W x l,  generino quattro forze sui carrelli, che chiameremo P1,P2,P3,P4, il cui valore sarà dato dalle seguenti 4 formule:

Le forze generate dal momento saranno, come indicato nel disegno, uguali in modulo ma a due a due di verso opposto e andranno a sommarsi o a sottrarsi al carico verticale diviso per il numero di carrelli.
Lo stesso ragionamento si può fare per un carico W sbilanciato rispetto al piano di mezzeria longitudinale e agente in quello trasversale. In  questo caso la formula che dà le forze agenti sul carrello sarà formalmente identica alla precedente, ma comparirà l’interasse fra le guide L1 al posto di quello fra i carrelli Lo.

Il caso generale è ovviamente quello in cui il carico W è disassato rispetto ad entrambi i piani di mezzeria. In tal caso chiamando l1 e l2 i disassamenti avremo le formule generali.

Tutte le formule fino ad ora menzionate riguardano il caso statico.
Nel caso dinamico, ossia con traslazione della tavola, interverranno delle accelerazioni e si genereranno delle forze d’inerzia, da inserire in formule analoghe a quelle viste sopra al fine di ricavare delle forze che si trasmettono sui carrelli e che andranno ad aggiungersi a quelle statiche.
Se ci sono anche delle forze parallele al piano della tavola si fanno gli stessi ragionamenti al fine di ottenere le componenti tangenziali che agiscono su ogni carrello; lo schema e le formule relative a questo caso sono riportate di seguito.

Alla fine le forze laterali e radiali agenti su ogni carrello verranno combinate tra loro allo scopo di ottenere un carico equivalente PE che verrà poi utilizzato nel calcolo di durata.
Il modo in cui queste componenti vengono sommate dipende essenzialmente dalla geometria dei carrelli ed in particolare dall’angolo di contatto fra piste e sfere.

Una volta ottenuto il carico equivalente PE per ogni carrello e per ogni situazione operativa, ad esempio accelerazione, velocità costante e decelerazione, si calcola quanto pesa percentualmente rispetto alla corsa ogni condizione di lavoro.
Ad esempio per una corsa di 1000 mm, con una accelerazione a = 8 m/s2, una velocità v = 2 m/s e un ciclo trapezoidale con +a, v= costante e –a, si ha:
  (spazio percorso in accelerazione e decelerazione)                         (spazio percorso a velocità costante)
 
In tal caso la condizione di accelerazione influisce per il 25%, quella di velocità costante per il 50% e quella di decelerazione per il restante 25%.
A questo punto abbiamo tutti gli elementi per calcolare il carico medio Pm agente su ogni carrello, utilizzando la formula:

Calcolo della durata nominale del sistema.
Dopo aver calcolato tutti i Pm, fra di essi sceglieremo quello di valore più alto e lo introdurremo nella seguente formula di durata:
Già da questi brevi esempi si può comprendere come, a parità di forze agenti, l’aumento degli interassi fra i carrelli o fra le rotaie possa ridurre drasticamente i carichi e aumentare la durata.
Un altro parametro molto importante per la durata è, come facilmente si capisce dalla formula riportata, il coefficiente C, ossia la capacità di carico dinamica. Questa è una funzione di vari parametri geometrici e dimensionali della guida: diametro dei corpi volventi, numero dei corpi volventi, curvatura delle piste di rotolamento, ecc.

Durata nominale più che raddoppiata con la tecnologia delle Sfere Ingabbiate THK: vediamo perchè
I carrelli che adottano la tecnologia delle sfere ingabbiate hanno una speciale gabbia costituita da una serie di elementi concavi su entrambi i lati che esercitano allo stesso tempo la funzione di separazione e di guida delle sfere, impedendone il mutuo contatto e gli urti trasversali alla direzione del moto nei canali di ricircolo; ciò conferisce ai carrelli un movimento particolarmente dolce e silenzioso.

Questa tecnologia offre enormi vantaggi dal punto di vista della durata poiché, l’assenza di contatto sfera-sfera consente di ridurre gli attriti interni, di impedire la formazione di micropolveri e di mantenere più basse le temperature del lubrificante, riducendone anche il consumo. Inoltre il piccolo spazio fra sfera e sfera si riempie di lubrificante che continua la sua azione benefica durante il movimento. Nelle guide tradizionali, al contrario, le sfere, in contatto l’una con l’altra, si ricoprono di lubrificante soprattutto quando transitano nelle testate di ricircolo. Inoltre esse strisciano l’una contro l’altra con una velocità che, nel punto di contatto è doppia rispetto alla velocità lineare del carrello e  determina un notevole sviluppo di calore ed un’ elevata usura.
 
                              
Inoltre i canali di ricircolo nel carrello, dove le sfere non supportano carichi, hanno un rivestimento plastico che limita ulteriormente l’usura delle sfere, evitando il contatto acciaio – acciaio.
Grazie alle suddette particolarità i coefficienti di carico dinamici “C” di queste guide sono aumentati di almeno il 30 % rispetto ai coefficienti standard calcolati con le formule ISO delle guide con tecnologia tradizionale a pieno riempimento, che non tengono conto dell’effetto positivo della riduzione dei punti di usura dovuti alla presenza della tecnologia a Sfere Ingabbiate

Dalla formula di durata si evince facilmente che un aumento del coefficiente di carico dinamico “C” del 30 %, ha come conseguenza diretta, un aumento della durata di 2,2 volte dato che il coefficiente “C” compare con esponente 3 nella suddetta formula (1.33 = 2.2).  Nella pratica è molto frequente che la vita operativa delle guide con tecnologia delle Sfere Ingabbiate, sia oltre 3 volte rispetto alla equivalente tradizionale, a parità di condizioni d’uso.
Ne consegue il grande vantaggio nelle applicazioni in cui durata e affidabilità, anche in presenza di scarsa manutenzione, sono prioritarie.
Verifica del Fattore di Sicurezza Statica
I sistemi di moto lineare possono essere sottoposti a urti e vibrazioni inaspettati per le quali è necessario tenere in considerazione un fattore di sicurezza. Il fattore di sicurezza statica fs indica il rapporto tra la capacità di carico statica C0 e il massimo carico applicato W e analogamente tra il momento statico ammissibile M0 e il momento massimo applicato M.
Se la distribuzione del carico non è uniforme oppure abbiamo carrelli a stretto contatto di lavoro, occorre considerare un fattore di contatto fc che varia dal tipo di guida e dal tipo di configurazione.
   
I valori di riferimento per il fattore statico variano a 2-3 per robot e automazione a 4-5 per macchine per lavorazioni pesanti come presse e macchine utensili.
Risultati a confronto
Ora siamo in grado di confrontare i dati di durata e il fattore di sicurezza ottenuti con quelli desiderati, ed apportare eventuali modifiche alle scelte ipotizzate inizialmente modificando la taglia dei componenti o il numero di carrelli.
Per assicurare l’appropriata rigidezza al sistema di moto lineare in relazione all’applicazione a cui è destinato, è necessario considerare il tipo di precarico. A seconda dei modelli di guida, sono disponibili guide con gioco minimo, precarico leggero (C1)  e medio/forte (C0).
La precisione dinamica di un sistema di moto lineare viene identificata con il parallelismo di corsa. Essa deve essere scelta in base all’applicazione ed è influenzata anche delle precisione delle superfici di montaggio e del metodo di montaggio. A seconda dei modelli di guida sono disponibili fino a 5 classi di precisione.


In funzione dell’ambiente di lavoro occorre equipaggiare le guide di opportune opzioni, quali tenute, raschiatori o soffietti, in presenza di polveri e liquidi, trattamenti superficiali in presenza di agenti corrosivi e lubrificanti speciali in caso siano richieste altissime prestazioni dinamiche, corse brevi o impieghi in camere bianche.

Con sfere ingabbiate, macchine ad alta tecnologia
La tecnologia delle sfere ingabbiate incrementa le prestazioni delle macchine esaltandone i rendimenti in termini di produttività.

 

Vediamo ora due esempi applicativi dove la tecnologia delle sfere ingabbiate ha apportato dei benefici nella costruzione di macchine industriali
Quando l’affidabilità dipende dalle protezioni.
L’utilizzo delle tecnologie di riporto tramite processi di saldatura sono utilizzate da tempo per nobilitare materiali base, rendendoli idonei ai più disparati utilizzi in vari campi dal petrolchimico all’estrusione della plastica, dalla siderurgia alla produzione di stampi per bottiglie di vetro, dalla frantumazione di laterizi fino ai settori aerospaziali e nucleare.
Attualmente lo stato dell’arte per effettuare questo tipo di riporto è rappresentato dalla tecnologia P.T.A. che significa Plasma Transferred Arc con materiale di apporto in polvere.
Con questa tecnologia si possono riportare polveri metalliche di diversa composizione chimica che mettono a dura prova qualsiasi tipo di sistema di movimentazione. Infatti, le polveri sottili nell’arco di saldatura, che ha una temperatura che può arrivare fino a 18.000 gradi Centigradi, evaporano e successivamente solidificano e si depositano ovunque: l’ambiente di lavoro è davvero ostico. Le movimentazioni lineari classiche nell’arco di breve tempo entrano in crisi e costringono il costruttore a prevedere interventi di manutenzione programmati per sostituire le parti usurate e procedere alla pulizia periodica delle parti esposte.
THK ha permesso di sviluppare un sistema di movimentazione affidabile con una precisione di posizionamento elevata, allungando gli interventi di manutenzione.
La scelta è caduta sulle guide con tecnologia a sfere ingabbiate tipo SHS, i cui carrelli sono stati dotati di doppie tenute e di sistema di protezione LaCS, accessori che garantiscono una pulizia assoluta sui 4 lati della rotaia prima del passaggio del carrello. La soluzione così composta ha risolto il problema ed ha inoltre migliorato le prestazioni dell’impianto, con maggiori velocità, silenziosità e scorrevolezza.
Una recente visita presso alcuni clienti che utilizzano gli impianti P.T.A. equipaggiati con guide THK e lavorano su 3 turni da oltre 2 anni, ha evidenziato una pulizia estrema delle guide e una precisione in posizionamento uguale a quella dell’impianto nuovo.
Quando precisione e velocità sono il “core business”
La tecnologia laser consente di eseguire tagli di materiali in lastre con rapidità e accuratezza con alta produttività. E’ adottata in differenti settori industriali per la lavorazione di molteplici materiali tra i quali acciaio, tessuto, carta, plastiche, legno e si possono facilmente ottenere infinite varietà di forme.
Per mettere a frutto l’alta potenzialità della tecnologia laser, occorrono adeguate strutture, movimenti precisi ad alta velocità. E’ inoltre richiesta grande affidabilità di utilizzo che tiene conto della presenza delle polveri residue del taglio e della ciclica di lavoro stressante.
THK ha realizzato diverse applicazioni su macchine a taglio laser rispondendo a queste esigenze, permettendo un notevole sviluppo tecnologico in termini di prestazioni e affidabilità. In particolare per gli assi X-Y, sono state utilizzate guide della serie SHS sezione 25 con doppie tenute frontali e viti  tipo SBK sezione 45 e passo 36 con precisione C5, equipaggiate con tenute frontali a spazzola. Il binomio di questi componenti con tecnologia delle Sfere Ingabbiate, ha permesso di ottenere un moto preciso, velocità di 120 m/min con accelerazioni di 15 m/s2 garantendo lunghissimi intervalli di manutenzione. Tale velocità è resa possibile dalle peculiarità della vite che ha un valore DN di ben 160.000.
Per l’asse Z la scelta si è orientata su un attuatore compatto tipo SKR3310 in classe di precisione P, che integra due carrelli e una vite entrambi a ricircolo di sfere ingabbiate. Grazie alla sua sezione ad U interamente in acciaio che lo rende un elemento strutturale, l’attuatore SKR è stato possibile un montaggio a sbalzo direttamente sul portale della macchina.
Le infinite intepretazioni delle sfere ingabbiate
La tecnologia delle sfere ingabbiate THK è al servizio dello sviluppo tecnologico dei macchinari, con una gamma completa di soluzioni per il moto lineare, e non solo.

THK, l'acronimo di "Toughness" (tenacità), "High Quality" (alta qualità), "Know-How" (conoscenza) è stata la prima azienda a proporre le guide lineari a ricircolazione di sfere, rivoluzionando la tecnologia dei sistemi di moto lineare.
L’azienda nipponica è sempre alla ricerca di soluzioni che soddisfano le esigenze del cliente e che anticipano le tendenze e i bisogni futuri, investendo importanti risorse nell’attività di R&S, vantando 817 Brevetti depositati e 933 richiesti nel mondo.
Per ogni applicazione THK ha una soluzione ottimale e specifica, con esempi quali la microguida di sezione 1 mm per applicazioni nel campo della microelettronica, le guide con capacità di carico di 780 t per ciascun carrello, le guide a rulli ad altissima rigidezza e capacità di carico con velocità di oltre 180 m/min per macchine utensili, le guide a sfere con velocità di oltre 300 m/min per l’automazione, le viti a ricircolo di sfere per carichi assiali effettivi fino a 1420 KN oppure con velocità fino a 200 m/min.
Il nostro silenzio parla chiaro
Con questo slogan, THK Italia presentava, nel 1996, la guida lineare SSR, la prima con la tecnologia a Sfere Ingabbiate, avente una capacità di carico dinamica superiore del 50% rispetto agli equivalenti modelli con ricircolo a pieno riempimento e una durata calcolata maggiore di 3,3 volte a parità di condizioni d’uso.
Capace di supportare carichi in tutte le direzioni, la guida SSR si contraddistingue per la sua particolare idoneità a sostenere elevati carichi in direzione radiale. Questo grazie all’angolo di contatto di 90° delle sfere nei ricircoli superiori e 30° in quelle inferiori, che le conferisce caratteristiche di massima scorrevolezza e velocità fino a 300 m/min. Grazie alla sua geometria, la guida SSR ha inoltre spiccate caratteristiche di autoallineamento e compensazione degli errori di montaggio.
Alte prestazioni…con dolcezza
La guida SHS è l’evoluzione della HSR, sviluppata da THK e affermatasi come standard internazionale. SHS conserva le dimensioni ISO del tipo HSR, ma ne rivoluziona le prestazioni grazie alla sezione ridisegnata e alle sfere ingabbiate.
I quattro ricircoli di sfere scorrono su piste rettificate con arco circolare e geometria di contatto a 45° con configurazione a X “faccia a faccia”, garantendo una capacità di carico uguale in tutte le direzioni e una buona capacità di compensare eventuali errori di montaggio, anche in condizioni di precarico.
La variazione della resistenza all’avanzamento e le conseguenti vibrazioni, sono ridotte fino a 1/10, rispetto alle guide tradizionali e conferisce allla guida la sua tipica dolcezza di movimento.
Rispetto a HSR, SHS ha un baricentro ribassato ed una speciale geometria delle piste che le conferiscono maggiore rigidezza.
I coefficienti di carico dinamici della guida SHS vantano, rispetto agli equivalenti modelli HSR a pieno riempimento di sfere, un incremento dal 30% al 60%, a parità di condizioni d’uso, con  un aumento della vita da  2,2 a 4,1 volte superiore. La rigidezza del carrello SHS sottoposto a momenti di imbardata, beccheggio e rollio vanta miglioramenti daL 15% al 45%.
In condizioni estreme con le sfere ingabbiate…
Grazie alla maggiore rigidezza in tutte le direzioni di carico, le guide lineari con sfere ingabbiate SNR e SNS, sono tra i sistemi di moto lineare più idonei a coniugare carichi e precisioni estremi. Novità da poco introdotta nella gamma dimensionale, è la sezione XXL in taglia 300 con una rotaia ed un’altezza complessiva della guida di 300 mm, per una capacità di carico è di 6.440 kN sul singolo carrello.
Le taglie prototipali 300, 250 e 200, di recente introduzione sul mercato, si aggiungono alle taglie già da tempo esistenti che vanno dalla 25 alla 85. La guida SNR –SNS è particolarmente adatta per il settore della macchina utensile dove sono richieste elevate precisioni di posizionamento, velocità e rigidezze ultralevate per carichi in tutte le direzioni e lunghi intervalli di lubrificazione.


Le guide sono disponibili in due versioni, la SNR più adatta all’utilizzo con carichi radiali e la SNS maggiormente adatta per grandi carichi laterali.
Le caratteristiche di lunga durata e lunghi intervalli di manutenzione, sono esaltate da accessori quali la tenuta laminare LaCS e il sistema di lubrificazione QZ. La guida può essere ulteriormente protetta con raschiatori metallici per le applicazioni particolarmente gravose.
Le quote di accoppiamento delle guide SNR-H e SNS-H sono conformi alla normativa ISO 645, compatibili quindi con le altre guide a rulli presenti sul mercato.
…e con i rulli ingabbiati
Per ottimizzare la rigidezza di un sistema di moto lineare con rulli, THK ha messo a punto la guida SRG con rulli ingabbiati aventi un rapporto fra lunghezza e diamentro di 1:1,6 e non quello tradizionale di 1:1,1.Ciò ha permesso di implementare la rigidezza. L’angolo di contatto a 45° è stato realizzato con la disposizione a O per una maggiore rigidezza, e permette di supportare carichi elevatissimi in tutte le direzioni.
La tendenza all’intraversamento dei rulli, è stata del tutto annullata tramite la tecnologia della gabbia che guida i rulli, consentendo di raggiungere i 180 m/min con accelerazioni fino a 2 g, su taglie da 15 a 150 mm
La guida SRW a rulli ingabbiati, integra la tecnologia della collaudata serie SRG, in una guida con profilo a sezione allargata, che aumenta di circa 1,6 volte la rigidezza a momento di rollio, rendendola particolarmente adatta nei montaggi a parete e nelle applicazioni verticali o con guida singola, come per esempio, assi a sbalzo soggetti a sollecitazioni torsionali.

Le guide SRW sono disponibili nelle taglie 85, 100, 130, 150 mm
I carrelli della guida SRG e SRW dispongono di protezioni atte a lavorare in ambienti particolarmente sporchi e difficili.
Due assi, una sola guida: precisione ortogonale
La nuova guida a croce a sfere ingabbiate SCR, consente con un solo componente di realizzare movimenti a croce (assi X e Y), con maggior compattezza e maggiore precisione di ortogonalità, rispetto ad una realizzazione con carrelli separati e montati ortogonalmente e con risparmi notevoli sui tempi di progettazione e di assemblaggio.
La guida SCR è disponibile nei gradi Preciso, Super Preciso e Ultra Preciso e in sei taglie, dalla 15 alla 65, con protezioni contro l’ingresso di particelle, quali tenute e raschiatori.
Le applicazioni tipiche sono, tavole X-Y per centri di lavoro, attrezzature d’ispezione e macchine di assemblaggio per circuiti stampati.
Da Lilliput al paese dei giganti
THK vanta primati mondiali agli antipodi: dalle micro guide a ricircolo di sfere da 1 mm di larghezza fino a quelle con capacità di carico di 780 ton per carrello
La guida SRS, evoluzione della già esistente guida lineare miniaturizzata RSR, è costruita con due corone di sfere ingabbiate che lavorano su piste di rotolamento con profilo ad arco gotico. Con una struttura molto compatta di rotaia e carrello, SRS è in grado di supportare carichi e momenti in tutte le direzioni, anche in configurazione monorotaia, con ingombri minimi.
La SRS è una guida leggera, per ridurre le inerzie, realizzata in acciaio inox martensitico, per una buona resistenza alla corrosione.
Le capacità di carico dinamiche vanno da 2,69 a 16,5kN, su una gamma di cinque taglie, da 9 a 25, con tutti i vantaggi della tecnologia a sfere ingabbiate.
Il mancato attrito tra le sfere, riduce la di formazione di particelle da usura, rendendola idonea ad ambienti protetti quali le camere bianche, le macchine per la produzione di semiconduttori, le macchine elettromedicali, i dispositivi ottici e la saldatura di circuiti integrati.

              


Le micro guide RSR 1 e RSR 2 sono le uniche guide al mondo ad avere una larghezza rotaia rispettivamente di 1 e 2 mm, per rispondere ad esigenze sempre più incalzanti di compattezza laddove riduzione degli ingombri, leggerezza e, al contempo, precisione elevata, sono un fattore determinante, come nel caso di attrezzature medicali, industria dei semiconduttori, strumenti di precisione e macchine di misura.
Passando ai carichi estremamente elevati, THK ha sviluppato la serie JUP, una guida lineare con sei ricircoli di sfere di cui due in posizione laterale e quattro in posizione radiale.
Il carico radiale massimo è equivalente al peso di quattro jumbo jet Boeing 747. Disponendo più carrelli su almeno due rotaie parallele è possibile ottenere capacità di carico multiple.
La JUP consente svariate applicazioni in campi di nuovo utilizzo, come nel settore edilizio dove interi edifici sono costruiti su guide lineari che hanno la funzione di isolare l’edificio dalle vibrazioni in caso di terremoto.
Moto circolare e curvilineo: libertà per il progettista
Con una struttura uguale alla HSR, la guida HCR consente il collegamento in serie di più archi di rotaia, rendendo così possibile la realizzazione di porzioni di cerchio fino ai 360°. E’ inoltre possibile disporre l’opportuno numero di carrelli dove effettivamente necessario per supportare i carichi, oppure muovere i carrelli indipendentemente l’uno dall’altro realizzando movimenti indipendenti su un’unica circonferenza.
I campi di applicazione di questa guida circolare sono molteplici: dispositivi di misurazione ottica, attrezzature medicali, torri di parcheggio automatiche, dispositivi di inclinazione per treni ad alta velocità, tavole girevoli, cambio utensili, affilatrici per utensili, telescopi, gallerie del vento, attrrezzature di controllo o di montaggio con stazioni indipendenti.
Con la guida a ricircolo di sfere HMG, per moto curvilineo è possibile combinare più spezzoni di rotaia generando forme a O, a U, L e S.
I carrelli della guida HMG possono muoversi consecutivamente su rotaie curve destre, sinistre e rotaie rettilinee, grazie alla combinazione della tecnologia lineare della guida HSR e quella curvilinea della guida HCR.
Le rotaie sono disponibili in sezioni di larghezza rotaia da 15 a 63 mm, con raggi per le sezioni curve da 150 a 3000 mm e con tratti rettilinei giuntabili fra di loro.
La guida HMG è studiata in modo da assicurare un moto costante e preciso lungo tutto il suo percorso, grazie alle minime variazioni di tolleranze tra i diversi spezzoni ed assicura scorrevolezza e minimo attrito.
Le guide curvilinee HMG possono supportare carichi in direzione radiale, radiale rovescia e laterale con un carico statico massimo, per ciascun carrello, di  66,7 kN per i tratti rettilinei e di 36,2 kN per i tratti curvilinei.
HMG è la guida idonea per linee di assemblaggio, di trasporto e di ispezione ed offre la possibilità di muovere i carrelli indipendentemente l’uno dagli altri.
Diversamente da una linea di trasporto, che prevede angoli dove sono necessarie piattaforme girevoli per riallineare i pallet o pezzi in lavorazione, con HMG le tavole portapezzi guidate su rotaie curvilinee hanno un moto continuo e sempre allineato.  

 

Strutturali, precisi, compatti e pronti per il montaggio
Nel realizzare un movimento lineare, il progettista deve valutare se sia meglio acquistare un elemento finito, oppure progettare l’unità, acquistando e integrando i componenti separati.
Gli attuatori lineari compatti KR sono una combinazione preassemblata della guida lineare con una vite a ricircolo di sfere.
Costruito con un profilo in acciaio ad “U”, l’attuatore lineare KR può essere usato come elemento strutturale, installabile su superfici discontinue, in grado di lavorare a sbalzo e/o di essere assemblato per comporre assi ortogonali, senza strutture intermedie, a beneficio della semplicità costruttiva, della precisione e dell’economicità.
All’interno del profilo sono ricavate le 4 piste rettificate ad arco circolare, dove lavora il sistema a ricircolazione di sfere del carrello.
Il carrello garantisce capacità di carico uguali in tutte le direzioni, grazie agli angoli di contatto delle sfere a 45°. Sono disponibili configurazioni con 1 o 2 carrelli, lunghi o corti.


Nel centro del carrello, punto ottimale di spinta, lavora la vite a ricircolazione di sfere, che, disponibile in tre classi di precisione, è l’organo meccanico che garantisce assenza di gioco nell’inversione del moto.
Le dimensioni disponibili partono dalla più piccola, 15 con una sezione di soli 30x15 mm, a quella più grande, 65 con una sezione di 130 x 65 mm
I tipi miniaturizzati sono sempre più richiesti dal mercato per le esigenze di sistemi di montaggio d’alta precisione, con applicazioni nei settori meccanico, elettronico e ottico, a bordo, per esempio, di macchine di misura, di manipolazione, di taglio con sistemi non convenzionali.
L’attuatore SKR, sviluppato sulla base del KR, è dotato di tecnologia delle sfere ingabbiate sia sul carrello, sia sulla vite. Le sfere sono distanziate una dall’altra dalla gabbia e guidate nel loro ricircolo.
Le viti THK parlano ISO
Le viti a ricircolo di sfere EBB e EPB rullate di precisione, conformi alla ISO 3408 e con classe di precisione P5, sono una valida ed economica alternativa alle viti rettificate di precisione tradizionali. La vite EPB è precaricata con il metodo dello sfalsamento di passo nella chiocciola, mentre la EBB è fornibile con gioco minore di 0.005 mm, ottenuto selezionando il diametro sfera più opportuno. La ricircolazione delle sfere avviene tramite un deflettore alloggiato all’interno del diametro del corpo chiocciola.
I diametri della vite vanno da 16 mm a 50 mm.
La massima velocità possibile su queste viti, è determinabile in base alla velocità critica propria di ciascun diametro relazionata alla sua lunghezza e al valore DN che è di 70.000.
La vite ISO a sfere ingabbiate.
La vite SDK con dimensioni DIN, in fase di introduzione sul mercato, offre, grazie alla tecnologia delle sfere ingabbiate e alla speciale conformazione dei sistemi di ricircolo, un valore DN di 210.000, con prestazioni dinamiche molto elevate (velocità rotazionale massima della chiocciola di 6.000 giri/min).
La gamma dimensionale va da 16 a 40mm, con passo quadro. Su alcune sezioni sono inoltre disponibili passi più lunghi. Questa vite sarà prodotta con gradi di precisione C5 e C7.
Le viti SDK trovano applicazioni laddove è richiesta intercambiabilità dimensionale secondo le norme ISO – DIN, in quelle applicazioni dove sono richieste elevate prestazioni dinamiche e cicliche di lavoro particolarmente stressanti.
L’alternativa all’oleodinamica….
La vite a ricircolo di sfere ingabbiate HBN è realizzata per carichi assiali ultra elevati fino a 1420 kN. A parità di diametri, la vite HBN, ha capacità di carico doppia rispetto alle viti a ricircolo di sfere convenzionali.

Queste prestazioni sono rese possibili grazie a caratteristiche costruttive quali il particolare raggio di curvatura delle piste di rotolamento, l'angolo di contatto delle sfere, il loro diametro ed il numero di ricircoli.
I canali di ricircolo sono rinforzati e mantengono le sfere in direzione pressoché tangenziale all'albero, garantendo un valore DN pari a 130.000 e velocità di avanzamento fino a 1,8 volte superiore, rispetto a quella di viti a ricircolo di sfere tradizionali.
Le viti HBN si rivolgono a campi applicativi con esigenze di forte capacità di carico e rigidezza, come per esempio le macchine utensili con truciolatura pesante e le presse elettromeccaniche, sia nel campo dello stampaggio plastico che nella deformazione elastoplastica come ad esempio le macchine curvatubi.
La gamma dimensionale parte da diametri di 32 fino a 300 mm con passi da 10 a 40 mm
…e ai motori lineari
nelle viti a ricircolo di sfere ingabbiate SBK, le sfere entrano nei tubi di ricircolo in direzione tangenziale all’albero, permettendo così un moto ottimale con valore DN pari a 210.000, che con la combinazione di passi quadri, permette di raggiungere una velocità di avanzamento di 200 m/min.
Sono disponibili protezioni contro lo sporco più difficile.
Le viti SBK  trovano applicazione in tutti quei casi dove è richiesta alta velocità, mantenendo alti carichi di spinta, precisione e rigidezza. Con le viti SBK, è possibile spingersi a prestazioni finora riservate ai motori lineari.
Le viti SBK sono disponibili con diametri da 36 a 55 e 5 diversi passi.
Coppie in moto lineare
Con la nuova generazione di alberi scanalati a sfere ingabbiate SLS/SLF, completamente ridisegnata nelle geometrie, è possibile trasmettere coppie mediante sistemi di moto lineare.
Le scanalature e le piste di ricircolo sono ricavate sull'albero di sezione tonda, in modo da avere l'angolo di contatto delle sfere uguale a quello della collaudata serie LBS (con sezione lobata). Grazie alla tecnologia delle sfere ingabbiate e all'ottimizzazione dei ricircoli delle sfere, le 6 corone di sfere consentono di supportare momenti torcenti dinamici più elevati, oltre 8.900 Nm nella sezione 100, rispetto ai 5900 Nm dell’equivalente modello LBS.
I nuovi scanalati SLS/SLF garantiscono estremamente scorrevolezza anche con montaggio verticale, allungando notevolmente gli intervalli di lubrificazione e riducendo la rumorosità in esercizio.

Diversamente dai manicotti a sfere tradizionali su albero tondo, gli alberi scanalati THK hanno piste di scorrimento rettificate ad arco circolare, che offrono alle sfere un’ampia superficie d’appoggio, che permettendo così una capacità di carico 10 volte superiore a parità di diametro dell’albero.
Precedentemente disponibile con taglie da 15 a 100, lo scanalato SLS/SLF oggi propone anche la taglia 150 e, in fase di prototipo la 300.
Gli scanalati SLS/SLF sono adatti in tutte quelle applicazioni dove, oltre al movimento lineare, occorre supportare o trasmettere un momento torcente quali ad esempio colonne e bracci di robot industriali, cambi utensili, sistemi di trasferimento nei torni a più mandrini, sistemi di manipolazione di pezzi, mandrini portapunta, cilindri idraulici e pneumatici.
Un solo albero per movimenti combinati
Il BNS è la soluzione proposta da THK per le applicazioni con movimenti complessi combinati.
Questo albero è la combinazione di una vite e di uno scanalato ambedue a ricircolo di sfere. Su un unico albero sono presenti una gola elicoidale per il movimento della chiocciola della vite e sei gole longitudinali per il movimento del manicotto dello scanalato. Sia la chiocciola sia il manicotto incorporano due cuscinetti a contatto obliquo, interposti fra le parti interne e quelle esterne. Questa configurazione consente un movimento rotatorio, lineare e a spirale in base all’elemento che è rispettivamente messo in moto.
Il BNS è quindi particolarmente adatto come soluzione chiavi in mano con precisione di posizionamento elevata.
per le macchine in cui si combinano movimenti rotativi e lineari: per esempio assi Z degli scara robot, robot di montaggio, cambi utensili e attrezzature di misurazione.

Inserire in un box
Tecnologia delle sfere ingabbiate: 10 anni di vantaggi
L'unicità costruttiva della gabbia THK (brevettata), ha portato una svolta caratterizzata da un aumento delle prestazioni sotto molteplici aspetti, che a loro volta, hanno permesso un considerevole sviluppo tecnologico agli utilizzatori.
Questo è il motivo che da 10 anni spinge THK ad applicare ed estendere sempre più, questa tecnologia alla maggior parte dei sistemi di moto lineare.
La gabbia separa in modo equidistante le sfere e le guida nella loro corsa uniformemente (fig. 6). In tal modo si evita il contatto metallico tra sfera e sfera e la rottura del film lubrificante. Ogni sfera è costantemente lubrificata perché parzialmente avvolta dalla struttura semisferica degli elementi della gabbia, che funge da tasca di lubrificazione.
Ecco le prestazioni raggiungibili con l’utilizzo della tecnologia delle Sfere Ingabbiate rispetto ai sistemi a ricircolo di sfere tradizionali
· Velocità oltre i 300 m/min secondo i modelli
· Capacità di carico dinamica maggiore almeno del 30%
· Durata di servizio da 2,2 a 4 volte in più.
· Rumorosità ridotta di 10 dBA
· Dolcezza di movimento: riduzione delle differenze di resistenza all’avanzamento fino a 1/10 e annullamento dei fenomeni di stick slip
· Assenza effetto skewing (intraversamento) nelle guide a rulli ingabbiati
· Minima manutenzione con lunghissimi intervalli di lubrificazione: fino a 100 volte più lunghi
· Sviluppo di calore inferiore fino al 20%
. Risparmio energetico

Durate più elevate con protezioni e lubrificatori
Oltre alle tenute laterali e frontali tradizionali, THK offre il sistema di lubrificazione QZ, per la lubrificazione diretta delle piste di rotolamento. Il suo feltro reticolare con funzionamento capillare garantisce la costante lubrificazione delle piste attraverso l’erogazione dell’olio solo quando necessaria, consentendo la diminuzione del lubrificante utilizzato nel totale rispetto dell'ambiente. Questo a netto beneficio di intervalli di manutenzione decisamente allungati.
La tenuta laminare LaCS, protegge anche dalle particelle più piccole e dai liquidi. Su alcuni modelli è inoltre disponibile il raschiatore laterale che contribuisce alla tenuta totale del carrello. Il raschiatore metallico, in ultimo, protegge le tenute frontali da eventuali agenti esterni grossolani, come ad esempio i trucioli incandescenti.
Per la protezione delle viti sono analogamente disponibili i lubrificatori QZ e protezioni supplementari laminari, quali l'anello di tenuta Wiper Ring realizzato in materiale plastico resistente all'usura. Durante la corsa, questo sistema di tenuta aderisce costantemente alle gole dell’albero e protegge la chiocciola dall'eventuale ingresso di particelle estranee e altri materiali, anche di piccola entità, che vengono espulse tramite gli intagli sull'anello stesso. Il sistema inoltre evita l'eccessivo sviluppo di calore dovuto al contatto costante con l’albero, grazie alle molle che seguono le possibili tolleranze del passo.

Tecnologie specifiche per ambienti speciali
Per gli ambienti sterili o sottovuoto, THK propone le guide speciali M1, con carrelli, rotaia e sfere in acciaio inox martensitico AISI 400, i frontali di ricircolo del carrello in acciaio austenitico AISI 304, prodotte con un trattamento termico speciale e un accurato processo di pulizia finale. Le guide sono resistenti alla corrosione e alle alte temperature fino a 150° e in alcuni casi 200°, senza compromettere la stabilità termica nel ritorno a temperatura ambiente, ovviando perdite di precisione.
Il lubrificante è scelto in base alle singole esigenze applicative.
La tecnologia M1 è applicabile a più prodotti THK, dalla guida miniaturizzata RSR9 con due piste di ricircolo, fino alla taglia 35 per la guida SR e HSR, con quattro ricircoli di sfere ad arco circolare.
Sono possibili anche altre soluzioni e taglie, su richiesta.
A seconda dei casi si possono valutare anche soluzioni con trattamenti superficiali di cromature a caldo quali, AP-C, AP-CF, AP-HC da effettuare su guide e carrelli.