Soporte de extremo de tornillo de bolas serie FF

I. Posicionamiento y nomenclatura principales

Posicionamiento: Un sistema de husillo de bolas con soportes de extremo flotantes dobles. Este es un método de soporte no estándar pero altamente específico.

Interpretación de la nomenclatura:

• Primer F: Indica que un extremo del husillo está soportado por un extremo flotante.
• Segundo F: Indica que el otro extremo del husillo también está soportado por un extremo flotante.

Valor principal: Diseñado para abordar la significativa elongación axial debido a la expansión térmica en husillos de carrera ultra larga o para disposiciones especiales donde el husillo es accionado desde la sección media.

II. Estructura básica y principio de funcionamiento

La configuración FF abandona el modelo tradicional de un extremo fijo. Su principio de funcionamiento es el siguiente:

Libera completamente la tensión térmica:
Ambos extremos permiten flotación axial, lo que permite que el tornillo se expanda libremente en ambas direcciones al calentarse, en lugar de verse forzado a expandirse únicamente hacia un extremo como en un sistema fijo por un solo extremo.
Resultado: La tensión axial de compresión dentro del tornillo causada por la expansión térmica se minimiza, previniendo fundamentalmente el riesgo de pandeo (flexión) en tornillos largos debido a tensiones térmicas.

Transferencia del Referencial de Posicionamiento Axial:
En los sistemas tradicionales BK-FK, el extremo BK sirve como referencial absoluto de posición axial.
En los sistemas FF, la propia tuerca de bolas (o la mesa de trabajo rígidamente conectada a la tuerca) se convierte en el referencial de posicionamiento axial del sistema. El eje del tornillo puede "flotar" libremente dentro de los soportes en ambos extremos, mientras que la posición de la tuerca es controlada y fijada por el sistema de accionamiento (por ejemplo, un motor servo).

Métodos típicos de accionamiento:

• Accionamiento en la sección central: El motor acciona la sección central del tornillo mediante una correa dentada o engranajes. Este es el escenario de aplicación más común para el soporte FF, donde ambos extremos del tornillo están soportados pero no transmiten par de accionamiento.
• Accionamiento en Extremo (Menos común, requiere diseño especial): Incluso si se acciona desde un extremo, ese extremo utiliza un soporte flotante y requiere un dispositivo de soporte de par correspondiente (por ejemplo, estrías o chavetas guía) para resistir el par de accionamiento rotacional mientras permite el movimiento axial.

III. Características principales y ventajas

• Diseñado para Carreras Ultra Largas:
  Esta es la ventaja principal del soporte FF. Cuando la longitud del tornillo es muy larga (por ejemplo, superior a 3-4 metros), la elongación acumulada debido al aumento de temperatura es considerable. El diseño doble flotante es la solución técnica más eficaz y confiable para gestionar esta expansión térmica significativa.
• Elimina el Riesgo de Pandeo, Mejora la Confiabilidad del Sistema:
  Resuelve completamente los problemas potenciales de inestabilidad y flexión de tornillos esbeltos bajo cargas térmicas y compresivas, mejorando enormemente la seguridad operativa y la retención de precisión de los sistemas de largo recorrido.
• Flexibilidad de disposición:
  Permite el accionamiento en la sección media, haciendo posible colocar motores de accionamiento pesados en el centro del recorrido o en el bastidor del equipo en lugar de en los extremos del recorrido, optimizando así el centro de gravedad general y el diseño estructural del equipo.
• Reduce los requisitos estrictos de precisión en la instalación de soportes:
  Dado que ninguno de los extremos asume funciones estrictas de posicionamiento axial, los requisitos de precisión en la posición relativa axial de las superficies de montaje de los dos soportes pueden relajarse algo (aunque los requisitos de paralelismo y coaxialidad siguen siendo elevados).

IV. Escenarios típicos de aplicación

El soporte FF es un diseño orientado a soluciones, utilizado principalmente en los siguientes campos específicos:

• Herramientas CNC de extra gran tamaño: Por ejemplo, eje X (viga pórtico) de centros de mecanizado tipo pórtico y máquinas de fresado/mandrinado de tipo suelo con recorridos que alcanzan decenas de metros.
• Grandes cortadoras láser/cortadoras por chorro de agua: Equipos para el procesamiento de materiales laminados de gran ancho.
• Equipos de medición a gran escala: Por ejemplo, máquinas de medición por coordenadas tipo puente (CMM), máquinas de medición sobre rieles.
• Equipos industriales pesados especiales: Por ejemplo, máquinas de rectificado de palas de turbinas eólicas, plataformas de soldadura de secciones de barcos.
• Equipos de automatización especiales con accionamiento en la sección media: Donde las restricciones de diseño estructural exigen colocar el motor de accionamiento en medio del recorrido.

V. Comparación con sistemas tradicionales de fijación en un extremo (BK-FK)

VI. Consideraciones y Precauciones Importantes de Diseño

• Mecanismo Antirrotación: Dado que ambos extremos del tornillo no están fijos, es esencial evitar la rotación no deseada del tornillo respecto a los soportes durante el accionamiento. Para accionamientos en la sección media o en los extremos, normalmente se instala un dispositivo antirrotación, como un par de estrías, una chaveta guía o un accesorio de bloqueo de rotación, cerca de uno de los extremos del soporte, permitiendo únicamente el movimiento axial mientras transmite el par de rotación al bastidor.
• Rigidez de la Tuerca como Referencia: La rigidez axial total del sistema depende de la rigidez de la conexión entre la tuerca y la mesa de trabajo, la cual necesita ser reforzada específicamente.
• Retroalimentación de posición: El codificador del motor proporciona retroalimentación sobre la posición del eje del motor, no sobre la posición de la mesa de trabajo. Para sistemas de alta precisión, es obligatorio un sistema de retroalimentación de bucle completamente cerrado (por ejemplo, codificador lineal/regla) que mida directamente la posición de la mesa de trabajo.
• Selección del Soporte: Los soportes flotantes en ambos extremos pueden ser BF, FK o EF, dependiendo del espacio y del tipo de eje roscado, pero ambos deben tener funcionalidad flotante.
• No es un método de mejora de rendimiento: FF está específicamente diseñado para resolver el problema de la "dilatación térmica en recorridos largos". Para equipos con recorridos estándar, el método tradicional de fijación en un extremo ofrece ventajas en rigidez, costo y complejidad.

La configuración de soporte FF es una solución de ingeniería altamente especializada dirigida a enfrentar el desafío de la "gestión térmica para carreras ultra largas". Logra seguridad y estabilidad a escalas extremas al liberar completamente el tornillo de la "restricción axial". Elegir un sistema FF indica que el diseño del equipo ha entrado en el ámbito específico de aplicaciones a gran escala y de alto rendimiento, lo que requiere que los ingenieros tengan una comprensión más profunda y un diseño más minucioso en cuanto a termodinámica, mecánica estructural y control de movimiento. No es una opción universal, pero dentro de su campo de aplicación, es una tecnología clave e insustituible.