Vite e madrevite: le diverse soluzioni tecniche a disposizione

Cosa sono vite e madrevite

Vite e madrevite, amici.

Innanzitutto buona giornata a tutti!

Che siate al mare o in montagna, al fresco di un albero o in officina come me, è proprio di questo che voglio parlarvi oggi.

Vite e madrevite: non un innesto tra viti per un invecchiato di oltre venti gradi che al primo sorso si moltiplicano oggetti e sagome intorno.

Lo so, lo so. Molti di voi non aspettavano altro che una dritta del genere.

Ma per questo potete chiedere agli hobbisti evoluti.

Piuttosto, per vite e madrevite mi riferisco al vero e proprio sistema vite e madrevite.

Ma procediamo con ordine partendo con il definire i vari aspetti che riguardano vite e madrevite.

Una vite è un componente cilindrico sulla cui superficie è incisa una filettatura elicoidale.

È quella che in gergo si chiama filettatura madrevite, dove la coppia vite e madrevite determina il cosiddetto accoppiamento filettato.

È questo quello che generalmente si chiama accoppiamento vite madrevite.

vite madrevite foto

 

Sistema vite madrevite

Il sistema vite madrevite è il sistema impiegato per convertire un moto rotatorio in un moto traslatorio.

Il primo a studiare e a creare un prototipo di sistema vite madrevite fu il grande Leonardo da Vinci.

Hobbisti evoluti, inutile che storcete il naso e, soprattutto, inutile che provate a negarlo, vi vedo da qui.

Leonardo ci ha messo le mani prima di tutti noi (…e voi), su questa come su tante altre cose.

Facciamocene una ragione, una volta per tutte!

Torniamo a noi.

La madrevite è un componente forato e opportunamente filettato (filettatura madrevite) volto ad ospitare una vite che si inserisce nel suo filetto.

In breve è la sede in cui s’infila la vite.

La madrevite, girando intorno alla vite, effettua un movimento circolare avanzando nella direzione dell’asse della vite stessa.

Allo stesso modo, con la rotazione della vite avanza anche la madrevite, se opportunamente vincolata alla rotazione, dove per ogni giro compiuto, l’avanzamento corrisponde ad un filetto (passo della vite).

Poiché tra le cosiddette facce filettate della vite e quelle relative alla filettatura della madrevite esiste un attrito radente che può essere tendenzialmente forte, a partire dagli anni 80 si è passati all’utilizzo di viti a ricircolo di sfere.

 

sistema vite madrevite

Vite a ricircolo di sfere

La vite a ricircolo di sfere è una tipologia di vite così chiamata perché tra la vite e la cosiddetta chiocciola vengono applicate delle sfere di acciaio la cui funzione è quella di convertire l’attrito radente in attrito volvente.

All’interno della chiocciola, infatti, è prevista una scanalatura elicoidale dotata di sezione semisferica che ha il medesimo passo della vite e un diametro medio decisamente maggiore.

Questo meccanismo può essere considerato alla stregua del sistema vite madrevite, il cui vantaggio è quello di garantire una maggiore precisione oltre che tenuta e durata decisamente superiori.

Vediamo in dettaglio cosa succede:

Se la sfera si inserisce nella gola ricavata dalla vite, si auto centrerà.

Proprio per tale motivo queste viti vengono definite “a gioco nullo”.

Riguardo le tradizionali viti rullate (senza sfere), il gioco che nel tempo si verifica lungo l’asse della vite può essere compensato mediante software attraverso la funzione Backlash, che altro non è che un meccanismo che permette di ottenere una compensazione “calcolata”.

Come funziona invece nelle macchine tradizionali?

Come si calcola in esse il cosiddetto “gioco”?

Facciamo un esempio.

Se sull’asse X ruotiamo in un determinato verso e in un dato punto ci fermiamo invertendo il verso di rotazione, possiamo notare che per un po’ il volantino girerà a vuoto. Il cosiddetto “gioco” è proprio quello.

Come effetto avvertiremo una maggiore coppia di attrito e in quel preciso istante riparte lo spostamento dell’asse.

 

backlash maurizio palmieri all'opera

 

Pertanto, fino a quando la rotazione segue il verso prestabilito, i giochi non creano problemi.

Viceversa, nell’istante in cui si realizza l’inversione del moto, tale spostamento deve essere compensato.

 

Viti a ricircolo di sfere vantaggi

Alcuni dei vantaggi garantiti derivanti dall’impiego di viti a ricircolo di sfere sono:

1) durata e rendimento elevati
2) elevata resistenza all’usura alquanto
3) notevole rigidità assiale
4) elevata capacità di riduzione dell’attrito fra le parti a contatto

L’impiego di questa tipologia di vite è molto diffuso nell’utilizzo di macchine utensili per la trasmissione del moto.

Grazie a questo sistema è possibile ottenere delle amplificazioni della coppia a scapito della velocità o viceversa.

Ovvero, se il passo della vite si allunga, è possibile avere un’apparecchiatura più veloce ma con una coppia inferiore.

Viceversa, se si accorcia il passo, la forza di taglio aumenta a svantaggio della velocità di avanzamento, denominata FEED.

Esistono in commercio chiocciole precaricate, nelle quali le sferette rettificate hanno un diametro maggiorato.

Ciò consente un maggiore attrito in grado e di annullare la forza peso in quella direzione.

Relativamente ai passi della vite, invece, possiamo dire che, a passi più lunghi corrispondono velocità maggiori e forze assiali inferiori.

Viceversa, per i passi più corti si registra un aumento della forza assiale a svantaggio della velocità.

Inoltre, per ottenere una stabilità superiore su viti molto lunghe si usano profili a più princìpi, ovvero viti con più filetti applicati sul medesimo cilindro.

vite a più principi

Guide a ricircolo di sfere

Per consentire a due componenti di rapportarsi tra di loro esistono differenti soluzioni tecniche.
La più diffusa è l’albero foro.

Albero foro

Nell’albero foro vi è un attrito radente tra le due componenti, soluzione in cui non vi è alcun vincolo riguardo la rotazione.

Per tale motivo, nel corso degli anni si è optato per un meccanismo denominato a coda di rondine.

 

 

Come si evince dall’immagine, questo tipo di accoppiamento impone un vincolo alla rotazione.

Per molti anni questo tipo di sistema è stato utilizzato sulle macchine utensili come modello di precisione.

Ciò anche grazie alla possibilità di compensare gli eventuali giochi determinati dall’usura tra i due componenti accoppiati con il lardone.

Anche qui: il lardone non è un bel pezzo di grasso animale da bagnare con una bella bottiglia di invecchiato, di cui sopra.

Niente di tutto questo!

Il lardone è si un pezzo, ma di materiale interposto tra guide di scorrimento, tendenzialmente più morbido delle stesse guide.

Questo sistema consente di annullare eventuali giochi laterali.

Al fine di convertire questo attrito radente in attrito volvente e per incrementarne il rendimento, alcune aziende hanno deciso di inserire delle sferette in acciaio cementato sulla guida cosicché l’accoppiamento avviene tra esse e la guida stessa.

 

pattini a ricircolo di sfere

 

Attualmente esistono diversi tipi di sezioni di guide in grado di resistere meglio ai carichi e alle sollecitazioni, tanto nell’una quanto nell’altra direzione.

I giochi dei pattini dipendono fondamentalmente dalla classe che altro non è che un numero che va da 4 a 7 e che indica l’entità del gioco tra il cursore e la guida.

In Lab Mec abbiamo deciso di affrontare il problema in maniera diversa, ovvero utilizzando delle guide e dei cursori di precisione che possono essere anche galvanizzate.

La Galvanizzazione è un processo di lavorazione di tipo industriale  che consiste nel ricoprire un manufatto metallico (nel nostro caso una guida) con uno strato sottile e particolarmente aderente di un altro tipo di metallo.

Lo scopo è quello di proteggerlo dalla corrosione.

Il meccanismo protettivo derivante dall’applicazione dello strato che si viene a formare è duplice.

La costituzione di una barriera fisica permette di rallentare i processi di corrosione e deterioramento della superficie dell’acciaio.

Il materiale aggiunto agisce con meccanismo elettrochimico (da qui il nome di galvanizzazione
dato al processo).

Laddove il rivestimento si danneggia, lasciando scoperte porzioni del materiale sottostante, lo zinco aderente al componente agisce come anodo di sacrificio (protezione catodica).

Ciò consente di evitare l’ossidazione (formazione di ruggine) del ferro.

Similmente anche i pattini sono dotati, al loro interno, di le sferette trattate allo stesso modo.

 

Qualunque sia il sistema di vite e madrevite adottato è fondamentale utilizzare una piastra sottoguida su cui è montata la guida (rettificata o fresata).

In questo modo la guida attaccandosi alla sua base, seguirà il profilo.

Un altro sistema impiegato dai costruttori di macchine leggere e piccole è quello di montare le guide direttamente su un profilo di alluminio estruso.

Da un punto di vista progettuale, questa potrebbe essere una soluzione interessante, se non fosse che all’aumentare dei carichi e del peso del mandrino il profilo di alluminio è soggetto a deformazioni elastiche.

Quale soluzione adottare in questo caso?

Beh, per il momento direi di prenderci un bel bicchiere di invecchiato, quello vero.

… ma anche due!

Fresco da temperare la punta di un trapano.

Esagerato?… Io?

Provateci voi a rispondere ai fresatori del sabato pomeriggio e ai tornitori della domenica mattina che vi scrivono in continuazione per insegnarvi l’ultima trovata o spiegarvi l’ultima invenzione.

Dove eravamo rimasti?!

Ah, si… beh… direi di riprendere l’argomento, con la dovuta calma, in uno dei prossimi articoli.

Saluti a tutti e… alla vostra!