Lavorazione ad alta precisione di filettature interne in dadi e alberi di trasmissioni a filettatura planetaria a rulli 

Cosa sono gli ingranaggi a filettatura planetaria e dove vengono utilizzati? 

Un ingranaggio a vite planetaria è costituito da tre componenti principali: la vite (vite filettata), i rulli (rulli filettati) e il dado (dado filettato). I rulli filettati sono disposti tra il mandrino e il dado e trasmettono la forza motrice simultaneamente attraverso diverse linee di contatto. Rispetto alle viti a ricircolo di sfere, le viti a ricircolo di rulli offrono una capacità di carico notevolmente superiore con dimensioni costruttive più compatte, poiché la geometria dei rulli genera una superficie di contatto maggiore rispetto ai contatti sferici. 

Le viti a rulli planetari sono particolarmente rilevanti in applicazioni che richiedono forze elevate e al contempo una struttura compatta. Nella robotica – in particolare nei robot umanoidi – fungono ad esempio da elementi di azionamento centrali nelle articolazioni. Nell'industria automobilistica vengono impiegate nei servosterzi elettrici (EPS) e, sempre più spesso, nei sistemi frenanti elettromeccanici (EMB). Altri campi di applicazione sono le macchine utensili CNC, gli attuatori aerospaziali e le apparecchiature mediche. 

Perché il dado è il componente più complesso dell'ingranaggio a vite senza fine planetario? 

Il dado di un ingranaggio a vite planetaria presenta la filettatura interna in cui si muovono i rulli filettati. Questa filettatura interna deve essere realizzata con la massima precisione per garantire un funzionamento regolare, un'elevata capacità di carico e una lunga durata dell'intero sistema. In un ingranaggio a vite planetaria inverso (invertito), questi requisiti diventano ancora più severi: il rapporto lunghezza-diametro del dado è spesso compreso tra 5:1 e 8:1, con una durezza del componente fino a 60 HRC dopo il trattamento termico. 

Un pezzo tipico – ad esempio un dado per applicazioni robotiche – ha una lunghezza totale di circa 150 mm e un diametro interno di circa 20 mm. La rugosità superficiale deve raggiungere un valore Ra 0,4. Prima del trattamento termico, la durezza del materiale è compresa tra 26 e 32 HRC; dopo la tempra, questa aumenta a 60 HRC, in alcuni casi fino a 65 HRC. Questa combinazione di profondità del foro, elevata durezza del pezzo e tolleranze minime (circolarità ≤ 0,025 mm, concentricità ≤ 0,025 mm) definisce l'intero processo di produzione. 

Come si presenta l'intera catena di processo di produzione dei dadi per ingranaggi planetari a vite? 

Il pezzo viene serrato nel foro interno tramite un mandrino di serraggio e sostenuto inoltre da una punta della contropunta. In questo modo è possibile ottenere una rotondità ottimale anche con componenti lunghi. 

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La VTC 200 CD risolve questo problema grazie a una guida centrale: al posto di un mandrino di lavoro e di una contropunta, un mandrino cavo posizionato centralmente con dispositivo di serraggio integrato afferra il pezzo al centro. La barra di foratura viene inserita nel foro del pezzo tramite il revolver sinistro e poi sostenuta dall’estremità opposta tramite il revolver destro. L'utensile è così serrato su entrambi i lati – in modo simile al principio di una brocciatrice, in cui l'utensile di brocciatura viene guidato dall'alto e dal basso. 

Questo serraggio bilaterale dell'utensile impedisce lo spostamento dell'utensile stesso. Le vibrazioni vengono efficacemente ridotte, consentendo così di lavorare con utensili filettatori profilati. Il risultato è una filettatura semilavorata precisa con un sovrametallo uniforme per la successiva rettifica di finitura. 

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L'evacuazione dei trucioli rappresenta una delle maggiori sfide nella lavorazione di fori lunghi e profondi. I trucioli lunghi derivanti dal processo di tornitura interna possono avvolgersi attorno all'utensile, bloccare lo spazio di lavorazione e, nel peggiore dei casi, danneggiare il pezzo o l'utensile. Nella produzione di singoli pezzi questo problema può essere risolto manualmente, ma nella produzione in serie non è un'opzione praticabile. 

La struttura verticale delle macchine EMAG sfrutta la forza di gravità per favorire l'evacuazione dei trucioli. Inoltre, il lubrificante di raffreddamento viene convogliato nel foro ad alta pressione. Questo getto di refrigerante trasporta i trucioli in modo affidabile dal foro verso il basso. Nel funzionamento in serie si nota che il revolver rimane libero da nidi di trucioli e il processo procede senza interruzioni in funzionamento continuo. 

Nell'ultima fase di lavorazione (OP 60), la filettatura interna pre-tornita viene rifinita su una macchina per smerigliare EMAG. Il macinamento rimuove il sovrametallo residuo e crea la geometria finale della filettatura con la rugosità superficiale e la precisione geometrica richieste. 

La rettifica della filettatura interna garantisce la stabilità del processo nella produzione in serie. Mentre il pre-giro fornisce già un buon avvicinamento al contorno finale, la rettifica compensa le irregolarità residue e assicura che tutti i passi della filettatura rientrino nelle tolleranze richieste. In pratica si ottengono errori di passo inferiori a 2 µm tra i singoli filetti.